KR101588538B1 - 저탕식 급탕장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 급탕운전중에 저온의 물이 공급되는 것을 방지한 저탕식 급탕장치를 제공한다.
(해결수단) 급탕 제어부(60)는 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량이 예열 필요량보다도 많을 때는, 바이패스밸브(21)를 개방 상태로 함과 아울러 수량서보밸브(48)를 폐쇄 상태로 하여 혼합온도조절제어를 실행하고, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량이 예열 필요량 이하로 되었을 때에, 바이패스밸브(21)와 수량 서보밸브를 아울러 개방 상태로 하여 혼합온도조절제어를 계속하며, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량이 예열 필요량보다도 적은 가열 개시 설정량 이하로 되었을 때에, 바이패스밸브(21)를 폐쇄 상태로 함과 아울러 수량서보밸브(48)를 개방 상태로 하여 가열온도조절제어로 전환한다.

Description

저탕식 급탕장치{STORAGE TYPE HOT WATER SUPPLY DEVICE}

본 발명은 저탕 탱크의 하류측에 보조 열원기를 직렬로 접속한 저탕식 급탕장치에 관한 것이다.

종래부터, 가열수단에 의해 가열된 탕수를 저류하는 저탕 탱크와, 저탕 탱크로부터 탕수가 공급되는 출탕관의 도중에 접속되어, 출탕관을 유통하는 탕수를 가열하는 보조 열원기를 구비한 저탕식 급탕장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1에 기재된 저탕식 급탕장치에 있어서는, 저탕 탱크 내에 탕수가 저류되어 있을 때는, 저탕 탱크에서 출탕관으로 공급되는 탕수와, 급수관으로부터 공급되는 물의 혼합비를 조절함으로써, 설정 온도의 탕수를 출탕관으로부터 공급하는 혼합온도조절제어(정지모드 운전처리)를 실행하고 있다.

또한, 저탕 탱크의 탕수 소진이 발생했을 때에는, 보조 열원기를 작동시킴으로써, 설정 온도를 출탕관으로부터 공급하는 가열온도조절제어(가열작동모드 운전처리)를 실행하고 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2010-25414호 공보

특허문헌 1에 기재된 저탕식 급탕장치에서는, 출탕관의 도중에 보조 열원기가 접속되어 있기 때문에, 혼합온도조절제어를 실행하는 경우라도 보조 열원기를 경유하여 탕수가 공급된다. 그리고 보조 열원기를 유통할 때의 방열에 의해 열손실이 발생한다.

그래서, 보조 열원기를 바이패스하여 보조 열원기의 입구측과 출구측에서 출탕관을 연통하는 바이패스관을 설치하고, 혼합온도조절제어를 실행할 때에는 보조 열원기측으로의 탕수의 유통을 금지하여 바이패스관측으로 탕수를 유통시키는 것에 의해, 보조 열원기에서의 열손실을 회피할 수 있다.

그러나 이와 같이 바이패스관을 설치한 경우에, 혼합온도조절제어에 의해 급탕을 실행하고 있을 때에 저탕 탱크의 탕수 소진이 발생하여 가열온도조절제어로 전환했을 때에는, 보조 열원기에서 바이패스관까지의 출탕관 내에 저류되었던 물이 가열되는 일없이 출탕관의 하류단에 접속된 출탕전(出湯栓)으로부터 공급된다. 그로 인해, 그때까지 출탕전으로부터 공급되고 있었던 탕수가 갑자기 저온의 물로 전환되어 사용자에게 불쾌감을 준다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 배경에 감안하여 이루어진 것이며, 급탕운전중에 저온의 물이 공급되는 것을 방지한 저탕식 급탕장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명의 저탕식 급탕장치는,

저탕 탱크와,

상기 저탕 탱크 내의 하부의 탕수를 가열하여 상부로 되돌리는 탱크 가열부와,

상기 저탕 탱크의 상부에 접속되어, 상기 저탕 탱크의 상부에 저류된 탕수가 공급되는 출탕관과,

상기 저탕 탱크의 하부 및 상기 출탕관에 접속된 급수관과,

상기 저탕 탱크에서 상기 출탕관으로 공급되는 탕수와, 상기 급수관에서 상기 출탕관으로 공급되는 물의 혼합비를 변경하는 혼합비 변경부와,

상기 출탕관과 상기 급수관의 접속개소보다도 하류측의 상기 출탕관의 도중에 설치되어, 상기 출탕관을 유통하는 탕수를 가열하는 보조 열원기와,

상기 보조 열원기를 바이패스하여 상기 출탕관을 상기 보조 열원기의 상류측과 하류측에서 연통시키는 보조 열원 바이패스관과,

상기 보조 열원 바이패스관을 개폐하는 바이패스 개폐밸브와,

상기 출탕관과 상기 바이패스관의 상류단의 접속개소와, 상기 보조 열원기의 사이에서 상기 출탕관을 개폐하는 보조 열원 개폐밸브와,

상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량을 산출하는 탱크 열량 산출부와,

상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이, 상기 보조 열원 바이패스관의 상류단에서 상기 보조 열원기를 경유하여 상기 보조 열원 바이패스관의 하류단에 이르기까지의 사이의 상기 출탕관의 용량에 의거하여 설정한 예열 필요량과, 상기 보조 열원기의 기동에 필요로 하는 시간에 의거하여 설정한 기동 필요량의 합계량보다도 많을 때는, 상기 바이패스 개폐밸브를 개방함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 폐쇄하여 상기 출탕관으로부터의 급탕온도가 소정의 목표급탕온도가 되도록, 상기 혼합비 변경부에 의해 상기 혼합비를 조절하는 혼합온도조절제어를 실행하고,

상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 합계량 이하로 되었을 때에, 상기 바이패스 개폐밸브와 보조 열원 개폐밸브를 아울러 개방하여 상기 혼합온도조절제어를 계속하며,

상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 기동 필요량 이하로 되었을 때에, 상기 바이패스 개폐밸브를 폐쇄함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 개방하여 상기 출탕관으로부터의 급탕온도가 상기 목표급탕온도가 되도록 상기 보조 열원기의 가열량을 조절하는 가열온도조절제어로 전환하는 급탕 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기의 본 발명에 따르면, 상기 급탕 제어부는 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 예열 필요량과 상기 기동 필요량의 합계량보다도 많을 때는, 상기 바이패스 개폐밸브를 개방함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 폐쇄하여 상기 혼합온도조절제어를 실행한다. 이 경우, 상기 보조 열원기로의 탕수의 공급이 정지된 상태가 되므로, 상기 보조 열원 바이패스관과 상기 보조 열원기 사이의 상기 출탕관에는 차가워진 물이 저류된 상태가 된다.

그리고 상기 급탕 제어부는 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 예열 필요량과 상기 기동 필요량의 합계량 이하가 되었을 때에, 상기 바이패스 개폐밸브와 상기 보조 열원 개폐밸브를 아울러 개방하여 상기 혼합온도조절제어를 계속한다. 이 처리에 의해, 상기 보조 열원기측에도 탕수가 공급되게 되고, 상기 보조 열원 바이패스관와 상기 보조 열원기 사이의 상기 출탕관에 저류되어 있었던 물이 상기 목표급탕온도의 탕수로 치환된다.

이 경우, 상기 보조 열원 바이패스관과 상기 보조 열원기 사이의 상기 출탕관에 저류되어 있었던 물은, 상기 보조 열원 바이패스관으로부터 공급되는 상기 목표급탕온도의 탕수와 혼합되어 상기 출탕관으로부터 공급된다. 그로 인해, 상기 출탕관으로부터 저온의 물이 공급되는 일은 없다.

그 후, 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 기동 필요량 이하가 되었을 때에, 상기 급탕 제어부는 상기 바이패스 개폐밸브를 폐쇄함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 개방하여 상기 가열온도조절제어로 전환한다. 이 경우, 상기 가열온도조절제어로 전환할 때에, 상기 보조 열원 바이패스관과 상기 보조 열원기 사이의 상기 출탕관에는 이미 상기 목표급탕온도의 탕수가 유통되고 있다. 그로 인해, 상기 혼합온도조절제어에서 상기 가열온도조절제어로 전환될 때에, 저온의 물이 상기 출탕관으로부터 공급되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 저탕 탱크 내의 다른 수위에 있어서의 탕수의 온도를 검출하는 복수의 저탕온도센서를 구비하고,

상기 탱크 열량 산출부는 상기 복수의 저탕온도센서의 검출온도에 의거하여 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량을 산출하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 상기 탱크 열량 산출부는 상기 복수의 저탕온도센서의 검출온도로부터, 상기 저탕 탱크 내에 저류된 탕수의 상하 방향의 온도분포를 인식하여 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량을 용이하게 산출할 수 있다.

도 1은 저탕식 급탕장치의 구성도.
도 2는 급탕운전의 흐름도.

본 발명의 실시형태의 일례에 대해서, 도 1∼도 2를 참조하여 설명한다. 도 1을 참조하여 본 실시형태의 저탕식 급탕장치는, 히트펌프유닛(1)이 접속된 탱크유닛(2)에 추가로 순간가열식의 보조 열원기(3)를 직렬로 접속하여 구성되어 있다.

히트펌프유닛(1, 본 발명의 탱크 가열부에 상당함)은, 압축기(4), 물 열교환기(응축기, 5), 팽창밸브(감압기, 6) 및 공기 열교환기(증발기, 7)를 히트펌프 순환로(8)에 의해 접속하여 구성된 히트펌프(9)를 구비하고 있다. 물 열교환기(5)는 후술하는 저탕 탱크(10)의 상부 및 하부에 접속된 탱크 순환로(11)의 도중에 접속되어 히트펌프 순환로(8) 내의 열매체(예를 들면, C0₂열매체)와, 탱크 순환로(11) 내의 탕수의 사이에서 열교환을 실행함으로써, 탱크 순환로(11)를 유통하는 탕수를 가열한다.

탱크 순환로(11)에는 저탕 탱크(10)에 저류된 탕수를 탱크 순환로(11)에 순환시키기 위한 순환펌프(12)와, 물 열교환기(5)에서 저탕 탱크(10)로 유통하는 탕수의 온도를 검출하는 탱크 리턴 온도센서(13)와, 저탕 탱크(10)에서 물 열교환기 (5)로 유통하는 탕수의 온도를 검출하는 탱크 공급 온도센서(14)가 설치되어 있다.

히트펌프유닛(1)은 도시하지 않는 CPU, 메모리 등에 의해 구성된 히트펌프 컨트롤러(15)를 구비하고 있다. 히트펌프 컨트롤러(15)는 메모리에 보관된 히트펌프유닛(1)의 제어용 프로그램을 CPU에서 실행함으로써, 히트펌프유닛(1)의 작동을 제어하는 기능을 완수한다.

히트펌프 컨트롤러(15)에는, 탱크 리턴 온도센서(13)와 탱크 공급 온도센서 (14)의 온도검출신호가 입력된다. 또한, 히트펌프 컨트롤러(15)로부터 출력되는 제어신호에 의해서, 히트펌프(9)와 순환펌프(12)의 작동이 제어된다.

히트펌프 컨트롤러(15)는 후술하는 탱크 컨트롤러(16)와 통신 가능하게 접속되어 탱크 컨트롤러(16)로부터 탱크가열신호를 수신했을 때에, 탱크 리턴 온도센서 (13) 및 탱크 공급 온도센서(14)의 검출온도에 의거하여 순환펌프(12)와 히트펌프 (9)를 작동시킴으로써, 저탕 탱크(10) 내의 탕수를 비등설정 온도까지 가열한다.

다음에, 탱크유닛(2)은 상부에 출탕관(17)이 접속됨과 아울러 하부에 급수관 (18)이 접속된 저탕 탱크(10)를 구비하고 있다. 출탕관(17)은 상류단이 저탕 탱크 (10)의 상부에 접속되고, 하류단이 도시하지 않는 출탕전(수도꼭지 등)에 접속되어 있다.

급수관(18)은 상류단이 수도에 접속되어 하류측에서 분기하고, 일방의 하류단이 저탕 탱크(10)의 하단에 접속됨과 아울러, 타방의 하류단이 출탕관(17)의 도중에 접속되어 있다.

출탕관(17)은 급수관(18)과의 접속부(합류부, 28)의 하류측에서 탱크유닛(2)의 외부로 연장되고, 도중에 보조 열원기(3)가 접속되어 재차 탱크유닛(2)의 내부로 연장되어 있다. 출탕관(17)의 도중에는 보조 열원기(3)를 바이패스하여 보조 열원기(3)의 입구측과 출구측을 연통시키는 보조 열원 바이패스관(20)이 접속되어 있다.

보조 열원 바이패스관(20)에는 보조 열원 바이패스관(20)을 전개(全開)에서 전폐(全閉)까지 무단계 또는 다수 단계로 개폐하는 바이패스밸브(21, 본 발명의 바이패스 개폐밸브의 기능을 포함한다)가 설치되어 있다.

바이패스밸브(21)가 전폐 상태일 때는, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수는 보조 열원기(3)측으로 유통한다. 또한, 바이패스밸브(21)가 전개 상태일 때는, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수는 보조 열원 바이패스관(20)측으로 유통한다.

또한, 후술하는 수량서보밸브(48)가 전폐 상태일 때는, 출탕관(17)에서 보조 열원기(3)로의 탕수의 유통이 불가능하게 되고, 수량서보밸브(48)가 전개 상태일 때는, 출탕관(17)에서 보조 열원기(3)로의 탕수의 유통이 가능하게 된다.

탱크유닛(2)에 있어서의 출탕관(17)과 급수관(18)의 합류부(28)의 상류측의 출탕관(17)에는, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수의 온도를 검출하는 출탕온도센서(22)가 설치되어 있다.

급수관(18)의 분기부(36)보다도 상류측에는 급수관(18)으로 유입되는 물의 유량을 검출하는 제 1 급수유량센서(26)와, 급수관(18)으로 유입되는 물의 온도를 검출하는 급수온도센서(27)가 설치되어 있다.

급수관(18)의 분기부(36)와 저탕 탱크(10)의 사이에는, 저탕 탱크(10)에서 급수관(18)으로의 역류를 저지하는 탱크측 역지밸브(24)와, 저탕 탱크(10)로의 급수유량[저탕 탱크(1O)에서 출탕관으로 공급되는 탕수의 유량과 동량]을 검출하는 제 2 급수유량센서(23)와, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수의 유량을 조절하는 도출 탕수량 조절밸브(34b)가 설치되어 있다.

급수관(18)의 분기부(36)에서 출탕관(17)과의 합류부(28)까지의 사이에는, 출탕관(17)에서 급수관(18)으로의 역류를 저지하는 출탕관측 역지밸브(25)와, 합류부(28)를 통하여 출탕관(17)에 합류시키는 물의 유량을 조절하는 혼합수량 조절밸브(34a)가 설치되어 있다.

또한, 혼합수량 조절밸브(34a)와 도출 탕수량 조절밸브(34b)에 의해, 본 발명의 혼합비 변경부가 구성되어 있다.

출탕관(17)의 급수관(18)과의 합류부(28)와 저탕 탱크(10)까지의 사이에는, 저탕 탱크(1O)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수의 온도를 검출하는 출탕온도센서 (22)가 설치되어 있다. 또한, 출탕관(17)의 합류부(28)보다도 하류측에는, 급수관 (18)으로부터 공급되는 물이 혼합된 후의 탕수의 온도를 검출하는 혼합온도센서 (29)가 설치되어 있다.

보조 열원 바이패스관(20)의 하류단보다도 하류측의 출탕관(17)에는, 출탕관 (17)에서 출탕전으로 공급되는 탕수의 온도를 검출하는 급탕출구 온도센서(30)가 설치되어 있다.

저탕 탱크(10)의 상부 위치에서 하부로 향하여 차례로, 저탕 탱크(10) 내에 저류된 탕수의 온도를 검출하는 복수의 저탕온도센서(31∼33)가 다른 수위 위치에 설치되어 있다.

또, 탱크유닛(2)은 도시하지 않는 CPU, 메모리 등에 의해 구성된 탱크 컨트롤러(16)를 구비하고 있다. 탱크 컨트롤러(16)는 메모리에 보관된 탱크유닛(2)의 제어용 프로그램을 CPU에서 실행함으로써, 탱크유닛(2)의 작동을 제어하는 기능을 완수하며, 또한, 출탕관(17)에서 출탕전으로 공급되는 탕수의 온도를, 후술하는 목표급탕온도로 제어하는 급탕 제어부(60), 및 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량을 산출하는 탱크 열량 산출부(61)로서 기능한다.

탱크 컨트롤러(16)에는 제 1 급수유량센서(26) 및 제 2 급수유량센서(23)의 유량검출신호와, 출탕온도센서(22), 급수온도센서(27), 혼합온도센서(29), 급탕출구온도센서(30), 및 저탕온도센서(31∼33)의 온도검출신호가 입력된다. 또한, 탱크 컨트롤러(16)로부터 출력되는 제어신호에 의해서, 혼합수량조절밸브(34a), 도출 탕수량 조절밸브(34b), 및 바이패스밸브(21)의 작동이 제어된다.

탱크 컨트롤러(16)에는 사용자의 조작에 대응하여 목표급탕온도[출탕관(17)의 하류단에 접속된 급탕전으로부터 공급되는 탕수의 소망 온도]를 설정하기 위한 스위치 등을 구비한 리모컨(35)이 접속되어 있다. 또, 탱크 컨트롤러(16)는 보조 열원기(3)에 대해서, 가열을 금지하는 신호 및 수량서보밸브(48)를 개폐하는 신호를 송신한다.

여기서, 저탕 탱크(10)의 내부에 저류된 탕수 상태를 설명하면, 출탕관(17)이 저탕 탱크(10)의 상부에 접속되고, 급수관(18)이 저탕 탱크(10)의 하부에 접속되어 있기 때문에, 저탕 탱크(10) 내의 상부의 탕수가 출탕관(17)에 공급되면, 이 공급량에 대응한 분량의 물이 급수관(18)에서 저탕 탱크(10)의 하부로 공급되어, 저탕 탱크(10)의 하부에 저온의 물의 층[수층(水層)]이 형성된다.

저탕 탱크(10) 내의 상부의 탕수의 층(탕수층)과 수층의 경계부에는, 탕수층보다도 온도가 낮고 수층보다도 온도가 높은 중간층이 형성된다. 중간층의 온도는 탕수층에 접하는 부분에서 수층에 접하는 부분으로 향하여 점차 낮게 되어 있다.

저탕 탱크(10)의 탕수층이 감소하면, 출탕관(17)이 접속된 저탕 탱크(10)의 출구 부근의 온도가 낮아진다. 그리고 저탕 탱크(10)로부터 소정 온도의 탕수가 얻어지지 않게 되면(이른바 탕수 소진 상태), 저탕 탱크(10)로부터 저온의 탕수가 공급된다.

그래서, 탱크 컨트롤러(16)의 급탕 제어부(60)는 저탕 탱크(10)의 탕수 소진이 발생하고 있지 않을 때는, 도출 탕수량 조절밸브(34b)에 의해 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수의 유량을 조절함과 아울러, 혼합수량 조절밸브 (34a)에 의해 급수관(18)에서 출탕관(17)으로 공급되는 물의 유량을 조절함으로써, 혼합온도센서(29) 또는 급탕출구 온도센서(30)의 검출온도가 목표급탕온도가 되도록 제어하는 혼합온도조절제어를 실행한다.

또한, 저탕 탱크(10)의 탕수 소진이 발생하고 있을 때에는, 탱크 컨트롤러 (16)의 급탕 제어부(60)는 바이패스밸브(21)를 전폐 상태로 하여 보조 열원기(3)를 작동시키고, 급탕출구 온도센서(30)의 검출온도가 목표급탕온도가 되도록 보조 열원기(3)를 작동시키는 가열온도조절제어를 실행한다.

다음에, 보조 열원기(3)는 출탕관(17)의 일부를 구성하는 보조열원회로(19)와, 보조 열원기(3)의 작동을 제어하는 보조열원컨트롤러(42)를 구비하고 있다. 보조열원컨트롤러(42)는 탱크 컨트롤러(16)와 통신 가능하게 접속되어 있다.

보조열원컨트롤러(42)는 도시하지 않는 CPU, 메모리 등에 의해 구성되고, 메모리에 보관된 보조 열원기(3)의 제어용 프로그램을 CPU에서 실행함으로써, 보조 열원기(3)의 작동을 제어하는 기능을 완수한다.

보조열원회로(19)에는, 급탕 열교환기(43)와, 급탕 열교환기(43)를 가열하는 버너(44)와, 급탕 열교환기(43)를 바이패스하여 급탕 열교환기(43)의 상류측과 하류측에서 보조열원회로(19)를 연통하는 급탕 바이패스관(45)이 설치되어 있다.

또, 보조열원회로(19)에는 급탕 열교환기(43)측에 공급되는 탕수의 유량과 급탕 바이패스관(45)측에 공급되는 탕수의 유량의 분배비를 변경하는 바이패스 서보밸브(47)와, 보조 열원기(3)에 공급되는 탕수의 유량을 조절하는 수량서보밸브 (48, 본 발명의 보조 열원 개폐밸브의 기능을 포함한다)가 설치되어 있다.

또한, 보조열원회로(19)에는 급탕 열교환기(43) 및 급탕 바이패스관(45)에 공급되는 탕수의 유량을 검출하는 보조 열원 유량센서(49)와, 급탕 바이패스관(45)의 하류측으로 흐르는 탕수의 온도를 검출하는 보조 열원 온도센서(50)가 설치되어 있다.

보조열원컨트롤러(42)에는, 보조 열원 온도센서(50)의 온도검출신호와, 보조 열원 유량센서(49)의 유량검출신호가 입력된다. 또, 보조열원컨트롤러(42)로부터 출력되는 제어신호에 의해서, 바이패스 서보밸브(47), 수량서보밸브(48), 및 버너 (44)의 작동이 제어된다.

보조열원컨트롤러(42)는 탱크 컨트롤러(16)로부터 가열 허가를 지시하는 신호를 수신했을 때에 가열허가상태가 된다. 그리고 보조 열원 유량센서(49)에 의해 소정의 하한 유량 이상의 통수가 검출되어 있을 때에, 보조 열원 온도센서(50)의 검출온도가 목표급탕온도가 되도록 버너(44)의 연소량을 제어하는 가열온도조절제어가 실행된다.

다음에, 도 2에 나타낸 흐름도에 따라서 급탕 제어부(60)에 의한 급탕운전의 실행 순서에 대해서 설명한다. 급탕 제어부(60)는 혼합온도조절제어와 가열온도조절제어를 전환하여 급탕운전을 실행한다.

급탕 제어부(60)는 제 1 급수유량센서(26)의 검출유량이 하한 유량 이상으로 되었을 때에, 도 2에 의한 처리를 개시한다. 도 2의 STEPl에서 급탕 제어부(60)는 탱크 열량 산출부(61)에 의해, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)을 산출한다. 탱크 열량 산출부(61)는 이하의 식 (1)에 의해 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량 (Hv)을 산출한다.

Hv=AㆍTa+BㆍTbㆍㆍㆍㆍㆍ(1)

단, Hv: 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(㎉), A: 저탕온도센서(32)의 설치 수위에서 저탕온도센서(31)의 설치 수위까지의 사이의 저탕 탱크(10)의 용량(ℓ), Ta: 저탕온도센서(31)의 검출온도(Tt1)와 저탕온도센서(32)의 검출온도(Tt2)의 평균검출온도(℃)[Ta=(Tt1+Tt2)/2], B: 저탕온도센서(33)의 설치 수위에서 저탕온도센서(32)의 설치 수위까지의 사이의 저탕 탱크(10)의 용량(ℓ), Tb: 저탕온도센서 (32)의 검출온도(Tt2)와 저탕온도센서(33)의 검출온도(Tt3)의 평균검출온도(℃)[Tb=(Tt2+Tt3)/2].

계속되는 STEP2에서, 급탕 제어부(60)는 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량 (Hv)이 이하의 식 (2)에서 산출한 예열 필요량(Hn)과 이하의 식 (3)에서 산출한 기동 필요량(He)의 합계량보다도 많은지 아닌지를 판단한다.

Hn=C(Tset-Tin)ㆍㆍㆍㆍㆍ(2)

He=(Tset-Tin)ㆍWㆍαㆍㆍㆍㆍㆍ(3)

단, Hn: 예열 필요량, Tset: 리모컨(35)에 의해 설정된 급탕온도(목표급탕온도), Tin: 급수온도센서(27)의 검출온도[급수관(18)에 공급되는 물의 온도], C: 보조 열원 바이패스관(20)의 상류단과 출탕관(17)의 접속부에서, 보조 열원기(3)를 경유하여 보조 열원 바이패스관(20)의 하류단과 출탕관(17)의 접속부에 이르는 출탕관(17)의 경로(이하, 보조 열원기측 통수 경로라고 한다)의 용량, He: 기동 필요량, W: 급수관(18)에 공급되는 물의 유량[ 제 1 급수유량센서(26)의 검출유량], α: 여유 계수(예를 들면 1∼2).

여기서, 예열 필요량(Hn)은 보조 열원기측 통수 경로 내에 저류된 물(Tin 부근이 된다고 상정된다)을 목표급탕온도(Tset)의 탕수로 치환하는데에 필요한 열량을 상정한 산출값이다. 또한, 기동 필요량(He)은 저탕 탱크(10)의 탕수 소진이 발생하기 전에, 혼합온도조절제어에서 가열온도조절제어로의 전환을 완료하기 위해, 보조 열원기(3)의 기동에 필요한 시간(예를 들면 1분간) 분량의 필요 열량을 상정한 산출값이다.

STEP2에서, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)이 예열 필요량(Hn)과 기동 필요량(He)의 합계량보다도 많을 때(Hn+He<Hv)는 STEP20으로 분기하고, 급탕 제어부(60)는 바이패스밸브(21)를 개방(전개)으로 함과 아울러, 수량서보밸브(48)를 폐쇄(전폐)한다. 이에 따라, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수 및 급수관(18)에서 출탕관(17)으로 혼입되는 물이 보조 열원 바이패스관(20)측으로만 유통하고, 보조 열원기(3)측으로의 탕수의 유통이 금지되는 상태가 된다.

다음의 STEP21에서, 급탕 제어부(60)는 혼합온도조절제어를 개시하고, 이에 따라, 목표급탕온도의 탕수가 보조 열원 바이패스관(20)을 경유하여 출탕관(17)의 하류단에 접속된 출탕전에 공급된다. 그리고 STEP1로 되돌아가서, 급탕 제어부 (60)는 STEP1 이하의 처리를 재차 실행한다.

한편, STEP2에서 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)이 예열 필요량(Hn)과 기동 필요량(He)의 합계량 이하일 때(Hv≤Hn+He)는 STEP3으로 진행하여 급탕 제어부(60)는 바이패스밸브(21)와 수량서보밸브(48)를 함께 개방(전개)한다. 이에 따라, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수 및 급수관(18)에서 출탕관 (17)으로 혼입되는 물이, 보조 열원 바이패스관(20)측과 보조 열원기(3)측의 쌍방으로 유통하는 상태가 된다.

계속되는 STEP4에서, 급탕 제어부(60)는 혼합온도조절제어를 계속한다. STEP4의 혼합온도조절제어에서는, 급탕 제어부(60)는 급탕출구 온도센서(30)의 검출온도가 목표급탕온도가 되도록, 도출 탕수량 조절밸브(34b)에 의해 출탕관(17)의 개방도를 조절함과 아울러, 혼합수량 조절밸브(34a)에 의해 급수관(18)의 개방도를 조절한다. 이 경우, 출탕관(17)과 급수관(18)의 합류부(28)에서 혼합되어 출탕관 (17) 및 보조 열원 바이패스관(20)에 공급되는 탕수의 온도는 목표급탕온도보다도 높은 목표급탕온도+β가 된다.

이에 따라, 목표급탕온도+β의 온도의 탕수가 보조 열원기(3)의 급탕 열교환기(43)를 경유하여 유통하고, 그때까지, 보조 열원기측 통수 경로에 저류되어 있었던 물이, 보조 열원 바이패스관(20)측으로부터 공급되는 목표급탕온도+β의 온도의 탕수와 혼합되어 출탕관(17)의 하류단에 접속된 출탕전으로 공급된다.

그 결과, 보조 열원기측 통수 경로 내에 저류되어 있었던 물이, 점차 목표급탕온도의 탕수로 치환되어 보조 열원기측 통수 경로 내가 예열된다. 또한, 이 예열이 실행되고 있는 동안, 출탕전으로부터는 보조 열원기측 통수 경로에 저류되어 있었던 물과 보조 열원 바이패스관(20)측으로부터 공급되는 목표급탕온도+β의 온도의 탕수가 혼합된 목표급탕온도의 탕수가 공급되기 때문에, 출탕전으로부터 저온의 물이 공급되는 일이 없다.

다음의 STEP5에서, 급탕 제어부(60)는 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)을 산출하고, STEP6에서, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)이 기동 필요량(He) 이하인지 아닌지를 판단한다.

그리고 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)이 기동 필요량(He)보다도 많을 때는 STEP2로 되돌아가고, 급탕 제어부(60)는 STEP4에서 혼합온도조절제어를 계속해서 실행한다. 한편, 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량(Hv)이 기동 필요량(He) 이하일 때는 STEP7로 진행한다.

STEP7에서, 급탕 제어부(60)는 바이패스밸브(21)를 폐쇄(전폐)함과 아울러, 수량서보밸브(48)를 개방(전개)한다. 이에 따라, 저탕 탱크(10)에서 출탕관(17)으로 공급되는 탕수가 모두 보조 열원기(3)측으로 유통하고, 보조 열원 바이패스관 (20)측으로의 탕수의 통수가 금지된다.

계속되는 STEP8에서, 급탕 제어부(60)는 가열온도조절제어를 개시한다. 이에 따라, 저탕 탱크(10)의 탕수 소진이 발생하기 전에, 보조 열원기측 통수 경로에 목표급탕온도의 탕수가 유통하고 있는 상태에서 보조 열원기(3)의 버너(44)에 점화되어 혼합온도조절제어에서 가열온도조절제어로 전환된다. 그로 인해, 출탕관(17)의 하류단에 접속된 출탕전으로부터 저온의 물이 공급되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 급탕 제어부(60)는 보조 열원기(3)의 버너(44)에 점화할 때에, 보조 열원기(3)에 있어서는, 출탕관(17)을 유통하는 탕수에, 적어도 보조 열원기(3)의 최소 호수 분량의 열량이 가해지는 것을 고려하여 합류부(28)에서 출탕관으로 공급되는 탕수의 온도를 목표급탕온도보다도 이 열량 분량 낮게 설정한다.

가열온도조절제어에 있어서, 급탕 제어부(60)는 저탕 탱크(10)에서 출탕관 (17)으로 공급되는 탕수와 급수관(18)에 공급되는 물을, 합류부(28)에서 혼합한 탕수를 보조 열원기(3)에 공급하고, 보조 열원 온도센서(50)의 검출온도가 목표급탕온도(Tset)가 되도록 버너(44)의 가열량과 바이패스 서보밸브(47)에 의한 혼합비를 조절한다.

다음의 STEP9에서, 급탕 제어부(60)는 급수관(18)으로의 급수유량[제 1 급수유량센서(26)의 검출유량]이 하한 유량보다도 적은지 아닌지를 판단한다. 그리고 급수유량이 하한 유량보다도 적게 되었을 때에 STEP10으로 진행하고, 급탕 제어부 (60)는 가열온도조절제어를 정지하여 STEP11로 진행하여 급탕운전의 처리를 종료한다.

또한, STEP4 및 STEP21에서 혼합온도조절제어를 실행하고 있을 때에도, 급탕 제어부(60)는 STEP9와 마찬가지로, 급수관(18)에 공급되는 물의 유량[제 1 급수유량센서(26)의 검출유량]이 하한 유량보다도 적게 되었는지 아닌지를 판단하고, 급탕유량이 하한 유량보다도 적게 되었을 때에는 혼합온도조절제어를 종료한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 탱크 열량 산출부(61)는 저탕온도센서(31∼33)의 검출온도에 의거하여 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량을 산출했지만, 다른 방법에 의해 저탕 탱크(10) 내의 탕수의 열량을 산출해도 좋다. 예를 들면, 히트펌프유닛(1)에 의해 가열하여 저탕 탱크(10)의 상부로 되돌려진 탕수의 양과, 저탕 탱크 (10)에서 출탕관(17)으로 공급된 탕수의 양을 관리하여 저탕 탱크(10) 내의 열량을 산출해도 좋다.

또, 본 실시형태에서는, 버너(44)를 열원으로 하는 보조 열원기(3)를 이용했지만, 전기히터 등의 다른 종류의 열원을 채용한 보조 열원기를 이용해도 좋다.

1: 히트펌프유닛(탱크 가열부) 2: 탱크유닛
3: 보조 열원기 10: 저탕 탱크
15: 히트펌프 컨트롤러 16: 탱크 컨트롤러
17: 출탕관 18: 급수관
20: 보조 열원 바이패스관
21: 바이패스밸브(바이패스 개폐밸브) 34a: 혼합수량 조절밸브
34b: 도출 탕수량 조절밸브 42: 보조 열원 컨트롤러
48: 수량서보밸브(보조 열원 개폐밸브) 60: 급탕 제어부
61: 탱크 열량 산출부

Claims (2)

1. 저탕 탱크와,
   상기 저탕 탱크 내의 하부의 탕수를 가열하여 상부로 되돌리는 탱크 가열부와,
   상기 저탕 탱크의 상부에 접속되어, 상기 저탕 탱크의 상부에 저류된 탕수가 공급되는 출탕관과,
   상기 저탕 탱크의 하부 및 상기 출탕관에 접속된 급수관과,
   상기 저탕 탱크에서 상기 출탕관으로 공급되는 탕수와, 상기 급수관에서 상기 출탕관으로 공급되는 물의 혼합비를 변경하는 혼합비 변경부와,
   상기 출탕관과 상기 급수관의 접속개소보다도 하류측의 상기 출탕관의 도중에 설치되어, 상기 출탕관을 유통하는 탕수를 가열하는 보조 열원기와,
   상기 보조 열원기를 바이패스하여 상기 출탕관을 상기 보조 열원기의 상류측과 하류측에서 연통시키는 보조 열원 바이패스관과,
   상기 보조 열원 바이패스관을 개폐하는 바이패스 개폐밸브와,
   상기 출탕관과 상기 바이패스관의 상류단의 접속개소와, 상기 보조 열원기의 사이에서 상기 출탕관을 개폐하는 보조 열원 개폐밸브와,
   상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량을 산출하는 탱크 열량 산출부와,
   상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이, 상기 보조 열원 바이패스관의 상류단에서 상기 보조 열원기를 경유하여 상기 보조 열원 바이패스관의 하류단에 이르기까지의 사이의 상기 출탕관의 용량에 의거하여 설정한 예열 필요량과, 상기 보조 열원기의 기동에 필요로 하는 시간에 의거하여 설정한 기동 필요량의 합계량보다도 많을 때는, 상기 바이패스 개폐밸브를 개방함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 폐쇄하여 상기 출탕관으로부터의 급탕온도가 소정의 목표급탕온도가 되도록, 상기 혼합비 변경부에 의해 상기 혼합비를 조절하는 혼합온도조절제어를 실행하고,
   상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 합계량 이하로 되었을 때에, 상기 바이패스 개폐밸브와 보조 열원 개폐밸브를 아울러 개방하여 상기 혼합온도조절제어를 계속하며,
   상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량이 상기 기동 필요량 이하로 되었을 때에, 상기 바이패스 개폐밸브를 폐쇄함과 아울러 상기 보조 열원 개폐밸브를 개방하여 상기 출탕관으로부터의 급탕온도가 상기 목표급탕온도가 되도록 상기 보조 열원기의 가열량을 조절하는 가열온도조절제어로 전환하는 급탕 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 저탕 탱크 내의 다른 수위에 있어서의 탕수의 온도를 검출하는 복수의 저탕온도센서를 구비하고,
   상기 탱크 열량 산출부는 상기 복수의 저탕온도센서의 검출온도에 의거하여 상기 저탕 탱크 내의 탕수의 열량을 산출하는 것을 특징으로 하는 저탕식 급탕장치.

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