KR100665147B1

KR100665147B1 - 히트 펌프 급탕기

Info

Publication number: KR100665147B1
Application number: KR1020060008900A
Authority: KR
Inventors: 다이찌 다나아미; 마사히꼬 곰모리; 가즈히로 엔도오; 준이찌 다까기; 고오이찌 후꾸시마
Original assignee: 히타치 홈 앤드 라이프 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-01-09
Also published as: US7603872B2; EP1707887A3; JP4284290B2; EP1707887A2; DE602006018815D1; US20060213209A1; JP2006266588A; EP1707887B1; KR20060103093A; CN1837705A; CN100478625C

Abstract

히트 펌프 급탕기의 히트 펌프 회로에 있어서, 운전 정지시에 증발기에 액냉매가 체류되고, 재운전시에 가열 개시 시간 지연이나 시동 특성으로의 영향이 문제였다.

압축기, 수냉매 열교환기, 냉매 조정 밸브, 증발기를, 냉매 배관을 통해 차례로 접속한 히트 펌프 냉매 회로와,

외부로부터 급수된 물이 수배관을 통해 상기 수냉매 열교환기로 가열되고, 그 가열된 냉온수가 수배관을 통해 급탕되는 직접 급탕 회로와,

상기 압축기가 운전 정지될 때에는, 상기 압축기를 정지하는 동시에 냉매 조정 밸브를 폐지하고, 압축기가 재운전할 때에는 냉매 조정 밸브를 개방한 후에 압축기를 재시동시키는 제어를 행하는 압축기 운전 제어 수단을 구비함으로써,

운전 정지할 때에는 증발기 내의 냉매를 압축기측으로 회수하고, 정지 후는 증발기의 전후를 냉매 조정 밸브와 역류 방지 밸브로 폐지 상태로서, 증발기 내로의 액냉매의 체류를 방지하는 것이다.

압축기, 압력 센서, 수냉매 열교환기, 냉매측 전열관, 급수측 전열관, 증발기

Description

히트 펌프 급탕기 {HEAT PUMP HOT WATER SUPPLY APPARATUS}

도1은 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 제1 실시예를 나타내고, 저탕 탱크가 없는 경우의 모식도.

도2는 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 거치 및 배관 접속시의 확인 동작의 일례를 나타내는 흐름도.

도3은 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 냉온수 사용시 동작의 일례를 나타내는 흐름도.

도4는 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 회전수 제어 및 용량 제어시의 압축기 회전수와 가열 능력 관계의 일례를 나타내는 특성도.

도5는 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 급탕 개시시의 압력 변화, 압축기 및 냉매 조정 밸브 동작의 일례를 나타내는 특성도.

도6은 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 압축기 회전수 테이블의 일례를 나타내는 표.

도7은 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 목욕물 자동 운전에 있어서의 목욕물 담을 때 동작의 일례를 나타내는 흐름도.

도8은 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 목욕물 자동 운전에 있어서의 목욕물 보온시 동작의 일례를 나타내는 흐름도.

도9는 본 발명의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 일 실시예를 나타내는 도1에 대해 저탕 탱크가 달린 경우의 모식도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b : 압축기

1c, 1d : 압력 센서

2 : 냉매 개폐 밸브 A

3 : 수냉매 열교환기

3a, 3b : 냉매측 전열관

3c, 3d : 급수측 전열관

4 : 냉매 개폐 밸브 B

5 : 목욕물용 열교환기

5a : 목욕물용 냉매관

5b : 목욕물용 수배관

6a, 6b : 냉매 조정 밸브

7a, 7b : 증발기

8a, 8b : 역류 방지 밸브

9 : 급수 부재

10 : 감압 밸브

11 : 급수 수량 센서

11a : 급수 서미스터

12 : 물 역지 밸브

13 : 냉온수 혼합 밸브

13a : 급탕 서미스터

14 : 유량 조정 밸브

15 : 부엌 출탕 부재

16 : 부엌 수도꼭지

17 : 목욕물 주탕 밸브

18 : 플로 스위치

19 : 목욕물 순환 펌프

20 : 수위 센서

21 : 입출탕 부재

22 : 목욕물 순환 어댑터

23 : 욕조

24 : 욕조 출탕 부재

25 : 목욕물 수도꼭지

30 : 히트 펌프 냉매 회로

40 : 급탕 회로

50 : 운전 제어 수단

51 : 부엌 리모컨

52 : 목욕물 리모컨

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-240344호 공보

본 발명은 히트 펌프 급탕기에 관한 것이다.

종래의 히트 펌프 급탕기는 전기 온수기와 같이 300 L 내지 500 L의 대용량의 저탕 탱크를 마련하고, 야간의 저렴한 할인 전력을 사용하여 밤 중에 히트 펌프 회로에서 온수를 비등하여 저탕 탱크에 저장해 두고, 상기 저장한 온수를 낮에 사용하는 저탕 방식인 것이 일반적이었다.

최근에는, 매회 급탕 사용시에 히트 펌프 운전을 행하여 직접, 가열ㆍ급탕을 행하는 순간 온수 비등형 히트 펌프 급탕기가 제안되어 있다.

이러한 순간형 히트 펌프 급탕기로서 일본 특허 공개 제2003-240344호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 것이 있고, 이는 저탕 탱크를 사용하지 않고, 급탕기 본체와 히트 펌프 본체를 일체로 하여 경량화 및 설치 면적의 공간 절약화를 도모하는 것이다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-240344호 공보

특허 문헌 1에 기재된 순간형 히트 펌프 급탕기에 있어서는, 순간형 히트 펌프 급탕기의 중요 과제인 운전 개시 직후의 가열 개시 시간이 길다는 운전 개시 특 성의 과제가 미해결되었다.

순간형 히트 펌프 급탕기의 실제 현상에는 급탕 사용시에 매회 단속 운전을 행하기 위해 시동 특성의 안정화가 중요하다. 특히, 동기 정지시에 냉매가 증발기 내에 액냉매로서 대량으로 체류되어 버린다. 그리고, 운전 개시 후 직후, 액냉매가 단번에 압축기 내로 유입하여 시동 운전을 저해하는, 소위 저온 침입 상태에 대한 대책이 필요하다. 특허 문헌 1에 기재된 순간형 히트 펌프 급탕기에 있어서는, 이러한 문제의 해결책이 나타내어 있지 않다.

즉, 특허 문헌 1의 순간형 히트 펌프 급탕기에서는 압축기의 정지 중에 냉매가 증발기에 있어서 열을 방출하여 액상이 되지만, 그 액냉매를 다시 히트 펌프 회로에서 물을 가열 가능한 상태로 하기 위해서는, 수도의 수도꼭지를 개방하고 나서 적절한 온도의 온수(약 42 ℃)가 나오기까지의 시간이, 동기에는 5∼6분 걸리는 동시에 저온 침입 특성의 개선책도 없으므로, 실용화는 매우 어려운 것이었다.

본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 대용량 저탕 탱크를 필요로 하지 않는 순간형 히트 펌프 급탕기에 있어서, 중요 과제인 개시 시간의 단축 및 저온 침입 특성의 개선을 도모하고, 사용 편의성이 좋은 순간형 히트 펌프 급탕기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은, 종래의 히트 펌프 급탕기에 있어서의 개시 시간의 가열 지연을 해결하는 수단으로서 저온 침입 후의 운전 특성을 분석하고, 히트 펌프 사이클 자체의 필요 가열 시간 외에, 증발기에 체류하는 냉매량이 크게 영향을 주고 있는 것 을 밝혀냈다.

즉, 증발기에 체류하는 냉매량을 적게 함으로써, 압축기의 시동 특성을 개선하는 동시에, 시동 후의 가열 온도 상승을 빠르게 하여 개시시의 가열 지연 시간을 단축할 수 있고, 특히 가열 지연이 긴 저온시에 효과가 있는 것을 알았다.

본 발명은, 상기 검토 결과에 의거하여 증발기로의 냉매의 체류량을 적게 함으로써, 개시 시간의 단축 및 저온 침입 특성의 개선을 도모하고, 사용 편의성이 좋은 히트 펌프 급탕기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위해 본 발명의 히트 펌프 급탕기는 압축기와, 그 압축기로 압축된 냉매와 물과의 열교환을 행하는 수냉매 열교환기와, 물과 열교환한 냉매의 유로를 개폐하여 냉매의 감압을 행하고 상기 압축기의 운전 정지시에는 유로를 폐쇄하는 냉매 조정 장치와, 감압된 냉매와 공기로 열교환을 행하는 증발기가 각각 냉매 배관으로 차례로 접속된 히트 펌프 회로와, 상기 수냉매 열교환기에 물을 공급하는 급수 배관과, 상기 수냉매 열교환기로 가열된 물을 공급하는 급탕 배관을 갖는 급탕 회로를 구비한 것이다.

이러한 구성을 구비함으로써, 급탕 운전에 있어서의 히트 펌프 운전의 정지시에, 압축기를 정지하는 동시에 냉매 조정 밸브를 폐지하기 때문에, 정지 상태에 있어서의 수냉매 열교환기로부터 증발기로의 냉매 유입을 막아 증발기에 체류하는 액냉매량을 감소시킬 수 있다.

또한, 상술한 구성 외에 본 발명의 히트 펌프 급탕기는 운전 개시시에, 냉매 조정 장치의 냉매 유로를 개방함으로써, 압축기의 시동 전에 토출 압력을 내릴 수 있어 압축기의 시동을 원활하게 행할 수 있다.

예를 들어, 냉매 조정 장치가 냉매 유로를 개방한 후에 압축기를 운전함으로써, 압축기의 시동 전에 토출 압력을 내릴 수 있어 압축기의 시동을 원활하게 행할 수 있다.

다음에, 앞서 서술한 본 발명의 히트 펌프 장치에다가 압축기의 운전 개시시에, 압축기의 토출측 압력과 흡입측 압력과의 압력차에 따라서, 압축기의 운전 개시와 냉매 조정 장치에 의한 냉매 유로의 개방과의 순서를 바꿈으로써, 주위 온도나 운전 정지 시간 등에 의해 다른 재운전시의 압축기 전후의 냉매 압력차에 따라서, 적절한 제어를 행할 수 있다. 예를 들어, 압축기의 지도 특성을 향상시켜 가열 능력의 개시 특성이 향상된다.

냉매 압력차가 클 때, 즉 압축기 부하가 큰 경우에는 냉매 조정 밸브를 개방한 후에 압축기를 운전하고, 냉매 압력차가 작을 때, 즉 압축기 부하가 작은 경우에는 압축기를 운전한 후에 냉매 조정 밸브를 개방하는 것이다. 이들에 의해 압축기의 재시동 특성 개선과 가열 운전 개시 특성 개선의 양립을 도모할 수 있다.

또한, 압축기의 운전 개시시와 냉매 조정 장치에 의한 냉매 유로의 개방시와의 시간차를 갖더라도 좋다. 이 시간차를 가짐으로써, 보다 확실하게 압축기의 기동을 행할 수 있다. 또한, 급탕 개시시의 외기 온도, 압축기 온도 및 압축기 압력차에 의해, 이 시간차를 정해도 좋다. 이에 의해, 계절 요인과 운전 정지 시간 요인을 모두 가미한 재시동 특성 개선 제어를 행할 수 있다.

또, 상술한 구성에다가 본 발명의 히트 펌프 급탕기는 히트 펌프 회로의 증 발기와 압축기 사이의 냉매 배관 내에, 압축기로부터 증발기로 냉매가 흐르는 것을 멈추는 역류 방지 밸브를 마련함으로써, 또한 증발기로의 냉매 유입을 막아 증발기에 체류하는 액냉매량을 감소시킬 수 있다.

이에 의해, 증발기의 전후로 개폐 밸브를 마련하게 되고, 운전 중은 냉매가 순환하도록 냉매 조정 밸브 및 역류 방지 밸브가 모두 개방되고, 정지시에는 증발기 내의 냉매가 압축기측으로 회수된 후, 냉매 조정 장치 및 역류 방지 밸브가 모두 폐지되어 증발기 내로의 냉매 유입을 막을 수 있어 운전 개시 특성의 개선을 도모할 수 있다.

이 역류 방지 밸브를 역지 밸브로서도 좋다. 전자 코일을 사용하지 않고, 압축기의 흡입측 압력과 증발기측 압력과의 차압에 의해, 운전 중에는 개방되어 냉매를 순환시키고, 정지시에는 증발기 내의 냉매가 압축기측으로 회수된 후, 압축기의 정지와 함께 역지 밸브가 폐지되어 증발기를 밀폐 상태로 할 수 있다.

또한 역류 방지 밸브를 전자 이방 밸브로서도 좋다. 전자 이방 밸브는 역지 밸브와 비교한 경우 전자 코일은 필요해지지만, 압력에 관계없이 전기적으로 제어할 수 있기 때문에, 폐지하는 타이밍이 자유롭게 선정할 수 있는 것이나 볼 밸브 등을 이용한 단순한 구조로 폐지시의 냉매 누설량을 매우 적게 할 수 있다.

또 상술한 본 발명의 히트 펌프 급탕기에다가, 급수 배관이 장치 외부의 급수관과 접속하여 급탕 배관이 장치 외부의 출탕 단말과 접속함으로써, 급수된 물이 직접 급탕되는 직접 급탕 회로로 됨으로써, 종래 대용량의 저탕 탱크를 얻은 저탕 탱크식 히트 펌프 급탕기에 비해, 고온에 비등한 온수를 저장하는 저탕 탱크로부터 의 방열에 의한 손실을 없앨 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 증발기 내로의 냉매 체류량을 감소함으로써, 순간형 히트 펌프 급탕기의 중요 과제인 운전 개시시의 가열 개시 특성 및 재시동, 저온 침입 특성을 개선하고, 탱크가 없는 순간형 히트 펌프 급탕기의 제품화를 가능하게 할 수 있다.

게다가, 순간적으로 수냉매 열교환기에 의해 직접 가열한 냉온수를 급탕할 때에, 출탕 온도가 되도록 히트 펌프 회로의 능력 제어를 행함으로써, 최저한의 입력으로 필요한 온수를 급탕할 수 있으므로, 매우 고효율로 사용 편의성이 좋은 히트 펌프 급탕기를 실현할 수 있다.

또한, 이 직접 출탕식의 히트 펌프 급탕기에 있어서도, 히트 펌프 회로의 개시가 연소에 의해 고열량을 얻을 수 있는 가스 순간식 온수 비등기에 대해서는 느린 것이 고려된다. 그로 인해, 히트 펌프 회로의 개시시에 필요한 온수 온도를 확보하기 위해, 보조적인 종래에 비해 용량이 적은 저탕 탱크를 구비함으로써 개시시의 문제를 더 해결할 수 있다.

따라서, 운전 개시시에는 저탕 탱크에 저탕한 고온탕을 사용하여 즉시에 적절한 온도로 급탕하고, 히트 펌프 운전이 소정 온도의 온수를 공급할 수 있는 안정 운전에 도달하고 나서는 저탕 탱크로부터의 급탕을 정지하여 직접 급탕 회로에 의해 급탕함으로써, 증발기에 잔류하는 냉매량을 감소시킬 수 있는 본 발명의 구성과 조합시킴으로써 운전 개시 직후의 액복귀에 의한 가열력 저하를 막아 가열 개시 시간의 단축을 더 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 저탕 탱크의 크기를 필요 최소한으로 할 수 있으므로, 종래의 저탕형 히트 펌프 급탕기의 불량을 해소하는 동시에, 대용량의 압축기를 필요로 하지 않고 소형 경량화를 도모한 저탕 탱크가 달린 순간형 히트 펌프 급탕기의 실현을 도모할 수 있다. 본 발명에 따르면 압축기의 운전 개시시에 이용하는 이 저탕 탱크의 용량을 100 L 이하로 할 수 있고, 종래의 저탕 탱크식 히트 펌프 급탕기의 저탕 탱크 용량이 300 내지 500 L인 데 비해, 1/3 내지 1/5과 대폭 소형화를 도모할 수 있으므로, 저탕 탱크를 히트 펌프 냉매 회로 등과 동일 하우징에 수납하는 것이 용이해지고, 설치 면적, 설치 강도, 급탕기 본체와 히트 펌프 본체 사이의 수배관 접속 등 설치 시행 상의 여러 가지 과제를 해결할 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 히트 펌프 급탕 장치에 있어서의 냉매 조정 장치를 전동 팽창 밸브로 해도 좋다. 온도식 팽창 밸브와 같이 히터에 통전하고, 히터의 온도 상승에 의해 냉매를 팽창시키고, 그 팽창력에 의해 밸브를 개폐하는 것과 달리, 운전 제어 수단의 발신 펄스수의 지시에 의해, 즉시에 스텝핑 모터를 구동하고 밸브 기구부를 소정 개방도로 조정할 수 있고, 운전 정지 신호를 받는 동시에 전동 팽창 밸브를 폐지하는 것이 가능해지고, 압축기 정지와의 타이밍이나 시간 제어가 용이해진다. 그리고 운전 개시 시간의 단축 및 저온 침입시의 재시동 특성의 개선 효과를 더 가질 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 히트 펌프 급탕 장치에 있어서의 냉매 조정 장치를 전자 이방 밸브와 모세관 튜브로 구성해도 좋다. 전자 이방 밸브는 운전시의 완전 개방과 정지시의 완전 폐쇄만의 기능으로 완료되므로, 볼 밸브 등을 이용한 단순한 구조로 폐지시의 냉매 누설량을 매우 적게 할 수 있어 증발기 내의 냉매 회수를 보다 확실하게 행할 수 있다.

도1에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 히트 펌프 급탕기는 히트 펌프 냉매 회로(30), 급탕 회로(40) 및 운전 제어 수단(50)을 구비하고 있다.

히트 펌프 냉매 회로(30) 및 급탕 회로(40)는 동일 하우징 내에 일체적으로 수납 가능하다. 또한, 운전 제어 수단(50)은 별개로 마련된 부엌 리모컨(51) 및 목욕물 리모컨(52)과 접속한다.

히트 펌프 냉매 회로(30)는 각 부품을 2개씩 갖는 2 사이클 방식이며, 압축기(1a, 1b), 수냉매 열교환기(3)에 마련된 냉매측 전열관(3a, 3b), 냉매 조정 밸브(6a, 6b), 증발기(7a, 7b) 및 역류 방지 밸브(8a, 8b)를, 각각 냉매 배관을 통해 차례로 접속하여 구성되어 있다.

각각의 사이클 중에 봉입되어 있는 냉매로서는 염소를 포함하지 않는 불화탄화수소나 자연계 냉매로서 예를 들어 이산화탄소를 사용하는 것이 바람직하다.

히트 펌프 냉매 회로(30)의 2개의 사이클 중, 압축기(1a)를 지니는 사이클에는 목욕물(23)의 냉온수를 추가 가열하는 목욕물용 열교환기(5)에 통하는 회로도 구비한다.

이 목욕물 추가 가열용 냉매 회로는 압축기(1a)와 수냉매 열교환기(3) 사이의 냉매 관로로 분기하여 목욕물용 열교환기(5)에 마련된 목욕물용 냉매관(5a)과 접속하는 냉매 관로에 고온의 냉매가 통함으로써 목욕물용 열교환기(5)로 목욕물(23)의 온수를 추가 가열할 수 있다. 목욕물용 냉매관(5a)은 또, 수냉매 열교환기 (3)의 냉매측 전열관(3a, 3b)과 냉매 조정 밸브(6a) 사이의 냉매 배관으로부터 분기된 냉매 배관과 접속한다.

이 일련의 목욕물용 열교환기(5)에 통하는 냉매 관로의 도중에 제2 냉매 개폐 밸브(4)가 마련되어 있다. 이 제2 냉매 개폐 밸브(4)는 압축기(1a)와 제1 냉매 개폐 밸브(2) 사이의 냉매 관로로 분기되어 목욕물용 냉매관(5a)과 접속하는 냉매 배관에 마련하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 압축기(1a)를 갖는 사이클의 수냉매 열교환기(3)에 접속하는 냉매 배관에 제1 냉매 개폐 밸브(2)도 마련하고 있다. 이들 제1 냉매 개폐 밸브(2)와 제2 냉매 개폐 밸브(4)로 냉매 유로를 바꿈으로써 급탕시에 고온 냉매가 목욕물용 열교환기(5)로 유입하여 능력이 저하되는 것을 막는다.

압축기(1a, 1b)는 순간식 히트 펌프 급탕기에 적합 가능한 대용량으로, 또한 급탕량에 따라서 회전수를 바꿀 수 있는 용량 제어형 압축기이다. 압축기(1a, 1b)는 PWM 제어, 전압 제어(예를 들어 PAM 제어) 및 이들의 조합 제어에 의해, 저속(예를 들어 700 회전/분)으로부터 고속(예를 들어 7000 회전/분)까지 압축기 제어 수단(도시하지 않음)에 의해 회전수 제어된다.

수냉매 열교환기(3)는 압축기(1a, 1b)와 냉매 배관을 통해 접속하는 냉매측 전열관(3a, 3b) 및 급탕 회로(40)의 급수측 전열관(3c, 3d)을 구비하고 있다. 그리고 그러한 냉매측 전열관(3a, 3b)과 급수측 전열관(3c, 3d) 사이에서 열교환을 행한다. 압축기(1a, 1b)로서는, 예를 들어 2개의 사이클을 이용하여 외기온 16 ℃, 입수 온도 17 ℃의 중간기 조건에 있어서, 23 ㎾ 이상의 가열 능력을 구비하도록 하면 실용상 바람직하다.

냉매측 전열관(3a, 3b)과 접속하는 냉매 조정 밸브(6a, 6b)는, 일반적으로는 모세관, 온도식 팽창 밸브, 전동 팽창 밸브 등이 사용된다. 냉매 조정 밸브(6a, 6b)는 운전 제어 수단(50)에 의해, 수냉매 열교환기(3)를 지나서 이송되어 오는 중온 고압 냉매를 감압하여 냉매 배관을 통해 접속하는 증발기(7a, 7b)로 증발하기 쉬운 저압 냉매를 이송하는 감압 장치의 작용을 한다.

또한, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)는 냉매 통로의 포커싱량을 바꿔 히트 펌프 회로(30) 내의 냉매 순환량을 조절하는 작동이나, 포커싱량을 완전 개방으로 하여 중온 냉매를 증발기(7a, 7b)에 다량으로 이송하여 서리를 녹이는 제상 장치의 역할을 하여 냉매의 흐름을 조정하는 장치이다.

게다가 본 실시예에 있어서의 냉매 조정 밸브(6a, 6b)는, 종래의 감압 장치의 기능에다가 완전 폐쇄 기능을 구비한다. 상세한 것은 후술하지만, 운전 제어 수단(50)으로부터의 지령을 기초로 하여, 압축기(1a, 1b)의 정지에 따라서 그 냉매 통로를 폐지한다. 이에 의해, 증발기(7a, 7b) 내의 냉매를 압축기(1a, 1b)측에 회수하는 데 기여한다.

또한 히트 펌프 회로(30)의 재운전시에는 압축기(1a, 1b)의 운전 개시보다 앞서 냉매 통로의 개방 지령이 운전 제어 수단(50)으로부터 부여되고, 압축기(1a, 1b)의 토출측 압력을 내려 압력 밸런스를 도모하고, 압축기(1a, 1b)의 재시동을 용이하게 한다. 운전 제어 수단(50)으로부터의 개폐 지시 신호에 대응하기 위해, 응답 속도가 빠른 전동 팽창 밸브 또는 전자 이방 밸브가 가장 적합하다.

또, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)로서 전자 이방 밸브를 사용할 때에는, 냉매의 개폐 동작을 행하는 전자 이방 밸브와 같이, 냉매를 감압하는 모세관 튜브가 필요하다.

증발기(7a, 7b)는 공기와 냉매와의 열교환을 행하는 공기 냉매 열교환기이다. 도시되어 있지 않은 팬에 의한 공기 공급량의 조정에 의해, 증발기(7a, 7b)의 열교환량을 바꾸는 것도 가능하다.

급탕 회로(40)는 수도꼭지 급탕, 목욕물 급탕, 목욕물 추가 가열을 행하기 위한 물순환 회로를 구비하고 있다.

부엌 수도꼭지 급탕 회로는 급수 배관과 부엌 급탕 배관을 갖는다. 급수 배관은 수도 등의 장치 외부의 급수원인 급수관과 접속하는 급수 부재(9)와, 수냉매 열교환기(3)의 급수측 전열관(3c, 3d)에 접속되어 있다. 부엌 급탕 배관은 수냉매 열교환기(3)의 급수측 전열관(3c, 3d)과, 장치 외부의 출탕 단말 중 하나인 부엌 수도꼭지(16)에 배관을 통해 접속하는 부엌 출탕 부재(15)에 접속되어 있다.

이 급수 배관의 도중에는 감압 밸브(10), 급수된 물의 수량을 계측하는 급수 수량 센서(11), 물 역지 밸브(12)가 차례로 설치되어 있다.

또한 급탕 배관의 도중에는, 급수 배관으로부터 분기된 수배관과 접속하는 냉온수 혼합 밸브(13), 출탕하는 냉온수의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브(14)가 차례로 설치되어 있다.

감압 밸브(10)는, 예를 들어 수도의 급수원으로부터 공급되는 200 내지 500 ㎪의 변동이 있는 높은 수압을 약 170 ㎪ 정도의 사용상 적절한 일정 수압으로 컨 트롤하는 것이다. 물 역지 밸브(12)는 한 방향으로만 물을 흐르게 하여 역류를 방지하는 것이다.

목욕물 급탕 회로는 부엌 수도꼭지 급탕 회로의 급수 배관을 공통으로 갖고, 그 급수 배관과, 수냉매 열교환기(3)의 급수측 전열관(3c, 3d)과 입출탕 부재(21) 사이에 접속된 목욕물 급탕 배관을 갖는다. 입출탕 부재(21)는 욕조에 부착된 목욕물 순환 어댑터(22)와 수배관을 통해 접속한다.

목욕물 급탕 배관은 냉온수 혼합 밸브(13), 유량 조정 밸브(14), 욕조(23)로 주탕할 때에 개방하는 목욕물 주탕 밸브(17), 물의 유동 방향을 검지하는 플로 스위치(18), 목욕물을 추가 가열할 때에 운전하는 목욕물 순환 펌프(19), 욕조에 담아진 온수의 높이를 검지하는 수위 센서(20)가 차례로 설치되어 있다.

목욕물 추가 가열과 회로는 목욕물 급탕 회로의 목욕물 급탕 배관과 일부 중복된다. 입출탕 부재(21)로부터 플로 스위치(18)에 도달하고, 또한 목욕물 주탕 밸브(17)까지의 목욕물 급탕 배관으로부터 분기하여 목욕물용 열교환기(5)의 목욕물용 수배관(5b)에 접속하고, 그 목욕물용 수배관(5b)으로부터 욕조 출탕 부재(24)에 수배관을 통해 접속된 관로이다.

또, 입출탕 부재(21)는 목욕물 순환 어댑터(22)를 통해 욕조(23)에 접속되는 동시에, 목욕물 수도꼭지(25)나 샤워(도시하지 않음)에도 접속된다. 이 입출탕 부재(21)를 통해, 목욕물 급탕시에는 수위 센서(20)측으로부터 욕조(23) 및 목욕물 수도꼭지(25)측으로 급탕하고, 목욕물 추가 가열시에는 욕조(23)측으로부터 수위 센서(20)측으로 목욕물 순환 펌프(19)에 의해 욕조탕을 인출하여 물순환시킨다.

목욕물 추가 가열시에는 물순환 펌프(19)를 운전하여 목욕물 추가 가열 회로에 의한 욕조물의 물순환을 행하는 동시에, 히트 펌프 운전을 행하여 목욕물용 열교환기(5)로 욕조(23)의 잔량 온수를 가열하고 욕조(23)로 복귀하여 목욕물 추가 가열을 행한다.

운전 제어 수단(50)은 부엌 리모컨(51) 및 목욕물 리모컨(52)의 조작 설정에 의해, 히트 펌프 냉매 회로(30)의 운전ㆍ정지 및 압축기(1a, 1b)의 회전수 제어를 행하는 동시에, 제1 냉매 개폐 밸브(2), 제2 냉매 개폐 밸브(4)의 개폐, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 냉매 포커싱량 조정, 목욕물 순환 펌프(19)의 운전ㆍ정지 및 냉온수 혼합 밸브(13), 유량 조정 밸브(14), 목욕물 주탕 밸브(17), 플로 스위치(18)를 제어함으로써, 직접 급탕 운전, 목욕물 담기 운전, 목욕물 추가 가열 운전 등을 행하는 것이다.

또한, 운전 제어 수단(50)에는 도시하지 않은 압축기 운전 제어 수단을 갖고, 압축기(1a, 1b)의 회전수를 제어한다. 운전 제어 수단(50)과 압축기 운전 제어 수단은 운전 개시 직후에 가열 개시 시간을 빠르게 하기 위해, 압축기(1a, 1b)를 소정의 고속 회전수로 운전하고, 비교적 열부하가 작은 목욕물 추가 가열 운전시에는 가열 온도로 적당한 저속 회전수로 압축기(1a)를 운전하도록 제어한다.

운전 제어 수단(50)의 급탕 운전 정지시의 제어에 대해 설명한다. 운전 제어 수단(50)은 수도꼭지 폐지나 목욕물 담기 종료를 검지하면, 우선 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 폐쇄하여 수냉매 열교환기(3)측으로부터 증발기(7a, 7b)로의 냉매 유입을 멈춘다. 그리고, 증발기(7a, 7b) 내의 냉매를 압축기(1a, 1b)측으로 회수하 기 위해, 증발기(7a, 7b)의 내용적이나 압축기(1a, 1b)의 회전수 등에 의해 결정할 수 있는 소정 시간 경과 후에 압축기(1a, 1b)를 정지시킨다.

또, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 폐쇄하고 나서 압축기(1a, 1b)를 정지하기까지의 소정 시간은 증발기(7a, 7b) 및 수냉매 열교환기(3)의 내용적 및 압축기(1a, 1b)의 특성에 따라서는, 거의 동시 정지라도 증발기(7a, 7b) 내로의 냉매 체류량의 감소 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

즉, 종래 운전 정지 중도 개방 상태였던 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 운전 정지 중은 완전 폐쇄로 함으로써, 정지 후의 수냉매 열교환기(3)측으로부터 증발기(7a, 7b)로의 냉매 유입을 방지할 수 있고, 종래부터도 증발기(7a, 7b)에 담긴 냉매를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 운전 제어 수단(50)은 압축기(1a, 1b)의 재시동시에는 압축기(1a, 1b) 전후의 압력차에 따라서, 압축기(1a, 1b) 및 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 작동 순서를 바꾼다. 그로 인해, 압축기(1a, 1b)의 흡입측 및 토출측에 압력 센서를 마련하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 압축기(1a, 1b)의 토출측 배관에 압력 센서(1c, 1d)가 마련되어 토출측 압력을 검지한다.

압축기(1a, 1b)의 흡입측 압력은 증발기 압축기(7a, 7b)에 마련된 증발기 출구 온도 센서(7c, 7d)에 의해 검지한 냉매 온도를 기초로 하여 산출함으로써, 압축기(1a, 1b)의 흡입측 압력을 얻는다.

압축기(1a, 1b) 전후의 압력차가 소정치(예를 들어 2 ㎫) 이상인 경우는, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 개방하여 수냉매 열교환기(3)가 있는 고압측 압력과 증발 기(7a, 7b)가 있는 저압측 압력을 밸런스 맞춘 후에 압축기(1a, 1b)를 시동시킨다. 이 경우, 고압측과 저압측의 압력을 완전히 밸런스 맞추지 않아도 좋다. 이러한 동작에 의해, 압축기(1a, 1b)의 재시동을 용이하게 한다.

그 압력차가 소정치 이하인 경우는, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 개방하기 이전에 압축기(1a, 1b)를 시동시킨다. 이 경우, 조금이라도 빠르게 가열 운전을 개시하는 것이다. 압력차가 소정치 이하라는 것은, 적지 않게 증발기(7) 내에 냉매가 유입되어 있는 상태이며, 압축기(1)를 먼저 기동시킴으로써 증발기측은 압력이 저하되어 액냉매의 가스화에 기여한다. 그렇게 하면 냉매 조정 밸브(6)를 개방하였을 때에 압축기(1)로 복귀하는 액냉매량을 줄일 수 있다.

압축기(1a, 1b)의 시동과 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 개방의 시간차는, 급탕 개시시의 외기 온도와 압축기(1a, 1b)의 챔버 온도와의 차이에 의해, 압축기 부하의 경중을 산정하여 정하는 것이 바람직하다. 또한, 운전 개시 후의 압축기(1a, 1b)의 회전수는 급탕 부하에 대응하여 설정한 압축기 회전수 테이블에 의해 제어하고, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 개방도는 외기 온도와 수냉매 열교환기(3)의 출구 목표 온도에 대응하여 설정한 냉매 조정 밸브 개방도 테이블에 의해 제어하는 것이 바람직하다.

역류 방지 밸브(8a, 8b)는, 전후의 냉매 차압에 의해 개폐하는 역지 밸브 또는 전자 이방 밸브 등이 사용된다. 역류 방지 밸브(8a, 8b)로서 역지 밸브를 사용한 경우, 운전 중은 전후의 차압이 없이 완전 개방 상태로 냉매 순환이 순조롭게 행해지고 있다. 운전 제어 수단(50)에 의해, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)가 폐쇄되면 증발기(7a, 7b)는 압축기(1a, 1b)에 의해 냉매가 흡인되는 동시에 저압 상태가 되고, 또한 압축기(1a, 1b)가 정지되면 압축기(1a, 1b) 내 전체가 고압이 되고, 역지 밸브의 전후 압력은 압축기(1a, 1b)측 압력 > 증발기(7a, 7b)측 압력이 되어 폐지한다.

즉, 운전 정지 후는 증발기(7a, 7b) 전후의 냉매 조정 밸브(6a, 6b) 및 역지 밸브(8a, 8b)가 폐지되고, 증발기(7a, 7b)에는 냉매가 거의 남김 없이, 또한 진입해 오는 일도 거의 없고, 잔류 냉매가 거의 없는 상태를 유지하는 것이다.

또한, 역류 방지 밸브(8a, 8b)로서 전자 이방 밸브를 사용한 경우, 운전 제어 수단(50)의 전기 신호에 의해 자유롭게 동작 제어할 수 있으므로, 운전 정지와 전자 이방 밸브의 폐지의 시간적 타이밍을 가장 적절하게 선택할 수 있다.

역류 방지 밸브(8a, 8b)로서 역지 밸브와 전자 이방 밸브의 몇 가지를 선택하는 가는, 히트 펌프 회로의 압력 특성, 비용, 역류 방지 성능 등의 관점으로부터 비교하여 선택하면 좋다.

히트 펌프 급탕기에는, 급수 온도를 검지하는 급수 서미스터(11a), 수냉매 열교환기(3)의 출탕 온도를 검지하는 열교환 서미스터(3e), 급탕 온도를 검지하는 급탕 서미스터(13a), 욕조물의 온도를 검지하는 목욕물 서미스터(18a), 압축기(1a, 1b)의 토출 압력을 검지하는 압력 센서(1c, 1d), 증발기(7a, 7b)의 냉매 출구 온도를 검지하는 증발기 출구 온도 센서(7c, 7d) 및 욕조(23) 내의 수위를 검출하는 수위 센서(20) 등이 마련되고, 각 검출 신호는 운전 제어 수단(50)에 입력되도록 구성되어 있다. 운전 제어 수단(50)은 이러한 신호에 따라서 각 기기를 제어하는 것 이다.

다음에, 본 발명의 히트 펌프 급탕기의 운전 동작에 대해 설명한다.

거치시 필요 조작의 일 실시예를, 도2의 흐름도를 기초로 하여 설명한다.

히트 펌프 급탕기는, 제조 장소로부터 운반되어 사용자가 희망하는 설치 장소에 거치된다. 급수 부재(9)는 수도 등의 급수원에 부엌 출탕 부재(15)는 부엌 수도꼭지(16)에 입출탕 부재(21)는 목욕물 순환 어댑터(22) 및 목욕물 수도꼭지(25)에 욕조 출탕 부재(24)는 목욕물 순환 어댑터(22)에 수배관을 통해 접속된다(스텝 60). 그 후, 공기 빠짐을 위해 부엌 수도꼭지(16) 또는 목욕물 수도꼭지(25)를 개방하고(스텝 61), 급수원의 개폐 장치를 개방한다(스텝 62).

급수원으로부터 기기 내로 급수가 개시되고, 물은 감압 밸브(10)에 의해 일정 압력으로 감압 조정된 후, 수냉매 열교환기(3) 및 각 수배관 내로 유입한다(스텝 63). 부엌 수도꼭지(16) 또는 목욕물 수도꼭지(25)로부터의 물이 흘러 넘침으로써 기기 내 물 회로가 가득 찬 상태가 된 것을 확인(스텝 64)한 후, 부엌 수도꼭지(16) 및 목욕물 수도꼭지(25)를 폐지하고, 기기 내 급수가 종료된다(스텝 65).

또, 히트 펌프 급탕기의 거치시 각 기기는 다음과 같은 초기 상태로 설정되어 있다. 냉온수 혼합 밸브(13)는 3방향 개방 상태, 유량 조정 밸브(14)는 완전 개방 상태, 목욕물 주탕 밸브(17)는 완전 폐쇄 상태로 되어 있다.

다음에 전원 스위치를 투입하여(스텝 66) 욕조 물 담기 운전을 행한다(스텝 67).

욕조 물 담기 운전은 목욕물 주탕 밸브(17)를 개방 욕조(23)에 물이 넘칠 때 까지 물을 부어 만수를 판단한다(스텝 68). 수위 센서(20)나 급수 수량 센서(11)에 의해 욕조(23) 내의 수위와 수량을 검지하고, 운전 제어 수단(50)이 욕조(23)의 전체 내용량 및 수량과 수위 높이의 관계를 자동 계산하고(스텝 69), 욕조의 적정 수량 및 추가 수량에 의한 수위 변화량의 설정(스텝 70)을 행한다. 이러한 설정 이후의 목욕물 자동 운전에 있어서의 목욕물 담기나 목욕물 추가 가열시의 온수량 제어 등에 설정치를 활용한다. 따라서, 상기 욕조 물 담기 운전은 히트 펌프 급탕기 설정시의 1회만 필요로 하는 것이다.

다음에 도3은, 부엌 수도꼭지(16)를 개방하여 급탕 사용하는 경우의 동작을 나타내는 흐름도의 일 실시예이다.

부엌 수도꼭지(16)를 개방하여 냉온수 사용이 시작되면(스텝 71), 급수 수량 센서(11)가 유량을 검지하여 운전 제어 수단(50)이 급탕 개시의 판정을 행하고(스텝 72), 유량이 일정 이상이면 급탕 개시라고 판정한다. 운전 제어 수단(50)은 압축기(1a, 1b)를 시동시켜 히트 펌프 운전을 개시하고(스텝 73), 상술한 부엌 수도꼭지 급탕 회로에 의해 급탕을 개시한다(스텝 74).

스텝 73에서 운전 제어 수단(50)은 이하의 제어를 행한다. 우선, 히트 펌프 냉매 회로(30)의 제1 냉매 개폐 밸브(2) 및 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 개방하고, 압축기(1a, 1b)를 시동시켜 압축한 고온 고압 냉매를 순환시킨다. 압축기(1a, 1b)의 운전 개시에 의해, 역류 방지 밸브(8a, 8b) 전후의 압력이 압축기(1a, 1b)측 압력 < 증발기(7a, 7b)측 압력의 관계로 변하고, 역류 방지 밸브(8a, 8b)는 폐지 상태로부터 개방 상태로 변한다. 이와 같이 히트 펌프 회로를 냉매가 순환 가능해져 히트 펌프 운전이 계속 행해진다.

압축기(1a, 1b)로 압축된 고온 고압 냉매를 수냉매 열교환기(3)의 냉매측 전열관(3a, 3b)에 송입하고, 급수측 전열관(3c, 3d)을 흐르는 급수를 가열하여 냉온수 혼합 밸브(13)측으로 유출하지만, 운전 개시 직후는 수냉매 열교환기(3)에 송입되어 오는 냉매가 충분히 고온 고압이 되어 절단하지 않고 온도가 낮고, 또한 수냉매 열교환기(3) 전체가 냉각되어 있기 때문에, 물을 가열하는 가열 능력이 충분하지 않다.

시간의 경과와 동시에 냉매는 고온 고압이 되고, 그에 따라서 발생하는 냉매로부터의 방열량이 증가되어 물로의 가열 능력이 늘어가지만, 이 운전 개시로부터 급탕 온도가 적절한 온도(약 42 ℃)에 도달하기까지의 운전 개시 시간의 장단을 운전 개시 특성 또는 가열 개시 특성이라 한다.

저탕 탱크를 갖지 않고, 히트 펌프 운전에 의해 가열하는 온수를 직접 급탕하는 순간식 급탕에 있어서는 상기 운전 개시 특성이 가장 기본적이고 또한 중요한 과제이며, 상세한 것은 도4에 의해 설명한다.

급탕 운전 개시(스텝 74) 후, 급수 수량 센서(11), 급수 서미스터(11a), 급탕 서미스터(13a)의 검지 데이터에 의해, 운전 제어 수단(50)은 급탕 온도 및 유량의 조정을 행하고(스텝 75), 적정 온도 및 적정 유량의 급탕 운전을 계속한다.

또, 급탕 온도 및 유량의 판정은 항상 행하고(스텝 76), 규정 내에 있으면 수도꼭지가 폐쇄되기까지 급탕을 계속한다(스텝 77).

부엌 수도꼭지(16)가 폐쇄되어 냉온수 사용이 종료되면(스텝 78), 운전 제어 수단(50)은, 우선 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 폐지하고(스텝 79), 소정 시간 경과 후에 압축기(1a, 1b)를 정지한다(스텝 80). 이러한 스텝에 의해, 역류 방지 밸브(8a, 8b) 전후의 차압이 압축기(1a, 1b)측 > 증발기(7a, 7b)측이 되고(스텝 81), 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 폐지되고(스텝 82), 운전은 종료된다(스텝 83). 또, 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 전자 이방 밸브인 경우는, 상기 폐지 동작은 압축기 운전 제어 수단이 전기 신호를 이송함으로써 행해진다.

다음에, 운전 개시 특성에 대해, 본 실시예의 압축기 운전 제어 수단을 이용한 경우와, 종래의 아무것도 하지 않은 경우와의 비교를, 도1을 참조하면서 도4에 있어서 설명한다.

도4에 있어서, 횡축은 히트 펌프 운전 개시로부터의 운전 시간이며, 세로축은 도1의 압축기(1a, 1b)로 압축되어 고온 고압이 되어 토출되는 냉매 가스의 압축기 토출 온도이다. 이 고온 냉매가 수냉매 열교환기(3)에 있어서, 냉매측 전열관(3a, 3b)을 흐르고, 급수측 전열관(3c, 3d)을 흐르는 물을 가열하여 급탕하기 때문에, 급탕 온도는 세로축의 토출 온도와 거의 같은 변화를 나타낸다.

우선, 본 실시예의 운전 제어를 행하지 않는 종래의 제어에 있어서의 가열 개시 특성을 선도 B로 설명한다. 압축기(1)가 운전 개시되면 압축기(1) 내에 저장되어 있던 냉매가 압축되어 고온 고압의 냉매가 되어 토출되고, 수냉매 열교환기(3)로 급수를 가열하여 급탕이 행해진다. 종래의 운전 제어에 있어서의 압축기(1) 정지시에는, 냉매가 증발기 내에 액으로서 저장되어 있고, 압축기(1) 내의 냉매 부족이 되어 가열 개시 시간이 약간 지연된다.

또한, 화살표 B1로 나타낸 바와 같이 일단 목표 온도에 도달한 후, 증발기(7) 내의 액냉매가 단번에 복귀하여 압축기(1) 내에서 증발하기 때문에 토출 온도가 목표 온도보다 낮게 되어 버리고, 히트 펌프 회로의 운전 개시로부터 목표 온도의 안정 운전에 도달하기까지의 개시 시간이 B점까지 길게 걸쳐져 실용상의 문제가 된다. 또한, 다량의 액냉매 복귀는 압축기에 있어서 과대한 부하가 되어 시동 불량을 일으키는 요인이 된다.

또, 증발기(7)는 냉매와 외부 공기와의 열교환을 행하기 위한 것으로, 급탕 기계 본체의 외면에 마련하고 있고, 특히 동기 등의 저온시에는 히트 펌프 회로(30) 중에서 가장 저온이 되기 때문에, 냉매가 모여 체류하기 쉬운 것으로 된다. 도4의 가열 개시 특성 선도는 동기 운전 정지 6시간 후에 다시 운전한 경우의 저온 침입 운전을 나타내는 것이지만, 자고 있을 때 시간이 더욱 짧은 경우 및 주위 온도가 높은 경우에 있어서도, 정도의 차이는 있지만 같은 경향이 보인다.

다음에, 선도 A에서 본 실시예의 운전 제어에 있어서의 온도 변화에 대해 설명한다. 본 실시예의 압축기 운전 제어에서는 운전 정지시에는 우선 증발기(7a, 7b) 전에 마련된 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 폐쇄하여 증발기(7a, 7b) 내의 냉매를 압축기(1a, 1b) 측에 회수하고 나서 압축기(1a, 1b)를 정지시킨다.

압축기(1a, 1b)의 정지와 함께 압력차가 생겨 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 폐지되기 때문에, 운전 정지 중은 증발기(7a, 7b) 내에 냉매가 체류되는 것이 거의 없고, 압축기(1a, 1b) 내에 냉매가 충분히 체류되어 있고, 다시 운전 개시하였을 때에 압축기(1a, 1b)에 의한 냉매의 압축 고온 고압화를 계속 행할 수 있기 때문에 순조로운 가열 개시 특성이 얻어진다.

즉, 압축기(1a, 1b)가 운전 개시되면 압축기(1a, 1b) 내에 저장되어 있던 냉매가 압축되어 고온 고압의 냉매가 되어 토출되고, 수냉매 열교환기(3) 내에서 급수를 가열하여 급탕이 행해진다.

동시에 제1 냉매 개폐 밸브(2) 및 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 개방되기 때문에, 압축기(1a, 1b), 제1 냉매 개폐 밸브(2), 냉매측 전열관(3a, 3b), 냉매 조정 밸브(6a, 6b), 증발기(7a, 7b), 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 냉매 배관을 통해 차례로 접속된 히트 펌프 회로에 의해, 냉매가 연속 순환하여 수냉매 열교환기(3)에 의해 냉매와 급수와의 열교환이 행해지고, 도3의 급탕 흐름도로 설명한 급탕 운전이 계속된다.

또, 운전 직후는 가열 개시 시간을 단축하기 위해 압축기(1a, 1b)의 회전수를 올려 운전하기 때문에, 목표 온도를 조금 오버슈트하고, 그 후 급탕 서미스터(13a)의 급탕 온도 검지에 의해 보정하여 목표 온도를 유지한 급탕 운전을 행할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서의 운전 제어 및 특유의 구성에 의해, 선도 B1에 나타낸 바와 같은 액복귀 현상이 거의 없고, 선도 A에 나타낸 바와 같이 순조로운 가열 온도 상승에 의해 목표 온도로의 도달 시간이 B점에서 A점으로 빨라진다. 또한, 가열 개시 시간의 대폭적인 단축을 도모할 수 있는 동시에, 시동 불량의 발생 요인인 액냉매 복귀 현상을 배제할 수 있다.

다음에, 도5, 도6을 이용하여 급탕 운전 개시시의 압축기(1a, 1b) 및 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 동작에 관해 더 설명한다. 도5는 급탕 정지 후, 다음 급탕 개시에 의해, 압축기(1a, 1b) 및 냉매 조정 밸브(6a, 6b)가 동작할 때의 차트를 나타낸다. 횡축은 시간 경과를 나타내고, 세로축은 압축기(1a, 1b) 전후의 냉매 압력(Pd, Ps)의 변화, 압축기(1a, 1b)의 운전, 정지 및 냉매 조정 밸브의 개폐를 나타낸다.

급탕 개시시에 있어서의 압축기(1a, 1b) 전후의 냉매 압력(Pd, Ps)의 압력차(A-B)가 소정치(예를 들어 2 ㎫) 이상인 경우는, 압축기(1a, 1b)의 시동 부하가 크다고 판단하고, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 실선과 같이 개방[(1)τ1 = 약 10초간]하여 압축기(1a, 1b) 전후의 압력 밸런스를 도모하고 시동 부하를 경감하고 나서 압축기(1a, 1b)를 시동시킨다.

한편, 압력차(A-B)가 소정치 미만인 경우는, 압축기(1a, 1b)의 시동 부하가 작다고 판단하고 우선 압축기(1a, 1b)를 시동시키고, 그 후에 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 점선과 같이 개방한다(D2).

또, 압축기(1a, 1b)의 시동시와 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 개방시의 시간차(τ1, τ2)는 급탕 개시시의 외기 온도와 압축기 온도와의 차이에 의해 부하의 경중을 판단하여 정하는 것이 바람직하다.

또한, 시동 직후는 압축기(1a, 1b)의 회전수 및 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 개방도를 τ2 → τ3 → CC 및 (1) → (2) → DD와 같이 서서히 변화시키지만, 압축기(1a, 1b)의 시동 운전이 안정되면, 그 후는 압축기(6a, 6b)의 회전수는 도6에 일례를 나타낸 바와 같은 가열 부하에 대응하여 설정한 압축기 회전수 테이블에 따 라서 회전수를 제어하고, 냉매 조정 밸브(6a, 6b)의 개방도는 외기 온도와 수냉매 열교환기(3)의 출구 목표 온도에 대응하여 설정한 냉매 조정 밸브 개방도 테이블(도시하지 않음)에 의해 제어한다.

도6은 압축기 회전수 테이블의 일례를 나타낸다. 급탕기에 공급되는 급수 온도와, 이를 가열하여 히트 펌프 회로로부터 공급하는 급탕 온도를 가열 부하 조건으로서 압축기의 회전수를 설정한다.

예를 들어, 동기 부엌 사용인 경우 9 ℃의 물을 42 ℃까지 가열하여 급탕하기 위해 압축기 회전수를 4,000 회전/분으로 하지만, 같은 동기에서도 저탕 운전인 경우는 9 ℃의 물을 60 ℃까지 가열하여 급탕하기 위해 압축기 회전수를 5,000 회전/분으로 하는 것이다.

또, 압축기 회전수의 설정은 압축기를 주체로 한 히트 펌프 회로의 가열 능력이나 급탕시의 유량 등도 고려하여 설정된다.

운전 제어 수단은 압축기의 회전수를 급탕 부하에 대응하여 설정한 압축기 회전수 테이블에 의해 제어하고, 냉매 조정 밸브의 개방도를 외기 온도와 수냉매 열교환기의 출구 목표 온도에 대응하여 설정한 냉매 조정 밸브 개방도 테이블에 의해 제어하는 것이므로, 급탕 부하 즉 직접 급탕 운전이나 탱크 저탕 운전 등에 의한 급탕 온도의 차이에 대응하고, 또한 외기 온도도 가미하여 압축기의 회전수 및 냉매 조정 밸브의 개방도를 조정하는 것이며, 보다 빠르게 목표 급탕 온도에 도달할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서 설명하는 운전 제어는 히트 펌프 회로의 운전 중 에 냉매의 압력차로서 축적한 일을 가능한 한 저장한 상태로 다음 운전에 활용하는 제어이며, 히트 펌프 급탕기의 고효율화에도 기여하는 것이다.

다음에, 도7은 목욕물 자동 운전에 의한 온수 담기 동작을 나타내는 흐름도의 일 실시예이다.

목욕물 자동 버튼을 눌러 온해 두고(스텝 91), 설정 시각이 오면 목욕물 담기 운전이 개시(스텝 92)되고, 목욕물 주탕 밸브(17)가 개방되어 목욕물 급탕이 행해진다(스텝 93).

목욕물 급탕(스텝 93)은, 도3에서 설명한 급탕 사용과 동시에 히트 펌프 운전을 행하고, 부엌 수도꼭지(16) 대신에 상기 목욕물 급탕 회로에 의해 욕조(23)에 급탕하는 것이다.

또한, 목욕물 급탕 운전 중은 목욕물 서미스터(18a)에서 목욕물 급탕 온도를 검지하여 급탕 온도를 판정(스텝 94)하고, 규정 밖이면 온도 조정을 행하고(스텝 94a), 규정 내에 있으면 목욕물 급탕을 계속한다(스텝 95).

게다가, 수위 센서(20)로 욕조 내 수위를 검지하고, 목욕물 담는 양을 판정한다(스텝 96).

목욕물 담는 양 판정(스텝 96)에 있어서, 규정 밖 중은 목욕물 급탕을 계속(스텝 95)하고, 규정 내에 도달하면 목욕물 급탕 및 히트 펌프 운전을 정지(스텝 97)하고, 압축기 운전 제어 수단(98a)은, 우선 냉매 조정 밸브(6a, 6b)를 폐지하고(스텝 98), 소정 시간 경과 후에 압축기(1a, 1b)를 정지함으로써(스텝 99), 냉매 역지 밸브 전후의 차압이 압축기(1a, 1b)측 > 증발기(7a, 7b)측이 되고(스텝 100), 역류 방지 밸브(8a, 8b)가 폐지되고(스텝 101), 운전은 종료한다(스텝 102).

도8은, 목욕물 자동 운전에 의한 목욕물 추가 가열을 나타내는 흐름도의 일 실시예이다. 목욕물 자동 버튼을 눌러 온해 두고(스텝 105), 설정 시간이 되면 도7에서 설명한 목욕물 담기 운전을 개시(스텝 106)하고, 그 후 목욕물 담기 운전을 종료하면(스텝 107) 목욕물 보온 운전이 개시된다(스텝 108).

목욕물 보온 운전 개시(스텝 108) 후는, 목욕물 서미스터(18a)에서 온수 온도를 검지하고, 욕조 내 온수 온도 판정(스텝 109)에 있어서 규정치 내에 있으면 목욕물 보온을 계속하고, 규정치 이하인 경우는 목욕물 추가 가열 운전을 행한다(스텝 110).

수위 센서(20)로 소정 시간(예를 들어 10분)마다 욕조 내의 온수량을 검지하고, 목욕물 담는 양 판정(스텝 111)에 있어서 규정치 내에 있으면 목욕물 보온을 계속하고, 규정치 이하인 경우는 목욕물 보충(스텝 112)을 행한다.

또한, 목욕물 자동 운전의 설정 시간을 경과하면, 목욕물 보온 운전을 종료(스텝 113)하고, 목욕물 자동 운전이 종료된다(스텝 114).

또, 목욕물 보온 운전 종료시(스텝 113)에는 압축기 운전 제어 수단(113a)이 도7에서 설명한 경우와 완전히 동일한 순서로 운전 정지 제어를 행하는 것이다.

도1에 의해 설명한 저탕 탱크가 없는 순간식 히트 펌프 급탕기를 실현하기 위해서는 대용량의 압축기가 필요하지만 소형의 저탕 탱크를 마련함으로써, 종래 기술의 응용 범위 내에서 압축기의 용량 상승을 도모하여 순간식 히트 펌프 급탕기의 실현성이 높아진다.

도9는, 도1의 히트 펌프 급탕기와 비교한 경우, 히트 펌프 냉매 회로(30)는 동일하고, 급탕 회로(40)에 있어서 물 역지 밸브(12)의 전후로 급수 배관과 수배관을 통해 접속하는 저탕 탱크(27), 저탕 탱크(27)에 마련된 탱크 서미스터(27a 내지 27d), 저탕 탱크(27)와 급수 배관과의 접속 배관의 한 쪽 수배관 중에 마련된 탱크 순환 펌프(28) 및 부엌 급탕 배관의 도중이며 급수측 전열관(3c, 3d)과 냉온수 혼합 밸브 사이에 마련된 탱크 혼합 밸브(29)가 부가되어 있다.

그로 인해 도9에 도시한 히트 펌프 급탕기를 거치하는 순서가, 도1의 히트 펌프 급탕기와 약간 서로 다르다. 다른 점은 저탕 탱크(27)의 세팅이다.

우선 도9의 히트 펌프 급탕기를 설치한 직후에, 급수 부재(9), 감압 밸브(10), 급수 수량 센서(11), 저탕 탱크(27)의 급수 회로에서 저탕 탱크(27)를 만수 상태로 한다. 그 후, 히트 펌프 운전을 행하는 동시에 탱크 순환 펌프(28)를 운전하고, 저탕 탱크(27)로부터 끌려진 탱크(27) 하부의 물이 탱크 순환 펌프(28)에 의해 급수측 전열관(3c, 3d)에 이송되어 가열된다. 그리고 가열된 물은 탱크(27)측이 개방된 탱크 혼합 밸브(29)로부터 저탕 탱크(27)로 복귀된다. 이 일련의 탱크 순환 사이클로 저탕 탱크 내의 물을 소정 온도로 비등해 둔다.

이 저탕 운전은 저탕 탱크(27)의 온수를 사용할 때에 행하고, 저탕 탱크(27)는 항상 소정 온도의 온수가 저장되어 있도록 제어되는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 저탕 탱크(27)에는 항상 고온수를 저장해 두고, 운전 개시 직후는 수냉매 열교환기(3)로부터의 가열수와 함께 저탕 탱크(27)로부터의 고온탕을 공급함으로써, 히트 펌프 운전의 가열 개시 시간의 보조적 책임을 다하는 것이 다.

즉, 운전 개시시에 급수측 전열관(3c, 3d)으로부터의 급수가 아직 적절한 온도에 도달하지 않아도 저탕 탱크(27)의 고온탕을 탱크 혼합 밸브(29)로 병용함으로써, 적절한 냉온수로서 부엌 수도꼭지(16)나 목욕물 수도꼭지(25)에 출탕할 수 있다.

저탕 탱크(27)를 갖는 저탕식 순간 히트 펌프 급탕기에, 상술한 본 실시예의 운전 제어를 적용한 경우, 히트 펌프 운전 개시시에 있어서의 가열 개시 특성이 개선됨으로써, 저탕 탱크(27)의 고온수 사용량이 적게 완료된다. 따라서, 저탕 탱크(27)의 소형을 도모할 수 있는 동시에, 저탕 탱크(27)의 온수가 공급되기 때문에 확실하게 압축기의 기동을 거친 후에 설정 온도에 맞춘 회전수 제어를 행할 수 있기 때문에, 저온 침입시에 있어서의 압축기의 시동 불량의 두려움을 보다 방지할 수 있는 상승적 효과를 갖는 것이다.

또한, 본 실시예에서 설명한 운전 제어를 이용함으로써, 저탕 탱크(27)의 사용량을 적게 하고, 저탕 탱크의 용량을 종래 저탕 방식으로 사용하고 있는 300 내지 500 L로부터 대폭 소형화를 도모하여 100 L 이하로 할 수 있고, 저탕수의 방열 손실을 종래의 저탕식에 비해 대폭 적게 할 수 있어 히트 펌프 급탕기의 운전 효율을 올리는 효과도 갖는다.

이상의 본 발명의 실시예에서 설명한 바와 같이, 저탕 탱크가 없는 순간식 히트 펌프 급탕기에 있어서도, 저탕 탱크가 있는 순간식 히트 펌프 급탕기에 있어서도, 급탕 방식에 관계없이 적용 가능하여 충분한 효과를 갖는다. 특히 히트 펌 프 운전에 의해 가열한 냉온수를 저탕조에 모으지 않고 직접 급탕하는 순간식에 있어서의 운전 개시 특성의 향상에 효과를 발휘하는 것이다.

게다가, 본 발명을 종래의 저탕식 히트 펌프 급탕기에 적용한 경우, 저탕식에 있어서는 하루에 1회 야간만 운전하기 때문에, 단속 회수가 적어 가열 개시 시간 단축의 효과는 현저하지 않지만, 온수 고갈 방지에 대응하도록 긴급적으로 실시되는 낮 동안의 탱크 추가 가열이나 특히 저온 침입시의 재시동 특성의 개선 효과도 갖는다.

본 발명에 따르면, 히트 펌프 급탕기에 있어서 운전 개시시의 개시 특성을 개선하여 사용 편의성의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 출탕을 검지하여 압축기를 기동하고, 수냉매 열교환기로 출탕 설정 온도로 가열된 냉온수를 출탕 단말로부터 출탕시키는 순간 가열형의 히트 펌프 급탕기에 있어서는 현저한 효과를 발휘할 수 있다.

Claims

압축기와, 그 압축기로 압축된 냉매와 물과의 열교환을 행하는 수냉매 열교환기와, 물과 열교환한 냉매의 유로를 개폐하여 냉매의 감압을 행하고 상기 압축기의 운전 정지시에는 유로를 폐쇄하는 냉매 조정 장치와, 감압된 냉매와 공기로 열교환을 행하는 증발기가 각각 냉매 배관으로 차례로 접속된 히트 펌프 회로와, 상기 수냉매 열교환기에 물을 공급하는 급수 배관과, 상기 수냉매 열교환기로 가열된 물을 공급하는 급탕 배관을 갖는 급탕 회로를 구비하는 히트 펌프 급탕기.
제1항에 있어서, 상기 냉매 조정 장치는 상기 압축기의 운전 개시시에는 냉매의 유로를 개방하는 히트 펌프 급탕기.
제2항에 있어서, 상기 압축기의 운전 개시시에, 상기 압축기의 토출측 압력과 흡입측 압력과의 압력차에 따라서, 상기 압축기의 운전 개시와 상기 냉매 조정 장치의 냉매 유로의 개방과의 순서를 바꾸는 히트 펌프 급탕기.
제3항에 있어서, 상기 압축기의 토출측 압력과 흡입측 압력과의 압력차가 소정치 이상일 때는, 상기 냉매 조정 장치의 냉매 유로를 개방한 후에 상기 압축기의 운전을 개시하는 히트 펌프 급탕기.
제3항에 있어서, 상기 압축기의 토출측 압력과 흡입측 압력과의 압력차가 소정치보다도 낮을 때는, 상기 압축기의 운전을 개시한 후에 상기 냉매 조정 장치의 냉매 유로를 개방하는 히트 펌프 급탕기.
제2항에 있어서, 상기 압축기의 운전 개시시에, 상기 압축기의 운전 개시와 상기 냉매 조정 장치의 냉매 유로의 개방과 시간차를 갖는 히트 펌프 급탕기.
제6항에 있어서, 상기 압축기의 운전 개시와 상기 냉매 조정 장치의 냉매 유로의 개방과의 시간차를, 급탕 개시시의 외기 온도, 상기 압축기의 기기 본체 온도 및 상기 압축기의 토출측 압력과 흡입측 압력과의 압력차 중 어느 하나에 의해 바꾸는 히트 펌프 급탕기.
제1항에 있어서, 상기 히트 펌프 회로의 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 냉매 배관 내에, 상기 압축기로부터 상기 증발기로 냉매가 흐르는 것을 멈추는 역류 방지 밸브를 구비한 히트 펌프 급탕기.
제8항에 있어서, 상기 역류 방지 밸브는 역지 밸브인 히트 펌프 급탕기.
제8항에 있어서, 상기 역류 방지 밸브는 전자 이방 밸브인 히트 펌프 급탕기.
제1항에 있어서, 상기 급수 배관은 장치 외부의 급수관과 접속하고, 상기 급탕 배관은 장치 외부의 출탕 단말과 접속하는 히트 펌프 급탕기.
제11항에 있어서, 상기 급수 배관과 상기 급탕 배관 사이에 수배관을 통해 접속된 저탕 탱크와 기기 내 순환 펌프를 구비하고, 상기 급탕 배관과 상기 저탕 탱크는 상기 수냉매 열교환기로 가열된 냉온수와 상기 저탕 탱크 내의 냉온수를 혼합하는 급탕 혼합 밸브를 통해 접속하고 있는 히트 펌프 급탕기.
제12항에 기재된 히트 펌프 급탕기에 있어서, 상기 저탕 탱크의 용량을 100 L 이하로 하여, 적어도 상기 저탕 탱크와 상기 히트 펌프 회로가 동일한 하우징에 수납되는 히트 펌프 급탕 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉매 조정 장치는 전동 팽창 밸브인 히트 펌프 급탕기.
제1항에 있어서, 상기 냉매 조정 장치는 전자 이방 밸브와 모세관 튜브로 이루어지는 히트 펌프 급탕기.