KR20140140512A

KR20140140512A - 물 가열장치

Info

Publication number: KR20140140512A
Application number: KR20140064833A
Authority: KR
Inventors: 신코 아카키
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2014-12-09
Also published as: JP6159579B2; JP2014231942A; KR101629080B1

Abstract

(과제) 히트펌프를 이용하는 물 가열장치에 있어서, 간편한 수법으로 물빼기를 실시하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
(해결수단) 본 명세서가 개시하는 물 가열장치는, 공기와 냉매의 사이에서 열교환하는 증발기와, 냉매를 가압하는 압축기와, 냉매와 물의 사이에서 열교환하는 응축기와, 냉매를 감압하는 감압기구와, 증발기, 압축기, 응축기, 감압기구의 순서로 냉매를 순환시키는 냉매 경로와, 물을 도입하는 물 도입구와, 물을 도출하는 물 도출구와, 물 도입구로부터 응축기를 경유하여 물 도출구에 물을 보내는 물 경로와, 물 경로에 장착된 펌프를 구비하고 있다. 상기 물 가열장치에서는 응축기가 물 도입구, 물 도출구 및 펌프보다도 상방에 배치되어 있다.

Description

물 가열장치{WATER HEATER}

본 명세서에서 개시하는 기술은 물 가열장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에 물 가열장치가 개시되어 있다. 상기 물 가열장치는 공기와 냉매의 사이에서 열교환하는 증발기와, 냉매를 가압하는 압축기와, 냉매와 물의 사이에서 열교환하는 응축기와, 냉매를 감압하는 감압기구와, 증발기, 압축기, 응축기, 감압기구의 순서로 냉매를 순환시키는 냉매 경로와, 물을 도입하는 물 도입구와, 물을 도출하는 물 도출구와, 물 도입구로부터 응축기를 경유하여 물 도출구에 물을 보내는 물 경로와, 물 경로에 장착된 펌프를 구비하고 있다. 이와 같은 물 가열장치에서는 히트펌프를 이용하여 공기로부터 열을 흡수해서 물을 가열한다. 이와 같은 물 가열장치에서는 높은 에너지효율로 물을 가열할 수 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2012-177545호 공보

겨울철 등의 외부 기온이 낮은 상황에서 물 가열장치의 내부에 물이 체류하고 있으면, 물이 동결될 우려가 있다. 그로 인해, 물 가열장치를 장기간 사용하지 않는 경우에는 물빼기를 하여 둘 필요가 있다.

특허문헌 1의 물 가열장치에 있어서 물빼기를 할 경우, 물 도입구나 물 도출구로부터 물빼기를 하려고 해도, 응축기의 내부에 물이 체류하여 에어 블로우 등에 의한 잔수(殘水)제거처리가 필수가 된다. 더욱 간편한 수법으로 물빼기를 실시하는 것이 가능한 기술이 기대되고 있다.

본 명세서는 상기의 과제를 해결하는 기술을 제공한다. 본 명세서에서는 히트펌프를 이용하는 물 가열장치에 있어서, 간편한 수법으로 물빼기를 실시하는 것이 가능한 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 물 가열장치는 공기와 냉매의 사이에서 열교환하는 증발기와, 냉매를 가압하는 압축기와, 냉매와 물의 사이에서 열교환하는 응축기와, 냉매를 감압하는 감압기구와, 증발기, 압축기, 응축기, 감압기구의 순서로 냉매를 순환시키는 냉매 경로와, 물을 도입하는 물 도입구와, 물을 도출하는 물 도출구와, 물 도입구로부터 응축기를 경유하여 물 도출구에 물을 보내는 물 경로와, 물 경로에 장착된 펌프를 구비하고 있다. 상기 물 가열장치에서는 응축기가 물 도입구, 물 도출구 및 펌프보다도 상방에 배치되어 있다.

상기한 물 가열장치에서는 응축기가 물 도입구, 물 도출구 및 펌프보다도 상방에 배치되어 있다. 이로 인해, 물빼기를 실시할 때에 응축기의 내부에 물이 체류하는 일이 없고, 간편한 수법으로 물빼기를 실시할 수 있다.

상기의 물 가열장치는 응축기의 최상부에 연통(連通)하는 공기 배출구와, 물 경로에 연통하는 물 배출구를 더 구비하도록 구성할 수 있다.

상기의 물 가열장치에 따르면, 공기 배출구를 대기로 개방하는 것에 의해, 응축기 내부의 물이 수두압(水頭壓)에 의해서 물 배출구로부터 배출된다. 에어 블로우 등의 처치를 실시하는 일없이, 매우 용이하게 물빼기를 실시할 수 있다.

상기의 물 가열장치는 응축기 내측의 공간에 감압기구가 수용되어 있도록 구성할 수 있다.

상기의 물 가열장치에 따르면, 장치 내부의 한정된 공간을 유효하게 활용할 수 있다.

상기의 물 가열장치는 압축기에서 응축기를 거쳐 감압기구에 이르는 냉매 경로의 구간과, 감압기구에서 증발기에 이르는 냉매 경로의 구간을 감압기구를 통하는 일없이 서로 접속하는 제상(除霜) 경로와, 제상 경로를 개통/폐쇄하는 제상밸브를 더 구비하고 있으며, 응축기 내측의 공간에 제상밸브가 수용되어 있도록 구성할 수 있다.

상기의 물 가열장치에서는 제상밸브의 개폐에 의해서 증발기의 표면에 부착된 서리를 제거하는 제상 운전이 가능하다. 상기의 물 가열장치에 따르면, 제상밸브를 응축기 내측의 공간에 수용하는 것에 의해 장치 내부의 한정된 공간을 유효하게 활용할 수 있다.

본 명세서에서 개시되는 물 가열장치에 따르면, 간편한 수법으로 물빼기를 실시할 수 있다.

도 1은 실시예의 급탕장치(10)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2는 실시예의 히트펌프(30)의 기계적인 구성을 나타내는 사시도.
도 3은 실시예의 히트펌프(30)의 기계적인 구성을 나타내는 평면도.
도 4는 실시예의 응축기(36)와, 물 도입구(118)와, 물 도출구(120)와, 순환펌프(60)의 위치 관계를 나타내는 도면.

도면을 참조하여 실시예의 급탕장치(10)에 대해서 설명한다. 급탕장치(10)는 수도꼭지(도시생략)나 욕조라고 하는 급탕 개소에 온수를 공급하는 장치이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 급탕장치(10)는 온수를 저류하는 저탕 탱크(18)와, 저탕 탱크(18)의 온수를 순환 가열하는 히트펌프(30)와, 보조 열원인 가스 열원기(12)를 구비하고 있다. 또한, 급탕장치(10)는 저탕 탱크(18)에 저류된 온수의 열을 난방에도 이용하는 급탕난방장치라도 좋다. 또, 급탕장치(10)는 저탕 탱크(18)를 반드시 가질 필요는 없으며, 히트펌프(30)에서 가열한 온수를 급탕 개소(혹은 난방 개소)에 직접적으로 공급하는 것이라도 좋다.

저탕 탱크(18)에는 급수관(16)과 출탕관(14)이 접속되어 있다. 급수관(16)은 저탕 탱크(18)에 상수를 공급하는 관로이다. 급수관(16)은 저탕 탱크(18)의 바닥부에 접속되어 있다. 도시를 생략하지만, 급수관(16)에는 각종의 센서나 밸브 등이 설치되어 있다. 출탕관(14)은 저탕 탱크(18)로부터 급탕 개소에 온수를 보내는 관로이다. 출탕관(14)은 저탕 탱크(18)의 상부에 접속되어 있다. 도시를 생략하지만, 출탕관(14)에도 각종의 센서나 밸브 등이 설치되어 있다.

가스 열원기(12)는 출탕관(14)의 경로 위에 설치되어 있다. 가스 열원기(12)는 저탕 탱크(18)로부터의 온수의 온도가 필요한 온도를 하회할 때에 연료가스를 연소함으로써 해당 온수를 가열할 수 있다. 그에 따라, 급탕장치(10)는 대량 또는 고온의 급탕 요구가 있고, 저탕 탱크(18)의 온수량 및 온수 온도에서는 불충분한 경우에, 가스 열원기(12)를 가동시킴으로써, 부족한 열량을 보충할 수 있다. 혹은, 외부 기온이 매우 낮을 때 등, 히트펌프(30)의 능력이 현저하게 저하할 경우라도, 가스 열원기(12)를 가동시킴으로써, 필요한 급탕을 실시할 수 있다.

히트펌프(30, 물 가열장치에 상당함)는 대기로부터 채열하여 물을 가열하는 히트펌프이다. 히트펌프(30)는 가열 왕로(22)와 가열 복로(20)를 통해서 저탕 탱크 (18)에 접속되어 있다. 가열 왕로(22)는 저탕 탱크(18) 내의 물을 히트펌프(30)에 보내는 관로이다. 가열 복로(20)는 히트펌프(30)에서 가열된 온수를 저탕 탱크(18)로 되돌리는 관로이다. 가열 왕로(22)와 가열 복로(20)는 일련으로 접속되어 있으며, 저탕 탱크(18)와 히트펌프(30)의 사이에서 물을 순환시키는 순환 경로를 구성하고 있다. 가열 왕로(22)에는 순환펌프(60)가 설치되어 있다. 순환펌프(60)는 후술하는 히트펌프(30)의 컨트롤러(70)에 의해서 제어된다. 도시를 생략하지만, 가열 왕로(22) 및 가열 복로(20)에는 각종의 센서나 밸브 등이 설치되어 있다.

히트펌프(30)는 증발기(32)와, 압축기(34)와, 응축기(36)와, 팽창밸브(38, 감압기구에 상당함)를 구비하고 있다. 증발기(32)와 압축기(34)와 응축기(36)와 팽창밸브(38)의 사이는, 냉매 경로(42, 44, 46, 48)에 의해서 순서대로 접속되어 있으며, 냉매를 순환시키는 순환 경로가 구성되어 있다. 또, 히트펌프(30)는 각 부의 동작을 제어하는 컨트롤러(70)를 구비하고 있다.

증발기(32)는 공기 중의 열을 냉매에 흡열시키는 열교환기이다. 증발기(32)에는 실외 팬(54)에 의해서 송풍이 실시된다. 실외 팬(54)은 팬 모터(56)에 의해서 구동된다. 증발기(32)에서는 팽창밸브(38)를 통과한 안개 형상의 냉매가 공기 중의 열을 흡수하여 증발한다. 일례이지만, 본 실시예에서는 냉매로서 이산화탄소를 채용하고 있다. 단, 냉매의 종류에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 팬 모터(56)는 컨트롤러(70)에 전기적으로 접속되어 있으며, 그 동작, 즉, 실외 팬(54)의 동작이 컨트롤러(70)에 의해서 제어된다.

압축기(34)는 증발기(32)의 출구측에 접속되어 있으며, 증발기(32)로부터의 냉매를 압축한다. 증발기(32)에서 기화한 냉매는 압축됨으로써, 고온 고압의 상태가 된다. 압축기(34)의 구조, 방식에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 압축기 (34)는 컨트롤러(70)에 전기적으로 접속되어 있으며, 압축기(34)의 동작은 컨트롤러(70)에 의해서 제어된다.

응축기(36)는 압축기(34)의 출구측에 접속되어 있다. 응축기(36)는 냉매와 물의 사이에서 열교환을 실시하는 열교환기이다. 응축기(36)에는 가열 왕로(22)를 통해서 저탕 탱크(18)의 물이 보내진다. 응축기(36)에서는 압축기(34)로부터의 냉매가 응축하면서 방열하고, 그 방열에 의해서 저탕 탱크(18)로부터의 물이 가열된다. 가열 후의 물은 가열 복로(20)를 통해서 저탕 탱크(18)로 되돌려진다. 그에 따라, 저탕 탱크(18)에 온수가 저류된다.

팽창밸브(38)는 응축기(36)의 출구측에 접속되어 있다. 본 실시예의 팽창밸브(38)는, 일례이지만 그 개방도를 전기적으로 조정 가능한 전자팽창밸브이다. 팽창밸브(38)는 컨트롤러(70)에 전기적으로 접속되어 있으며, 팽창밸브(38)의 동작은 컨트롤러(70)에 의해서 제어된다. 응축기(36)로부터의 냉매는 팽창밸브(38)를 통과함으로써, 급속히 팽창한다{안개(mist) 형상이 된다}. 팽창밸브(38)의 출구측은 증발기(32)의 입구측에 접속되어 있으며, 저온 저압으로 된(안개 형상의) 냉매가 증발기(32)로 보내진다. 증발기(32)에서는 상기한 바와 같이, 대기로부터 채열함으로써 냉매가 기화된다. 이상의 냉동 순환에 의해, 히트펌프(30)는 대기의 열을 이용하여 저탕 탱크(18) 내의 물을 가열할 수 있다.

히트펌프(30)에서는 상기한 냉동 순환의 결과, 증발기(32)에 서리가 부착되는 일이 있다. 증발기(32)로의 착상(着霜)은 히트펌프(30)의 열효율을 유의로 저하시킨다. 그것으로부터, 본 실시예의 히트펌프(30)에서는 제상 경로(50)와 제상밸브 (52)가 부가되어 있다. 또, 컨트롤러(70)에는 증발기(32)에 부착된 서리를 제거하기 위한 제상 운전을 실행하는 프로그램이나 데이터가 기억되어 있다.

제상 경로(50)는 압축기(34)의 출구측을 응축기(36) 및 팽창밸브(38)를 바이패스하여 증발기(32)의 입구측에 접속하는 냉매의 경로이다. 제상 경로(50)의 상류단은 압축기(34)와 응축기(36)를 접속하는 냉매 경로의 구간(44)에 접속되어 있으며, 제상 경로(50)의 하류단은 팽창밸브(38)와 증발기(32)를 접속하는 냉매 경로의 구간(48)에 접속되어 있다. 제상밸브(52)는 제상 경로(50) 상에 설치되어 있으며, 제상 경로(50)를 개통/폐쇄하기 위한 개폐밸브이다. 제상밸브(52)는 그 개폐를 전기적으로 제어 가능한 전자제어밸브이다. 제상밸브(52)는 컨트롤러(70)에 전기적으로 접속되어 있으며, 제상밸브(52)의 동작은 컨트롤러(70)에 의해서 제어된다.

컨트롤러(70)는 제상밸브(52)를 개폐함으로써, 제상 운전을 실행한다. 압축기(34)에서 응축기(36)를 거쳐 팽창밸브(38)에 이르는 냉매 경로의 구간(44, 46)은 고압의 구간으로서, 고온의 냉매가 존재하고 있다. 따라서, 제상밸브(52)가 개방되는 것에 의해, 고온 고압의 냉매가 증발기(32)에 직접적으로 이송된다. 그에 따라, 증발기(32)의 온도를 상승시켜서 증발기(32)에 부착된 서리를 융해시킨다.

도 2 및 도 3은 히트펌프(30)의 기계적인 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 도시의 명료화를 위해 주요한 구성부품만을 도시하고 있으며, 모든 배관 등이 도시되어 있지 않은 것에 주의하기 바란다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 히트펌프(30)는 하우징(100)에 수용되어 있다. 하우징(100)의 내부는 칸막이벽(102, 104)에 의해서, 공기 열교환실(106)과, 기계실(108)과, 물 열교환실(110)로 구획되어 있다. 공기 열교환실(106)에는 실외 팬 (54), 팬 모터(56) 및 증발기(32) 등이 수용되어 있다. 기계실(108)에는 압축기 (34) 등이 수용되어 있다. 물 열교환실(110)에는 응축기(36), 팽창밸브(38, 도 3 참조), 제상밸브(52, 도 3 참조), 순환펌프(60) 등이 수용되어 있다. 또한, 컨트롤러(70)는 기계실(108)의 최상부에 배치된 전장기판부(電裝基板部, 112)에 수용되어 있다. 칸막이벽(102, 104)은 하우징(100)의 바닥부 근방에서 각각 개구하고 있다.

응축기(36)는 물 열교환실(110)의 상부에 배치되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 응축기(36)는 물이 흐르는 수관(水管)과 냉매가 흐르는 냉매관을 서로 인접시키면서 나선 형상으로 이중으로 감아 돌린 형상을 가지고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 응축기(36)의 내측에 형성되는 공간에 팽창밸브(38)와 제상밸브(52)가 수용되어 있다. 또한, 응축기(36)의 최상부에는 공기배출경로(114)가 연통하고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 공기배출경로(114)는 하우징(100)의 측면에 형성된 공기 배출구(116)를 통하여 대기에 연통하고 있다. 통상은, 공기 배출구(116)는 폐지(閉止)되어 있다.

도 2나 도 4에 나타내는 바와 같이, 응축기(36)에 물을 도입하는 가열 왕로 (22)는 하우징(100)의 측면에 형성된 물 도입구(118)로부터 물 열교환실(110)의 하부를 경유하여 물 열교환실(110) 상부의 응축기(36)에 접속하고 있다. 응축기(36)로부터 물을 도출하는 가열 복로(20)는 물 열교환실(110) 상부의 응축기(36)로부터 물 열교환실(110)의 하부를 경유하여 하우징(100)의 측면에 형성된 물 도출구(120)에 접속하고 있다. 순환펌프(60)는 물 열교환실(110) 하부의 가열 왕로(22)에 장착되어 있다. 또한, 물 도입구(118)에는 가열 왕로(22)로부터의 물빼기를 위한 물 배출구(122)가 별도 설치되어 있으며. 물 도출구(120)에는 가열 복로(20)로부터의 물빼기를 위한 물 배출구(124)가 별도 설치되어 있다. 또, 하우징(100)의 측면에는 순환펌프(60)로부터의 물빼기를 위한 물 배출구(126)가 형성되어 있다.

본 실시예의 히트펌프(30)에서는 물 도입구(118), 물 도출구(120), 순환펌프 (60) 및 각각의 물 배출구(122, 124, 126)가 어느 것이나 모두 응축기(36)보다도 하방에 배치되어 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 공기 배출구(116)를 대기에 개방하는 것에 의해, 응축기(36) 내부의 물이 수두압에 의해서 물 배출구 (122, 124, 126)로부터 배출된다. 에어 블로우 등의 처치를 실시하는 일없이, 응축기(36)로부터의 물빼기를 매우 용이하게 실시할 수 있다.

본 실시예의 히트펌프(30)에서는 응축기(36) 내측의 공간에 팽창밸브(38)와 제상밸브(52)가 수용되어 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 하우징(100) 내부의 한정된 공간을 유효하게 활용할 수 있다.

본 실시예의 히트펌프(30)에서는 기계실(108)과 물 열교환실(110)의 사이에 칸막이벽(104)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 만일 물 열교환실 (110)의 응축기(36)나 순환펌프(60) 및 그들 주변의 가열 왕로(22)나 가열 복로 (20)에 있어서, 누수가 발생한 경우라도, 기계실(108)의 상부에 배치된 전장기판 부(112)로의 물의 비산을 억제할 수 있다. 또, 본 실시예의 히트펌프(30)에서는 하우징(100)의 바닥부 근방에 있어서, 칸막이벽(102, 104)에 개구가 설치되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 물 열교환실(110)에 있어서 발생한 누수를 공기 열교환실(106)에 있어서 발생하는 드레인의 배수구(128)를 통하여 배출할 수 있다.

이상, 실시예에 대해서 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체적인 예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해서 기술적인 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시의 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은, 복수의 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적인 유용성을 가지는 것이다.

10: 급탕장치 12: 가스 열원기
14: 출탕관 16: 급수관
18: 저탕 탱크 20: 가열복로
22: 가열왕로 30: 히트펌프
32: 증발기 34: 압축기
36: 응축기 38: 팽창밸브
42, 44, 46, 48: 냉매 경로 50: 제상 경로
52: 제상밸브 54: 실외 팬
56: 팬 모터 60: 순환펌프
70: 컨트롤러 100: 하우징
102: 칸막이벽 104: 칸막이벽
106: 공기 열교환실 108: 기계실
110: 수 열교환실 112: 전장기판부
114: 공기배출경로 116: 공기 배출구
118: 물 도입구 120: 물 도출구
122: 물 배출구 124: 물 배출구
126: 물 배출구 128: 배수구

Claims

공기와 냉매의 사이에서 열교환하는 증발기와,
냉매를 가압하는 압축기와,
냉매와 물의 사이에서 열교환하는 응축기와,
냉매를 감압하는 감압기구와,
증발기, 압축기, 응축기, 감압기구의 순서로 냉매를 순환시키는 냉매 경로와,
물을 도입하는 물 도입구와,
물을 도출하는 물 도출구와,
물 도입구로부터 응축기를 경유하여 물 도출구에 물을 보내는 물 경로와,
물 경로에 장착된 펌프를 구비하고 있으며,
응축기가 물 도입구, 물 도출구 및 펌프보다도 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 물 가열장치
청구항 1에 있어서,
응축기의 최상부에 연통하는 공기 배출구와,
물 경로에 연통하는 물 배출구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 물 가열장치.
청구항 1에 있어서,
응축기 내측의 공간에 감압기구가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 물 가열장치.
청구항 2에 있어서,
응축기 내측의 공간에 감압기구가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 물 가열장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
압축기에서 응축기를 거쳐 감압기구에 이르는 냉매 경로의 구간과, 감압기구에서 증발기에 이르는 냉매 경로의 구간을 감압기구를 통하는 일없이 서로 접속하는 제상 경로와,
제상 경로를 개통/폐쇄하는 제상밸브를 더 구비하고 있으며,
응축기 내측의 공간에 제상밸브가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 물 가열장치.