KR101613374B1

KR101613374B1 - 급탕장치

Info

Publication number: KR101613374B1
Application number: KR1020140173128A
Authority: KR
Inventors: 세이지 이마이
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-04-18
Also published as: JP2015113996A; JP6228828B2; KR20150067040A

Abstract

(과제) 탱크와 히트펌프를 구비하는 급탕장치에 있어서, 사용자의 편리성을 확보하면서, 시공성을 더욱 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
(해결수단) 본 명세서가 개시하는 급탕장치는 압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 구비하고 있으며, 응축기에 있어서의 냉매로부터의 방열에 의해 물을 가열하는 히트펌프와, 용량이 25리터 이하이며, 히트펌프에서 가열된 물을 저류하는 탱크와, 히트펌프의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고 있다. 상기 급탕장치에서는, 제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 압축기의 정지시간이 기준시간에 못 미치는 경우에, 회전수의 상승이 빠른 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키고, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우에, 회전수의 상승이 늦은 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시킨다.

Description

급탕장치{HOT WATER SUPPLY DEVICE}

본 명세서는 급탕장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에 압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 구비하고 있으며, 응축기에 있어서의 냉매로부터의 방열에 의해 물을 가열하는 히트펌프와, 용량이 300리터 이상이며, 히트펌프에서 가열된 물을 저류하는 탱크와, 히트펌프의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 급탕장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2013-204842호 공보

특허문헌 1의 급탕장치와 같이, 용량이 300리터를 넘는 대형의 탱크를 이용할 경우, 탱크의 물을 한번 비등하여 두면, 하루에 사용할 급탕량을 조달할 수 있다. 이로 인해, 히트펌프에 의한 탱크 물의 비등은 하루에 한번, 예를 들면 전력요금이 저렴한 심야시간대에 실행하면 좋다. 그러나, 이와 같은 대형의 탱크를 설치할 때에는 지진에 대한 내진 강도를 확보하기 위해서, 통상은 탱크를 콘크리트의 기초에 앵커 고정하여 지면에 설치한다. 이로 인해, 배관류의 지중으로의 매립이나, 기초가 되는 콘크리트의 타설, 앵커 고정 등의 작업이 필요하게 되어 설치작업에 다대한 노력을 필요로 하고 있다. 급탕장치의 시공성을 더욱 향상시키기 위해서는, 기초로의 앵커 고정을 하지 않아도 내진 강도를 확보 가능한 소형의 탱크를 이용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 용량이 25리터 이하의 소형 탱크를 이용하도록 하면, 만수시의 탱크의 중량은 그만큼 무겁게 되지 않기 때문에, 간소한 설치구조라도 충분한 내진 강도를 확보할 수 있다. 그러나, 용량이 25리터 이하의 소형 탱크를 이용할 경우, 수회의 급탕이 실행될 때마다 탱크가 탕수 소진하여 그때마다 탱크의 비등을 실행할 필요가 발생한다. 따라서, 소형의 탱크를 이용하는 경우에 있어서, 사용자의 편리성을 확보하기 위해서는, 탱크의 비등에 필요로 하는 시간을 가능한 한 단축하는 것이 매우 중요하게 된다.

본 명세서는 상기의 과제를 해결하는 기술을 제공한다. 본 명세서에서는 탱크와 히트펌프를 구비하는 급탕장치에 있어서, 사용자의 편리성을 확보하면서, 시공성을 더욱 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 급탕장치는 압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 구비하고 있으며, 응축기에 있어서의 냉매로부터의 방열에 의해 물을 가열하는 히트펌프와, 용량이 25리터 이하이며, 히트펌프에서 가열된 물을 저류하는 탱크와, 히트펌프의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고 있다. 상기 급탕장치에서는, 제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 압축기의 정지시간이 기준시간에 못 미치는 경우에, 회전수의 상승이 빠른 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키고, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우에, 회전수의 상승이 늦은 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시킨다.

상기의 급탕장치에서는 탱크의 용량이 25리터 이하이며, 만수시의 탱크의 중량이 비교적 가볍기 때문에, 간소한 설치구조라도 지진에 대한 내진성을 충분히 확보할 수 있다. 이로 인해, 상기의 급탕장치를 설치할 때에는, 대형의 탱크를 지면에 설치하는 경우에 필요한, 배관류의 지중으로의 매립, 기초가 되는 콘크리트의 타설, 앵커 고정 등의 작업이 불필요하게 된다. 상기의 급탕장치에 따르면, 시공성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기의 급탕장치에서는 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 압축기의 정지시간에 대응하여 압축기의 시동방식을 전환한다. 장시간에 걸쳐서 정지하고 있는 압축기를 시동할 경우, 냉동기유(冷凍機油)가 운전중보다도 점도가 높은 상태에서 냉매에 용해되어 있기 때문에, 압축기의 회전수를 시동시부터 높게 하면, 냉매만이 압축기에 흡입된다. 이때, 냉동기유는 배관 내에 체류하기 때문에, 압축기 내의 냉동기유가 부족하게 된다. 이로 인해, 종래는 정지한 상태의 압축기를 시동할 때에는 압축기의 회전수를 완만하게 상승시키고 있다. 그러나, 압축기의 운전을 정지시키고 나서 그만큼 시간이 경과되어 있지 않으면, 냉동기유의 점도가 높아져 있을 우려가 없기 때문에, 시동시에 압축기의 회전수를 신속하게 상승시켜도 윤활 불량등의 문제는 발생하지 않는다. 그래서, 상기의 급탕장치에서는 압축기의 정지시간이 기준시간에 못 미치는 경우에, 회전수의 상승이 빠른 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시킨다. 이에 따라, 히트펌프에 의한 물의 가열속도를 향상시켜서 탱크의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또, 상기의 급탕장치에서는 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우에, 회전수의 상승이 늦은 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시킨다. 이에 따라, 히트펌프의 압축기에 있어서 윤활 불량 등의 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있다.

상기의 급탕장치는 탱크의 중량이 건물의 벽에 의해서 지지되도록 구성할 수 있다.

일반적으로, 내압성능을 확보하기 위해서, 탱크는 갸름한 형상으로 되는 일이 많다. 이 경우, 만수시의 탱크의 무게중심은 높은 위치가 되기 때문에, 탱크를 지면에 설치할 경우, 탱크(또는 탱크를 수용하는 케이스)의 전도를 방지하기 위한 조치가 필요하게 된다. 상기의 급탕장치에 따르면, 탱크의 중량을 건물의 벽에 의해서 지지하므로, 탱크(또는 탱크를 수용하는 케이스)의 전도를 방지하기 위한 조치를 취할 필요가 없다. 급탕장치의 설치구조를 더욱 간소화할 수 있다.

상기의 급탕장치는 냉매의 온도를 검출하는 냉매온도검출수단을 더 구비하고 있으며, 제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 상한냉매온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키도록 구성할 수 있다.

히트펌프에 있어서는, 압축기의 정지시간이 길어도, 그동안에 냉매의 온도가 높게 유지되어 있으면, 냉동기유의 점도는 낮은 상태로 유지되어 압축기 내의 냉동기유가 부족할 우려는 없다고 생각할 수 있다. 이로 인해, 상기의 급탕장치에서는, 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 상한냉매온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 회전수의 상승이 빠른 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시킨다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 히트펌프에 의한 물의 가열속도를 향상시켜서 탱크의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

상기의 급탕장치는 제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 하한냉매온도를 하회할 경우에, 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시키도록 구성할 수 있다.

냉매의 온도가 저하되어 있는 경우에는, 냉동기유의 점도가 높아져 압축기로 냉동기유가 되돌아가기 어렵게 되어 있을 우려가 있다. 이로 인해, 상기의 급탕장치에서는, 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 하한냉매온도를 하회할 경우에, 회전수의 상승이 늦은 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시킨다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 히트펌프의 압축기에 있어서 윤활 불량 등의 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있다.

상기의 급탕장치는 외기온도를 검출하는 외기온도검출수단을 더 구비하고 있으며, 제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 외기온도검출수단에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키도록 구성할 수 있다.

하계 등의 외기온도가 높은 시기에 대해서는, 압축기의 정지시간이 길어도, 냉매가 온도의 높은 외기에 의해 즉석에서 가열되고, 용해되어 있는 냉동기유도 즉석에서 온도를 올려 점도가 저하된다. 이로 인해, 상기의 급탕장치에서는, 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 외기온도검출수단에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시킨다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 히트펌프에 의한 물의 가열속도를 향상시켜서 탱크의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

상기의 급탕장치는 연료의 연소에 의해서 물을 가열하는 보조열원기를 더 구비하도록 구성할 수 있다.

상기의 급탕장치에 따르면, 탱크가 탕수 소진하고 나서 탱크의 비등이 완료될 때까지의 사이에 사용자가 급탕을 실행하는 경우라도, 보조열원기를 이용하여 원하는 온도로 급탕을 실행할 수 있다. 또한, 상기의 급탕장치에서는, 탱크의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있으므로, 히트펌프에 비하여 에너지효율이 낮은 보조열원기를 병용하는 경우라도, 물의 가열에 있어서의 히트펌프의 이용 비율을 가능한 한 많게 하여 높은 에너지효율을 실현할 수 있다.

상기의 급탕장치는 탱크의 용량이 10리터 이상이 되도록 구성할 수 있다.

상기의 급탕장치에 따르면, 욕조로의 탕수공급이나 샤워 등을 제외하고, 일반적인 사용자가 세면이나 부엌에서 한번에 사용할 급탕량을 탱크로부터의 출탕으로 조달할 수 있다.

본 명세서가 개시하는 급탕장치에 따르면, 사용자의 편리성을 확보하면서, 시공성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예의 급탕장치(10)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2은 실시예의 급탕장치(10)에 있어서, 비등운전시에 컨트롤러(11)가 실행하는 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 실시예의 급탕장치(10)에 있어서, 히트펌프를 저속 시동한 경우의 압축기 회전수와 히트펌프 출구온도의 경시적인 변화를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예의 급탕장치(10)에 있어서, 히트펌프를 고속 시동한 경우의 압축기 회전수와 히트펌프 출구온도의 경시적인 변화를 나타내는 도면이다.

(실시예)

도 1에 나타내는 바와 같이, 급탕장치(10)는 탱크유닛(20)과, HP열원유닛 (40)과, 가스열원유닛(50)과, 컨트롤러(11)를 구비하고 있다.

HP열원유닛(40)은 압축기(41)와, 응축기(43)와, 팽창밸브(44)와, 증발기(45)를 구비하는 히트펌프(40a)를 구비하고 있다. 히트펌프(40a)에서는 압축기(41)의 토출측과, 응축기(43)의 냉매유로(43a)와, 팽창밸브(44)와, 증발기(45)와, 압축기 (41)의 흡입측이 냉매배관(46)에 의해서 순서대로 접속되어 있으며, 냉매가 상기 순서대로 순환한다. 냉매는 예를 들면 R744(C0₂냉매)라도 좋으며, R410A(HFC냉매)라도 좋다. 히트펌프(40a)에 있어서 압축기(41)를 구동하면, 압축기(41)에서 응축기 (43)로 기체상태의 고온 고압의 냉매가 송출된다. 응축기(43)로 유입된 냉매는 수류로(水流路, 43b)를 흐르는 물로의 방열에 의해 응축되어 액체상태로 되어 팽창밸브(44)로 송출된다. 팽창밸브(44)에서는 액체상태의 냉매는 단열 팽창되어 저온 저압으로 되어 증발기(45)로 송출된다. 증발기(45)로 유입된 냉매는 팬(45a)에 의해 송풍되는 외기로부터의 흡열에 의해 기화하여 기체상태로 되어 압축기(41)로 송출된다. 이와 같이, HP열원유닛(40)에서는 외기를 열원으로서 물을 가열할 수 있다. 증발기(45)와 압축기(41) 사이의 냉매배관(46)에는 냉매온도를 검출하는 냉매 서미스터(46a)가 설치되어 있다.

HP열원유닛(40)의 냉매배관(46)에는 응축기(43)와 팽창밸브(44)의 사이와, 팽창밸브(44)와 증발기(45)의 사이에 제상(除霜)경로(47)가 접속되어 있다. 제상경로(47)에는 제상밸브(47a)가 설치되어 있다. 히트펌프(40a)에 있어서는, 증발기 (45)의 표면에 서리가 부착되는 일이 있다. 이와 같은 경우에, 제상밸브(47a)를 열은 상태에서 압축기(41)를 구동하면, 응축기(43)에서 증발기(45)로 단열 팽창되어 있지 않은 비교적 고온의 냉매가 보내져서 증발기(45)의 표면에 부착된 서리를 용융시킬 수 있다.

응축기(43)의 수류로(43b)의 입구측에는 순환왕로접속경로(48)가 접속되어 있으며, 출구측에는 순환복로접속경로(49)가 접속되어 있다. 순환왕로접속경로(48)에는 순환펌프(42)와 입구측 서미스터(48a)가 설치되어 있다. 순환복로접속경로 (49)에는 출구측 서미스터(49a)가 설치되어 있다. 입구측 서미스터(48a)는 응축기 (43)의 수류로(43b)로 유입되는 물의 온도를 검출한다. 출구측 서미스터(49a)는 응축기(43)의 수류로(43b)로부터 유출되는 물의 온도를 검출한다.

탱크유닛(20)은 탱크(21)와 혼합기(24)를 구비하고 있다. 본 실시예의 탱크 (21)는 용량이 25리터인 소형의 탱크이다. 탱크(21)의 용량은 25리터 이하이면, 어떠한 용량이라도 좋다. 바람직하게는 탱크(21)의 용량은 10리터 이상이다. 탱크 (21)의 용량이 10리터 이상이면, 욕조로의 탕수공급이나 샤워 등을 제외하고, 일반적인 사용자가 세면이나 부엌에서 한번에 사용할 급탕량을 탱크(21)로부터의 출탕으로 조달할 수 있다.

탱크(21)의 바닥부에는 탱크(21)에 수돗물을 급수하는 급수경로(22)가 접속되어 있다. 급수경로(22)의 수돗물 입구(22a)의 근방에는 감압밸브(23)가 설치되어 있다. 감압밸브(23)는 급수경로(22)로의 급수압력을 조정한다. 급수경로(22)의 감압밸브(23)보다 하류측에는 혼합기(24)의 혼합급수경로(26)가 접속되어 있다. 혼합급수경로(26)에는 급수제어밸브(26a)와, 급수유량센서(26b)와, 급수 서미스터(26c)가 설치되어 있다. 급수제어밸브(26a)는 혼합급수경로(26)를 흐르는 수돗물의 유량을 조정한다. 급수유량센서(26b)와 급수 서미스터(26c)는 혼합급수경로(26)를 흐르는 수돗물의 유량 및 온도를 검출한다. 탱크(21) 내의 온수가 감압되거나, 급수제어밸브(26a)가 열리거나 하면, 감압밸브(23)의 하류측 압력이 저하된다. 감압밸브 (23)는 하류측 압력이 저하되면 열어서 그 압력을 소정의 압력조정값으로 유지하려고 한다. 이로 인해, 탱크(21) 내의 온수가 감압되거나, 혼합기(24)의 급수제어밸브(26a)가 열리거나 하면, 이들에 수돗물이 급수된다.

급수경로(22)에 있어서, 혼합급수경로(26)의 접속부보다도 하류측에는 배수경로(31)가 접속되어 있다. 배수경로(31)의 도중에는 배수밸브(32)가 설치되어 있다. 배수밸브(32)는 수동으로 개폐할 수 있다. 배수밸브(32)를 열면, 탱크(21) 내의 물이 배수경로(31)를 통해서 외부로 배수된다.

탱크(21)의 바닥부에는 순환왕로(33)의 일단이 접속되어 있으며, 탱크(21)의 상부에는 순환복로(34)의 일단이 접속되어 있다. 순환왕로(33)의 타단은 HP열원유닛(40)의 순환왕로접속경로(48)에 접속되어 있으며, 순환복로(34)의 타단은 순환복로접속경로(49)에 접속되어 있다. 순환왕로(33)에는 왕로 서미스터(36)가 설치되어 있다. 왕로 서미스터(36)는 탱크(21)에서 순환왕로(33)로 유출된 물의 온도를 검출한다. HP열원유닛(40)의 히트펌프(40a)를 구동하고, 또한 순환펌프(42)를 구동하면, 탱크(21)의 하부에서 순환왕로(33)로 물이 흡출되고, 이 물이 응축기(43)의 수류로(43b)를 흘러서 가열되어 순환복로(34)를 통해서 탱크(21)의 상부로 되돌려진다. 이와 같이 하여 탱크(21)의 물을 히트펌프(40a)에 의해서 비등할 수 있다.

탱크유닛(20)의 순환복로(34)의 도중에는 압력개방경로(38)가 접속되어 있으며, 압력개방경로(38)에는 릴리프밸브(38a)가 설치되어 있다. 릴리프밸브(38a)의 개방압력은 감압밸브(23)의 압력조정값보다도 조금 크게 설정되어 있다. 감압밸브 (23)의 압력조정이 불가능하게 된 경우에는, 릴리프밸브(38a)가 열리고, 탱크(21) 내의 압력이 내압 가능한 압력을 넘는 것을 방지한다. 탱크(21)의 상부에는 상부 서미스터(39)가 설치되어 있다. 상부 서미스터(39)는 탱크(21) 상부의 수온을 검출한다. 또한, 탱크유닛(20)에는 외기온도를 검출하는 외기온도 서미스터(35)도 설치되어 있다.

탱크(21)의 상부에는 혼합기(24)의 온수경로(25)가 접속되어 있다. 온수경로 (25)에는 온수제어밸브(25a)와, 온수유량센서(25b)와, 온수 서미스터(25c)가 설치되어 있다. 온수제어밸브(25a)는 탱크(21)에서 온수경로(25)로 흐르는 물의 유량을 조정한다. 온수유량센서(25b)는 탱크(21)에서 온수경로(25)로 흐르는 물의 유량을 검출한다. 온수 서미스터(25c)는 온수경로(25)를 흐르는 물의 온도를 검출한다. 온수경로(25)와 혼합급수경로(26)는 합류하여 제 1 혼합경로(27)에 접속되어 있다. 제 1 혼합경로(27)에는 제 1 혼합경로(27)를 흐르는 혼합수의 온도를 검출하는 혼합 서미스터(27a)가 설치되어 있다.

탱크유닛(20)은 제 1 급탕경로(29)를 구비하고 있다. 제 1 급탕경로(29)에는 급탕 서미스터(29a)가 설치되어 있다. 제 I 급탕경로(29)의 선단에는 급탕전(60)이 접속되어 있다. 급탕전(60)은 욕실, 세면소, 부엌 등에 배치되어 있다[도 1에서는 이들 복수의 급탕전(60)을 1개로 대표하고 있다]. 제 1 혼합경로(27)의 도중과 제 1 급탕경로(29)의 도중은 급탕바이패스경로(28)에 의해서 접속되어 있다. 급탕바이패스경로(28)에는 바이패스제어밸브(28a)가 설치되어 있다. 바이패스제어밸브(28a)를 열은 상태에서는 제 1 혼합경로(27)를 흐르는 혼합수가 급탕바이패스경로(28)로 흐르고, 바이패스제어밸브(28a)를 닫은 상태에서는 제 1 혼합경로(27)를 흐르는 혼합수가 후기하는 가스열원유닛(50)의 제 2 혼합경로(51)로 흐른다.

가스열원유닛(50)은 버너열교환기(52)와, 버너(53) 등을 구비하고 있다. 버너열교환기(52)에는 제 2 혼합경로(51)를 통하여 탱크유닛(20)의 제 1 혼합경로 (27)로부터의 혼합수가 유입된다. 제 2 혼합경로(51)에는 입수(入水) 서미스터 (51a)와 급탕유량센서(51b)와 수량서보(51c)가 설치되어 있다. 입수 서미스터(51a)와 급탕유량센서(51b)는 각각 제 2 혼합경로(51)를 흐르는 물의 온도 및 유량을 검출한다. 수량서보(51c)는 제 2 혼합경로(51)를 흐르는 물의 유량을 조정한다. 가스연소식의 버너(53)는 버너열교환기(52)를 가열한다. 버너열교환기(52)에서 가열된 물은 제 2 급탕경로(54)를 통하여 탱크유닛(20)의 제 1 급탕경로(29)로 유입된다. 제 2 급탕경로(54)에는 버너열교환기(52)의 출구 근방에, 보일러 서미스터(55)가 설치되어 있으며, 그 하류측에 출탕 서미스터(56)가 설치되어 있다. 제 2 혼합경로 (51)에 있어서의 수량서보(51c)의 하류측과, 제 2 급탕경로(54)의 보일러 서미스터 (55)와 출탕 서미스터(56)의 사이에는 열원기 바이패스경로(57)가 접속되어 있다. 제 2 혼합경로(51)와 열원기 바이패스경로(57)의 접속부에는 열원기 바이패스제어밸브(58)가 설치되어 있다. 열원기 바이패스제어밸브(58)의 개방도를 조정함으로써, 제 2 혼합경로(51)를 흐르는 물의 일부가 열원기 바이패스경로(57)로 흐르고, 그 물의 유량이 조정된다.

컨트롤러(11)는 CPU, ROM, RAM 등을 구비하고 있다. ROM에는 각종의 운전 프로그램이 격납되어 있다. RAM에는 컨트롤러(11)에 입력되는 각종 신호나, CPU가 처리를 실행하는 과정에서 생성되는 여러 가지의 데이터가 일시적으로 기억된다. 컨트롤러(11)에서는 CPU가 ROM이나 RAM에 기억된 정보에 의거하여 탱크유닛(20), HP열원유닛(40) 및 가스열원유닛(50)의 각종 기기에 대해서 구동신호를 출력한다. 또, 컨트롤러(11)에는 리모컨(13)이 접속되어 있다. 리모컨(13)에는 급탕장치(10)를 조작하기 위한 스위치(16), 급탕장치(10)의 동작상태를 표시하는 액정표시기 (17) 등이 설치되어 있으며, 리모컨(13)에서 설정된 정보가 컨트롤러(11)에 입력된다.

본 실시예의 급탕장치(10)에서는 탱크유닛(20)과 가스열원유닛(50)은 어느 것이나 모두 건물의 외벽에 지지되도록 설치된다. 특히, 본 실시예에서는 탱크(21)의 용량이 25리터이며, 만수시의 탱크(21)의 중량이 비교적 가볍기 때문에, 탱크 (21)의 중량을 건물의 벽으로 지지해도, 지진에 대한 내진성을 충분히 확보할 수 있다. 이와 같이 소형의 탱크(21)를 이용하면, 대형의 탱크를 지면에 설치할 경우에 필요한, 배관류의 지중으로의 매립이나, 기초가 되는 콘크리트의 타설, 앵커 고정 등의 작업이 불필요하게 된다.

이하에서는, 급탕장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.

(급탕운전)

급탕운전에서는 혼합기(24)에서 급탕설정온도로 조정된 혼합수를 급탕바이패스경로(28)를 통해서 급탕전(60)으로부터 급탕하는 제 1 급탕운전과, 혼합기(24)에서 급탕설정온도보다도 낮은 온도로 조정된 혼합수를 가스열원유닛(50)에서 가열하여 급탕전(60)으로부터 급탕하는 제 2 급탕운전의 어느 하나를 실행한다.

탱크(21)의 상부 서미스터(39)의 검출수온이 리모컨(13)에서 설정되어 있는 급탕설정온도보다도 높은 제 1 기준온도(예를 들면 급탕설정온도 +5℃) 이상인 경우에는, 제 1 급탕운전이 실행된다. 제 1 급탕운전에서는 컨트롤러(11)가 바이패스제어밸브(28a)를 개방상태로 하고, 수량서보(51c)를 전부 폐쇄상태로 한다. 컨트롤러(11)는 혼합 서미스터(27a)에서 검출되는 수온이 급탕설정온도가 되도록, 온수제어밸브(25a)의 개방도와 급수제어밸브(26a)의 개방도를 조정한다. 급탕설정온도로 조정된 혼합수는 제 l 혼합경로(27)를 흐른 후에, 급탕바이패스경로(28) 및 제 1 급탕경로(29)를 통해서 급탕전(60)으로부터 급탕된다.

한편, 상부 서미스터(39)의 검출수온이 제 1 기준온도 미만인 경우에는, 제 2 급탕운전이 실행된다. 제 2 급탕운전에서는 컨트롤러(11)가 바이패스제어밸브 (28a)를 전부 개방상태로 하고, 수량서보(51c)를 소정 개방도로 설정한다. 컨트롤러(11)는 혼합 서미스터(27a)에서 검출되는 수온이 급탕설정온도보다도 낮은 제 2 기준온도(예를 들면 급탕설정온도 -5℃)가 되도록, 온수제어밸브(25a)의 개방도와 급수제어밸브(26a)의 개방도를 조정한다. 제 2 기준온도로 조정된 혼합수는 제 1 혼합경로(27)를 흐르고, 가스열원유닛(50)의 제 2 혼합경로(51)를 흘러서 버너열교환기(52)로 유입되어 버너(53)에 의해 가열된다. 버너(53)의 가열능력은 버너열교환기(52)의 출구에 설치되어 있는 관체 서미스터(55)에서 검출되는 수온이 60℃이상이 되도록 제어된다. 이에 따라, 배관에 결로수가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 제 2 혼합경로(51)를 흐르는 혼합수의 일부가 열원기 바이패스경로(57)를 통해서 제 2 급탕경로(54)로 유입되고, 버너열교환기(52)로부터의 6O℃ 이상의 물과 열원기 바이패스경로(57)로부터의 제 2 기준온도의 물이 혼합되어 급탕설정온도의 물이 제 1 급탕경로(29)로 보내진다. 이와 같이 하여 급탕설정온도로 온도 조정된 물이 제 1 급탕경로(29)를 통해서 급탕전(60)으로부터 급탕된다. 이에 따라, 제 1 급탕운전중에 탱크(21)에 저탕하여 둔 온수를 다 소비한 경우라도, 급탕설정온도로 온도 조정된 온수를 계속해서 급탕할 수 있다.

(비등운전)

비등운전에서는 히트펌프(40a)에 의해서 탱크(21)의 물을 가열하여 고온의 온수로 하고, 상기 온수를 탱크(21)에 저탕한다. 이하에서는 도 2를 참조하면서, 급탕장치(10)가 실행하는 비등운전에 대해서 설명한다. 비등운전을 개시할 때에는 컨트롤러(11)는 도 2의 처리를 실행한다.

스텝 S2에서는, 컨트롤러(11)는 압축기(41)의 정지시간이 기준시간(예를 들면 10분 )을 하회하는지 아닌지를 판단한다. 압축기(41)의 정지시간이 기준시간에 못 미치는 경우(스텝 S2에서 YES인 경우), 증발기(45), 냉매배관(46) 내의 냉동기유의 점도가 높을 우려가 없으므로, 히트펌프(40a)를 고속 시동하기 위해서 처리는 스텝 S12로 진행된다. 압축기(41)의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우(스텝 S2에서 NO인 경우), 처리는 스텝 S4로 진행된다.

스텝 S4에서는, 컨트롤러(11)는 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 상한냉매온도(예를 들면 4O℃)를 넘는지 아닌지를 판단한다. 냉매 서미스터 (46a)에서 검출되는 냉매온도는, 증발기(45)에서 압축기(41)로 보내지게 되는 냉매의 온도이다. 상기 냉매의 온도가 어느 정도 높은 경우에는, 냉동기유의 점도는 상승하고 있지 않고, 압축기(41)를 고속으로 회전시켜도 문제는 발생하지 않는다고 생각할 수 있다. 이로 인해, 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 상한냉매온도를 넘는 경우(스텝 S4에서 YES인 경우)에는, 히트펌프(40a)를 고속 시동하기 위해서 처리는 스텝 S12로 진행된다. 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 상한냉매온도 이하인 경우(스텝 S4에서 NO인 경우), 처리는 스텝 S6으로 진행된다.

스텝 S6에서는, 컨트롤러(11)는 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 하한냉매온도(예를 들면 2O℃)를 하회하는지 아닌지를 판단한다. 증발기(45)에서 압축기(41)로 보내지게 되는 냉매의 온도가 어느 정도 낮은 경우에는, 냉동기유의 점도가 높고, 히트펌프(40a)를 고속 시동하면 증발기(45), 냉매배관(46) 내에 냉동기유가 체류하여 압축기(41)로 되돌아가는 냉동기유가 부족할 우려가 있다. 이로 인해, 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 하한냉매온도를 하회할 경우(스텝 S6에서 YES인 경우)에는, 히트펌프(40a)를 저속 시동하기 위해서, 처리는 스텝 S10으로 진행된다. 냉매 서미스터(46a)에서 검출되는 냉매온도가 하한냉매온도 이상인 경우(스텝 S6에서 NO인 경우), 처리는 스텝 S8로 진행된다.

스텝 S8에서는, 컨트롤러(11)는 외기온도 서미스터(35)에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도(예를 들면 30℃)를 넘는지 아닌지를 판단한다. 하계 등의 외기온도가 높은 시기에 있어서는, 장시간에 걸쳐서 압축기(41)를 정지시키고 있어도, 냉매온도가 하한냉매온도 이상이면, 냉매가 온도가 높은 외기에 의해 즉석에서 가열되고, 용해되어 있는 냉동기유도 즉석에서 온도를 올려서 점도가 저하되기 때문에, 압축기(41)를 고속으로 회전시켜도 문제는 발생하지 않는다고 생각할 수 있다. 이로 인해, 외기온도 서미스터(35)에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도를 넘는 경우(스텝 S8에서 YES인 경우)에는, 히트펌프(40a)를 고속 시동하기 위해서, 처리는 스텝 S12로 진행된다. 외기온도 서미스터(35)에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도 이하인 경우(스텝 S8에서 NO인 경우), 히트펌프(40a)를 저속 시동하기 위해서, 처리는 스텝 S10으로 진행된다.

스텝 S10에서는, 컨트롤러(11)는 히트펌프(40a)를 저속 시동한다. 구체적으로는, 컨트롤러(11)는 압축기(41)의 회전수를 소정시간, 저회전수로 FF(피드포워드) 제어하고, 그 후에, 출구측 서미스터(49a)에서 검출되는 물의 온도가 비등목표온도에 가까워지도록, 압축기(41)의 회전수를 FB(피드백) 제어한다. 스텝 S10 다음에, 처리는 스텝 S14로 진행된다.

스텝 S12에서는, 컨트롤러(11)는 히트펌프(40a)를 고속 시동한다. 구체적으로는, 컨트롤러(11)는 압축기(41)의 회전수를 물의 비등목표온도에 대응하여 미리 설정된 회전수로 FF(피드포워드) 제어한다. 스텝 S12 다음에, 처리는 스텝 S14로 진행된다.

스텝 S14에서는, 컨트롤러(11)는 순환펌프(42)를 구동한다. 이에 따라, 탱크 (21)의 하부로부터 흡출된 물이 응축기(43)에서 가열되어 탱크(21)의 상부로 되돌려진다.

스텝 S16에서는, 컨트롤러(11)는 탱크(21)의 비등이 완료될 때까지 대기한다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(11)는 왕로 서미스터(36)에서 검출되는 온도가 비등목표온도가 되면, 탱크(21)의 비등이 완료된 것으로 판단한다. 탱크(21)의 비등이 완료되면(스텝 S16에서 YES가 되면), 처리는 스텝 S18로 진행된다.

스텝 S18에서는, 컨트롤러(11)는 순환펌프(42)를 정지한다. 또, 스텝 S20에서는, 컨트롤러(11)는 히트펌프(40a)를 정지한다. 스텝 S20의 처리를 실행한 후, 도 2의 처리는 종료된다.

도 3 및 도 4는 히트펌프(40a)를 저속 시동하는 경우와 고속 시동하는 경우의, 압축기(41)의 회전수(압축기 회전수)와, 히트펌프(40a)에서 탱크(21)로 되돌려지는 물의 온도(HP출구온도)의 경시적 변화를 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 히트펌프(40a)를 저속 시동할 경우, 압축기(41)의 회전수는 완만하게 상승하고, 히트펌프(40a)에서 탱크(21)로 되돌려지는 물의 온도도 비등목표온도로 완만하게 가까워져 간다. 이 경우, 냉동기유의 점도가 높은 경우라도, 압축기(41)에 있어서의 윤활불량을 방지하면서, 히트펌프(40a)를 시동할 수 있다. 이에 대해서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 히트펌프(40a)를 고속 시동할 경우, 압축기(41)의 회전수는 신속하게 상승하고, 히트펌프(40a)에서 탱크(21)로 되돌려지는 물의 온도도 비등목표온도로 신속하게 가까워져 간다. 이 경우, 탱크(21)의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

본 실시예의 급탕장치(10)에서는, 압축기(41)의 정지시간이 그만큼 길지 않은 경우에는, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동한다. 압축기(41)의 정지시간이 그만큼 길지 않은 경우, 냉동기유의 점도는 낮고, 압축기(41)의 회전수를 신속하게 상승시켜도, 냉동기유는 신속하게 압축기(41)로 되돌아가 윤활불량 등의 문제를 일으키는 일이 없다. 따라서, 이와 같은 경우에, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동함으로써, 탱크(21)의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

본 실시예의 급탕장치(10)에서는, 냉매온도가 상한냉매온도를 넘는 경우에, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동한다. 냉매온도가 높은 경우는, 냉동기유의 점도는 낮고, 압축기(41)의 회전수를 신속하게 상승시켜도, 윤활불량 등의 문제를 일으키는 일이 없다. 따라서, 이와 같은 경우에, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동함으로써, 탱크(21)의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 반대로, 본 실시예의 급탕장치(10)에서는, 냉매온도가 하한냉매온도를 하회할 경우에, 히트펌프(40a)를 저속으로 시동한다. 냉매온도가 낮은 경우는, 냉동기유의 점도가 높고, 압축기(41) 내로 냉동기유가 되돌아가기 어렵게 되어 있을 우려가 있다. 따라서, 이와 같은 경우에, 히트펌프(40a)를 저속으로 시동함으로써, 압축기(41)에 있어서 윤활불량 등의 문제를 일으키는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예의 급탕장치(10)에서는, 냉매온도가 하한냉매온도 이상이며, 또한 외기온도가 기준외기온도를 넘는 경우에, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동한다. 하계 등의 외기온도가 높은 시기에 대해서는, 냉동기유의 점도가 어느 정도 높아도, 온도가 높은 외기에 의해 냉매가 즉석에서 가열되어 점도가 저하되기 때문에, 압축기(41)가 윤활불량을 일으킬 우려는 없다고 생각할 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우에, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동함으로써, 탱크(21)의 비등에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다.

상기와 같이, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동하여 탱크(21)의 비등시간을 단축할 수 있는 것은, 본 실시예와 같이 탱크(21)가 소형인 경우에, 특히 유리한 효과가 있다. 탱크(21)가 소형인 경우, 수회의 급탕으로 탱크(21)가 탕수 소진되어, 그때마다 비등을 실행할 필요가 있다. 상기와 같이, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동하여 탱크(21)의 비등시간을 단축하는 것에 의해, 사용자의 편리성을 확보할 수 있다. 또, 본 실시예와 같이 가스열원유닛(50) 등의 보조열원기를 구비할 경우, 탱크(21)가 탕수 소진하고 나서 탱크(21)의 비등이 완료될 때까지의 사이도, 보조열원기를 이용하여 급탕을 실행할 수 있지만, 그 경우, 에너지효율이 저하된다. 상기와 같이, 히트펌프(40a)를 고속으로 시동하여 탱크(21)의 비등시간을 단축하는 것에 의해, 히트펌프(40a)에 비해서 에너지효율이 낮은 보조열원기를 병용할 경우라도, 물의 가열에 있어서의 히트펌프(40a)의 이용비율을 가능한 한 많게 하여 높은 에너지효율을 실현할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체적인 예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.

본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해서 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

10: 급탕장치 11: 컨트롤러
13: 리모컨 16: 스위치
17: 액정표시기 20: 탱크유닛
21: 탱크 22: 급수경로
22a: 수돗물 입구 23: 감압밸브
24: 혼합기 25: 온수경로
25a: 온수제어밸브 25b: 온수유량센서
25c: 온수 서미스터 26: 혼합급수경로
26a: 급수제어밸브 26b: 급수유량센서
26c: 급수 서미스터 27: 제 1 혼합경로
27a: 혼합 서미스터 28: 급탕바이패스경로
28a: 바이패스제어밸브 29: 제 1 급탕경로
29a: 급탕 서미스터 31: 배수경로
32: 배수밸브 33: 순환왕로
34: 순환복로 35: 외기온도 서미스터
36: 왕로 서미스터 38: 압력개방경로
38a: 릴리프밸브 39: 상부 서미스터
40: HP열원유닛 40a: 히트펌프
41: 압축기 42: 순환펌프
43: 응축기 43a: 냉매유로
43b: 수류로 44: 팽창밸브
45: 증발기 45a: 팬
46: 냉매배관 46a: 냉매 서미스터
47: 제상경로 47a: 제상밸브
48: 순환왕로접속경로 48a: 입구측 서미스터
49: 순환복로접속경로 49a: 출구측 서미스터
50: 가스열원유닛 51: 제 2 혼합경로
51a: 입수 서미스터 51b: 급탕유량센서
51c: 수량서보 52: 버너열교환기
53: 버너 54: 제 2 급탕경로
55: 보일러 서미스터 56: 출탕 서미스터
57: 열원기 바이패스경로 58: 열원기 바이패스제어밸브
60: 급탕전

Claims

압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 구비하고 있으며, 응축기에 있어서의 냉매로부터의 방열에 의해 물을 가열하는 히트펌프와,
용량이 25리터 이하이며, 히트펌프에서 가열된 물을 저류하는 탱크와,
히트펌프의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하는 급탕장치로서,
제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 압축기의 정지시간이 기준시간에 못 미치는 경우에, 회전수가 빠르게 상승하는 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키고, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우에, 회전수의 상승이 제 1 시동방식 보다 완만한 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시키는 것을 특징으로 하는 급탕장치.
청구항 1에 있어서,
탱크의 중량이 건물의 벽에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 급탕장치.
청구항 1에 있어서,
냉매의 온도를 검출하는 냉매온도검출수단을 더 구비하고 있으며,
제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 상한냉매온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키는 것을 특징으로 하는 급탕장치.
청구항 3에 있어서,
제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 냉매온도검출수단에서 검출되는 냉매의 온도가 하한냉매온도를 하회할 경우에, 제 2 시동방식으로 압축기를 시동시키는 것을 특징으로 하는 급탕장치.
청구항 1, 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
외기온도를 검출하는 외기온도검출수단을 더 구비하고 있으며,
제어장치가 히트펌프에 의한 물의 가열을 개시할 때에, 외기온도검출수단에서 검출되는 외기온도가 기준외기온도를 넘는 경우에, 압축기의 정지시간이 기준시간을 넘는 경우라도, 제 1 시동방식으로 압축기를 시동시키는 것을 특징으로 하는 급탕장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
탱크의 용량이 10리터 이상인 것을 특징으로 하는 급탕장치.