KR0142396B1 - 급탕기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 충분한 출탕량이 얻어지는 바이패스유로를 설치하는 동시에 열교환기에 있어서의 물의 이상가열을 방지하고, 한냉지에서의 사용에도 확실하게 대응할 수가 있는 급탕기를 제공하는 데 있다.

열교환기(2)의 상류측과 하류측 사이에 접속된 바이패스유로(15)로부터 얻어지는 출탕의 온도를 설정하는 출탕온도 설정수단(12)을 설치한다. 출탕온도 설정수단(12)으로 설정된 온도의 출탕이 얻어지도록, 열교환기(2)로의 가열량을 제어하는 가열량 제어수단(17)을 설치한다. 출탕온도 설정수단(17)으로 설정되는 온도가 열교환기(2)중의 물이 이상가열되는 온도일때 가열량 제어수단(17)에 의하여 가열량을 제한하는 가열량 제한수단(24)을 설치한다.

Description

급탕기

제1도는 본 발명의 일실시예의 급탕기의 설명적 시스템 구성도.

제2도는 실시예의 급탕기 요부의 블럭구성도.

제3도는 가열량 제한부의 연산에 있어서의 입수온도와 설정온도와의 관계를 나타내는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2: 열교환기12: 출탕온도 설정수단

15: 바이패스유로17: 가열량 제어수단

24: 가열량 제한수단

본 발명은 급탕기에 관한 것으로, 특히 열교환기의 상류와 하류 사이를 접속하는 바이패스유로를 구비한 급탕기에 관한 것이다.

이런 종류의 급탕기에 있어서는, 열교환기의 콤팩트화가 요망되고 있고, 열교환기로부터의 유출량이 작아도 가능한한 많은 출탕량을 얻기 위하여, 열교환기의 상류와 하류 사이에 바이패스유로를 설치하는 것이 알려져 있다. 상기 바이패스유로는, 입수의 일부를 열교환기를 통하지 않고 출탕측으로 보내, 열교환기로부터의 유출에 혼입시킴으로서 충분한 출탕량을 확보하는 것이다.

그러나, 바이패스 유로의 유출량이 너무 많으면, 소망하는 출탕 온도를 얻기 위하여 열교환기중의 물이 비등하는 등의 가열이상이 생길 우려가 있다. 또, 바이패스의 유출량이 너무 작으면, 바이패스로서의 역할이 없어져 열교환기를 크게하지 않는한 충분한 출탕량이 얻어지지 못하는 문제점이 있다.

그래서, 열교환기중의 물이 이상가열되는 것을 방지하고, 또, 충분한 출탕량을 얻기 위해서는, 열교환기로부터의 유출량과 바이패스유로로부터의 유출량과의 바이패스 비율(열교환기로부터의 유출량을 1로 했을때의 바이패스유출량의 비율)을 0.2를 상한으로하여 그 근방에 하는 것이 바람직하다.

그러나, 입수온도가 너무 낮은 경우에는, 바이패스유로로부터의 수온도 낮기 때문에 그만큼 열교환기중의 물에의 가열이 더욱 필요해진다. 이것에 의하여, 높은 출탕온도를 얻고자하는 경우에는 열교환기중의 물이 이상으로 가열되어 비등해 버리는 문제가 있다. 구체적으로는 예를 들면 바이패스 비율 0.2의 바이패스유로를 설치한 것으로, 입수온도가 0℃일때 75℃의 출탕온도를 얻고자 하면, 열교환기중의 탕온도는 90℃에 달하고, 이때 열교환기중의 물은 부분적으로 비등하여 버린다. 입수온도가 비교적 높은 온난지에 있어서는, 입수온도로 비교적 높아 75℃인 고온의 급탕을 행하는 경우는 드물지만, 특히 입수온도가 비교적 낮은 한냉지에서는, 목욕탕의 더운물등과 같은 고온의 급탕이 필요해지는 경우가 있다.

이러한 문제를 해소하고, 본 발명은 충분한 출탕량이 얻어지는 바이패스유로를 설치하는 동시에 열교환기에 있어서의 물의 이상가열을 방지하고, 한냉지에서의 사용에도 확실하게 대응할 수 있는 급탕기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열교환기의 상류와 하류 사이에 접속된 바이패스유로가 설치되고, 상기 열교환기로부터의 유출량과 상기 바이패스유로로부터의 유출량과의 바이패스 비율이 일정한 급탕기에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출되는 피가열수와 상기 바이패스유로로부터 유출되는 물로부터 얻어지는 출탕의 온도를 설정하는 출탕온도 설정수단과, 상기 출탕온도 설정수단으로 설정된 온도의 출탕이 얻어지도록, 상기 열교환기에의 가열량을 제어하는 가열량 제어수단과, 상기 출탕온도 설정수단으로 설정되는 온도가 상기 열교환기중의 물이 이상가열되는 온도일때, 가열량 제어수단에 의한 가열량을 제한하는 가열량 제한수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가열량 제한수단은, 상기 출탕온도 설정수단에 의하여 설정된 설정온도가 상기 열교환기중의 물을 이상가열하는 온도일때, 상기 설정온도를 변경하여 상기 가열량 제어수단에 지시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열교환기에의 입수의 온도를 검출하는 입수온도 검출수단이 설치되고, 상기 가열량 제어수단은 설정출탕온도를 하기의 식에 따라 변경한다.

Ts : 변경설정 출탕온도

Tx : 열교환기중의 물의 이상가열 발생온도

Ti : 입수온도

a : 바이패스 비율

본 발명의 급탕기는, 상기 출탕온도 설정수단에 의하여 열교환기와 바이패스유로로부터 얻어지는 출탕온도를 설정하고, 상기 가열량 제어수단에 의하여 출탕온도가 상기 설정온도로 되도록 열교환기에의 가열량을 제어한다.

그리고, 상기 설정온도가 열교환기중의 물이 이상가열되는 온도일때는, 상기 가열량 제한수단이 상기 가열량 제어수단에 의한 가열량을 제어한다. 여기서, 열교환기중의 물이 이상가열되는 설정온도라는 것은, 통상 이 온도로 설정했을때 열교환기중의 물이 비등해 버릴 정도의 높은 온도로, 예를 들면 한냉지에 있어서의 목욕탕의 더운물과 같은 비교적 높은 온도의 출탕을 요할때 설정되는 온도이다. 상기 가열량 제한수단은 이와 같이 설정온도가 너무 높을때, 열교환기중의 물의 비등을 방지한다.

상기 가열량 제한수단은, 설정온도가 너무 높아 열교환기중의 물이 비등할 우려가 있을때 그 설정온도를 변경한다. 이것에 의하여, 상기 가열량 제어수단은, 출탕온도가 변경된 설정온도가 되도록 열교환기에의 가열량을 제어한다.

또, 열교환기중의 탕온도와 입수온도와 바이패스 비율과의 관계는 다음식에 의하여 표시된다.

... (1)

여기서, Tx는 열교환기중의 온도, a는 바이패스 비율, Ti는 입수온도, Ts는 설정온도이다. 바이패스 비율이 일정하므로 Tx는 Ts와 Ti에 의해 정해진다.

... (2)

따라서, 입수온도(Ti)에 있어서 열교환기중의 온도(Tx)가 이상가열온도로 되지 않도록 설정온도(Ts)를 변경한다.

즉, 상기 출탕온도 설정수단의 설정온도가 열교환기중의 물이 이상가열되는 온도로 되는 경우에, 상기 가열량 제한수단은 (2)식에 의하여 구한 설정온도(Ts)를, 변경후의 설정온도로서 가열량 제어수단에 지시한다. 이것에 의하여 설정온도가 너무 높을때, 상기 출탕 온도 설정수단이 설정온도를 내려, 열교환기중의 물의 비등을 방지한다.

본 발명의 급탕기의 일례를 제1도 내지 제3도를 참조하여 설명한다.

제1도는 본 실시예의 급탕기의 설명적 시스템 구성도, 제2도는 상기 급탕기 요부의 블럭구성도, 제3도는 가열량 제한부의 연산에 있어서의 입수온도와 설정온도와의 관계를 나타내는 선도.

제1도에 있어서, 1은 열교환기(2) 및 이것을 가열하는 가열원인 버너(3)를 내장한 급탕본체, 4는 열교환기(2)를 통해 형성된 유수관, 5는 유수관(4)을 통하여 열교환기(2) 및 후술하는 바이패스유로(15)에 유입하는 물의 유량을 검출하는 유량센서, 6은 열교환기(2) 및 바이패스유로(15)로부터 유출된 물(탕)의 출탕온도를 검출하는 온도센서, 7은 버너(3)에 가스를 공급하는 가스공급관, 8은 가스공급관(7) 도중에 개장된 거버너 비례밸브, 9는 버너(3)에 연소용 공기를 송출하는 송풍팬, 10은 송풍팬(9)의 회전속도를 검출하는 상기 팬(9)에 장착된 회전속도 센서, 11은 버너(3)의 연소제어등을 행하는 콘트롤러, 12는 콘트롤러(7)에 대하여 상기 출탕온도를 소정의 스위치 조작등에 의하여 설정하는 온도설정기(출탕온도 설정수단), 13은 콘트롤러(11)에 의하여 착화제어되는 이그나이터, 14는 버너(3)의 연소상태를 감시하는 프레임로드, 15는 열교환기(2)의 상류와 하류의 유수관(4)을 접속하는 바이패스 비율 0.2의 바이패스유로이다.

유수관(4)의 상류측은 수도관(도시하지 않음)에 접속되고, 하류측은 부엌이나 욕실의 급탕마개(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 그리고 유량센서(5)는 유수관(4)에 있어서의 바이패스유로(15)에 분기점으로부터 상류측에 설치되고, 온도센서(6)는 유수관(4)에 있어서의 바이패스유로(15)의 압류점으로부터 하류측에 설치되어 있다. 이들 센서(5, 6) 및 상기 회전속도센서(10)의 검출신호는 콘트롤러(11)에 입력되고, 콘트롤러(11)는, 이들 검출신호 및 상기 온도설정기(12)에 의해 설정된 출탕온도(설정온도)에 기초하여 후술하는 송풍팬(9)과 거버너 비례밸브(8)를 제어한다.

또한, 본 실시예의 급탕기에 있어서는 유수관(4) 하류단부의 급탕마개(도시하지 않음)의 개폐에 연동하여 자동적으로 버너(3)의 착화·소화가 행해지도록 되어 있다.

제2도에 있어서, 콘트롤러(11)는, CPU나 RAM, ROM등을 포함하는 전자회로에 의하여 구성된 것으로, 그 기능적 구성으로서 소정의 단위시간(예를 들면 1초)마다 상기 유량센서(5)를 거쳐 검출되는 유량을 시계열적으로 기억유지하는 유량기억부(16)와, 상기 단위시간마다 버너(3)에 의한 열교환기(2)의 가열량을 구하는 가열량 연산부(17)(가열량 제어수단)와, 구해진 가열량을 시계열적으로 기억유지하는 가열량 기억부(18)와, 유량기억부(16)에 기억유지된 데이터를 기초로 열교환기(2)로부터 유출된 물(탕)의 가열시간(열교환기(2)에 있어서의 통과시간)을 상기 단위시간 마다 구하는 가열시간 연산부(19)와, 구해진 가열시간과 가열량 기억부(18)에 기억유지된 데이터를 기초로 열교환기(2)로부터 유출된 물의 상승온도를 구하는 상승온도 연산부(20)와, 상기 상승온도와 상기 온도센서(6)를 거쳐 검출되는 출탕온도로부터 상기 출탕온도가 검출된 물의 열교환기(2)로의 입수온도를 구하는 입수온도 연산부(21)(입수온도 검출수단)와, 가열량 연산부(17)에 의하여 구해진 가열량에 따라 상기 송풍팬(9)을 구동하는 팬구동부(22)와, 상기 회전속도센서(10)를 거쳐 검출되는 송풍팬(9)의 회전속도에 따라 상기 거버너 비례밸브(8)의 개방도를 조정하는 밸브구동부(23)와, 온도설정기(12)로 설정되는 온도가 열교환기(2)중의 물이 이상가열되는 온도일때 가열량을 제한하는 가열량 제한부(24)(가열온도 제한수단)를 구비하고 있다.

다음으로 이러한 급탕기의 작동을 설명한다.

급탕이 개시되면 콘트롤러(11), 온도센서(6)를 거쳐 검출되는 출탕온도가 온도설정기(12)에 의하여 설정된 설정온도에 일치하도록 열교환기(2)의 가열량을 제어한다.

즉, 먼저 열교환기(2)로 유입하는 물의 유량(W)과 열교환기(2)로부터 유출된 물(탕)의 출탕온도(To)를 각각 유량센서(5) 및 온도센서(6)를 거쳐 검출하고, 검출한 유량(W)을 유량기억부(16)에 기억 유지한다.

다음으로 콘트롤러(11)는 가열시간 연산부(19)에 의하여 유량기억부(16)에 기억유지되어 있는 유량(W)의 데이터를 기초로 현시점에서 열교환기(2)로부터 유출된 물(출탕온도(To)가 검출된 물)의 열교환기(2)에 있어서의 가열시간(t)을 구한다.

이와 같이 가열시간(t)을 구한 후에, 콘트롤러(11)는, 상승온도 연산부(20)에 의하여, 상기 가열량 기억부(18)에 기억유지되어 있는 가열량(Q)의 데이타를 기초로 현재, 출탕온도(To)가 검출된 물의 열교환기(2)에 있어서의 총가열량(Qt)를 구한다.

다음으로, 콘트롤러(11)의 상승온도 연산부(20)는 상기와 같이하여 구한 총가열량(Qt)를 기초로, 현재 출탕온도(To)가 검출된 물의 상승온도(ΔT)를 다음식에 의하여 구한다.

ΔT = Qt / Wn ... (3)

여기서 Wn은 출탕온도(To)가 검출된 물에 대응하는 유량이다. 또한, (3)식에 있어서, 물의 비열이나 열효율은 기본적으로는 정수로 생각되므로 생략하고 있다.

그리고 콘트롤러(11)는 상기 입수온도 연산부(21)에 의하여 상기와 같이 구한 상승온도(ΔT)와 검출된 출탕온도(To)로부터 다음식에 의하여 입수온도(Ti)를 구한다.

Ti = To - ΔT ... (4)

다음으로 콘트롤러(11)는 상기 가열량 연산부(17)에 의하여, 상기 입수온도(Ti)와 상기 온도설정기(12)에 의하여 설정된 설정온도(Ts)로부터 다음식에 의하여 열교환기(2)의 새로운 가열량(Q)을 설정한다.

Q = W(Ts - Ti) ... (5)

그리고 콘트롤러(11)는 이와 같이 구한 새로운 가열량(Q)을 상기 가열량 기억부(18)에 기억 유지하는 동시에, 이 가열량(Q)에 따라 상기 팬 구동부(22)(제2도 참조)를 거쳐 송풍팬(9)을 구동하고(송풍팬(9)의 회전속도로 조정한다), 다시 이때 상기 회전속도센서(10)를 거쳐 검출되는 송풍팬(9)의 회전속도에 따라, 상기 밸브구동부(23)(제2도 참조)를 거쳐 거버너 비례밸브(8)의 개방도를 조정한다. 이것에 의하여 열교환기(2)의 가열량이 (5)식에 의하여 구해지는 가열량(Q)에 비례한 가열량이 되도록 상기 버너(3)의 화력이 조정된다.

그런데 본 실시예의 급탕기는 바이패스 비율이 0.2의 바이패스유로(15)를 구비하므로, 열교환기(2)로부터 유출되는 탕량(湯量)에 바이패스유로(15)로부터 유출되는 물의 양이 더해져 충분한 출탕량을 얻을 수가 있다. 또, 본 실시예의 급탕기는 입수온도가 비교적 낮은 한냉지에 있어서의 목욕탕의 더운물등과 같은 비교적 고온의 급탕이 가능해진다.

즉, 본 발명자는 열교환기(2)내의 탕온도가 85.8℃ 이상으로 되었을때 열교환기(2)내에 있어서의 물이 비등하는 것을 알고 있다. 그래서, 열교환기(2)내의 탕온도가 85.8℃ 이상이 되도록 설정온도가 설정된 경우에는, 상기 가열량 제한부(24)에 의해 당초의 설정온도를 변경함으로서 비등을 확실하게 방지할 수가 있다. 즉, 열교환기(2)내의 탕온도가 85.8℃가 되는 설정온도(Ts)는 바이패스 비율이 0.2이기 때문에, 상기 작용 단락에서 설명한 (2)식으로부터 구할 수가 있다.

Ts = Ti / 6 +71.5 ... (6)

단, Ts75

상기 온도설정기(12)에 의한 설정온도의 상한이 75℃인 경우에 사용자가 75℃로 출탕온도를 설정하여도, 입수온도(Ti)가 0℃이었을때, 상기 가열량 제한부(24)는 (6)식으로부터 설정온도를 71.5℃로 변경하여 열교환기(2)내 물의 비등을 확실하게 방지한다. 이때, 출탕온도는 71.5℃로 되어 사용자에 의한 설정온도인 75℃에 대하여 3.5℃ 정도의 온도 차이가 생기는데, 이와 같은 고온도로 설정되는 경우에는 주로 목욕탕의 더운물 등이므로, 사용자에 있어서 지장을 주지 않는 온도차이다. 또한, 사용자에 의한 설정온도인 75℃에 가장 가까운 설정온도로 변경하여 열교환기(2)내 물의 비등을 방지할 수가 있다.

여기서 제3도에 사용자가 75℃로 출탕온도를 설정한 경우의 입수온도(Ti)와 변경한 설정온도(Ts)와의 관계를 나타낸다. 제3도에 나타내는 바와 같이, 사용자가 75℃로 출탕온도를 설정했을때, 입수온도(Ti)가 21℃ 이상일때는 상기 가열량 제한부(24)에 의한 설정온도의 변경은 없고, 사용자에 의한 설정온도에 기초하여 가열량 연산부(17)가 연산을 행한다.

더욱이, 상기의 실시예에 있어서는, 입수온도를 열교환기(2)로부터 유출된 물의 상승온도와 상기 온도센서(6)가 검출한 출탕온도로부터 구하고 있으나, 예를 들면 도시하고 있지 않지만 유수로(4)에 있어서의 열교환기(2)에의 입구측에 입수온도검출센서를 설치하고, 상기 입수온도 검출센서에 의하여 입수온도를 검출하여도 좋다.

또, 상기의 실시예에서는 설정온도를 변경하여 가열량을 제한하도록 했으나, 출탕온도를 검출하는 온도센서(6)의 출력을 변경하여 가열량을 제한하여도 좋다.

이상으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 급탕기는 상기 설정온도가 열교환기중의 물이 이상가열되는 온도일때는, 상기 가열량 제한수단이 상기 가열량 제어수단에 의한 가열량을 제한하므로, 예를 들면, 한냉지에 있어서의 목욕탕의 더운물과 같은 비교적 높은 온도의 출탕을 필요로 하기 때문에 설정온도가 너무 높을때, 열교환기중의 물의 비등을 방지할 수가 있다.

또한 이때 가열량 제한수단이 설정온도를 변경함으로서 용이하게 열교환기중의 물의 비등을 방지할 수가 있다.

여기서, 가열량 제한수단은 상기의 식에 기초하여 변경하는 설정온도를 구하므로, 열교환기중의 물의 비등을 방지하고 또 사용자가 설정한 설정온도에 가장 가까운 온도로 설정온도를 변경할 수가 있다.

Claims (3)

1. 열교환기의 상류와 하류 사이에 접속된 바이패스유로가 설치되고, 상기 열교환기로부터의 유출량과 상기 바이패스유로로부터의 유출량과의 바이패스 비율이 일정한 급탕기에 있어서, 상기 열교환기로부터 유출되는 피가열수와 상기 바이패스유로로부터 유출되는 물로부터 얻어지는 출탕의 온도를 설정하는 출탕온도 설정수단과, 상기 출탕온도 설정수단으로 설정된 온도의 출탕이 얻어지도록 상기 열교환기에의 가열량을 제어하는 가열량 제어수단과, 상기 출탕온도 설정수단으로 설정되는 온도가 상기 열교환기중의 물이 이상가열되는 온도일때 가열량 제어수단에 의해 가열량을 제한하는 가열량 제한수단을 설치한 것을 특징으로 하는 급탕기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열량 제한수단은, 상기 출탕온도 설정수단에 의하여 설정된 설정온도가 상기 열교환기중의 물을 이상가열하는 온도일때, 상기 설정온도를 변경하여 상기 가열량 제어수단에 지시하는 것을 특징으로 하는 급탕기.
3. 제2항에 있어서, 상기 열교환기로의 입수온도를 검출하는 입수온도 검출수단이 설치되고, 상기 가열량 제어수단이 설정출탕온도를 하기의 식에 따라 변경하는 것을 특징으로 하는 급탕기.

   Ts : 변경설정 출탕온도

   Tx : 열교환기중의 물의 이상가열 발생온도

   Ti : 입수온도

   a : 바이패스 비율