KR100923373B1 - 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치 - Google Patents

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다다시 마스다
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히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 2 사이클의 직접 급탕식 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 급탕과 마루 난방의 2종류의 용도에 대한 운전 제어의 최적화를 도모하여 운전 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명은 1계 히트 펌프 냉매 회로(41)와, 2계 히트 펌프 냉매 회로(42)와, 마루 난방 회로(50)와, 운전 제어 수단(55)을 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 운전 제어 수단은 급탕과 마루 난방을 동시 운전할 때, 압축기 회전 속도의 제어량을 1계, 2계 모두 각각 급탕용 열 교환기(3)의 수출구 온도로 하고, 압축기 회전 속도의 목표치를, 1계는 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치 중 높은 쪽, 2계는 급탕 온도 목표치로 하고, 급탕용 팽창 밸브 개방도(4a, 4b)의 제어량을 1계, 2계 모두 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도, 목표치를 소정의 목표치로 하고, 마루 난방용 팽창 밸브 개방도의 제어량을 마루 난방 출발 온도, 목표치를 마루 난방 출발 온도 목표치로 함으로써, 최적 온도 제어를 행할 수 있다.
Figure R1020070079982
히트 펌프 냉매 회로, 급탕 혼합 밸브, 마루 난방 회로, 팽창 밸브, 압축기

Description

히트 펌프 급탕 마루 난방 장치{HEAT PUMP TYPE HOT WATER SUPPLY AND FLOOR HEATING DEVICE}
본 발명은 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 관한 것으로, 특히 급탕과 마루 난방을 동시에 행하는 경우의 운전 제어에 관한 것이다.
최근, 히트 펌프 급탕기의 보급에 수반하여, 급탕 기능 이외에 마루 난방 기능을 구비한 것이 제안되어 있다.
이와 같은 히트 펌프 급탕기로서, 예를 들어 매일, 밤 중에 장시간(약 5 내지 6시간) 히트 펌프 운전을 행하여 급탕용수 열 교환기에서 가열한 고온수(약 65 내지 85 ℃)를 370 내지 460 L의 큰 저탕 탱크에 저장해 두고, 사용할 때마다 저탕수에 물을 혼합하여 약 40 ℃의 적온수로 한 후 급탕하는 급탕 기능과, 팽창 탱크에 저장한 물을 펌프로 순환시키면서 히트 펌프의 마루 난방용수 냉매 열 교환기에서 가열하고, 마루 난방 패널에서 방열시키는 마루 난방 기능을 구비한 히트 펌프 급탕 난방 장치가 개시되어 있다(JP-A-2005-274021호 참조).
한편, 저탕 탱크를 소형 경량화시키기 위해, 종래의 저탕식에 비해 히트 펌프의 가열 능력을 대폭으로 향상시키고, 급탕 사용 시에 히트 펌프 운전을 행하여 사용 온도에 따라서 가열한 탕을 직접 급탕하는 기능과, 난방 기능을 구비한 히트 펌프 급탕 난방기가 개시되어 있다(JP-A-2004-278876호 참조).
이 히트 펌프 급탕 난방기는 급탕과 난방의 동시 운전 시에 있어서, 1계 히트 펌프 사이클을 마루 난방용, 2계 히트 펌프 사이클을 급탕용으로 하여, 급탕 사용량이 커져 2계 히트 펌프 사이클의 가열 능력으로 부족할 때에 마루 난방용 냉매의 일부를 급탕용으로 이행시키거나, 또는 마루 난방을 일시 중지하여 1계 히트 펌프 사이클을 급탕용으로서 사용하도록 하고 있다.
[특허문헌 1] JP-A-2005-274021호
[특허문헌 2] JP-A-2004-278876호
그런데, 특허문헌 1의 저탕식 히트 펌프 급탕 난방 장치에서는 큰 저탕 탱크가 필요해지므로, 히트 펌프 유닛과 탱크 유닛을 별개로 설치하여, 큰 설치 면적이나 충분한 기초 강도를 필요로 하고 있었다. 또한, 원래 장시간에 걸쳐서 저탕하는 능력만 갖고 있으므로, 저탕 운전과 마루 난방 운전을 동시에 행한 경우에는 저탕 능력 저하 또는 마루 난방 온도 저하를 초래할 우려가 있고, 낮 중의 급탕 사용량이 많은 경우에는 탱크의 탕 끊김이 생길 우려가 있다.
이에 대해, 특허문헌 2의 직접 급탕식 히트 펌프 급탕 난방기에서는 대용량의 히트 펌프 장치를 2개 구비하고 있으므로, 저탕 운전과 마루 난방 운전을 동시에 행한 경우의 저탕 능력 저하의 우려는 해소되고, 또한 사용 시에 히트 펌프 운 전을 행하기 때문에, 탱크의 탕 끊김의 우려도 해소된다.
그러나, 2 사이클의 직접 급탕식 히트 펌프에 있어서의 마루 난방의 부가 기능은 제안된 후 기간이 짧아, 2 사이클의 특징이 충분히 활용되고 있지 않으므로, 보다 적절한 운전 제어가 요구되고 있다.
본 발명은 2 사이클의 직접 급탕식 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 급탕과 마루 난방의 2종류의 용도에 대한 운전 제어의 최적화를 도모하여, 운전 효율을 향상시키는 것을 과제로 한다.
본 발명은 종래의 마루 난방 기능을 구비한 저탕식 히트 펌프 급탕 난방 장치에 있어서의 탕 끊김이나, 급탕 및 마루 난방의 동시 운전 시의 가열 능력 부족의 문제에 대해서는 직접 급탕식, 2 사이클, 대용량 히트 펌프를 적용함으로써 해소할 수 있다. 또한, 이와 같은 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 압축기의 회전 속도와 팽창 밸브 개방도의 제어에 대해 검토한 결과, 이하의 구성에 의해 제어를 행함으로써, 종래의 과제를 해소한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은, 제1 압축기, 제1 급탕용 열 교환기, 제1 급탕용 팽창 밸브, 제1 증발기 및 마루 난방용 열 교환기, 마루 난방용 팽창 밸브를 구비하고, 제1 급탕용 열 교환기 및 제1 급탕용 팽창 밸브는 마루 난방용 열 교환기 및 마루 난방용 팽창 밸브와 병렬로 접속되는 1계 히트 펌프 냉매 회로와, 제2 압축기, 제2 급탕용 열 교환기, 제2 급탕용 팽창 밸브, 제2 증발기를 구비하여 구성되는 2계 히트 펌프 냉매 회로와, 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 급탕 금속 부재로부터 직접 급탕하는 직접 급탕 회로와, 마루 난방용 열 교환기에서 가열한 온수를 순환시키는 마루 난방 회로와, 제1, 제2 압축기의 회전 속도, 제1, 제2 급탕용 팽창 밸브 및 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 제어하는 운전 제어 수단을 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 상기 운전 제어 수단은 급탕과 마루 난방을 동시 운전할 때, 제1 압축기의 회전 속도를 제1 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치 중 높은 쪽이 되도록 제어하고, 제2 압축기의 회전 속도를 제2 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치가 되도록 제어하며, 제1 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제1 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제1 압축기 토출 온도가 압축기 토출 온도 목표치로 되도록 제어하고, 제2 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제2 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제2 압축기 토출 온도가 토출 온도 목표치로 되도록 제어하며, 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 마루 난방 출발 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
이에 따르면, 급탕과 마루 난방의 동시 운전 시에 있어서, 1계의 히트 펌프 냉매 회로는 제1 압축기의 회전 속도, 제1 급탕용 팽창 밸브 및 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도, 2계의 히트 펌프 냉매 회로는 제2 압축기의 회전 속도, 제2 급탕용 팽창 밸브가 각각 제어량과 목표치를 정한 제어 테이블을 기초로 하여 제어되므로, 급탕 온도와 마루 난방 온도를 동시에 각각의 목표 온도로 제어할 수 있다. 이에 의해, 급탕과 마루 난방의 동시 운전 시에 있어서의 2 사이클 방식의 최적 제어화를 도모할 수 있어, 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우에 있어서, 제1 급탕용 열교환기의 수측 전열관 출구와 제2 급탕용 열 교환기의 수측 전열관 출구에 각각 온도 서미스터를 구비하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, 급탕용 열 교환기에서 가열된 열교환 수출구 온도를 1계, 2계에서 개별적으로 검지할 수 있으므로, 각각의 압축기 회전 속도에 의해 수측 전열관 출구 온도를 목표치에 있던 적절한 온도로 제어할 수 있어, 급탕 온도의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 운전 제어 수단은 마루 난방 출발 온도 목표치를 사용 조건에 따라서 변경하는 수정 기능을 구비하도록 해도 좋다. 이에 따르면, 예를 들어 마루 난방 복귀 온도의 변화를 기초로 하여 마루 난방 출발 온도 목표치를 적절하게 변경할 수 있으므로, 마루 난방 온도의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 제1, 제2 급탕용 열 교환기를 일체화시켜 제1, 제2 급탕용 열 교환기의 급수측 전열관이 합류한 직후의 위치에, 열교류 서미스터를 설치하도록 해도 좋다. 이와 같이, 급탕용 열 교환기를 일체화함으로써, 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 열 교환기의 표면적을 작게 할 수 있으므로, 방열 손실을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기한 운전 제어 수단은 제1 압축기, 제1 급탕용 열 교환기, 제1 급탕용 팽창 밸브, 제1 증발기 및 마루 난방용 열 교환기, 마루 난방용 팽창 밸브를 구비하고, 제1 급탕용 열 교환기 및 제1 급탕용 팽창 밸브는 마루 난방용 열 교환기 및 마루 난방용 팽창 밸브와 병렬로 접속되어 구성되는 1계 히트 펌프 냉매 회로와, 제2 압축기, 제2 급탕용 열 교환기, 제2 급탕용 팽창 밸브, 제2 증발기로 구성되는 2계 히트 펌프 냉매 회로와, 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 급탕 금속 부재로부터 직접 급탕하는 직접 급탕 회로와, 마루 난방용 열 교환기에서 가열한 온수를 순환시키는 마루 난방 회로와, 제1, 제2 급탕용 열 교환기, 급탕 혼합 밸브, 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 저장하는 저탕 탱크, 기기 내 순환 펌프로 구성되는 저탕 회로와, 제1, 제2 급탕용 열 교환기에 의해 가열된 온수와 저탕 탱크에 저장한 온수를 혼합하여 급탕 금속 부재로부터 급탕하는 탱크 급탕 회로와, 제1, 제2 압축기의 회전 속도, 제1, 제2 급탕용 팽창 밸브 및 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 제어하는 운전 제어 수단을 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에도 적용할 수 있다.
이와 같이, 저탕 탱크에 온수를 저장하는 기능을 구비하고 있으면, 예를 들어 히트 펌프 냉매 회로의 개시 직후에 있어서, 가열 능력이 충분하지 않을 때, 직접 급탕 운전에 의한 온수에 저탕 탱크의 고온의 온수를 혼합하여 급탕할 수 있으므로, 급탕 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 2 사이클의 직접 급탕식 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 급탕과 마루 난방의 2종류의 용도에 대한 운전 제어의 최적화를 도모하여 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도1 내지 도6을 이용하여 설명한다.
도1에 있어서, 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치는, 1계 히트 펌프 냉매 회로(41) 및 2계 히트 펌프 냉매 회로(42)의 2 사이클로 이루어지는 히트 펌프 냉매 회로(40), 급탕 회로(45), 마루 난방 회로(50) 및 운전 제어 수단(55)을 구비하여 구성되어 있다.
히트 펌프 냉매 회로(40), 급탕 회로(45) 및 마루 난방 회로(50)의 각 구성 부품은 동일 상자 내에 일체적으로 수납되어 있고, 운전 제어 수단(55)은 급탕용 리모컨(55a) 및 마루 난방용 리모컨(55)에 의해 구성되어 있다. 또한, 급탕 회로(45)의 사용 단말인 부엌 수도꼭지(14), 목욕수 순환 어댑터(22)를 구비한 욕조(23) 및 마루 난방 패널(33, 34)은 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치와 별개로 준비하고, 사용하는 현지에 있어서 급수 금속 부재(6), 부엌 출탕 금속 부재(13), 입출탕 금속 부재(21), 목욕수 출탕 금속 부재(25), 마루 난방용 급탕 금속 부재(31, 32) 및 마루 난방용 복귀 금속 부재(35)에 각각 접속하여 사용하는 것이다.
히트 펌프 냉매 회로(40)는 마루 난방 및 급탕의 가열원으로서의 작용을 하는 것으로, 1계 히트 펌프 냉매 회로(41)는 압축기(1a), 냉매 개폐 밸브(2a), 급탕용 열 교환기(3)에 배치되어 있는 냉매측 전열관(3a), 급탕용 팽창 밸브(4a), 증발기(5a)의 각각을 냉매 배관으로 순차적으로 접속한 급탕용 밀폐 사이클 및 압축기(1a), 냉매 개폐 밸브(2c), 마루 난방용 열 교환기(27)에 배치되어 있는 마루 난방용 냉매관(27a), 마루 난방용 팽창 밸브(4c), 증발기(5a)의 각각을 냉매 배관으로 순차적으로 접속한 마루 난방용 밀폐 사이클로 구성되어 있고, 그 중에 냉매가 봉입되어 있다.
여기서, 압축기(1a) 및 증발기(5a)는 급탕용 밀폐 사이클 및 마루 난방용 밀폐 사이클의 공용 부품으로서 사용되고, 냉매 개폐 밸브(2a, 2c)의 개폐 및 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개폐에 의해 급탕용 밀폐 사이클과 마루 난방용 밀폐 사이클의 절환을 행하는 것이다. 또한, 마루 난방용 열 교환기(27) 및 마루 난방용 팽창 밸브(4c)는 급탕용 열 교환기(3) 및 급탕용 팽창 밸브(4a)와 병렬로 설치되어 있다.
2계 히트 펌프 냉매 회로(42)는 압축기(1b), 냉매 개폐 밸브(2b), 급탕용 열 교환기(3)에 배치되어 있는 냉매측 전열관(3b), 급탕용 팽창 밸브(4b), 증발기(5b)의 각각을 냉매 배관으로 순차적으로 접속한 급탕용 밀폐 사이클로 구성되어 있고, 그 중에 냉매가 봉입되어 있다.
압축기(1a, 1b)는 급탕용 열 교환기(3)에서 가열된 온수를 직접 급탕하는 직접 급탕식 히트 펌프 급탕기에 적합한 대용량이고, 또한 급탕 열량에 따라서 회전 속도를 바꿀 수 있는 회전 속도 제어형 압축기이다. 즉, 압축기(1a, 1b)는 PWM 제어, 전압 제어(예를 들어, PAM 제어) 및 이들 조합 제어에 의해, 저속(예를 들어, 700 회전/분)으로부터 고속(예를 들어, 7000 회전/분)까지 회전 속도 제어되도록 되어 있다.
급탕용 열 교환기(3)는 냉매측 전열관(3a, 3b) 및 급수측 전열관(3c, 3d)을 구비하고 있고, 냉매측 전열관(3a, 3b)과 급수측 전열관(3c, 3d) 사이에서 열교환을 행하도록 구성되어 있다.
팽창 밸브(4a, 4b, 4c)는 급탕용 열 교환기(3), 마루 난방용 열 교환기(27)를 경유하여 이송되어 오는 중온 고압 냉매를 감압하고, 증발하기 쉬운 저압 냉매로서 증발기(5a, 5b)로 이송한다. 또한, 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치의 경우, 팽창 밸브(4a, 4b, 4c)는 가열 능력에 따라서 냉매 통로의 개방도를 바꾸어 히트 펌프 회로 내의 냉매 순환량을 조절하는 작용이나, 급탕용 밀폐 사이클에 있어서 교축량을 완전 개방으로 하고 중온 냉매를 증발기(5a, 5b)로 다량으로 이송하여 서리를 녹이는 서리 제거 장치의 역할도 행하기 때문에, 교축량이 가변이고 또한 응답성이 양호한 전동 팽창 밸브가 적합하다.
또한, 상기 증발기(5a, 5b)는 팬(도시하지 않음)의 회전에 의해 외기를 취입하여, 공기와 냉매의 열교환을 행하는 공기 냉매 열 교환기로 구성되어 있다.
다음에, 급탕 및 마루 난방 운전 시의 히트 펌프 운전에 대해 설명한다.
급탕 운전은 압축기(1a, 1b)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 냉매 개폐 밸브(2a, 2b)를 통해 급탕용 열 교환기(3)의 냉매측 전열관(3a, 3b)으로 유입하여 급수측 전열관(3c, 3d)을 흐르는 급수를 가열하고, 팽창 밸브(4a, 4b)로 감압된 후에 증발기(5a, 5b)에서 저온 저압 가스가 된 냉매가 압축기(1a, 1b)로 복귀된다. 이 냉매 순환을 반복함으로써, 급수를 연속 가열하여 급탕할 수 있다.
급탕 운전에 있어서, 압축기(1a, 1b)는 급수 온도 및 급탕 온도 등의 급탕 부하에 따른 회전 속도 제어를 행하여 운전된다.
또한, 급탕용 열 교환기(3) 내에서 가열된 온수는 급수측 전열관(3c, 3d)으로부터 합류하여 급탕 혼합 밸브(10), 탕수 혼합 밸브(11), 유량 조정 밸브(12), 부엌 출탕 금속 부재(13)를 경유하여 사용 단말인 부엌 수도꼭지(14)로부터 급탕된다.
그 사이에 있어서, 급탕 혼합 밸브(10)는 출구부의 혼합수 서미스터(10s)의 검지 온도가 목표치가 되도록 혼합 밸브 개방도를 제어하고, 탕수 혼합 밸브(11)는 상기 급탕 혼합 밸브(10)로 혼합된 온수가 사용 적온보다 높은 경우에 급수 금속 부재(6)로부터의 물을 혼합하여 적온수로 하는 역할을 하고, 유량 조정 밸브(12)는 단말 사용 상황과 운전 제어 수단(55)으로부터의 급탕 온도 지령을 기초로 급탕 가열 온도를 유지하기 위해 유량을 조정하는 것이다.
다음에, 마루 난방 운전은 1계 히트 펌프 냉매 회로(41)를 운전하고, 압축기(1a)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 냉매 개폐 밸브(2c)를 통해 마루 난방용 냉매관(27a)으로 유입하여 마루 난방용 전열관(27b)을 흐르는 열매체를 가열하고, 팽창 밸브(4c)로 감압된 후에 증발기(5a)에서 저온 저압 가스가 된 냉매가 압축기(1a)로 복귀된다. 이 냉매 순환을 반복함으로써, 마루 난방용 열매체를 연속 가열한다.
또한, 마루 난방용 열 교환기(27) 내에서 가열된 열매체는 마루 난방용 전열관(27b)으로부터 분기관(28), 마루 난방용 개폐 밸브(29, 30) 및 마루 난방용 급탕 금속 부재(31, 32)를 경유하여 마루 난방 패널(33, 34)의 방열관(33a, 34a)에서 마루를 가열한 후, 마루 난방용 복귀 금속 부재(35), 마루 난방용 탱크(36), 마루 난방용 순환 펌프(37), 마루 난방용 열 교환기(27)의 열매체 순환 사이클을 형성하고, 마루 난방용 순환 펌프(37)의 운전에 의해 순환되어 마루 난방용 열 교환기(27) 내에서의 가열과 마루 난방 패널(33, 34)에서의 방열을 연속해서 행하는 것이다.
또한, 마루 난방 패널(33, 34)을 구분하여 사용하는 것은 마루 난방용 개폐 밸브(29, 30)의 개폐에 의해 각 1개 사용 또는 동시 2개 사용을 선택할 수 있다.
다음에, 수계통의 급탕 회로에 대해 설명한다.
급탕 회로는 용도에 따라서 부엌 급탕 회로, 목욕수 급탕 회로, 목욕수 추가 가열 회로 및 저탕 탱크 추가 가열 회로가 있다.
급탕 수단으로서는 히트 펌프 운전에 의해 급탕용 열 교환기(3)에서 요구 온도에 맞추어 가열된 온수를 직접 급탕하는 직접 급탕 회로와, 미리 저탕되어 있는 저탕 탱크(15) 내의 고온수에 급수로부터의 저온수를 혼합하여 적온으로서 급탕하는 탱크 급탕 회로가 있다.
부엌 급탕 회로는 급수 금속 부재(6), 감압 밸브(7), 급수 수량 센서(8), 수용 역지 밸브(9), 급수측 전열관(3c, 3d), 급탕 혼합 밸브(10), 탕수 혼합 밸브(11), 유량 조정 밸브(12), 부엌 출탕 금속 부재(13)가 수배관을 통해 순차적으로 접속되어 구성되어 있다. 또한, 급수 금속 부재(6)는 수도 등의 급수원에 접속되고, 부엌 출탕 금속 부재(13)는 부엌 수도꼭지(14) 등에 접속되어 있다.
목욕수 급탕 회로는 급수 금속 부재(6), 감압 밸브(7), 급수 수량 센서(8), 수용 역지 밸브(9), 급수측 전열관(3c, 3d), 급탕 혼합 밸브(10), 탕수 혼합 밸브(11), 유량 조정 밸브(12), 목욕수 주탕 밸브(17), 플로우 스위치(18), 목욕수 순환 펌프(19), 수위 센서(20), 입출탕 금속 부재(21)가 수배관을 통해 순차적으로 접속되어 구성되어 있다.
목욕수 추가 가열 회로는 입출탕 금속 부재(21), 수위 센서(20), 목욕수 순환 펌프(19), 플로우 스위치(18), 목욕수용 열 교환기(24)의 목욕수용 수배 관(24b), 목욕수 출탕 금속 부재(25)가 수배관을 통해 순차적으로 접속되어 구성되어 있다. 또한, 입출탕 금속 부재(21)는 목욕수 순환 어댑터(22)를 통해 욕조(23)에 접속되어 있고, 목욕수 급탕 시에는 수위 센서(20)측으로부터 욕조(23)측으로 급탕하고, 목욕수 추가 가열 시에는 욕조(23)측으로부터 수위 센서(20)측으로 수순환하도록 구성되어 있다.
또한, 목욕수 추가 가열 시에는 목욕수 순환 펌프(19)를 운전하여 목욕수 추가 가열 회로에 의한 욕조수의 수순환을 행하는 동시에, 히트 펌프 냉매 회로(40)에 의한 히트 펌프 운전을 행하고, 목욕수 열교류 개폐 밸브(26)의 개방에 의해 급수측 전열관(3c, 3d), 목욕수 열교류 개폐 밸브(26), 목욕수용 냉매관(24a), 기기 내 순환 펌프(16)의 온수 순환 사이클을 형성하고, 기기 내 순환 펌프(16)의 운전에 의해 급탕용 열 교환기(3)에서 가열된 온수가 목욕수용 열 교환기(24)에서 목욕수용 수배관(24b)을 순환하는 욕조(23)의 남은 탕을 가열하고 욕조(23)로 복귀시켜 목욕수 추가 가열을 행하는 것이다.
저탕 탱크 추가 가열 회로는 저탕 탱크(15), 기기 내 순환 펌프(16), 급탕용 열 교환기(3)의 급수측 전열관(3c, 3d), 급탕 혼합 밸브(10)가 수배관을 통해 순차적으로 접속되어 구성되어 있다.
저탕 탱크 추가 가열 운전은 저탕 탱크(15)의 하측 저온수가 기기 내 순환 펌프(16)의 운전에 의해 급수측 전열관(3c, 3d)으로 이송되고 가열되어 고온수가 되고, 급탕 혼합 밸브(10)를 경유하여 저탕 탱크(15)의 상측에 저탕된다. 이 순환 가열을 반복함으로써, 저탕 탱크(15)의 상측으로부터 순차적으로 고온수가 되고, 곧 저탕 탱크 내가 소정 온도의 고온수로 채워져, 저탕 탱크 추가 가열 운전은 종료된다.
다음에, 운전 제어 수단(55)은 급탕용 리모컨(55a) 및 마루 난방용 리모컨(55b)의 조작 설정에 의해 1계 및 2계 히트 펌프 냉매 회로(41, 42)의 운전ㆍ정지 및 압축기(1a, 1b)의 회전 속도 제어를 행하는 동시에, 냉매 개폐 밸브(2a, 2b, 2c)의 개폐, 팽창 밸브(4a, 4b, 4c)의 개방도 제어, 목욕수 열교류 개폐 밸브(26)의 개폐, 마루 난방용 개폐 밸브(29, 30)의 개폐, 기기 내 순환 펌프(16), 목욕수 순환 펌프(19) 및 마루 난방용 순환 펌프(37)의 운전ㆍ정지 및 급탕 혼합 밸브(10), 탕수 혼합 밸브(11), 유량 조정 밸브(12), 목욕수 주탕 밸브(17)의 개폐를 제어함으로써 부엌 급탕 운전, 목욕수 채우기 운전, 목욕수 추가 가열 운전, 저탕 탱크 추가 가열 운전, 마루 난방 운전 등을 원활하게 행하는 것이다.
또한, 운전 제어 수단(55)은 압축기(1a, 1b)의 회전 속도를 제어하고, 운전 개시 직후에는 가열 개시 시간을 빠르게 하기 위해 소정의 고속 회전으로 운전하고, 비교적 열부하가 가벼운 안정 운전 시에는 가열 온도에 적절한 중저속 회전으로 운전하도록 제어한다.
또한, 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에는 압축기(1a, 1b)의 토출 온도를 검지하는 토출구 서미스터(1s, 1t), 증발기(5a, 5b)의 착상이나 과열도를 검지하는 증발기 서미스터(5s, 5t), 급수 금속 부재(6)로부터 공급되는 급수 온도를 검지하는 급수 서미스터(8s), 급탕용 열 교환기(3)의 출구 온도를 검지하는 열교류 서미스터(3s, 3t), 급탕 혼합 밸브(10)의 출구부의 수온을 검지하는 혼합수 서미스 터(10s), 급수 조정 후의 급탕 온도를 검지하는 급탕 서미스터(11s), 저탕 탱크(15) 내의 저탕 온도 및 저탕량을 검지하기 위한 복수의 탱크 서미스터(15s), 목욕수 급탕용 온수의 온도를 검지하는 목욕수 서미스터(18s), 마루 난방용 열 교환기(27)에서 가열된 열매체의 온도를 검지하는 출발 온도 서미스터(27s), 마루 난방 패널(33, 34)에서 방열한 후의 복귀 열매체의 온도를 검지하는 복귀 온도 서미스터(36s) 및 욕조(23) 내의 수위를 검출하는 수위 센서(20) 등이 설치되고, 각 검출 신호는 운전 제어 수단(55)에 입력되도록 구성되어 있다. 운전 제어 수단(55)은 이들 신호를 기초로 하여 각 기기를 제어하는 것이다.
또한, 감압 밸브(7)는, 예를 들어 급수원인 수도로부터 공급되는 약 200 내지 500 ㎪의 편차가 있는 높은 수압을 약 170 ㎪ 정도의 사용상 적절한 일정 수압으로 컨트롤하는 것이고, 수용 역지 밸브(9)는 일방향으로만 물을 흐르게 하여 역류를 방지하는 것이다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 급탕용 열 교환기(3)를 1계 히트 펌프 냉매 회로와 2계 히트 펌프 냉매 회로로 나누고, 급수측 전열관(3c, 3d)의 각각에 열교류 서미스터(3s, 3t)를 설치하고 있지만, 급탕용 열 교환기(3)는 1계, 2계를 일체로 하여, 열교류 수출구 온도는 급수측 전열관(3c, 3d)의 출구 합류 후에 열교류 서미스터를 설치함으로써, 급탕용 열 교환기(3)의 소형화 및 원가 저감, 열교류 서미스터의 1개 삭감을 도모할 수 있다.
다음에, 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 온도 제어의 일 실시예에 대해, 도1의 1계 및 2계 히트 펌프 냉매 회로(41, 42), 급탕 회 로(45), 마루 난방 회로(50) 및 운전 제어 수단(55)을 참조하면서 도2의 온도 제어 테이블에 의해 설명한다.
도2는 급탕, 마루 난방, 급탕 ＋ 마루 난방의 각 운전 시에 있어서의 온도 제어 테이블을 도시한다. 또한, 도2의 온도 제어 테이블 중에서는 급탕용 열 교환기 수출구 온도를 열교류 수출구 온도라고 간략하게 표현한다.
급탕, 마루 난방, 급탕 ＋ 마루 난방의 각 운전 시에 있어서의 온도 제어는, 1계, 2계 압축기(1a, 1b)의 회전 속도 및 1계 급탕용, 2계 급탕용 및 마루 난방용 팽창 밸브(4a, 4b, 4c)의 개방도를, 제어량이 제어 목표치가 되도록 제어함으로써 행해진다.
우선, 급탕 운전의 경우, 압축기 회전 속도는 1계, 2계 모두 제어량인 열교류 수출구 온도가 목표치인 급탕 온도 목표치가 되도록 제어된다. 급탕 1계 및 2계의 급탕용 팽창 밸브(4a, 4b)의 개방도는 제어량인 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 목표치인 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 제어된다. 또한, 증발기 과열도 및 압축기 토출 온도를 소정의 목표치로 제어함으로써, 고효율인 냉동 사이클을 형성할 수 있다.
다음에, 마루 난방 운전의 경우, 1계의 압축기 회전 속도는 제어량의 마루 난방 출발 온도가 목표치의 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어되고, 1계의 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개방도는 제어량의 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 목표치의 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 제어된다.
또한, 급탕 ＋ 마루 난방의 동시 운전의 경우, 1계의 압축기 회전 속도는 제어량인 열교류 수출구 온도가 목표치인 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치 중 높은 쪽이 되도록 제어되고, 2계의 압축기 회전 속도는 제어량인 열교류 수출구 온도가 목표치인 급탕 온도 목표치가 되도록 제어된다. 급탕 1계 및 2계의 급탕용 팽창 밸브(4a, 4b)의 개방도는 제어량인 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 목표치인 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 제어된다. 1계의 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개방도는 제어량인 마루 난방 출발 온도가 목표치인 수정 후의 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어된다.
도2의 온도 제어 테이블에 있어서는 급탕 ＋ 마루 난방의 동시 운전의 경우, 1계의 압축기 회전 속도의 목표치를 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치의 높은 쪽, 2계의 압축기 회전 속도의 목표치를 급탕 온도 목표치로 하고, 마루 난방용 팽창 밸브 개방도의 제어량을 마루 난방 출발 온도, 목표치를 수정 후의 마루 난방 출발 온도 목표치로 하고 있으므로, 급탕 ＋ 마루 난방의 동시 운전 시에 있어서, 마루 난방 온도가 급탕 온도에 따라서 내려갈 우려가 없다. 또한, 급탕 온도에 대해, 급탕 온도 목표치보다 마루 난방 출발 온도 목표치의 쪽이 높고 열교류 수출구 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 1계 압축기 회전 속도가 제어된 경우에 있어서 2계 압축기 회전 속도의 목표치가 급탕 온도 목표치이고,
열교류 출구 이후의 탕수 혼합 밸브(11)에 있어서 급수를 더하여 적온으로 조정되므로 전혀 문제가 없고, 급탕, 마루 난방 모두 적온을 얻을 수 있어, 최적 온도 제어를 행할 수 있다.
여기서, 마루 난방 온도 목표치를 수정하고 있는 것은 급탕 부하, 마루 난방 부하, 탱크 잔탕량 등의 관계에 의해, 예를 들어 급탕을 우선하여 마루 난방을 억제하기 위해, 마루 난방 출발 온도 목표치를 낮게 설정하는 경우를 상정하고 있다.
도3은 탕수를 사용한 경우에 있어서의 급탕 운전의 흐름도를 도시하고, 도1의 급탕 회로(45) 및 도3의 흐름도에 의해 부엌 수도꼭지(14)에 의한 탕수 사용 시의 급탕 운전에 대해 설명한다.
부엌 수도꼭지(14)를 개방하여 탕수 사용이 개시되면(스텝 60), 급수 수량 센서(8)가 유량을 검지하여 급탕 개시의 판정을 행하여, 유량이 일정 이상이면 급탕 개시라 판정하고, 운전 제어 수단(55)은 압축기(1a, 1b)를 시동시켜 히트 펌프 운전을 개시하고, 급수 금속 부재(6), 감압 밸브(7), 급수 수량 센서(8), 수용 역지 밸브(9), 급수측 전열관(3c, 3d), 급탕 혼합 밸브(10), 탕수 혼합 밸브(11), 유량 조정 밸브(12), 부엌 출탕 금속 부재(13), 부엌 수도꼭지(14)의 급탕 회로에 의해 직접 급탕 운전을 개시한다(스텝 61).
여기서, 운전 제어 수단(55)은 압축기(1a, 1b)를 회전 속도 제어 수단에 의해 운전하고, 압축한 고온 고압 냉매를 순환시키는 동시에, 냉매 개폐 밸브(2a, 2b)를 개방하고, 냉매 개폐 밸브(2c)를 폐쇄함으로써, 급탕용 열 교환기(3)에는 냉매 순환하지만, 마루 난방용 열 교환기(27)에는 냉매 순환을 행하지 않는다. 또한, 팽창 밸브(4a, 4b)를 개방 조정하고, 팽창 밸브(4c)는 폐쇄한다.
즉, 압축기(1a, 1b)에서 압축된 고온 고압 냉매를 급탕용 열 교환기(3)의 냉매측 전열관(3a, 3b)으로 송입하고, 급수측 전열관(3c, 3d)을 흐르는 급수를 가열 하여 탕수 혼합 밸브(11)측으로 순환하지만, 운전 개시 직후에는 급탕용 열 교환기(3)로 송입되어 오는 냉매가 충분히 고온 고압이 되지 않아 온도가 낮고, 또한 급탕용 열 교환기(3) 전체가 차가워져 물을 가열하는 가열 능력이 충분하지 않으므로, 직접 급탕 운전(스텝 61)과 병행하여, 미리 탱크 저탕 운전에 의해 저탕되어 있는 고온수(예를 들어, 60 내지 65 ℃)를 급탕하는 탱크 급탕 운전(스텝 62)을 행한다. 탱크 급탕에 의한 고온수는 급탕용 열 교환기(3)로부터 급탕되는 탕과 급탕 혼합 밸브(10)에 의해 혼합되고, 또한 적정 온도(약 40 ℃)가 되도록 탕수 혼합 밸브(11)로 급수 수량 센서(8)측으로부터의 냉수를 적량 혼합한 후, 유량 조정 밸브(12), 부엌 출탕 금속 부재(13)를 통과시켜 부엌 수도꼭지(14)로 급탕한다.
직접 급탕 운전 개시 후에는 시간의 경과와 함께 냉매는 고온 고압이 되고, 그것에 따라서 발생하는 냉매로부터의 방열량이 증가하고, 물로의 가열 능력이 증가하지만, 순차적으로 열교류 서미스터(3s, 3t), 혼합수 서미스터(10s), 급탕 서미스터(11s), 급수 수량 센서(8)의 검지에 의해 급탕 온도 및 유량을 판정(스텝 63)하고, 규정 외이면 급탕 온도가 적정치(약 40 ℃)가 되도록 압축기 회전 속도 및 팽창 밸브의 제어, 급탕 혼합 밸브(10) 및 급수 혼합 밸브(11)의 조정(스텝 64)을 행하여 보정한다.
여기서, 압축기 회전 속도 제어 및 팽창 밸브 제어(스텝 64)는, 도2에서 설명한 바와 같이, 압축기 회전 속도는 급탕용 열 교환기(3)의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치가 되도록 제어하고, 팽창 밸브 개방도는 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 제어함 으로써 급탕 온도의 최적 제어를 도모할 수 있다.
또한, 직접 급탕 온도의 판정(스텝 65)을 행하여, 직접 급탕 온도가 적정치(약 40 ℃)보다 낮고 규정치 이하이면 직접 급탕 운전과 탱크 급탕 운전의 동시 운전을 계속하고, 직접 급탕 온도가 적정치(약 40 ℃)에 도달하여 규정 내가 되면, 탱크 급탕 운전을 정지(스텝 66)하고 직접 급탕 운전으로만(스텝 67) 하고 수도꼭지를 폐쇄하여 급탕 사용이 종료(스텝 68)될 때까지 직접 급탕 운전을 계속한다.
직접 급탕 운전에 있어서는, 도1의 1계 히트 펌프 냉매 회로(41) 및 2계 히트 펌프 냉매 회로(42)를 함께 운전하고, 압축기(1a, 1b)는 운전 제어 수단에 의해 회전 속도 제어를 행하고, 수원의 수도 등으로부터 공급되는 급수 온도가 높은 하절기에는 작은 가열량이 되므로 회전 속도를 느리게 하고, 급수 온도가 낮은 동절기에는 큰 가열량을 필요로 하므로 회전 속도를 빠르게 하여 운전한다. 또한, 운전 제어 수단은 개시 운전 시의 팽창 밸브(4a, 4b)의 개방도를 작게 조정하고, 냉매의 순환량을 적게 함으로써 냉매의 고온화를 도모하고, 히트 펌프의 가열 개시 시간을 단축하도록 제어한다.
부엌 수도꼭지(14)가 폐쇄되어 탕수 사용이 종료(스텝 68)되면, 운전 제어 수단(55)은 히트 펌프 운전을 정지하고 직접 급탕 운전은 정지(스텝 69)하지만, 동시에 탱크 서미스터(15s)에 의해 저탕 탱크(15)의 저탕 온도 및 저탕량의 판정(스텝 70)을 행하여, 규정 내이면 탱크 저탕 운전을 종료(스텝 73)하고, 규정 미만이면 탱크 저탕 운전(스텝 71)을 행하고, 다시 저탕 온도 및 저탕량의 판정(스텝 72)을 행하고, 규정 내에 도달한 후 탱크 저탕 운전을 종료(스텝 73)한다.
다음에, 도1을 참조하여, 도4, 도5에 의해 마루 난방 단독 운전에 대해 설명한다.
본 실시예에 있어서의 마루 난방 운전의 온도 제어는, 도2에서 설명한 바와 같이 압축기 회전 속도를 마루 난방 출발 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어하고, 팽창 밸브 개방도를 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도를 소정 목표치가 되도록 제어함으로써 마루 난방 온도를 제어하는 것이다.
도4는 마루 난방 운전에 있어서의 마루 난방 온도 목표치의 초기 설정치의 일 예이다. 온도 목표치의 초기 설정치는 주로 실온에 의해 3단계로 정해져 있지만, 방의 방열을 고려하여 외기 온도도 가미하고, 외기 온도가 11 ℃를 초과하는 경우에는 초기 설정치를 5 ℃ 내려서 설정되어 있다. 즉, 외기 온도가 비교적 높은 경우에는 방으로부터 외부로의 방열이 적어 마루 난방 온도는 어느 정도 낮게 설정해도 충분히 쾌적성을 얻을 수 있으므로, 초기 목표 온도를 낮게 설정한 예이다.
운전 제어 수단은 도4의 온도 설정표에 의해 마루 난방 온도 목표치를 초기 설정해 두고, 마루 난방 운전 개시 후 소정 시간(예를 들어, 20분)까지는 마루 난방 출발 온도 목표치를 초기 설정치로 하고 소정 시간 경과 이후에는 마루 난방 출발 온도 목표치를 사용 조건에 따라서 변경한다.
도1, 도5에 의해 마루 난방 단독 운전 시의 동작 및 온도 제어에 대해 설명한다. 마루 난방용 리모컨(55b)의 마루 난방 버튼을 온으로 하여 마루 난방 사용을 개시(스텝 80)하는 동시에, 마루 난방하는 범위를 2존(33, 34) 중에서 선택하여 마루 난방 복귀 온도 및 마루 난방 사용 시간을 설정(스텝 81)하면, 1계 히트 펌프 냉매 회로 및 마루 난방용 순환 펌프(37)가 운전 개시된다(스텝 82).
즉, 도1에 있어서, 1계 히트 펌프 냉매 회로(41)에 있어서는, 냉매 개폐 밸브(2a)가 폐쇄되고 냉매 개폐 밸브(2c)가 개방되고, 압축기(1a) → 냉매 개폐 밸브(2c) → 마루 난방용 냉매관(27a) → 마루 난방용 팽창 밸브(4c) → 증발기(5a) → 압축기(1a)의 히트 펌프 회로에서 마루 난방 가열 운전이 행해진다.
또한, 마루 난방 회로(50)에 있어서는, 마루 난방용 리모컨(55b)의 선택에 의해 마루 난방용 개폐 밸브(29, 30) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 개방되고, 마루 난방용 순환 펌프(37)의 운전에 의해 마루 난방용 탱크(36) → 마루 난방용 순환 펌프(37) → 마루 난방용 전열관(27b) → 마루 난방용 개폐 밸브(29, 30) → 마루 난방용 급탕 금속 부재(31, 32) → 방열관(33a, 34a) → 마루 난방용 복귀 금속 부재(35) → 마루 난방용 탱크(36)의 폐쇄 회로에서 열매체(도시하지 않음)가 순환하고, 마루 난방용 열 교환기(27)에서 가열된 열매체는 마루 난방 패널(33, 34)에서 마루를 난방, 방열한다.
마루 난방 회로(50)를 순환하는 열매체에 대해서는 마루 난방용 전열관(27b) 출구부의 출발 온도를 출발 온도 서미스터(27s)에서 검지하고, 마루 난방용 탱크(36) 입구부의 복귀 온도를 복귀 온도 서미스터(36s)에서 검지하고, 각각의 온도 정보를 운전 제어 수단(55)으로 수시 송신하고 있다.
도5로 복귀하여, 마루 난방 운전 개시 직후의 개시 운전 시에는, 1계 압축기의 제어량을 마루 난방 출발 온도로 하고, 목표치를 마루 난방 출발 온도 초기 설 정치로 하여 운전함으로써, 마루 난방의 적온 도달 시간의 단축을 도모하는 것이다.
출발 온도 제어 운전은 마루 난방 출발 온도 및 마루 난방 복귀 온도의 검지(스텝 83) 정보를 기초로, 예를 들어 마루 난방 복귀 온도가 [마루 난방 복귀 온도 목표치 －1 ℃] 미만인 경우에는 마루 난방 출발 온도 목표치를 올리고, 마루 난방 복귀 온도가 마루 난방 복귀 온도 목표치보다 높아진 경우에는 마루 난방 출발 온도 목표치를 내리고, 그 밖의 경우에는 기존의 마루 난방 출발 온도 목표치를 유지하도록, 마루 난방 출발 온도 목표치를 소정 시간(예를 들어, 10분)마다 변경(스텝 84)한다.
또한, 마루 난방 출발 온도 목표치에는 최저치(예를 들어, 30 ℃) 및 최고치(예를 들어, 70 ℃)를 마련하여 마루 난방 출발 온도 목표치 변경(스텝 84) 후, 마루 난방 출발 온도 목표치의 판정(스텝 85)을 행하고, 변경 후의 마루 난방 출발 온도 목표치가 최저치(예를 들어, 30 ℃) 이상인 경우에는 마루 난방 출발 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 압축기 회전 속도 제어를 행하는 동시에, 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 팽창 밸브 개방도 제어(스텝 86)를 행하여 운전을 계속하고, 변경 후의 마루 난방 출발 온도 목표치가 최저치(예를 들어, 30 ℃) 미만인 경우에는 1계 히트 펌프 냉매 회로의 운전을 정지하여 마루 난방용 순환 펌프(37)만의 운전(스텝 87)을 행한다.
또한, 타이머의 시간 계측(스텝 83)에 의해, 마루 난방 사용 시간의 설정 시 간 경과 판정(스텝 88)을 행하여, 설정 시간 이내이면 소정 시간마다 마루 난방 출발 온도 목표치 수정(스텝 84)으로 복귀되어 계속 운전하고, 설정 시간이 초과되면 히트 펌프 운전 및 마루 난방용 펌프의 운전을 정지하여 마루 난방 운전은 종료(스텝 89)된다.
또한, 흐름도에 있어서는 각 동작을 직렬적으로 기재하고 있지만, 이는 편의상이며 반드시 순서를 규정하는 것은 아니고, 예를 들어 설정 시간 경과의 판정(스텝 88)은 항시 행해지고 있고, 1계 히트 펌프 운전 정지(스텝 87) 이전에 규정 시간에 도달하여 마루 난방 운전을 종료(스텝 89)하는 경우도 있다.
다음에, 도6에서 부엌 수도꼭지 사용에 의한 급탕 운전과 마루 난방 운전이 동시에 행해진 경우의 온도 제어에 대해 설명한다. 또한, 급탕 및 마루 난방의 단독 운전의 상세에 대해서는, 도4, 도5에서 설명하였으므로, 상세 설명은 생략한다.
부엌 수도꼭지(14)를 개방하여 탕수 사용이 개시되면(스텝 90), 탱크 급탕 운전(스텝 91)과, 히트 펌프 운전(스텝 92)에 의한 직접 급탕 운전(스텝 93)이 병행되어 행해진다.
히트 펌프 냉매 회로(40)는 개시 시간을 단축하기 위해 급탕 가열 능력을 높이도록 압축기 회전 속도 제어 및 팽창 밸브 개방도 제어(스텝 94)를 행하고, 직접 급탕 온도 판정(스텝 95)에 있어서 적정 급탕 온도(약 40 ℃)에 도달하면, 탱크 급탕 운전을 정지(스텝 96)하고, 직접 급탕 운전만으로 급탕을 계속(스텝 97)한다.
한편, 급탕 운전과 병행하고, 마루 난방 버튼을 온으로 하여 마루 난방 사용(스텝 100)이 개시되면, 냉매 개폐 밸브(2c) 및 마루 난방용 팽창 밸브(4c)가 개 방되고, 마루 난방용 펌프를 운전(스텝 101)하여 마루 난방 운전(스텝 102)이 개시된다.
마루 난방 출발 온도 목표치는 마루 난방 운전 개시 후 소정 시간(예를 들어, 20분)은 초기 설정치로 하고(스텝 103), 소정 시간(예를 들어, 20분)이 경과한 이후에는 수정 마루 난방 출발 온도 목표치로 한다.
또한, 운전 제어는 도2에 있어서 상세 설명한 온도 제어 테이블에 의해 다음과 같이 행해진다(스텝 104).
1계의 압축기 회전 속도는 열교류 수출구 온도가 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치의 높은 쪽이 되도록 제어되고(스텝 104a), 2계의 압축기 회전 속도는 열교류 수출구 온도가 급탕 온도 목표치가 되도록 제어된다. 1계의 급탕용 팽창 밸브(4a) 및 2계의 팽창 밸브(4b)의 개방도는 증발기 과열도 또는 압축기 토출 온도가 소정의 목표치인 증발기 과열도 목표치 또는 압축기 토출 온도 목표치가 되도록 제어된다(스텝 104b). 1계의 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개방도는 마루 난방 출발 온도가 수정 후의 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어된다(스텝 104c).
여기서의 마루 난방 출발 온도 목표치의 수정은 급탕 부하, 마루 난방 부하, 탱크 잔탕량 등의 관계에 의해 행해지고, 예를 들어 급탕을 우선하여 마루 난방을 억제하므로, 마루 난방 출발 온도 목표치를 낮게 설정하는 것이다.
구체적으로, 예를 들어 1계의 급탕 온도 목표치를 60 ℃, 마루 난방 출발 온도 목표치를 50 ℃로 한 경우, 1계의 압축기 회전 속도는 60 ℃에서 제어되므로, 급탕은 가열된 온수를 그대로 공급해도 문제가 없다. 이에 대해, 마루 난방 출발 온도는 10 ℃ 내릴 필요가 있으므로, 1계의 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개방도를 기존보다도 조임으로써, 마루 난방용 냉매관(27a)측의 냉매 순환량을 줄여 가열 온도를 내릴 수 있다. 반대로, 1계의 급탕 온도 목표치를 50 ℃, 마루 난방 출발 온도 목표치를 60 ℃로 한 경우, 1계의 압축기와 마루 난방용 팽창 밸브는 60 ℃에서 제어되므로 마루 난방에 대해서는 문제가 없다. 여기서, 부엌 출탕 금속 부재(13) 또는 입출탕 금속 부재(21)의 급탕 온도에 대해서는 10 ℃ 내릴 필요가 있지만, 탕수 혼합 밸브(11)로부터의 급수량을 늘림으로써, 50 ℃로 유지할 수 있다.
이상과 같이, 1계의 압축기 회전 속도의 목표치를 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치의 높은 쪽, 2계의 압축기 회전 속도의 목표치를 급탕 온도 목표치로 하고, 마루 난방용 팽창 밸브(4c)의 개방도의 제어량을 마루 난방 출발 온도, 목표치를 수정 후의 마루 난방 출발 온도 목표치로 하고 있으므로, 급탕과 마루 난방의 동시 운전 시에 있어서, 마루 난방 온도가 급탕 온도에 따라서 내려갈 우려가 없다. 또한, 급탕 온도에 대해 급탕 온도 목표치보다 마루 난방 출발 온도 목표치의 쪽이 높고, 열교류 수출구 온도가 높은 쪽의 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 1계 압축기 회전 속도가 제어된 경우에 있어서도 2계 압축기 회전 속도의 목표치가 급탕 온도 목표치이고, 열교류 출구 이후의 탕수 혼합 밸브(11)에 있어서 급수를 더하여 적온으로 조정되므로 전혀 문제가 없고, 급탕, 마루 난방 모두 적온을 얻을 수 있어, 최적 온도 제어를 행할 수 있다.
급수 사용에 있어서는, 온도 제어(스텝 104)를 계속하면서 직접 급탕 운전 (스텝 105)을 계속하고, 수도 꼭지가 폐쇄되어 탕수 사용이 종료(스텝 106)되면, 저탕 온도 및 저탕량의 판정(스텝 107)을 행하고, 필요하면 탱크 저탕 운전(스텝 108)을 행하여 충분히 저탕한 후 저탕 운전을 종료(스텝 109)한다.
또한, 마루 난방 운전은 온도 제어(스텝 104)를 계속하면서 마루 난방 운전을 계속(스텝 110)하여 마루 난방 온도 목표치의 변경 및 온도 제어를 반복한다. 마루 난방 출발 온도 판정(스텝 111)에 있어서 변경 후의 마루 난방 출발 온도 목표치가 규정치 미만에 도달한 경우에는 히트 펌프 운전을 정지하고, 마루 난방용 펌프만의 운전으로 한다. 또한, 마루 난방 사용 시간의 설정 시간 경과 판정(스텝 113)을 행하여, 설정 시간이 초과되면 히트 펌프 운전 및 마루 난방용 펌프의 운전을 정지하여 마루 난방 운전은 종료(스텝 114)된다.
이상 상세에 대해 설명한 바와 같이, 본 발명은 2 사이클에서 직접 급탕 회로를 갖는 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서, 급탕과 마루 난방을 동시 사용하는 경우의 운전 제어에 관한 것으로, 직접 급탕 회로를 갖는 것이면 저탕 탱크의 대소나 야간 저탕의 유무에는 관계없이 적용할 수 있고, 동일한 효과를 갖는다.
도1은 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치의 개략 구성의 일 실시예를 나타내는 개략도.
도2는 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 온도 제어의 일 실시예를 나타내는 온도 제어도.
도3은 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 탕수 사용 시의 급탕 운전의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
도4는 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 마루 난방 출발 온도 목표치의 초기치의 일 실시예를 나타내는 온도 설정표.
도5는 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 마루 난방 운전의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
도6은 본 발명의 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서의 급탕 운전과 마루 난방 운전의 동시 운전의 일 실시예를 나타내는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a, 1b : 압축기
2a, 2b, 2c : 냉매 개폐 밸브
3 : 급탕용 열 교환기
4a, 4b, 4c : 팽창 밸브
5a, 5b : 발열기
10 : 급탕 혼합 밸브
11 : 급수 혼합 밸브
15 : 저탕 탱크
27 : 마루 난방용 열 교환기
33, 34 : 마루 난방 패널
40 : 히트 펌프 냉매 회로
41 : 1계 히트 펌프의 냉매 회로
42 : 2계 히트 펌프의 냉매 회로
45 : 급탕 회로
50 : 마루 난방 회로
55 : 운전 제어 수단

Claims (5)

  1. 제1 압축기, 제1 급탕용 열 교환기, 제1 급탕용 팽창 밸브, 제1 증발기 및 마루 난방용 열 교환기, 마루 난방용 팽창 밸브를 구비하고, 상기 제1 급탕용 열 교환기 및 상기 제1 급탕용 팽창 밸브는 상기 마루 난방용 열 교환기 및 마루 난방용 팽창 밸브와 병렬로 접속되는 1계 히트 펌프 냉매 회로와,
    제2 압축기, 제2 급탕용 열 교환기, 제2 급탕용 팽창 밸브, 제2 증발기를 구비하여 구성되는 2계 히트 펌프 냉매 회로와,
    상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 급탕 금속 부재로부터 직접 급탕하는 직접 급탕 회로와,
    상기 마루 난방용 열 교환기에서 가열한 온수를 순환시키는 마루 난방 회로와,
    상기 제1, 제2 압축기의 회전 속도, 상기 제1, 제2 급탕용 팽창 밸브 및 상기 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 제어하는 운전 제어 수단을 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서,
    상기 운전 제어 수단은, 급탕과 마루 난방을 동시 운전할 때,
    제1 압축기의 회전 속도를 제1 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치 중 높은 쪽이 되도록 제어하고, 제2 압축기의 회전 속도를 제2 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치가 되도록 제어하며,
    제1 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제1 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제1 압축기 토출 온도가 압축기 토출 온도 목표치로 되도록 제어하고, 제2 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제2 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제2 압축기 토출 온도가 토출 온도 목표치로 되도록 제어하며,
    마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 마루 난방 출발 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 급탕용 열 교환기의 수측 전열관 출구와 상기 제2 급탕용 열 교환기의 수측 전열관 출구에 각각 온도 서미스터를 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 운전 제어 수단은 상기 마루 난방 출발 온도 목표치를 사용 조건에 따라서 변경하는 수정 기능을 갖는 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기를 일체화시키고, 상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기의 급수측 전열관이 합류한 직후의 위치에 열교류 서미스터를 설치한 것을 특징으로 하는 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치.
  5. 제1 압축기, 제1 급탕용 열 교환기, 제1 급탕용 팽창 밸브, 제1 증발기 및 마루 난방용 열 교환기, 마루 난방용 팽창 밸브를 구비하고, 상기 제1 급탕용 열 교환기 및 상기 제1 급탕용 팽창 밸브는 상기 마루 난방용 열 교환기 및 마루 난방용 팽창 밸브와 병렬로 접속되어 구성되는 1계 히트 펌프 냉매 회로와,
    제2 압축기, 제2 급탕용 열 교환기, 제2 급탕용 팽창 밸브, 제2 증발기로 구성되는 2계 히트 펌프 냉매 회로와,
    상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 급탕 금속 부재로부터 직접 급탕하는 직접 급탕 회로와,
    상기 마루 난방용 열 교환기에서 가열한 온수를 순환시키는 마루 난방 회로와,
    상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기, 급탕 혼합 밸브, 상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기에서 가열한 온수를 저장하는 저탕 탱크, 기기 내 순환 펌프로 구성되는 저탕 회로와,
    상기 제1, 제2 급탕용 열 교환기에 의해 가열된 온수와 상기 저탕 탱크에 저장한 온수를 혼합하여 상기 급탕 금속 부재로부터 급탕하는 탱크 급탕 회로와,
    상기 제1, 제2 압축기의 회전 속도, 상기 제1, 제2 급탕용 팽창 밸브 및 상기 마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 제어하는 운전 제어 수단을 구비한 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치에 있어서,
    상기 운전 제어 수단은, 급탕과 마루 난방을 동시 운전할 때,
    제1 압축기의 회전 속도를 제1 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치와 마루 난방 출발 온도 목표치 중 높은 쪽이 되도록 제어하고, 제2 압축기의 회전 속도를 제2 급탕용 열 교환기의 수출구 온도가 급탕 온도 목표치가 되도록 제어하며,
    제1 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제1 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제1 압축기 토출 온도가 압축기 토출 온도 목표치로 되도록 제어하고, 제2 급탕용 팽창 밸브의 개방도를 제2 증발기 과열도가 증발기 과열도 목표치로 되도록 제어하거나 또는 제2 압축기 토출 온도가 토출 온도 목표치로 되도록 제어하며,
    마루 난방용 팽창 밸브의 개방도를 마루 난방 출발 온도가 마루 난방 출발 온도 목표치가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 급탕 마루 난방 장치.
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