KR20100114022A - Heat-pump hot-water supply apparatus - Google Patents
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Abstract
히트 펌프 급탕 장치에 있어서, 심야 시간대의 저탕 탱크 비등 시의 에너지 효율을 높게 하는 동시에 전력 수요의 평준화를 도모하기 위해, 히트 펌프와, 상기 히트 펌프로 가열된 물을 저탕하는 저탕 탱크를 구비하고, 또한 외기 온도를 사용하여 가열 능력을 설정하는 설정 수단과, 심야 시간대에 상기 설정 수단으로 설정한 가열 능력의 최소치로 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 제어 수단을 구비하고, 이 제어 수단은 가열 능력의 최소치로 히트 펌프를 우선적으로 운전시켜도 심야 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 가열 능력의 최소치보다 높은 가열 능력으로 히트 펌프를 운전시키도록 제어한다.A heat pump hot water supply device, comprising: a heat pump and a water storage tank for boiling water heated by the heat pump, in order to increase energy efficiency at the time of boiling the storage tank in the late-night time zone and to level the power demand. And means for setting the heating capacity by using the outside temperature and control means for preferentially operating the heat pump at the minimum value of the heating capacity set by the setting means in the late-night time zone, and the control means includes a minimum value of the heating capacity. When boiling cannot be completed in the midnight time zone even if the furnace heat pump is preferentially operated, the heat pump is operated to be operated with a heating capacity higher than the minimum of the heating capacity.
Description
본 발명은 히트 펌프를 사용하여 저탕 탱크의 물을 가열하도록 한 히트 펌프 급탕 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump hot water supply device configured to heat water in a storage tank using a heat pump.
전기 요금이 저렴한 심야 시간대에 물을 끓이는 저탕식 히트 펌프 급탕 장치의 예로서 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 심야 시간대에 물을 끓이고, 또한 방열 손실의 저감을 도모하기 위해, 필요 비등 열량과 히트 펌프의 일정한 가열 능력에 기초하여, 필요 비등 시간을 산출하여, 심야 시간대 종료 시각으로부터 이 필요 비등 시간을 뺀 시각을 비등 개시 시각으로 설정하고, 심야 시간대의 후반에 비등 운전을 시프트하고 있다.There is a thing described in
다른 비등 제어 수단을 구비하는 히트 펌프 급탕 장치의 예로서는 특허 문헌 2에 기재된 것이 있다. 이는, (필요한 열량/저탕 시간)으로 인버터 히트 펌프의 가열 능력을 산출하여, 가열 능력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프로부터, 대응하는 주파수를 구한다. 인버터 히트 펌프는 낮은 주파수로 운전하는 쪽이 높은 주파수로 운전하는 것보다도 효율이 높은 특성이 있다. 따라서, 일정한 출력으로 저탕하는 경우에 비교하여, 저온수를 고효율로 행할 수 있다.As an example of the heat pump hot water supply apparatus provided with another boiling control means, there exist some described in
또한, 특허 문헌 3에는 소용량의 저탕조를 갖는 히트 펌프 급탕 장치의 예가 기재되어 있다. 이는, 주로 야간에 히트 펌프 사이클을 구동하여 저탕조에 온수를 저장하고, 낮에도 적절하게 히트 펌프 사이클을 구동하여 저탕조에 온수를 저장하는 것으로, 온수 끊김의 우려가 있는 경우에는, 히트 펌프 사이클의 가열 능력을 높이는 운전을 우선하여 온수 끊김을 방지하고, 온수 끊김의 우려가 없는 경우에는, 히트 펌프 사이클의 운전 효율을 우선한 운전을 행하여, 온수 끊김을 방지하는 동시에 운전 효율을 높이고 있다. 그리고, 시간대 타이머에 의해, 1일을 통틀어 가장 온수를 필요로 하는 시간대(16 내지 22시)에는 온수 끊김을 방지하기 위해 가열 능력을 우선하고, 그 밖의 시간대에 있어서는 운전 효율을 우선하고 있다.In addition,
상기 특허 문헌 1에 기재된 히트 펌프 급탕 장치에서는, 심야 시간대의 외기 온도의 변화에 대한 히트 펌프의 에너지 효율의 영향은 고려되어 있지 않다. 히트 펌프는 외기 온도가 높을수록, 히트 펌프의 소비 전력에 대한 물 가열 능력의 비율인 COP, 소위 에너지 효율이 높아지는 특성이 있다. 심야 시간대를, 예를 들어 오후 11시 내지 오전 7시로 하면, 심야 시간대 개시 시각인 오후 11시부터 심야 시간대 종료 시각인 오전 7시에 걸쳐서, 외기온은 대략 하강하는 변화를 나타낸다. 따라서, 심야 시간대의 후반에 비등 운전을 시프트함으로써, 외기 온도가 낮아지는 심야 시간대에 히트 펌프를 운전하므로, 에너지 효율(COP)이 낮아진다고 하는 과제가 있었다.In the heat pump hot water supply apparatus described in
또한, 특허 문헌 2에 기재된 히트 펌프 급탕 장치에 있어서는, 운전하는 히트 펌프의 주파수는 (필요한 열량/저탕 시간)으로 산출되는 가열 능력과 주파수의 관계를 나타내는 그래프로부터 결정되어 있다. 히트 펌프의 COP는 압축기 효율이 일정하거나, 또는 주파수의 저하에 수반하는 압축기 효율의 저하가 작으면, 특허문헌 2에 기재된 히트 펌프 급탕 장치와 같이 낮은 주파수로 운전하는 쪽이 높은 주파수로 운전하는 것보다도 에너지 효율은 높아진다.Moreover, in the heat pump hot water supply apparatus described in
그런데, 최근 상품화되어 있는 히트 펌프 급탕 장치의 냉매로서, 이산화탄소가 사용되고 있다. 이산화탄소는 플루오르카본에 대해, 고저압의 차압이 3배, 실린더 용적이 1/3, 토출압이 3배 정도로 된다(히트 펌프ㆍ축열 센터편 「논프론 기술」 p.50, 옴사, 2004년 2월 1일 발행). 이와 같이, 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 압축기는 플루오르카본에 대해 고저압의 차압이 3배로 높으므로, 압축기의 주파수의 저하에 수반하여 압축실의 누설의 영향이 커지고, 압축기 효율의 저하가 커진다. 따라서, 이산화탄소를 냉매로서 사용한 히트 펌프 급탕 장치는 주파수가 낮을수록 에너지 효율이 높아지지 않아, 에너지 효율이 최고로 되는 주파수가 존재한다. 즉, 특허 문헌 2의 것에는, 에너지 효율이 최고로 되는 주파수가 존재하는 경우의 비등 제어 수단에 대해 고려되어 있지 않다.By the way, carbon dioxide is used as a refrigerant | coolant of the heat pump hot water supply apparatus currently commercialized. Carbon dioxide has a high and low pressure differential pressure of 3 times, a cylinder volume of 1/3, and a discharge pressure of about 3 times that of fluorocarbons (Heat Pump & Heat Storage Center, p.50, Omsa, 2004. 2 Issued January 1). As described above, since a compressor using carbon dioxide as a refrigerant has a high pressure difference of three times higher than that of fluorocarbon, the effect of leakage of the compression chamber increases with the decrease in the frequency of the compressor, and the decrease in the compressor efficiency increases. Therefore, in the heat pump hot water supply device using carbon dioxide as the refrigerant, the lower the frequency, the higher the energy efficiency, and there is a frequency at which the energy efficiency is the highest. That is, the
또한, 특허 문헌 3에 기재된 히트 펌프 급탕 장치에서는 가열 능력을 우선한 운전과 운전 효율을 우선한 운전을 절환하도록 하고 있지만, 심야 시간대에 있어서의 운전의 절환의 제어 수단에 대해서는 고려되어 있지 않다.Moreover, although the heat pump hot water supply apparatus of
본 발명의 목적은, 높은 에너지 효율을 유지할 수 있고, 또한 전력 수요의 평준화에도 기여하는 것이 가능한 히트 펌프 급탕 장치를 얻는 데 있다.An object of the present invention is to obtain a heat pump hot water supply apparatus capable of maintaining high energy efficiency and contributing to leveling of electric power demand.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 히트 펌프와, 상기 히트 펌프로 가열된 물을 저탕하는 저탕 탱크를 구비한 히트 펌프 급탕 장치에 있어서, 외기 온도를 사용하여 가열 능력을 설정하는 설정 수단과, 심야 시간대에 상기 설정 수단으로 설정한 가열 능력의 최소치로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 가열 능력의 최소치로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 것만으로는 상기 심야 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 상기 가열 능력의 최소치보다 높은 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 운전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a heat pump hot water supply device having a heat pump and a water storage tank for boiling water heated by the heat pump, comprising: setting means for setting a heating capacity using an outside temperature; And a control means for preferentially operating the heat pump at the minimum value of the heating capacity set by the setting means in the late-night time zone, and the control means only operates the heat pump preferentially at the minimum value of the heating capacity. When boiling cannot be completed in the late night time zone, the heat pump is operated to be operated with a heating capacity higher than the minimum value of the heating capacity.
본 발명에 따르면, 전기 요금이 저렴한 심야 시간대 중, 전력 수요량이 적은 소정 시간대에 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력으로 히트 펌프를 운전하는 제어를 우선하고 있으므로, 탱크 비등 시의 에너지 효율을 높일 수 있는 동시에, 전력 수요의 평준화에 기여할 수 있는 히트 펌프 급탕 장치를 얻을 수 있다.According to the present invention, the control of operating the heat pump with a heating capacity of which energy efficiency is substantially the highest at a predetermined time period during which the power demand is low during a late night time period with low electric charges is preferred, so that the energy efficiency at the time of tank boiling can be improved. At the same time, it is possible to obtain a heat pump hot water supply apparatus that can contribute to leveling of electric power demand.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면에 관한 이하의 본 발명의 실시예의 기재로부터 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments of the present invention taken in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 히트 펌프 급탕 장치의 계통도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 심야 비등 제어를 도시하는 흐름도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 비등 온도 목표치가 70℃ 이상인 경우의 외기 온도와 히트 펌프 유닛의 가열 능력의 최소치와 최대치의 관계를 나타내는 선도.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 비등 온도 목표치가 70℃ 미만인 경우의 외기 온도와 히트 펌프 유닛의 가열 능력의 최소치와 최대치의 관계를 나타내는 선도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 히트 펌프 유닛의 가열 능력과 COP의 관계를 나타내는 선도.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 히트 펌프 운전의 시각을 도시하는 도면.
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 히트 펌프 운전의 시각을 도시하는 도면.
도 5c는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 히트 펌프 운전의 시각을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 히트 펌프 유닛의 가열 능력 재설정 제어를 도시하는 흐름도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 심야 비등 제어를 도시하는 흐름도.
도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 비등 온도 목표치가 70℃ 이상인 경우의 외기 온도와 히트 펌프 유닛의 가열 능력의 최소치와 최대치의 관계를 나타내는 선도.
도 8b는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 비등 온도 목표치가 70℃ 미만인 경우의 외기 온도와 히트 펌프 유닛의 가열 능력의 최소치와 최대치의 관계를 나타내는 선도.1 is a system diagram of a heat pump hot water supply device according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a flowchart showing a night boiling control according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 3A is a diagram showing the relationship between the minimum and maximum values of the outside air temperature and the heating capacity of the heat pump unit when the boiling temperature target value in the first embodiment of the present invention is 70 ° C or higher.
Fig. 3B is a diagram showing the relationship between the minimum and maximum values of the outside air temperature and the heating capacity of the heat pump unit when the boiling temperature target value in the first embodiment of the present invention is less than 70 ° C.
4 is a diagram showing a relationship between a heating capacity and a COP of a heat pump unit according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 5A is a diagram showing the time of heat pump operation in the first embodiment of the present invention.
Fig. 5B is a diagram showing the time of heat pump operation in the first embodiment of the present invention.
Fig. 5C is a diagram showing the time of heat pump operation in the first embodiment of the present invention.
Fig. 6 is a flowchart showing the heating capability reset control of the heat pump unit in the second embodiment of the present invention.
Fig. 7 is a flowchart showing late night boiling control in the third embodiment of the present invention.
Fig. 8A is a diagram showing the relationship between the minimum and maximum values of the outside air temperature and the heating capacity of the heat pump unit when the boiling temperature target value in the fifth embodiment of the present invention is 70 ° C or higher.
Fig. 8B is a diagram showing the relationship between the minimum and maximum values of the outside air temperature and the heating capacity of the heat pump unit when the boiling temperature target value in the fifth embodiment of the present invention is less than 70 ° C.
이하, 본 발명에 관한 히트 펌프 급탕 장치의 제1 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the 1st Example of the heat pump hot water supply apparatus which concerns on this invention is described based on drawing.
(제1 실시예)(First embodiment)
도 1은 히트 펌프 급탕 장치(100)의 계통도이다.1 is a system diagram of a heat pump hot
히트 펌프 급탕 장치(100)는 저탕 탱크 유닛(1)과 히트 펌프 유닛(2)을 구비하고 있다. 저탕 탱크 유닛(1)은 저탕 탱크(11)와, 이 저탕 탱크(11) 상부에 접속된 출탕관(12)과, 저탕 탱크(11) 하부에 그 한쪽이 접속된 급수관(13)과, 이 급수관(13)의 다른 쪽에 접속되어, 장치 외부의 상수도와 접속되는 급수 금속 부재(14)와, 이 급수 금속 부재(14)로부터 도입한 상수를 적정한 수압으로 조정하는 감압 밸브(15)와, 출탕관(12)으로부터의 고온수와 급수관(13)으로부터 분기된 급수 분기관(16)으로부터의 저온수를 혼합하는 급탕 혼합 밸브(17)와, 한쪽이 상기 급탕 혼합 밸브(17)의 하류에 접속되고, 다른 쪽이 장치 외부의 급탕 단말과 접속되는 급탕 금속 부재(20)와, 그 사이에 급탕 유량 센서(19)를 포함하는 급탕관(18)을 구비한다.The heat pump hot
또한, 저탕 탱크(11)는 저탕 탱크(11) 하부에 그 한쪽이 접속되고, 다른 쪽이 히트 펌프 유닛(2)과 접속되는 히트 펌프 진행관(21)과, 저탕 탱크(11) 상부에 접속되고, 다른 쪽이 히트 펌프 유닛(2)과 접속되는 히트 펌프 복귀관(22)을 구비하여, 저탕 탱크(11) 내의 저탕수를 히트 펌프 유닛(2)을 통해 순환 가능하게 구성하고 있다.In addition, the
저탕 탱크(11) 측면에 설치된 복수의 탱크 온도 센서(30), 급수관(13)에 설치된 급수 온도 센서(31), 급탕관(18)에 설치된 급탕 온도 센서(32)는 각 부의 온도를 검지하여, 그 온도 정보를 저탕 탱크 제어부(23)로 보내고, 저탕 탱크 제어부(23)는 후술하는 히트 펌프 제어부(58), 리모트 컨트롤러(도시하지 않음)와의 통신을 행하는 동시에 저탕 탱크 유닛(1)의 제어를 행한다.The plurality of
히트 펌프 유닛(2)의 히트 펌프 회로(3)는 냉매를 압축하여 고온의 냉매로 하는 압축기(51), 이 압축기(51)로 압축되어 고온으로 된 냉매와 저탕 탱크 유닛(1)으로부터 공급된 물을 열교환하는 물 냉매 열교환기(52), 이 물 냉매 열교환기(52)를 나온 냉매를 감압하는 팽창 밸브(53), 팽창 밸브(53)를 나온 저온 저압의 냉매를 증발시키는 증발기(54)를 냉매 관로로 접속하여 구성되어 있다. 냉매를 이산화탄소로 하여, 고온의 물의 비등을 가능하게 하고 있다.The
압축기(51)는 인버터 제어에 의해 용량 제어가 가능하고, 저속으로부터 고속까지 회전 속도가 가변이다. 증발기(54)는 공기 냉매 열교환기이고, 실외 팬(55)에 의해 실외의 대량의 공기와 감압된 냉매를 열교환시킨다.The
물 냉매 열교환기(52)는 냉매측 전열관(52a)과 물측 전열관(52b)을 갖고 있고, 냉매측 전열관(52a)의 냉매의 흐름과 물측 전열관(52b)의 물의 흐름과는 대향류로 되어 있다. 그리고, 고온 고압의 냉매와 저온의 물이 열교환한다. 즉, 물 냉매 열교환기(52)의 입구[도면 중에서는 물 냉매 열교환기(52)의 하측]에서 저온이었던 물이 물측 전열관(52b)을 통과할 때에 서서히 가열되어, 물 냉매 열교환기(52)의 출구[도면 중에서는 물 냉매 열교환기(52)의 상측]에서, 후술하는 히트 펌프 제어부(58)에 의해 설정된 소정의 온도로 승온된다.The water
물 냉매 열교환기(52)의 물측 전열관(52b)의 입구측과 전술한 히트 펌프 진행관(21)이 접속되어, 관로 도중에 용량 제어가 가능한 탱크 순환 펌프(56), 물 냉매 열교환기 물 유량 센서(57)가 배치되어 있다. 또한, 물측 전열관(52b)의 출구측과 전술한 히트 펌프 복귀관(22)이 접속되어 있다.The
압축기(51) 출구측의 냉매관에 설치된 압축기 토출 온도 센서(35), 증발기(54)의 공기 입구측에 설치된 외기 온도 센서(36), 히트 펌프 진행관(21)에 설치된 물 냉매 열교환기 물 입구 온도 센서(37) 및 히트 펌프 복귀관(22)에 설치된 물 냉매 열교환기 물 출구 온도 센서(38)는 각 부의 온도를 검지하여, 그 검지한 온도 정보를 히트 펌프 제어부(58)로 보내고, 히트 펌프 제어부(58)는 전술한 저탕 탱크 제어부(23)와의 통신을 행하는 동시에 히트 펌프 유닛(2)의 제어를 행한다.Water refrigerant heat exchanger water installed in the compressor
급탕 시의 동작에 대해, 이하에 설명한다. 급탕 금속 부재(20)에 접속된 도시하지 않은 급탕 단말을 개방하면, 급수 금속 부재(14)에 접속된 수도의 수압에 의해, 저탕 탱크(11) 상부의 고온수가 출탕관(12) 내로 유입되고, 또한 저온의 급수가 급수 분기관(16) 내로 유입되고, 고온수 및 저온수는 급탕 혼합 밸브(17), 급탕 유량 센서(19), 급탕 금속 부재(20)를 거쳐서 급탕 단말로부터 유출된다. 그때, 유량 센서(19)가 수류를 검지하고, 저탕 탱크 제어부(23)는 급탕 온도 센서(32)가 검지하는 온도가 리모트 컨트롤러(도시하지 않음)에 의해 설정된 급탕 온도로 되도록, 출탕관(12)으로부터의 고온수와 급수 분기관(16)으로부터의 저온수의 비율을 제어한다. 저탕 탱크(11) 상부의 고온수가 사용된 만큼, 저탕 탱크(11) 하부에는 저온의 급수가 공급된다.The operation at the time of the hot water supply will be described below. When the hot water supply terminal (not shown) connected to the hot water
저탕 시의 동작에 대해, 이하에 설명한다. 저탕 탱크(11) 내의 저탕수를 비등시킬 때, 히트 펌프 제어부(58)는 히트 펌프 회로(3)를 운전 제어하는 동시에, 탱크 순환 펌프(56)를 운전 제어한다. 이때, 후술하는 바와 같이, 압축기(51)의 회전 속도 제어, 팽창 밸브(53)의 개방도 제어, 그리고 탱크 순환 펌프(56)의 회전 속도 제어를 행한다. 탱크 순환 펌프(56)의 운전에 의해 저탕 탱크(11) 하부로부터 유출된 저탕수는 히트 펌프 진행관(21)을 통해 물 냉매 열교환기(52)로 유입되고, 히트 펌프 회로(3)의 고온의 냉매에 가열되어, 히트 펌프 복귀관(22)을 통해 저탕 탱크(11) 상부로 복귀됨으로써 고온의 물이 저탕된다.The operation at the time of boiling will be described below. When boiling water in the
다음에, 심야 비등 제어의 동작에 대해, 도 2 내지 도 4를 사용하여 설명한다. 심야 시간대는 전기 요금이 저렴해지는 시간대로, 예를 들어 오후 11시부터 오전 7시까지로 한다. 도 2의 심야 비등 제어의 흐름도에 있어서, 저탕 탱크 제어부(23)는 심야 시간대의 개시 시각인 오후 11시에 심야 비등 제어를 개시한다(S1). 우선, 비등 열량(Qa)의 설정을 행한다(S2). 비등 열량(Qa)은 과거 7일간의 사용 열량의 평균치와 표준 편차와 예비 열량의 합으로서 산출한다.Next, the operation of the night boiling control will be described with reference to FIGS. 2 to 4. The late night time zone is a time when the electricity bill becomes cheaper, for example, from 11 pm to 7 am. In the flowchart of late night boiling control of FIG. 2, the storage
1일(전일의 오후 11시부터 당일의 오후 11시까지)의 사용 열량(Qc)을 이하의 식으로 산출한다.The calorific value Qc of one day (from 11:00 pm of the day before to 11:00 pm of the day) is calculated by the following formula.
(식 1)(Equation 1)
Qc = Qz1 + Qd - QzQc = Qz1 + Qd-Qz
여기서, Qz1은 전일의 오후 11시에서의 저탕 탱크(11)의 잔열량, Qd는 히트 펌프 유닛(2)의 가열량, Qz는 당일의 오후 11시에서의 잔열량이다. 잔열량(Qz1, Qz)은 저탕 탱크(11)의 각 탱크 온도 센서(30)로 검지한 온도와 급수 온도 센서(31)로 검지한 온도의 온도 차와, 각 탱크 온도 센서(30)를 포함하는 저탕 탱크(11)를 상하 방향으로 구분한 용적과 물의 밀도와 비열의 곱의 합으로 산출된다. 또한, 가열량(Qd)은 후술하는 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 설정치(필요 가열 능력)의 운전 시간의 적분치로 산출된다.Here, Qz1 is the residual heat amount of the
저탕 탱크 제어부(23)는 과거 7일간의 사용 열량을 기억하여 평균치 및 표준 편차를 구하고, 비등 열량(Qa)을 사용 열량의 편차를 고려하여, 평균치와 표준 편차와 예비 열량의 합으로서 설정한다. 예비 열량은, 예를 들어 급탕 온도 42℃, 급탕량 100L의 급탕이 가능한 열량으로 한다.The storage
다음에, 비등 온도 목표치(tp)의 설정을 행한다(S3). 비등 온도(tp)를 이하의 식으로 산출한다.Next, the boiling temperature target value tp is set (S3). The boiling temperature tp is calculated by the following formula.
(식 2)(Equation 2)
tp = Qa/(ρㆍcㆍVㆍα) + twitp = Qa / (ρcVVα) + twi
단, 레지오넬라균 발생 방지를 위해, 산출한 비등 온도 목표치(tp)가 65℃ 미만인 경우에는 65℃로 설정한다. 여기서, Qa는 전술한 비등 열량, ρ는 물 밀도, c는 물 비열, V는 저탕 탱크(11)의 용적, α는 용적 효율, twi는 도 1의 급수 온도 센서(31)가 검지하는 급수 온도이다. 용적 효율(α)은 히트 펌프 회로(3) 보호를 위해, 물 냉매 열교환기(52)의 물 입구 온도가 비등 온도(tp)보다 낮은 온도, 예를 들어 55℃에서 비등을 정지하므로, 저탕 탱크(11) 하부의 온도가 비등 온도(tp)로 되지 않는 것을 고려한 것이다.However, in order to prevent the Legionella bacteria generation, when the calculated boiling temperature target value tp is less than 65 degreeC, it sets to 65 degreeC. Here, Qa is the above-described boiling heat amount, ρ is the water density, c is the water specific heat, V is the volume of the
다음에, 비등 시간(Tn)의 설정을 행한다(S4). 전술한 바와 같이 심야 시간대를 오후 11시부터 오전 7시까지의 8시간으로 하고 있다. 비등 시간(Tn)을, 예를 들어 5시간으로 설정한다. 이 5시간은 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 시간으로 한다. 이 비등 시간(Tn)은, 예를 들어 계절마다의 전력 수요량을 고려하여, 계절(카렌다)에 따라서 변경하도록 해도 좋다.Next, the boiling time Tn is set (S4). As described above, the night time zone is 8 hours from 11 pm to 7 am. The boiling time Tn is set to 5 hours, for example. These five hours are from 1:00 am to 6:00 am when the demand for electricity is low during the late night hours. The boiling time Tn may be changed depending on the season (calendar), for example, in consideration of the amount of power demand for each season.
다음에, 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)의 설정을 행한다(S5). 도 3a, 도 3b는 비등 온도 목표치(tp)가 70℃ 이상과 70℃ 미만에서 각각, 외기 온도와 가열 능력의 최소치(Wmin) 및 최대치(Wmax)의 관계를 나타낸 것이다. 즉, 비등 온도 목표치(tp)와 외기 온도[외기 온도 센서(36)의 검출치]로부터, 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)를 결정할 수 있다. 도 3b에서 비등 온도 목표치가 70℃ 미만이고 외기 온도가 ta일 때, 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력과 COP(소비 전력에 대한 가열 능력의 비율)의 관계를 도 4에 나타낸다. 주로 압축기(51)의 회전 속도(주파수)를 변경함으로써, 가열 능력을 변경하고 있다. 히트 펌프 유닛(2)은 COP가 가열 능력에 대해 최고치를 갖는 특성을 나타낸다. 그리고, 도 3b에 도시하는 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치를 도 4에 도시하는 COP가 대략 최고로 되는 가열 능력으로 하고 있다. 또한, 도 3b의 가열 능력의 최대치는 각 외기온에서, 심야 시간대에 급탕이 없는 경우, 최대라도 심야 시간대의 8시간으로 비등이 완료되는 가열 능력으로 하고 있다. 따라서, 도 3b에 있어서는, 작은 가열 능력으로 운전하는 쪽이 큰 가열 능력으로 운전하는 것보다도 COP가 높아진다.Next, the minimum value Wmin and the maximum value Wmax of the heating capacity of the
다음에, 히트 펌프 유닛(2)의 필요 가열 능력(W)의 계산을 행한다(S6). 필요 가열 능력(W)을 이하의 식으로 산출한다.Next, the required heating capacity W of the
(식 3)(Equation 3)
W = (Qa - Qz)/(Tnㆍβ)W = (Qa-Qz) / (Tn, β)
여기서, Qa는 전술한 비등 열량, Qz는 전술한 당일 오후 11시에서의 잔열량, Tn은 전술한 비등 시간, β는 가열 효율이다. 가열 효율(β)은 히트 펌프 유닛(2)의 비등 운전 시, 시작 시나 비등 완료 근처에 있어서 가열 능력이 필요 가열 능력(W)에 만족되지 않는 경우나, 외기 온도가 낮을 때의 제상 운전에 의한 평균 가열 능력의 저하를 고려한 것으로, 외기 온도에 따라 값이 설정된다.Here, Qa is the above-mentioned boiling heat amount, Qz is the remaining heat amount at 11 pm on the same day, Tn is the above-mentioned boiling time, and β is heating efficiency. The heating efficiency β is determined by the defrosting operation when the heating capacity is not satisfied at the required heating capacity W at the start of boiling of the
다음에, 계산된 필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)의 범위 내에 있는지를 판정하여, 각각의 경우에 대해 필요한 처리를 행한다(S7 내지 S15).Next, it is determined whether the calculated required heating capacity W is within the range of the minimum value Wmin and the maximum value Wmax of the heating capacity of the
필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 가열 능력의 최소치(Wmin) 미만인 경우(S7 예), 필요 가열 능력(W)을 최소치(Wmin)로 하여(S8), 변경된 필요 가열 능력으로 역으로 비등 시간(Tn)을 산출한다(S9). 이때, 비등 시간(Tn)을 이하의 식으로 산출한다.When the required heating capacity (W) is less than the minimum value (Wmin) of the heating capacity set in step S5 (YES in S7), the required heating capacity (W) is set to the minimum value (Wmin) (S8), and is reversed to the changed necessary heating capacity. The boiling time Tn is calculated (S9). At this time, the boiling time Tn is calculated by the following formula.
(식 4)(Equation 4)
Tn = (Qa - Qz)/(Wㆍβ)Tn = (Qa-Qz) / (W.β)
이 계산에 의해, 비등 시간(Tn)은 스텝 S4에서 설정한 값, 5시간보다 짧아진다. 따라서, 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 동안에 비등을 완료하는 것이 가능하다. By this calculation, the boiling time Tn becomes shorter than the value set in step S4 and 5 hours. Therefore, it is possible to complete boiling during the period from 1 AM to 6 AM when the power demand is small during the late night time zone.
다음에, 종료 시각 시프트 시간(Tf)의 설정을 행한다(S10). 이때, 비등 종료 시각을 심야 시간대의 종료 시각 오전 7시로부터 전력 수요량이 적은 오전 6시로 시프트하기 위해, 종료 시각 시프트 시간(Tf)을 1시간으로 설정한다.Next, the end time shift time Tf is set (S10). At this time, the end time shift time Tf is set to 1 hour in order to shift the boiling end time from 7:00 am at the end time of the late-night time zone to 6 am with less power demand.
필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 가열 능력의 최소치(Wmin) 이상인 경우(S7 아니오), 또한 최대치(Wmax) 이상인 경우(S11 예), 필요 가열 능력(W)을 최대치(Wmax)로 하고(S12), 변경된 필요 가열 능력으로 역으로 비등 시간(Tn)을 산출한다(S13). 이때, 비등 시간(Tn)을 식 4와 동일한 식으로 산출한다. 이 계산에 의해, 비등 시간(Tn)은 스텝 S4에서 설정한 값, 5시간보다 길어진다. 따라서, 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 동안만으로는 비등을 완료할 수 없어, 그 이외의 오전 6시부터 오전 7시까지의 동안과 전일의 오후 11시부터 다음날의 오전 1시까지의 동안도 비등 운전을 행할 필요가 있다.When the required heating capacity (W) is equal to or greater than the minimum value (Wmin) of the heating capacity set in step S5 (No in S7), and when it is larger than or equal to the maximum value (Wmax) (Yes in S11), the required heating capacity (W) is set to the maximum value (Wmax). (S12), the boiling time Tn is calculated inversely based on the changed necessary heating capacity (S13). At this time, the boiling time Tn is computed by the same formula as Formula 4. By this calculation, the boiling time Tn becomes longer than the value set in step S4 and 5 hours. Therefore, it is not possible to complete boiling only during the period from 1:00 am to 6:00 am when power demand decreases in the late-night time zone, and during other 6 am to 7:00 am and from 11 pm of the day before to 1 am of the next day It is necessary to carry out boiling operation even until time.
다음에, 종료 시각 시프트 시간(Tf)의 설정을 행한다(S14). 이때, 비등 종료 시각을 시프트하지 않고, 심야 시간대의 종료 시각 오전 7시로 하기 위해, 종료 시각 시프트 시간(Tf)을 0시간으로 설정한다.Next, the end time shift time Tf is set (S14). At this time, the end time shift time Tf is set to 0 hours in order not to shift the boiling end time but to be 7 AM at the end time of the late night time zone.
필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 가열 능력의 범위 내에 있는 경우(S11 아니오), 비등 시간(Tn)은 스텝 S4에서 설정한 값, 5시간 그대로이고, 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 동안에 비등을 완료하는 것이 가능하다.When the required heating capacity W is within the range of the heating capacity set in step S5 (No in S11), the boiling time Tn remains the value set in step S4 for 5 hours, and the amount of power demand decreases in the late night time zone. It is possible to complete the boiling from 1 am to 6 am.
이때, 종료 시각 시프트 시간(Tf)의 설정을 행한다(S15). 비등 종료 시각을 심야 시간대의 종료 시각 오전 7시로부터 전력 수요량이 적은 오전 6시로 시프트하기 위해, 종료 시각 시프트 시간(Tf)을 1시간으로 설정한다.At this time, the end time shift time Tf is set (S15). The end time shift time Tf is set to one hour in order to shift the boiling end time from 7:00 am at the end of the late night time zone to 6 am with less demand.
이상과 같이 스텝 S7 내지 S15에서 비등 시간(Tn)과 필요 가열 능력(W)이 결정된 후, 비등 개시 시각(Ts)을 설정한다(S16). 비등 개시 시각(Ts)을 이하의 식으로 산출한다.As described above, after the boiling time Tn and the required heating capacity W are determined in steps S7 to S15, the boiling start time Ts is set (S16). The boiling start time Ts is calculated by the following formula.
(식 5)(Eq. 5)
Ts = 심야 시간대 종료 시각 - Tf - TnTs = late night time zone end time-Tf-Tn
여기서, Tf는 전술한 종료 시각 시프트 시간, Tn은 비등 시간이다. 또한, 심야 시간대 종료 시각은 오전 7시이다.Here, Tf is the end time shift time described above, and Tn is the boiling time. In addition, the late-night time zone end time is 7:00 AM.
다음에, 현재 시각이 비등 개시 시각(Ts)으로 되었는지의 판정을 행한다(S17). 현재 시각이 비등 개시 시각(Ts)으로 된 경우에는(S17 예), 히트 펌프의 운전을 행하고(S18), 현재 시각이 비등 개시 시각(Ts)으로 되어 있지 않은 경우에는(S17 예), 스텝 S17의 판정을 반복한다.Next, a determination is made as to whether the current time is the boiling start time Ts (S17). If the current time is the boiling start time Ts (YES), the heat pump is operated (S18). If the current time is not the boiling start time Ts (YES), step S17 The determination of is repeated.
히트 펌프 운전(S18)은 이하와 같이 행해진다. 이때, 저탕 탱크 제어부(23)는 히트 펌프 제어부(58)에 히트 펌프 운전 지령을 내는 동시에, 비등 온도 목표치(tp), 필요 가열 능력(W)의 값을 부여한다. 히트 펌프 제어부(58)는 물 냉매 열교환기(52)의 물 출구 온도 센서(38)로 검지한 물 출구 온도가 비등 온도 목표치(tp)로 되도록 압축기(51)의 회전 속도 제어를 행한다.Heat pump operation S18 is performed as follows. At this time, the storage
또한, 히트 펌프 제어부(58)는 압축기 토출 온도 센서(35)로 검지한 토출 온도가 이하의 식으로 산출되는 목표치(td0)로 되도록 팽창 밸브(53)의 개방도 제어를 행한다.The heat
(식 6)(Equation 6)
Td0 = f(tp, thwi, ta, W)Td0 = f (tp, thwi, ta, W)
여기서, tp는 비등 온도 목표치, thwi는 물 냉매 열교환기(52)의 물 입구 온도 센서(37)로 검지한 물 입구 온도, ta는 외기온 센서(36)로 검지한 외기 온도, W는 필요 가열 능력이고, 토출 온도의 목표치(td0)는 이들의 함수(f)로 나타내어진다. 목표치는 히트 펌프 유닛(2)의 COP가 대략 최고로 되는 토출 온도로 설정되어 있다. 여기서는, 목표치를 필요 가열 능력(W)의 함수로 하였으므로, 도 3b에 도시하는 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)의 전체 범위에서, 고효율의 히트 펌프의 운전이 가능하다.Where tp is the boiling temperature target value, thwi is the water inlet temperature detected by the water
또한, 히트 펌프 제어부(58)는 물 냉매 열교환기(52)의 물 유량 센서(57)로 검지한 물 유량이 이하의 식으로 산출되는 목표치(Lw0)로 되도록 탱크 순환 펌프(56)의 회전 속도 제어를 행한다.In addition, the heat
(식 7)(Eq. 7)
Lw0 = W/[(ρㆍc)(tp - thwi)]Lw0 = W / [(ρc) (tp-thwi)]
여기서, W는 필요 가열 능력, ρ는 물 밀도, c는 물 비열, tp는 비등 온도 목표치, thwi는 물 냉매 열교환기(52)의 물 입구 온도 센서(37)로 검지한 물 입구 온도이다.Where W is the required heating capacity, ρ is the water density, c is the specific heat of heat, tp is the boiling temperature target value, and thwi is the water inlet temperature detected by the water
히트 펌프 제어부(58)는 이상의 압축기(51)의 회전 속도 제어 및 탱크 순환 펌프(56)의 회전수 속도 제어에 의해, 비등 온도가 tp, 가열 능력이 W인 비등 운전을 행한다.The heat
히트 펌프 운전 중, 저탕 탱크 제어부(23)는 소정의 탱크 온도 센서(30)가 미리 설정된 비등 종료 온도 이상으로 되었는지 여부의 판정을 행한다(S19). 비등 종료 온도 이상으로 되어 있지 않은 경우에는(S19 아니오), 스텝 S19의 판정을 반복한다. 비등 종료 온도 이상으로 된 경우에는(S19 예), 저탕 탱크 제어부(23)는 히트 펌프 제어부(58)에 히트 펌프 정지 지령을 내고(S20), 심야 비등을 완료한다(S21). 또한, 전술한 가열량(Qd) 산출을 위해, 히트 펌프 운전 중, 필요 가열 능력(W)의 시간 적분의 계산을 행한다.During the heat pump operation, the water storage
이상 상세하게 서술한 바와 같이, 심야 비등 운전은 3패턴으로 구분된다(도 5a 내지 도 5c 참조). 즉, 첫번째(도 5a)는, 심야 시간대(오후 11시부터 오전 7시까지) 중, 또한 전력 수요량이 적은 소정 시간대(오전 1시부터 오전 6시까지)에 히트 펌프의 효율이 대략 최고로 되는 가열 능력으로 히트 펌프를 운전하는 패턴이다. 이때, 소정 시간대 종료 시각(오전 6시)으로부터 필요 비등 시간을 뺀 시각을 비등 개시 시각으로 설정하여, 소정 시간대의 후반에 비등 운전을 시프트하고 있다.As described in detail above, the night boiling operation is divided into three patterns (see FIGS. 5A to 5C). That is, the first (FIG. 5A) is a heating in which the efficiency of the heat pump is approximately the highest during a late night time period (11 pm to 7 am) and at a predetermined time period (1 am to 6 am) when the power demand is small. The ability to drive a heat pump with the ability. At this time, the time which subtracted the required boiling time from the predetermined time zone end time (6 AM) is set as a boiling start time, and boiling operation is shifted to the latter half of a predetermined time zone.
두번째(도 5b)는, 대략 최고 효율의 가열 능력에 의한 운전만으로는 소정 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우이다. 이는, 소정 시간대에 비등이 완료되도록, 히트 펌프의 효율이 대략 최고로 되는 가열 능력보다 높은 가열 능력으로 히트 펌프를 운전하는 것이다. 이때, 소정 시간대(오전 1시부터 오전 6시까지)의 대략 전체 시간을 사용하여 비등이 완료되는 가열 능력으로 히트 펌프를 운전한다. Second (FIG. 5B) is a case where boiling cannot be completed in a predetermined time period only by operation with a heating efficiency of approximately the highest efficiency. This is to operate the heat pump with a heating capacity higher than the heating capacity at which the efficiency of the heat pump becomes approximately the highest so that boiling is completed in a predetermined time period. At this time, the heat pump is operated with the heating capability to complete boiling using approximately the entire time of the predetermined time zone (1 am to 6 am).
3번째(도 5c)는, 최대 가열 능력으로 운전해도 소정 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우이다. 심야 시간대에 비등이 완료되도록, 최대 가열 능력으로 히트 펌프를 운전한다. 이때, 심야 시간대 종료 시각(오전 7시)으로부터 필요 비등 시간을 뺀 시각을 비등 개시 시각으로 설정하여, 심야 시간대의 후반에 비등 운전을 시프트하고 있다.Third (FIG. 5C) is a case where boiling cannot be completed in a predetermined time period even when driving at the maximum heating capacity. Operate the heat pump with maximum heating capacity to ensure boiling is complete at night time. At this time, the time which removed the required boiling time from the late night time zone end time (7 AM) is set as a boiling start time, and boiling operation is shifted to the latter half of a late night time zone.
또한, 본 실시예에서는, 소정 시간대 종료 시각 또는 심야 시간대 종료 시각에 비등이 완료되도록 설명하였지만, 이 시각보다 전에 여유를 갖고 비등이 완료되도록, 예를 들어 히트 펌프의 가열 능력을 약간 크게 재설정하여, 운전 시간이 약간 짧아지도록 해도 좋다.In addition, in the present embodiment, it has been explained that the boiling is completed at the predetermined time zone end time or the late night time zone end time, but, for example, the heating capacity of the heat pump is reset slightly so that the boiling is completed with a margin before this time, The driving time may be shortened slightly.
첫번째의 운전 패턴에 의해, 히트 펌프의 효율이 대략 최고로 되는 가열 능력으로 히트 펌프를 운전하므로, 히트 펌프 급탕 장치를 높은 효율로 운전할 수 있다.According to the first operation pattern, the heat pump is operated with the heating capacity at which the efficiency of the heat pump becomes approximately the highest, so that the heat pump hot water supply device can be operated with high efficiency.
또한, 첫번째 및 두번째의 운전 패턴에 의해, 작은 가열 능력으로 히트 펌프를 장시간 운전하므로, 히트 펌프의 비등 운전 개시 시각이 빨라져, 운전 심야 시간대의 외기 온도가 높은 시간대에서의 운전 시간이 증가하여, 히트 펌프가 에너지 효율이 높아지는 조건으로 운전할 수 있다.In addition, since the heat pump is operated for a long time with a small heating capacity by the first and second driving patterns, the boiling operation start time of the heat pump is accelerated, and the operating time in the time zone where the outside air temperature is high in the driving late-night time zone is increased. The pump can be operated under conditions of increased energy efficiency.
또한, 첫번째 및 두번째의 운전 패턴에 의해, 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 소정 시간대 내에서 히트 펌프 운전을 행하고 있으므로, 전력 수요의 평준화에 기여할 수 있다.In addition, since the heat pump operation is performed within a predetermined time period from 1 AM to 6 AM when the demand for power decreases in the late night time zone, the first and second driving patterns can contribute to leveling the power demand.
또한, 3번째의 운전 패턴에 의해, 비등 열량이 많은 경우라도 심야 시간대에 확실하게 비등을 완료할 수 있다.In addition, according to the third driving pattern, the boiling can be surely completed in the midnight time zone even when the boiling heat amount is large.
(제2 실시예)(2nd Example)
본 발명의 제2 실시예를, 도 6을 참조하여 설명한다. 본 실시예는 도 2에 도시하는 심야 비등 제어 흐름도의 스텝 S18에 있어서의 히트 펌프 운전이 제1 실시예와 다르다. 본 실시예에서는 히트 펌프의 가열 능력을 일정 시간마다 설정한다.A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment differs from the first embodiment in the heat pump operation in step S18 of the late-night boiling control flowchart shown in FIG. 2. In this embodiment, the heat capacity of the heat pump is set at each constant time.
저탕 탱크 제어부(23)는 히트 펌프 운전 시, 가열 능력의 재설정 제어를 개시한다(S30). 현재의 가열 능력이 최대치(Wmax) 미만인 경우(S31 예), 가열 능력의 재설정을 행하고, 최대치(Wmax)인 경우(S31 아니오), 가열 능력의 재설정을 행하지 않고 제어를 종료한다(S32). 즉, 오전 1시부터 오전 6시까지의 소정 시간대 내에서 히트 펌프 운전을 행하고 있는 경우, 가열 능력의 재설정을 행한다.The storage
가열 능력의 재설정은, 우선 현재 열량(Qx)의 계산을 행한다(S33). 현재 열량(Qx)은 저탕 탱크(11)의 각 탱크 온도 센서(30)로 검지한 온도와 급수 온도 센서(31)로 검지한 온도의 온도차와, 각 탱크 온도 센서(30)를 포함하는 저탕 탱크(11)를 상하 방향으로 구분한 용적과 물의 밀도와 비열의 곱의 합으로 산출된다.To reset the heating capacity, first, the current amount of heat Qx is calculated (S33). The current heat quantity Qx is a storage tank including a temperature difference between a temperature detected by each
다음에, 비등 잔여 시간(Tr)의 계산을 행한다(S34). 비등 잔여 시간(Tr)을 이하의 식으로 산출한다.Next, the boiling remaining time Tr is calculated (S34). The boiling remaining time Tr is calculated by the following formula.
(식 8)(Eq. 8)
Tr = 심야 시간대 종료 시각 - Tf - 현재 시각Tr = late night time zone end time-Tf-Current time
여기서, 심야 시간대 종료 시각은 오전 7시, Tf는 종료 시각 시프트 시간으로, 도 2의 스텝 S10 또는 S15에서 설정한 1시간이다.Here, the late-night time zone end time is 7:00 am, and Tf is the end time shift time, which is one hour set in step S10 or S15 in FIG.
다음에, 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)의 설정을 행한다(S35). 설정의 방법은 도 2의 스텝 S5와 동일하다.Next, the minimum value Wmin and the maximum value Wmax of the heating capacity of the
다음에, 히트 펌프 유닛(2)의 필요 가열 능력(W)의 계산을 행한다(S36). 필요 가열 능력(W)을 이하의 식으로 산출한다.Next, the required heating capacity W of the
(식 9)(Eq. 9)
W = (Qa - Qx)/(Trㆍβ)W = (Qa-Qx) / (Tr, β)
여기서, Qa는 제1 실시예에서 서술한 비등 열량, Qx는 전술한 현재 열량, Tr은 전술한 비등 잔여 시간, β는 제1 실시예에서 설명한 가열 효율이다.Here, Qa is the boiling heat amount described in the first embodiment, Qx is the current calorie value described above, Tr is the boiling time remaining described above, and β is the heating efficiency described in the first embodiment.
다음에, 계산된 필요 가열 능력(W)이 스텝 S35에서 설정한 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치(Wmin)와 최대치(Wmax)의 범위 내에 있는지를 판정하여, 범위 외인 경우에는 필요한 처리를 행한다(S37 내지 S40). 필요 가열 능력(W)이 스텝 S35에서 설정한 가열 능력의 최소치(Wmin) 미만인 경우(S37 예), 필요 가열 능력(W)을 최소치(Wmin)로 한다(S38). 또한, 필요 가열 능력(W)이 최대치(Wmax)보다 큰 경우(S39 예), 필요 가열 능력(W)을 최대치(Wmax)로 한다(S40). 또한, 스텝 S39 예의 경우, 필요 가열 능력이 최대치(Wmax)로 억제되어 있으므로, 소정 시간대 종료 시각인 오전 6시까지 비등이 완료되지 않지만, 그 시간 초과분은 작아 심야 시간대 종료 시각의 오전 7시까지는 비등이 완료된다.Next, it is determined whether the calculated required heating capacity W is within the range of the minimum value Wmin and the maximum value Wmax of the heating capacity of the
다음에, 필요 가열 능력(W)의 재설정을 행한다(S41). 이때, 저탕 탱크 제어부(23)는 히트 펌프 제어부(58)에 새로운 필요 가열 능력(W)의 값을 부여한다. 히트 펌프 제어부는 새로운 필요 가열 능력(W)의 값에 기초하여 히트 펌프 유닛(2)의 운전 제어를 행한다.Next, the required heating capacity W is reset (S41). At this time, the storage
저탕 탱크 제어부(23)는 타이머가 소정 시간 경과마다(S42), 이상의 가열 능력의 재설정 제어를 행한다.The storage
이상, 히트 펌프의 가열 능력을 일정 시간마다 섬세하고 치밀하게 설정함으로써, 심야 시간대 중에서 전력 수요량이 적어지는 오전 1시부터 오전 6시까지의 소정 시간대 내에서 히트 펌프 급탕 장치를 가능한 한 작은 가열 능력으로 높은 효율로 운전할 수 있다. 또한, 소정 시간대 내에서 확실하게 비등을 완료할 수 있다.By setting the heat capacity of the heat pump delicately and precisely at regular intervals, the heat pump hot water supply device is set up with the smallest possible heating capacity within a predetermined time period from 1 AM to 6 AM when the power demand is low during the late night time. Can operate with efficiency. Moreover, boiling can be completed reliably within a predetermined time slot.
(제3 실시예)(Third Embodiment)
본 발명의 제3 실시예를, 도 7을 참조하여 설명한다. 본 실시예는, 제1 실시예의 심야 비등 제어에 있어서, 비등 시간(Tn)을 5시간으로부터 8시간으로 변경한 것이다. 도 7에 있어서, 도 2와 동일 스텝은 동일한 부호로 나타내어, 설명을 생략한다.A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, in the late-night boiling control of the first embodiment, the boiling time Tn is changed from 5 hours to 8 hours. In Fig. 7, the same steps as those in Fig. 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
스텝 S1 내지 S3은 제1 실시예와 동일하다. 스텝 S4′의 비등 시간(Tn)을 심야 시간대(오후 11시부터 오전 7시까지)의 8시간으로 설정한다. 스텝 S6에서는 비등 시간(Tn)을 8시간으로 하여 필요 가열 능력(W)의 계산을 행한다.Steps S1 to S3 are the same as in the first embodiment. The boiling time Tn of step S4 'is set to 8 hours of a late-night time zone (11 pm-7 am). In step S6, the boiling time Tn is set to 8 hours and the required heating capacity W is calculated.
스텝 S7′에 있어서, 필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 가열 능력의 최소치(Wmin) 미만인 경우(S7′ 예), 필요 가열 능력(W)을 최소치(Wmin)로 하고(S8), 변경된 필요 가열 능력으로 역으로 비등 시간(Tn)을 산출한다(S9).In step S7 ', when the required heating capability W is less than the minimum value Wmin of the heating capability set in step S5 (YES in S7'), the required heating capability W is made into the minimum value Wmin (S8), The boiling time Tn is calculated inversely based on the changed necessary heating capacity (S9).
그 밖의 경우(S7′ 아니오), 필요 가열 능력(W)이 스텝 S5에서 설정한 가열 능력의 범위 내에 있다고 하고, 그대로의 값을 사용한다. 또한, 제1 실시예에서 서술한 바와 같이, 도 3의 가열 능력의 최대치(Wmax)는 각 외기온에서 심야 시간대에 급탕이 없는 경우, 최대라도 심야 시간대의 8시간에 비등이 완료되는 가열 능력으로 하고 있으므로, 필요 가열 능력(W)은 최대치(Wmax) 이하의 값으로 된다.In other cases (S7 'NO), it is assumed that the required heating capacity W is within the range of the heating capacity set in step S5, and the same value is used. In addition, as described in the first embodiment, the maximum value Wmax of the heating capacity of FIG. 3 is the heating capacity at which boiling is completed at 8 hours in the late night time zone even when there is no hot water supply in the late night time zone at each outside temperature. Therefore, the required heating capacity W becomes a value below the maximum value Wmax.
그 후의 스텝 S16 내지 S21은 제1 실시예와 동일하다.Subsequent steps S16 to S21 are the same as in the first embodiment.
이상, 히트 펌프의 비등 시간을 5시간보다 긴 8시간으로 설정한 것에 의해, 동일한 필요 비등 열량에 대해, 히트 펌프 급탕 장치를 보다 작은 가열 능력으로 운전할 수 있어, 높은 효율을 유지할 수 있다.As mentioned above, by setting the boiling time of a heat pump to 8 hours longer than 5 hours, a heat pump hot water supply apparatus can be operated with a smaller heating capacity with respect to the same required boiling heat quantity, and high efficiency can be maintained.
(제4 실시예)(Example 4)
본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 본 실시예는 도 7에 도시하는 심야 비등 제어의 흐름도의 스텝 S18에 있어서의 히트 펌프 운전이 전술한 제3 실시예와 다른 점이다. 본 실시예에서는 히트 펌프의 필요 가열 능력(W)에 계수(k)를 곱한 것을 히트 펌프가 운전하는 가열 능력으로 하고 있다.A fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment differs from the third embodiment in that the heat pump operation in step S18 of the flowchart of the late-night boiling control shown in FIG. In this embodiment, the multiplied by the coefficient k for the required heating capacity W of the heat pump is the heating capacity for the heat pump to operate.
계수(k)를 이하의 식으로 산출한다.The coefficient k is calculated by the following formula.
(식 10)(Eq. 10)
k = 1 + d - 2d/Tn*Tk = 1 + d-2d / Tn * T
여기서, d는 시프트값, Tn은 비등 시간으로 8시간, T는 히트 펌프 운전 시간이다. 계수(k)는 운전 시간(T)의 1차 함수로, T = 0일 때, k = 1 + d, T = Tn일 때, k = 1 - d이다. 즉, 계수(k)를 필요 가열 능력(W)에 곱함으로써, 히트 펌프의 가열 능력이 심야 시간대의 전반부에서 필요 가열 능력(W)보다 커지고, 후반부에서 필요 가열 능력(W)보다 작아진다. 또한, 8시간으로 비등을 행하는 경우(도 7의 스텝 S7′ 아니오의 경우), 본 제어 처리는 행해진다. 또한, 히트 펌프의 가열 능력은 도 3에서 설정한 최소치(Wmin)로부터 최대치(Wmax)까지의 범위 내로 한다.Here, d is a shift value, Tn is a boiling time for 8 hours, and T is a heat pump operation time. The coefficient k is a linear function of the operating time T, where k = 1-d when T = 0, k = 1 + d, and T = Tn. In other words, by multiplying the coefficient k by the required heating capacity W, the heating capacity of the heat pump becomes larger than the required heating capacity W in the first half of the late-night time zone and becomes smaller than the required heating capacity W in the second half. In addition, when it boils for 8 hours (in the case of no in step S7 'of FIG. 7,), this control process is performed. In addition, the heat capacity of a heat pump shall be in the range from the minimum value Wmin set to FIG. 3 to the maximum value Wmax.
이상의 본 제어에 의해, 심야 시간대의 전반부에서, 심야 비등 열량의 반 이상을 비등시키므로, 심야 시간대 중 외기 온도가 높은 전반부의 에너지 효율이 높아지는 조건으로 운전할 수 있어, 높은 효율을 유지할 수 있다.According to the above-described control, since half or more of the boiling heat of the late night is boiled in the first half of the late night time zone, it is possible to operate under the condition that the energy efficiency of the first half of the high outside air temperature is high during the late night time zone, thereby maintaining high efficiency.
(제5 실시예)(Fifth Embodiment)
본 발명의 제5 실시예를 설명한다. 본 실시예는 도 7의 심야 비등 제어에 있어서의 흐름도의 스텝 S5에서의 가열 능력 최소치(Wmin)의 설정 방법이, 제3 실시예와 다르다. 본 실시예에서는 히트 펌프의 가열 능력 최소치(Wmin)를 가열 능력 최대치(Wmax)의 대략 3분의 2로 하고 있다.The fifth embodiment of the present invention will be described. This embodiment differs from the third embodiment in the method of setting the heating capacity minimum value Wmin in step S5 of the flowchart in the late-night boiling control of FIG. 7. In this embodiment, the heating capacity minimum value Wmin of the heat pump is set to approximately two thirds of the heating capacity maximum value Wmax.
도 8a, 도 8b에 본 실시예에 있어서의 비등 온도 목표치가 각각 70℃ 이상과 70℃ 미만인 경우의 외기 온도와 히트 펌프 유닛(2)의 가열 능력의 최소치와 최대치의 관계를 나타낸다. 가열 능력의 최소치(Wmin)를, 제1 실시예의 도 3a, 도 3b에 도시한 히트 펌프의 효율이 대략 최고로 되는 가열 능력을 나타내는 최소치(Wmin)보다 큰, 최대치(Wmax)의 대략 3분의 2(66%)로 한다. 이때, 히트 펌프의 최대 가열 능력의 66%로부터 100%의 범위에서, 가열 능력이 작을수록 에너지 효율은 높아진다.8A and 8B show the relationship between the outside air temperature and the minimum value and the maximum value of the heating capacity of the
본 제어 처리에 의해, 히트 펌프 유닛(2)은 심야 시간대에 최대 가열 능력의 66%로부터 100%로 비등 운전하게 되어, 최소라도 최대 가열 능력의 66%로 운전하여, 제3 실시예에 비교하여, 도 7의 흐름도의 스텝 S9에서 계산되는 비등 시간(Tn)이 작아지고, 따라서, S16에서 계산되는 비등 개시 시각(Ts)이 심야 시간대의 후방으로 시프트된다.This control process causes the
이상의 본 제어에 의해, 높은 에너지 효율을 유지하는 동시에, 심야 시간대 중 전력 수요가 높은 전반부의 전력량의 증가를 억제할 수 있다.According to the above-described control, while maintaining high energy efficiency, it is possible to suppress an increase in the amount of power in the first half with high electric power demand during the late night time zone.
본 실시예에서는, 히트 펌프의 가열 능력 최소치(Wmin)를 가열 능력 최대치(Wmax)의 대략 3분의 2로 하고 있지만, 50% 내지 80%로 한 경우에도 동일한 효과가 얻어진다.In the present embodiment, the heating capacity minimum value Wmin of the heat pump is set to approximately two thirds of the heating capacity maximum value Wmax, but the same effect is obtained even when it is set to 50% to 80%.
상기 실시예에서는 심야 시간대로서 전기 요금이 저렴해지는 시간대로 하였지만, 급탕 수요 또는 전력 수요가 작은 시간대에 대해서도, 본 발명은 마찬가지로 실시할 수 있다.In the above embodiment, the nighttime time zone is a time when the electric charge becomes cheaper. However, the present invention can be similarly implemented even in a time zone where the hot water supply demand or the electric power demand is small.
또한, 상기 실시예에서는 필요 가열 능력을 얻기 위해, 비등 온도가 목표치로 되도록 압축기의 회전 속도 제어를 행하고, 수량이 목표치로 되도록 탱크 순환 펌프의 회전 속도 제어를 행하고 있지만, 가열 능력과 압축기 회전 속도의 관계로부터, 회전 속도를 설정하여 비등 온도가 목표치로 되도록, 탱크 순환 펌프의 회전 속도를 제어하도록 해도 좋고, 개략의 필요 가열 능력이 얻어지는 제어 방법이면 좋다.In addition, in the above embodiment, in order to obtain the required heating capacity, the rotational speed control of the compressor is performed so that the boiling temperature becomes the target value, and the rotational speed control of the tank circulation pump is performed so that the quantity is the target value. From the relationship, the rotational speed of the tank circulating pump may be controlled so that the rotational speed is set so that the boiling temperature is a target value, and a control method in which an outline of the required heating capability can be obtained.
본 발명에 의해, 소정 시간대에 에너지 효율이 대략 최고로 되는 가열 능력으로 히트 펌프를 운전하는 제어를 우선하였으므로, 히트 펌프 급탕 장치의 탱크 비등 운전 시의 에너지 효율이 높아진다.According to the present invention, priority is given to control of operating the heat pump with a heating capacity of which energy efficiency is approximately the highest at a predetermined time period, so that the energy efficiency at the time of tank boiling operation of the heat pump hot water supply device is increased.
상기 기재는 실시예에 대해 이루어졌지만, 본 발명은 그것으로 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 첨부한 청구의 범위의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.Although the foregoing description has been made with respect to the examples, it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
Claims (12)
상기 히트 펌프로 가열된 물을 저탕하는 저탕 탱크를 구비한 히트 펌프 급탕 장치에 있어서,
외기 온도를 사용하여 가열 능력을 설정하는 설정 수단과, 심야 시간대에 상기 히트 펌프의 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 히트 펌프의 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 것만으로는 상기 심야 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 상기 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력보다 높은 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 운전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 급탕 장치.With heat pump,
A heat pump hot water supply device having a hot water tank for storing water heated by the heat pump,
Setting means for setting the heating capacity by using the outside temperature, and control means for preferentially operating the heat pump with a heating capacity such that the energy efficiency of the heat pump is substantially the highest at night time,
The control means is characterized in that the energy efficiency is substantially highest when boiling cannot be completed in the late-night time period only by preferentially operating the heat pump with a heating capacity such that the energy efficiency of the heat pump is substantially the highest. And controlling the heat pump to operate with a heating capability higher than the heating capability.
상기 히트 펌프로 가열된 물을 저탕하는 저탕 탱크를 구비한 히트 펌프 급탕 장치에 있어서,
외기 온도를 사용하여 가열 능력을 설정하는 설정 수단과,
심야 시간대에 상기 설정 수단으로 설정한 가열 능력의 최소치로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 가열 능력의 최소치로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 것만으로는 상기 심야 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 상기 가열 능력의 최소치보다 높은 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 운전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 급탕 장치.With heat pump,
A heat pump hot water supply device having a hot water tank for storing water heated by the heat pump,
Setting means for setting the heating capacity by using the outside temperature;
And a control means for preferentially operating the heat pump at the minimum value of the heating capacity set by the setting means in the late night time zone,
The control means operates the heat pump with a heating capacity higher than the minimum of the heating capacity when boiling cannot be completed in the late-night time zone only by preferentially operating the heat pump with the minimum of the heating capacity. A heat pump hot water supply apparatus, characterized in that the control to make.
상기 히트 펌프로 가열된 물을 저탕하는 저탕 탱크를 구비한 히트 펌프 급탕 장치에 있어서,
외기 온도를 사용하여 가열 능력을 설정하는 설정 수단과,
심야 시간대 중 소정 시간대에 상기 히트 펌프의 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 우선적으로 운전시키는 제어 수단과,
상기 히트 펌프의 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 운전만으로는 상기 소정 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 에너지 효율이 실질적으로 최고로 되는 가열 능력보다도 높은 가열 능력으로 상기 히트 펌프를 운전시키는 제어 수단과,
상기 설정 수단으로 설정한 가열 능력의 최대치로 운전해도 상기 소정 시간대에 비등을 완료할 수 없는 경우에, 상기 심야 시간대에도 상기 히트 펌프를 운전시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 히트 펌프 급탕 장치.With heat pump,
A heat pump hot water supply device having a hot water tank for storing water heated by the heat pump,
Setting means for setting the heating capacity by using the outside temperature;
Control means for preferentially operating the heat pump with a heating capability such that the energy efficiency of the heat pump is substantially the highest at a predetermined time period in the late night time zone;
Control means for operating the heat pump with a heating capacity higher than the heating capacity at which the energy efficiency is substantially highest, when boiling cannot be completed in the predetermined time period only by an operation in which the energy efficiency of the heat pump is substantially highest;
When the boiling cannot be completed in the predetermined time period even when driving at the maximum value of the heating capacity set by the setting means, the heat pump hot water supply device, characterized in that the control means for operating the heat pump also in the night time zone. .
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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