KR101721328B1 - 히트펌프 열원장치 - Google Patents

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KR101721328B1
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노부유키 아카기
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Abstract

(과제) 제상밸브로부터의 채터음의 발생을, 밸브 부품 비용의 증대 및 장치의 복잡화를 회피하여 방지한 히트펌프 열원장치를 제공한다.
(해결수단) 역압대처부(72)는 온도센서(35)에 의해 검출되는 응축기(23)에 있어서의 열매배관(20) 내의 열매의 온도(Tm1)가 온도센서(43)에 의해 검출되는 탱크순환로(41)에서 응축기(23)로 공급되는 물의 온도(Twin)보다도 소정온도 이상 높게 되어 있을 때에, 제상전자밸브(26)를 개방한다.

Description

히트펌프 열원장치{HEAT PUMP HEAT SOURCE DEVICE}
본 발명은 물 순환로를 유통하는 물을 히트펌프에 의해 가열하는 히트펌프 열원장치에 관한 것이다.
종래부터, 히트펌프를 이용한 열원장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 열원장치는 온수난방단말(바닥난방기, 온수온풍난방기 등)과 연통한 난방순환로를 유통하는 온수와 저탕탱크와 연통한 탱크순환로를 유통하는 물을 히트펌프에 의해 가열하는 구성으로 있다.
히트펌프는 증발기(외기-열매 열교환기), 압축기, 응축기(열매-물 열교환기) 및 팽창밸브를 열매배관에 의해 순차 접속하여 구성되고, 응축기에 의해, 열매배관을 유통하는 열매와 탱크순환로 및 난방순환로를 유통하는 물의 사이에서 열교환을 실행하여 물을 가열한다.
또, 증발기의 제상(除霜)을 실행하기 위해, 팽창밸브를 바이패스하는 바이패스로와 바이패스로를 개폐하는 제상밸브가 설치되어 있다. 제상밸브를 개방하여 압축기를 작동시킴으로써, 압축기로부터 송출되는 고온의 열매에 의해 증발기의 제상을 실행할 수 있다.
여기서, 제상밸브로서는 전자(電磁)밸브를 이용하는 것이 일반적이며, 전자밸브의 흡기측[상류측(응축기측)]과 배기측[하류측(증발기측)]의 포트 사이의 압력은 압축기가 작동하고 있을 때는 흡기측이 배기측보다도 높은 순압(順壓)의 상태로 되고, 압축기가 정지하고 있을 때에는 흡기측과 배기측의 압력이 동일한 평형상태로 된다.
그러나 열원장치의 운전상황에 따라서는 전자밸브의 흡기측의 압력이 배기측의 압력보다도 낮은 역압(逆壓)의 상태로 되는 경우가 있으며, 역압의 상태로 되면 제상밸브로부터 채터음(chatter sound)이 발생한다고 하는 문제점이 있다.
그래서, 이 채터음의 발생을 방지하기 위해, 열매배관에 역지밸브를 설치하는 구성(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이나, 전자(電磁)밸브는 아니고 전자(電子)팽창밸브(모터에 의해 밸브체를 개폐하는 팽창밸브)를 제상밸브에 이용한 구성(예를 들면, 특허문헌 3 참조)이 제안되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특개2013-181682호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개2007-051838호 공보 특허문헌 3: 일본국 특개2012-167860호 공보
제상밸브로부터의 채터음의 발생을 방지하기 위해, 상기 특허문헌 2, 3에 기재된 구성과 같이 역지밸브 혹은 전자팽창밸브를 이용한 경우에는 밸브 부품의 비용이 증대함과 아울러 장치의 구성도 복잡하게 된다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 배경에 감안하여 이루어진 것이며, 제상밸브로부터의 채터음의 발생을, 밸브 부품 비용의 증대 및 장치의 복잡화를 회피하여 방지한 히트펌프 열원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 히트펌프 열원장치는,
증발기와 압축기와 응축기와 팽창밸브를 열매배관에 의해 순차 접속하여 구성된 히트펌프와,
상기 팽창밸브를 바이패스하여 상기 열매배관의 상기 팽창밸브의 상류측과 하류측의 개소를 연통하는 팽창밸브 바이패스관과,
상기 팽창밸브 바이패스관을 개폐하는 전자밸브와,
상기 응축기에 있어서의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 응축 기 내 열매온도검출부와,
상기 응축기가 도중에 접속된 물 순환로와,
상기 물 순환로에 물을 유통시키는 순환펌프와,
상기 응축기로 유입되는 상기 물 순환로 내의 물의 온도를 검출하는 입수(入水)온도검출부와,
상기 전자밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 압축기와 상기 순환펌프를 작동시킴으로써, 상기 응축기에 있어서 상기 물 순환로를 유통하는 물과 상기 열매배관을 유통하는 열매의 사이에서 열교환을 실행하여 상기 물 순환로를 유통하는 물을 가열하는 물 가열운전과, 상기 전자밸브를 개방한 상태에서 상기 압축기를 작동시킴으로써, 상기 증발기의 제상을 실행하는 제상운전을 실행하는 운전제어부와,
상기 전자밸브가 폐쇄상태이며, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도가 상기 입수온도검출부의 검출온도보다도 소정온도 이상 높게 되어 있을 때에, 상기 전자밸브를 개방하는 역압대처부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 본 발명에 있어서, 상기 전자밸브가 폐쇄상태이며, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도(상기 응축기에 있어서의 상기 열매배관 내의 열매의 온도)가 상기 입수온도검출부의 검출온도(상기 응축기로 유입되는 상기 물 순환로 내의 물의 온도)보다도 상기 소정온도 이상 높게 되어 있을 때에는, 상기 응축기에 있어서 상기 열매배관 내의 열매가 상기 물 순환로 내의 물과의 열교환에 의해 냉각되어 상기 전자밸브의 상류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력이 저하된다. 그리고 이 경우에는 상기 전자밸브의 상류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력이 상기 전자밸브의 하류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력보다도 낮아지기 때문에, 상기 전자밸브에 역압이 걸리는 상태로 되어 상기 전자밸브로부터 채터음이 발생할 우려가 있다.
그래서, 상기 역압대처부는 상기 전자밸브가 폐쇄상태이며, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도가 상기 입수온도검출부의 검출온도보다도 소정온도 이상 높을 때에, 상기 전자밸브를 개방한다. 이에 따라, 폐쇄상태에서 상기 전자밸브에 역압이 걸리는 것을 회피하여 역압에 의해 상기 전자밸브에 채터음이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 본 발명의 구성에 따르면, 상술한 특허문헌 2, 3에 기재된 구성과 같이, 역지밸브나 전자팽창밸브 등의 밸브 부품을 사용할 필요가 없기 때문에, 이들의 밸브 부품을 사용하는 것에 의한 부품 비용의 상승이나 구성의 복잡화를 회피하여 상기 전자밸브에 채터음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방했을 때부터 소정시간이 경과되었을 때에 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 상기 전자밸브를 개방했을 때부터의 상기 소정시간의 경과에 의해, 상기 전자밸브의 상류측과 하류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력이 균형을 이루어 상기 전자밸브에 역압이 걸리는 상태가 해소되었다고 상정되는 시점에, 상기 전자밸브를 폐쇄상태로 복귀시킬 수 있다.
또, 상기 전자밸브의 출구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 출구측 열매온도검출부와,
상기 전자밸브의 입구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 입구측 열매온도검출부를 구비하고,
상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방했을 때부터 상기 소정시간이 경과되기 전에 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 온도차 한계값 이내로 되었을 때에는, 당해 온도차가 당해 온도차 한계값 이내로 된 시점에서 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 상기 소정시간이 경과되기 전에 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 온도차 한계값 이내로 되어 상기 전자밸브의 상류측과 하류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력차가 감소했다고 판단할 수 있는 상태로 되었을 때에, 상기 전자밸브를 신속하게 폐쇄상태로 복귀시킬 수 있다. 또, 상기 출구측 열매온도검출부 또는 상기 입구측 열매온도검출부의 문제점에 의해, 정확한 온도를 검출할 수 없게 되었을 때에는, 상기 소정시간의 경과에 의해서 상기 전자밸브를 확실하게 폐쇄상태로 복귀시킬 수 있다.
또, 상기 전자밸브의 출구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 출구측 열매온도검출부와,
상기 전자밸브의 입구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 입구측 열매온도검출부를 구비하고,
상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방한 후, 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 온도차가 소정의 제 1 온도차 한계값 이내로 되고, 또한, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입수온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 제 2 온도차 한계값 이내로 되었을 때에, 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 상기 전자밸브를 개방한 후, 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 온도차가 소정의 제 1 온도차 한계값 이내로 되고, 또한, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입수온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 제 2 온도차 한계값 이내로 되어 상기 전자밸브의 상류측과 하류측의 상기 열매배관 내의 열매의 압력이 균형을 이루고, 이 이상 상기 전자밸브에 역압이 걸리는 일이 없어졌다고 판단할 수 있는 상태로 되었을 때에, 상기 전자밸브를 신속하게 폐쇄상태로 복귀시킬 수 있다.
또, 상기 운전제어부는 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도 및 상기 입수온도검출부의 검출온도에 의거하여 상기 물 가열운전을 실행하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 상기 물 가열운전을 실행할 때에 사용되는 온도검출부를 유용(流用)하여 상기 역압대처부에 의한 상기 전자밸브의 개방조건의 성공 여부를 판단할 수 있다. 그로 인해, 상기 전자밸브의 개방조건의 성공 여부를 판단하기 위해서 새로운 온도검출부를 추가할 필요가 없다.
도 1은 히트펌프 열원장치의 구성도.
도 2는 제상전자밸브에 역압이 걸리는 상황의 설명도.
도 3은 비등운전개시시의 종래 및 본 실시형태의 히트펌프 열원장치의 타이밍차트.
도 4는 역압대처부에 의한 제상전자밸브의 개방처리의 흐름도.
도 5는 역압대처부에 의한 제상전자밸브의 폐쇄처리의 흐름도.
본 발명의 실시형태에 대해서 도 1∼도 5를 참조하여 설명한다. 도 1을 참조하여 본 실시형태의 히트펌프 열원장치(1)는 히트펌프 열원장치(1)의 전체적인 작동을 제어하는 컨트롤러(5), 히트펌프(10), 탱크순환로(41)에 설치된 탱크순환펌프 (42) 및 난방순환로(51)에 설치된 난방순환펌프(52)를 구비하고 있다.
여기서, 탱크순환로(41)와 난방순환로(51)는 본 발명의 물 순환로에 상당하며, 탱크순환펌프(42)와 난방순환펌프(52)는 본 발명의 순환펌프에 상당한다.
컨트롤러(5)는 도시하지 않는 CPU, 메모리 등에 의해 구성된 전자회로유닛이며, 메모리에 보관 유지된 히트펌프 열원장치(1)의 제어용 프로그램을 CPU에서 실행함으로써, 운전제어부(71) 및 역압대처부(72)로서 기능한다. 운전제어부(71) 및 역압대처부(72)의 동작에 대해서는 후술한다. 또, 컨트롤러(5)에는 사용자가 히트펌프 열원장치(l)를 원격 조작하기 위한 리모컨(6)이 접속되어 있다.
히트펌프(10)는 증발기(21, 외기-열매 열교환기), 압축기(22), 응축기(23, 열매-물 열교환기) 및 팽창밸브(24)를 열매배관(20)에 의해 순차 접속하여 구성되어 있다.
증발기(21)는 팬(28)의 작동에 의해 공급되는 공기(외기)와 열매배관(20) 내를 유통하는 열매[수소불화탄소(HFC) 등의 대체 프레온, 이산화탄소 등]의 사이에 서 열교환을 실행한다. 압축기(22)는 증발기(21)로부터 송출된 열매를 압축해서 고압ㆍ고온으로 하여 응축기(23)로 송출한다. 팽창밸브(24)는 압축기(22)에 의해 가압된 열매의 압력을 개방한다. 팽창밸브(24)는 스테핑모터(Stepping motor)에 의해 개방도가 변경되는 전자팽창밸브이다.
팽창밸브(24)를 바이패스하여 열매배관(20)의 팽창밸브(24)가 설치된 개소의 상류측과 하류측을 연통하는 팽창밸브 바이패스관(25)에는 제상전자밸브(26, 본 발명의 전자밸브에 상당한다)가 설치되어 있다. 제상전자밸브(26)는 증발기(21)의 제상을 실행하기 위한 것이며, 구동코일(도시생략)에 통전되어 있을 때는 개방상태로 되고, 구동코일로의 통전이 차단되어 있을 때는 폐쇄상태로 된다.
운전제어부(71)는 제상전자밸브(26)를 개방상태로 하여 압축기(22) 및 팬 (28)을 작동시킴으로써, 압축기(22)로부터 송출되는 고압ㆍ고온의 열매를 팽창밸브 바이패스관(25)을 통하여 증발기(21)에 유통시켜서 증발기(21)를 제상하는 제상운전을 실행한다.
열매배관(20)의 압축기(22)가 설치된 개소의 상류측 및 하류측과, 열매배관 (20)의 팽창밸브(24)가 설치된 개소의 상류측 및 하류측에, 열매배관(20) 내를 유통하는 열매의 온도를 검출하는 열매온도센서(30, 31, 32, 33)가 각각 설치되어 있다.
응축기(23)에는 응축기(23) 내를 유통하는 열매의 중간온도[응축기(23) 내의 열매배관(20)의 중간개소에 있어서의 열매의 온도]를 검출하는 열매온도센서(35, 본 발명의 응축기 내 열매온도검출부에 상당한다)가 설치되어 있다. 또, 증발기 (21)의 부근에는 팬(28)의 작동에 의해 증발기(21)로 향하여 흡입되는 공기의 온도를 검출하는 공기온도센서(34)가 설치되어 있다.
응축기(23)는 탱크순환로(41)와 접속되고, 압축기(22)에 의해 고압ㆍ고온으로 된 열매와, 탱크순환로(41)를 유통하는 물의 열교환에 의해, 탱크순환로(41)를 유통하는 물을 가열한다. 운전제어부(71)는 탱크순환펌프(42)를 작동시킨 상태에서 히트펌프(10)를 작동시킴으로서 저탕탱크(40) 내의 물을 가열하는 비등운전(본 발명의 물 가열운전에 상당한다)을 실행한다.
비등운전에 있어서, 저탕탱크(40) 내의 하부에 저류된 물은 탱크순환펌프 (42)에 의해 탱크순환로(41)로 유도되고, 응축기(23)에서 가열되어 저탕탱크(40)의 상부로 되돌려진다. 탱크순환로(41)의 응축기(23)가 설치된 개소의 상류측 및 하류 측에는 탱크순환로(41)를 유통하는 물의 온도를 검출하는 온도센서(43, 본 발명의 입수온도검출부에 상당한다) 및 온도센서(44)가 설치되어 있다. 저탕탱크(40) 내의 탕수는 급탕관(46)으로부터 출탕(出湯)되고, 출탕에 대응하여 급수관(45)에서 저탕탱크(40)로 물이 공급된다.
또, 응축기(23)는 난방순환로(51)와도 접속되고, 압축기(22)에 의해 고압ㆍ고온으로 된 열매와, 난방순환로(51)를 유통하는 온수의 열교환에 의해, 난방순환로(51) 내를 유통하는 온수를 가열한다. 운전제어부(71)는 난방순환펌프(52)를 순환시킨 상태에서 히트펌프(10)를 작동시킴으로써, 응축기(23)에서 가열된 온수를 난방순환로(51)를 통하여 온수난방단말(50)에 공급하는 난방운전(본 발명의 물 가열운전에 상당한다)을 실행한다.
난방순환로(51)의 응축기(23)가 설치된 개소의 상류측 및 하류측에는 난방순환로(51)를 유통하는 물의 온도를 검출하는 온도센서(53) 및 온도센서(54, 본 발명의 입수온도검출부에 상당한다)가 설치되어 있다.
히트펌프(10)에 설치된 온도센서(30∼35)와, 탱크순환로(41)에 설치된 온도센서(43, 44)와, 난방순환로(51)에 설치된 온도센서(53, 54)의 온도검출신호는 컨트롤러(5)에 입력된다. 또, 컨트롤러(5)로부터 출력되는 제어신호에 의해서, 압축기(22), 제상전자밸브(26), 팬(28), 탱크순환펌프(42) 및 난방순환펌프(52)의 작동이 제어된다.
도 1은 비등운전을 실행하고 있는 상태를 나타내고 있으며, 제상전자밸브 (26)가 폐쇄상태로 되어 압축기(22), 팬(28) 및 탱크순환펌프(42)가 작동상태(ON 상태)로 되어 있다. 이 경우는, 압축기(22)의 작동에 의해, 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관(20) 내가 고압으로 되고, 하류측의 열매배관(20) 내가 저압으로 되어 제상전자밸브(26)는 순압(흡기측의 포트의 압력이 배기측의 포트의 압력보다도 높은 상태)이 걸린 상태로 된다.
그것에 대해서, 도 2는 도 3의 (a)에 나타낸 종래의 사양(仕樣)에 의한 타이밍차트에 따라서, 히트펌프(10)가 작동을 정지하여 팬(28) 및 압축기(22)가 정지상태에 있을 때에 탱크순환펌프(42)를 작동시킨 경우를 나타내고 있다.
도 3의 (a)의 타이밍차트에서는 tlO에서 탱크순환펌프(42)의 작동을 개시(선행운전)함과 아울러, 팽창밸브(24)의 0점 검출(초기위치의 검출)을 실행하며, t11에서 탱크순환펌프(42)를 통상제어로 하여 팽창밸브(24)를 초기 개방도로 하는 사양으로 되어 있다. 또, t12에서 팬 모터의 작동이 개시되고, t13에서 압축기(22)의 작동이 개시되고 있다.
도 3의 (a)의 타이밍차트에 의한 경우에는 t10∼t13의 기간에 있어서, 압축기 (22)가 정지한 상태에서 탱크순환펌프(42)가 작동한 상태로 되어 있다. 그리고 이 상태에서는 응축기(23)에 있어서, 탱크순환로(41)를 유통하는 물에 의해 열매배관 (20) 내의 열매가 냉각되기 때문에 열매배관(20)의 압축기(22)에서 제상전자밸브 (26) 및 팽창밸브(24)까지의 구간의 압력이 저하된다. 그 결과, 제상전자밸브(26)는 흡기포트측(상류측)의 압력이 배기포트측(하류측)보다도 낮아진 역압의 상태로 되어 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생한다.
그래서, 이와 같은 채터음의 발생을 방지하기 위해, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)에 역압이 가해지는 상황으로 되었을 때에, 제상전자밸브(26)를 개방하여 채터음의 발생을 방지하는 처리를 실행한다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 나타낸 타이밍차트에 대해서, 역압대처부(72)에 의해 제상전자밸브(26)를 개폐하는 처리가 실행된 경우의 타이밍차트이다. 도 3의 (b)의 타이밍차트에 있어서, 역압대처부(72)는 탱크순환펌프(42)의 선행운전에 의해 응축기(23)에서 열매가 냉각되어 제상전자밸브(26)에 역압이 가해지는 상황으로 된 t21에서 제상전자밸브(26)를 개방함으로써, 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생하는 것을 방지하고 있다.
그리고 제상전자밸브(26)의 개방에 의해, 제상전자밸브(26)의 상류측과 하류측의 열매배관(20) 내의 압력이 균형을 이루어 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 채터음이 발생할 우려가 없어진 t24에서 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)를 폐쇄하고 있다.
다음에, 도 4에 나타낸 흐름도에 따라서, 도 3의 (b)에 나타낸 역압대처부 (72)에 의한 제상전자밸브(26)의 개방처리의 실행순서에 대해서 설명한다.
도 4의 STEP1∼STEP3은 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생할 우려가 없는 경우를 제외하기 위한 판단처리이다. STEP1에서, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)가 개방상태인지 아닌지를 판단한다. 그리고 제상전자밸브(26)가 개방상태일 때는 채터음이 발생하지 않기 때문에 STEP1로 되돌아가고, 제상전자밸브(26)가 폐쇄상태일 때에는 STEP2로 진행한다.
STEP2에서, 역압대처부(72)는 압축기(22)가 운전중인지 아닌지를 판단한다. 여기서, 압축기(22)가 운전중일 때는 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 높은 순압의 상태로 되기 때문에, 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생하는 일은 없다. 그래서, 압축기(22)가 운전중일 때는 STEP1로 되돌아가고, 압축기 (22)가 운전중이 아닐 때에는 STEP3으로 진행한다.
STEP3에서, 역압대처부(72)는 온도센서(32, 본 발명의 입구측 열매온도검출부에 상당한다)에 의해 검출되는 제상전자밸브(26)의 입구측(상류측)의 열매배관 (20) 내의 열매의 온도[제상전자밸브 입구 온도, Tm2]가 온도센서(33, 본 발명의 출구측 열매온도검출부에 상당한다)에 의해 검출되는 제상전자밸브(26)의 출구측(하류측)의 열매배관(20) 내의 열매의 온도[제상전자밸브 출구 온도, Tm3+2℃] 이상인지(Tm2≥Tm3+2℃) 아닌지를 판단한다.
여기서, Tm2≥Tm3+2℃일 때는 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도가 제상전자밸브(26)의 하류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도보다도 높게 되어 있는 것으로부터, 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관(20) 내의 압력이 하류측의 열매배관(20) 내보다도 높은 상태라고 추인(推認)된다. 그리고 이 경우도 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 높은 순압의 상태로 되기 때문에, 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생하는 일은 없다.
그래서, Tm2≥Tm3+2℃일 때는 STEP1로 되돌아가고, Tm2≥Tm3+2℃가 아닐 때에는 STEP4로 진행한다.
STEP4, STEP5는 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관 내의 압력이 하류측보다도 낮은 역압의 상태로 되어 있는 것을 판단하는 처리이다.
STEP4는, 운전제어부(71)에 의해서 비등운전이 개시되었을 때에 대응하기 위한 판단처리이다. 역압대처부(72)는 온도센서(35)에 의해 검출되는 응축기(23) 내의 열매의 온도(응축기 내 열매온도, Tml)가 온도센서(43)에 의해 검출되는 탱크순환로(41)에서 응축기(23)로 유입되는 물의 온도(급탕입수온도, Twin)보다도 10℃ 이상 높은지(Tm1-Twin≥10℃) 아닌지를 판단한다.
그리고 Tm1-Twin≥10℃일 때는 응축기(23)에 있어서, 열매배관(20) 내의 열매가 탱크순환로(41) 내를 유통하는 물에 의해 냉각되기 때문에, 제상전자밸브(26)의 상류측[압축기(22)에서 제상전자밸브(26)까지의 사이]의 열매배관(20) 및 팽창밸브 바이패스관(25) 내의 열매의 압력이 저하된다. 그 결과, 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 낮은 역압의 상태로 되어 역압이 더욱 높아지면 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생할 수 있는 상황으로 되어 있다.
그래서, Tm1-Twin≥10℃일 때는 STEP4에서 STEP10으로 분기하고, 역압대처부 (72)는 제상전자밸브(26)를 개방하여 채터음의 발생을 방지한다. 한편, Tm1-Twin≥10℃가 아닐 때에는 STEP5로 진행한다.
STEP5는, 운전제어부(71)에 의해서 난방운전이 개시되었을 때에 대응하기 위한 판단처리이다. 역압대처부(72)는 온도센서(35)에 의해 검출되는 응축기(23) 내의 열매의 온도(응축기 내 열매온도, Tm1)가 온도센서(54)에 의해 검출되는 난방순환로(51)에서 응축기(23)로 공급되는 물의 온도(난방입수온도, Thin)보다도 10℃ 이상 높은지(Tm1-Thin≥10℃) 아닌지를 판단한다.
그리고 Tm1-Thin≥10℃일 때는 응축기(23)에 있어서, 열매배관(20) 내의 열매가 난방순환로(51) 내를 유통하는 물에 의해 냉각되기 때문에, 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관(20) 및 팽창밸브 바이패스관(25) 내의 열매의 압력이 저하된다. 그 결과, 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 낮은 역압의 상태로 되어 역압이 더욱 높아지면 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생할 수 있는 상황으로 되어 있다.
그래서, Tm1-Thin≥10℃일 때는 STEP5에서 STEP10으로 분기하고, 역압대처부 (72)는 제상전자밸브(26)를 개방하여 채터음의 발생을 방지한다. 한편, Tm1-Thin≥10℃가 아닐 때에는 STEP1로 되돌아간다.
다음에, 도 5에 나타낸 흐름도에 따라서, 도 3의 (b)에 나타낸 역압대처부 (72)에 의한 제상전자밸브(26)의 폐쇄처리의 실행순서에 대해서 설명한다.
도 5의 STEP20, STEP21은, 제상전자밸브(26)를 폐쇄할 필요가 없는 경우를 배제하기 위한 판단처리이다. STEP20에서, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)가 폐쇄상태인지 아닌지를 판단한다. 그리고 제상전자밸브(26)가 이미 폐쇄상태일 때는 STEP20으로 되돌아가고, 제상전자밸브(26)가 개방상태일 때에는 STEP21로 진행한다.
STEP21에서, 역압대처부(72)는 제상운전중인지 아닌지를 판단한다. 그리고 제상운전중일 때는 운전제어부(71)에 의해 제상전자밸브(26)가 개방상태로 유지되기 때문에, STEP20으로 되돌아간다. 한편, 제상운전중이 아닐 때에는 STEP22로 진행한다.
STEP22에서, 역압대처부(72)는 압축기(22)가 운전중인지 아닌지를 판단한다. 여기서, 압축기(22)가 운전중일 때는 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 높은 순압의 상태로 되기 때문에, 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 제상전자밸브(26)로부터 채터음이 발생하는 일은 없다. 그래서, 압축기(22)가 운전중일 때는 STEP30으로 분기하고, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)를 폐쇄한다. 한편, 압축기(22)가 운전중이 아닐 때에는 STEP23으로 진행한다.
STEP23에서, 역압대처부(72)는 온도센서(32)에 의해 검출되는 제상전자밸브 (26) 상류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도[제상전자밸브 입구 온도, Tm2]가 온도센서(33)에 의해 검출되는 제상전자밸브(26)의 하류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도[제상전자밸브 출구 온도, Tm3+2℃] 이상인지(Tm2≥Tm3+2℃) 아닌지를 판단한다.
여기서, Tm2≥Tm3+2℃일 때에는 제상전자밸브(26)의 상류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도가 제상전자밸브(26)의 하류측의 열매배관(20) 내의 열매의 온도보다도 높기 때문에, 제상전자밸브(26)의 상류측의 압력이 하류측보다도 높은 순압의 상태로 되어 있다고 추인된다. 그로 인해, 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 채터음이 발생할 우려가 없다.
그래서, 역압대처부(72)는 STEP30으로 분기하여 제상전자밸브(26)를 폐쇄한다. 한편, Tm2≥Tm3+2℃가 아닐 때에는 STEP24로 진행한다.
STEP24에서, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)의 개방시부터 10분(본 발명의 소정시간에 상당한다)이 경과되고 있는지 아닌지를 판단한다. 여기서, 제상전자밸브(26)의 개방시부터 10분이 경과되어 있을 때는, 제상전자밸브(26)의 상류측과 하류측의 열매의 압력이 균형화되어 제상전자밸브(26)에 역압이 걸리는 상황이 해소되어 있다고 판단할 수 있다.
그래서, STEP30으로 분기하고, 역압대처부(72)는 제상전자밸브(26)를 폐쇄한다. 한편, 제상전자밸브(26)의 개방시부터 10분이 경과되어 있지 않을 때에는 STEP25로 진행한다.
STEP25에서, 역압대처부(72)는 온도센서(32)에 의해 검출되는 제상전자밸브 (26)의 상류측의 열매의 온도[제상전자밸브 입구 온도, Tm2]와 온도센서(33)에 의해 검출되는 제상전자밸브(26)의 하류측의 열매의 온도[제상전자밸브 출구 온도, Tm3]의 온도차(｜Tm2-Tm3｜)가 2℃(본 발명의 제 1 온도차 한계값에 상당한다) 이하인지(｜Tm2-Tm3｜≤2℃) 아닌지를 판단한다.
여기서, ｜Tm2-Tm3｜≤2℃일 때는 제상전자밸브(26)의 상류측과 하류측의 열매의 온도차가 미소하기 때문에, 제상전자밸브(26)의 상류측과 하류측의 열매의 압력차가 적어 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 제상전자밸브(26)에 역압이 걸리는 상태로 될 가능성이 낮다.
그래서, 이 경우는 STEP26으로 진행하고, 역압대처부(72)는 제상전자밸브 (26)의 폐쇄에 대한 새로운 판정조건의 성공 여부를 판단한다. 한편, ｜Tm2-Tm3｜≤2℃가 아닐 때에는 STEP20으로 되돌아간다.
STEP26은 비등운전의 실행시에 대응한 판단처리이며, 역압대처부(72)는 온도센서(35)에 의해 검출되는 응축기(23)에서의 열매의 온도(Tml)와 온도센서(43)에 의해 검출되는 탱크순환로(41)에서 응축기(23)로 공급되는 물의 온도(Twin)의 차이(｜Tm1-Twin｜)가 5℃(본 발명의 제 2 온도차 한계값에 상당한다) 이하인지(｜Tm1-Twin｜≤5℃) 아닌지를 판단한다.
｜Tm1-Twin｜≤5℃일 때는, 응축기(23)에 있어서의 열매배관(20) 내의 열매와 탱크순환로(41) 내의 물의 온도차가 미소하여 응축기(23) 내에서 탱크순환로 (41)를 유통하는 물에 의해서 열매배관(20) 내의 열매가 냉각되지 않는다. 그로 인해, 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 제상전자밸브(26)에 현재 상태 이상의 역압이 걸리지 않는 상태로 되어 있다.
그래서, STEP26에서 STEP30으로 분기하고, 역압대처부(72)는 제상전자밸브 (26)를 폐쇄한다. 한편, ｜Tm1-Twin｜≤5℃가 아닐 때에는 STEP27로 진행한다.
STEP27은 난방운전의 실행시에 대응한 판단처리이며, 역압대처부(72)는 온도센서(35)에 의해 검출되는 응축기(23)에서의 열매배관(20) 내의 열매의 온도(응축기 내 열매온도, Tml)와 온도센서(54)에 의해 검출되는 난방순환로(51)에서 응축기 (23)로 공급되는 물의 온도(난방입수온도, Thin)의 온도차(｜Tm1-Thin｜)가 5℃(본 발명의 제 2 온도차 한계값에 상당한다) 이하인지(｜Tm1-Thin｜≤5℃) 아닌지를 판단한다.
｜Tm1-Thin｜≤5℃일 때는, 응축기(23)에 있어서의 열매배관(20) 내의 열매와 난방순환로(51) 내의 물의 온도차가 미소하여 응축기(23) 내에서 난방순환로 (51)를 유통하는 물에 의해서 열매배관(20) 내의 열매가 냉각되지 않는다. 그로 인해, 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 제상전자밸브(26)에 현재 상태 이상의 역압이 걸리는 일이 없는 상태로 되어 있다.
그래서, STEP27에서 STEP30으로 분기하고, 역압대처부(72)는 제상전자밸브 (26)를 폐쇄한다. 한편, ｜Tm1-Thin｜≤5℃가 아닐 때에는 STEP20으로 되돌아간다.
STEP22∼STEP27의 판단처리에 의해, 제상전자밸브(26)를 폐쇄해도 제상전자밸브(26)에 역압이 걸리지 않는 상태로 된 시점에서 신속하게 제상전자밸브(26)로의 통전을 차단하여 제상전자밸브(26)를 폐쇄함으로써, 제상전자밸브(26)로의 통전에 의해 소비되는 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 히트펌프(10)에 의해, 탱크순환로(41)를 유통하는 물과 난방순환로(51)를 유통하는 물을 가열하는 히트펌프 열원장치(1)를 나타냈지만, 본 발명의 적용 대상은 이것에 한정되지 않고, 순환펌프에 의해 물 순환로에 물을 유통시켜서 히트펌프에 의해 가열하는 히트펌프 열원장치이면, 본 발명의 적용이 가능하다.
또, 본 실시형태에서는 동결방지운전을 실행하는 히트펌프 열원장치(1)를 나타냈지만, 동결방지운전을 실행하지 않는 경우에도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 컨트롤러(5)는 단일의 기판에 실장된 전자회로에 의해 구성되어 있지만, 예를 들면, 히트펌프(10)의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 탱크순환펌프(42)의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 난방순환펌프(52)의 작동을 제어하는 컨트롤러를 다른 기판에 실장된 전자회로에 의해 구성하고, 각 컨트롤러 사이에서 통신을 실행하여 히트펌프 열원장치(1)의 전체적인 작동을 제어하도록 해도 좋다.
또, 본 실시형태에서는 도 5에 나타낸 흐름도에 의해, STEP24에서 제상전자밸브(26)의 개방시부터 10분이 경과되기 전에, STEP23에서 팽창밸브 입구 온도 (Tm2)가 팽창밸브 출구 온도(Tm3+2℃) 이상으로 되었을 때에는 그 시점에서 STEP30으로 분기하여 제상전자밸브(26)를 폐쇄하도록 했지만, STEP23에 의한 판단처리를 생략해도 좋다.
1: 히트펌프 열원장치 5: 컨트롤러부
10: 히트펌프 20: 열매배관
21: 증발기 22: 압축기
23: 응축기 24: 팽창밸브
25: 팽창밸브 바이패스관 26: 제상전자밸브(전자밸브)
32: 온도센서(입구측 열매온도검출부)
33: 온도센서(출구측 열매온도검출부)
35: 온도센서(응축기 내 열매온도검출부)
40: 저탕탱크 41: 탱크순환로
42: 탱크순환펌프 43: 온도센서(입수온도검출부)
50: 온수난방단말 51: 난방순환로
52: 난방순환펌프 54: 온도센서(입수온도검출부)
71: 운전제어부 72: 역압대처부

Claims (5)

  1. 증발기와 압축기와 응축기와 팽창밸브를 열매배관에 의해 순차 접속하여 구성된 히트펌프와,
    상기 팽창밸브를 바이패스하여 상기 열매배관의 상기 팽창밸브의 상류측과 하류측의 개소를 연통하는 팽창밸브 바이패스관과,
    상기 팽창밸브 바이패스관을 개폐하는 전자밸브와,
    상기 응축기에 있어서의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 응축기 내 열매온도검출부와,
    상기 응축기가 도중에 접속된 물 순환로와,
    상기 물 순환로에 물을 유통시키는 순환펌프와,
    상기 응축기로 유입되는 상기 물 순환로 내의 물의 온도를 검출하는 입수온도검출부와,
    상기 전자밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 압축기와 상기 순환펌프를 작동시킴으로써, 상기 응축기에 있어서 상기 물 순환로를 유통하는 물과 상기 열매배관을 유통하는 열매의 사이에서 열교환을 실행하여 상기 물 순환로를 유통하는 물을 가열하는 물 가열운전과, 상기 전자밸브를 개방한 상태에서 상기 압축기를 작동시킴으로써, 상기 증발기의 제상을 실행하는 제상운전을 실행하는 운전제어부와,
    상기 전자밸브가 폐쇄상태이며, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도가 상기 입수온도검출부의 검출온도보다도 소정온도 이상 높게 되어 있을 때에, 상기 전자밸브를 개방하는 역압대처부를 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 열원장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방했을 때부터 소정시간이 경과되었을 때에 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 열원장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자밸브의 출구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 출구측 열매온도검출부와,
    상기 전자밸브의 입구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 입구측 열매온도검출부를 구비하고
    상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방했을 때부터 상기 소정시간이 경과되기 전에 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 온도차 한계값 이내로 되었을 때에는, 당해 온도차가 당해 온도차 한계값 이내로 된 시점에서 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 열원장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자밸브의 출구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 출구측 열매온도검출부와,
    상기 전자밸브의 입구측의 상기 열매배관 내의 열매의 온도를 검출하는 입구측 열매온도검출부를 구비하고,
    상기 역압대처부는 상기 전자밸브를 개방한 후, 상기 출구측 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입구측 열매온도검출부의 온도차가 소정의 제 1 온도차 한계값 이내로 되고, 또한, 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도와 상기 입수온도검출부의 검출온도의 온도차가 소정의 제 2 온도차 한계값 이내로 되었을 때에, 상기 전자밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 열원장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운전제어부는 상기 응축기 내 열매온도검출부의 검출온도 및 상기 입수온도검출부의 검출온도에 의거하여 상기 물 가열운전을 실행하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 열원장치.
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