KR101436251B1

KR101436251B1 - 열 공급장치

Info

Publication number: KR101436251B1
Application number: KR1020130042854A
Authority: KR
Inventors: 미노루 지카마와리
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-08-29
Also published as: KR20130118797A; JP5642109B2; JP2013224764A

Abstract

(과제) 하이브리드식 열 공급장치에 있어서 상용전력을 사용할 수 없는 상황을 상정한 기술을 제공한다.
(해결수단) 열 공급장치는, 전기를 소비하여 열을 발생하는 전기식 열원과, 가스를 소비하여 열을 발생하는 가스식 열원과, 전기식 열원 및 가스식 열원의 동작을 제어하는 제어수단을 구비한다. 제어수단은 전기식 열원의 사용을 금지한 가스운전모드를 선택할 수 있다. 가스운전모드의 선택은 사용자에 의해 강제적으로 행해져도 되고, 시간대의 지정이나 정전의 검출에 의해 자동적으로 행해져도 된다.

Description

열 공급장치{HEAT SUPPLY DEVICE}

여기서 개시하는 기술은 급탕장치나 난방장치와 같은 열 공급장치에 관한 것이다. 특히, 전기와 가스(상세하게는 가연성 가스, 이하 동일)를 병용하는 하이브리드식 열 공급장치에 관한 것이다.

특허 문헌 1에 하이브리드식 급탕장치가 개시되어 있다. 이 급탕장치는, 전기를 소비하여 열을 발생하는 전기식 열원과, 가스를 소비하여 열을 발생하는 가스식 열원과, 전기식 열원기가 발생한 열을 축열하는 축열수단을 구비하고 있다. 이런 종류의 열 공급장치는 전기와 가스를 병용함으로써, 뛰어난 열효율을 실현함과 아울러 불규칙한 열수요에도 대응할 수 있는 공급 능력을 확보하고 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개 2004-125226호 공보

하이브리드식 열 공급장치는 전기와 가스의 병용을 전제로 하여 설계되어 있으며, 만일 한쪽의 공급이 중단된 경우에는 에러 표시를 하는 등, 그 운전을 중지하도록 구성되어 있다. 그러나, 예를 들어 자연 재해의 발생 등을 고려하면, 전기와 가스의 양자가 항상 안정되게 공급된다고는 할 수 없으며, 이러한 상황에서도 열 공급(급탕이나 난방)을 확실하게 행할 것이 요구된다.

상술한 실정을 고려하여 상용전력을 사용할 수 없는 상황을 상정한 기술을 제공한다.

여기서 개시하는 기술은 전기와 가스를 병용하는 열 공급장치에 구현화된다. 열 공급장치는, 전기를 소비하여 열을 발생하는 전기식 열원과, 가스를 소비하여 열을 발생하는 가스식 열원과, 전기식 열원 및 가스식 열원의 동작을 제어하는 제어수단을 구비한다. 제어수단은 전기식 열원의 사용을 금지한 가스운전모드를 선택할 수 있는 것을 특징으로 한다.

예컨대 자연 재해의 발생 등으로 인해 상용전력의 공급이 돌연 중단되기도 한다. 혹은, 그러한 재해후에 상용전력의 공급량이 전국적으로 부족하여 상용전력의 공급이 계획적으로, 즉 시간대를 정하여 중지되는 경우도 생길 수 있다(소위 계획정전). 이와 같은 상황을 상정하여 본 기술에 관한 열 공급장치는 전기식 열원의 사용을 금지하고, 가스식 열원만을 사용하는 가스운전모드를 선택할 수 있다. 이에 의해, 전기의 사용을 금지 또는 삭감하면서 필요로 되는 열 공급을 행할 수 있다.

혹은, 전기 소비량을 줄이는 사회적 활동에 호응하여 사용자가 스스로 전기식 열원의 사용을 자제하는 경우도 생각할 수 있다. 이와 같은 상황을 상정하면, 제어수단은 사용자의 지시에 따라 가스운전모드를 선택할 수 있는 것이 바람직하다.

계획정전을 상정한 경우, 제어수단은 가스운전모드를 선택해야 할 시간대를 기억할 수 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 사용자는 예를 들면 계획정전이 되는 시간대를 제어수단에 미리 설정해 둘 수 있다.

불예측의 정전을 상정한 경우, 제어수단은 상용전력의 공급이 중단되었을 때에 가스운전모드를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 불예측의 정전이 발생한 경우이더라도 장치가 가스운전모드를 자동적으로 선택하여 사용자가 필요로 하는 열 공급에 부응할 수 있다.

본 기술에 관한 열 공급장치는 제어수단에 전력을 공급하는 축전수단 또는 발전수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상용전원의 공급이 중단되고(즉, 정전이 발생하고), 그 외의 외부전원으로부터도 전력의 공급을 받지 못하는 경우라도, 전기를 필요로 하는 제어수단, 그 외의 기기를 동작시켜 가스운전모드에 의한 열공급을 계속할 수 있다.

도 1은 실시예의 급탕난방장치의 구성을 도시한 블록도
도 2는 운전모드의 변경 처리에 관한 플로차트

본 발명의 일 실시형태에서는 열 공급장치가 전기식 열원으로서 히트펌프를 갖는 것이 바람직하다. 단, 전기식 열원은 히트펌프에 한정되는 것이 아니라 예를 들면 전기히터이어도 된다.

본 발명의 일 실시형태에서는 열 공급장치가 축열수단을 구비할 수 있다. 이 경우, 축열수단은 전기식 열원과 가스식 열원의 적어도 한쪽이 발생한 열을 축열하는 것이 바람직하다. 축열수단의 일례로서, 온수를 모으는 저탕탱크를 채택할 수 있다. 단, 축열수단은 저탕탱크에 한정되는 것이 아니라 다른 열매체를 모으는 탱크나 용기이어도 된다. 또한, 축열수단은 전기식 열원이나 가스식 열원이 발생한 열에 더하여 지열, 태양열, 발전열과 같은 다른 열을 축열하는 것이어도 된다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 축전수단으로서 리튬이온셀이나, 그 외의 이차전지를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 발전수단으로서는 발동기를 갖는 발전기 외에 연료전지나 태양광 발전소자(솔러셀)를 채택할 수 있다. 또한, 축전수단이나 발전수단은 열 공급장치에 의해 전용되는 것에 한정되지 않으며, 예를 들면 전기 자동차나 하이브리드카와 같은 차량에 탑재된 배터리장치나 발전장치(얼터네이터)이어도 된다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 제어수단이 전기식 열원과 가스식 열원을 병용하는 통상운전모드와, 전기식 열원의 사용을 금지한 가스운전모드와, 가스식 열원의 사용을 금지한 전기운전모드를 모두 선택할 수 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면, 전기의 공급이 부족한 상황이나, 가스의 공급이 부족한 상황이나, 그 이외의 상황에 따라 적절한 운전모드를 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 열 공급장치가, 급탕을 행하는 급탕장치이어도 되고, 난방을 행하는 난방장치이어도 되며, 급탕과 난방의 양자를 행하는 급탕난방장치이어도 된다.

《실시예》

도면을 참조하면서, 실시예의 급탕난방장치(10)에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 급탕난방장치(10)는 급탕과 난방의 양자를 행하는 열 공급장치이다. 급탕난방장치(10)는 주로 히트펌프(40), 급탕난방유닛(50), 저탕탱크(30), 난방단말기(70), 컨트롤러(14), 리모컨(12), 및 배터리전원(54)을 구비하고 있다. 컨트롤러(14)는 급탕난방장치(10)의 동작을 제어하는 제어수단이다. 또한, 본 실시예의 컨트롤러(14)는, 하나의 독립된 유닛이 아니라, 히트펌프(40)나 급탕난방유닛(50)에 분산 배치된 복수의 전자제어유닛과 각 배관에 배치된 각종 센서 등에 의해 구성되어 있다. 여기서 말하는 각종 센서에는 온도센서 및 유량센서가 포함된다.

저탕탱크(30)는 온수를 모으는 밀폐 용기이다. 저탕탱크(30)의 용량은 일례이지만 50리터이다. 저탕탱크(30)에는 저탕탱크(30)에 수돗물을 공급하는 급수관(28)과 저탕탱크(30)로부터 온수를 출탕하는 출탕관(22)이 접속되어 있다. 출탕관(22)은 급탕난방유닛(50)에 접속되어 있으며, 저탕탱크(30)로부터의 온수를 급탕난방유닛(50)에 보낸다. 저탕탱크(30)에는 복수의 온도센서(도시생략)가 높이 방향을 따라 배치되어 있다. 복수의 온도센서는 컨트롤러(14)에 접속되어 있으며, 이들의 검출 결과에 기초하여 컨트롤러(14)는 저탕탱크(30)내의 온수온도 및 온수량(즉, 열량)을 파악할 수 있다.

출탕관(22)에는 급수 바이패스관(26)을 통하여 급수관(28)이 접속되어 있다. 급수 바이패스관(26)은 출탕관(22)의 온수에 급수관(28)의 수돗물을 혼합한다. 급수 바이패스관(26)과 출탕관(22)의 접속 위치에는 급탕측 혼합밸브(24)가 설치되어 있다. 급탕측 혼합밸브(24)는 컨트롤러(14)에 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(14)에 의해 제어된다. 컨트롤러(14)는 급탕측 혼합밸브(24)를 제어함으로써 저탕탱크(30)로부터의 출탕 온도를 사용자가 지정한 급탕설정온도까지 저하시킬 수 있다.

히트펌프(40)는 전기를 소비하여 열을 발생하는 전기식 열원의 일종이다. 히트펌프(40)에는 상용전원이 공급된다. 히트펌프(40)는 대기중으로부터 채열하여 저탕탱크(30)의 온수를 가열한다. 또한, 히트펌프(40)는 엄밀하게는 2개의 열매체 사이에서 열을 이동시키는 것으로 열을 발생하는 것은 아니지만, 본 명세서에서는 편의상 히트펌프(40)도 열을 발생하는 열원으로서 취급한다. 히트펌프(40)는 축열 이송관(32)과 축열 복귀관(34)을 통하여 저탕탱크(30)에 접속되어 있다. 저탕탱크(30)의 온수는 축열 이송관(32)을 통과하여 히트펌프(40)에 보내진다. 보내진 온수는 히트펌프(40)에서 가열된 후에 축열 복귀관(34)을 통과하여 저탕탱크(30)에 되돌려진다. 이에 의해, 저탕탱크(30)에 온수가 모인다. 저탕탱크(30)의 온수는 히트펌프(40)에만 한정되지 않으며, 후술하는 급탕난방유닛(50)이나, 연료전지, 발전기, 태양광, 전기히터와 같은 다른 열원에 의해 가열되는 구성이어도 된다.

급탕난방유닛(50)은 도시가스 등의 가연성 가스(간단히 가스라고도 함)를 소비하여 열을 발생하는 가스식 열원의 일종이다. 상술한 바와 같이, 급탕난방유닛(50)에는 출탕관(22)를 통하여 저탕탱크(30)로부터의 온수가 보내진다. 사용자가 지정한 급탕설정온도에 비하여 저탕탱크(30)로부터의 온수온도가 낮은 경우, 급탕난방유닛(50)은 버너(도시생략)를 점화하여 해당 온수를 가열한다. 가열된 온수는 급탕관(16)을 통하여 수도꼭지 등의 급탕 개소에 공급된다. 혹은, 욕조 공급관(84)을 통하여 욕조(90)에 공급된다. 즉, 욕조(90)도 급탕 개소의 하나이다.

급탕관(16)에는 급탕 바이패스관(18)을 통하여 출탕관(22)이 접속되어 있다. 급탕 바이패스관(18)은 출탕관(22)의 온수를 급탕관(16)에 직접적으로 보낼 수 있다. 또한, 급탕 바이패스관(18)에는 바이패스 제어밸브(20)가 설치되어 있다. 바이패스 제어밸브(20)는 컨트롤러(14)에 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(14)에 의해 제어된다. 급탕난방유닛(50)에서의 가열이 불필요하면, 컨트롤러(14)는 바이패스 제어밸브(20)를 개변하여 급탕난방유닛(50)을 바이패스시킬 수 있다. 이에 의해, 급탕난방유닛(50)에서의 불필요한 방열을 피할 수 있다. 또한, 컨트롤러(14)는 바이패스 제어밸브(20)의 개방도를 조절하여 온수의 일부를 급탕난방유닛(50)에 보냄과 아울러 다른 부분은 급탕난방유닛(50)을 바이패스시킴으로써 급탕온도를 미세하게 조정할 수도 있다.

급탕난방유닛(50)은 욕조(90)의 온수를 순환 가열(추가 가열)할 수도 있다. 급탕난방유닛(50)은 욕조 복귀관(82)과 욕조 공급관(84)을 통하여 욕조(90)에 접속되어 있다. 욕조(90)의 온수는 욕조 복귀관(82)을 통하여 급탕난방유닛(50)에 보내져 급탕난방유닛(50)에서 가열된 후에 욕조 공급관(84)을 통하여 욕조(90)에 되돌려진다. 온수의 순환은 급탕난방유닛(50)의 목욕물 펌프(도시생략)에 의해 행해진다. 또한, 급탕난방장치(10)의 내부에서 욕조(90)의 온수를 순환시키는 경로는, 위생면을 고려하여 상술한 급탕관(16)에 연결되는 경로와는 독립하여 형성되어 있다.

급탕난방유닛(50)은 난방단말기(70)에 접속되어 있으며, 가열한 난방용 열매체를 난방단말기(70)에 보낸다. 난방단말기(70)란, 일례이지만, 온수 바닥 난방 패널이나 욕실 난방기이다. 또한, 난방용 열매체는 일례이지만 부동액이다. 난방용 열매체는 급탕난방유닛(50)의 버너에 의해 가열된 후, 난방 이송관(60)을 통하여 난방단말기(70)에 보내진다. 난방단말기(70)에서 방열한 난방용 열매체는 제 1 난방 복귀관(62)을 통과하여 히트펌프(40)에 보내진 후, 제 2 난방 복귀관(64)을 통과하여 급탕난방유닛(50)에 되돌려진다. 즉, 히트펌프(40)에서 난방용 열매체의 일차가열이 행해진다. 또한, 제 2 난방 복귀관(64)에는 난방 바이패스관(66)을 통하여 제 1 난방 복귀관(62)이 접속되어 있다. 난방 바이패스관(66)과 제 2 난방 복귀관(64)의 접속위치에는 난방측 혼합밸브(68)가 설치되어 있다. 난방측 혼합밸브(68)는 컨트롤러(14)에 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(14)에 의해 제어된다. 예를 들면 히트펌프(40)의 운전이 정지되어 있는 경우, 컨트롤러(14)는 난방측 혼합밸브(68)를 제어함으로써 난방단말기(70)로부터의 난방용 열매체를 급탕난방유닛(50)에 직접적으로 보내거나 되돌려 보낼 수 있다.

컨트롤러(14)는 통상 상용전력을 공급받아 급탕난방장치(10)의 동작을 제어한다. 단, 상용전원의 공급이 정지된 경우(소위 정전시)에는, 배터리전원(54)으로부터 컨트롤러(14)에 전력의 공급이 행해진다. 배터리전원(54)으로부터의 전력은 컨트롤러(14)로부터 각부의 센서에도 공급된다. 배터리전원(54)은, 일례이지만, 복수의 리튬이온셀을 내장하고 있으며, 전력을 저장할 수 있다. 또한, 배터리전원(54)의 전력은 전기식 열원인 히트펌프(40)에는 공급되지 않는다. 자세한 것은 후술하는 바와 같이, 정전시에는 히트펌프(40)의 사용을 금지하고, 급탕난방유닛(50)만을 열원으로서 사용한다.

컨트롤러(14)는 정전검출센서(56)를 구비하고 있다. 정전검출센서(56)는 상용전력의 공급경로에 설치되어 있으며, 정전의 발생을 검지할 수 있다. 컨트롤러(14)는 정전검출센서(56)에 의해 정전을 검출하면, 전원을 상용전원으로부터 배터리전원(54)에 전환할 수 있다. 여기서, 정전검출센서(56)의 구성에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 정전검출센서(56)는 상용전력의 공급경로의 전압을 감시하는 것이어도 된다. 혹은, 정전검출센서(56)는 정전의 발생을 간접적으로 검지하는 것, 예를 들면 지진계를 갖는 것이나, 긴급 지진속보의 수신수단을 갖는 것이어도 된다.

리모컨(12)은 사용자가 각종 조작을 행하는 조작단말기이다. 사용자는 리모컨(12)을 조작함으로써, 급탕난방장치(10)의 전원의 온,오프, 급탕설정온도의 지정, 욕조(90)에 대한 급탕(소위 온수 받기), 욕조(90)의 온수의 가열(소위 추가 가열), 난방 운전과 관련된 각종 조작을 행할 수 있다. 또한, 리모컨(12)은 액정패널을 갖고 있으며, 각종 정보를 표시할 수도 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 급탕난방장치(10)는 히트펌프(40)와 급탕난방유닛(50)을 병용하는 통상의 운전모드에 더하여 히트펌프(40)의 사용을 금지한 가스운전모드를 선택할 수 있다. 가스운전모드의 선택은 사용자의 지시에 기초하여 행해진다. 즉, 사용자는 리모컨(12)을 조작함으로써(S12에서 YES) 가스운전모드를 강제적으로 선택시킬 수 있다(S20). 혹은, 사용자는 가스운전모드를 선택해야 할 시간대를 리모컨(12)에 의해 미리 설정해 둘 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(14)는 설정된 시간대를 기억해 두고, 현시점이 해당 시간대에 해당하는 경우에(S14에서 YES) 가스운전모드를 자동적으로 선택한다(S20). 또한, 컨트롤러(14)는 정전의 발생을 검지하였을 때에(S16에서 YES) 가스운전모드를 자동적으로 선택한다(S20). 그 이외의 경우에는 통상의 운전 모드를 선택한다. 선택된 운전모드는 리모컨(12)의 액정패널에 표시된다.

최근, 대지진이라는 자연재해의 발생이 우려되고 있다. 그리고, 이러한 사태가 발생한 경우에는 전기의 공급량이 전국적으로 부족하여 전기의 공급이 계획적으로, 즉 시간대를 정하여 중지되는 경우가 있다. 이러한 상황을 상정하여 본 실시예의 급탕난방장치(10)에서는 계획정전의 계획에 따라(S14) 가스운전모드가 자동적으로 선택되는 구성으로 되어 있다. 또한, 전기 소비량을 줄이는 사회적 활동에 호응하여 사용자가 스스로 전기식 열원의 사용을 자제하는 경우도 생각할 수 있다. 이와 같은 상황을 상정하여, 본 실시예의 급탕난방장치(10)에서는 사용자가 가스운전모드를 강제적으로 선택할 수 있는 구성으로 되어 있다(S12). 또한, 통상의 운전모드(S18)가 선택되어 있는 경우이더라도, 정전의 발생이 검출되면 가스운전모드를 자동적으로 선택하여 급탕난방유닛(50)만으로 급탕이나 난방을 실시할 수 있다.

본 실시예의 급탕난방장치(10)는 상기한 통상운전모드와 가스운전모드에 더하여, 더 다수의 운전모드를 선택 가능하게 구성할 수도 있다. 예를 들면, 대지진의 발생이라는 유사시에는 가스의 공급이 정지 또는 부족한 상황도 생각할 수 있다. 이와 같은 사태를 고려하여, 가스식 열원인 급탕난방유닛(50)의 사용을 금지한 전기운전모드를 더 준비하여도 된다. 이 경우에는, 상술한 정전검출센서(56)에 대응하도록, 가스의 공급이 중단된 것을 검출하는 가스검출센서를 부가해 두면 바람직하다. 이에 의해, 컨트롤러(14)는 가스의 공급이 중단되었을 때에 전기운전모드를 자동적으로 선택할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이들은 예시에 지나지 않으며, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술요소는 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

10 - 급탕난방장치 12 - 리모컨
14 - 컨트롤러 16 - 급탕관
18 - 급탕 바이패스관 20 - 바이패스 제어밸브
22 - 출탕관 24 - 급탕측 혼합밸브
26 - 급수 바이패스관 28 - 급수관
30 - 저탕탱크 32 - 축열 이송관
34 - 축열 복귀관 40 - 히트펌프
50 - 급탕난방유닛 54 - 배터리전원
56 - 정전검출센서 60 - 난방 이송관
62 - 제 1 난방 복귀관 64 - 제 2 난방 복귀관
66 - 난방 바이패스관 68 - 난방측 혼합밸브
70 - 난방단말기 82 - 욕조 복귀관
84 - 욕조 공급관 90 - 욕조

Claims

전기와 가스를 병용하는 열 공급장치로서,
전기를 소비하여 열을 발생하는 전기식 열원과,
가스를 소비하여 열을 발생하는 가스식 열원과,
전기식 열원 및 가스식 열원의 동작을 제어하는 제어수단을 구비하고,
상기 제어수단은 전기식 열원의 사용을 금지한 가스운전모드를 선택할 수 있고,
상기 제어수단은 사용자의 지시에 따라 상기 가스운전모드를 선택할 수 있으며,
유저에 의해서 조작되는 조작단말에 더해 운전모드의 설정 조작에 따라 전기식 열원의 사용을 금지한 가스 운전모드가 선택 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 열 공급장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은 상기 가스운전모드를 선택해야 할 시간대를 기억할 수 있는 것을 특징으로 하는 열 공급장치.
삭제
청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어수단에 전력을 공급하는 축전수단 또는 발전수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열 공급장치.
삭제