WO2014092323A1 - 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러 - Google Patents

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WO2014092323A1
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heat exchanger
heating
water
pipe
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박준규
김형래
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주식회사 경동나비엔
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Definitions

  • the present invention relates to a hot water heating combined heat boiler, and more particularly, in the hot water mode, the direct heat is directly supplied by the combustion heat of the burner in the main heat exchanger to supply hot water, and in the heating mode, the water heated in the main heat exchanger.
  • the present invention relates to a hot water heating combined heating boiler based on hot water that supplies heating water after indirectly heating a heating return in an auxiliary heat exchanger.
  • Boilers are used for heating or hot water in homes and public buildings. Typically, boilers use oil or gas as fuel to burn through a burner, and then heat water using combustion heat generated during the combustion process, and circulate the heated water to the room for heating or as hot water as needed. .
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a conventional heating hot water combined use boiler.
  • the conventional heating hot water combined use boiler 1 includes a main heat exchanger 10 for heating heating water by combustion heat of a burner (not shown), a circulation pump 20 for circulating heating water, and the main heat exchanger 10.
  • the heated heating water is opened to be supplied to the heating supply pipe 71 in the heating mode, and the three-way valve 30 is opened to be supplied to the hot water supply heat exchanger 40 in the hot water mode, and the heated water and the direct water heated in the main heat exchanger 10 are directly heated.
  • the main heat exchanger 10 includes a sensible heat exchanger 11 that absorbs combustion sensible heat of a burner (not shown), and latent heat of steam included in combustion gas that has undergone heat exchange in the sensible heat exchanger 11. It consists of a latent heat exchanger (12) for absorbing.
  • the up-and-down arrangement of the sensible heat exchanger 11 and the latent heat exchanger 12 shown in FIG. 1 corresponds to a downward combustion type, and when an upward combustion burner is installed, a burner, a sensible heat exchanger, and a latent heat exchanger are sequentially formed from below. Is placed.
  • the heating heat return directly by the combustion heat of the burner in the main heat exchanger 10 in the heating mode to supply the heating water to the heating source, and in the main heat exchanger 10 in the hot water mode.
  • Hot water is supplied to the user by indirectly heating the direct water in the hot water supply heat exchanger 40 using the heated heating water.
  • the user can expect the hot water at the desired temperature immediately after turning on the faucet, and when the boiler is operated to heat the room, it may take some time for the room temperature to rise. Done.
  • the burner heat of the burner is adjusted. Indirect heating is performed in the hot water supply heat exchanger 40 so that the user may change the burner heat of the burner. Not only does it take time to reach the desired set temperature, there is a problem that the temperature rises or rises lower than the set temperature, resulting in a temperature deviation.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the heat exchange for the hot water supply in the main heat exchanger is made and the heat exchange for the heating water supply in the auxiliary heat exchanger is made to provide a quick and energy-saving It is an object of the present invention to provide a hot water heating combined heat boiler with easy hot water temperature control.
  • Hot water heating combined boiler of the hot water center of the present invention for achieving the object as described above, the direct water inflow pipe into which direct water flows; A main heat exchanger for heating the direct water introduced through the direct water inlet pipe by the combustion heat of a burner; Hot water outlet pipe for withdrawing hot water heated in the main heat exchanger; In the heating mode, a heat exchange is performed between the water heated in the main heat exchanger and the heating return of which the temperature is lowered at the heating source to supply the heating water to the heating source; And a control unit for controlling combustion of the burner in the hot water mode and the heating mode.
  • the main heat exchanger includes a sensible heat exchanger that absorbs the combustion sensible heat of the burner, and a latent heat exchanger that absorbs the latent heat of water vapor contained in the combustion gas that has undergone heat exchange in the sensible heat exchanger;
  • the water introduced through the direct inflow pipe may pass through the latent heat exchanger and the sensible heat exchanger sequentially and then flow out into the hot water outlet pipe.
  • the latent heat exchanger is a hot water latent heat exchanger, one side of which is connected to the direct water inlet pipe and the other side of which is connected to the sensible heat exchanger, and the other side of the latent heat exchanger is connected to a heating return pipe into which the heating return flows, and the other side of the heating side of the auxiliary heat exchanger.
  • the hot water inlet pipe connecting the hot water outlet pipe and the hot water side heat exchanger inlet of the subsidiary heat exchanger and the hot water outlet tube connecting the direct water inlet pipe and the hot water side heat exchanger outlet of the subsidiary heat exchanger are provided. It may have been.
  • the hot water circulation pump is provided, and the hot water circulation pump may be stopped in the hot water mode and operated in the heating mode.
  • a check valve may be provided to prevent the direct water introduced through the direct water inflow pipe into the hot water outflow connection pipe.
  • a flow switch may be provided on the pipe through which the heating water flows to detect the flow of the heating water and to send a signal to the control unit to burn the burner.
  • the hot water heating combined boiler of the hot water center of the present invention by directly heat-exchanging the combustion gas and direct water of the burner in the main heat exchanger to supply hot water, the supply of hot water desired by the user is made quickly and even if the amount of hot water is changed without temperature deviation. It is easy to control the hot water temperature, and when the amount of hot water is used, energy can be saved.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a conventional heating hot water combined use boiler
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a boiler according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing an operating state when using hot water in the boiler of Figure 2
  • FIG. 5 is a view showing the configuration of a boiler according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an operating state when using hot water in the boiler of Figure 5
  • FIG. 7 is a view showing an operating state when using heating in the boiler of FIG.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a boiler according to a first embodiment of the present invention.
  • the hot water heating combined boiler 100 includes a burner 110 that generates a flame by burning a mixture of air and gas, and a main heat exchanger 120 that directly heats direct water by the combustion heat of the burner 110. ), A heat exchange is made between the water heated in the main heat exchanger 120 and the heating return water to include a subsidiary heat exchanger 130 for supplying high temperature heating water.
  • the burner 110 is configured in a downward combustion method, but may be configured in an upward combustion method.
  • the up and down positions of the sensible heat exchanger and the latent heat exchanger are changed, and the burner is located at the lower side of the sensible heat exchanger.
  • One side of the latent heat exchanger 122 is connected to a direct inflow pipe 171 through which direct water is introduced, and the other side is connected to a heat exchanger connection pipe 172 connecting between the sensible heat exchanger 121.
  • One side of the sensible heat exchanger 121 is connected to the heat exchanger connection pipe 172, the other side is connected to the hot water outlet pipe 173 for withdrawing the hot water heated in the main heat exchanger 120 to the user.
  • the low temperature direct water introduced through the direct water inflow pipe 171 absorbs the latent heat of condensation of water vapor contained in the combustion gas while passing through the latent heat exchanger 122, and then sensible heat through the heat exchanger connection pipe 172.
  • the hot water introduced into the heat exchanger 121 and absorbing the combustion sensible heat generated by the burner 110 while passing through the sensible heat exchanger 121 becomes a high temperature through the hot water outlet pipe 173 through the hot water outlet pipe 173. Supplied to the user through.
  • the hot water side heat exchange part 131 is a hot water side heat exchange part inlet 131a into which high temperature hot water flows in, and the low temperature water that has undergone heat exchange with the low temperature heating return flowing through the heating side heat exchange part 132 flows out.
  • the hot water side heat exchange part outlet 131b is provided.
  • the heating-side heat exchange part 132 flows in the heating-side heat exchange part inlet 132a into which the low-temperature heating return flows in, and the high-temperature heating water made of heat exchange with the hot water flowing in the hot water-side heat exchange part 131 flows out.
  • the heating side heat exchanger outlet 132b is provided.
  • the hot water outlet pipe 173 and the hot water side heat exchange part inlet 131a are connected by a hot water inlet connection pipe 174, and the hot water outlet heat exchanger outlet 131b and the direct water inlet pipe 171 are discharged from the hot water. It is connected by a connecting pipe 175.
  • a hot water circulation pump 140 for supplying the water discharged through the hot water side heat exchanger outlet 131b of the auxiliary heat exchanger 130 to the direct water inlet pipe 171 side. do.
  • the hot water circulation pump 140 is stopped in the hot water mode, and is operated in the heating mode to circulate the water in the direct inflow pipe 171 and the heat exchanger 110 and the hot water outlet pipe 173. If the hot water circulation pump 140 is provided on the direct water inlet pipe 171 or the hot water outlet pipe 173, the pressure loss of the direct water or hot water occurs in the hot water mode. Therefore, the hot water circulation pump 140 may be located on the hot water outlet connection pipe 175 to prevent a pressure loss in the hot water mode.
  • the hot water circulating pump 140 is configured to be positioned on the hot water outflow connecting pipe 175, but may be modified to be positioned on the hot water inflow connecting pipe 174.
  • the check valve 150 is provided on the hot water discharge connection pipe 175.
  • the check valve 150 prevents the direct water introduced through the direct water inlet pipe 171 from flowing into the hot water outlet connection pipe 175 in the hot water mode, and the hot water circulation pump 140 in the heating mode.
  • a heating return pipe 176 through which heating return water flows from a heating source 400 is connected to the heating side heat exchange part inlet 132a, and the heating side heat exchange part 132 is connected to the heating side heat exchange part outlet 132b.
  • the heating supply pipe 177 for supplying the heated heating water while passing through the heating source 400 is connected.
  • the heating water circulation pump 200 provided on the outside of the boiler 100 is connected to the temperature controller 300
  • the operation is controlled according to the user's heating requirements.
  • the temperature controller 300 is a user to operate the operation, the boiler 100 is provided with a separate control unit (not shown) to control the operation of the boiler (100).
  • the temperature controller 300 sends a signal only to the heating water circulation pump 200 provided outside the boiler 100, so even if the user operates the temperature controller 300, the boiler 100 does not know that the heating is operated.
  • heating water flows by the heating water circulation pump 200 in the flow switch 160 provided in the boiler 100, heating is performed by detecting the flow and sending a signal to the controller.
  • a flow sensor (not shown) is provided on the direct inflow pipe 171 to detect whether the user uses hot water, and measure the temperature of the hot water discharged on the hot water discharge pipe 173 to provide hot water.
  • a temperature sensor (not shown) may be provided to adjust the temperature.
  • FIG. 3 is a view showing an operating state in the hot water mode in the boiler of FIG.
  • the flow sensor (not shown) installed on the direct inflow pipe 171 detects the flow of the direct water, and the burner 110 receives the detected signal to supply hot water Is activated.
  • the direct water flowing through the direct water inlet pipe 171 is pressurized by the direct water inlet pipe 171 by its own pressure and then introduced into the latent heat exchanger 122 to perform heat exchange, and again in the sensible heat exchanger 121. After the heat exchange by car is discharged to the water outlet (2) through the hot water outlet pipe (173).
  • the hot water discharged through the hot water outlet pipe 173 is also filled in the hot water inlet pipe 174, the hot water side heat exchanger 131, and the hot water outlet pipe 175, but through the direct water inlet pipe 171. Since the pressure of the direct water flowing in is higher, hot water does not flow into the direct water inflow pipe 171 through the check valve 150 from the hot water outlet connection pipe 175.
  • the hot water circulation pump 140 for circulating hot water in the heating mode is disposed on the hot water outflow pipe 175 instead of being located on the direct water inflow pipe 171 or the hot water outlet pipe 173, the direct water inflow pipe When the direct water flowing through 171 flows and the hot water discharged through the hot water discharge pipe 173 flows, flow resistance is not generated.
  • the user can quickly supply hot water at a desired temperature.
  • a flow rate signal is input from the flow sensor (not shown) to the control unit (not shown), and the control unit changes the combustion amount of the burner 110 to correspond to the changed flow rate. Control as possible. In this case, since the direct water and the combustion gas are directly heat-exchanged, it is possible to quickly respond to the changed flow rate and reach the set temperature without temperature deviation.
  • FIG. 4 is a view illustrating an operating state in a heating mode in the boiler of FIG. 2.
  • the heating water circulation pump 200 When the heating mode is operated by the user operating the temperature controller 300, the heating water circulation pump 200 is operated so that the low-temperature heating water is heated on the heating side of the auxiliary heat exchanger 130 through the heating return pipe 176 ( 132).
  • the flow switch 160 senses the flow of the heating water and sends the detected signal to the controller (not shown), and the controller operates the burner 110.
  • the heating water is exchanged with the hot water of the hot water side heat exchanger 131 while passing through the heating side heat exchanger 132 to become a high temperature and is supplied to the heating source 400 through the heating supply pipe 177.
  • the heat return from the heating requirements 400 causes the heat return to be repeated in the heating return pipe 176.
  • the hot water on the hot water side with the operation of the burner 110 the hot water circulation pump 140 is operated, the low-temperature water is a latent heat exchanger 122 via the hot water outlet connection pipe 175, the direct water inlet pipe 171.
  • the heated hot water flows into the hot water side heat exchange part 131 through the hot water outlet pipe 173 and the hot water inflow connection pipe 174 sequentially, and exchanges heat with the low temperature heating water passing through the heating side heat exchange part 132. This is done.
  • the water discharged from the hot water side heat exchanger 131 repeats the circulation to the direct water inlet pipe 171 through the hot water outlet connection pipe 175 in a state where the temperature is lowered.
  • the water is directly heated by the burner 110 in the main heat exchanger 120 in the hot water mode, and indirectly heating the heating water in the auxiliary heat exchanger 130 in the heating mode, even when the amount of hot water is large.
  • Hot water supply is quick and hot water temperature control is easy.
  • FIG. 5 is a view showing the configuration of a boiler according to a second embodiment of the present invention. Since most of the configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the following description focuses on different configurations.
  • the hot water heating boiler 100-1 includes a burner 110 and a main heat exchanger 120-1 which directly heats water by combustion heat of the burner 110, and the main heat exchanger 120-.
  • the heat exchange is performed between the heated water and the heating return in 1) and includes an auxiliary heat exchanger 130 for supplying high temperature heating water.
  • the main heat exchanger (120-1) is composed of a sensible heat exchanger (121-1) and latent heat exchangers (122-1,123-1).
  • the latent heat exchanger (122-1, 123-1), the hot water latent heat exchanger (122-1), one side is connected to the direct inlet pipe 171 and the other side is connected to the sensible heat exchanger (121-1).
  • a latent heat exchanger (123-1) connected to one side of the heating return pipe (176-1) through which the heating return flows and the other side of the auxiliary heat exchanger (130a) connected to the heating side heat exchanger inlet (132a). Is made of.
  • the combustion gas generated in the burner 110 undergoes heat exchange through the sensible heat exchanger 121-1, the hot water latent heat exchanger 122-1, and the heating latent heat exchanger 123-1 in sequence.
  • the heat exchanger 121-1 and the hot water latent heat exchanger 122-1 perform heat exchange with direct water
  • the heating latent heat exchanger 123-1 performs heat exchange with heating water.
  • One side of the heating latent heat exchanger (123-1) is connected to the first heating and return pipe 176-1 through which the heating return flows, the other side is the heat exchange in the heating latent heat exchanger (123-1)
  • the second heating return pipe 176-2 through which the heated heating return flows is connected.
  • the second heating and return pipe 176-2 is connected to the inlet 132a of the heating side heat exchanger 132.
  • a flow switch 160-1 for detecting the flow of heating water is provided, and a heating supply pipe 177 is provided at an outlet 132b of the heating side heat exchanger 132. Connected.
  • Hot water inlet connection pipe 174 connected to the inlet 131a of the hot water side heat exchanger 131, a hot water outlet connection pipe 175 connected to the outlet 131b of the hot water side heat exchanger 131, and the hot water outlet connection pipe (
  • the hot water circulation pump 140 and the check valve 150 provided on the 175 are provided in the same manner as in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing an operating state when using hot water in the boiler of FIG.
  • the flow sensor detects the flow of the direct water burner 110 is operated, the direct water flows into the direct water inlet pipe 171 is a hot water latent heat exchanger (122-) The heat exchange is performed while passing through 1), the heat exchange is performed while passing through the sensible heat exchanger 121-1, and the hot water is supplied to the user through the hot water outlet pipe 173 via the hot water outlet pipe 173.
  • FIG. 7 is a view showing an operating state when using the heating in the boiler of FIG.
  • the heating water circulation pump 200 When the user operates the heating mode by operating the temperature controller 300, the heating water circulation pump 200 is operated while the heating water passes through the heating latent heat exchanger (123-1) through the heating return pipe (176-1). The heat exchange takes place primarily by absorbing the latent heat of condensation of water vapor.
  • the heating return passing through the heating latent heat exchanger 123-1 flows into the heating side heat exchanger 132 and the inlet 132a and passes through the hot water side heat exchanger 132 while passing through the heating side heat exchanger 132.
  • the heat exchange is performed between the hot water and the hot water is supplied to the heating source 400 through the heating supply pipe 177.
  • the direct water is directly heat-exchanged with the combustion gas of the burner 110 in the main heat exchanger 120-1, so that hot water is supplied quickly and hot water temperature is controlled even when the amount of hot water is large. Is easy.
  • the combustion gas generated from the burner 110 is subjected to three heat exchanges while passing through the sensible heat exchanger 121-1, the hot water latent heat exchanger 122-1, and the heating latent heat exchanger 123-1. Since the water is preheated in the heating latent heat exchanger (123-1) before the heat exchange in the auxiliary heat exchanger (130), and then flows into the heating side heat exchange part (132) of the auxiliary heat exchanger (130), the heat efficiency is increased even in the heating mode. Can be improved.
  • the main heat exchanger is a condensing type (Condensing) type, but it is also applicable to the case of the general boiler having only a latent heat exchanger without a latent heat exchanger.

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Abstract

본 발명은 주열교환기에서 온수 공급을 위한 열교환이 이루어지도록 하고 보조열교환기에서 난방수 공급을 위한 열교환이 이루어지도록 함으로써 온수 공급이 신속하고 에너지를 절약할 수 있으며 온수 온도 제어가 용이한 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 보일러는, 직수가 유입되는 직수유입관; 버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 주열교환기; 상기 주열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수출수관; 난방 모드 시, 상기 주열교환기에서 가열된 물과 난방소요처에서 온도가 하강된 난방환수 사이에 열교환이 이루어져 상기 난방소요처에 난방수를 공급하기 위한 보조열교환기; 온수 모드와 난방 모드 시에 상기 버너의 연소를 제어하는 제어부로 이루어진다.

Description

온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러
본 발명은 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온수 모드 시에는 주열교환기에서 버너의 연소열에 의해 직수를 직접 가열하여 온수를 공급하고, 난방 모드 시에는 주열교환기에서 가열된 물을 이용하여 보조열교환기에서 난방 환수를 간접 가열한 후 난방수를 공급하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러에 관한 것이다.
보일러는 일반 가정이나 공공건물 등에서 난방용이나 온수용으로 사용되고 있다. 통상적으로 보일러는 기름 또는 가스를 연료로 사용하여 버너를 통해 연소시킨 다음, 연소과정에서 발생한 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열된 물을 실내로 순환시켜 난방을 하거나 필요에 따라 온수로 사용한다.
도 1은 종래의 난방 온수 겸용 보일러의 구성을 보여주는 도면이다.
종래의 난방 온수 겸용 보일러(1)는, 버너(미도시)의 연소열에 의해 난방수를 가열하는 주열교환기(10), 난방수를 순환시키기 위한 순환펌프(20), 상기 주열교환기(10)에서 가열된 난방수가 난방모드에서는 난방공급관(71)측으로 공급되도록 개방되고 온수모드에서는 급탕열교환기(40)측으로 공급되도록 개방되는 삼방밸브(30), 상기 주열교환기(10)에서 가열된 난방수와 직수와의 열교환이 이루어져 온수를 공급하기 위한 급탕열교환기(40), 직수의 유입을 감지하기 위한 유량흐름스위치(50), 사용자에게 공급되는 온수의 온도를 감지하기 위한 온도센서(60), 주열교환기(10)에서 가열된 난방수를 난방소요처(미도시)로 공급하기 위한 난방공급관(71), 난방소요처에서 열교환이 이루어진 환수가 흐르는 난방환수관(72)을 포함하여 이루어진다.
콘덴싱 보일러의 경우 상기 주열교환기(10)는, 버너(미도시)의 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기(11)와, 상기 현열열교환기(11)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기(12)로 구성된다.
도 1에 도시된 현열열교환기(11)와 잠열열교환기(12)의 상하배치는 하향 연소식에 해당하고, 상향 연소식 버너가 설치되는 경우에는 아래에서부터 버너, 현열열교환기, 잠열열교환기가 순차 배치된다.
이러한 종래의 난방 온수 겸용 보일러는, 난방 모드 시에는 주열교환기(10)에서 버너의 연소열에 의해 직접 난방환수를 가열하여 난방소요처로 난방수를 공급하게 되고, 온수 모드 시에는 주열교환기(10)에서 가열된 난방수를 이용하여 급탕열교환기(40)에서 직수를 간접 가열함으로써 사용자에게 온수를 공급하게 된다.
일반적으로 사용자가 온수를 사용할 경우에는 수도꼭지를 틀면 곧바로 사용자가 원하는 온도의 온수가 나오기를 기대하게 되고, 실내를 난방하기 위해 보일러를 가동시킬 경우에는 실내 온도가 올라갈 때까지 어느 정도 시간이 걸리는 것으로 예상하게 된다.
상기한 종래의 난방 온수 겸용 보일러는, 온수 모드 시에 사용자에게 온수를 공급하기 위해서는 주열교환기(10)에서 가열된 난방수를 이용하여 급탕열교환기(40)에서 직수를 간접 가열하게 되므로, 사용자가 원하는 온수 온도로 상승시키는데 시간이 많이 걸려 원하는 온도의 온수를 즉시 사용하고자 하는 사용자의 기대를 충족시키지 못하게 되고, 온수 모드 시에 난방 모드 시보다 더 많은 열량이 필요하게 되므로 온수 사용이 많은 국가의 경우 에너지 소모가 증가하는 문제점이 있다.
또한 사용자가 온수 수도꼭지를 개방시켜 온수를 사용하다가 온수 사용량을 변경시키는 경우에는 버너의 연소 열량을 조절하게 되는데, 급탕열교환기(40)에서 간접 가열이 이루어지기 때문에 버너의 연소 열량을 변경하더라도 사용자가 원하는 설정온도에 도달하는데 시간이 소요될 뿐만 아니라 설정온도보다 더 높이 올라가거나 더 낮게 내려가는 경우가 발생하여 온도편차가 생기는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 주열교환기에서 온수 공급을 위한 열교환이 이루어지도록 하고 보조열교환기에서 난방수 공급을 위한 열교환이 이루어지도록 함으로써 온수 공급이 신속하고 에너지를 절약할 수 있으며 온수 온도 제어가 용이한 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러는, 직수가 유입되는 직수유입관; 버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 주열교환기; 상기 주열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수출수관; 난방 모드 시, 상기 주열교환기에서 가열된 물과 난방소요처에서 온도가 하강된 난방환수 사이에 열교환이 이루어져 상기 난방소요처에 난방수를 공급하기 위한 보조열교환기; 온수 모드와 난방 모드 시에 상기 버너의 연소를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 주열교환기는 상기 버너의 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기와, 상기 현열열교환기에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기로 이루어지고; 상기 직수유입관을 통해 유입된 물은 상기 잠열열교환기와 현열열교환기를 순차 거친 후 상기 온수출수관으로 유출되는 것일 수 있다.
상기 잠열열교환기는, 일측이 상기 직수유입관에 연결되고 타측이 상기 현열열교환기에 연결되는 온수잠열열교환기와, 일측이 상기 난방환수가 유입되는 난방환수관과 연결되고 타측이 상기 보조열교환기의 난방측 열교환부 입구에 연결되는 난방잠열열교환기로 이루어지고; 상기 버너에서 생성된 연소가스는 상기 현열열교환기와 온수잠열열교환기 및 난방잠열열교환기를 순차 거치며 열교환이 이루어지는 것일 수 있다.
상기 온수출수관과 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 입구 사이를 연결하는 온수유입연결관과, 상기 직수유입관과 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 출구 사이를 연결하는 온수유출연결관이 구비된 것일 수 있다.
상기 온수유출연결관 또는 온수유입연결관 상에는 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 출구를 통해 배출된 물을 상기 직수유입관과 주열교환기 및 온수출수관을 경유하여 상기 온수측 열교환부 입구로 순환시키기 위한 온수순환펌프가 구비되고, 상기 온수순환펌프는 온수 모드 시에 정지되고 난방 모드 시에 작동되는 것일 수 있다.
상기 온수유출연결관 상에는, 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수가 상기 온수유출연결관으로 유입되는 것을 방지하기 위한 체크밸브가 구비될 수 있다.
상기 난방수가 흐르는 배관 상에는 난방수의 흐름을 감지하여 상기 제어부에 신호를 보내 상기 버너의 연소가 이루어지도록 하는 흐름 스위치가 구비될 수 있다.
본 발명의 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러에 의하면, 주열교환기에서 버너의 연소가스와 직수를 직접 열교환시켜 온수를 공급함으로써 사용자가 원하는 온수의 공급이 신속하게 이루어지고 온수 사용량이 변경된 경우에도 온도 편차 없이 온수 온도 제어가 용이하며 온수 사용량이 많은 경우 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 난방 온수 겸용 보일러의 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 보일러의 구성을 보여주는 도면,
도 3은 도 2의 보일러에서 온수 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면,
도 4는 도 2의 보일러에서 난방 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 보일러의 구성을 보여주는 도면,
도 6은 도 5의 보일러에서 온수 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면,
도 7은 도 5의 보일러에서 난방 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 보일러의 구성을 보여주는 도면이다.
제1실시예에 의한 온수 난방 겸용 보일러(100)는, 공기와 가스의 혼합기를 연소하여 화염을 생성하는 버너(110), 상기 버너(110)의 연소열에 의해 직수를 직접 가열하는 주열교환기(120), 상기 주열교환기(120)에서 가열된 물과 난방환수 사이에 열교환이 이루어져 고온의 난방수를 공급하기 위한 보조열교환기(130)를 포함한다.
상기 주열교환기(120)는, 상기 버너(110)의 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기(121)와, 상기 현열열교환기(121)에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기(122)로 이루어진다.
본 실시예에서 상기 버너(110)는 하향 연소방식으로 구성되어 있으나, 상향 연소방식으로 구성하는 것도 가능하다. 상향 연소방식으로 구성하는 경우에는 현열열교환기와 잠열열교환기의 상하 위치가 바뀌고 버너는 현열열교환기의 아래 측에 위치하게 된다.
상기 잠열열교환기(122)의 일측에는 직수가 유입되는 직수유입관(171)이 연결되고, 타측에는 상기 현열열교환기(121)와의 사이를 연결하는 열교환기연결관(172)이 연결된다. 상기 현열열교환기(121)의 일측에는 상기 열교환기연결관(172)이 연결되고, 타측에는 상기 주열교환기(120)에서 가열된 온수를 사용자에게 출수하기 위한 온수출수관(173)이 연결된다.
따라서 상기 직수유입관(171)을 통해 유입된 저온의 직수는 상기 잠열열교환기(122)를 통과하면서 연소가스에 포함된 수증기의 응축 잠열을 흡수한 후 열교환기연결관(172)을 경유하여 현열열교환기(121)로 유입되고, 상기 현열열교환기(121)를 통과하면서 버너(110)에서 발생하는 연소 현열을 흡수하여 고온이 된 온수는 상기 온수출수관(173)을 경유하여 출수구(2)를 통해 사용자에게 공급된다.
상기 보조열교환기(130)는, 주열교환기(120)에서 가열된 물이 흐르는 온수측 열교환부(131)와, 난방소요처(400)에서 열교환이 이루어져 온도가 하강된 난방환수가 흐르는 난방측 열교환부(132)로 이루어진다.
상기 온수측 열교환부(131)에는 고온의 온수가 유입되는 온수측 열교환부 입구(131a)와, 상기 난방측 열교환부(132) 내부를 흐르는 저온의 난방환수와 열교환이 이루어진 저온의 물이 유출되는 온수측 열교환부 출구(131b)가 구비된다.
상기 난방측 열교환부(132)에는 저온의 난방환수가 유입되는 난방측 열교환부 입구(132a)와, 상기 온수측 열교환부(131) 내부를 흐르는 고온의 온수와 열교환이 이루어진 고온의 난방수가 유출되는 난방측 열교환부 출구(132b)가 구비된다.
상기 온수출수관(173)과 온수측 열교환부 입구(131a) 사이는 온수유입연결관(174)에 의해 연결되고, 상기 온수측 열교환부 출구(131b)와 직수유입관(171) 사이는 온수유출연결관(175)에 의해 연결된다.
상기 온수유출연결관(175) 상에는 상기 보조열교환기(130)의 온수측 열교환부 출구(131b)를 통해 배출된 물을 상기 직수유입관(171) 측으로 공급하기 위한 온수순환펌프(140)가 구비된다. 상기 온수순환펌프(140)는 온수 모드 시에는 정지되고, 난방 모드 시에 작동되어 직수유입관(171)과 열교환부(110) 및 온수출수관(173) 내부를 물이 순환하도록 한다. 만약 상기 온수순환펌프(140)가 직수유입관(171)이나 온수출수관(173) 상에 구비된 경우에는 온수 모드 시 직수 또는 온수의 압력손실이 발생하게 된다. 따라서 상기 온수순환펌프(140)를 온수유출연결관(175) 상에 위치시켜 온수 모드 시에 압력손실을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 온수순환펌프(140)를 온수유출연결관(175) 상에 위치시킨 것으로 구성하였으나, 온수유입연결관(174) 상에 위치시키는 것으로 변형 실시 가능하다.
상기 온수유출연결관(175) 상에는 체크밸브(150)가 구비된다. 상기 체크밸브(150)는, 온수 모드 시 상기 직수유입관(171)을 통해 유입된 직수가 상기 온수유출연결관(175)으로 유입되는 것을 방지하고, 난방 모드 시에는 온수순환펌프(140)에 의해 압송된 물이 상기 직수유입관(171)으로 공급되도록 한다. 온수 모드 시 직수유입관(171)을 통해 유입되는 직수의 압력이 온수출수관(173)을 통해 출수되는 온수의 압력보다 더 높기 때문에, 온수 모드 시에는 온수출수관(173)과 온수유입연결관(174)과 온수측 열교환부(131) 및 온수유출연결관(175) 내부의 온수가 체크밸브(150)를 통해 직수유입관(171)으로 유입되지 않는다.
상기 난방측 열교환부 입구(132a)에는 난방소요처(400)로부터 난방 환수가 유입되는 난방환수관(176)이 연결되고, 상기 난방측 열교환부 출구(132b)에는 상기 난방측 열교환부(132)를 통과하면서 가열된 난방수를 상기 난방소요처(400)로 공급하기 위한 난방공급관(177)이 연결된다.
상기 난방환수관(176) 상에는 난방수의 흐름을 감지하기 위한 흐름스위치(160)가 구비되고, 보일러(100)의 외부에 구비된 난방수순환펌프(200)는 온도조절기(300)에 연결되어 사용자의 난방요구에 따라 그 작동이 제어된다. 상기 온도조절기(300)는 사용자가 작동을 조작하는 것이고, 보일러(100)에는 별도의 제어부(미도시)가 구비되어 있어 보일러(100)의 가동을 제어한다. 온도조절기(300)에서는 보일러(100) 외부에 구비된 난방수순환펌프(200)에만 신호를 보내게 되어, 사용자가 온도조절기(300)를 조작하더라도 보일러(100)에서는 난방이 가동되었음을 알 수 없으므로, 보일러(100) 내부에 구비된 흐름스위치(160)에서 난방수순환펌프(200)에 의해 난방수가 흐르게 되면 그 흐름을 감지하여 제어부에 신호를 보냄으로써 난방이 이루어진다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 직수유입관(171) 상에는 유량센서(미도시)가 구비되어 사용자의 온수 사용 여부를 감지하게 되고, 온수출수관(173) 상에는 출수되는 온수의 온도를 측정하여 온수 온도를 조절할 수 있도록 온도센서(미도시)가 구비될 수 있다.
도 3은 도 2의 보일러에서 온수 모드 시 동작 상태를 보여주는 도면이다.
사용자가 온수를 사용하기 위해 수도꼭지를 틀면, 직수유입관(171) 상에 설치된 유량센서(미도시)에서 직수의 흐름을 감지하고, 이 감지된 신호를 입력받아 온수 공급을 위해 버너(110)가 가동된다.
상기 직수유입관(171)을 통해 유입되는 직수는 자체 압력에 의해 직수유입관(171)으로 압송된 후 잠열열교환기(122)로 유입되어 열교환이 이루어지고, 다시 현열열교환기(121)에서 2차로 열교환이 이루어진 후 온수출수관(173)을 통해 출수구(2)로 배출된다.
이 경우 온수출수관(173)을 통해 배출되는 온수는 온수유입연결관(174)과 온수측 열교환부(131) 및 온수유출연결관(175) 내부에도 채워지나, 직수유입관(171)을 통해 유입되는 직수의 압력이 더 높으므로, 상기 온수유출연결관(175)으로부터 체크밸브(150)를 통해 직수유입관(171)으로는 온수가 유입되지 않는다.
또한 난방 모드 시 온수를 순환시키기 위한 온수순환펌프(140)는 직수유입관(171) 또는 온수출수관(173) 상에 위치하지 않고 온수유출연결관(175) 상에 배치됨으로 인해, 직수유입관(171)을 통해 유입되는 직수가 유동하는 경우 및 온수출수관(173)을 통해 배출되는 온수가 유동하는 경우 유로저항을 발생시키지 않게 된다.
이와 같이 온수 모드 시 저온의 직수와 버너(110)의 연소가스가 직접 열교환이 이루어지므로 사용자가 원하는 온도의 온수를 신속하게 공급할 수 있다.
상기와 같이 온수를 사용하다가 사용자가 온수 사용량을 변경한 경우에는 유량센서(미도시)로부터 유량 신호가 제어부(미도시)에 입력되고, 제어부에서는 버너(110)의 연소량을 변경시켜 변경된 유량에 대응되도록 제어한다. 이 경우에도 직수와 연소가스가 직접 열교환이 되므로 변경된 유량에 신속히 대응할 수 있어 온도 편차 없이 설정 온도에 도달할 수 있다.
도 4는 도 2의 보일러에서 난방 모드 시 동작 상태를 보여주는 도면이다.
사용자가 온도조절기(300)를 조작하여 난방 모드가 작동되면, 난방수순환펌프(200)가 동작하여 저온의 난방수가 난방환수관(176)을 통해 보조열교환기(130)의 난방측 열교환부(132)로 유입된다. 이 경우 흐름스위치(160)에서 난방수의 흐름을 감지하여 그 감지된 신호를 제어부(미도시)에 보내고, 상기 제어부에서는 버너(110)를 가동시킨다. 상기 난방수는 난방측 열교환부(132)를 통과하면서 온수측 열교환부(131)의 온수와 열교환되어 고온이 되어 난방공급관(177)을 통해 난방소요처(400)로 공급된다. 상기 난방소요처(400)에서 열교환이 되어 온도가 하락한 난방환수는 상기 난방환수관(176)으로의 순환을 반복한다.
한편, 온수측에서는 상기 버너(110)의 가동과 함께 온수순환펌프(140)가 동작하고, 저온의 물은 온수유출연결관(175), 직수유입관(171)을 경유하여 잠열열교환기(122)를 통과하면서 수증기의 잠열을 흡수한 후 현열열교환기(121)를 통과하면서 버너(110)의 연소 현열을 흡수하여 고온의 온수가 된다. 이렇게 가열된 온수는 온수출수관(173)과 온수유입연결관(174)을 순차 경유하여 온수측 열교환부(131)로 유입되어 상기 난방측 열교환부(132)를 통과하는 저온의 난방수와 열교환이 이루어진다. 상기 온수측 열교환부(131)로부터 배출된 물은 온도가 하락된 상태로 온수유출연결관(175)을 통해 직수유입관(171)으로의 순환을 반복한다.
이와 같이 본 발명에 의하면 온수 모드 시 주열교환기(120)에서 버너(110)에 의해 물을 직접 가열하고, 난방 모드 시 보조열교환기(130)에서 난방수를 간접 가열함으로써, 온수 사용량이 큰 경우에도 온수 공급이 신속하고 온수 온도 제어가 용이한 효과가 있다.
<제2실시예>
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 보일러의 구성을 보여주는 도면이다. 제2실시예의 대부분의 구성은 제1실시예와 동일하므로, 이하 상이한 구성을 위주로 설명한다.
제2실시예에 의한 온수 난방 겸용 보일러(100-1)는, 버너(110), 상기 버너(110)의 연소열에 의해 직수를 직접 가열하는 주열교환기(120-1), 상기 주열교환기(120-1)에서 가열된 물과 난방환수 사이에 열교환이 이루어져 고온의 난방수를 공급하기 위한 보조열교환기(130)를 포함한다.
상기 주열교환기(120-1)는, 현열열교환기(121-1)와 잠열열교환기(122-1,123-1)로 이루진다. 본 실시예의 경우 잠열열교환기(122-1,123-1)는, 일측이 직수유입관(171)에 연결되고 타측이 상기 현열열교환기(121-1)에 연결되는 온수잠열열교환기(122-1)와, 일측이 난방환수가 유입되는 난방환수관(176-1)과 연결되고 타측이 상기 보조열교환기(130)의 난방측 열교환부 입구(132a)에 연결되는 난방잠열열교환기(123-1)로 이루어진다.
상기 버너(110)에서 생성된 연소가스는 상기 현열열교환기(121-1)와 온수잠열열교환기(122-1) 및 난방잠열열교환기(123-1)를 순차 거치며 열교환이 이루어지는데, 상기 현열열교환기(121-1)와 온수잠열열교환기(122-1)에서는 직수와의 열교환이 이루어지고, 상기 난방잠열열교환기(123-1)에서는 난방수와의 열교환이 이루어진다.
상기 난방잠열열교환기(123-1)의 일측에는 난방환수가 유동하는 제1난방환수관(176-1)이 연결되고, 타측에는 상기 난방잠열열교환기(123-1)에서 열교환이 이루어져 온도가 상승한 난방환수가 유동하는 제2난방환수관(176-2)이 연결된다. 상기 제2난방환수관(176-2)은 난방측 열교환부(132)의 입구(132a)에 연결된다.
상기 제2난방환수관(176-2) 상에는 난방수의 흐름을 감지하는 흐름스위치(160-1)가 구비되고, 상기 난방측 열교환부(132)의 출구(132b)에는 난방공급관(177)이 연결된다.
온수측 열교환부(131)의 입구(131a)에 연결된 온수유입연결관(174), 온수측 열교환부(131)의 출구(131b)에 연결된 온수유출연결관(175), 상기 온수유출연결관(175) 상에 구비된 온수순환펌프(140)와 체크밸브(150)가 제1실시예와 동일하게 구비된다.
도 6은 도 5의 보일러에서 온수 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면이다.
사용자가 온수를 사용하기 위해 수도꼭지를 틀면, 유량센서(미도시)에서 직수의 흐름을 감지하여 버너(110)가 가동되고, 직수는 직수유입관(171)으로 유입되어 온수잠열열교환기(122-1)를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 현열열교환기(121-1)를 통과하면서 열교환이 이루어져 고온의 온수가 되어 온수출수관(173)을 경유하여 출수구(2)를 통해 사용자에게 공급된다.
도 7은 도 5의 보일러에서 난방 사용 시 동작 상태를 보여주는 도면이다.
사용자가 온도조절기(300)를 조작하여 난방 모드가 작동되면, 난방수순환펌프(200)가 동작하여 난방수가 난방환수관(176-1)을 통해 난방잠열열교환기(123-1)를 통과하면서 수증기의 응축 잠열을 흡수하여 1차로 열교환이 이루어진다.
상기 난방잠열열교환기(123-1)를 통과한 난방환수는 난방측 열교환부(132) 입구(132a)로 유입되어 난방측 열교환부(132)를 통과하면서 온수측 열교환부(132)를 통과하는 온수와의 사이에 열교환이 이루어져 고온의 난방수가 된 후 난방공급관(177)을 경유하여 난방소요처(400)로 공급된다.
이와 같이 제2실시예에 의하면, 온수 모드 시 직수는 주열교환기(120-1)에서 버너(110)의 연소가스와 직접 열교환이 이루어지므로, 온수 사용량이 큰 경우에도 온수 공급이 신속하고 온수 온도 제어가 용이하다. 또한 버너(110)에서 발생한 연소가스는, 현열열교환기(121-1)와 온수잠열열교환기(122-1) 및 난방잠열열교환기(123-1)를 거치면서 3번의 열교환이 이루어지고, 난방수는 보조열교환기(130)에서 열교환이 되기 전에 난방잠열열교환기(123-1)에서 미리 가열된 후 보조열교환기(130)의 난방측 열교환부(132)로 유입되므로 난방 모드 시에도 열효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 주열교환기가 콘덴싱(Condensing) 타입인 것을 예시하였으나, 잠열열교환기가 없고 현열열교환기만 구비된 일반 보일러의 경우에도 적용 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 직수가 유입되는 직수유입관;
    버너의 연소열에 의해 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수를 가열하는 주열교환기;
    상기 주열교환기에서 가열된 온수를 출수하기 위한 온수출수관;
    난방 모드 시, 상기 주열교환기에서 가열된 물과 난방소요처에서 온도가 하강된 난방환수 사이에 열교환이 이루어져 상기 난방소요처에 난방수를 공급하기 위한 보조열교환기;
    온수 모드와 난방 모드 시에 상기 버너의 연소를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주열교환기는 상기 버너의 연소 현열을 흡수하는 현열열교환기와, 상기 현열열교환기에서 열교환을 마친 연소가스에 포함된 수증기의 잠열을 흡수하는 잠열열교환기로 이루어지고;
    상기 직수유입관을 통해 유입된 물은 상기 잠열열교환기와 현열열교환기를 순차 거친 후 상기 온수출수관으로 유출되는 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 잠열열교환기는, 일측이 상기 직수유입관에 연결되고 타측이 상기 현열열교환기에 연결되는 온수잠열열교환기와, 일측이 상기 난방환수가 유입되는 난방환수관과 연결되고 타측이 상기 보조열교환기의 난방측 열교환부 입구에 연결되는 난방잠열열교환기로 이루어지고;
    상기 버너에서 생성된 연소가스는 상기 현열열교환기와 온수잠열열교환기 및 난방잠열열교환기를 순차 거치며 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온수출수관과 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 입구 사이를 연결하는 온수유입연결관과, 상기 직수유입관과 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 출구 사이를 연결하는 온수유출연결관이 구비된 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온수유출연결관 상에는 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 출구를 통해 배출된 물을 상기 직수유입관과 주열교환기 및 온수출수관을 경유하여 상기 온수측 열교환부 입구로 순환시키기 위한 온수순환펌프가 구비되고, 상기 온수순환펌프는 온수 모드 시에 정지되고 난방 모드 시에 작동되는 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 온수유입연결관 상에는 상기 보조열교환기의 온수측 열교환부 출구를 통해 배출된 물을 상기 직수유입관과 주열교환기 및 온수출수관을 경유하여 상기 온수측 열교환부 입구로 순환시키기 위한 온수순환펌프가 구비되고, 상기 온수순환펌프는 온수 모드 시에 정지되고 난방 모드 시에 작동되는 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 온수유출연결관 상에는, 상기 직수유입관을 통해 유입된 직수가 상기 온수유출연결관으로 유입되는 것을 방지하기 위한 체크밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 난방수가 흐르는 배관 상에는 난방수의 흐름을 감지하여 상기 제어부에 신호를 보내 상기 버너의 연소가 이루어지도록 하는 흐름 스위치가 구비된 것을 특징으로 하는 온수 중심의 온수 난방 겸용 보일러.
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