KR20100023877A - 히트 펌프식 급탕 장치 - Google Patents

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Abstract

히트 펌프식 급탕 장치는, 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛을 구비한다. 또, 급탕 장치는 물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 물 탱크의 저부와 상부에 연통하여, 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 열원측 히트 펌프 유닛의 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 공급된 흡열 열교환기, 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비한다. 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1 물공급계로와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 했다. 그 결과, 스케일의 석출이 억제된다.

Description

히트 펌프식 급탕 장치{HEAT PUMP-TYPE HOT-WATER SUPPLY DEVICE}
본 발명은, 히트 펌프 유닛에 의해 물탱크 내의 물을 가열하고, 이 가열된 물탱크 내의 물을 급탕하도록 한 히트 펌프식의 급탕 장치에 관한 것이다.
히트 펌프식의 급탕 장치는, 예를 들면 에코 급탕 장치로서 이미 제공되고 있다(특허 문헌 1, 특허 문헌 2를 참조).
도 8에 나타내는 바와 같이, 이런 종류의 급탕 장치에 있어서, 열원측 히트 펌프 유닛(A)은, 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매를 얻는 압축기(1), 이 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기(응축기)(2), 이 방열 열교환기(2)로 응축한 고압의 냉매를 감압하는 팽창 밸브(3), 이 팽창 밸브(3)에서 감압된 냉매를 증발시킴으로써 팬(5)을 통하여 공급되는 공기로부터의 열을 흡열하는 공기 열교환기(증발기)(4)로 이루어진다.
급탕 유닛(B)은, 급탕용의 물을 저류한 물탱크(급탕 탱크)(7), 이 물탱크(7) 내의 저부에 물을 공급하는 물공급 배관(8), 상기 물탱크(7)의 저부로부터 상부에 바이패스 상태로 연통하여, 당해 물탱크(7) 내의 물을 물펌프(11)에 의해 저부로부터 상부에 순환시키는 물순환 배관(9), 이 물순환 배관(9)의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 상기 방열 열교환기(냉매측 열교환기)(2)에 흡열 가능하 게 결합되는 흡열 열교환기(물측 열교환기)(10)로 이루어진다.
열원측 히트 펌프 유닛(A)과 급탕 유닛(B)이 조합되고, 상기 급탕 유닛(B)측의 물순환 배관(9)의 도중의 흡열 열교환기(6)를 통하여, 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해, 상기 물탱크(7) 내의 물이 가열된다.
이러한 히트 펌프식 급탕 장치에서는, 먼저 물탱크(7)에 대해서 물공급 배관(8)에 의해 일정량의 물이 급수되어 저류된다. 그 후, 이 물탱크(7) 내의 물이 상기 급탕 유닛(B)측 물순환 배관(9)의 도중에 설치된 흡열 열교환기(10)를 통하여, 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해 간헐적으로 원하는 온도(예를 들면 90℃정도)까지 탕비(湯沸)되어 상층부에 저장되고, 이 저장된 고온의 뜨거운 물이 급탕 배관(12)으로부터 취출되어, 예를 들면 목욕탕, 부엌, 샤워 등 원하는 용도로 사용된다.
따라서, 이러한 종래의 히트 펌프식 급탕 장치의 경우, 대량의 물이 물탱크(7) 내에 저류되게 됨으로써, 또한 이 물탱크(7) 내의 물 그 자체가 끓여져, 이용수(뜨거운 물)로서 급탕되는 점에서, 물탱크(7) 내 및 물순환 배관(9) 부분에 발생하는 스케일이 문제가 된다.
특허 문헌 1：일본국 공개특허 2002－106963호 공보
특허 문헌 2：일본국 공개특허 2003－83607호 공보
상기 서술한 바와 같이 일과식(一過式)으로 끓이는 히트 펌프식 급탕 장치의 경우, 상기 물탱크(7) 내의 물을 약 90℃정도의 고온까지 끓이기 때문에, 스케일이 석출되기 쉽고, 특히 흡열 열교환기(10)의 물순환 배관 출구측에서 다량의 스케일이 석출될 우려가 있다.
예를 들면, 수도물이나 우물물에 대해서, 일반적으로 수질 경도가 높은 지역에서는 칼슘의 스케일이 많이 석출된다.
특히 우물물에서는 수질 경도가 높고, 또 불순물이 핵이 되어 스케일이 석출되는 경우가 많다. 그리고, 물측 흡열 열교환기(10)의 고성능화를 도모할 수 없고, 상기 방열 열교환기(2)와 합친 물열교환기(6) 자체의 크기가 커져 버린다.
이러한 스케일의 석출을 방지하기 위해서는, 예를 들면(1) 칼슘 경도를 낮추는, (2) 스케일이 석출되는 조건 이상의 양호한 물을 이용하는(칼슘 성분 용해의 과포화 한계량을 크게 하는), (3) 스케일 성분의 결정을 미세화하여, 배관의 벽면에 부착되지 않는 형상, 상태의 것으로 하는, (4) 결정의 핵이 되는 불순물을 없애는 등의 대책이 필요하며, 또한 스케일이 석출되는 온도 이하의 저온으로 운전하는 것도 생각할 수 있다.
그러나, 저온 운전의 경우, 규정량의 온수를 모을 수 없게 되어, 야간뿐만 아니라 낮 운전이 필요한 것 외에 여분의 큰 저장 탱크가 필요하게 된다.
그래서, 본원 발명에서는, 적어도 물측의 흡열 열교환기에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 하기 위해서, 새롭게 수질을 개선하는 수질 조정 유닛을 설치하여, 물의 공급계로를 그대로 물탱크에 급수되는 스트레이트의 물공급계로(水供給系路)와 수질 조정 유닛을 통하여 물탱크에 공급하는 물공급계로의 2개의 물공급계통으로 분기하여, 사용되는 실제의 수질에 따라 수질 조정 유닛과 물탱크측의 각각에 흐르는 물의 유량(분류량)을 적절히 컨트롤하도록 함으로써, 상기 서술한 문제를 해결한 히트 펌프식 급탕 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본원 발명은, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 유효한 과제 해결 수단을 구비하여 구성되어 있다.
이 발명의 제1 형태는, 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과, 물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하여 이루어지는 히트 펌프식 급탕 장치에 있어서, 상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1 물공급계로와 이 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 제1 물공급계로와 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 상기 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 하면, 물측의 열교환기에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 개선하는 것이 가능해져, 물측 흡열 열교환기의 성능을 유효하게 향상시킬 수 있어, 소형화를 도모할 수 있다.
외부로부터 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로로 구분하여 사용하는 것은, 물탱크로부터 흡열 열교환기에 공급되는 물 중의 스케일 석출량이 소정의 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2 물공급계로의 유량을 조절함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 사용되는 실제의 수질에 따라 수질 조정 유닛과 저장 탱크측의 각각으로 흐르는 물의 유량(분류량)을 적절히 컨트롤하면, 물측의 열교환기에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 수질 개선하는 것이 가능해지고, 물측 흡열 열교환기의 성능을 유효하게 향상시킬 수 있어, 소형화를 도모할 수 있다.
스케일 석출 인자는 주로 칼슘 성분이며, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로로 구분하여 사용하는 것은, 물탱크로부터 흡열 열교환기에 공급되는 물 중의 칼슘 성분량이 소정의 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2 물공급계로의 유량을 조절함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 역시 물측의 흡열 열교환기에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 수질 개선하는 것이 가능해져, 물측 흡열 열교환기의 성능을 유효하게 향상시킬 수 있어, 소형화를 도모할 수 있다.
각 물공급계로의 유량의 조절은, 또한 급탕 온도를 파라미터로 하여, 급탕 온도가 높을 때는 급탕 온도가 낮을 때보다도 제2 물공급계로에 흐르게 하는 물의 유량을 많게 하는 것이 바람직하다.
칼슘 등 스케일 성분의 석출량은, 끓여진 뜨거운 물의 온도가 낮을 때보다도 높을 때 쪽이 많아진다. 즉, 스케일 성분의 석출량은, 급탕 온도에 의해 좌우된다.
그래서, 제1, 제2 물공급계로 간의 분류량의 조절은, 또한 이 급탕 온도를 파라미터로 하여, 급탕 온도가 높을 때는 급탕 온도가 낮을 때보다도 상기 수질 조정 유닛을 통과하는 제2 물공급계로에 흐르게 하는 물의 유량을 많게 하도록 한다.
이와 같이 하면, 급탕 온도가 높을 때에도, 스케일 성분의 석출을 최소한으로 억제할 수 있다.
이 발명의 제2 형태는, 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과, 물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고, 상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1 물공급계로와 이 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 하여 이루어지는 히트 펌프식 급탕 장치로서, 상기 사용되는 물의 경도를 미리 측정해 두어, 상기 물탱크에 공급되는 물의 경도가, 그 때의 상기 흡열 열교환기로부터의 설정 출탕(出湯) 온도에 대응하여 정해지는 최대 허용 경도 이하의 경도가 되도록, 상기 제2 물공급계로의 유량을 조절하도록 되어 있다.
이와 같이 사용되는 물의 경도를 미리 측정해 두어, 상기 물탱크에 공급되는 물의 경도가, 그 때의 상기 흡열 열교환기로부터의 설정 출탕 온도에 대응하여 정해지는 최대 허용 경도 이하의 경도가 되도록, 상기 수질 조정 유닛을 통하여 수질을 조정하는 제2 물공급계로의 유량을 조절하도록 하면, 물탱크 내에 공급되는 물의 경도가, 당해 설정된 출탕 온도 하에서, 소정의 스케일 석출량 이하의 허용 레벨 범위로 억제되게 된다. 그 결과, 실제의 스케일 석출량이 저감된다.
사용되는 물의 경도는, 도전율 측정 수단에 의해 사용되는 물의 도전율을 측정함으로써 측정되는 것이 바람직하다.
물의 경도가 올라가면 도전율이 높아진다. 따라서, 물탱크의 입구 부분에 도전율 측정 센서를 설치하여, 이 도전율을 계측하면, 물탱크에 공급되는 물의 경도를 간이적으로 측정할 수 있다.
이 발명의 제3의 형태는, 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과, 물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고, 상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1 물공급계로와 이 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 하여 이루어지는 히트 펌프식 급탕 장치로서, 상기 흡열 열교환기의 탕(湯)출구부에 있어서의 스케일의 석출량을 모니터하는 스케일 석출량 모니터 수단을 설치하고, 이 스케일 석출량 모니터 수단에 의한 모니터값에 기초하여 상기 흡열 열교환기의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록 상기 제2 물공급계로의 유량을 조절하는 유량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 상기 흡열 열교환기의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록 상기 수질 조정 유닛을 통하여 수질을 조정하는 제2 물공급계로로의 유량을 조절하도록 하면, 흡열 열교환기의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량으로부터 이 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록, 물탱크에 공급되는 물의 경도가 조절된다. 그 결과, 실제의 스케일의 석출량이 저감된다.
스케일 석출량 모니터 수단은, 입자 카운터로 이루어지는 것이 바람직하다.
스케일이 늘어나면, 물 중의 입자량이 늘어난다. 따라서, 흡열 열교환기의 탕출구 부분에 입자 카운터를 설치하여 입자량을 계측하면, 스케일의 석출량을 모니터할 수 있다.
스케일 석출량 모니터 수단은, 도전율 측정 수단으로 이루어져 있어도 된다.
물의 경도가 올라가면 도전율이 높아진다. 따라서, 흡열 열교환기의 탕출구 부분에 도전율 측정 센서를 설치하여 도전율의 변화를 계측하면, 물의 경도를 간이적으로 모니터할 수 있다.
스케일 석출량 모니터 수단은, 물을 투과 또는 반사하는 광의 양에 기초하여 스케일 석출량을 측정하는 광학적 계측 수단으로 이루어지는 것도 가능하다.
스케일이 늘어나면, 물을 투과하는 광의 양이 줄어드는 한편, 반사하는 광의 양이 늘어난다. 따라서, 투과광량 및 반사광량 중 어느 하나를 발광 수단과 수광 수단에 의해 검출하여, 예를 들면 수광 수단에 포토 다이오드를 이용함으로써, 전압 신호로서 출력시킬 수 있다. 그리고, 이 전압값의 변화로부터 스케일 석출량을 모니터할 수 있다.
이 발명의 제4의 형태는, 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과, 물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고, 상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1 물공급계로와 이 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 하여 이루어지는 히트 펌프식 급탕 장치로서, 상기 흡열 열교환기의 물입구측과 출구측 간에 있어서의 압력 손실을 계측하여, 이 압력 손실이 소정값 이상으로 상승되지 않도록, 상기 제2 물공급계로의 유량을 조절하는 유량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 흡열 열교환기의 물입구측과 출구측 간에 있어서의 압력 손실에 기초하여, 제2 물공급계로의 유량을 조절하도록 하면, 물탱크 내에 공급되는 물의 경도가, 당해 설정된 출탕 온도 하에서는 소정의 스케일 석출량 이하의 허용 레벨 범위로 억제되게 된다. 그 결과, 실제의 스케일 석출량이 저감된다.
상기 수질 조정 유닛은, 수질 경도를 낮추는 연수화 유닛으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다.
따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛에 의한 수질의 조정은, 그러한 경도가 높은 물의 연질화를 도모하는 것이 중요하며, 수질 조정 유닛으로서 물을 연수화하는 연수화 유닛을 채용하는 것이 효과적이다.
상기 수질 조정 유닛은, 물의 산성도를 올리는 수소 이온 농도 개선 유닛으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 한편, 이러한 스케일 성분은, 물의 알칼리성이 높으면 용해되기 어렵기 때문에, 불필요하게 석출되기 쉽다.
따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛에 의한 수질의 조정은, 그러한 알칼리도가 높은 물의 수소 이온 농도를 바꾸어 산성화를 도모하는 것이 중요하며, 수질 조정 유닛으로서 물의 산성도를 높게 하는 수소 이온 농도 개선 유닛을 채용하는 것이 효과적이다.
수질 조정 유닛은, 스케일 성분의 결정을 미세화하는 결정 미세화 유닛으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다.
따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛에 의한 수질의 조정은, 그러한 결정을 미세화하여 흡열 열교환기 내를 흐르기 쉽게 하는 것이 중요하며, 수질 조정 유닛으로서 스케일의 결정을 미세화하는 결정 미세화 유닛을 채용하는 것이 효과적이다.
상기 수질 조정 유닛은, 칼슘 성분의 결정핵을 포집 제거하는 필터 유닛으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 따라서, 수질 조정 유닛에 의한 수질의 조정은, 그러한 결정핵을 물탱크 내에 넣기 전에 포집 제거하는 필터 유닛으로 하는 것도 유효하다.
이상의 결과, 본원 발명에 의하면, 급탕 온도를 높게 해도, 스케일 석출의 영향을 가급적으로 낮게 억제하는 것이 가능해져, 물측 열교환기의 열교환 성능을 유효하게 향상시킬 수 있게 된다. 그 결과, 당해 물열교환기의 소형, 컴팩트화, 저코스트화를 도모할 수 있다. 물론, 히트 펌프식 급탕 장치로서의 물가열 성능도 유효하게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본원 발명의 실시의 형태 1에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 2는 실시의 형태 2에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 3은 동 장치의 물탱크 내로의 급수 운전 제어의 내용을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 도 3의 급수 운전 제어에 있어서 사용되는 제어맵이다.
도 5는 도 3의 급수 운전 제어의 타임 차트이다.
도 6은 실시의 형태 3에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 7은 실시의 형태 4에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 8은 종래의 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타낸 도이다.
도 9는 히트 펌프식 급탕 장치에 있어서의 물의 경도(전체 경도)와 출탕 온도의 관계를 나타낸 그래프이다.
(실시의 형태 1)
먼저 도 1은, 본원 발명의 실시의 형태 1에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타내고 있다.
이 급탕 장치는, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, 열원측 히트 펌프 유닛(A)과, 급탕 유닛(B)을 구비하고 있다. 열원측 히트 펌프 유닛(A)은, 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매를 얻는 압축기(1), 이 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기(응축기)(2), 이 방열 열교환기(2)로 응축한 고압의 냉매를 감압하는 팽창 밸브(3), 이 팽창 밸브(3)에서 감압된 냉매를 증발시킴으로써 팬(5)을 통하여 공급되는 공기로부터의 열을 흡열하는 공기 열교환기(증발기)(4)로 이루어진다.
급탕 유닛(B)은, 급탕용의 물을 저류한 상하로 긴 물탱크(급탕 탱크)(7), 이 물탱크(7)의 저부에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관(8), 상기 물탱크(7)의 저부로부터 상부에 바이패스 상태로 연통하여, 당해 물탱크(7) 내의 물을 물펌프(11)에 의해 저부로부터 상부에 순환시키는 물순환 배관(9), 이 물순환 배관(9)의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 상기 방열 열교환기(냉매측 열교환기)(2)에 흡열 가능하게 결합되는 흡열 열교환기(물측 열교환기)(10)로 이루어진 다.
열원측 히트 펌프 유닛(A)과 급탕 유닛(B)을 조합하고, 상기 급탕 유닛(B)측의 물순환 배관(9)의 도중의 흡열 열교환기(10)를 통하여, 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해, 상기 물탱크(7) 내의 물이 가열된다.
즉, 이 장치에서는, 먼저 물탱크(7)에 대해서 물공급 배관(8)에 의해 일정량의 물이 급수되어 저류되고, 그 후, 물탱크(7) 내의 물이 상기 급탕 유닛(B)측의 물순환 배관(9)의 도중에 설치된 흡열 열교환기(10)를 통하여, 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해 간헐적으로 원하는 온도까지 탕비되어 상층부에 저장되고, 이 저장된 뜨거운 물이 급탕 배관(12)으로부터 취출되어, 예를 들면 목욕탕, 부엌, 샤워 등 원하는 용도로 사용된다.
따라서, 이러한 히트 펌프식 급탕 장치의 경우, 대량의 물이 물탱크(7) 내에 저류되게 되고, 또한 물탱크(7) 내의 물 그 자체가 끓여져, 급탕됨으로써, 그 상태로는 물탱크(7) 및 물순환 배관(9) 내에 발생하는 스케일이 문제가 된다.
이미 서술한 바와 같이 일과식으로 끓이는 히트 펌프식 급탕기의 경우, 예를 들면 약 90℃정도의 고온까지 끓이기 때문에, 상기 흡열 열교환기(10)의 물배관 출구측(탕출구측)에서는 스케일이 석출된다는 문제가 있다.
특히 우물물에서는 경도가 높고, 또 불순물이 핵이 되어 칼슘 성분의 결정화에 의한 스케일이 석출되는 경우가 많다. 그 결과, 이 스케일 석출 부위에서는 물측의 고성능화를 도모하지 못하고, 상기 물열교환기(6), 특히 그 흡열 열교환기(10)가 커져 버린다.
이러한 스케일의 석출을 방지하기 위해서, 물론 스케일이 석출되는 온도 이하에서 운전하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 그와 같이 한 경우, 규정량의 온수를 모을 수 없게 되어, 낮 운전이 필요한 것 외에, 여분의 큰 저장 탱크가 필요하게 되는 등의 새로운 문제가 발생한다.
그래서, 이 발명의 구성에서는, 적어도 물측의 흡열 열교환기(10)에 유입되는 토탈의 합류량 중의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 하기 위해서, 상기 물공급 배관(8)을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크(7) 내에 공급하는 제1 물공급계로(8a)와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛(13)을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크(7) 내에 공급하는 제2 물공급계로(8b)의 적어도 2개의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 적절히 구분하여 사용하도록 구성되어 있다.
이와 같이, 수도나 우물 등 외부의 물공급원으로부터 공급되는 물을 물탱크(7) 내에 공급하는 상기 물공급 배관(8)을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로의 상태로 물탱크(7) 내에 공급하는 제1 물공급계로(8a)와, 외부로부터 공급되는 물을 일단 수질 조정 유닛(13)을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크(7) 내에 공급하는 제2 물공급계로(8b)의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 적절히 구분하여 사용하도록 한다. 그러면, 물측의 흡열 열교환기(10)에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을, 스케일 석출 조건 이하로 수질 개선하는 것이 가능해져, 스케일의 석출량을 줄여 물측 흡열 열교환기(10)의 성능을 향상시킬 수 있어, 소형, 컴팩트화를 도 모할 수 있다.
이 경우, 외부로부터 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로(8a, 8b)로 구분하여 사용하는 것은, 각각의 계로에 전기적으로 유량 조정, 즉 밸브 개방도 조정이 가능한 전자 유량 제어 밸브(V1, V2, V3)를 설치함으로써 행해진다. 즉, 이들 밸브에 의해, 물탱크(7)로부터 흡열 열교환기(10)에 공급되는 물 중의 토탈의 스케일 석출 인자량이 소정의 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2 물공급계로(8a, 8b)의 유량이 절대적으로, 또는 상대적으로 조절된다. 밸브 V1는 제1 물공급계로(8a)의 유량 조정, 밸브 V2, V3는 제2 물공급계로(8b)의 유량 조정에 이용된다.
이와 같이 사용되는 실제의 수질에 따라, 수질 조정 유닛(13)과 물탱크(7)로 흐르는 물의 유량(분류량)을 적절히 컨트롤하면, 흡열 열교환기(10)에 유입되는 토탈의 스케일 인자량을 스케일 석출 조건 이하로 개선하는 것이 가능해지고, 배관 출구측의 스케일 석출량을 가급적으로 억제하여 이 물측 흡열 열교환기(10)의 성능을 유효하게 향상시킬 수 있어, 소형, 컴팩트화를 도모할 수 있게 된다.
우물물 및 수도물을 포함하여, 많은 물의 경우, 상기 스케일 석출 인자는, 주로 칼슘 성분이다. 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로(8a, 8b)로 구분하여 사용하는 것은, 물탱크(7)로부터 흡열 열교환기(10)에 공급되는 물 중의 칼슘 성분량이 소정의 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2 물공급계로(8a, 8b)의 유량을 조절함으로써 이루어진다.
또, 이 경우, 상기 제1, 제2 물공급계로(8a, 8b)의 분류량의 조절은, 또한 급탕 온도(흡열 열교환기(10)의 출탕 온도)를 파라미터로 하여 행해져, 급탕 온도가 높을 때는 급탕 온도가 낮을 때보다도, 상기 수질 조정 유닛(13)을 통과하는 제2 물공급계로(8b)에 흐르게 하는 물의 유량을 많게 하도록 되어 있다.
칼슘 등의 스케일 성분의 석출량은, 끓여진 뜨거운 물의 온도가 낮을 때보다도 높을 때 쪽이 많아진다(도 9의 그래프를 참조). 즉, 스케일 성분의 석출량은, 급탕 온도에 의해 좌우된다. 그래서, 제1, 제2 물공급계로(8a, 8b) 간의 분류량의 조절은, 또한 이 급탕 온도를 파라미터로 하여, 급탕 온도가 높을 때는 급탕 온도가 낮을 때보다도 상기 수질 조정 유닛(13)을 통과하는 제2 물공급계로(8b)에 흐르게 하는 물의 유량을 많게 하도록 한다. 이와 같이 하면, 급탕 온도가 높고, 스케일이 석출되기 쉬울 때에도, 스케일 성분의 석출을 최소한으로 억제할 수 있다.
그리고, 상기 구성에 있어서의 수질 조정 유닛(13)은, 예를 들면 물의 경도를 낮추는 연수화 유닛에 의해 구성되어 있다. 칼슘 등의 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛(13)에 의한 수질의 조정은, 그러한 경도가 높은 물의 연질화를 도모하는 것이 중요하며, 수질 조정 유닛(13)으로서 물을 연수화하는 연수화 유닛을 채용하는 것이 효과적이다.
이러한 구성을 채용한 경우의 제어예를, 예를 들면
(1) 표준적인 수도물을 사용하는 지역,
(2) 비교적 수질 경도가 높은 지역,
(3) 칼슘 성분 경도가 150 레벨인 지역,
(4) 칼슘 성분 경도가 250 레벨인 지역
의 4개로 나누어 나타내면, 다음과 같이 된다.
(1) 표준적인 수질 경도의 지역(일반적인 수도물)
여름은 끓임 온도가 낮기 때문에, 수질 조정 유닛(13)의 V2, V3 모두 OFF로 하고, 수질 조정 유닛(13)에는 전혀 물을 통과시키지 않는다(바이패스시키지 않는다). 겨울철의 고온 저장이 필요할 때에만, 그 온도에 따라 소정량의 물을 수질 조정 유닛(13)에 통과시킨다(바이패스시킨다).
(2) 비교적 수질 경도가 높은 지역
끓임 온도가 낮은 여름이라도 일부의 물을 수질 조정 유닛(13)에 통과시킨다(바이패스시킨다). 겨울은 스케일 석출 조건 하의 수질 경도가 되도록, 소정량 이상의 물을 수질 조정 유닛(13)에 통과시킨다(바이패스시킨다). 또는, 급탕 온도 그 자체를 약간 낮춤(예를 들면 85℃에서 80℃)으로서, 더 바이패스량을 줄인다.
(3) 칼슘 경도가 150 레벨인 지역
급탕 온도가 저온일 때(예를 들면 70℃ 미만)에서는, 물을 수질 조정 유닛(13)을 전혀 바이패스시키지 않는다. 그러나, 급탕 온도가 고온일 때(예를 들면 70℃이상)에서는, 일부의 물을 수질 조정 유닛(13)으로 바이패스시킨다. 그것에 의해, 예를 들면 수질 경도를 50 레벨 정도로 조정한다. 그리고, 연수화 유닛에서는, 물의 칼슘을 대부분 제거한다(0에 가까운 레벨). 단, 통상 수질 경도가 50~100 레벨 정도라도 과포화 상태에서 스케일의 석출은 일어나지 않는다. 따라서, 전체량 바이패스한 경우는, 과잉하게 스케일 성분을 취하게 되어, 오히려 연수화 유닛의 수명을 짧게 한다.
(4) 칼슘 경도가 250 레벨인 지역
급탕 온도가 저온일 때(예를 들면 70℃ 미만)에서는, 일부의 물을 수질 조정 유닛(13)으로 바이패스한다. 수질 경도를 150 레벨 정도로 조정한다. 한편, 급탕 온도가 고온일 때(예를 들면 70℃ 이상)에서는, 일부의 물을 수질 조정 유닛(13)으로 바이패스한다. 수질 경도를 50 레벨 정도로 조정한다. 또, 수질 경도가 높은 곳에서는, 더 급탕 온도 자체를 약간 낮춤(예를 들면 85℃에서 80℃)으로서, 더 바이패스량을 줄인다.
(변형예 1)
또한, 상기 구성에 있어서의 수질 조정 유닛(13)은, 상기 서술한 바와 같은 연수화 유닛의 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 물의 산성도를 올리는 수소 이온 농도 개선 유닛을 채용할 수도 있다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 이러한 스케일 성분은, 물의 알칼리성이 높으면 물 중에 용해되기 어렵기 때문에, 불필요하게 석출되기 쉽다.
따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛(13)에 의한 수질의 조정은, 그러한 알 칼리도가 높은 물의 수소 이온 농도(pH)를 바꾸어 산성화를 도모하여, 과포화 한계를 높게 하는 것이 중요하며, 수질 조정 유닛(13)으로서 물의 산성도를 높게 하는 수소 이온 농도 개선 유닛을 채용하는 것도 효과적이다.
(변형예 2)
상기 수질 조정 유닛(13)에는, 예를 들면 상기 칼슘 성분의 결정을 미세화하는 결정 미세화 유닛을 채용할 수도 있다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛(13)에 의한 수질의 조정은, 그러한 결정을 전해 등의 수단으로 미세화하여 흡열 열교환기(10) 내를 흐르기 쉽게 하는 것이 중요하며, 상기 수질 조정 유닛(13)으로서 스케일의 결정을 미세화하는 미세화 유닛을 채용하는 것도 유효하다.
(변형예 3)
상기 수질 조정 유닛(13)에는, 칼슘 성분의 결정핵을 포집 제거하는 필터 유닛을 채용해도 된다. 상기 칼슘 등 스케일 성분은, 우물물과 같이 물의 경도가 높을 수록 발생하기 쉽다. 그리고, 그러한 경도가 높은 물에서는, 그 중의 불순물이 핵이 되고 칼슘 성분이 결정화되어, 스케일의 성장을 초래한다. 따라서, 상기 서술한 수질 조정 유닛(13)에 의한 수질의 조정은, 그러한 결정핵을 물탱크(7) 내에 넣기 전에 포집 제거하는 필터 유닛으로 구성하는 것도 유효하다.
(변형예 4)
또, 수질 조정 유닛(13)의 설치 위치는, 적어도 흡열 열교환기(10)의 앞이면 되고, 도 1과 같은 물탱크(7)의 입구측(앞측)인 경우 외에, 물탱크(7)와 흡열 열교환기(10) 사이의 물탱크(7)와 물펌프(11)의 사이, 또는 물펌프(11)와 흡열 열교환기(10) 사이 중 어느 부분이라도 된다.
(실시의 형태 2)
다음에 도 2~도 5는, 상기 실시의 형태 1의 구성을 전제로 하여 구성된 실시의 형태 2에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치 및 그 급수 제어 장치의 구성을 나타내고 있다.
발명자들의 조사 결과에 의하면, 시장에 있어서의 우물물이나 수도물의 경도와 스케일 부착 개시점의 온도란, 예를 들면 도 9의 그래프에 나타내는 바와 같은 역비례 관계에 있어, 경도가 높을 수록 스케일 부착 개시 온도는 낮아지고, 경도가 낮으면 스케일 부착 개시 온도는 높아진다.
따라서, 사용자가 사용하고 있는 물의 경도를 미리 확인하여, 이 경도 하에서 사용되는 뜨거운 물의 설정 온도(계절에 따라 정해지는 흡열 열교환기(10)로부터의 설정 출탕 온도)를 기준으로, 실제로 물탱크(7)에 공급되는 물의 최대 허용 경도를 설정하여, 실제로 물탱크(7)에 공급되는 물의 경도가 최대 허용 경도 이하가 되도록, 상기 수질 조정 유닛(13)을 통과하는 제2 물공급계로(8b)에 흐르게 하는 물의 유량을 가변시킴으로써, 제1, 제2 물공급계로(8a, 8b) 사이의 분류량의 조절을 행하여, 가급적으로 스케일이 석출되지 않는 운전을 행한다.
즉, 이 급탕 장치는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 열원측 히트 펌 프 유닛(A)과 급탕 유닛(B)을 조합한 것이다. 열원측 히트 펌프 유닛(A)은, 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매를 얻는 압축기(1), 이 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기(응축기)(2), 이 방열 열교환기(2)로 응축한 고압의 냉매를 감압하는 팽창 밸브(3), 이 팽창 밸브(3)에서 감압된 냉매를 증발시킴으로써 팬(5)을 통하여 공급되는 공기로부터의 열을 흡열하는 공기 열교환기(증발기)(4)로 이루어진다.
급탕 유닛(B)은, 급탕용의 물을 저류한 상하로 긴 물탱크(급탕 탱크)(7), 이 물탱크(7)의 저부에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관(8), 상기 물탱크(7)의 저부로부터 상부에 바이패스 상태로 연통하여, 당해 물탱크(7) 내의 물을 물펌프(11)에 의해 저부로부터 상부에 순환시키는 물순환 배관(9), 이 물순환 배관(9)의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 상기 방열 열교환기(냉매측 열교환기)(2)에 흡열 가능하게 결합되는 흡열 열교환기(물측 열교환기)(10)로 이루어진다.
상기 급탕 유닛(B)의 물순환 배관(9)의 도중의 흡열 열교환기(10)를 통하여, 상기 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해, 물탱크(7) 내의 물이 가열된다.
즉, 이 장치에서는, 먼저 물탱크(7)에 대해서 물공급 배관(8)에 의해 일정량의 물이 급수되어 저류되고, 그 후, 물탱크(7) 내의 물이 상기 급탕 유닛(B)의 물순환 배관(9)의 도중에 설치된 흡열 열교환기(10)를 통하여, 열원측 히트 펌프 유닛(A)의 방열 열교환기(2)에 의해 간헐적으로 원하는 온도까지 탕비되어 상층부에 저장되고, 저장된 뜨거운 물이 급탕 배관(12)으로부터 취출되어, 예를 들면 목욕탕, 부엌, 샤워 등 원하는 용도로 사용된다.
한편, 이 구성에서는, 적어도 상기 물측의 흡열 열교환기(10)에 유입되는 토탈의 (합류량 중의)스케일 인자량을 스케일 석출 조건 이하로 하기 위해서, 상기 물공급 배관(8)을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크(7) 내에 공급하는 제1 물공급계로(8a)와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛(13)을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크(7) 내에 공급하는 제2 물공급계로(8b)의 적어도 2개의 물공급계로로 분기하고 있다. 그리고, 공급되는 물의 경도에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 적절히 구분하여 사용하도록 하고 있다.
도 2 중의 부호 15는, 예를 들면 물탱크(7)에 공급되는 물의 도전율을 측정함으로써 물의 경도를 측정하는 물 경도 측정 수단으로서, 미리 물탱크(7)에 공급되는 물의 경도를 측정한다. 실제로는, 도 5의 타임 차트에 나타내는 바와 같이, 타이머를 사용하여 소정의 급수 제어 시간 th 마다 측정한다. 한편, 부호 16은 상기 제2 물공급계로(8b)의 수질 조정 유닛(13)의 입구측 전자 밸브 V2의 밸브 개방도를 원하는 대로 조정하는 마이크로 컴퓨터를 구비한 유량 제어 수단을 나타낸다. 유량 제어 수단(16)은, 미리 측정한 사용되는 물의 경도와의 관계에서 최종적으로 물탱크(7)에 공급되는 물의 경도가, 그 때의 상기 흡열 열교환기(10)으로부터의 설정 출탕 온도 T0에 대응하여 정해지는 최대 허용 경도 H0 이하의 경도가 되도록, 이 전자 밸브 V2의 밸브 개방도를 제어하여, 제2 물공급계로(8b)측의 수질 조정 유 닛(13)으로의 물의 유량을 적절히 조절한다.
이 유량 조절 제어의 구체적인 방법을, 도 3의 플로우차트에 나타낸다. 이 제어는, 유량 제어 수단(16)에 전원이 투입됨으로써 개시된다. 그리고, 스텝 S1에서, 상기 흡열 열교환기(10)로부터의 출탕 온도 T0를 설정한다. 이 출탕 온도 T0는, 시즌값으로 되어 있으며, 여름·겨울 등의 시즌에 따라 결정된다. 출탕 온도는, 여름에는 낮고, 겨울에는 높게 설정된다.
다음에 스텝 S2으로 진행되어, 상기 서술한 도 9의 데이터에 대응하여 작성된 도 4의 맵테이블로부터, 상기 출탕 온도 T0일 때의 물의 최대 허용 경도 H0를 읽어 낸다. 맵테이블에서는, 출탕 온도 T0를 읽어내어 파라미터값으로 하고, 이 온도 하에서 스케일 부착을 일으키지 않는 물의 최대 허용 경도 H0를 설정하고 있다.
그리고, 스텝 S3으로 진행되어, 상기 서술한 물탱크(7) 내로의 급수 운전을 개시한다. 그것과 동기하여, 스텝 S4에서 경도 계측 제어 시간(계측 주기) th의 계시 타이머 Th의 리셋을 행하여, 새로운 계시를 개시한다. 이 시점에서는, 상기 수질 조정 유닛(13)의 입구측 전자 밸브 V2의 개방도는, 초기 설정값으로 되어 있다(도 5 참조).
다음에 스텝 S5으로 진행되어, 급수 운전 개시시에 있어서, 먼저 상기 경도 측정 수단(15)에 의해, 물탱크(7)의 입구부에 있어서의 물의 경도 H1를 측정한다.
그리고, 계속되는 스텝 S6에서, 측정된 경도 H1를 상기 스텝 S2에서 산출된 최대 허용 경도 H0와 비교하여, 실제의 측정값 H1이 기준이 되는 최대 허용 경도 H0보다도 큰지 여부를 판정한다.
그 결과, 스텝 S6에서 YES로 판정된 측정값 H1이 최대 허용 경도 H0를 초과하는 경우는, 스케일 석출의 우려가 있는 점에서, 스텝 S7로 진행되어, 상기 서술한 수질 조정 유닛(13)의 입구측 전자 밸브 V2의 밸브 개방도를 크게 열어 수질 조정 유닛(13)에 유입되는 물의 양을 늘리고, 상대적으로 제1 물공급계로(8a)의 유량을 줄인다. 그리고, 그 다음에 스텝 S8로 진행된다. 한편, NO의 최대 허용 경도 H0보다도, 작은(낮은) 경도일 때는, 이 스텝 S7를 스킵하고, 스텝 S8로 진행된다. 그리고, 이 급수 운전의 계속에 의해, 물탱크(7) 내가 만수가 되었는지 여부를 계속되는 스텝 S8에서 판정한다.
그 결과, 아직 만수는 아니며 스텝 S8에서 NO로 판정되었을 때는, 다시 스텝 S9에서 상기 타이머 Th에 의한 카운트값이, 도 5의 타임 차트에 나타내는 단위 계측 제어 시간 th에 이르러, 그 시간을 경과했는지 여부를 판정한다. 그 판정 결과가 NO일 때는, 다시 급수 운전을 계속하여 상기 물탱크(7) 내가 만수가 될 때까지, 상기 단위 계측 제어 시간 th가 경과할 때마다 물의 경도를 계측하면서, 상기 서술한 물탱크(7) 내로의 급수를 계속한다. 그리고, 물탱크(7) 내가 만수가 되면(스텝 S8에 서 YES), 최종적으로 스텝 S10으로 진행되어, 상기의 급수 운전을 정지하고, 이상의 제어를 종료한다.
한편, 물탱크(7)이 만수가 될 때까지는, 상기와 같이 소정의 단위 계측 제어 시간 th 마다 물탱크(7)에 들어가는 물의 경도 H1를 측정하면서, 실측되는 경도 H1가 최대 허용 경도 H0 이하(H1≤H0)가 되도록, 수질 조정 유닛(13)측을 흐르는 물의 유량을 조절한다. 즉, 스텝 S4~S9를 반복한다.
이 결과, 최종적으로 물탱크(7) 내에 공급되는 물의 경도는, 그 때의 출탕 온도 T0에서 보아 적정한 최대 허용 경도 H0 이하로 유지된다.
(실시의 형태 3)
다음에 도 6은, 상기 실시의 형태 1의 구성을 전제로 하여 구성된 실시의 형태 3에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타내고 있다.
실시의 형태 3에서는, 상기 실시의 형태 1의 구성에 있어서의 흡열 열교환기(10)의 탕출구부에 스케일의 석출량을 모니터하는 스케일 석출량 모니터 수단(17)을 설치하고 있다. 또, 이 실시의 형태 3에서는, 이 스케일 석출량 모니터 수단(17)에 의한 모니터값(검출값)에 기초하여, 상기 흡열 열교환기(10)의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록, 상기 제2 물공급계로(8b)에 있어서의 전자 밸브 V2의 개방도를 조절하고, 수질 조정 유닛(13)으로의 물 유입량을 조절하는 유량 제어 수단(16)을 설치하고 있다.
그 외의 구성은, 상기 실시의 형태 1의 것과 동일하다.
이와 같이 흡열 열교환기(10)의 탕출구부에 있어서의 스케일의 석출량을 스케일 석출량 모니터 수단(17)에 의해 모니터하여, 이 모니터값(검출값)에 기초하여, 상기 흡열 열교환기(10)의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록, 수질 조정 유닛(13)을 통하여 수질을 조정하는 제2 물공급계로(8b)의 유량이 조절된다. 그러면, 흡열 열교환기(10)의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량으로부터, 이 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록, 최종적으로 물탱크(7)에 공급되는 물의 경도가 조절된다. 그 결과, 실제의 스케일의 석출량이 허용값 이하로 저감된다.
(스케일 석출량 모니터 수단의 구체예)
상기 스케일 석출량 모니터 수단(17)으로서는, 다양한 것을 채용할 수 있지만, 그 중에서 다음과 같은 것이 적합하다.
(1) 도전율 측정 수단
물의 경도가 올라가면 도전율이 높아진다. 따라서, 흡열 열교환기(10)의 탕출구 부분에 도전율 측정 센서를 설치하고, 뜨거운 물의 도전율의 변화를 계측하면, 물의 경도를 간이적으로 측정할 수 있어, 스케일이 석출되는지 여부를 판단할 수 있다.
(2) 입자 카운터
스케일이 늘어나면, 물 중의 입자량이 늘어난다. 따라서, 흡열 열교환기(10)의 탕출구 부분에 입자 카운터를 설치하고 입자량을 계측하면, 스케일의 석출량을 모니터할 수 있다.
(3) 물을 투과 또는 반사하는 광의 양에 기초하여 스케일 석출량을 측정하는 광학적 계측 수단
스케일이 늘어나면, 물을 투과하는 광의 양이 줄어드는 한편, 반사하는 광의 양이 늘어난다. 따라서, 투과광량 및 반사광량 중 어느 하나를 발광 수단과 수광 수단에 의해 검출하여, 예를 들면 수광 수단에 포토 다이오드를 이용함으로써, 이 검출값을 전압 신호로서 출력시킬 수 있다. 따라서, 이 전압값의 변화로부터 스케일 석출량을 모니터할 수 있다.
(실시의 형태 4)
다음에 도 7은, 상기 실시의 형태 1의 구성을 전제로 하여 구성된 실시의 형태 4에 관련된 히트 펌프식 급탕 장치의 구성을 나타내고 있다.
이 실시의 형태 4에서는, 실시의 형태 1의 구성에 있어서의 흡열 열교환기(10)의 물입구측과 탕출구측 사이에 있어서의 압력 손실 ΔP를 계측하는 압력차 검출 수단(18)을 설치하여 압력 손실 ΔP를 계측하고 있다. 그리고, 압력 손실 ΔP이 소정값 이상으로 상승하지 않도록, 상기 제2 물공급계로(8b)에 있어서의 전자 밸브 V2의 개방도를 조절하여, 수질 조정 유닛(13)으로의 물 유입량을 조절하는 유량 제어 수단(16)을 설치하고 있다. 그 외의 구성은, 상기 실시의 형태 1과 동일하다.
이와 같이 흡열 열교환기(10)의 물입구측과 탕출구측 사이에 있어서의 압력 손실 ΔP를 계측하여, 압력 손실 ΔP이 소정값 이상으로 상승하지 않도록, 상기 수질 조정 유닛(13)을 통하여 수질을 조정하는 제2 물공급계로(8b)으로의 유량을 조절하도록 하면, 물탱크(7) 내에 공급되는 물의 경도가, 소정의 스케일 석출량 이하의 허용 레벨 범위로 억제된다. 그 결과, 실제의 스케일 석출량이 허용값 이하로 저감된다.

Claims (15)

  1. 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과,
    물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하여 이루어지는 히트 펌프식 급탕 장치에 있어서,
    상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1의 물공급계로(水供給系路)와 이 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2의 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    외부로부터 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하는 것은, 물탱크로부터 흡열 열교환기에 공급되는 물 중의 스케일 석출량이 소정 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2의 물공급계로의 유량을 조절함으로써 이루어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    스케일 석출 인자는 주로 칼슘 성분이며, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하는 것은, 물탱크로부터 흡열 열교환기에 공급되는 물 중의 칼슘 성분량이 소정 기준 레벨 이하로 억제되도록, 제1, 제2의 물공급계로의 유량을 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    제1, 제2의 물공급계로의 유량의 조절은, 또한 급탕 온도를 파라미터로 하여, 급탕 온도가 높을 때는 급탕 온도가 낮을 때보다도 제2의 물공급계로에 흐르게 하는 물의 유량을 많게 함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  5. 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과,
    물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고,
    상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1의 물공급계로와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2의 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 한 히트 펌프식 급탕 장치로서,
    사용되는 물의 경도를 미리 측정해 두어, 상기 물탱크에 공급되는 물의 경도가, 그 때의 상기 흡열 열교환기로부터의 설정 출탕(出湯) 온도에 대응하여 정해지는 최대 허용 경도 이하의 경도가 되도록, 상기 제2의 물공급계로의 유량을 조절하는 유량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    사용되는 물의 경도는, 도전율 측정 수단에 의해 사용되는 물의 도전율을 측정함으로써 측정되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  7. 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과,
    물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고,
    상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1의 물공급계로와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2의 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 한 히트 펌프식 급탕 장치로서,
    상기 흡열 열교환기의 탕(湯)출구부에 있어서의 스케일의 석출량을 모니터하는 스케일 석출량 모니터 수단을 설치하고, 이 스케일 석출량 모니터 수단에 의한 모니터값에 기초하여 상기 흡열 열교환기의 탕출구부에 있어서의 스케일 석출량이 소정값 이하가 되도록 상기 제2의 물공급계로의 유량을 조절하는 유량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    스케일 석출량 모니터 수단은, 입자 카운터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    스케일 석출량 모니터 수단은, 도전율 측정 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    스케일 석출량 모니터 수단은, 물을 투과 또는 반사하는 광의 양에 기초하여 스케일 석출량을 측정하는 광학적 계측 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  11. 냉매를 응축함으로써 냉매로부터의 열을 방열하는 방열 열교환기를 갖는 열원측 히트 펌프 유닛과,
    물을 저류한 물탱크, 이 물탱크 내에 외부로부터의 물을 공급하는 물공급 배관, 상기 물탱크의 저부와 상부에 연통하여, 상기 물탱크 내 저부의 물을 물탱크의 상부에 바이패스 상태로 순환시키는 물순환 배관, 이 물순환 배관의 도중에 있어 상기 열원측 히트 펌프 유닛의 상기 방열 열교환기에 대해서 흡열 가능하게 결합된 흡열 열교환기, 상기 물탱크 상부의 온수를 외부에 급탕하는 급탕 배관으로 이루어지는 급탕 유닛을 구비하고,
    상기 물공급 배관을, 외부로부터 공급되는 물을 그대로 물탱크 내에 공급하는 제1의 물공급계로와, 외부로부터의 물을 수질 조정 유닛을 통하여 스케일이 발 생하기 어렵도록 수질을 개선한 후에 물탱크 내에 공급하는 제2의 물공급계로의 복수의 물공급계로로 분기하여, 공급되는 물의 수질에 따라 어느 한쪽 또는 양쪽의 물공급계로를 구분하여 사용하도록 한 히트 펌프식 급탕 장치로서,
    상기 흡열 열교환기의 물입구측과 출구측 사이에 있어서의 압력 손실을 계측하여, 이 압력 손실이 소정값 이상으로 상승하지 않도록, 상기 제2의 물공급계로의 유량을 조절하는 유량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    수질 조정 유닛은, 수질 경도를 낮추는 연수화 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  13. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    수질 조정 유닛은, 물의 산성도를 올리는 수소 이온 농도 개선 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  14. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    수질 조정 유닛은, 칼슘 성분의 결정을 미세화하는 결정 미세화 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
  15. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    수질 조정 유닛은, 칼슘 성분의 결정핵을 포집 제거하는 필터 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 급탕 장치.
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