KR101485373B1 - 난방 장치 - Google Patents

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KR101485373B1
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가츠야 오시마
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가부시키가이샤 덴소
린나이가부시기가이샤
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Abstract

히트 펌프와 잠열 회수형의 가스 연소기를 갖는 고효율의 하이브리드식의 난방 장치를 제공한다.
난방 장치가, 탱크(30), 히트 펌프식의 제 1 열원기(10), 잠열 회수형의 연소기의 제 2 열원기(20), 난방 단말(40), 열매체의 순환 유로를 형성하는 관로(50) 및 제어 장치(60)를 구비하고, 제어 장치는 난방에 필요한 열량이 제 1 열원기 및 탱크로부터의 열매체로 확보 가능하다고 판단한 경우, 제 2 열원기를 작동시키지 않고, 제 1 열원기 및 탱크로부터의 비교적 고온의 열매체 만, 또는, 비교적 고온의 열매체와 난방 단말로부터의 귀환 열매체가 혼합된 열매체가 난방 단말에 공급되도록 관로를 구성하고, 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기 및 탱크로부터의 열매체로 확보할 수 없다고 판단한 경우, 난방 단말로부터의 귀환 열매체 만이 제 2 열원기에 유입되도록 관로를 구성하는 것과 함께, 제 2 열원기를 연소 작동시킨다.

Description

난방 장치{HEATING SYSTEM}
본 발명은 히트 펌프 및 연소식의 열원기를 이용한 하이브리드식의 난방 장치에 관한 것이다.
히트 펌프와 탱크로 이루어지는 온수 난방 회로에 보조 가열원으로서 가스 연소기를 더 구비하는 하이브리드식의 온수 가열 난방 장치가 예를 들면, 특허 문헌 1의 도 9에 나타내어져 있다. 그곳에서는 난방 귀환 회로에 혼합 밸브와 바이패스 회로가 구비되어 있으며, 혼합 밸브의 조작에 의해 탱크로부터의 공급 온수와 난방 귀환 온수의 혼합비를 변화시켜서 난방의 온도 조정을 실시하는 것, 또는, 탱크에는 전혀 되돌리지 않고 100％ 바이패스시킴으로써 보조 열원 만으로 난방 가열을 실시하는 것이 가능하게 된다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개2009―275957호 공보
특허 문헌 1의 난방기에 있어서, 난방 필요 열량＞공급 열량(히트 펌프 능력)으로 운전을 계속하면, 탱크로부터 공급되는 열량이 부족하여 난방 공급 온도가 설정 온도를 만족할 수 없게 되는 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 열량의 부족분이 보조 열원으로 보충되어 설정 온도가 유지된다. 여기에서, 보조 열원에 잠열 회수형의 가스 연소기가 이용되면, 이 가스 연소기에 공급되는 온수의 온도가 비교적 높아지기 때문에 잠열 회수량이 감소하여 연소 효율이 저하한다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 히트 펌프와 잠열 회수형의 연소기를 갖는 고효율의 하이브리드식의 난방 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 열매체를 저장하는 탱크(30)와, 상기 탱크(30)로부터 유입되는 열매체를 가열하는 히트 펌프식의 제 1 열원기(10)와, 열매체를 가열하는 잠열 회수형의 연소기인 제 2 열원기(20)와, 열매체의 열을 방출하는 난방 단말(40)과, 상기 제 1 열원기(10), 상기 탱크(30), 상기 제 2 열원기(20) 및 상기 난방 단말(40)을 접속하여 열매체의 순환 유로를 형성하는 관로(50)이며, 상기 난방 단말(40)에 공급되는 열매체가 상기 제 2 열원기(20)를 경유하도록 구성된 관로(50)와 제어 장치(60)를 구비하는 난방 장치로서, 상기 제어 장치(60)는 난방에 필요한 열량이 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 열매체로 확보 가능하다고 판단한 경우, 상기 제 2 열원기(20)를 작동시키지 않고, 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 비교적 고온의 열매체 만, 또는, 상기 비교적 고온의 열매체와 상기 난방 단말(40)로부터의 비교적 저온의 귀환 열매체가 혼합된 열매체가 상기 난방 단말(40)에 공급되도록 상기 관로(50)를 구성하고, 난방에 필요한 열량을 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 열매체로 확보할 수 없다고 판단한 경우, 상기 난방 단말(40)로부터의 비교적 저온의 귀환 열매체 만이 상기 제 2 열원기(20)로 유입되도록 상기 관로(50)를 구성하는 것과 함께, 상기 제 2 열원기(20)를 연소 작동시키는 것을 특징으로 하는 난방 장치가 본 발명에 의해 제공된다.
이에 따르면, 탱크 및 제 1 열원기로부터 공급되는 열량이 난방 필요 열량 이상인 경우에는, 제 1 열원기의 히트 펌프가 생성한 열이 최대한으로 효율적으로 이용되고, 탱크 및 제 1 열원기로부터 공급되는 열량이 난방 필요 열량을 만족할 수 없게 된 경우에는, 잠열 회수형의 연소기인 제 2 열원기가 연소 작동된다. 그리고 제 2 열원기가 연소 작동될 때, 그에 유입되는 열매체는 비교적 저온의 열매체에 한정되기 때문에 잠열 회수가 촉진되어 제 2 열원기의 연소 효율을 높은 레벨로 유지하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 고효율의 하이브리드식의 난방 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
이 란(欄) 및 특허 청구 범위에서 기재한 각 수단의 괄호 내의 부호는 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타내는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 난방 장치의 구성을 나타내는 모식적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 의한 난방 장치의 혼합 밸브의 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 난방 장치의 혼합 밸브의 제어와 관로의 각 부의 열매체의 온도의 관계를 단순화하여 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 난방 장치의 제 1 열원기의 비등 능력 제어를 나타내는 흐름도이다.
이하, 도 1∼도 4를 참조하여 본 발명의 실시 형태에 의한 난방 장치에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 난방 장치는 주로 일반 가정용으로서 사용되는 것이고, 물을 주성분으로 하는 열매체를 가열하는 제 1 열원기(10)와 제 2 열원기(20)를 구비하고 있으며, 상기 제 1 열원기(10)가 히트 펌프 유닛이고, 또, 상기 제 2 열원기(20)가 잠열 회수형의 가스 연소식 열원기인 하이브리드식의 난방 장치이다. 이 난방 장치는 상기 2개의 열원기 외에, 열매체를 저장하는 탱크(30)와, 난방 단말(40)과, 상기 탱크(30), 난방 단말(40), 제 1 열원기(10) 및 제 2 열원기(20)를 접속하여 열매체의 순환 유로를 형성하는 관로(50)와, 작동을 제어하는 제어 장치(60)를 더 구비하고 있다. 본 실시 형태의 난방 장치에서 이용되는 열매체는 주성분인 물에 방부제 및 동결 방지제가 첨가된 것이다. 다만, 열매체는 예를 들면, 고비열을 갖는 축열 재료를 마이크로캡슐 등에 봉입하고, 그것을 물에 분산 혼합시키거나, 또는, 슬러리화시켜서 유동 가능하게 한 것이어도 좋다.
히트 펌프 유닛인 제 1 열원기(10)는 모두 도시되지 않는, 냉매 회로에 의하여 접속된 압축기, 팽창 밸브 및 증발기 및 도시된 응축기(12)를 구비하고 있으며, 주위 공기로부터 흡열한 열을 응축기(12)에서 방출하는 히트 펌프 사이클 운전을 실시한다. 상기 응축기(12)는 액체의 열매체를 고온의 냉매에 의하여 가열할 수 있는 열교환기로서 형성되어 있고, 앞으로는 “가열 열교환기(12)”라 불린다. 또, 제 1 열원기는 열매체를 순환시키기 위한 제 1 펌프(11)를 가열 열교환기(12)의 입구 앞에 및 가열 열교환기(12)에 유입되는 열매체의 온도를 측정하는 가열 열교환기 입구 온도 센서(13)를 제 1 펌프(11) 앞에 및 가열 열교환기(12)로부터 유출되는 열매체의 온도를 측정하는 가열 열교환기 출구 온도 센서(14)를 가열 열교환기(12)의 출구 뒤에 및 외기온 측정 센서(15)를 구비하고 있다.
또, 본 실시 형태의 제 1 열원기(10)는 냉매로서 임계 온도가 낮은 이산화탄소를 사용하고, 그를 위해 고압측의 냉매 압력이 냉매의 임계압 이상으로 되는 초임계 히트 펌프 사이클로 운전할 수 있고, 그 결과, 열매체를 비교적 고온, 예를 들면, 85℃∼90℃ 정도까지 가열할 수 있다.
본 실시 형태의 제 1 열원기(10)는 난방 부하의 변화에 따라 제어 장치(60)로부터의 지시에 따라서 레벨 1∼4의 4단계로 가열 능력을 변화시켜서 운전할 수 있고, 상기 레벨 1, 2, 3, 4는 본 실시 형태에서는 2, 3, 4, 5kw에 각각 대응한다.
탱크(30)는 열매체를 저장하는 세로로 긴 형상의 용기이고, 내식성이 우수한 예를 들면, 스테인레스강과 같은 금속으로 형성되어 있으며, 그 외표면은 단열재(도시하지 않음)로 덮여 있다. 또, 탱크(30)는 열매체의 출구 또는 입구로서, 그 저부에 제 1 포트(34)와 제 3 포트(36)를 구비하고, 그 상부에 제 2 포트(35)를 구비하고 있다.
탱크(30)는, 그 내부의 열매체의 온도 분포를 세로 방향으로 검지하기 위해, 그 주벽면에 세로 방향으로 대략 등간격으로 배치된 3개의 온도 센서, 즉, 위로부터 차례로 제 1 탱크 온도 센서(31), 제 2 탱크 온도 센서(32) 및 제 3 탱크 온도 센서(33)를 구비하고 있으며, 상기 온도 센서는 각각 제 1 탱크 온도(TB1), 제 2 탱크 온도(TB2) 및 제 3 탱크 온도(TB3)를 검지할 수 있다. 이들 3개의 온도 센서는 서미스터로 구성되어, 제어 장치(60)에 전기적으로 접속되어 있으며, 검출된 각각의 온도 데이터는 제어 장치(60)의 입력 회로에 입력되게 되어 있다.
본 실시 형태의 난방 장치는 난방 단말(40)로서, 거실 난방용의 패널 라디에이터(41)와 욕실 난방 건조기(42)의 2개를 갖고 있으며, 그들은 제 2 열원기(20)의 하류에서 병렬로 접속되어 있다. 또, 패널 라디에이터(41)와 욕실 난방 건조기(42)는 각각 열동(熱動) 밸브(43, 44)를 갖고 있다.
제 2 열원기(20)는 상기한 대로 잠열 회수형의 가스 연소식 열원기이고, 그 내부에 가스 버너(23)와, 가스 버너(23)에 근접한 1차 열교환기(21)와, 연소 배기 가스로부터 잠열을 회수하기 위한 2차 열교환기(22)로서, 1차 열교환기(21)보다도 상류측에 배치된 2차 열교환기(22)를 구비하고 있다. 따라서, 제 2 열원기(20)가 작동하고 있을 때에 제 2 열원기(20)에 유입된 비교적 저온의 열매체는 최초로 2차 열교환기(22)에 있어서 연소 배기 가스와의 열교환에 의해 어느 정도 온도 상승되고, 다음으로, 1차 열교환기(21)와의 열교환에 의해 고온으로 된다. 또, 제 2 열원기(20)는 열매체를 난방 단말(40)측에 보내는 제 2 펌프(24)와, 열매체의 제 2 열원기 출구 온도(Ts3)를 검지하는 제 2 열원기 출구 온도 센서(25)도 구비하고 있다.
본 실시 형태의 제 2 열원기(20)는 연료로서 도시 가스를 이용하는 것인데, 제 2 열원기(20)는 프로판 가스를 연료로 하는 것이어도 좋다. 또한, 제 2 열원기(20)는 잠열을 회수하는 2차 열교환기(22)를 갖는 것이면 좋고, 따라서, 연료는 가스뿐만 아니라, 예를 들면, 등유 등의 액체 또는 고체를 연소시키는 것이어도 좋다.
본 실시 형태에 있어서 열매체의 순환 유로를 형성하는 관로(50)는 탱크(30)로부터 제 1 열원기측의 제 1 열원기측 관로(51)와, 탱크(30)로부터 제 2 열원기(20) 및 난방 단말(40)측의 제 2 열원기측 관로(52)로 구성된다.
제 1 열원기측 관로(51)는 탱크(30)의 저부의 제 1 포트(34)로부터 제 1 열원기(10)의 가열 열교환기(12)에 이르는 저온측 관로(51a)와, 상기 가열 열교환기(12)로부터 탱크(30)의 상부에 설치된 제 2 포트(35)에 이르는 고온측 관로(51b)를 포함하고 있다. 저온측 관로(51a)의 탱크(30)에 가까운 측에는 탱크(30)로부터 유출된 직후의 열매체의 저온측 탱크 출구 온도(TBo)를 검지하는 저온측 탱크 출구 온도 센서(71)가 설치되어 있으며, 고온측 관로(51b)에는 탱크(30)의 제 2 포트(35) 근처의 열매체의 고온측 탱크 입구 온도(TBi)를 검지하는 고온측 탱크 입구 온도 센서(72)가 설치되어 있다. 이들 2개의 온도 센서도 서미스터로 구성되어, 제어 장치(60)에 전기적으로 접속되어 있으며, 검출된 각각의 온도 데이터는 제어 장치(60)의 입력 회로에 입력되게 되어 있다.
제 1 열원기측 관로(51)는 이와 같이 구성되어 있기 때문에 탱크 저부의 제 1 포트(34)로부터 유출되는 비교적 온도가 낮은 열매체는 제 1 열원기(10)의 가열 열교환기(12)에서 가열되어 탱크 상부의 제 2 포트(35)로부터 탱크(30)로 되돌려지거나, 또는, 탱크(30)로 되돌려지지 않고, 제 2 열원기(20)쪽으로 보내어지는 것이 가능하다. 또, 가열된 열매체가 탱크 상부의 제 2 포트(35)로부터 탱크(30)로 유입되는 것 및 대류 등에 기인하여 탱크(30) 내에는 상부가 고온이고 저부가 저온인 온도 경사가 발생한다.
제 2 열원기측 관로(52)는 탱크(30)의 상부의 제 2 포트(35)로부터 제 2 열원기(20)를 경유하여 2개의 병렬로 접속된 난방 단말(40)에 이르는 공급 관로(52a)와, 난방 단말(40)로부터 탱크(30)의 저부의 제 3 포트(36)에 이르는 귀환 관로(52b)와, 상기 귀환 관로(52b)의 도중의 분기부(52c)로부터 분기하여 탱크(30)와 제 2 열원기(20)의 사이의 공급 관로(52a)에 합류점(52d)에서 합류하는 바이패스 관로(52e)를 포함하고 있다. 분기부(52c)에는 전자식의 3방향 혼합 밸브(54)가 설치되어 있고, 이 3방향 혼합 밸브(54)는 난방 단말(40)로부터의 귀환 열매체의 탱크(30)를 향하는 유량과, 바이패스 관로(52e)를 지나서 제 2 열원기(20)를 향하는 유량의 비율을 제어 장치(60)로부터의 지시에 따라서 임의의 비율로 변화시키는 것이 가능하다. 따라서, 귀환 열매체를 100％ 탱크(30)측으로 흘리는 것, 또는, 반대로 100％ 바이패스 관로(52e)측으로 흘리는 것, 또는, 그 중간의 임의의 비율로 탱크(30)측과 바이패스 관로(52e)측의 양쪽으로 흘리는 것이 가능하다.
제 2 열원기측 관로(52)에는 열매체의 온도를 검지하는 복수의 온도 센서, 즉, 탱크(30)와 합류점(52d)의 사이의 열매체의 고온측 탱크 출구 온도(Ts1)를 검지하는 고온측 탱크 출구 온도 센서(73)와, 합류점(52d)과 제 2 열원기(20)의 사이에 배치되어 열매체의 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)를 검지하는 제 2 열원기 앞 온도 센서(74)와, 난방 단말(40)과 분기부(52c)의 사이에 설치되어 난방 귀환 온도(Tr)를 검지하는 난방 귀환 온도 센서(75)가 설치되어 있다. 이들 4개의 온도 센서도 서미스터로 구성되어, 제어 장치(60)에 전기적으로 접속되어 있으며, 검출된 각각의 온도 데이터는 제어 장치(60)의 입력 회로에 입력되게 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(60)는 탱크(30) 근처에 설치된 하우징 내(도시하지 않음)에 배치된 주제어 유닛(61)과, 제 1 열원기(10) 내에 배치된 히트 펌프 제어 유닛(62)과, 제 2 열원기(20) 내에 배치된 제 2 열원기 제어 유닛(63)과, 제 2 열원기(20)에 대한 리모트 컨트롤러(64)로 구성되어 있고, 리모트 컨트롤러(64) 상의 각종 스위치로부터의 신호, 각종 온도 센서로부터의 통신 신호가 입력되는 입력 회로와, 입력 회로로부터의 신호에 기초하여 각종 연산을 실행하는 마이크로컴퓨터와, 마이크로컴퓨터에 의한 연산에 기초하여 제 1 열원기(10), 제 2 열원기(20), 제 1 펌프(11), 제 2 펌프(24), 혼합 밸브(54) 등의 작동을 제어하는 통신 신호를 출력하는 출력 회로를 구비하고 있다. 마이크로컴퓨터는 기억 수단으로서 ROM 또는 RAM을 내장하고, 미리 설정된 제어 프로그램이나 갱신 가능한 제어 프로그램을 갖고 있다.
주제어 유닛(61)과 히트 펌프 제어 유닛(62)의 사이 및 주제어 유닛(61)과 제 2 열원기 제어 유닛(63)의 사이는 서로 통신함으로써 각각이 관리 및 제어하는 기기의 정보를 공유할 수 있다. 예를 들면, 주제어 유닛(61)과 히트 펌프 제어 유닛(62)의 사이에서는 “비등 개시 및 정지”, “비등 설정 온도” 및 “비등 능력”에 관한 신호가 송수신되고, 또, 주제어 유닛(61)과 제 2 열원기 제어 유닛(63)의 사이에서는 “난방의 ON／OFF”, “난방 설정 온도” 및 “제 2 열원기 연소 작동의 유무”에 관한 신호가 송수신된다.
제어 장치(60)는 상기의 3개의 제어 유닛이 물리적으로 통합된 단일한 제어 유닛과 상기 리모트 컨트롤러(64)로 구성되어도 좋다.
다음으로, 본 실시 형태의 난방 장치가 어떻게 작동되는지에 대하여 이하에 설명한다.
이 난방 장치는 상기한 대로 히트 펌프 유닛인 제 1 열원기(10)와 잠열 회수형의 가스 연소식의 제 2 열원기(20)가 산출하는 열을 이용하는 하이브리드식 난방 장치이다. 이 난방 장치에 있어서는, 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터 공급되는 열매체의 열량으로 확보할 수 없다고 판단된 경우에는, 제 2 열원기(20)가 연소 작동된다. 다만, 이 경우에는, 제 2 열원기(20)가 가열하는 열매체는 난방 단말(40)로부터의 비교적 저온의 귀환 열매체에 한정되도록 혼합 밸브(54)가 제어된다. 또, 제 2 열원기(20)가 연소 작동하고 있는 동안에도 제 1 열원기(10)의 작동은 계속되고, 그 결과, 탱크(30)는 제 1 열원기에 의해 가열되어 제 1 열원기측 관로(51)를 순환하는 열매체에 의하여 축열된다. 한편, 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터의 열매체로 확보할 수 있다고 판단된 경우에는, 제 2 열원기(20)의 연소 작동은 정지되고, 탱크(30) 및 작동하고 있는 제 1 열원기(10)로부터 유출되는 비교적 고온의 열매체와 난방 단말(40)로부터의 귀환 열매체가 목표 난방 온도를 만족하는 비율로 혼합되고, 비작동의 제 2 열원기(20)를 경유하여 난방 단말(40)에 공급되도록 혼합 밸브(54)에 의한 피드백 온도 조절 제어가 실시된다.
상기의, 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터의 열매체로 확보할 수 있는지의 여부의 판단은 본 실시 형태에서는 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있지 않은 경우에는, 열매체의 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)가 미리 정해진 공급 하한 온도 이상인지 미만인지로 판단되고, 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있는 경우에는, 제 3 탱크 온도 센서(33)가 검지한 탱크 하부의 제 3 탱크 온도(TB3)가 미리 정해진 온도 조절 가능 온도 이상인지 미만인지로 판단된다. 다만, 이 판단을 위한 온도의 검지 부분에 대해서는 이 예에 한정되는 것은 아니고, 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있지 않은 경우에 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)에 대신하여 예를 들면, 제 2 열원기 출구 온도(Ts3) 또는 고온측 탱크 출구 온도(Ts1)가 이용되어도 좋고, 또, 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있는 경우에 제 3 탱크 온도(TB3)에 대신하여 예를 들면, 고온측 탱크 입구 온도(TBi)가 이용되어도 좋다.
다음으로, 상기한 혼합 밸브(54)의 제어 방법의 일례를 도 2를 참조하여 설명한다.
난방 운전이 ON되면, 이 제어 흐름은 개시되고, 단계 10에서 혼합 밸브(54)에 의한 피드백 온도 조절 제어가 실시된다. 이 피드백 온도 조절 제어는 열매체의 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)가 소정의 목표 온도로 되도록 제 2 열원기측 관로(52)의 분기부(52c)로부터 탱크 저부의 제 3 포트(36)를 향하는 관로와 바이패스 관로(52e)의 사이의 개도(開度)의 비율을 혼합 밸브(54)에 의하여 조절함으로써 실시된다.
다음으로, 단계 20에 있어서 난방 운전이 OFF되었는지의 여부가 판정된다. 여기에서, 난방 운전이 OFF되어 있지 않은 경우에는, 단계 30으로 진행하고, 제 2 열원기(20)의 가스 버너(23)가 연소 작동되고 있는지의 여부가 판정된다. 여기에서, 가스 버너(23)가 연소 작동되고 있지 않은 경우에는, 단계 10으로 되돌아가서 혼합 밸브(54)에 의한 피드백 온도 조절 제어가 계속해서 실행된다.
한편, 단계 30에 있어서 제 2 열원기(20)의 가스 버너(23)가 연소 작동되고 있는 경우에는, 단계 40으로 진행한다. 단계 40에서는 분기부(52c)로부터 탱크 저부의 제 3 포트(36)를 향하는 관로를 완전히 닫고, 난방 단말(40)로부터의 귀환 열매체가 모두 바이패스 관로(52e)측으로 흐르도록, 바꾸어 말하면, 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터 열매체가 제 2 열원기(20)에 유입되지 않도록 혼합 밸브(54)를 100％ 바이패스 관로측으로 조작한다.
다음으로, 단계 50에 있어서, 탱크 저부의 제 3 탱크 온도(TB3)가 미리 정해진 온도 조절 가능 온도 이상인지 미만인지가 판정되고, 온도 조절 가능 온도 미만인 경우에는, 단계 40으로 되돌아가서 혼합 밸브(54)가 바이패스 관로(52e)측에 유지되고, 온도 조절 가능 온도 이상인 경우에는, 단계 10으로 되돌아가서 혼합 밸브(54)에 의한 피드백 온도 조절 제어가 실행된다.
또, 단계 20에 있어서 난방 운전이 OFF되었다고 판정된 경우에는, 바이패스 관로(52e)를 완전히 닫고, 탱크(30)를 향하는 관로의 개도가 100％로 되도록 혼합 밸브(54)를 조작하여 종료로 진행한다. 따라서, 혼합 밸브(54)는 탱크측에서 대기된다.
또, 혼합 밸브(54)의 제어와 관로의 각 부의 온도의 관계를 단순화하여 나타내는 도 3을 참조하여 본 실시 형태의 난방 장치의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 3의 (a)는 혼합 밸브(54)의 제어 상태를 나타내고 있으며, 피드백 온도 조절과 100％ 바이패스 관로측이 번갈아 반복되는 상태를 나타내고 있다. 또, 도 3의 (b)는 제 2 열원기(20)의 가스 버너(23)의 작동 상태와, 관로의 각 부의 열매체의 온도, 즉, 난방 귀환 온도(Tr)와, 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)와, 제 2 열원기 출구 온도(Ts3)의 관계를 나타내고 있다. 이 도면에서는 난방 귀환 온도(Tr)는 50℃로 항상 일정하고, 제 2 열원기 출구 온도(Ts3)는 60℃가 확보된다. 여기에서, 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)가 60℃이며, 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터 공급되는 열매체의 열량으로 확보할 수 있다고 판단된 경우, 피드백 온도 조절 제어가 실행되고, 따라서, 제 2 열원기의 버너(23)는 비작동이지만, 60℃의 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)에 의하여 60℃의 제 2 열원기 출구 온도(Ts3)가 확보된다. 한편, 제 2 열원기 유입 온도(Ts2)가 약 50℃까지 저하하여 난방에 필요한 열량을 제 1 열원기(10) 및 탱크(30)로부터 공급되는 열매체의 열량으로 확보할 수 없다고 판단된 경우, 혼합 밸브(54)가 바이패스 관로측으로 조작되는 것과 함께, 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고, 그 결과, 이 경우에도 제 2 열원기 출구 온도(Ts3)는 60℃로 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 난방 장치에 따르면, 탱크(30) 및 제 1 열원기(10)로부터 공급되는 열량이 난방 필요 열량 이상인 경우에는, 제 1 열원기(10)의 히트 펌프에 의해 생성된 열이 최대한으로 효율적으로 이용되고, 탱크(30) 및 제 1 열원기(10)로부터 공급되는 열량이 난방 필요 열량을 만족할 수 없게 된 경우에는, 제 2 열원기(20)가 연소 작동된다. 그리고 제 2 열원기(20)가 연소 작동될 때, 그 2차 열교환기(22)에 유입되는 열매체는 비교적 저온의 열매체에 한정되기 때문에 2차 열교환기(22)에 있어서의 잠열 회수가 촉진되어 제 2 열원기(20)의 연소 효율을 높은 레벨로 유지하는 것이 가능해진다.
다음으로, 혼합 밸브(54)의 상기의 제어에 관련하여 본 실시 형태의 히트 펌프 유닛인 제 1 열원기(10)의 비등 능력 제어에 대하여 도 4를 참조해서 설명한다.
난방 운전이 ON되면, 이 제어 흐름은 개시되고, 단계 110에서 가열 능력의 레벨의 초기값을 지시한다. 초기값은 통상은 레벨 2 또는 3으로 설정된다.
다음으로, 단계 120으로 진행하여 제 2 탱크 온도 센서(32)가 검지하는 제 2 탱크 온도(TB2)가 미리 정해진 소정값 미만이고, 또한, 그 온도가 일정 시간 경과한 후의 온도인지의 여부가 판정되고, YES인 경우에는, 가열 능력의 레벨을 1단계 상승시키는 지시를 하여 단계 160으로 진행한다.
단계 160에서는 비등 종료해야 하는지의 여부가 판정되고, YES인 경우에는, “종료”로 진행하고, NO인 경우에는, 단계 120으로 되돌아간다. 단계 160에서 비등 종료해야하는지의 여부는 여러 가지 조건에 의해 판정되고, 예를 들면, 난방 운전이 OFF된 경우, 또는 난방 운전 중에 제 3 탱크 온도(TB3) 및 가열 열교환기(12) 입구 온도가 각각의 소정의 상한 온도를 넘은 경우 등에 비등 종료된다.
한편, 단계 120의 조건이 만족되지 않고, NO인 경우에는, 단계 130으로 진행하여 탱크 저부의 제 3 탱크 온도(TB3)가 미리 정해진 소정값 이상이고, 또한, 그 온도가 일정 시간 경과한 후의 온도인지의 여부가 판정되고, NO인 경우에는, 단계 120으로 되돌아가고, YES인 경우에는, 단계 140으로 진행하여 가열 능력의 레벨을 1단계 하강시키는 지시를 하여 단계 160으로 진행한다.
이와 같이, 제 1 열원기(10)의 가열 능력이 탱크(30)의 온도에 따라서 레벨 상승 또는 레벨 하강되기 때문에 필요한 난방 열량에 가까운 열량으로 히트 펌프의 작동을 제어할 수 있고, 그 결과, 제 3 탱크 온도(TB3) 및 가열 열교환기(12) 입구 온도가 각각의 상한 온도를 넘은 경우에 초래되는 비등 종료, 즉, 제 1 열원기(10)의 작동 정지를 회피할 수 있다.
그런데 도 2의 단계 50에 있어서의 제 3 탱크 온도(TB3)에 관한 온도 조절 가능 온도는 도 4의 단계 120의 제 3 탱크 온도(TB3)에 관한 소정값보다도 낮은 값으로 설정되어 있으며, 따라서, 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있을 때에는, 도 4의 단계 130으로부터 단계 140으로 진행하지 않아서, 가열 능력 하강의 지시가 불필요하게 발해지는 일은 없다.
또, 본 실시 형태의 난방 장치는 운전 개시되었다면, 이상 사태가 발생했을 때 이외는, 제 2 열원기가 연소 작동하지 않는 피드백 온도 조절 제어인 경우에도, 제 2 열원기가 연소 작동하는 경우에도 제 1 열원기(10)가 연속적으로 작동되도록 제어 프로그램이 구축되어 있다. 도 4에 나타내어지는 비등 능력 제어도 제 1 열원기(10)의 연속 작동을 위한 제어 방법의 하나이다.
10: 제 1 열원기(히트 펌프 유닛)
12: 가열 열교환기
20: 제 2 열원기
21: 1차 열교환기
22: 2차 열교환기
23: 가스 버너
30: 탱크
40: 난방 단말
50: 관로
51: 제 1 열원기측 관로
52: 제 2 열원기측 관로
52e: 바이패스 관로
54: 혼합 밸브
60: 제어 장치

Claims (3)

  1. 열매체를 저장하는 탱크(30)와,
    상기 탱크(30)로부터 유입되는 열매체를 가열하는 히트 펌프식의 제 1 열원기(10)와,
    열매체를 가열하는 잠열 회수형의 연소기인 제 2 열원기(20)와,
    열매체의 열을 방출하는 난방 단말(40)과,
    상기 제 1 열원기(10), 상기 탱크(30), 상기 제 2 열원기(20) 및 상기 난방 단말(40)을 접속하여 열매체의 순환 유로를 형성하는 관로(50)이며, 상기 제 2 열원기(20)가 작동하지 않고 있을 때에도 상기 난방 단말(40)에 공급되는 열매체가 상기 제 2 열원기(20)를 경유하도록 구성된 관로(50)와 제어 장치(60)를 구비하는 난방 장치로서,
    상기 제어 장치(60)는,
    난방에 필요한 열량이 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 열매체로 확보 가능하다고 판단한 경우, 상기 제 2 열원기(20)를 작동시키지 않고, 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 비교적 고온의 열매체 만, 또는, 상기 비교적 고온의 열매체와 상기 난방 단말(40)로부터의 비교적 저온의 귀환 열매체가 혼합된 열매체가 상기 난방 단말(40)에 공급되도록 상기 관로(50)를 구성하고,
    난방에 필요한 열량을 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 열매체로 확보할 수 없다고 판단한 경우, 상기 난방 단말(40)로부터의 비교적 저온의 귀환 열매체 만이 상기 제 2 열원기(20)로 유입되도록 상기 관로(50)를 구성하는 것과 함께, 상기 제 2 열원기(20)를 연소 작동시키는 것 및
    상기 난방 장치의 운전 중에 있어서는, 상기 제 1 열원기(10)가 연속적으로 작동되는 것을 특징으로 하는
    난방 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치(60)는 난방에 필요한 열량이 상기 제 1 열원기(10) 및 상기 탱크(30)로부터의 열매체로 확보 가능한지의 여부를, 상기 제 2 열원기(20)가 작동하지 않고 있는 경우에는, 상기 제 2 열원기(20)에 유입되는 열매체의 온도(Ts1, Ts2) 또는 상기 제 2 열원기(20)로부터 유출되는 열매체의 온도(Ts3)가 미리 정해진 공급 하한 온도 이상인지 미만인지로 판단하고, 상기 제 2 열원기(20)가 연소 작동되고 있는 경우에는, 상기 탱크(30) 하부의 열매체의 온도(TB3) 또는 상기 제 1 열원기(10)로부터 상기 탱크(30)로 유입되는 열매체의 온도(TBi)가 미리 정해진 온도 조절 가능 온도 이상인지 미만인지로 판단하는 것을 특징으로 하는
    난방 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 열원기(10)는 그 가열 능력을 상기 제어 장치(60)로부터의 지시에 의해 단계적으로 변화시킬 수 있고,
    상기 제어 장치(60)는 상기 탱크(30) 하부의 열매체의 온도(TB3)가 상기 온도 조절 가능 온도보다도 고온의 미리 정해진 온도 이상인 경우에, 상기 제 1 열원기(10)의 가열 능력을 일단계 저하시키는 것을 특징으로 하는
    난방 장치.

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