KR960004851B1 - 온수공급 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

온수공급 제어장치

제1도는 본 발명의 원리 설명도.

제2도는 본 발명의 실시예의 개략 설명도.

제3도는 제1조정밸브와 제2조정밸브이 관계상세도.

제4도는 제1조정밸브의 사시도.

제5도는 수도꼭지가 완전히 개방되었을 때, 제1조정밸브 및 제2조정밸브를 동시에 조절하는 경우의 나사축의 회전각도와 유량과의 관계를 도시한 그래프.

제6도는 나사축의 회전각도와 바이패스 유량비의 관계를 도시한 그래프.

제7도는 가스비례제어장치의 블록도.

제8도는 신호출력부의 블록도.

제9도는 제1조정밸브의 다른 실시예의 단면도.

제10도는 제9도의 선 X-X를 따라서 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 피가열 회로 2 : 바이패스 회로

3 : 유량비율 조절장치 M : 구동장치

30 : 신호출력부 31 : 제1조정밸브

32 : 제2조정밸브

본 발명은 온수공급장치에 관한 것이고, 특히 토출온수온도의 급격한 변화에 민감하게 반응하여 토출온수 온도를 설정온도로 유지할 수 있는 온수공급제어장치에 관한 것이다.

토출온수온도가 설정온도로 유지될 수 있도록 한 온수공급제어장치는 종종 제안되었으며, 최근에는 토출온수온도와 설정온도와의 관계로부터 연소가스량을 제어하는 것에 의하여 온수토출량이 변화하여도 토출온수온도가 설정온도로 유지될 수 있도록 한 것 등이 있다.

그러나, 이와같은 형식의 온수공급제어장치는 뒤끓음 현상과, 온수 재토출시에 냉수가 토출되는 소위 냉수샌드 현상 등에는 대응할 수 없다. 그러므로, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 분배비율이 조절될 수 있도록 한 바이패스 믹싱을 도입하여, 이 분배비율을 열교환기의 출구온도 변화에 반응시켜 조절될 수 있도록 한 것이 일본국 특허출원 제3-186150호에 제안되어 있다.

일본국 특허출원 제3-186150호에서는 열교환기를 통하는 피가열 회로의 유량과, 이 열교환기를 통하지 않는 바이패스 회로의 유량 비율이 민감하게 조절되어, 뒤끓음 현상과 냉수샌드 현상이 완화될 수 있다.

그렇지만, 이러한 것은 열교환기를 가열하는 가스버너의 연소능력을 충분히 큰 값으로 설정하지 않으면, 통출온수온도 조절범위를 크게 할 수 없고, 특히 고온영역에서의 토출온수온도를 충분히 높게 설정할 수 없는 문제가 있다.

상기한 바와같은 종래 기술에서는 피가열 회로와 바이패스 회로의 분배비율을 조절하기 때문에 바이패스 회로측의 유량만을 조절하는 것이므로, 피가열 회로측의 유량을 충분히 빼낼 수 없어, 이러한 조건에서 높은 온도의 온수를 쓰기 위해서는 가스버너의 연소능력을 충분히 크게 하지 않으면 안된다.

본 발명은 이러한 것을 감안하여 이루어진 것으로서, 「온수토출량의 변화에 반응하여 버너의 연소량이 조절되는 것에 의하여 토출온수온도가 토출온수 설정온도로 유지되도록 한 비례제어장치를 구비함과 동시에, 열교환기를 통하는 피가열 회로와는 별도로 열교환기를 우회하는 바이패스 회로가 설치되고, 이러한 피가열회로와 바이패스 회로의 분기부에 유량비율 조절장치가 설치되어, 피가열 회로의 열교환기 출구온도가 소정의 가열 설정온도로 유지되도록 유량비율 조절장치가 동작되는 온수공급기의 온수공급제어장치」에 있어서, 뒤끓음 현상 및 냉수샌드 상태를 완화할 수 있도록 한 것 위에 버너의 능력을 크게 하고, 토출온수온도의 조절범위를 확장할 수 있는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적를 달성하기 위하여, 본 발며의 온수공급제어장치는 「피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 분기부에 설치된 유량비율 조절장치(3)가 구동장치(M)의 0점의 동작량으로부터 최대 동작량까지 범위에서의 동작량에 대응하여 피가열 회로(1)측에 삽입된 제1조정밸브(31)와 바이패스 회로(2)측에 삽입된 제2조정밸브(32)의 개방정도가 동시에 조절되는 구성으로 하여, 토출온수온도가 설정온도로 유지된 상태에서 열교환기(10)의 출구측 온수온도를 급수온도 보다도 일정온도 높은 값으로 유지하기 위하여, 피가열 회로(1)측의 제1조정밸브의 개방정도와 바이패스 회로(2)측의 제2조정밸브의 개방정도의 비를 연산하고, 그 연산값에 반응하는 동작신호를 구동장치(M)로 출력하는 신호출력부가 설치되어, 구동장치(M)의 동작량과 제1 및 제2조정밸브(31,32)들의 개방정도의 관계가 0점의 동작량으로부터 버너의 연소능력에 의해 결정되는 설정동작량까지의 구동장치(M)의 동작량 범위에서는 제2조정밸브(32)가 닫힌 상태로 유지되며 제1조정밸브(31)의 개방정도가 구동장치(M)의 동작량이 증가하는 것에 따라서 소정의 개방정도로 서서히 증가되고, 상기 설정 동작량으로부터 최대 동작량까지의 구동장치(M)의 동작량의 범위에서는 바이패스 유량비가 서서히 증가되도록 관계되는」것이다.

상기와 같은 온수공급제어장치는 다음과 같이 작용한다.

온수공급기로부터의 토출온수온도는 비례제어장치에 의하여 설정온도로 유지되도록 제어된다.

그리고, 이러한 조건하에서 열교환기(10)의 출구측 온도가 급수온도 보다도 일정온도 높은 값으로 되도록 신호출력부(30)에 의하여 제1 및 제2조정밸브(31,32)의 개방정도가 설정된다.

이때, 주입수 온도가 낮고 설정온도가 높은 경우 외에는 구동장치(M)의 동작량이 설정동작량 이상의 범위이면 바이패스 유량비가 서서히 증가하도록 변화하는 조건의 범위내에서 제어되어 열교환기(10)의 출구측 온도가 설정온도로 유지된다. 이러한 바이패스 유량비의 변화는 제1조정밸브(31)의 개방정도와 제2조정밸브(32)의 개방정도가 동시에 변화하는 상태 또는 한쪽 조정밸브의 개방정도의 변화만에 의하여 유량비가 변화되는 상태중 어떠한 것도 좋다.

주입수 온도가 낮고 설정온도가 높은 경우, 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 합류점 하류측에 있는 수도꼭지의 개방정도만으로 전체 유량이 설정되는 경우, 버너의 최대 연소량일 때에는 설정온도의 온수가 나오지 않는 조건이 발생될 수 있지만, 이러한 조건에서는 제2조정밸브(32)가 닫힌 상태로 유지되며 제1조정밸브(31)의 개방정도가 구동장치(M)의 동작량이 증가함에 따라 소정의 개방정도까지 서서히 증가되는 관계이기 때문에 바이패스 유량이 차단된 상태에서 토출온수온도를 설정온도로 유지하기 위하여 피가열 회로측의 유량이 변화된다. 따라서, 버너의 연소능력이 작게 되어도 설정정온도의 온수가 나오게 된다.

버너의 연소능력을 크게 하지 않아도, 주입수 온도가 낮고 설정온도가 높은 조건에서이 고온영역의 온수 토출온도가 확실히 보장됨과 동시에, 피가열 회로(1)의 유량이 과다하지 않기 때문에 온수 재토출시에 냉수 샌드 상태가 길게 계속되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예를 제2도 이하의 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도에서, 이 실시예는 열교환기(10)를 통하는 피가열 회로(1)와 열교환기(10)를 우회하는 바이패스 회로(2)로 분기되도록 급수회로(40)가 구성되고, 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 분기부에는 유량비율 조절장치(3)가 설치되고, 이 유량비율 조절장치(3)로의 급수회로에는 주입수 온도를 검지하는 주입수 온도센서(T₀)가, 그리고 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)이 합류부(N)에는 토출온수온도를 검지하는 토출온수 온도센서(T₂)가 설치된다.

열교환기(10)에 대응하는 가스버너(B)의 연소량은 가스비례밸브(G)에 의하여 제어된다. 이를 위해 본 실시예에서는 제7도에 도시된 바와같이 소위 피드백 형식의 가스비례제어장치(C)가 채용된다. 이러한 가스 비례제어장치(C)는 토출온수온도를 설정하는 설정기(S)의 출력과 토출온수 온도센서(T₂)의 검지력을 비교하여, 가스비례밸브(G)로의 개방정도신호를 연산하고, 그 연산값에 대응하는 신호출력을 가스비례밸브(G)에 인가시킨다. 한편, 이러한 것은 공지된 사실이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예의 주 구성요소인 유량비율 조절장치(3)는 피가열 회로(1)로 입구부(11)의 개방정도를 조절하는 제1조정밸브(31)와 바이패스 회로(32)로 입구부(21)의 개방정도를 조절하는 제2조정밸브(32)를 동시에 구동하는 구동장치(M)와, 상기 주입수 온도센서(T₀)의 검지출력, 토출온수 온도센서(T₂)의 검지출력, 및 설정온도에 대응하는 출력을 입력하고 소정의 동작신호를 출력하는 신호출력부(30)로 이루어지며, 상기 제1조정밸브(31) 및 제2조정밸브(32)는 밸브장치 본체(V)에 내장됨과 동시에 이 밸브장치 본체에는 급수회로(40)의 입구(41)로부터 상기 제1조정밸브(31) 및 제2조정밸브(32)를 수용한 밸브실(33)에 삽입된 수 가버너(4, 水 governor)가 내장되어 있으며, 다이어프램(42)에 의하여 구획된 2차측의 공기실(43a)이 바이패스회로(2)에 연결 소통된다.

이러한 수 가버너(4)는 공기실(4a)의 압력과 밸브실(43b)에 연결 소통된 공기실(43b)의 압력차를 일정하게 하는 것이다. 따라서, 공기실(43b)로부터 공기실로 연통하는 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 합류부(N)까지의 저항이 일정하게 될 수 있어 1차 압력의 변동에 관계가 없으며, 하류측의 유량이 상기 압력차에 의하여 결정되어 유량이 일정하게 된다.

제3도에 도시된 바와같이, 제1조정밸브(31)와 제2조정밸브(32)는 구동장치(M)의 출력부와 일체로 회전운동하도록 밸브장치 본체(V)에 내장되고, 밸브실(33)을 관통한 밸브축(34)에 의하여 구동되지만, 이 밸브축(34)은 밸브실(33)이 축선방향 단부에 설치된 나사축(35)과 일체로 연결되어, 나사축(35)이 구동장치(M)의 출력부와 합쳐진다. 따라서, 구동장치(M)의 출력부 회전각도에 응하여 밸브축(34)이 동일한 각도만큼 회전함과 동시에 진퇴한다.

제1조정밸브(31)는 밸브축(34)에 고정됨과 동시에 밸브실(33)에 대하여 원통대우 상태로 수용되어, 밸브측(34)의 회전각도에 응하여 입구부(11)의 밀폐정도가 변화한다. 다른쪽의 제2조정밸브(32)는 밸브축(34)과 일체로 결합된 회전체 형상으로 밸브축(34)과 동일한 형태로 회전하며 진퇴한다.

제1조정밸브(31)는 제4도에 도시된 바와같이 원기둥 형상으로, 그 단면이 입구부(11)에 면한다. 이 단면은 소정의 형상으로 설정되어 있다. 구동장치(M)의 출력부 각도는 270°로 설정되어 있으며, 제1조정밸브(31)의 단면형상에 의하여 구동장치(M)의 회전각도가 0°로부터 90°까지의 범위에서는 입구부(11)의 개방정도를 비례적으로 증대시키고, 90°를 초과하면 입구부(11)의 개방정도가 일정하게 되도록 설정되어 있다. 따라서, 온수토출회로에 설치된 수도꼭지(J)가 완전 개방상태로 있을 때에는 피가열 회로(1)의 유량이 제5도의 ①과 같이 변화한다.

한편, 제2조정밸브(32)는 밸브축(34)에 대하여 축선방향으로 일정범위의 이동여유를 가지도록 끼워지고, 이러한 이동여유는 구동장치(M) 출력부의 270°의 회전운동에 의하여 밸브축(34)의 축선방향 이동량의 1/3로 설정된다. 입구부(21)에 대향하는 선단부가 원추 형상부로, 여기에 연속하여 플런저부가 연속되는 형상으로 되어 있으며, 이 플런저부의 직경은 입구부(21) 보다 크게 되어 있다. 또한, 이 제2조정밸브(32)는 스프링(36)에 의하여 입구부(21)측으로 밀려지고, 구동장치(M)의 출력부 회전각도가 90°를 초과하면 입구부(21)내로 원추 형상부가 삽입된다. 이러한 원추 형상부의 형상은 미리 소정의 형상으로 설정되며, 0°에서 90°까지의 구동장치(M)의 회전각도 범위에서는 입구부(21)의 개방정도가 비례적으로 증대된다. 이러한 것에 의하여, 온수토출회로에 설치된 수도꼭지(J)가 완전개방 상태로 될 때는 피가열 회로(1)의 유량이 제5도의 ①과 같이 변화한다.

제1조정밸브(31) 및 제2조정밸브(32)를 이상과 같이 설정하는 것에 의하여 전체의 유량은 수도꼭지(J)가 완전개방 상태에서 제5도의 ③과 같이 변화되도록 설정된다. 또한, 피가열 회로(1)측의 유량에 대한 바이패스 회로(2)측이 유량비율, 즉 바이패스 유량비는 수도꼭지(J)의 개방정도에 관계없이, 제6도에 도시된 바와같이 변화한다.

수 가버너(4)에 의한 밸브실(33)로의 유입수압과, 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 합류부(N)의 수압의 차이가 급수회로(40)의 수압변동에 관계없이 일정하게 되도록 설정되어, 입구부(11,21)들의 개방정도가 동시에 조정되어 바이패스 유량비율을 조절할 수 있다.

신호출력부(30)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

신호출력부(30)는 주입수 온도센서(T₀)의 검지출력과, 토출온수온도 설정기(S)로부터의 신호를 입력시켜, 주입수 온도센서(T₀)의 검출값에 대응하는 온도(T₁)로 50°를 더한 값으로부터 토출온수온도 설정기(S)의 설정온도(S₁)를 뺀값을 연산하는 제1연산부(30a)와, 설정온도(S₁)로부터 온도(T₁)를 뺀값을 연산하는 제2연산부(30b)와, 이러한 제1 및 제2연산부(30a,30b)들로부터 출력비와 제7도의 바이패스비에 의거하여 구동장치(M)의 출력부 회전각도신호를 설정하는 회전각도신호설정부(30c)로 구성된다. 그리하여, 이 회전각도신호설정부(30c)의 출력신호가 구동장치에 입력된다.

이러한 것에서는 토출온수온도가 토출온수온도 설정기(S)에 의해 설정온도(S₁)로 되도록, 가스비례제어장치(C)에 의하여 가스비례밸브(G)의 개방정도가 제어된다. 유량, 설정온도, 주입수 온도, 및 열교환기의 열효율이 결정되면, 가스종류가 일정한 가스버너(B)에 의한 가열량은 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 분배비율에 관계없이 일정한 값으로 되기 때문에, 가스비례제어장치(C)에 의한 가스비례밸브(G)에 의하여 토출온수온도가 토출온수 설정온도로 된다(제7도 참조). 그리하여, 토출온수온도를 설정온도로 정확하게 일치시키기 위하여, 소위 피드백제어에 의하여 상기 동작이 실행된다.

다음에, 신호출력부(30)에서는 열교환기의 출구온도를 주입수 온도센서(T₀)의 검지온도 보다도 예를들면 50℃ 높은 온도로 설정하고 토출온수온도(S₁) 유지하기 위한 회전각도신호를 연산한다. 설정온도(S₁)가 일단 소정의 온도로 설정되고 급수량이 일정하며 열교환기(10)의 출구온도가 주입수 온도센서(T₀)의 검지온도 보다도 50℃ 높은 온도로 되면, 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 유량비율은 「(S₁)-(T₁)」과 「(T₁)+50-(S₁)」의 비율로 된다(제8도 참조).

본 실시예에서는 제2연산부(30b)의 출력과 제1연산부(30a)의 출력비가 상기 값으로 된다. 따라서, 회전각도신호설정부(30c)에 의하여 설정된 바이패스 비율은 상기 조건에 적합한 것으로 된다. 이와 같이하여 바이패스 비율이 설정된 상태에서 가스비례제어장치(C)와 가스비례밸브(G)의 조합에 의하여 상기 제어동작이 진행된다.

상기 실시예의 제어의 경우, 피가열 회로(1)측의 유량은 열교환기(10)의 출구측에서의 온도가 주입수 온도보다 50℃ 높은 온도로 유지되기 때문에, 열교환기(10)에서 가열의 과부족이 발생되지 않는다.

특히, 상기 실시예에서는 공기실(43a)에 연결 소통된 합류부(N)와 공기실(43b)에 연결 소통되는 밸브실(33)의 압력차가 일정하게 되도록 제어되는 것이며, 제1조정밸브(31)의 개방정도가 제5도의 ①의 변화와 대응하도록 변화하기 때문에, 바이패스 비율이 증대될 때 피가열 회로(1)의 유량이 적게 되는 사태가 방지될 수 있다.

또한, 주입수 온도가 낮고 설정온도가 높은 경우에도, 바이패스 회로(2)측의 유량을 0으로 하여 피가열회로(1)측의 유량을 빼내도록 제어될 수 있기 때문에 드레인 발생 및 과열을 방지하는 것 위에 높은 설정온도의 온수가 나오게 된다.

한편, 상기 실시예에서는 제1조정밸브(31)는 회전에 의하여 제5도와 같은 개방정도의 변화를 도시하였지만, 이를 제9,10도에 도시한 바와같은 구성으로도 될 수 있다. 이러한 것에서는 제1조정밸브(31)는 축선방향으로 이동하는 원주체로 된다. 그리하여, 입구부(11)에 반원형의 입구부(11a)와 환공(11b)이 형성되며, 나사축(35)의 회전각도 90°까지에서는 입구부(11a)가 일부 폐쇄상태로부터 완전 개방상태로 서서히 개방정도가 크게 되도록 동작하며, 90°-270°의 범위에서는 입구부(11a)로부터 벗어나 입구부(11a) 및 입구부(11b)를 동시에 완전 개방하도록 나사축(35)과 제1조정밸브(31)의 연동관계가 설정된다.

한편, 입구부(11a,11b)들이 동시에 개방될 때의 유량은 수도꼭지(J)의 완전 개방상태에서 제5도의 ①의 최대값을 도시하도록 설정된다.

상기와 같은 실시예에서는 가스온수공급기에 본 발명이 실시되지만, 석유 등을 연료로 하는 다른 온수공급기에 실시하여도 좋다.

Claims (1)

1. 온수토출량의 변화에 반응하여 버너의 연소량이 조절되는 것에 의하여 토출온수온도가 토출온수 설정온도로 유지되도록 한 비례제어장치를 구비함과 동시에, 열교환기를 통하는 피가열 회로와는 별도로 열교환기를 우회하는 바이패스 회로가 설치되고, 상기 피가열 회로와 바이패스 회로의 분기부에 유량비율 조절장치가 설치되어, 상기 피가열 회로의 열교환기 출구온도가 소정의 가열 설정온도로 유지되도록 상기 유량비을 조절장치가 동작되는 온수공급기의 온수공급제어장치에 있어서, 상기 피가열 회로(1)와 바이패스 회로(2)의 분기부에 설치된 상기 유량비율 조절장치(3)가 구동장치(M)의 0점의 동작량으로부터 최대 동작량까지 범위에서의 동작량에 대응하여 상기 피가열 회로(1)측에 삽입된 제1조정밸브(31)와 상기 바이패스 회로(2)측에 삽입된 제2조정밸브(32)의 개방정도가 동시에 조절되는 구성으로 하여, 토출온수온도가 설정온도로 유지된 상태에서 상기 열교환기(10)의 출구측 온수온도를 급수온도 보다도 일정온도 높은 값으로 유지하기 위하여, 상기 피가열 회로(1)측이 상기 제1조정밸브이 개방정도와 상기 바이패스 회로(2)측의 상기 제2조정밸브이 개방정도의 비를 연산하고, 그 연산값에 반응하는 동작신호를 상기 구동장치(M)로 출력하는 신호출력부가 설치되어, 상기 구동장치(M)의 동작량과 상기 제1 및 제2조정밸브(31,32)들의 개방정도와의 관계가 0점의 동작량으로부터 버너의 연소능력에 의해 결정되는 설정동작량까지의 상기 구동장치(M)의 동작량 범위에서는 상기 제2조정밸브(32)가 닫힌 상태로 유지되며 상기 제1조정밸브(31)의 개방정도가 상기 구동장치(M)의 동작량이 증가하는 것에 따라서 소정의 개방정도로 서서히 증가되고, 상기 설정 동작량으로 부터 최대 동작량까지의 상기 구동장치(M)의 동작량의 범위에서는 바이패스 유량비가 서서히 증가되는 것을 특징으로 하는 온수공급제어장치.