KR20130111186A - Hybrid heating apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드형 급탕장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 히트 펌프와 급탕기를 조합하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 한 하이브리드형 급탕장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid hot water supply device and a control method thereof, and more particularly, to a hybrid hot water supply device and a control method thereof in which a heat pump and a hot water heater are combined to increase energy efficiency.
일반적으로, 가정용 급탕 장치로서는 가스 급탕기나 전기 온수기가 있다.Generally, a domestic hot water supply apparatus includes a gas hot water heater and an electric water heater.
가스 급탕기는 가스를 연소시켜 급수를 가열함에 따라 뜨거운 온수가 필요로 하는 목욕탕 등에서 급탕할 수 있도록 하며, 또한 난방수를 가열하여 순환시키므로 난방하는데 사용된다.The gas hot water heater is used to heat a hot water in a bathroom, such as hot water, as the gas is heated to heat the water supply, and is also used for heating because the water is heated and circulated.
한편, 전기 온수기는 저장 탱크내의 물을 전기 히터로 가열하여 저장해 두어, 필요에 따라 저장 탱크로부터 급탕이 필요로 하는 곳에서 급탕할 수 있도록 되어 있다.On the other hand, the electric water heater heats and stores the water in the storage tank with an electric heater so that the hot water can be hot-watered from the storage tank where necessary.
가스 급탕기는 급수 가열에 사용되지 않고 방출되는 연소 가스가 많기 때문에, 그 성능 계수(COP; 가열 효율을 말함)는 전기 온수기에 있어서의 전기 히터의 성능 계수를 1로 가정 하면, 가스 급탕기의 경우 성능 계수는 0.82이다.Since gas water heaters are not used for water supply heating and emit a lot of combustion gases, the coefficient of performance (COP; heating efficiency) is assumed to be 1 when the coefficient of performance of an electric heater in an electric water heater is assumed to be 1 The coefficient is 0.82.
급탕 장치의 에너지 효율을 1차 에너지(전력)의 사용량에 대한 사용 열량의 비 라고 정의하면, 가스 급탕기에서는 전력 사용량이 적기 때문에 성능 계수가 낮아도 에너지 효율이 높다. 반면에 전기 온수기에서는 전기 히터에 의한 전력 사용량이 많기 때문에 전기 히터의 성능 계수가 높아도 에너지 효율이 낮게 된다.If the energy efficiency of the hot water supply device is defined as the ratio of the amount of heat used to the amount of primary energy (electric power) used, the gas hot water heater uses less power, so the energy efficiency is high even though the performance coefficient is low. On the other hand, since the electric water heater consumes a lot of power by the electric heater, the energy efficiency is low even if the performance coefficient of the electric heater is high.
본 발명의 실시예는, 성능 계수가 높은 히트 펌프와 1차 에너지 사용량이 적은 급탕기를 조합하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드형 급탕장치 및 그 제어방법과 관련된다.Embodiments of the present invention relate to a hybrid hot water supply device and a control method thereof in which a heat pump having a high coefficient of performance and a hot water heater having a low primary energy consumption can be combined to improve energy efficiency.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치는,Hybrid type hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention,
급수구와 급탕구가 구비되며, 가열되는 물을 저장하는 저장탱크;A storage tank having a water supply port and a hot water supply port and storing the heated water;
상기 저장탱크 내의 물을 가열하는 제1응축부가 구비되는 히트 펌프;A heat pump having a first condensation unit for heating water in the storage tank;
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 제1우회 관로;A first bypass pipe branched from the water supply port and joined to the water supply port;
상기 제1우회 관로에 설치되며, 상기 제1우회 관로를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기;A hot water heater installed in the first bypass pipe and heating water moved along the first bypass pipe;
상기 저장탱크의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프 및 급탕기의 가동을 제어하고, 상기 제1우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치를 제공한다.Control the operation of the heat pump and the hot water heater according to the hot water temperature of the storage tank, control the flow rate moving along the first bypass pipe, and control the operation of the circulation pump for circulating the hot water from the storage tank to the heating zone. It provides a hybrid hot water supply device comprising a control unit.
본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치는,Hybrid type hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention,
급수구와 급탕구가 구비되며, 가열되는 물을 저장하는 저장탱크;A storage tank having a water supply port and a hot water supply port and storing the heated water;
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 제1우회 관로;A first bypass pipe branched from the water supply port and joined to the water supply port;
상기 제1우회 관로에서 분기되며, 내부 관로를 따라 이동되어 가열되는 온수를 상기 제1우회 관로의 온수에 합류시키는 제2우회 관로;A second bypass pipe branched from the first bypass pipe, the second bypass pipe joining the hot water moved along the inner pipe and heated to the hot water of the first bypass pipe;
상기 제1우회 관로에 설치되며, 상기 제1우회 관로를 따라 이동되는 물을 히트 펌프로부터의 냉매에 의해 가열하는 제1응축부;A first condenser installed in the first bypass pipe, the first condenser for heating water moved along the first bypass pipe by a refrigerant from a heat pump;
상기 제1응축부 및 히트 펌프와 연통되며, 상기 제2우회 관로를 따라 이동되는 물을 관수 저장부 내의 물과 상호 열교환으로 인해 가열하도록, 상기 관수 저장부 내의 물을 가열하는 제2응축부;A second condensation portion communicating with the first condensation portion and the heat pump and heating the water in the irrigation reservoir so as to heat water moved along the second bypass pipe due to mutual heat exchange with water in the irrigation reservoir;
상기 저장탱크 및 상기 관수 저장부의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프의 가동을 제어하고, 상기 제1,2우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치를 제공한다.A circulation pump for controlling the operation of the heat pump according to the hot water temperature of the storage tank and the irrigation water storage unit, controlling the flow rate moving along the first and second bypass pipes, and circulating hot water from the storage tank to the heating zone. It provides a hybrid hot water supply device comprising a control unit for controlling the operation of the.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 제어방법은,The control method of the hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention,
가열되는 물을 저장하는 저장탱크;A storage tank for storing the heated water;
상기 저장탱크 내의 물을 가열하는 히트 펌프;A heat pump for heating the water in the storage tank;
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 제1우회 관로를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기;A hot water heater for heating water which is branched from the water inlet and moved along the first bypass pipe joined to the hot water inlet;
상기 저장탱크의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프 및 급탕기의 가동을 제어하고, 상기 제1우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치의 제어방법에 있어서:Control the operation of the heat pump and the hot water heater according to the hot water temperature of the storage tank, control the flow rate moving along the first bypass pipe, and control the operation of the circulation pump for circulating the hot water from the storage tank to the heating zone. In a control method of a hybrid hot water supply device, characterized in that it comprises a control unit:
상기 저장탱크 내의 물을 상기 히트 펌프에 의해 설정된 제1온도까지 가열하는 제1가열단계;A first heating step of heating water in the storage tank to a first temperature set by the heat pump;
상기 급탕기에 의해 상기 제1온도보다 높은 제2온도까지 가열하는 제2가열단계;A second heating step of heating to a second temperature higher than the first temperature by the hot water heater;
상기 히트 펌프에 의해 상기 제1온도보다 낮은 제3온도까지 가열하는 제3가열단계로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치의 제어방법을 제공한다.Provided is a control method of a hybrid hot water supply device, characterized in that the third heating step of heating to a third temperature lower than the first temperature by the heat pump.
상기 저장탱크의 물 온도를 실시간으로 검출하여 검출신호를 상기 제어부에 전송하는 온도검출센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a temperature detection sensor configured to detect the water temperature of the storage tank in real time and transmit a detection signal to the controller.
상기 저장탱크와 상기 관수 저장부의 물 온도를 실시간으로 검출하여 검출신호를 상기 제어부에 각각 전송하는 온도검출센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a temperature detection sensor for detecting the water temperature of the storage tank and the irrigation storage in real time and transmitting detection signals to the control unit, respectively.
상기 히트 펌프는The heat pump
상기 히트 펌프의 증발기에서의 착상을 방지하거나 증발기에 생성되는 서리를 제거할 수 있도록, 상기 제1우회 관로로부터 분기되어 상기 증발기에 온수를 공급하는 해동용 관로에 연통되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is in communication with the thawing pipe branched from the first bypass pipe to supply hot water to the evaporator so as to prevent frost generated in the evaporator of the heat pump or to remove frost generated in the evaporator.
상기 제1응축부는 상기 저장탱크 내부에 설치되거나, 또는 상기 제1응축부는 상기 저장탱크 외부에 위치하는 상기 제1우회 관로 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.The first condensation part may be installed in the storage tank, or the first condensation part may be installed in the first bypass pipe located outside the storage tank.
상기 저장탱크의 물은The water in the storage tank
상기 히트 펌프로부터 이동되는 제1응축부에 의한 냉매의 방열과, 상기 난방구역으로부터 물이 이동되는 열교환 튜브와 상호 열교환이 이뤄져 가열되는 것을 특징으로 한다.The heat dissipation of the refrigerant by the first condensation unit moving from the heat pump, and the heat exchange tube and the heat exchange tube to move the water from the heating zone is characterized in that the heating.
상기 급탕기는 가스 급탕기 또는 석유 급탕기인 것을 특징으로 한다.The hot water heater is characterized in that the gas water heater or petroleum water heater.
상기 저장탱크의 물은 상기 히트 펌프의 제1응축부에 의해 60℃까지 1차로 가열된 후, 상기 급탕기에 의해 90℃까지 2차로 가열되는 것을 특징으로 한다.The water in the storage tank is first heated to 60 ℃ by the first condensation of the heat pump, it is characterized in that it is heated second to 90 ℃ by the hot water heater.
상기 제1응축부에 관수 저장부에 설치되는 제2응축부를 직렬로 연통하되, 상기 제2응축부는 상기 저장탱크측 제1응축부보다 상대적으로 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.The second condensation unit is provided in series communication with the first condensation unit installed in the irrigation storage unit, wherein the second condensation unit is disposed at a position relatively higher than the first condensation unit on the storage tank side.
상기 관수 저장부는 가스 또는 석유를 사용하는 보조 가열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The irrigation reservoir is characterized in that it comprises an auxiliary heating means using gas or petroleum.
상기 저장탱크 내의 온수 온도 차이가 설정온도 이상 발생되는 경우, 상기 저장탱크 내의 상태를 상기 제어부에서 계면 제어하는 것을 특징으로 한다.When the difference between the hot water temperature in the storage tank is more than the set temperature, characterized in that the controller controls the state in the storage tank.
상기 제1가열단계에서 상기 히트 펌프는 심야 전력을 이용하여 가동시키는 것을 특징으로 한다.In the first heating step, the heat pump is operated using night power.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치 및 그 제어방법은 아래와 같은 효과를 갖는다.Hybrid type hot water supply apparatus and a control method according to an embodiment of the present invention configured as described above has the following effects.
성능 계수가 높은 히트 펌프와, 1차 에너지 사용량이 적은 가스 급탕기를 조합하여 에너지 효율을 향상시킴에 따라 제품에 대한 신뢰성 및 구매력을 높일 수 있다.The combination of a heat pump with a high coefficient of performance and a gas water heater with low primary energy usage improves energy efficiency, thereby increasing the reliability and purchasing power of the product.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치에서, 저장탱크 내의 온도 변화를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치에서, 히트펌프의 응축기 출구 온도와 성능 계수의 상호 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a temperature change in a storage tank in a hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph showing a correlation between a condenser outlet temperature and a performance coefficient of a heat pump in a hybrid hot water supply device according to an embodiment of the present invention;
4 is a block diagram of a hybrid hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention;
5 is a block diagram of a hybrid hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, which are intended to illustrate the present invention in a manner that allows a person skilled in the art to easily carry out the invention. And does not mean that the technical idea and scope of the invention are limited.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치는,Hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention shown in Figure 1 and 2,
수도꼭지 등에 연결되는 하단의 급수구(6) 및 목욕탕 등에 뜨거운 온수를 공급하는 상단의 급탕구(7)가 구비되며, 가열(일 예로서 55∼60℃정도를 말함)되는 물을 저장하는 저장탱크(1)(일 예로서 120ℓ정도를 수용할 수 있는 원통형 용기로서 형성될 수 있음)와,A
상기 저장탱크(1) 내의 물을 가열하는 제1응축부(13a)가 구비되는 히트 펌프(2)와,A
상기 급수구(6)에서 분기되어 급탕구(7)에 합류되는 제1우회 관로(12)와,A first bypass pipe (12) branched from the water inlet (6) and joined to the hot water inlet (7),
상기 제1우회 관로(12)에 설치되며, 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기(3)와,A
상기 저장탱크(1)의 온수 온도에 따라 히트 펌프(2) 및 급탕기(3)의 가동을 제어하고, 전자개폐밸브(8)를 개방시켜 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 저장탱크(1)로부터 난방구역(19)에 온수를 순환시키는 순환펌프(11)의 가동을 제어하는 제어부(5)를 포함한다.Control the operation of the heat pump (2) and the hot water heater (3) in accordance with the hot water temperature of the storage tank (1), and open the electromagnetic opening and closing valve (8) to control the flow rate that is moved along the first bypass pipe (12) And a
상기 저장탱크(1)의 물 온도를 실시간으로 검출하여 검출신호를 제어부(5)에 전송하는 온도검출센서(9)를 포함할 수 있다.It may include a
도면에는 미 도시되었으나, 상기 히트 펌프(2)는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 이뤄지며 냉매를 순환시키는 냉동싸이클 구성은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 구성이므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.Although not shown in the drawings, the
상기 히트 펌프(2)는The
상기 히트 펌프(2)의 증발기(미도시됨)에서의 착상을 방지하거나 증발기에 생성되는 서리를 제거할 수 있도록, 제1우회 관로(12)로부터 분기되어 증발기에 온수를 공급하는 해동용 관로(14)에 연통될 수 있다.A defrosting pipe line branched from the
상기 제1응축부(13a)는 저장탱크(1) 내부에 설치될 수 있다.The
상기 저장탱크(1)에 저장되는 물은The water stored in the storage tank 1 is
상기 히트 펌프(2)로부터 이동되는 제1응축부(13a)에 의한 냉매의 방열과, 난방구역(19)으로부터 물이 이동되는 열교환 튜브(17)와 상호 열교환이 이뤄져 가열될 수 있다.The heat dissipation of the refrigerant by the
상기 급탕기(3)는 가스 급탕기 또는 석유 급탕기가 사용될 수 있다.The
상기 저장탱크(1)의 물은 히트 펌프(2)의 제1응축부(13a)에 의해 60℃까지 1차로 가열된 후, 급탕기(3)에 의해 90℃까지 2차로 가열될 수 있다.The water in the storage tank 1 may be primarily heated up to 60 ° C. by the
도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치는, Hybrid type hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention shown in Figure 4,
수도꼭지 등에 연결되는 하단의 급수구(6) 및 목욕탕 등에 뜨거운 온수를 공급하는 상단의 급탕구(7)가 구비되며, 가열(일 예로서 55∼60℃정도를 말함)되는 물을 저장하는 저장탱크(1)(일 예로서 120ℓ정도를 수용할 수 있는 원통형 용기로서 형성될 수 있음)와,A
상기 급수구(6)에서 분기되어 급탕구(7)에 합류되는 제1우회 관로(12)와,A first bypass pipe (12) branched from the water inlet (6) and joined to the hot water inlet (7),
제1우회 관로(12) 내에 설치되어, 저장탱크(1) 외부에 위치하는 제1응축부(13a)에 의해 저장탱크(1) 내의 물을 가열하는 히트 펌프(2)와,A heat pump (2) installed in the first bypass pipe (12) and heating water in the storage tank (1) by a first condensation (13a) located outside the storage tank (1);
상기 급수구(6)에서 분기되어 급탕구(7)에 합류되는 제1우회 관로(12)와,A first bypass pipe (12) branched from the water inlet (6) and joined to the hot water inlet (7),
상기 제1우회 관로(12)에 설치되며, 저장탱크(1)의 물을 제1우회 관로(12)를 따라 강제적으로 이동시키면서 물에 열(일 예로서 가스 급탕기가 사용될 수 있음)을 가하여 가열하는 급탕기(3)와,It is installed in the first bypass pipe (12), while heating the water of the storage tank (1) along the first bypass pipe (12) by applying heat to the water (for example, a gas water heater may be used) is heated With hot water heater (3) to say,
상기 저장탱크(1)의 온수 온도에 따라 히트 펌프(2) 및 급탕기(3)의 가동을 제어하고, 전자개폐밸브(8)를 개방시켜 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 저장탱크(1)로부터 난방구역(19)에 온수를 순환시키는 순환펌프(11)의 가동을 제어하는 제어부(5)를 포함한다.Control the operation of the heat pump (2) and the hot water heater (3) in accordance with the hot water temperature of the storage tank (1), and open the electromagnetic opening and closing valve (8) to control the flow rate that is moved along the first bypass pipe (12) And a
이때, 상기 제1우회 관로(12)에 설치되어 저장탱크(1)의 물을 가열하는 제1응축부(13a)를 제외한 구성은, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 구성과 동일하므로 이들 구성의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 도면부호는 하이브리드형 급탕장치를 이루는 동일 부품을 의미한다.At this time, the configuration except for the
도 5에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치는,Hybrid type hot water supply apparatus according to another embodiment of the present invention shown in Figure 5,
급수구(6)와 급탕구(7)가 구비되며, 가열되는 물을 저장하는 저장탱크(1)와,A storage tank 1 having a
상기 급수구(6)에서 분기되어 급탕구(7)에 합류되는 제1우회 관로(12)와,A first bypass pipe (12) branched from the water inlet (6) and joined to the hot water inlet (7),
상기 제1우회 관로(12)에서 분기되며, 내부 관로를 따라 이동되어 가열되는 온수를 삼방밸브(23)에 의해 제1우회 관로(12)의 온수에 합류시키는 제2우회 관로(22)와,A
상기 제1우회 관로(12)에 설치되며, 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 물을 히트 펌프(2)로부터의 냉매에 의해 가열(일 예로서 60℃까지 가열함)하는 제1응축부(13a)와,The first condensation is installed in the
상기 제1응축부(13a) 및 히트 펌프(2)와 연통되며, 제2우회 관로(22)를 따라 이동되는 물을 관수 저장부(18) 내의 물과 상호 열교환으로 인해 가열하도록, 관수 저장부(18) 내의 물을 가열(일 예로서 90℃까지 가열함)하는 제2응축부(13b)와,The irrigation reservoir communicates with the
상기 저장탱크(1) 및 관수 저장부(18)의 온수 온도에 따라 히트 펌프(2)의 가동을 제어하고, 제1,2우회 관로(12,22)를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 저장탱크(1)로부터 난방구역(19)에 온수를 순환시키는 순환펌프(20)의 가동을 제어하는 제어부(5)를 포함한다.Control the operation of the heat pump (2) in accordance with the hot water temperature of the storage tank (1) and
상기 제1응축부(13a)에 대해 관수 저장부(18)에 설치되는 제2응축부(13b)를 직렬로 연통하되, 제2응축부(13b)는 저장탱크(1)측 제1응축부(13a)보다 상대적으로 높은 위치에 배치될 수 있다.The
상기 관수 저장부(18)는 가스 또는 석유를 사용하는 보조 가열수단(25)을 포함할 수 있다.The
상기 저장탱크(1)와 관수 저장부(18)의 물 온도를 실시간으로 검출하여 검출신호를 제어부(5)에 각각 전송하는 온도검출센서(9,21)를 포함할 수 있다.It may include a temperature detection sensor (9, 21) for detecting the water temperature of the storage tank 1 and the
이때, 상기 제1우회 관로(12)에서 분기되는 제2우회 관로(22)와, 제1응축부(13a) 및 히트 펌프(2)와 연통되며 제2우회 관로(22)를 따라 이동되는 물을 관수 저장부(18) 내의 물과 상호 열교환으로 인해 가열하도록, 관수 저장부(18) 내의 물을 가열하는 제2응축부(13b)를 제외한 구성은, 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 구성과 동일하므로 이들 구성의 상세한 설명은 생략하고, 중복되는 도면부호는 하이브리드형 급탕장치를 이루는 동일 부품을 의미한다.At this time, the
도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 제어방법은,The control method of the hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention shown in Figure 1,
가열되는 물을 저장하는 저장탱크(1)와,A storage tank 1 for storing heated water,
상기 저장탱크(1) 내의 물을 가열하는 히트 펌프(2)와,A heat pump (2) for heating the water in the storage tank (1),
상기 급수구(6)에서 분기되어 급탕구(7)에 합류되는 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기(3)와,A
상기 저장탱크(1)의 온수 온도에 따라 히트 펌프(2) 및 급탕기(3)의 가동을 제어하고, 제1우회 관로(12)를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 저장탱크(1)로부터 난방구역(19)에 온수를 순환시키는 순환펌프(20)의 가동을 제어하는 제어부(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치의 제어방법에 있어서,Control the operation of the heat pump (2) and the hot water heater (3) in accordance with the hot water temperature of the storage tank (1), control the flow rate moving along the first bypass pipe (12), heating from the storage tank (1) In the control method of the hybrid hot water supply device, characterized in that it comprises a control unit (5) for controlling the operation of the
상기 저장탱크(1) 내의 물을 히트 펌프(2)에 의해 설정된 제1온도(일 예로서 60℃까지 가열함)까지 가열하는 제1가열단계와,A first heating step of heating the water in the storage tank 1 to a first temperature set by the heat pump 2 (for example, to 60 ° C.);
상기 급탕기(3)에 의해 제1온도보다 높은 제2온도(일 예로서 90℃까지 가열함)까지 가열하는 제2가열단계와,A second heating step of heating to the second temperature higher than the first temperature (for example, heated to 90 ° C.) by the
상기 히트 펌프(2)에 의해 제1온도보다 낮은 제3온도(일 예로서 50℃까지 가열함)까지 가열하는 제3가열단계로 이뤄진다.A third heating step is performed by the
상기 저장탱크(1) 내의 온수 온도 차이가 설정온도 이상 발생되는 경우, 섞이지않는 성질을 이용하여 저장탱크(1) 내의 상태를 제어부(5)에서 계면 제어할 수 있다.When the difference between the hot water temperature in the storage tank 1 occurs above the set temperature, the
상기 제1가열단계에서 히트 펌프(2)는 심야 전력을 이용하여 가동시킬 수 있다.In the first heating step, the
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치 및 그 제어방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a hybrid hot water supply apparatus and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3에서와 같이, 상기 급수구(6)를 통하여 저장탱크(1)에 급수를 물을 가득 채운다. 심야 전력을 이용하여 히트 펌프(2)를 가동시켜 저장 탱크(1) 내의 물을 대류 열전달에 의해서 가열한다. 저장탱크(1)의 열팽창된 더운 물은 팽창밸브 등에 의해 해동용 관로(14)를 통해 히트 펌프(2)의 증발기에 공급되므로, 증방기의 착상을 방지하거나 서리를 제거할 수 있다.1 to 3, the storage tank 1 is filled with water through the water supply port (6). The
상기 저장 탱크(1) 내의 온수가 최고 약 60℃정도에 도달되는 경우 이 상태를 유지하여 저장한다. 저장 탱크(1) 내의 온수는 방열하여 60℃에서 55℃까지 저하될 수 있다. 이전에 저장탱크(1) 내의 온수가 급탕구(7)를 통하여 목욕탕 등으로 빠져나갈 경우, 저장탱크(1)에서 배출되어 사용된 양 만큼의 급수를 하여 채워지게 된다.When the hot water in the storage tank 1 reaches a maximum of about 60 ° C., it is maintained in this state and stored. The hot water in the storage tank 1 may radiate to 60 ° C to 55 ° C. When the hot water in the storage tank 1 is discharged to the bath or the like through the hot water inlet (7), the water is discharged from the storage tank (1) is filled by the amount of water used.
예를 들어, 상기 저장 탱크(1) 내는 상부의 55℃정도의 더운 물과 하부의 15℃정도의 물로서 분리된 상태가 된다. 저장 탱크(1) 내의 더운 물의 비율이 감소되는 경우, 히트 펌프(2)를 구동시켜 저장 탱크(1) 내를 약 55℃의 더운 물로서 유지한다.For example, the inside of the storage tank 1 is in a state of being separated as hot water of about 55 ° C in the upper part and water of about 15 ° C in the lower part. When the proportion of hot water in the storage tank 1 is reduced, the
난방을 필요로 할 경우에 순환 펌프(11)를 구동시켜 저장 탱크(1) 내의 물을 제1우회 관로(12)를 통해 순환시킨다. 동시에 제1우회 관로(12)에 설치된 급탕기(3)를 구동시켜 제1우회 관로(12) 내를 통과되는 물을 더운 물로 가열한다. 이로 인해 저장 탱크(1) 내의 더운 물을 90℃까지 상승시킬 수 있다. 이 상태로 저장 탱크(1) 내의 더운 물의 온도를 유지한다.When heating is required, the
난방을 필요로 할 경우에 순환 펌프(11)를 구동시키고, 동시에 난방구역(19)쪽 순환 펌프(20)를 구동시킴에 따라, 열교환튜브(17)에 의해 저장탱크(1) 내에서 더운 물과 열교환하는 난방수를 난방구역(19)에 공급하게 된다.The hot water in the storage tank 1 by the
난방을 하지 않고 급탕 만을 사용할 경우, 저장 탱크(1) 내의 물을 약 55℃까지 가열해 저장한다. 그 후 목욕탕 이외의 다른 장소에서 더운 물이 급탕되고, 저장탱크(1) 상부의 55℃의 더운 물이 줄어들게 되면, 히트 펌프(2)를 구동시켜 저장 탱크(1) 내를 약 55℃의 더운 물을 유지하며, 이를 반복한다.When only hot water is used without heating, the water in the storage tank 1 is heated to about 55 ° C and stored. Then, when hot water is heated in a place other than a bathroom, and 55 degreeC hot water of the upper part of the storage tank 1 reduces, the
도 2에서와 같이, 통상적으로 저장 탱크(1) 내의 더운 물은 만수 상태를 유지하게 된다. 급탕구(7)를 통해 저장탱크(1)의 위로부터 1/3부피를 차지하는 A위치까지 더운 물이 사용될 경우, 히트 펌프(2)를 가동시켜 저장 탱크(1) 내의 물을 가열한다. 이로 인해 저장탱크(1)의 1/2부피를 차지하는 B위치까지 더운 물이 증가되는 경우, 히트 펌프(2)의 가동을 정지한다.As in FIG. 2, hot water in the storage tank 1 will typically remain in full water. When hot water is used from the top of the storage tank 1 to the A position occupying one third volume through the
여기서, 수온을 T0, 급수량을 W0로 가정하면, 사용 온수량 W는 아래식으로 표기된다.Here, assuming that the water temperature is T0 and the water supply amount is W0, the used hot water amount W is expressed by the following equation.
W=W0×(40-T0)/408 = 40 × 40-40
설정 온도 T1은 아래식으로 표기된다.The set temperature T1 is expressed by the following equation.
T1=(40-T0)×W/120T1 = (40-T0) × W / 120
기준 설정 온도를 T2로 하면, T1≤T2의 경우는 설정 온도를 T2로 하고, T1>T2의 경우는 설정 온도를 T1로 한다. 다만 T1는 90℃이상으로 설정하지 않는다.If the reference set temperature is T2, the set temperature is T2 in the case of T1? T2, and the set temperature is T1 in the case of T1> T2. However, T1 should not be set above 90 ℃.
여기서, 통상의 경우 저장탱크(1) 내에서 물의 온도 차이가 일정온도 이상 발생되는 경우, 섞이지 않는 성질을 이용하여 저장 탱크(1) 내의 상태를 제어부(5)에서 계면 제어하게 된다.Here, when the temperature difference of water in the storage tank (1) occurs in a normal case or more than a predetermined temperature, the state in the storage tank (1) is interface controlled by the control unit (5) by using a non-mixing property.
도 3에서와 같이, 상기 히트 펌프(2)는 응축기의 출구 온도가 낮을 경우 성능 계수(COP)가 높고, 응축기의 출구 온도가 높을 경우 성능 계수가 낮아지는 것으로 알려져 있다.As shown in FIG. 3, the
본 발명의 하이브리드형 급탕장치에서는 응축기의 출구 온도가 50℃에서 60 ℃의 범위내에서 히트 펌프(2)를 가동하고, 저장 탱크(1) 내의 물을 최고 약 60℃로 가열한다. 따라서 성능 계수(COP)는 5에서 4의 범위 내에 두고 있다.In the hybrid type hot water supply device of the present invention, the
아래의 표 1은 본 발명에 의한 하이브리드형 급탕장치의 에너지 효율과 종래의 가스 급탕기, 전기 온수기의 에너지 효율을 나타낸다.Table 1 below shows the energy efficiency of the hybrid hot water supply device according to the present invention and the energy efficiency of a conventional gas water heater and an electric water heater.
표 1에서와 같이, 급탕에 사용되는 열량은, 상기 저장탱크(1)의 급수 온도가 15℃이고 40℃의 더운 물을 하루에 700ℓ 사용한다는 가정 하에서 산출 하였다.As shown in Table 1, the amount of heat used for the hot water supply was calculated under the assumption that the water supply temperature of the storage tank 1 is 15 ° C and hot water of 40 ° C is used for 700 liters per day.
한편 난방에 사용되는 열량은, 16,000kcal/h의 급탕기를 하루에 한 시간동안 동작시키는 것으로 가정하에 난방에 사용하는 열량을 산출하였다. 1차 에너지의 사용량은 송전 손실 등을 고려한 기기 사용단에서의 발전 효율을 37%로 가정했다.On the other hand, the amount of heat used for heating calculated the amount of heat used for heating under the assumption that the 16,000 kcal / h water heater is operated for one hour a day. The primary energy consumption is assumed to be 37% of power generation efficiency in equipment use stage considering transmission loss.
하이브리드형 급탕장치The
Hybrid hot water heater
Hot water calorie (kcal / day)
17,500
② Heating calories (kcal / day)
③ The amount of heat released from the equipment (kcal / day)
(④=①+②) ④ Usage of heat (kcal / day)
④④①①②
(⑤=④+③) ⑤The amount of heat generated from consumption + apparatus of heat
(⑤ = ④ + ③)
가스 급탕기:0.82Heat pump: 4.0
Gas water heater: 0.82
(⑤÷⑥)41,280
(⑤ ÷ ⑥)
(⑤÷⑥)37,000
(⑤ ÷ ⑥)
((⑤/2)÷⑥)
가스 급탕기:4,390
((⑤/2)÷⑥)Heat Pump: 8,100
((⑤ / 2) ÷ ⑥)
Gas water heater: 4,390
((⑤ / 2) ÷ ⑥)
⑧Use of primary energy (kcal / day)
(⑨=④÷⑧)⑨ Energy efficiency
(⑨ = ④ ÷ ⑧)
표 1에서와 같이, 본 발명일 실시예에 의한 하이브리드형 급탕장치의 에너지 효율은 종래의 가스 급탕기, 전기 온수기보다 상대적으로 높고, 대폭적인 에너지 절약 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있게 된다.As shown in Table 1, the energy efficiency of the hybrid hot water supply apparatus according to an embodiment of the present invention is relatively higher than the conventional gas water heater, electric water heater, it can be confirmed that a significant energy saving effect can be obtained.
1; 저장탱크
2; 히트 펌프
3; 급탕기
5; 제어부
6; 급수구
7; 급탕구
8; 전자개폐밸브
9,21; 온도검출센서
11,20; 순환펌프
12; 제1우회 관로
13a; 제1응축부
13b; 제2응축부
14; 해동용 관로
17; 열교환튜브
18; 관수 저장부
19; 난방 구역One; Storage tank
2; Heat pump
3; Water heater
5; The control unit
6; Water supply
7; Hot Water Spout
8; Solenoid valve
9,21; Temperature sensor
11,20; Circulation pump
12; First bypass pipeline
13a; First condensation
13b; 2nd condensation part
14; Thawing pipe
17; Heat exchanger tube
18; Watering reservoir
19; Heating zone
Claims (14)
상기 저장탱크 내의 물을 가열하는 제1응축부가 구비되는 히트 펌프;
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 우회 관로;
상기 우회 관로에 설치되며, 상기 우회 관로를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기;
상기 저장탱크의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프 및 급탕기의 가동을 제어하고, 상기 우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치.A storage tank having a water supply port and a hot water supply port and storing the heated water;
A heat pump having a first condensation unit for heating water in the storage tank;
A bypass pipe branched from the water supply port and joined to the water supply port;
A hot water heater installed in the bypass pipe and heating water moved along the bypass pipe;
A control unit controls the operation of the heat pump and the hot water heater according to the hot water temperature of the storage tank, controls the flow rate moving along the bypass pipe, and controls the operation of the circulation pump for circulating the hot water from the storage tank to the heating zone. Hybrid type hot water supply device comprising a.
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 제1우회 관로;
상기 제1우회 관로에서 분기되며, 내부 관로를 따라 이동되어 가열되는 온수를 상기 제1우회 관로의 온수에 합류시키는 제2우회 관로;
상기 제1우회 관로에 설치되며, 상기 제1우회 관로를 따라 이동되는 물을 히트 펌프로부터의 냉매에 의해 가열하는 제1응축부;
상기 제1응축부 및 히트 펌프와 연통되며, 상기 제2우회 관로를 따라 이동되는 물을 관수 저장부 내의 물과 상호 열교환으로 인해 가열하도록, 상기 관수 저장부 내의 물을 가열하는 제2응축부;
상기 저장탱크 및 상기 관수 저장부의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프의 가동을 제어하고, 상기 제1,2우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치.A storage tank having a water supply port and a hot water supply port and storing the heated water;
A first bypass pipe branched from the water supply port and joined to the water supply port;
A second bypass pipe branched from the first bypass pipe, the second bypass pipe joining the hot water moved along the inner pipe and heated to the hot water of the first bypass pipe;
A first condenser installed in the first bypass pipe, the first condenser for heating water moved along the first bypass pipe by a refrigerant from a heat pump;
A second condensation portion communicating with the first condensation portion and the heat pump and heating the water in the irrigation reservoir so as to heat water moved along the second bypass pipe due to mutual heat exchange with water in the irrigation reservoir;
A circulation pump for controlling the operation of the heat pump according to the hot water temperature of the storage tank and the irrigation water storage unit, controlling the flow rate moving along the first and second bypass pipes, and circulating hot water from the storage tank to the heating zone. Hybrid type hot water supply device comprising a control unit for controlling the operation of the.
상기 히트 펌프의 증발기에서의 착상을 방지하거나 증발기에 생성되는 서리를 제거할 수 있도록, 상기 우회 관로로부터 분기되어 상기 증발기에 온수를 공급하는 해동용 관로에 연통되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치.The method of claim 1, wherein the heat pump
Hybrid hot water supply device characterized in that the branched from the bypass pipe is connected to the thawing pipe for supplying hot water to the evaporator so as to prevent frost generated in the evaporator of the heat pump or to remove frost generated in the evaporator.
상기 히트 펌프로부터 이동되는 제1응축부에 의한 냉매의 방열과, 상기 난방구역으로부터 물이 이동되는 열교환 튜브와 상호 열교환이 이뤄져 가열되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치.According to claim 1, wherein the water in the storage tank
The heat dissipation of the refrigerant by the first condensation unit is moved from the heat pump, and the heat exchanger is heated by mutual heat exchange with the heat exchange tube to move the water from the heating zone.
상기 저장탱크 내의 물을 가열하는 히트 펌프;
상기 급수구에서 분기되어 상기 급탕구에 합류되는 우회 관로를 따라 이동되는 물을 가열하는 급탕기;
상기 저장탱크의 온수 온도에 따라 상기 히트 펌프 및 급탕기의 가동을 제어하고, 상기 우회 관로를 따라 이동되는 유량을 제어하며, 상기 저장탱크로부터 난방구역에 온수를 순환시키는 순환펌프의 가동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치의 제어방법에 있어서:
상기 저장탱크 내의 물을 상기 히트 펌프에 의해 설정된 제1온도까지 가열하는 제1가열단계;
상기 급탕기에 의해 상기 제1온도보다 높은 제2온도까지 가열하는 제2가열단계;
상기 히트 펌프에 의해 상기 제1온도보다 낮은 제3온도까지 가열하는 제3가열단계로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 급탕장치의 제어방법.A storage tank for storing the heated water;
A heat pump for heating the water in the storage tank;
A hot water heater for heating water which is branched from the water inlet and moved along a bypass pipe joined to the hot water inlet;
A control unit controls the operation of the heat pump and the hot water heater according to the hot water temperature of the storage tank, controls the flow rate moving along the bypass pipe, and controls the operation of the circulation pump for circulating the hot water from the storage tank to the heating zone. In the control method of the hybrid type hot water supply device comprising:
A first heating step of heating water in the storage tank to a first temperature set by the heat pump;
A second heating step of heating to a second temperature higher than the first temperature by the hot water heater;
And a third heating step of heating to a third temperature lower than the first temperature by the heat pump.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |