KR20150082891A

KR20150082891A - 급탕 난방장치

Info

Publication number: KR20150082891A
Application number: KR1020140002389A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 사사키; 도시하루 하타다니; 마코토 혼타; 히로카즈 다나카
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-16

Abstract

(과제) 급탕가열운전과 난방가열운전을 동시에 실행할 때에, 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
(해결수단) 본 명세서의 급탕 난방시스템은, 자연 환경으로부터 흡열하여 급탕용 열매 및 난방용 열매를 가열하는 히트펌프와, 급탕용 열매를 이용하여 급탕하는 급탕장치와, 히트펌프에 의해서 가열된 급탕용 열매의 온도를 검출하는 온도검출수단과, 난방용 열매를 이용하여 난방하는 난방장치와, 히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정하는 유량조정수단을 구비하고 있으며, 급탕용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 급탕가열운전과, 난방용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 난방가열운전을 실행하는 것이 가능하고, 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행될 경우에, 온도검출수단에서 검출되는 급탕용 열매의 온도가 비등설정온도에 가까워지도록 유량조정수단에 의해서 난방용 열매의 유량을 조정한다.

Description

급탕 난방시스템{HOT WATER SUPPLY HEATING SYSTEM}

본 명세서에서 개시하는 기술은 급탕 난방시스템에 관한 것이다.

특허문헌 1에, 자연 환경으로부터 흡열하여 급탕용 열매 및 난방용 열매를 가열하는 히트펌프와, 급탕용 열매를 이용하여 급탕하는 급탕장치와, 난방용 열매를 이용하여 난방하는 난방장치와, 급탕용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 급탕가열운전과, 난방용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 난방가열운전을 실행하는 것이 가능한 급탕 난방시스템이 개시되어 있다. 상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 에너지효율이 높은 히트펌프를 이용하여 급탕과 난방의 쌍방을 실행할 수 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2003-74976호 공보

급탕과 난방의 상황에 따라서는, 급탕가열운전과 난방가열운전의 쌍방을 동시에 실행하는 사태가 발생하는 일이 있다. 이와 같은 경우에, 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배하지 않으면, 급탕측 또는 난방측에서 흡열량의 부족을 초래하여 이용자의 편리성을 해칠 우려가 있다. 급탕가열운전과 난방가열운전을 동시에 실행할 때에 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배하는 것이 가능한 기술이 기대되고 있다.

본 명세서는 상기 과제를 해결하는 기술을 제공한다. 본 명세서에서는 급탕가열운전과 난방가열운전을 동시에 실행할 때에 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배하는 것이 가능한 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 급탕 난방시스템은 자연 환경으로부터 흡열하여 급탕용 열매 및 난방용 열매를 가열하는 히트펌프와, 급탕용 열매를 이용하여 급탕하는 급탕장치와, 히트펌프에 의해서 가열된 급탕용 열매의 온도를 검출하는 온도검출수단과, 난방용 열매를 이용하여 난방하는 난방장치와, 히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정하는 유량조정수단을 구비하고 있다. 상기 급탕 난방시스템은, 급탕용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 급탕가열운전과, 난방용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 난방가열운전을 실행하는 것이 가능하다. 상기 급탕 난방시스템은, 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행될 경우에, 온도검출수단에서 검출되는 급탕용 열매의 온도가 비등설정온도에 가까워지도록 유량조정수단에 의해서 난방용 열매의 유량을 조정한다.

상기의 급탕 난방시스템에서는, 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행될 경우에, 히트펌프에 의해서 가열된 후의 급탕용 열매의 온도가 비등설정온도에 가까워지도록 히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정한다. 일반적으로, 급탕에 관해서는, 이용자가 요망하는 온도로 급탕하는 것이 중시된다. 상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 히트펌프에 의해서 가열된 후의 급탕용 열매의 온도를 저하시키지 않도록, 히트펌프에 있어서의 난방측의 흡열량을 저감시켜서 급탕측의 흡열량을 확보할 수 있다. 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템은, 급탕장치가 급탕용 열매를 저장하는 탱크를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 분배하면, 히트펌프에 있어서의 급탕측의 흡열량이 저감하여 이용자가 요망하고 있는 유량으로 급탕을 실행하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 그러나, 상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 미리 급탕용 열매를 히트펌프에 의해서 비등설정온도까지 가열하고, 가열된 급탕용 열매를 탱크에 저장하여 둘 수 있다. 이용자가 요망하고 있는 유량으로 급탕을 실행할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템은, 유량조정수단이 난방장치와 히트펌프의 사이에서 순환하는 난방용 열매의 유량을 조정하는 조정밸브를 구비하는 것이 바람직하다.

상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 간소한 구성으로 히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템은, 난방장치에서 히트펌프로 난방용 열매를 보내고, 가열된 난방용 열매를 히트펌프에서 난방장치로 되돌리는 난방 가열로와, 히트펌프를 통하지 않고 난방 가열로의 상류단과 하류단을 접속하는 바이패스로를 구비하고 있으며, 조정밸브가 난방 가열로를 흐르는 난방용 열매의 유량을 조정하는 것이 바람직하다.

상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 조정밸브에 의해서 난방 가열로를 흐르는 난방용 열매의 유량을 증감해도, 증감한 만큼의 난방용 열매는 바이패스로를 흐르기 때문에, 난방용 열매의 전체 유량이 변동하지 않는다. 난방용 열매의 전체 유량을 변동시키는 일 없이, 히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정할 수 있다. 또한, 상기 구성의 경우, 조정밸브는 난방 가열로 내에 설치해도 좋고, 난방 가열로와 바이패스로의 상류측의 분기부에 설치해도 좋으며, 난방 가열로와 바이패스로의 하류측의 합류부에 설치해도 좋다.

상기의 급탕 난방시스템은, 난방장치가 연료의 연소에 의해서 난방용 열매를 가열하는 보조 열원기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 히트펌프에 있어서의 난방측의 흡열량의 저감에 의해, 난방에 필요한 열량을 조달할 수 없게 된 경우라도, 보조 열원기에 의해서 부족한 열량을 보충할 수 있다. 이용자의 편리성을 확보할 수 있다.

본 명세서가 개시하는 기술에 따르면, 급탕가열운전과 난방가열운전을 동시에 실행할 때에, 히트펌프의 가열 능력을 급탕측과 난방측으로 적절하게 분배할 수 있다.

도 1은 실시예에 관련되는 급탕 난방시스템(2)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 관련되는 급탕 난방시스템(2)에 있어서, 급탕가열운전과 난방가열운전을 동시에 실행할 때의 히트펌프(50)의 가열 능력의 분배 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 실시예에 관련되는 급탕 난방시스템(2)에 있어서, 급탕가열운전의 스케줄링의 처리를 설명하는 흐름도이다.

(실시예)

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련되는 급탕 난방시스템(2)은 탱크 유닛(4)과, 히트펌프 유닛(6)과, 열원기 유닛(8)과, 제어장치(100)를 구비하고 있다.

히트펌프 유닛(6)은 히트펌프(50)와, 급탕용수 순환펌프(22)를 구비하고 있다. 히트펌프(50)는 냉매(예를 들면 R410A라고 하는 HFC냉매나, R744라고 하는 CO₂냉매)를 순환시키기 위한 냉매 순환로(52)와, 공기 열교환기(증발기, 54)와, 팬 (56)과, 압축기(62)와, 3유체 열교환기(58)와, 팽창밸브(60)와, 냉매 바이패스로 (64)와, 개폐밸브(66)를 구비하고 있다.

공기 열교환기(54)는 팬(56)에 의해서 송풍된 외기와 냉매 순환로(52) 내의 냉매의 사이에서 열교환시킨다. 나중에 설명하는 바와 같이, 공기 열교환기(54)에는 팽창밸브(60)를 통과한 후의 저압ㆍ저온의 액체 상태에 있는 냉매가 공급된다. 공기 열교환기(54)는 냉매와 외기를 열교환시킴으로써, 냉매를 가열한다. 냉매는 가열됨으로써 기화하고, 비교적 고온이며 저압의 기체 상태가 된다.

압축기(62)에는 공기 열교환기(54)를 통과한 후의 냉매가 공급된다. 즉, 압축기(62)에는 비교적 고온이며 저압의 기체 상태의 냉매가 공급된다. 압축기(62)에 의해서 냉매가 압축됨으로써, 냉매는 고온ㆍ고압의 기체 상태가 된다. 압축기(62)는 압축 후의 고온ㆍ고압의 기체 상태의 냉매를 3유체 열교환기(58)로 송출한다.

3유체 열교환기(58)의 냉매 순환로(52)에는 압축기(62)로부터 송출된 고온ㆍ고압의 기체 상태의 냉매가 공급된다. 3유체 열교환기(58)는 냉매 순환로(52) 내의 냉매와, 후술의 탱크수 순환로(20) 내의 물(이하에서는 급탕용수라고도 한다)의 사이에서 열교환을 실시할 수 있다. 또한, 3유체 열교환기(58)는 냉매 순환로(52) 내의 냉매와 후술의 제 2 난방 가열로(88) 내의 물(이하에서는 난방용수라고도 한다)의 사이에서 열교환을 실시할 수 있다. 냉매는 3유체 열교환기(58)에서의 열교환의 결과, 열을 빼앗겨 응축된다. 이에 따라, 냉매는 비교적 저온이며 고압의 액체 상태가 된다.

팽창밸브(60)에는 3유체 열교환기(58)를 통과한 후의 비교적 저온이며 고압의 액체 상태의 냉매가 공급된다. 냉매는 팽창밸브(60)를 통과함으로써 감압되고, 저온ㆍ저압의 액체 상태가 된다. 팽창밸브(60)를 통과한 냉매는 상기한 바와 같이, 공기 열교환기(54)로 보내진다.

냉매 바이패스로(64)는 일단이 팽창밸브(60)의 상류측에 접속되고, 타단이 팽창밸브(60)의 하류측에 접속되어 있다. 냉매 바이패스로(64) 내에는 개폐밸브 (66)가 구비되어 있다.

히트펌프(50)에 있어서, 개폐밸브(66)를 닫은 상태에서 압축기(62)를 작동시키면, 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 공기 열교환기(54), 압축기(62), 3유체 열교환기(58), 팽창밸브(60)의 순서로 순환한다. 상기의 경우, 3유체 열교환기(58)에 있어서, 탱크수 순환로(20) 내의 급탕용수, 또는, 제 2 난방 가열로(88) 내의 난방용수가 가열된다. 한편, 개폐밸브(66)를 연 상태에서 압축기(62)를 작동시키면, 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 공기 열교환기(54), 압축기(62), 3유체 열교환기(58), 냉매 바이패스로(64)의 순서로 순환하고, 팽창밸브(60)로 흐르지 않는다. 이와 같이 개폐밸브(66)를 연 상태에서의 동작은 공기 열교환기(54)의 제상(除霜)운전에서 이용된다.

탱크 유닛(4)은 탱크(10)를 구비하고 있다. 탱크(10)는 히트펌프(50)에 의해서 가열된 급탕용수를 저장한다. 본 실시예의 급탕용수는 수돗물이다. 탱크(10)는 밀폐형이며, 단열재에 의해서 외측이 덮여져 있다. 탱크(10) 내에는 만수까지 급탕용수가 저장된다. 탱크(10)에는 서미스터(12, 14, 16, 18)가 탱크(10)의 높이 방향으로 대략 균등 간격으로 장착되어 있다. 각 서미스터(12, 14, 16, 18)는 그 설치 위치의 급탕용수의 온도를 측정한다. 각 서미스터(12, 14, 16, 18)의 검출 온도로부터 탱크(10)의 축열 상태를 특정할 수 있다.

탱크수 순환로(20)는 상류단이 탱크(10)의 하부에 접속되어 있으며, 히트펌프 유닛(6)의 3유체 열교환기(58)를 통과하여 하류단이 탱크(10)의 상부에 접속되어 있다. 탱크수 순환로(20)에는 히트펌프 유닛(6)의 급탕용수 순환펌프(22)가 개장(介裝, 부재 사이에 설치하는 것)되어 있다. 히트펌프 유닛(6)에 있어서, 히트펌프(50)를 작동시켜서 급탕용수 순환펌프(22)를 구동하면, 탱크(10)의 하부의 급탕용수가 3유체 열교환기(58)로 보내져 가열되고, 가열된 급탕용수가 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 탱크(10)의 내부에는 저온의 급탕용수의 층의 위에 고온의 급탕용수의 층이 겹겹이 쌓인 온도 성층(成層)이 형성된다. 탱크수 순환로(20)의 3유체 열교환기(58)보다도 하류측에는 서미스터(21)가 장착되어 있다. 서미스터(21)는 히트펌프(50)에서 탱크(10)로 보내지는 급탕용수의 온도를 검출한다.

수돗물 도입로(24)는 상류단이 급탕 난방시스템(2)의 외부의 수돗물 공급원 (32)에 접속되어 있다. 수돗물 도입로(24)의 하류측은 제 1 도입로(24a)와 제 2 도입로(24b)로 분기하고 있다. 제 1 도입로(24a)의 하류단은 탱크(10)의 하부에 접속되어 있다. 제 2 도입로(24b)의 하류단은 제 1 급탕로(36)의 도중에 접속되어 있다. 제 1 도입로(24a)에는 역지밸브(26)가 개장되어 있다. 제 2 도입로(24b)에는 역지밸브(28)가 개장되어 있다.

제 1 급탕로(36)는 상류단이 탱크(10)의 상부에 접속되어 있다. 상기한 바와 같이, 제 1 급탕로(36)의 도중에는 수돗물 도입로(24)의 제 2 도입로(24b)가 접속되어 있다. 제 1 급탕로(36)와 제 2 도입로(24b)의 접속부에는 혼합밸브(30)가 개장되어 있다. 혼합밸브(30)는 탱크(10)의 상부에서 제 1 급탕로(36)로 유입되는 고온의 급탕용수의 유량과, 제 2 도입로(24b)에서 제 1 급탕로(36)로 유입되는 저온의 수돗물의 유량의 비율을 조정한다. 제 2 도입로(24b)와의 접속부보다 하류측의 제 1 급탕로(36)는 열원기 유닛(8)의 급탕 가열로(37)를 통과하여 제 2 급탕로(39)에 접속하고 있다. 제 1 급탕로(36)와 제 2 급탕로(39)의 사이는 열원기 바이패스로(33)에 의해서 접속되어 있다. 열원기 바이패스로(33)에는 바이패스밸브(34)가 개장되어 있다. 제 2 급탕로(39)의 하류단은 급탕전(38)에 접속되어 있다.

열원기 유닛(8)은, 시스턴(cistern, 70)과, 난방용 버너(82)와, 급탕용 버너 (81)를 구비하고 있다. 시스턴(70)은 상부가 개방되어 있는 용기이며, 내부에 난방용수를 저류하고 있다. 본 실시예의 난방용수는 예를 들면 부동액이다. 시스턴(70)에는 난방 왕로(往路, 72)의 상류단이 접속되어 있다. 난방 왕로(72)에는 난방용수 순환펌프(74)가 개장되어 있다. 난방용수 순환펌프(74)를 구동하면, 시스턴(70) 내의 난방용수가 난방 왕로(72)로 유입된다.

난방 왕로(72)의 하류단은 제 1 난방 가열로(73)와, 저온 난방 순환로(75)로 분기하고 있다. 저온 난방 순환로(75)에는 저온 난방기(78)가 장착된다. 본 실시예의 저온 난방기(78)는 예를 들면 바닥 난방기이다. 저온 난방기(78)는 공급되는 난방용수의 열을 이용하여 난방한다. 제 1 난방 가열로(73)에는 난방용 버너(82)가 개장되어 있다. 난방용 버너(82)는 제 1 난방 가열로(73) 내의 난방용수를 가열한다. 제 1 난방 가열로(73)의 하류단은 고온 난방 순환로(77)와 재가열 순환로(79)로 분기하고 있다. 고온 난방 순환로(77)에는 고온 난방기(76)가 장착된다. 본 실시예의 고온 난방기(76)는 예를 들면 욕실 난방 건조기이다. 고온 난방기(76)는 공급되는 난방용수의 열을 이용하여 난방한다. 저온 난방 순환로(75)와 고온 난방 순환로(77)는 각각의 하류단에서 합류하여 제 1 난방 귀로(84)의 상류단에 접속하고 있다.

제 1 난방 귀로(84)의 하류단은 탱크 유닛(4)에 있어서, 제 2 난방 가열로(88)와 HP바이패스로(94)로 분기하고 있다. 제 1 난방 귀로(84)의 하류단에는 난방용수 조정밸브(90)가 설치되어 있다. 난방용수 조정밸브(90)는 그 개방도를 변화시킴으로써, 제 1 난방 귀로(84)에서 제 2 난방 가열로(88)로 흐르는 난방용수의 유량과 제 1 난방 귀로(84)에서 HP바이패스로(94)로 흐르는 난방용수의 유량의 비율을 변화시킬 수 있다. 본 실시예의 난방용수 조정밸브(90)에는, 예를 들면 3방향 밸브가 이용된다. 제 2 난방 가열로(88)는 히트펌프 유닛(6)의 3유체 열교환기(58)를 통과하여 제 2 난방 귀로(96)의 상류단에 접속하고 있다. HP바이패스로(94)는 히트펌프 유닛(6)의 3유체 열교환기(58)를 통과하는 일 없이, 제 2 난방 귀로(96)의 상류단에 접속하고 있다. 제 2 난방 귀로(96)는 하류단이 열원기 유닛(8)의 시스턴(70)에 접속하고 있다.

재가열 순환로(79)에는 재가열 열동(熱動)밸브(83)와 재가열 열교환기(97)가 개장되어 있다. 재가열 열동밸브(83)는 재가열 순환로(79)를 개폐한다. 재가열 열교환기(97)에서는 재가열 순환로(79)를 흐르는 난방용수와, 욕조수 순환로(91)를 흐르는 욕조수의 사이에서 열교환이 실시된다. 재가열 순환로(79)의 하류단은 제 2 난방 귀로(96)에 접속하고 있다.

욕조수 순환로(91)의 상류단은 욕조(98)의 바닥부에 접속하고 있다. 욕조수 순환로(91)의 하류단은 욕조(98)의 측부에 접속하고 있다. 욕조수 순환로(91)에는 욕조수 순환펌프(99)가 개장되어 있다. 욕조수 순환펌프(99)가 구동하면, 욕조(98)의 바닥부로부터 흡출된 욕조수가 재가열 열교환기(97)를 통과하여 욕조(98)의 측부로 되돌려진다.

급탕 가열로(37)에는 급탕용 버너(81)가 개장되어 있다. 급탕 가열로(37)의 급탕용 버너(81)보다도 하류측으로부터 욕조 주탕로(注湯路, 40)가 분기하고 있다. 욕조 주탕로(40)에는 욕조 주탕로(40)를 개폐하는 주탕 전자(電磁)밸브(42)가 개장되어 있다. 욕조 주탕로(40)의 하류단은 욕조수 순환펌프(99)에 접속하고 있다.

탱크 유닛(4)과 열원기 유닛(8)의 사이를 접속하는 제 1 난방 귀로(84)나, 제 2 난방 귀로(96)에는 난방용수의 전체 유량이 흐르기 때문에, 이들 배관의 압력 손실이 문제가 되는 일이 있다. 이로 인해, 이와 같은 배관에 대해서는, 가능한 한 배관 직경이 큰 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 이들의 배관을 병렬로 이중화하는 것에 의해, 배관 직경이 작은 배관을 이용한 경우라도, 압력 손실을 저감할 수 있다.

제어장치(100)는 탱크 유닛(4), 히트펌프 유닛(6), 열원기 유닛(8)의 각 구성요소의 동작을 제어한다. 제어장치(100)는 현재 시각을 취득하는 계시수단이나, 과거의 운전 실적을 기억하는 기억수단 등을 구비하고 있다.

(급탕 난방시스템의 동작)

다음에, 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)의 동작에 대해서 설명한다. 이하에서는, 급탕 난방시스템(2)이 실시하는 급탕가열운전, 제상운전, 급탕운전, 난방가열운전, 탕수충전운전 및 재가열운전에 대해서 순서대로 설명한다.

(급탕가열운전)

급탕가열운전에서는 탱크(10) 내의 급탕용수를 히트펌프(50)에 의해 가열하고, 고온으로 된 급탕용수를 탱크(10)로 되돌린다. 급탕가열운전을 실행할 때에는 제어장치(100)는 압축기(62) 및 팬(56)을 구동하여 히트펌프(50)를 작동시킴과 동시에, 급탕용수 순환펌프(22)를 구동한다. 이때, 히트펌프(50)에서는 개폐밸브(66)를 닫은 상태에서 압축기(62)를 구동한다.

압축기(62)의 구동에 의해, 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 공기 열교환기 (54), 압축기(62), 3유체 열교환기(58), 팽창밸브(60)의 순서로 순환한다. 상기의 경우, 3유체 열교환기(58)를 통과하는 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 고온ㆍ고압의 기체 상태이다. 또, 급탕용수 순환펌프(22)의 구동에 의해, 탱크수 순환로(20) 내를 탱크(10) 내의 급탕용수가 순환한다. 즉, 탱크(10)의 하부에 존재하는 급탕용수가 탱크수 순환로(20) 내로 도입되고, 도입된 급탕용수가 3유체 열교환기(58)를 통과할 때에, 냉매 순환로(52) 내의 냉매의 열에 의해서 가열되며, 가열된 급탕용수가 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 이때, 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도가 비등설정온도가 되도록, 히트펌프(50)의 동작이 제어된다. 이에 따라, 탱크 (10)에 고온의 급탕용수가 저장된다. 탱크(10)의 내부가 고온의 급탕용수로 채워진 만축 상태가 되면, 급탕가열운전을 종료한다.

(제상운전)

제상운전은, 외기온이 낮은 상황에 있어서, 히트펌프(50)의 공기 열교환기 (54)에 부착된 서리를 제거하기 위한 운전이다. 제어장치(100)로부터 제상운전의 개시가 지시되면, 히트펌프 유닛(6)에서는 개폐밸브(66)를 연 상태에서 압축기(62)를 구동한다. 이에 따라, 냉매가 고온인 그대로 공기 열교환기(54)를 통과하여 공기 열교환기(54)에 부착된 서리를 제거할 수 있다. 소정 시간이 경과되어 공기 열교환기(54)에 부착된 서리가 제거되면, 제어장치(100)는 제상운전을 종료한다.

(급탕운전)

급탕운전은 탱크(10) 내의 급탕용수를 급탕전(38)에 공급하는 운전이다. 급탕운전은 상기의 급탕가열운전과 병행하여 실시할 수도 있다. 급탕전(38)이 열리면, 수돗물 공급원(32)으로부터의 수압에 의해서 수돗물 도입로[(24){제 1 도입로 (24a)}]로부터 탱크(10)의 하부로 수돗물이 유입된다. 동시에, 탱크(10) 상부의 급탕용수가 제 1 급탕로(36)를 통하여 급탕전(38)에 공급된다.

제어장치(100)는 탱크(10)에서 제 1 급탕로(36)로 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕 설정온도보다 높은 경우에는, 혼합밸브(30)를 구동하여 제 2 도입로(24b)에서 제 1 급탕로(36)로 수돗물을 도입한다. 따라서, 탱크(10)로부터 공급된 급탕용수와 제 2 도입로(24b)로부터 공급된 수돗물이 제 1 급탕로(36) 내에서 혼합된다. 제어장치(100)는 급탕전(38)에 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕 설정온도와 일치되도록 혼합밸브(30)의 개방도를 조정한다. 한편, 제어장치(100)는 탱크(10)에서 제 1 급탕로(36)로 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕 설정온도보다 낮은 경우에는, 급탕용 버너(81)에 의해서 제 1 급탕로(36)를 통과하는 물을 가열한다. 제어장치(100)는 급탕전(38)에 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕 설정온도와 일치되도록 급탕용 버너(81)의 출력을 제어한다.

(난방가열운전)

난방가열운전은 히트펌프(50)에 의해서 난방용수를 가열하고, 고온으로 된 난방용수를 이용하여 저온 난방기(78)나 고온 난방기(76)에 의해서 난방하는 운전이다. 이용자에 의해서 난방가열운전의 실행이 지시되면, 제어장치(100)는 난방용수 조정밸브(90)의 개방도를 저온 난방기(78)나 고온 난방기(76)의 부하에 대응하여 조정하고, 난방용수 순환펌프(74)를 회전시킨다. 또한, 제어장치(100)는 개폐밸브(66)를 닫은 상태에서 압축기(62)를 구동한다. 이에 따라, 3유체 열교환기(58)에 의해 가열된 난방용수가 시스턴(70)을 거쳐서 저온 난방기(78)나 고온 난방기(76)에 공급된다. 또한, 제어장치(100)는 필요에 따라서 난방용 버너(82)를 작동한다. 이에 따라, 고온 난방기(76)에는 난방용 버너(82)에서의 가열에 의해서 더욱 고온으로 된 난방용수가 공급된다. 난방 운전에 있어서는 저온 난방기(78)에 공급되는 난방용수의 온도가 저온 난방 설정온도가 되도록, 또 고온 난방기(76)에 공급되는 난방용수의 온도가 고온 난방 설정온도가 되도록 난방용수 조정밸브(90)의 개방도나, 히트펌프(50)의 동작이나, 난방용 버너(82)의 출력이 조정된다.

(탕수충전운전)

탕수충전운전은 욕조(98)에 탕수충전을 하는 운전이다. 이용자가 탕수충전운전의 개시를 지시하면, 급탕 난방시스템(2)은 탕수충전운전을 개시한다. 탕수충전운전에 있어서는, 주탕 전자밸브(42)를 연다. 주탕 전자밸브(42)가 열리면, 수돗물 공급원(32)로부터의 수압에 의해서 수돗물 도입로[(24){제 1 도입로(24a)}]로부터 탱크(10)의 하부로 수돗물이 유입된다. 동시에, 탱크(10) 상부의 급탕용수가 제 1 급탕로(36), 급탕 가열로(37), 욕조 주탕로(40), 욕조수 순환로(91)를 통하여 욕조 (98)에 공급된다. 탕수충전운전에 있어서는, 급탕운전과 마찬가지로 하여 욕조 주탕로(40)에 공급되는 물의 온도를 탕수충전 설정온도로 조정한다. 욕조(98)에 공급되는 물의 유량이 탕수충전 설정수량에 도달하면, 탕수충전운전을 종료한다. 또한, 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)에서는 탱크(10)의 용량은 욕조(98)로의 탕수충전량보다도 적다. 따라서, 탕수충전운전의 개시시에 있어서 탱크(10)가 만축 상태였던 경우라도, 탕수충전운전의 도중에 탱크(10)는 탕수 소진되고, 그 후는 탕수충전운전과 급탕가열운전이 병행해서 실시된다.

(재가열운전)

재가열운전은 욕조(98)에 저장된 욕조수를 재가열하는 운전이다. 이용자가 재가열운전의 개시를 지시하면, 급탕 난방시스템(2)은 재가열운전을 개시한다. 재가열운전에 있어서는 욕조수 순환펌프(99)를 구동한다. 또, 재가열 열동밸브(83)를 열어서 난방용수 순환펌프(74)를 구동한다. 이에 따라, 욕조(98)의 바닥부로부터 욕조수가 흡출되어 재가열 열교환기(97)에서 난방용수와의 열교환에 의해서 가열된다. 가열된 욕조수는 욕조(98)의 측부로 되돌려진다. 재가열운전에 있어서는, 난방가열운전과 마찬가지로 하여 히트펌프(50)에 의한 난방용수의 가열과 난방용 버너 (82)에 의한 난방용수의 가열이 실시된다. 재가열운전은 난방가열운전의 일형태라고도 할 수 있다.

(급탕가열운전과 난방가열운전의 동시 실행)

급탕 난방시스템(2)에 있어서, 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행되면, 히트펌프(50)의 3유체 열교환기(58)에서는, 급탕용수의 가열과 난방용수의 가열이 동시에 실행된다. 이와 같은 경우, 급탕측과 난방측으로 히트펌프(50)의 가열 능력을 적절하게 분배할 필요가 있다. 급탕 난방시스템(2)에서는 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행되면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제어장치(100)가 급탕측과 난방측으로의 가열 능력의 분배 처리를 실행한다.

스텝 S202에서는 급탕용수 순환펌프(22)의 회전수를 조정하여 탱크(10)에서 히트펌프(50)로 보내지는 급탕용수의 유량을 정상 유량에서 제한 유량으로 저감한다. 정상 유량은 급탕가열운전만을 단독으로 실행할 때의 유량이며, 제한 유량은 정상 유량보다도 낮은 유량이다. 본 실시예에서는 제한 유량은 정상 유량의 절반으로 설정되어 있다. 탱크(10)에서 히트펌프(50)로 보내지는 급탕용수의 유량을 저감시키는 것에 의해, 히트펌프(50)에서 탱크(10)로 되돌려지는 급탕용수의 온도를 비등설정온도로 유지하면서, 급탕측에서의 흡열량을 저감시키고, 난방측의 흡열량을 확보할 수 있다. 급탕측과 난방측에서 히트펌프(50)의 가열 능력을 적절하게 분배할 수 있다.

스텝 S204에서는 급탕가열운전이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 급탕가열운전이 계속되고 있는 경우(스텝 S204에서 NO인 경우), 처리는 스텝 S206으로 진행한다.

스텝 S206에서는 난방가열운전이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 난방가열운전이 계속되고 있는 경우(스텝 S206에서 NO인 경우), 처리는 스텝 S208로 진행한다.

스텝 S208에서는 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도가 비등설정온도를 하회하는지 아닌지를 판단한다. 난방측에서의 흡열량이 작고, 히트펌프(50)의 가열 능력으로 급탕측과 난방측의 쌍방의 흡열량을 조달할 수 있는 경우에는, 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도는 비등설정온도로 유지된다. 그러나, 난방측의 흡열량이 크고, 그것에 수반하여 급탕측의 흡열량이 부족하면, 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도는 비등설정온도를 하회하게 된다. 스텝 S208에 있어서 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도가 비등설정온도를 하회하는 경우(YES인 경우), 처리는 스텝 S210으로 진행한다. 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도가 비등설정온도 이상인 경우(NO인 경우), 처리는 스텝 S204로 되돌아간다.

스텝 S210에서는 난방용수 조정밸브(90)의 개방도를 조정하여 히트펌프(50)로 보내지는 난방용수의 유량을 저감시킨다. 이에 따라, 히트펌프(50)에 있어서, 난방측의 흡열량을 저감시켜서 급탕측의 흡열량을 확보할 수 있다. 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도를 비등설정온도로 유지할 수 있다. 환언하면, 스텝 S208과 스텝 S210에 의해서, 서미스터(21)에서 검출되는 급탕용수의 온도가 비등설정온도로 유지되도록 난방용수 조정밸브(90)의 개방도가 조정된다.

스텝 S204에서 급탕가열운전이 종료되어 있는 경우(YES인 경우), 처리는 스텝 S214로 진행한다. 스텝 S214에서는 스텝 S210에서 난방용수 조정밸브(90)의 개방도를 조정하고 있는 경우에는, 조정 전의 개방도까지 난방용수 조정밸브(90)를 복귀시킨다. 스텝 S214의 실행 후, 급탕측과 난방측으로의 가열 능력의 분배 처리는 종료되고, 그 후는 통상의 난방가열운전을 실시한다.

스텝 S206에서 난방가열운전이 종료되어 있는 경우(YES인 경우), 처리는 스텝 S212로 진행한다. 스텝 S212에서는 스텝 S202에서 조정한 급탕용수 순환펌프(22)의 회전수를 급탕가열운전만을 단독으로 실행하는 경우의 회전수로 복귀시킨다. 스텝 S212의 실행 후, 급탕측과 난방측으로의 가열 능력의 분배 처리는 종료되고, 그 후는 통상의 급탕가열운전을 실시한다.

또한, 상기에서는 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행된 경우의, 급탕측과 난방측으로의 가열 능력의 분배 처리에 대해서 설명했지만, 급탕가열운전의 실행중에 난방가열운전의 개시가 예측되는 경우에, 스텝 S202의 급탕용수 순환펌프(22)의 회전수 조정처리를 미리 실시하는 구성으로 해도 좋다. 난방가열운전의 개시는, 예를 들면 과거의 운전 실적으로부터 난방가열운전의 개시예정시각을 추정 하여 예측할 수도 있고, 외기온을 검출하여 외기온이 낮은 경우에 난방가열운전이 개시되는 것으로서 예측할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 하면, 난방가열운전이 실제로 개시된 시점에서, 이미 급탕측의 흡열량이 제한되어 있으므로, 난방측의 흡열량이 일시적으로 부족한 사태를 방지할 수 있다.

(급탕가열운전의 스케줄링)

급탕 난방시스템(2)에서는 이용자의 요구에 대응하여 급탕운전이나 탕수충전운전을 실시하기 전에, 급탕가열운전을 실행하여 탱크(10)를 만축 상태로 해두는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)에서는 단위 기간(예를 들면 하루)의 개시시점에서 제어장치(100)가 도 3에 나타내는 급탕가열운전의 스케줄링 처리를 실시한다.

스텝 S302에서는 급탕가열운전의 종료예정시각을 결정한다. 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)에서는 급탕운전(또는 탕수충전운전)의 개시예정시각까지 급탕가열운전이 종료되도록 급탕가열운전의 종료예정시각을 결정한다. 급탕운전(또는 탕수충전운전)의 개시예정시각은, 예를 들면 과거의 운전 실적에 의거하여 추정할 수 있다. 혹은, 리모컨 등에 의해서 이용자가 탕수충전설정시각을 설정하고 있는 경우에는, 탕수충전설정시각으로부터 탕수충전운전의 소요시간만 소급한 시각을 탕수충전운전의 개시예정시각으로 할 수도 있다.

스텝 S304에서는 급탕가열운전의 소요시간을 계산한다. 급탕가열운전의 소요시간은 탱크(10)의 용량과, 비등설정온도와, 히트펌프(50)의 가열 능력에 의거하여 계산할 수 있다. 스텝 S304에서는 급탕가열운전이 단독으로 실행되는 것으로 하여, 즉 히트펌프(50)의 가열 능력을 모두 급탕측에서의 흡열에 사용할 수 있는 것으로 하여 급탕가열운전의 소요시간을 계산한다. 스텝 S302와 스텝 S304에 의해, 급탕가열운전의 실행예정시간이 특정된다.

스텝 S306에서는 급탕가열운전의 실행예정시간에 있어서, 난방가열운전의 실행이 예측되는지 아닌지를 판단한다. 난방가열운전이 실행되는 시간대는, 예를 들면 과거의 운전 실적에 의거하여 추정할 수 있다. 급탕가열운전의 실행예정시간에 있어서, 난방가열운전의 실행이 예측되는 경우(스텝 S306에서 YES인 경우)에는, 처리는 스텝 S308로 진행한다. 급탕가열운전의 실행예정시간에 있어서, 난방가열운전의 실행이 예측되지 않는 경우(스텝 S306에서 NO인 경우)에는, 처리는 스텝 S310으로 진행한다.

스텝 S308에서는 급탕가열운전의 소요시간을 재차 고쳐서 계산한다. 스텝 S304와는 달리, 스텝 S308에서는 급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행되는 것으로 하여, 즉 히트펌프(50)의 가열 능력이 급탕측과 난방측으로 분배되는 것으로 하여 급탕가열운전의 소요시간을 계산한다. 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)의 경우는, 히트펌프(50)의 가열 능력의 절반이 급탕측으로 분배되는 것으로 하여 급탕가열운전의 소요시간을 계산한다. 스텝 S308의 뒤, 처리는 스텝 S310으로 진행한다.

스텝 S310에서는 스텝 S302에서 결정된 급탕가열운전의 종료예정시각과 스텝 S304 또는 스텝 S308에서 계산된 급탕가열운전의 소요시간에 의거하여 급탕가열운전의 개시시각을 결정한다.

본 실시예의 급탕 난방시스템(2)에서는, 급탕가열운전의 개시시각을 결정할 때에, 급탕가열운전과 난방가열운전의 동시 실행이 예측될 경우에는, 히트펌프(50)에 있어서 급탕측의 흡열량이 저감된 경우의 급탕가열운전의 소요시간을 산출하여 급탕가열운전의 개시시각을 결정한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 실제로 급탕가열운전을 실행중에 난방가열운전이 실행된 경우라도, 종료예정시각까지 급탕가열운전을 확실하게 종료할 수 있다. 이용자의 편리성을 확보할 수 있다.

상기의 실시예에서는, 3유체 열교환기(58)에 있어서, 히트펌프 유닛(6)의 냉매와 급탕용수의 열교환과, 히트펌프 유닛(6)의 냉매와 난방용수의 열교환의 쌍방을 실시하는 구성에 대해서 설명했다. 이것과는 달리, 3유체 열교환기(58) 대신에 통상의 액/액 열교환기를 2개 준비하고, 일측의 열교환기에서 히트펌프 유닛(6)의 냉매와 급탕용수의 열교환을 실시하며, 타측의 열교환기에서 히트펌프 유닛(6)의 냉매와 난방용수의 열교환을 실시하는 구성으로 해도 좋다.

상기의 실시예에서는, 탱크(10)에 저장된 급탕용수가 급탕전(38)이나 욕조(98)에 직접 공급되는 구성, 즉 급탕용수로서 수돗물 등의 상수를 이용하는 구성에 대해서 설명했다. 이것과는 달리, 탱크(10)에 저장하는 급탕용수로서 부동액 등을 이용하여 탱크(10)에 저장된 급탕용수와 수돗물의 열교환에 의해서 수돗물을 가열하고, 고온으로 된 수돗물을 급탕전(38)이나 욕조(98)에 공급하는 구성으로 해도 좋다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다. 또, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해서 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시의 청구항 기재의 조합으로 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은, 복수 목적을 동시에 달성하는 것이며, 그 중의 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

2: 급탕 난방시스템 4: 탱크 유닛
6: 히트펌프 유닛 8: 열원기 유닛
10: 탱크 12, 14, 16, 18: 서미스터
20: 탱크수 순환로 21: 서미스터
22: 급탕용수 순환펌프 24: 수돗물 도입로
24a: 제 1 도입로 24b: 제 2 도입로
26, 28: 역지밸브 30: 혼합밸브
32: 수돗물 공급원 33: 열원기 바이패스로
34: 바이패스밸브 36: 제 1 급탕로
37: 급탕 가열로 38: 급탕전
39: 제 2 급탕로 40: 욕조 주탕로
42: 주탕 전자밸브 50: 히트펌프
52: 냉매 순환로 54: 공기 열교환기
56: 팬 58: 3유체 열교환기
60: 팽창밸브 62: 압축기
64: 냉매 바이패스로 66: 개폐밸브
70: 시스턴 72: 난방 왕로
73: 제 1 난방 가열로 74: 난방용수 순환펌프
75: 저온 난방 순환로 76: 고온 난방기
77: 고온 난방 순환로 78: 저온 난방기
79: 재가열 순환로 81: 급탕용 버너
82: 난방용 버너 83: 재가열 열동밸브
84: 제 1 난방 귀로 88: 제 2 난방 가열로
90: 난방용수 조정밸브 91: 욕조수 순환로
94: HP바이패스로 96: 제 2 난방 귀로
97: 재가열 열교환기 98: 욕조
99: 욕조수 순환펌프 100: 제어장치

Claims

자연 환경으로부터 흡열하여 급탕용 열매 및 난방용 열매를 가열하는 히트펌프와,
급탕용 열매를 이용하여 급탕하는 급탕장치와,
히트펌프에 의해서 가열된 급탕용 열매의 온도를 검출하는 온도검출수단과,
난방용 열매를 이용하여 난방하는 난방장치와,
히트펌프에 의해서 가열되는 난방용 열매의 유량을 조정하는 유량조정수단을 구비하고 있으며,
급탕용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 급탕가열운전과, 난방용 열매를 히트펌프에 의해서 가열하는 난방가열운전을 실행하는 것이 가능하고,
급탕가열운전과 난방가열운전이 동시에 실행될 경우에, 온도검출수단에서 검출되는 급탕용 열매의 온도가 비등설정온도에 가까워지도록 유량조정수단에 의해서 난방용 열매의 유량을 조정하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 1에 있어서,
급탕장치가 급탕용 열매를 저장하는 탱크를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 1에 있어서,
유량조정수단이 난방장치와 히트펌프의 사이에서 순환하는 난방용 열매의 유량을 조정하는 조정밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 2에 있어서,
유량조정수단이 난방장치와 히트펌프의 사이에서 순환하는 난방용 열매의 유량을 조정하는 조정밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 3에 있어서,
난방장치에서 히트펌프로 난방용 열매를 보내고, 가열된 난방용 열매를 히트펌프로에서 난방장치로 되돌리는 난방 가열로와,
히트펌프를 통하지 않고 난방 가열로의 상류단과 하류단을 접속하는 바이패스로를 구비하고 있으며,
조정밸브가 난방 가열로를 흐르는 난방용 열매의 유량을 조정하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 4에 있어서,
난방장치에서 히트펌프로 난방용 열매를 보내고, 가열된 난방용 열매를 히트펌프로에서 난방장치로 되돌리는 난방 가열로와,
히트펌프를 통하지 않고 난방 가열로의 상류단과 하류단을 접속하는 바이패스로를 구비하고 있으며,
조정밸브가 난방 가열로를 흐르는 난방용 열매의 유량을 조정하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
난방장치가 연료의 연소에 의해서 난방용 열매를 가열하는 보조 열원기를 구비하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.