KR101555473B1 - 난방 시스템 - Google Patents

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유키 이나미
이쿠로우 아다치
아쓰시 혼다
히로카즈 다나카
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린나이가부시기가이샤
샤프 가부시키가이샤
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Abstract

급탕난방 시스템(2)은, 난방기(76)와, 히트펌프(50)와, 버너 가열장치(82)와, 난방용수 순환로(71)와, 서미스터(78)와, 제어장치(100)를 구비한다. 제어장치(100)는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ 이하인 경우에 또는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＢ(ＴＢ는 ＴＡ보다 작다) 이하인 상태가 소정기간 계속된 경우에, 버너 가열장치(82)를 작동시킨다. 또한 제어장치(100)는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋ＴＣ 이상인 경우에, 버너 가열장치(82)를 정지시킨다.

Description

난방 시스템{HEATING SYSTEM}
본 명세서에서 개시하는 기술은 난방 시스템(暖房 system)에 관한 것이다.
예를 들면 일본국 특허공개공보 2009－250481호(이하 특허문헌1이라고 한다)에는, 히트펌프(heat pump)와, 급탕기(給湯機)와, 바닥 난방기(floor 暖房機)와, 급탕용의 온수를 축적하는 저탕탱크(貯湯tank)와, 저탕탱크와 급탕기를 연결하는 출탕회로(出湯回路)와, 저탕탱크내의 물을 순환시키는 물회로(water回路)와, 바닥 난방기에서 사용되는 물(온수)을 순환시키는 바닥 난방회로와, 물회로내의 물 및 바닥 난방회로내의 물을 가열하는 히트펌프와, 출탕회로내의 온수 및 바닥 난방회로내의 물을 가열하는 가스 열원기(gas 熱源機)를 구비하는 급탕난방 시스템(給湯暖房 system)이 개시되어 있다. 특허문헌1의 급탕난방 시스템은, 급탕기와 바닥 난방기가 동시에 작동하는 경우에 저탕탱크내의 온수가 소정량까지 감소하면, 바닥 난방회로내의 물의 순환유량(循環流量)을 감소시켜서 히트펌프의 열을 물회로내의 물의 가열에 우선적으로 이용하는 제어를 한다. 급탕난방 시스템은, 저탕탱크내의 온수가 더 감소하면, 가스 열원기를 보조열원(補助熱源)으로서 이용하여 적어도 출탕회로내의 온수를 가열하는 제어를 한다.
특허문헌1 ; 일본국 특허공개공보 2009－250481호
열매체(熱媒體)의 열을 이용하여 난방하는 난방기와, 열매체를 가열하는 히트펌프유닛(heat pump unit)과, 열매체를 가열하는 버너유닛(burner unit)과, 난방기와 히트펌프유닛과 버너유닛 사이에서 열매체를 순환시키는 열매체 순환로(熱媒體 循環路)를 구비하는 난방 시스템(이하 「특정의 난방 시스템」이라고 부른다)도 알려져 있다. 일반적으로 대기(大氣)로부터 흡수한 열을 가열에 이용하는 히트펌프유닛은, 가스를 연소시킨 열을 가열에 이용하는 버너유닛에 비하여 가열능력에서 뒤떨어지는 한편, 경제성이 우수하다는 이점이 있다. 그 때문에 히트펌프유닛과 버너유닛의 양방을 열원으로서 구비하는 특정의 난방 시스템에서는, 경제성을 고려하면 히트펌프유닛을 버너유닛보다 우선적으로 작동시키는 것이 바람직하다.
그 때문에 특정의 난방 시스템에 있어서, 난방운전시에 히트펌프유닛의 작동조건과 버너유닛의 작동조건을 바꾸어 히트펌프유닛을 버너유닛보다 우선적으로 작동시키는 제어를 하는 경우가 있다. 구체적으로는 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 소정의 버너 작동온도까지 내려가는 경우에 버너유닛을 작동시킴과 아울러, 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 상기 버너 작동온도보다 낮은 소정의 히트펌프 작동온도까지 내려가는 경우에 히트펌프유닛을 작동시키는 제어를 한다. 이 제어에 의하면, 난방운전중에 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 내려가면, 히트펌프유닛이 버너유닛보다 우선적으로 작동한다. 그 결과 열매체 순환로내의 열매체의 온도를, 난방운전에 필요한 열량을 조달할 수 있는 정도의 온도(이하에서는 「특정온도」라고 부른다)로 안정시킬 수 있다. 이에 따라 에너지 효율이 좋고 경제성이 우수한 난방운전을 실현할 수 있다.
그러나 예를 들면 상기의 난방운전중에, 유저의 지시 등에 기인하여 난방기에 있어서의 난방부하가 급격하게 높아지는 경우가 있다. 그 경우에 난방부하가 증가함에 따라 히트펌프가 계속해서 작동하고 있는데도 불구하고 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 특정의 설정온도에 도달하지 못하는 경우가 있다. 또한 히트펌프가 작동하고 있음으로써, 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 버너 작동온도 이하의 온도까지 내려가지 않는다. 즉 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 특정의 설정온도보다 낮지만, 버너 작동온도보다 높다는 어중간한 온도에서 장기간 안정되어 버리는 경우가 있다. 이러한 상태를 이하에서는 「저온안정상태(低溫安定狀態)」라고 부른다. 저온안정상태에서는 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 특정의 설정온도에 도달하지 못하기 때문에, 난방기에서 요구되고 있는 난방운전을 적절하게 할 수 없다. 또한 열매체 순환로내의 열매체의 온도가 버너 작동온도까지 급격하게 저하되는 경우도 없기 때문에, 버너유닛을 신속하게 작동시킬 수도 없다. 그 결과 난방기에서 요구되고 있는 난방운전을 적절하게 할 수 없는 기간이 장기간 계속되어 버린다는 단점이 발생할 수 있다.
본 명세서는, 상기의 단점을 해소하여 히트펌프유닛과 버너유닛의 양방을 열원으로서 구비하는 난방 시스템에 있어서, 적절하게 난방운전을 할 수 있는 난방 시스템을 제공한다.
본 명세서가 개시하는 난방 시스템은, 열매체의 열을 이용하여 난방하는 난방기와, 열매체를 가열하는 히트펌프유닛과, 열매체를 가열하는 버너유닛과, 난방기와 히트펌프유닛과 버너유닛 사이에서 열매체를 순환시키는 열매체 순환로와, 난방기의 상류측에 있어서 열매체 순환로내의 열매체의 온도를 검출하는 온도센서와, 난방설정온도를 설정하는 설정수단과, 제어수단을 구비한다. 제어수단은, 온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제1소정온도만큼 낮은 제1점화온도 이하인 경우에, 또는 온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제1소정온도보다 작은 제2소정온도만큼 낮은 제2점화온도 이하인 상태가 소정기간 계속된 경우에, 버너유닛을 작동시킨다. 또한 제어수단은, 온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제3소정온도만큼 높은 소화온도 이상인 경우에, 버너유닛을 정지시킨다.
상기의 난방 시스템에 의하면, 예를 들면 난방운전중에 히트펌프가 작동하고 있는데도 불구하고 온도센서의 검출온도가 난방설정온도에 도달하지 못하고, 제1점화온도 이하로 내려가는 경우도 없는 어중간한 온도에서 안정되어 버리는 경우(상기의 저온안정상태)에 있어서도, 온도센서의 검출온도가 제2점화온도 이하인 상태가 소정기간 계속되면, 버너유닛을 작동시켜서 열매체 순환로내의 열매체를 가열할 수 있다. 그 때문에 온도센서의 검출온도가 난방설정온도에 도달하지 못하고 또한 제1점화온도 이하로 내려가는 경우도 없는 온도에서 안정되어 버리는 상태(저온안정상태)가 장기간 계속되어, 불충분한 난방운전이 계속되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상기의 난방 시스템에 의하면, 히트펌프유닛과 버너유닛의 양방을 열원으로서 구비하는 난방 시스템에 있어서, 버너유닛을 적절하게 작동시켜서 적절하게 난방운전을 할 수 있다.
[도1] 축열운전시 및 급탕운전시에 있어서 제1실시예의 급탕난방 시스템의 동작을 도식적으로 나타내는 도면이다.
[도2] 급탕난방 시스템이 난방운전시에 실행하는 처리를 나타내는 플로차트이다.
[도3] 버너 온도조절 제어를 나타내는 플로차트이다.
[도4] 난방설정온도의 범위별 각종 설정값을 나타내는 표이다.
[도5] 히트펌프 온도조절 제어를 나타내는 플로차트이다.
[도6] 난방운전시의 급탕난방 시스템의 동작을 도식적으로 나타내는 도면이다.
[도7] 난방운전시의 급탕난방 시스템의 동작을 도식적으로 나타내는 도면이다.
이하에 설명하는 실시예의 주요한 특징을 열거해 둔다. 또 이하에 기재하는 기술요소는, 각각 독립된 기술요소로서, 단독으로 혹은 각종 조합에 의하여 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시에 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다.
(특징1) 제어수단(制御手段)은, 난방설정온도에 의거하여 제2소정온도를 특정하는 것이 바람직하다. 난방설정온도가 낮을수록 특정되는 제2소정온도가 작은 것이 바람직하다. 일반적으로 난방설정온도가 낮은 경우에, 그 난방설정온도에 가까운 온도의 열매체(熱媒體)의 온도의 방열(放熱)에는, 난방설정온도가 높은 경우에 비하여 장시간이 필요하다. 그 때문에 이 경우에, 비교적 빠른 시기에 버너유닛(burner unit)을 작동시키는 것이 요구된다. 이 구성에 의하면, 제어수단은 난방설정온도가 낮은 경우에 작은 제2소정온도를 특정함으로써 난방설정온도가 높은 경우에 비하여 빠른 시기에 버너유닛을 작동시킬 수 있다. 즉 이 구성에 의하면, 난방설정온도에 따라 적절한 제2소정온도를 특정할 수 있다. 따라서 난방 시스템은, 난방설정온도에 따라 적절하게 버너유닛을 작동시킬 수 있다.
(특징2) 제어수단은, 난방설정온도에 의거하여 소정기간(所定期間)을 특정하는 것이 바람직하다. 난방설정온도가 낮을수록 특정되는 소정기간이 짧은 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 난방설정온도가 낮은 경우에, 그 난방설정온도에 가까운 온도의 열매체의 온도의 방열에는, 난방설정온도가 높은 경우에 비하여 장시간이 필요하다. 그 때문에 이 경우에, 비교적 빠른 시기에 버너유닛을 작동시키는 것이 요구된다. 이 구성에 의하면, 제어수단은 난방설정온도가 낮은 경우에 짧은 소정기간을 특정함으로써 난방설정온도가 높은 경우에 비하여 빠른 시기에 버너유닛을 작동시킬 수 있다. 즉 이 구성에 의하면, 난방설정온도에 따라 적절한 소정기간을 특정할 수 있다. 따라서 난방 시스템은, 난방설정온도에 따라 적절하게 버너유닛을 작동시킬 수 있다.
(실시예)
도1에 나타나 있는 바와 같이 본 실시예에 관한 급탕난방 시스템(給湯暖房 system)(2)은, 급탕계통(給湯系統)(104)과, 히트펌프 계통(heat pump 系統)(106)과, 난방계통(暖房系統)(108)과, 제어장치(制御裝置)(100)를 구비하고 있다.
히트펌프 계통(106)은, 히트펌프(50)와, 3유체열교환기(3流體熱交換器)(58)를 구비한다. 히트펌프(50)는, 냉매(冷媒)(예를 들면 프레온 가스 R410A(freon gas R410A) 등)를 순환시키기 위한 냉매순환로(冷媒循環路)(52)와, 열교환기(증발기(蒸發器))(54)와, 팬(fan)(56)과, 압축기(壓縮器)(62)와, 팽창밸브(膨脹valve)(60)를 구비하고 있다. 냉매순환로(52)는 3유체열교환기(58)내를 통과하고 있다. 또한 열교환기(54)와, 압축기(62)와, 팽창밸브(60)는 냉매순환로(52)내에 설치되어 있다. 이러한 구성을 구비하는 히트펌프(50)를 작동시킴으로써, 3유체열교환기(58)를 통과하는 냉매순환로(52)내로 고온고압의 냉매를 반송할 수 있다.
급탕계통(104)은, 탱크(tank)(10)와, 탱크수 순환로(tank水 循環路)(20)와, 수돗물 유입로(city water 流入路)(24)와, 공급로(供給路)(36)와, 버너 가열장치(burner 加熱裝置)(81)를 구비한다.
탱크(10)는 히트펌프(50)에 의하여 가열된 온수(溫水)를 저장한다. 탱크(10)는, 밀폐형이며, 단열재(斷熱材)에 의하여 외측이 덮여 있다. 탱크(10)내에는 만수(滿水)까지 물이 저장되어 있다. 탱크(10)에는, 서미스터(thermistor)(12, 14, 16, 18)가 탱크(10)의 높이방향으로 대략 균등한 간격으로 부착되어 있다. 각 서미스터(12, 14, 16, 18)는 그 부착위치의 물의 온도를 측정한다.
탱크수 순환로(20)는, 상류단(上流端)이 탱크(10)의 하부(下部)에 접속되어 있으며, 하류단(下流端)이 탱크(10)의 상부(上部)에 접속되어 있다. 탱크수 순환로(20)에는 순환펌프(循環pump)(22)가 삽입되어 있다. 순환펌프(22)는, 탱크수 순환로(20)내의 물을 상류측에서 하류측으로 송출한다. 또한 상기한 바와 같이 탱크수 순환로(20)는 3유체열교환기(58)를 통과하고 있다. 그 때문에 히트펌프(50)를 작동시키면, 탱크수 순환로(20)내의 물이 3유체열교환기(58)에 의하여 가열된다. 따라서 순환펌프(22)와 히트펌프(50)를 작동시키면, 탱크(10)의 하부의 물이 3유체열교환기(58)로 보내져 가열되고, 가열된 물이 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 탱크수 순환로(20)는 탱크(10)에 축열(蓄熱)하기 위한 수로(水路)이다.
수돗물 유입로(24)는, 상류단이 수돗물 공급원(32)에 접속되어 있다. 수돗물 유입로(24)의 하류측은, 제1유입로(24a)와 제2유입로(24b)로 분기(分岐)되어 있다. 제1유입로(24a)의 하류단은 탱크(10)의 하부에 접속되어 있다. 제2유입로(24b)의 하류단은 공급로(36)의 도중에 접속되어 있다. 접속부에는, 제1유입로(24a)(즉 공급로(36))를 흐르는 물의 유량과 제2유입로(24b)를 흐르는 물의 유량의 비율을 조정하는 혼합밸브(混合valve)(36a)가 배치되어 있다. 제1유입로(24a)에는 첵크밸브(check valve)(26)가 삽입되어 있다. 제2유입로(24b)에는 첵크밸브(28)와 수량센서(水量sensor)(30)가 삽입되어 있다. 수량센서(30)는 제2유입로(24ｂ)내를 흐르는 수돗물의 유량을 검출한다.
공급로(36)는 상류단이 탱크(10)의 상부에 접속되어 있다. 상기한 바와 같이 공급로(36)의 도중에는, 수돗물 유입로(24)의 제2유입로(24b)가 접속되어 있다. 제2유입로(24b)와의 접속부로부터 상류측의 공급로(36)에는, 수량센서(34)가 삽입되어 있다. 수량센서(34)는 공급로(36)내를 흐르는 물의 유량을 검출한다. 제2유입로(24b)와의 접속부로부터 하류측의 공급로(36)에는, 버너 가열장치(81)가 삽입되어 있다. 버너 가열장치(81)는 공급로(36)내의 물을 가열한다. 공급로(36)의 하류단은 급탕 수도꼭지(38)에 접속되어 있다. 공급로(36)에는, 버너 가열장치(81)를 바이패스하는 유로(流路)인 바이패스로(bypasses路)(36b)가 설치되어 있다. 또한 바이패스로(36b)에는, 바이패스로(36b)의 개도(開度)를 조정하기 위한 바이패스 제어밸브(36c)가 삽입되어 있다.
난방계통(108)은, 시스턴(cistern)(70)과, 난방용수 순환로(暖房用水 循環路)(71)와, 버너 가열장치(82)와, 6개의 난방기(暖房機)(76a, 76b, 76c, 76d, 76e, 76f)를 구비하고 있다. 이하에서는 난방기(76a∼76f)를 간단하게 난방기(76)라고 부르는 경우가 있다. 난방용수 순환로(71)는, 난방왕로(暖房往路)(72)와, 난방귀로(暖房歸路)(84)와, 조정밸브(調整valve)(90)와, 열회수로(熱回收路)(88)와, 바이패스로(94)와, 순환유로(循環流路)(96)를 구비하고 있다. 난방용수 순환로(71)는 시스턴(70)내의 물을 순환시키기 위한 수로이다. 난방용수 순환로(71)내의 물은, 버너 가열장치(82), 3유체열교환기(58)에 의하여 가열된다.
시스턴(70)은, 상부가 개방되어 있는 용기(容器)로서, 내부에 열매체인 물을 저장하고 있다. 시스턴(70)에는, 순환유로(96)의 하류단과, 난방왕로(72)의 상류단이 접속되어 있다. 시스턴(70)내에는 순환유로(96)로부터 물이 유입된다. 시스턴(70)내의 물은 난방왕로(72)로 유입된다.
난방왕로(72)는, 상류단이 시스턴(70)에 접속되고, 하류단이 6개로 분기되어 각 난방기(76a∼76f)의 진입구(進入口)에 접속되어 있다. 난방왕로(72)에는 순환펌프(74)가 삽입되어 있다. 순환펌프(74)는, 난방왕로(72)내의 물을 하류측으로 송출하는 펌프이다. 작동하는 난방기(76)의 수(數)에 따라 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물의 유량이 변화된다. 즉 순환펌프(74)의 단위 시간당 회전수가 일정하더라도 작동하는 난방기(76)의 수가 증가하면, 난방왕로(72)의 저항이 감소하여 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물의 유량이 증가한다. 따라서 본 실시예에서는, 작동하는 난방기(76)의 수가 많아질수록 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물의 유량이 증가한다. 난방기(76a∼76f)보다 상류측의 난방왕로(72)에는, 버너 가열장치(82)가 삽입되어 있다. 버너 가열장치(82)는 난방왕로(72)내의 물을 가열한다. 버너 가열장치(82)가 작동하는 모양은 도6, 7에 나타내고 있다. 버너 가열장치(82)는, 히트펌프(50)보다 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물을 가열하는 능력이 높다. 바꿔 말하면 버너 가열장치(82)는, 히트펌프(50)보다 단위 시간당 가열량이 크다. 버너 가열장치(82)에 의하여 가열된 물은 각 난방기(76a∼76f)로 공급된다. 또한 난방왕로(72)의 버너 가열장치(82)의 하류측에는 서미스터(78)가 삽입되어 있다. 서미스터(78)는, 버너 가열장치(82)를 통과한 후의 난방왕로(72)내의 물의 온도를 측정한다.
각 난방기(76a∼76f)는, 난방왕로(72)로부터 공급되는 물의 열을 이용하여 거실(居室)을 난방하는 단말(端末)이다. 각 난방기(76a∼76f)는 모두 서로 병렬로 배치되어 있다. 작동하고 있는 각 난방기(76a∼76f)에는, 난방왕로(72)로부터 물이 공급된다. 한편 정지하고 있는(작동하지 않고 있는) 각 난방기(76a∼76f)에는, 난방왕로(72)로부터 물이 공급되지 않는다. 난방왕로(72)로부터 공급되는 물은, 난방에 이용되면 열을 빼앗겨 비교적 저온의 물로 된다. 난방에 이용된 후의 비교적 저온의 물은 난방귀로(84)로 유입된다.
난방귀로(84)는, 상류단이 6개로 분기되어 각 난방기(76a∼76f)의 반환구(返還口)에 접속되고, 하류단이 바이패스로(94)의 상류단 및 열회수로(88)의 상류단에 접속되어 있다. 난방귀로(84)에는 서미스터(86)가 삽입되어 있다. 서미스터(86)는, 난방귀로(84)내의 물의 온도(즉 3유체열교환기(58)로 반송되는 물의 온도)를 측정한다.
열회수로(88)는, 상류단이 바이패스로(94)의 상류단 및 난방귀로(84)의 하류단에 접속되고, 하류단이 바이패스로(94)의 하류단 및 순환유로(96)의 상류단에 접속되어 있다. 열회수로(88)는 3유체열교환기(58)를 통과하고 있다. 그 때문에 히트펌프(50)를 작동시키면, 열회수로(88)내의 물이 3유체열교환기(58)에 의하여 가열된다. 열회수로(88)의 3유체열교환기(58)의 하류측에는 서미스터(92)가 삽입되어 있다. 서미스터(92)는, 3유체열교환기(58)를 통과한 후의 열회수로(88)내의 물의 온도를 측정한다.
바이패스로(94)는, 상류단이 난방귀로(84)의 하류단 및 열회수로(88)의 상류단에 접속되고, 하류단이 열회수로(88)의 하류단 및 순환유로(96)의 상류단에 접속되어 있다. 즉 바이패스로(94)는, 3유체열교환기(58)의 상류측과 하류측을 바이패스한다.
조정밸브(90)는, 난방귀로(84)의 하류단과, 열회수로(88)의 상류단과, 바이패스로(94)의 상류단과의 접속부분에 부착되어 있다. 조정밸브(90)는, 그 개도를 변화시킴으로써 열회수로(88)를 통과하는 물의 유량(3유체열교환기(58)를 통과하는 물의 유량)과, 바이패스로(94)를 통과하는 물의 유량과의 비율을 변화시킬 수 있다. 본 실시예의 조정밸브(90)에는 예를 들면 3방향밸브가 사용된다. 조정밸브(90)는, 작동하는 난방기(76)의 수에 따라 개도를 변화시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 조정밸브(90)는 작동하는 난방기(76)의 수가 많아질수록 바이패스로(94)를 통과하는 물의 유량의 비율이 높아지도록 개도를 변화시킨다.
순환유로(96)는, 상류단이 열회수로(88)의 하류단 및 바이패스로(94)의 하류단에 접속되고, 하류단이 시스턴(70)에 접속되어 있다. 순환유로(96)에는 서미스터(98)가 삽입되어 있다. 서미스터(98)는 순환유로(96)내의 물의 온도를 측정한다.
제어장치(100)는, 급탕계통(104), 히트펌프 계통(106) 및 난방계통(108)과 전기적으로 접속되어 있어, 각 구성요소의 동작을 제어한다.
(급탕난방 시스템의 동작)
계속하여 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)의 동작에 대해서 설명한다. 급탕난방 시스템(2)은, 축열운전(蓄熱運轉), 급탕운전(給湯運轉), 난방운전(暖房運轉)을 실행할 수 있다. 이하에서는 각 운전에 대해서 설명한다.
(축열운전)
축열운전은, 히트펌프(50)에서 생성된 열에 의하여 탱크(10)내의 물을 가열하는 운전이다. 도1중의 실선 화살표는, 축열운전중에 있어서 히트펌프(50)의 냉매의 흐름 및 탱크(10)의 물의 흐름을 나타내고 있다. 제어장치(100)에 의하여 축열운전의 실행이 지시되면, 히트펌프(50)가 작동함과 아울러 순환펌프(22)가 회전한다.
히트펌프(50)가 작동함으로써, 3유체열교환기(58)를 통과하는 냉매순환로(52)내의 냉매가 고온고압의 기체상태로 된다. 또한 순환펌프(22)가 회전하면, 탱크(10)내의 물이 탱크수 순환로(20)내를 순환한다. 즉 탱크(10)의 하부에 존재하는 물이 탱크수 순환로(20)내로 유입되고, 유입된 물이 3유체열교환기(58)를 통과할 때에 냉매순환로(52)내의 냉매의 열에 의하여 가열되고, 가열된 물이 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 이에 따라 탱크(10)에 고온의 물을 모을 수 있다. 탱크(10)의 상부에는 고온의 물의 층이 형성되고, 하부에는 저온의 물의 층이 형성된다.
(급탕운전)
급탕운전은, 탱크(10)내의 물을 급탕 수도꼭지(38)로 공급하는 운전이다. 도1중의 파선 화살표는, 급탕운전중에 있어서 탱크(10)의 물의 흐름을 나타내고 있다. 급탕운전은 상기의 축열운전중에도 실행할 수 있다. 급탕 수도꼭지(38)가 열리면, 제어장치(100)는 혼합밸브(36a)를 연다. 이렇게 하면 수돗물 공급원(32)으로부터의 수압에 의하여 수돗물 유입로(24)(제1유입로(24a))로부터 탱크(10)의 하부로 수돗물이 유입된다. 동시에 탱크(10)의 상부의 온수가 공급로(36)를 통하여 급탕 수도꼭지(38)로 공급된다.
제어장치(100)는, 탱크(10)로부터 공급로(36)로 공급되는 물의 온도(즉 서미스터(12)의 검출온도)가 급탕설정온도보다 높은 경우에는, 혼합밸브(36a)를 조정하여 제2유입로(24b)로부터 공급로(36)로 수돗물을 유입한다. 따라서 탱크(10)로부터 공급된 물과 제2유입로(24b)로부터 공급된 수돗물이, 공급로(36)내에서 혼합된다. 제어장치(100)는, 급탕 수도꼭지(38)로 공급되는 물의 온도가 급탕설정온도와 일치되도록 혼합밸브(36a)의 개도 비율(開度 比率)을 조정한다. 한편 제어장치(100)는, 탱크(10)로부터 공급로(36)로 공급되는 물의 온도가 급탕설정온도보다 낮은 경우에는, 버너 가열장치(81)를 작동시킨다. 따라서 공급로(36)를 통과하는 물이 버너 가열장치(81)에 의하여 가열된다. 가열된 물은, 바이패스 제어밸브(36c)에 의하여 개도가 조정된 바이패스로(36b)로부터의 물과 혼합되어 급탕 수도꼭지(38)로 공급된다. 제어장치(100)는, 급탕 수도꼭지(38)로 공급되는 물의 온도가 급탕설정온도와 일치되도록 버너 가열장치(81)의 출력을 제어한다.
(난방운전)
난방운전은, 난방기(76)를 작동시켜서 거실을 난방하는 운전이다. 도2, 도3, 도5는, 난방운전시에 제어장치(100)가 실행하는 처리를 나타내는 플로차트(flowchart)이다. 도4는, 난방설정온도의 범위별로 ＴＡ, ＴＢ, ＴＣ의 각 온도폭 및 소정기간의 각 설정값을 나타내는 표이다. 난방설정온도, ＴＡ, ＴＢ, ＴＣ의 각 온도폭 및 소정기간에 관해서는 나중에 상세하게 설명한다. 도6은, 1개의 난방기(76a)만이 작동하고 있는 경우의 난방운전중의 각 구성요소의 동작을 나타낸다. 도6중의 실선 화살표는, 히트펌프(50)의 냉매의 흐름 및 난방용수 순환로(71)내의 물의 흐름을 나타내고 있다. 또한 도7은, 4개의 난방기(76a∼76d)가 작동하고 있는 경우의 난방운전중의 각 구성요소의 동작을 나타낸다.
유저(user)에 의하여 난방운전의 실행이 지시되면, 도2의 Ｓ10에서는, 제어장치(100)는 우선 작동하는 난방기(76)의 수에 따라 조정밸브(90)의 개도를 조정한다. 구체적으로는 S10에서는, 제어장치(100)는 작동하는 난방기(76)의 수에 따라 미리 설정되어 있는 조정밸브 스텝(調整valve step)에서 조정밸브(90)의 개도를 조정한다.
이에 따라 시스턴(70)내의 물이, 시스턴(70)으로부터 난방왕로(72), 난방기(76), 난방귀로(84), 열회수로(88) 및 순환유로(96)를 이 순서에 의하여 통과해서 시스턴(70)으로 되돌아가는 경로가 형성된다(도6 참조). 또한 조정밸브(90)의 개도에 따라서는, 열회수로(88)를 흐르는 물의 일부가 바이패스로(94)를 통과하여 순환유로(96)로 유입되는 경로도 형성된다(도7 참조).
계속하여 S11에서는, 제어장치(100)는 난방설정온도를 설정한다. 난방설정온도라는 것은, 작동하는 각 난방기(76)에서 유저가 요구한 운전온도에 의거하여 유저가 요구하는 운전온도를 실현시키기 위해서, 난방기(76)에 공급되어야 하는 물의 온도(서미스터(78)의 검출온도)이다. 제어장치(100)는, 작동하는 각 난방기(76)에서 유저가 요구한 운전온도에 의거하여 소정의 계산식을 사용하여 난방설정온도를 산출하여 설정한다. S11을 끝내면 이어서 S12에서는, 제어장치(100)는 소정의 회전수로 순환펌프(74)를 작동시킨다. 순환펌프(74)를 작동시킴으로써 상기의 경로내를 물이 순환한다.
계속하여 S14에서는, 제어장치(100)는 버너 온도조절 제어(도3 참조)를 시작한다. 또한 계속되는 Ｓ15에서는, 제어장치(100)는 히트펌프 온도조절 제어(도5 참조)를 시작한다. 버너 온도조절 제어와 히트펌프 온도조절 제어의 각 내용은 나중에 상세하게 설명한다. 버너 온도조절 제어 및 히트펌프 온도조절 제어가 시작됨으로써, 상기 경로를 순환하는 물이 버너 가열장치(82)와 히트펌프(50) 중에서 적어도 일방(一方)에 의하여 가열되고, 가열된 물이 작동하는 난방기(76)로 공급된다. 작동하는 난방기(76)는, 공급된 물의 열을 이용하여 거실을 난방한다.
S14, S15에서 버너 온도조절 제어 및 히트펌프 온도조절 제어를 시작하면 S16으로 진행하여, 제어장치(100)는 작동하는 난방기(76)의 수가 변화되는 것을 감시한다. 작동하는 난방기(76)의 수가 변화되었을 경우에, 제어장치(100)는 S16에서 ＹＥＳ로 판단하여 S18로 진행한다.
S18에서는, 제어장치(100)는 작동하는 난방기(76)의 수가 0으로 되었는지 여부를 판단한다. 작동하는 난방기(76)의 수가 0이 아닌 경우에, 제어장치(100)는 S18에서 ＮＯ로 판단하여 S10으로 되돌아간다. S10에서는, 제어장치(100)는 그 시점에서 작동하고 있는 난방기(76)의 수에 따라 조정밸브(90)의 개도를 재조정한다. 계속되는 Ｓ11에서는, 제어장치(100)는 그 시점에서 작동하고 있는 난방기(76)에서 유저가 요구한 운전온도에 의거하여 난방설정온도를 다시 설정한다.
한편 작동하는 난방기(76)의 수가 0인 경우에, 제어장치(100)는 S18에서 ＹＥＳ로 판단하여 S20으로 진행한다. S20에서는, 제어장치(100)는 작동중인 히트펌프(50), 버너 가열장치(82) 및 순환펌프(74)를 모두 정지시킨다. S20을 끝내면 난방운전이 종료된다.
계속하여 도3을 참조하여 버너 온도조절 제어의 내용을 설명한다. 버너 온도조절 제어는, 버너 가열장치(82)를 작동시켜서 난방기(76)로 공급되는 물의 온도가 도2의 Ｓ11에서 설정된 난방설정온도(예를 들면 40℃)로 되도록 제어장치(100)가 실행하는 제어이다. 버너 온도조절 제어가 시작되면(도2의 Ｓ14 참조), 제어장치(100)는 S30∼S38의 처리를 실행한다.
S30에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제1온도폭(ＴＡ) 이하로 되는 것을 감시한다. 여기에서 제1온도폭(ＴＡ)은, 버너 가열장치(82)의 작동조건에 관계되는 값으로서, 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도의 범위별로 미리 정해져 있다. 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 제1온도폭(ＴＡ)은 6℃이다. 이 경우에 S30에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－6℃ 이하로 되는 것을 감시한다. 한편 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 제1온도폭(ＴＡ)은 18℃이다. 이 경우에 S30에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－18℃ 이하로 되는 것을 감시한다. 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제1온도폭(ＴＡ) 이하인 경우에, 제어장치(100)는 S30에서 ＹＥＳ로 판단하여 S34로 진행한다.
S30의 처리와 아울러 S32에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제2온도폭(ＴＢ) 이하인 상태가 소정기간 계속되는 것을 감시한다. 여기에서 제2온도폭(ＴＢ) 및 소정기간은, 제1온도폭(ＴＡ)과 마찬가지로 버너 가열장치(82)의 작동조건에 관계되는 값으로서, 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도의 범위별로 미리 정해져 있다. 제2온도폭(ＴＢ)의 값은 제1온도폭(ＴＡ)의 값보다 작다. 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에, 제2온도폭(ＴＢ)은 2℃이며 소정기간은 3분이다. 이 경우에 S32에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－2℃ 이하인 상태가 3분간 계속되는 것을 감시한다. 한편 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에, 제2온도폭(ＴＢ)은 6℃이며 소정기간은 10분이다. 이 경우에 S32에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－6℃ 이하인 상태가 10분간 계속되는 것을 감시한다. 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제2온도폭(ＴＢ) 이하인 상태가 소정기간 계속되는 경우에, 제어장치(100)는 S32에서 ＹＥＳ로 판단하여 S34로 진행한다.
S34에서는, 제어장치(100)는 버너 가열장치(82)를 작동시킨다. 이에 따라 난방왕로(72)를 통과하는 물이 버너 가열장치(82)에 의하여 가열된다. 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제1온도폭(ＴＡ) 이하인 경우(S30에서 ＹＥＳ) 또는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－제2온도폭(ＴＢ) 이하인 상태가 소정기간 계속되는 경우(S32에서 ＹＥＳ)에, 난방기(76)로 송출되는 물의 온도는 그 시점에서는 난방설정온도에 도달하지 못하고 있다. 그 때문에 본 실시예에서는, S34에서 버너 가열장치(82)를 작동시킨다. S34에서 버너 가열장치(82)를 작동시키면, 제어장치(100)는 S36으로 진행한다.
S36에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋제3온도폭(ＴＣ) 이상으로 되는 것을 감시한다. 여기에서 제3온도폭(ＴＣ)은, 버너 가열장치(82)의 정지조건에 관계되는 값으로서, 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도의 범위별로 미리 정해져 있다. 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 제3온도폭(ＴＣ)은 12℃이다. 이 경우에 S36에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋12℃ 이상으로 되는 것을 감시한다. 한편 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 제3온도폭(ＴＣ)은 5℃이다. 이 경우에 S36에서는, 제어장치(100)는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋5℃ 이상으로 되는 것을 감시한다. 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋제3온도폭(ＴＣ) 이상인 경우에, 제어장치(100)는 S36에서 ＹＥＳ로 판단하여 S38로 진행한다.
S38에서는, 제어장치(100)는 버너 가열장치(82)를 정지시킨다. 이에 따라 난방왕로(72)를 통과하는 물은 버너 가열장치(82)에 의하여 가열되지 않게 된다. 이 경우에 이 시점에서는, 버너 가열장치(82)의 하류측의 난방왕로(72)내의 물(즉 난방기(76)에 공급되는 물)의 온도는 난방설정온도보다 고온인 것을 의미한다. 따라서 그 이상 난방왕로(72)를 통과하는 물을 버너 가열장치(82)로 가열할 필요가 없다. S38에서 버너 가열장치(82)를 정지시키면, 제어장치(100)는 S30으로 되돌아간다. 다만 상기한 바와 같이 작동하는 난방기(76)의 수가 0으로 되는 경우(도2의 Ｓ18에서 ＹＥＳ의 경우)에, 제어장치(100)는 작동중인 히트펌프(50), 버너 가열장치(82) 및 순환펌프(74)를 모두 정지시킨다(도2의 Ｓ20). 이 경우에 도3의 버너 온도조절 제어도 종료된다.
계속하여 도5를 참조하여 히트펌프 온도조절 제어의 내용을 설명한다. 히트펌프 온도조절 제어는, 히트펌프(50)를 작동시켜서 히트펌프(50)로부터 출탕(出湯)되는 물의 온도가 나중에 설명하는 목표출탕온도(目標出湯溫度)가 되도록 제어장치(100)가 실행하는 제어이다. 히트펌프 온도조절 제어가 시작되면(도2의 Ｓ15 참조), 제어장치(100)는 S50∼S60의 처리를 실행한다.
S50에서는, 제어장치(100)는 서미스터(92)의 검출온도(T2)(3유체열교환기(58)로부터 송출되는 물의 온도)가 목표출탕온도＋1℃보다 낮은지 여부를 판단한다. 목표출탕온도라는 것은, 난방설정온도, 조정밸브(90)의 바이패스 비율(난방용수 순환로(71)내를 흐르는 물 중에서, 바이패스로(94)를 흐르는 물의 비율) 및 서미스터(86)의 검출온도(3유체열교환기(58)로 반송되는 물의 온도)에 의거하여 산출되는, 3유체열교환기(58)에 의하여 가열된 후의 물의 목표온도이다.
도5의 플로차트의 아래에 목표출탕온도를 산출하기 위한 계산식을 나타내고 있다. 제어장치(100)는, 도5에 나타내는 계산식에 따라 목표출탕온도를 정기적으로 산출하고 있다. 목표출탕온도는 난방설정온도의 범위별로 다른 계산식에 의하여 산출된다. 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에, 목표출탕온도는 난방설정온도×(1＋바이패스 비율)－서미스터(86)의 검출온도×바이패스 비율에 의하여 산출된다. 한편 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에, 난방설정온도×(1＋바이패스 비율)－서미스터(86)의 검출온도×바이패스 비율＋5℃에 의하여 산출된다.
서미스터(92)의 검출온도(T2)가 목표출탕온도＋1℃보다 낮은 경우에, 제어장치(100)는 S50에서 ＹＥＳ로 판단하여 S52로 진행한다.
계속하여 S52에서는, 제어장치(100)는 서미스터(86)의 검출온도(T3)(3유체열교환기(58)로 반송되는 물의 온도)가 목표출탕온도－3℃보다 낮은지 여부를 판단한다. 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도－3℃보다 낮은 경우에, 제어장치(100)는 S52에서 ＹＥＳ로 판단하여 S54로 진행한다.
S54에서는, 제어장치(100)는 히트펌프(50)를 작동시킨다. 이에 따라 열회수로(88)를 통과하는 물이, 3유체열교환기(58)내에서 냉매순환로(52)내의 냉매의 열에 의하여 가열된다. 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 목표출탕온도＋1℃보다 낮은 경우(S50에서 ＹＥＳ) 또한 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도－3℃보다 낮은 경우(S52에서 ＹＥＳ)에, 난방용수 순환로(71)내의 물은 그 시점에서는 난방기(76)에서 필요로 하는 물의 온도에 도달하지 못하고 있다. 그 때문에 본 실시예에서는 S54에서 히트펌프(50)를 작동시킨다. S54에서 히트펌프(50)를 작동시키면, 제어장치(100)는 S56 및 S58로 진행한다.
S56에서는, 제어장치(100)는 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 소정의 상한온도(예를 들면 57℃) 이상으로 되는 것을 감시한다. 제어장치(100)는, 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 57℃ 이상인 경우에, S56에서 ＹＥＳ로 판단하여 S60으로 진행한다.
S56의 처리와 아울러 S58에서는, 제어장치(100)는 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도 이상으로 되는 것을 감시한다. 제어장치(100)는, 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도 이상인 경우에, S58에서 ＹＥＳ로 판단하여 S60으로 진행한다.
S60에서는, 제어장치(100)는 히트펌프(50)를 정지시킨다. 이에 따라 열회수로(88)를 통과하는 물은, 3유체열교환기(58)내에서 냉매순환로(52)내의 냉매의 열에 의하여 가열되지 않게 된다. 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 57℃로 되는 경우(S56에서 ＹＥＳ) 또는 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도 이상으로 되는 경우(S58에서 ＹＥＳ)에, 3유체열교환기(58)를 통과하는 냉매순환로(52)내의 냉매의 온도와 3유체열교환기(58)를 통과하는 열회수로(88)내의 물의 온도의 차이가 작게 되어, 히트펌프(50)에 의한 가열 효율이 저하된다. 그 때문에 본 실시예에서는 S60에서 히트펌프(50)를 정지시킨다. S60에서 히트펌프(50)를 정지시키면, 제어장치(100)는 S50으로 되돌아간다.
다만 상기한 바와 같이 작동하는 난방기(76)의 수가 0으로 되는 경우(도2의 Ｓ18에서 ＹＥＳ의 경우)에, 제어장치(100)는 작동중인 히트펌프(50), 버너 가열장치(82) 및 순환펌프(74)를 모두 정지시킨다(도2의 Ｓ20). 이 경우에 도5의 히트펌프 온도조절 제어도 종료된다.
(난방운전의 구체적인 예)
난방운전의 구체적인 예를 들어 설명한다. 예를 들면 도6에 나타나 있는 바와 같이, 유저가 6개의 난방기(76a∼76f)중에서 1개의 난방기(76a)를 작동시켜서 난방운전이 시작되는 경우에, 우선 제어장치(100)는 조정밸브(90)의 개도를 조정하여, 난방용수 순환로(71)를 순환하는 물의 전량(全量)이 열회수로(88)(3유체열교환기(58))를 통과하고, 바이패스로(94)를 전혀 통과하지 않도록 한다(도2의 Ｓ10). 계속하여 제어장치(100)는, 난방기(76a)에서 유저가 요구한 운전온도에 의거하여 난방설정온도를 설정한다(도2의 Ｓ11). 본 예에서는, 이 시점에서 난방설정온도가 40℃로 설정되었을 경우를 예로서 설명한다. 계속하여 제어장치(100)는 순환펌프(74)를 작동시킨다(도2의 Ｓ12).
계속하여 제어장치(100)는, 버너 온도조절 제어(도3 참조) 및 히트펌프 온도조절 제어(도5 참조)를 시작한다. 난방운전시작 직후에는, 난방용수 순환로(71)내의 각 부분의 물의 온도는 비교적 낮다. 본 예에서는, 이 시점에서는 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ(예를 들면 40℃－6℃=34℃)보다 낮다(도3의 Ｓ30에서 ＹＥＳ). 그 때문에 본 예에서는, 제어장치(100)는 버너 가열장치(82)를 작동시킨다(도3의 Ｓ34). 또한 본 예에서는, 이 시점에서는 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 목표출탕온도＋1℃보다 낮고 또한 서미스터(86)의 검출온도(T3)도 목표출탕온도－3℃보다 낮다(도5의 Ｓ50, S52에서 ＹＥＳ). 그 때문에 본 예에서는, 제어장치(100)는 버너 가열장치(82)에 더하여 히트펌프(50)를 작동시킨다(도5의 Ｓ54). 이에 따라 도6에 나타나 있는 바와 같이 상기 경로를 순환하는 물은, 난방왕로(72)를 통과할 때에 버너 가열장치(82)에 의하여 가열됨과 아울러 열회수로(88)를 통과할 때에 3유체열교환기(58)내에서 냉매순환로(52)내의 냉매의 열에 의하여 가열된다. 이 결과 작동하고 있는 1개의 난방기(76a)에는, 버너 가열장치(82)와 히트펌프(50)의 양방을 사용하여 가열된 물이 공급된다. 난방기(76a)는, 공급된 물의 열을 이용하여 거실을 난방한다.
상기의 운전을 계속하면, 난방용수 순환로(71)내의 각 부분의 물의 온도가 상승해 간다. 제어장치(100)는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도＋ＴＣ(예를 들면 40℃＋12℃=52℃) 이상으로 되면(도3의 Ｓ36에서 ＹＥＳ), 버너 가열장치(82)를 정지시킨다(도3의 Ｓ38).
본 예에서는, 버너 가열장치(82)가 정지하더라도 히트펌프(50)가 계속해서 작동한다. 그 때문에 난방용수 순환로(71)내의 각 부분의 물의 온도는 더 상승해 간다. 제어장치(100)는, 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 상한온도(예를 들면 57℃) 이상으로 되거나(도5의 Ｓ56에서 ＹＥＳ) 또는 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도 이상으로 되면(도5의 Ｓ58에서 ＹＥＳ), 히트펌프(50)도 정지시킨다(도5의 Ｓ60). 이 경우에 난방기(76a)는, 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물의 여열(余熱)을 이용하여 거실을 난방한다.
이 상태에서 난방기(76a)가 계속해서 작동하면, 난방용수 순환로(71)내를 순환하는 물의 온도는 점차로 낮아져 간다. 제어장치(100)는, 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 다시 목표출탕온도＋1℃보다 낮고(도5의 Ｓ50에서 ＹＥＳ) 또한 서미스터(86)의 검출온도(T3)도 다시 목표출탕온도－3℃보다 낮아지면(도5의 Ｓ52에서 ＹＥＳ), 히트펌프(50)를 다시 작동시킨다(도5의 Ｓ54). 이에 따라 열회수로(88)를 통과하는 물이, 다시 히트펌프(50)에 의하여 가열된다.
이에 따라 난방용수 순환로(71)내의 각 부분의 물의 온도가 다시 상승해 간다. 제어장치(100)는, 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 상한온도 이상으로 되거나(도5의 Ｓ56에서 ＹＥＳ) 또는 서미스터(86)의 검출온도(T3)가 목표출탕온도 이상으로 되면(도5의 Ｓ58에서 ＹＥＳ), 히트펌프(50)를 다시 정지시킨다(도5의 Ｓ60). 이와 같이 히트펌프(50)의 작동과 정지를 반복하면서 안정된 난방운전을 계속할 수 있다. 본 예에서는, 히트펌프(50)를 버너 가열장치(82)보다 우선해서 작동시키기 때문에, 에너지 효율이 좋은 경제적인 난방운전이 실현된다.
이 상태에서 작동하는 난방기의 수가 1개(난방기(76a))에서 4개(난방기(76a∼76d))로 더 증가하는 경우의 예에 대해서 더 설명한다. 이 경우에 도7에 나타나 있는 바와 같이 제어장치(100)는, 조정밸브(90)의 개도를 조정하여, 난방용수 순환로(71)를 순환하는 물의 일부가 열회수로(88)(3유체열교환기(58))를 통과하고, 다른 일부가 바이패스로(94)를 통과하도록 한다(도2의 Ｓ16에서 ＹＥＳ, S18에서 ＮＯ 및 S10). 계속하여 제어장치(100)는, 각 난방기(76a∼76d)에서 유저가 요구한 운전온도에 의거하여 난방설정온도를 설정한다(도2의 Ｓ11). 본 예에서는, 이 시점에서 난방설정온도가 45℃로 수정되어 설정되었을 경우를 예로서 설명한다. 제어장치(100)는, 순환펌프(74)를 계속해서 작동시킨다(도2의 Ｓ12).
작동하는 난방기의 수가 1개(난방기(76a))에서 4개(난방기(76a∼76d))로 증가함에 따라, 난방기(76a∼76d)에 있어서의 방열량(放熱量)(난방부하(暖房負荷))도 증가한다. 그 결과 난방용수 순환로(71)내의 각 부분의 물의 온도가 다시 낮아지는 경우가 있다. 본 예에서는, 이 시점에서 서미스터(92)의 검출온도(T2)가 목표출탕온도＋1℃보다 낮고 또한 서미스터(86)의 검출온도(T3)도 목표출탕온도－3℃보다 낮다(도5의 Ｓ50, S52에서 ＹＥＳ). 그 때문에 본 예에서는, 제어장치(100)는 히트펌프(50)를 작동시킨다(도5의 Ｓ54). 한편 본 예에서는, 이 시점에서 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ(예를 들면 45℃－6℃=39℃)보다 높다(도3의 Ｓ30에서 ＮＯ). 그 때문에 이 시점에서는, 제어장치(100)는 버너 가열장치(82)를 작동시키지 않는다. 다만 본 예에서는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)는 난방설정온도－ＴＢ(예를 들면 45℃－2℃=43℃)보다 낮다. 제어장치(100)는 소정기간(3분간)의 카운트를 시작한다.
이 경우에 난방기(76a∼76d)에 있어서의 방열량이 증가한 결과, 히트펌프(50)를 작동시키고 있는데도 불구하고 난방기(76a∼76d)로 반송되는 물의 온도(서미스터(78)의 검출온도(T1))가 난방설정온도에 도달하지 못하는 사태가 발생할 가능성이 있다. 또한 히트펌프(50)가 작동하고 있음으로써 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ 이하의 온도까지 내려가는 경우도 없는 사태도 함께 발생할 가능성이 있다. 이와 같이 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도보다 낮지만, 버너 가열장치(82)가 즉시 작동하는 난방설정온도－ＴＡ 이하의 온도보다 높다는 어중간한 온도에서 안정되는 상태를 이하에서는 「저온안정상태(低溫安定狀態)」라고 부른다. 저온안정상태가 발생되면, 난방기(76a∼76d)는 유저가 요구하는 난방운전을 적절하게 실행할 수 없다.
본 예에서는 제어장치(100)는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ보다 높지만(도3의 Ｓ30에서 ＮＯ), 난방설정온도－ＴＢ보다 낮은 상태가 3분간 계속된 것을 검출하면(도3의 Ｓ32에서 ＹＥＳ), 버너 가열장치(82)를 작동시킨다(도3의 Ｓ34). 이 결과 작동하고 있는 4개의 난방기(76a∼76d)에는, 버너 가열장치(82)와 히트펌프(50)의 양방을 사용하여 가열된 물이 공급된다. 난방기(76a∼76d)는 공급된 물의 열을 이용하여 거실을 난방한다. 버너 가열장치(82)가 작동함으로써 난방기(76a∼76d)로 반송되는 물의 온도는, 신속하게 난방설정온도에 도달한다. 그 결과 난방기(76a∼76d)는, 저온안정상태를 빠른 시기에 해소하여 유저가 요구하는 난방운전을 적절하게 실행할 수 있다.
즉 본 예에서는 제어장치(100)는, 히트펌프(50)가 작동되고 있는데도 불구하고 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ보다 높은 상태에서 안정되어 버리는 경우(저온안정상태)에 있어서도, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＢ보다 낮은 상태가 소정기간(3분간) 계속되면 버너 가열장치(82)를 작동시킬 수 있다. 그 때문에 저온안정상태가 장기간 계속되어, 불충분한 난방운전이 계속되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)에 의하면, 히트펌프(50)와 버너 가열장치(82)의 양방을 열원(熱源)으로서 구비하는 급탕난방 시스템에 있어서, 버너 가열장치(82)를 적절하게 작동시켜서 적절하게 난방운전을 할 수 있다.
이후의 각 처리는, 상기의 1개의 난방기(76a)만이 작동하는 경우와 마찬가지이다. 또한 작동하는 난방기(76)의 수가 증감하는 경우에도 동일한 처리를 실행한다. 다만 작동하는 난방기(76)의 수가 0으로 되는 경우에(도2의 Ｓ18에서 ＹＥＳ), 제어장치(100)는 작동중인 히트펌프(50), 버너 가열장치(82) 및 순환펌프(74)를 모두 정지시킨다(도2의 Ｓ20 참조). 이 경우에 난방운전이 종료된다.
또한 작동하는 난방기(76)의 증감이나 유저에 의한 조작의 결과, 난방설정온도가 50℃ 이상으로 설정되는 경우의 난방운전에 있어서 각 처리도, 상기의 난방설정온도가 40℃, 45℃인 경우와 거의 동일하다. 다만 난방설정온도가 50℃ 이상으로 설정되는 경우에, 도3의 Ｓ30, S32, S36에서 특정되는 온도폭(ＴＡ, ＴＢ, ＴＣ)의 값 및 소정기간이 상기의 난방설정온도가 40℃, 45℃인 경우와는 다르다(도4 참조). 또한 도5의 Ｓ50, S52, S54에서 이용되는 목표출탕온도를 산출하기 위한 계산식도, 상기의 난방설정온도가 40℃, 45℃인 경우와는 다르다(도5 참조).
이상에서 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)의 구성 및 동작에 대해서 설명했다. 상기한 바와 같이 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)에서는, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ보다 높고(도3의 Ｓ30에서 ＮＯ), 난방설정온도－ＴＢ보다 낮은 상태가 소정기간 계속된 것을 검출하면(도3의 Ｓ32에서 ＹＥＳ), 버너 가열장치(82)를 작동시킨다(도3의 Ｓ34). 그 때문에 예를 들면 난방운전중에 히트펌프(50)가 작동하고 있는데도 불구하고 난방기(76)로 공급되는 물의 온도가 난방설정온도에 도달하지 못하고, 또한 히트펌프(50)가 작동하고 있기 때문에 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＡ 이하로 내려갈 수도 없는 어중간한 온도에서 안정되어 버리는 상태(저온안정상태)가 발생하더라도, 서미스터(78)의 검출온도(T1)가 난방설정온도－ＴＢ보다 낮은 상태가 소정기간 계속되면 버너 가열장치(82)를 작동시킬 수 있다. 그 때문에 저온안정상태를 빠른 시기에 해소하여, 불충분한 난방운전이 계속되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)에 의하면, 히트펌프(50)와 버너 가열장치(82)의 양방을 열원으로서 구비하는 급탕난방 시스템에 있어서, 버너 가열장치(82)를 적절하게 작동시켜서 적절하게 난방운전을 할 수 있다.
또한 일반적으로 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에는, 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 비하여 난방기(76)에서 유저가 요구하는 온도의 난방운전이 조급하게 실현되어야 할 요청이 강하다. 왜냐하면 난방설정온도가 낮은 경우(예를 들면 50℃보다 낮은 경우)에, 그 난방설정온도에 가까운 온도의 물의 온도의 방열에는 난방설정온도가 높은 경우(예를 들면 50℃ 이상의 경우)에 비하여 장시간이 필요하기 때문에, 비교적 빠른 시기에 버너 가열장치(82)를 작동시키는 것이 요구되기 때문이다. 이 점, 본 실시예에서는 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에, 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 비하여 작은 제1온도폭(ＴＡ)이 정해져 있다. 마찬가지로 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에, 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 비하여 작은 제2온도폭(ＴＢ)이 정해져 있다. 또한 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에, 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 비하여 짧은 소정기간이 정해져 있다. 그 때문에 본 실시예에서는, 제어장치(100)는 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 비하여 도3의 Ｓ30에서 ＹＥＳ 또는 도3의 Ｓ32에서 ＹＥＳ로 판단하기 쉬워진다. 그 결과 버너 가열장치(82)가 작동되기 쉬워진다. 즉 본 실시예에서는, 난방설정온도에 따라 적절하게 버너 가열장치(82)를 작동시킬 수 있다. 그 결과 본 실시예의 급탕난방 시스템(2)은 상기의 요청에도 응할 수 있다.
또한 상기의 경우와는 반대로 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에는, 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 비하여 난방기(76)에서 유저가 요구하는 온도의 난방운전이 조급하게 실현되어야 할 요청이 약하다. 왜냐하면 난방설정온도가 높은 경우(예를 들면 50℃ 이상의 경우)에, 그 난방설정온도에 가까운 온도의 물의 온도의 방열에는 난방설정온도가 낮은 경우(예를 들면 50℃보다 낮은 경우)에 비하여 시간을 필요로 하지 않기 때문에, 비교적 빠른 시기에 버너 가열장치(82)를 정지시켜도 유저에 있어서 불편은 적기 때문이다. 이 점, 본 실시예에서는 도4에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에, 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 비하여 작은 제3온도폭(ＴＣ)이 정해져 있다. 그 때문에 본 실시예에서는, 제어장치(100)는 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 비하여 도3의 Ｓ36에서 ＹＥＳ로 판단하기 쉬워진다. 즉 본 실시예에서는, 제어장치(100)는 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 비하여 버너 가열장치(82)를 정지시키기 쉬워진다. 비교적 빠른 시기에 버너 가열장치(82)를 정지시킬 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 난방설정온도에 따라 적절하게 버너 가열장치(82)를 정지시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 도5에 나타나 있는 바와 같이 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우와, 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에서는, 목표출탕온도(도5의 Ｓ50, S52, S58 참조)를 산출하기 위하여 이용되는 계산식이 다르다. 그 때문에 본 실시예에서는 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우의 목표출탕온도는, 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우의 계산식에 의하여 산출되는 목표출탕온도에 비하여 적어도 5℃ 높아진다. 그 때문에 본 실시예에서는, 제어장치(100)는 난방설정온도가 50℃ 이상인 경우에 난방설정온도가 50℃보다 낮은 경우에 비하여 히트펌프가 작동되는 온도대역(溫度帶域)을 비교적 높게 할 수 있다. 그 결과 예를 들면 버너 가열장치(82)가 계속해서 작동되고 있는데도 불구하고 3유체열교환기(58) 주변의 물의 온도는 히트펌프(50)의 작동온도까지 낮아지지 않는 상태가 장기간 계속되어, 난방운전의 경제성을 악화시키는 사태가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 난방설정온도에 따라 적절하게 히트펌프(50)를 작동 및 정지시킬 수도 있다.
본 실시예와 청구항의 기재의 대응관계를 나타내 둔다. 본 실시예의 히트펌프(50), 버너 가열장치(82)가, 각각 「히트펌프유닛(heat pump unit)」, 「버너유닛」의 일례이다. 서미스터(78)가 「온도센서」의 일례이다. 제어장치(100)가 「설정수단」 및 「제어수단」의 일례이다. 도4에 나타내는 온도폭(ＴＡ, ＴＢ, ＴＣ)이, 각각 「제1소정온도」, 「제2소정온도」, 「제3소정온도」의 일례이다.
이상 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시된 구체적인 예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명된 기술요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의하여 기술적 유용성을 발휘하는 것으로서, 출원시에 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 명세서 또는 도면에 예시된 기술은 복수의 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로서, 그 중에서 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

Claims (3)

  1. 난방 시스템(暖房 system)으로서,
    열매체(熱媒體)의 열을 이용하여 난방하는 난방기(暖房機)와,
    열매체를 가열하는 히트펌프유닛(heat pump unit)과,
    열매체를 가열하는 버너유닛(burner unit)과,
    난방기와 히트펌프유닛과 버너유닛 사이에서 열매체를 순환시키는 열매체 순환로(熱媒體 循環路)와,
    난방기의 상류측에 있어서 열매체 순환로내의 열매체의 온도를 검출하는 제1온도센서(第1溫度sensor)와,
    히트펌프유닛의 하류측에 있어서 열매체 순환로내의 열매체의 온도를 검출하는 제2온도센서와,
    히트펌프유닛의 상류측에 있어서 열매체 순환로내의 열매체의 온도를 검출하는 제3온도센서와,
    난방설정온도를 설정하는 설정수단(設定手段)과,
    제어수단(制御手段)을
    구비하고,
    제어수단은,
    제1온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제1소정온도(第1所定溫度)만큼 낮은 제1점화온도(第1點火溫度) 이하인 경우에, 또는 제1온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제1소정온도보다 작은 제2소정온도만큼 낮은 제2점화온도 이하인 상태가 소정기간 계속된 경우에, 버너유닛을 작동시키고,
    제1온도센서의 검출온도가 난방설정온도보다 제3소정온도만큼 높은 소화온도(消火溫度) 이상인 경우에, 버너유닛을 정지시키며,
    제2온도센서의 검출온도가 목표출탕온도(目標出湯溫度)보다 제4소정온도만큼 높은 제1열매체온도보다 낮고, 또한 제3온도센서의 검출온도가 목표출탕온도보다 제5소정온도만큼 낮은 제2열매체온도보다 낮은 제1의 경우에, 히트펌프유닛을 작동시키고, 목표출탕온도는 난방설정온도에 의거하여 산출되는 온도이며,
    제2온도센서의 검출온도가 소정의 상한온도 이상, 또는 제3온도센서의 검출온도가 목표출탕온도 이상인 제2의 경우에, 히트펌프유닛을 정지시키는
    것을 특징으로 하는 난방 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제어수단은,
    난방설정온도에 의거하여 상기 제2소정온도를 특정하고,
    난방설정온도가 낮을수록, 특정되는 상기 제2소정온도가 작은 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제어수단은,
    난방설정온도에 의거하여 상기 소정기간을 특정하고,
    난방설정온도가 낮을수록, 특정되는 상기 소정기간이 짧은 것을 특징으로 하는 난방 시스템.
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