KR20220000415U - 보일러의 난방수 순환구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 건물 내에 설치되는 보일러에 관련된 기술로서, 사용자의 설정 온도에 따른 불필요한 에너지 소비를 억제할 수 있도록 구성한 보일러의 난방수 순환구조에 관한 것이다.
본 고안은 보일러와, 이 보일러에 연결되어 난방수를 내보내기 위한 난방 공급관 및 온도가 떨어진 난방수를 회수하기 위한 난방 환수관과, 상기 난방 공급관에 연결되는 공급 분배기 및 상기 난방 환수관에 연결되는 환수 분배기와, 이들 공급 분배기와 환수 분배기에 배설되는 분기배관으로 이루어지며, 상기 난방 공급관 및 난방 환수관에는 각각 차단밸브가 설치됨과 동시에 비례 제어가 가능한 구동기를 포함한 난방수 리턴밸브가 설치된 바이패스관이 연결되고, 이 바이패스관은 난방 분배기의 메인관 위치에 설치되어 보일러로부터 출탕되는 난방수가 공급분배기를 경유하지 않고 곧 바로 난방 환수관 측으로 리턴 처리되어 보일러로 환수될 수 있도록 구성한 것이다.

Description

보일러의 난방수 순환구조 {Circular structure for heating water boiler}

본 고안은 건물 내에 설치되는 보일러에 관련된 기술로서, 보다 상세하게는 사용자의 설정 온도에 따른 불필요한 에너지 소비를 억제할 수 있도록 구성한 보일러의 난방수 순환구조에 관한 것이다.

통상의 난방 및 온수 겸용 보일러는 기름이나 가스를 연료로 하여 연소시키고, 이러한 연소과정에서 발생하는 열을 이용하여 물을 가열한 후 가열된 물을 난방 배관을 따라 순환시킴으로써 난방을 수행하거나 혹은 급탕 열교환용으로 사용하게 된다.

보일러 난방설비를 개략적으로 살펴보면, 난방에 사용할 난방수를 가열하기 위한 보일러와, 이 보일러에 연결된 공급관에 공급 분배기가 연결되고, 보일러에 연결된 회수관에 회수 분배기가 연결되는 난방수 분배장치와, 상기 난방수 분배장치의 공급 분배기와 회수 분배기의 사이에 연결되어 각 난방영역의 바닥에 매설되는 분기배관과, 이 분기배관이 매설된 각 난방영역의 온도를 조절 및 설정하기 위한 실내 온도조절기를 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 온도조절기의 설정상태에 따라 보일러가 동작되어 난방수를 제공하게 되고, 이 난방수는 난방수 분배장치를 통하여 각 난방영역에 매설된 분기배관으로 보내져 난방에 사용된 후 보일러로 다시 회수되어 순환하게 되며, 난방에 사용되는 난방수의 순환은 온도조절기의 조절 및 설정상태에 의해 행해지게 된다.

일 예로, 보일러 온도조절기를 통해 난방수의 온도가 설정되면, 보일러는 난방수가 설정된 온도에 도달할 때까지 동작되어 난방수를 가열하게 되는데, 출탕수 온도와 환수 온도의 차이에 따라 연료량을 조절하여 설정된 온도에 도달하게 되면 보일러의 가동이 정지된다.

이 때, 보일러에서 가열된 난방수는 분배장치를 통해 각 난방영역으로 보내진 후 회수되고 순환펌프의 가동에 의해 순환 처리되며, 온도조절기에 설정된 온도에 도달할 때까지 순환 공급되어 난방에 사용된다.

그런데, 일정 구역의 난방영역만 난방을 실시할 경우 공급과 환수의 적정 온도차가 이루어지지 않고 과난방이 되며, 그에 따른 유속이 증가하여 소음 발생의 원인이 된다.

이러한 보일러 난방설비는 배관에 잔류된 난방수와 무관하게 보일러와 순환펌프 및 개폐밸브 등이 불필요하게 가동되는 문제점이 있고, 특히 각 난방영역의 제어에 사용되는 각각의 개폐밸브가 동시에 다 폐쇄되는 경우 순환펌프는 작동하지만 난방수의 순환계통이 막히는 문제점이 발생되며, 난방설비의 이상 또는 고장을 유발하게 된다.

이로 인하여, 실내에 외기 등의 유입 등으로 실내온도에 일시적인 변동이 발생되면 배관이 외기에 의해 열을 빼앗겨 상대적으로 수온이 낮아지게 되고 배관의 난방수가 보일러의 내부 및 외부에 위치된 배관에서 난방수의 온도를 저하시키게 되어 보일러의 잦은 가동을 야기시키고 결국 많은 에너지를 소비되게 한다.

이러한 온수 보일러와 관련하여, 등록특허 제1018775호 공보에는 '보일러 난방수 온도제어방법'이 제안된 바 있으나 소정 공급온도를 갖는 난방수를 정격 유량으로 순환시키게 되면 효율이 낮아진다는 문제가 있고, 또 등록특허 제1214202호 공보에 개시된 '순간 가열형 전열 보일러'에 있어서는 보조 가열수단을 통해 난방수에 대한 효율을 높이는 구조로서 온도가 떨어진 난방수를 가열하기까지의 시간을 단축하는 것일 뿐이므로 근본적인 해결책을 제시하지 못하고 있는 실정이다.

등록실용신안 제0147551호(1999.03.09 등록)- 가스보일러의 온수공급장치. 등록실용신안 제0180318호(2000.02.16 등록)- 가정용 복합형 난방 보일러. 등록실용신안 제0254378호(2001.11.05 등록)- 에너지 절약형 물탱크 온수보일러 난방장치. 등록실용신안 제0360511호(2004.08.20 등록)- 동파방지용 바이패스회로를 갖는 온수보일러.

본 고안은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 각 난방영역에서 사용된 후 환수 처리되는 난방수에 대한 온도 차이를 감지하여 난방 공급관으로부터 곧 바로 난방 환수관을 통해 환수 처리함으로써 적정 온도의 난방수 공급으로 과난방을 방지하고 각 난방영역의 공급관에 걸리는 빠른 유속을 늦춰줌에 따라 소음 발생의 원인을 제거하여 난방설비의 이상 발생이나 고장 등의 요인을 제거함은 물론 난방에 따른 에너지 소비를 줄일 수 있는 보일러의 난방수 순환구조를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 보일러와, 이 보일러에 연결되어 난방수를 내보내기 위한 난방 공급관 및 온도가 떨어진 난방수를 회수하기 위한 난방 환수관과, 상기 난방 공급관에 연결되는 공급 분배기 및 상기 난방 환수관에 연결되는 환수 분배기와, 이들 공급 분배기와 환수 분배기에 배설되는 분기배관으로 이루어지며, 상기 난방 공급관 및 난방 환수관에는 각각 차단밸브가 설치됨과 동시에 비례 제어가 가능한 구동기를 포함한 난방수 리턴밸브가 설치된 바이패스관이 연결되고, 이 바이패스관은 난방 분배기의 메인관 위치에 설치되어 보일러로부터 출탕되는 난방수가 공급분배기를 경유하지 않고 곧 바로 난방 환수관 측으로 리턴 처리되어 보일러로 환수될 수 있도록 구성한 것이다.

또한, 상기 난방 공급관 및 난방 환수관에는 각각의 온도센서가 장착되어 출탕 및 환수되는 난방수의 온도 차이를 감지하여 난방수 리턴밸브를 개폐할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또, 상기 난방 공급관 및 난방 환수관에 장착된 차폐밸브를 포함한 구동기, 난방수 리턴밸브는 컨트롤러에 전기적으로 연결되어 사용자에 의한 온도 설정에 따라 제어되도록 구성할 수 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 특징들에 의해, 각 난방영역이 설정온도보다 과열되는 것을 효과적으로 방지하여 적정 온도를 유지하게 할 수 있을 뿐만 아니라 순환펌프의 작동에 의해 난방수를 공급하더라도 곧 바로 회수 처리할 수 있게 되므로 순환펌프의 과부하 및 난방수 소음발생 등과 같은 이상현상을 억제할 수 있다.

또한, 난방에 사용되는 난방수의 공급 및 회수 등의 순환 처리가 막힘없이 원활하게 이루어지게 됨은 물론 난방수의 환수를 통해 난방을 효율적으로 제어할 수 있게 되어 난방에 따른 에너지 소비를 절감할 수 있는 것이다.

도 1은 등록실용신안 제0147551호에 개시된 보일러의 온수공급장치를 설명하기 위한 개략 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 보일러의 난방수 순환구조를 설명하기 위한 개략 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하지만, 이들이 갖는 특정 구조 및 기능은 하나의 구성예를 나타낸 것이므로 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

우선, 본 고안이 적용되는 바람직한 예로서 등록실용신안 제0147551호에 개시된 관련 기술에 대하여 설명하고, 또한 이에 따른 문제점을 도출한 후에 본 고안의 구성 및 작용효과에 대하여 후술하고자 한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 가스보일러의 온수공급장치는, 직수를 공급하는 직수공급관(9)의 일부분에 직수를 강제 이동시키기 위한 제2순환펌프(19)가 설치되고, 직수공급관(9)과 온수공급관(11) 사이에는 충분한 길이와 직경을 가진 온수환급관(9a)이 연결되어 있다.

상기 제2순환펌프(19)는 국소적인 차원에서 물을 이동시키기 위한 것이므로 제1순환펌프(17)보다 작은 용량의 펌프를 사용하는 것이 가능하다. 그러나 수압이 약한 장소에서의 사용을 고려하여 충분한 용량을 가지는 것을 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 제2순환펌프(19)는 플로우밸브(21)의 상부측에 설치하여 플로우밸브(21)에서 물흐름을 감지하는 경우에 제1순환펌프(17)와 제2순환펌프(19)를 동시에 작동시키도록 구성된다.

상기 제1순환펌프(17)는 온수모드에서 고온의 난방수를 폐회로로 순환시키는데 사용된다. 난방수가 순환하면서 열교환기(5)에서 직수를 고온의 온수로 승온시키는 열교환이 이루어진다.

온수모드에서의 난방수의 이동은 제1순환펌프(17)-열교환기(5)-삼방변(V)의 폐회로를 순환하게 됨과 동시에 난방공급방향으로의 난방수 이동은 차단되며, 난방모드에서 난방공급방향으로 난방수가 이동한다.

또한, 상기 온수환급관(9a)의 일단부, 즉 직수공급관(9)에 연결되는 온수환급관(9a)의 단부는 제2순환펌프(19)의 직수유입구 측에 연결되어 폐회로를 구성함으로써 온수를 원활하게 순환시킬 수 있는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같은 선행기술에 있어서는 온수환급관(9a)의 내부에 저장된 온수를 예열함으로써 온수의 사용 초기에 온수공급 대기시간 없이 사용자에게 따뜻한 물을 즉시 공급할 수 있는 장점은 있으나 난방수의 순환을 위한 제1순환펌프(17)와 온수의 예열을 위한 제2순환펌프(19)가 별도로 설치됨에 따라 비용 증가 및 설치 편의성이 떨어지게 된다는 문제가 있다.

한편, 첨부된 도 2는 본 고안에 따른 보일러의 난방수 순환구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 고안에 있어서의 보일러(20)에는 가열된 난방수를 각 영역(S)으로 내보내기 위한 난방 공급관(21)이 연결되고, 각각의 영역(S)에서 사용된 난방수를 회수하기 위한 난방 환수관(22)이 연결되며, 이들 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에는 각각 차단밸브(23a,23b)가 설치된다.

또, 상기 난방 공급관(21)에는 해당 영역(S)으로 난방수를 보내기 위한 공급 분배기(31)가 연결되고, 상기 난방 환수관(22)에는 난방에 사용되어 온도가 떨어진 난방수를 회수하기 위한 환수 분배기(32)가 연결되며, 이들 공급 분배기(31)와 환수 분배기(32)에는 해당 영역(S)의 바닥에 매설되는 분기배관(33a,33b)들이 접속되어 있다.

이 때, 각 난방영역에서는 사용자가 직접 컨트롤러(R)를 조작하는 것에 의해 온도를 수동으로 임의 조절할 수 있도록 구성되는 것임은 물론이다.

또한, 상기 보일러(10)에 연결된 난방 공급관(21)과 난방 환수관(22)의 사이에는 비례 제어가 가능한 구동기(41)에 의해 작동하도록 난방수 리턴밸브(42)가 설치된 바이패스관(40)이 연결되어 있다. 이 바이패스관(40)은 보일러(20)의 근접 위치에 설치되어 보일러(20)로부터 출탕되는 난방수가 공급분배기(31)를 경유하지 않고 곧 바로 난방 환수관(22) 측으로 리턴 처리되어 보일러(20)로 환수될 수 있도록 구성된다.

즉, 상기 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에는 온도센서(43a,43b)가 각각 장착되어 출탕 및 환수되는 난방수의 온도 차이를 감지하여 구동기(41)를 작동시킴으로써 난방수 리턴밸브(42)를 개폐할 수 있게 된다.

상기 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에 장착된 차폐밸브(23a,23b)를 포함한 구동기(41), 난방수 리턴밸브(42)는 컨트롤러(R)에 전기적으로 연결되어 사용자에 의한 온도 설정에 따라 제어되는 것임은 물론이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안은, 보일러(10)가 가동됨에 따라 가열된 난방수가 난방 공급관(21)을 통해 내보내지고 공급 분배기(31)에서 분배됨으로써 각 난방 영역(S)에 매설된 분기배관(33a,33b)으로 공급되어 난방에 사용된다.

또, 온도가 떨어진 난방수는 환수 분배기(32) 및 난방 환수관(22)을 통해 보일러(20)로 회수된 후에 보일러(20)가 가동되는 동안 난방수는 순환펌프(도시생략)에 의해 순환 처리된다.

이와 같이, 보일러(20)의 가동 초기에는 난방수 리턴밸브(42)가 폐색된 상태로 제어되고, 설정된 기준 온도의 차이에 따라 컨트롤러(R)에 의한 구동기(41)의 가동으로 인해 난방수 리턴밸브(42)가 작동하여 난방수의 회수 처리가 가능해진다.

즉, 보일러(20)가 가동되어 난방수가 순환되는 동안 컨트롤러(R)는 난방 공급관()과 난방 환수관(32)에 설치된 각각의 온도센서(43a,473b)로부터 난방수의 온도를 체크하게 되며, 사용자가 설정한 온도값에 도달하는 경우 차폐밸브(23a,23b)를 잠금 상태로 제어하게 된다.

이와 동시에 컨트롤러(R)에서는 바이패스관(50)에 설치된 구동기(41)에 신호를 보내 난방수 리턴밸브(42)를 열림 상태로 전환시키며, 순환펌프(도시생략)에 의해 난방 공급관(21)으로 공급되는 난방수를 더 이상 공급 분배기(31) 측으로 보내지 않고 바이패스관(40)을 통해 난방 환수관(22)으로 리턴시켜 곧 바로 보일러(20)로 회수되도록 한다.

예를 들어, 기준 온도가 15℃로 설정된 경우 난방 공급관(21)의 온도와 난방 환수관(22)의 온도 차이(ΔT)가 작을수록 과난방이 되어 에너지 소비가 커지게 되고, 반대로 온도 차이가 클수록 경제적인 난방이 이루어지게 되므로 에너지가 절감된다.

다시 말해, 사용자가 ΔT를 15℃ 보다 높이면 바이패스관(40)의 난방수 리턴밸브(42)가 개방되어 경제적인 난방을 행할 수 있는 것이고, ΔT를 15℃ 보다 낮추면 난방은 빠르게 되지만 과난방이 되어 에너지 소모가 커지는 것이다.

따라서, 각 난방영역이 설정온도보다 과열되는 것을 효과적으로 방지하여 적정온도를 유지하게 할 수 있을 뿐만 아니라 순환펌프의 작동에 의해 난방수를 공급하더라도 곧 바로 회수 처리할 수 있게 되므로 순환펌프의 과부하 및 일부 구간의 난방시 과유량으로 인한 소음 등과 같은 이상현상을 억제할 수 있다.

또한, 난방에 사용되는 난방수의 공급 및 회수 등의 순환 처리가 막힘없이 원활하게 이루어지게 됨은 물론 난방수의 환수를 통해 난방을 효율적으로 제어할 수 있게 되어 난방에 따른 에너지 소비를 크게 절감할 수 있는 것이다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 고안의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

20: 보일러 21: 난방 공급관
22: 난방 환수관 23A,23B: 차폐밸브
31: 공급 분배기 32: 환수 분배기
33a,33b: 분기배관 40: 바이패스관
41: 구동기 42: 난방수 리턴밸브
43a,43b: 온도센서

Claims (3)

1. 보일러(20)와, 이 보일러에 연결되어 난방수를 내보내기 위한 난방 공급관(21) 및 온도가 떨어진 난방수를 회수하기 위한 난방 환수관(22)과, 상기 난방 공급관(21)에 연결되는 공급 분배기(31) 및 상기 난방 환수관(22)에 연결되는 환수 분배기(32)와, 이들 공급 분배기와 환수 분배기에 배설되는 분기배관(33a,33b)으로 이루어지며,
   상기 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에는 각각 차단밸브(23a,23b)가 설치됨과 동시에 비례 제어가 가능한 구동기(41)를 포함한 난방수 리턴밸브(42)가 설치된 바이패스관(40)이 연결되고,
   이 바이패스관(40)은 난방 분배기의 메인관 위치에 설치되어 보일러(20)로부터 출탕되는 난방수가 공급분배기(31)를 경유하지 않고 곧 바로 난방 환수관(22) 측으로 리턴 처리되어 보일러(20)로 환수될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 보일러의 난방수 순환구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에는 각각의 온도센서(43a,43b)가 장착되어 출탕 및 환수되는 난방수의 온도 차이를 감지하여 난방수 리턴밸브(42)를 개폐할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 보일러의 난방수 순환구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 난방 공급관(21) 및 난방 환수관(22)에 장착된 차폐밸브(23a,23b)를 포함한 구동기(41), 난방수 리턴밸브(42)는 컨트롤러(R)에 전기적으로 연결되어 사용자에 의한 온도 설정에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 보일러의 난방수 순환구조.

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