KR101607023B1

KR101607023B1 - 난방장치

Info

Publication number: KR101607023B1
Application number: KR1020140148102A
Authority: KR
Inventors: 요시키 가니; 가츠야 오시마
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-03-28

Abstract

(과제) 효율 좋게 난방단말로 적절한 온도의 열매를 공급할 수 있는 기술을 제공한다.
(해결 수단) 제 1 열매를 가열하는 히트펌프와, 제 1 열매와 제 2 열매의 사이에서 열교환을 실행하는 열교환기와, 열교환기와 난방단말의 사이에서 제 2 열매를 순환시키는 난방왕로 및 난방복로와, 난방왕로를 통해서 난방단말로 보내지는 제 2 열매를 가열하는 연소장치와, 난방복로에서 난방왕로로 열교환기를 바이패스하여 제 2 열매를 보내는 바이패스경로와, 난방왕로와 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에서 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 1 온도센서와, 컨트롤러를 구비한다. 컨트롤러는 난방단말이 요구하는 목표온도에 바이패스경로로부터의 합류에 의해서 난방왕로를 흐르는 제 2 열매에 발생하는 온도변화를 가미하여 보정목표온도를 결정하고, 제 1 온도센서에 의한 측정온도가 보정목표온도가 되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절한다.

Description

난방장치{HEATING DEVICE}

여기서 개시하는 기술은 난방장치에 관한 것이며, 특히, 난방단말에 의해 가열된 열매를 공급하는 난방장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에 난방장치가 개시되어 있다. 상기 난방장치는 제 1 열매를 가열하는 히트펌프와, 제 1 열매와 제 2 열매의 사이에서 열교환을 실행하는 열교환기와, 열교환기에서 난방단말로 제 2 열매를 보내는 난방왕로와, 난방왕로를 통해서 난방단말로 보내지는 제 2 열매를 가열하는 연소장치와, 난방단말에서 열교환기로 제 2 열매를 보내는 난방복로와, 난방복로와 연소장치보다도 상류측의 난방왕로를 서로 접속하고 있으며, 난방복로에서 난방왕로로 열교환기를 바이패스하여 제 2 열매를 보내는 바이패스경로와, 난방왕로와 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에 있어서, 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 1 온도센서와, 연소장치보다도 하류측에 있어서, 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 2 온도센서를 구비한다. 이와 같은 구성에 따르면, 제 1 온도센서에 의한 측정온도가 난방단말이 요구하는 목표온도가 되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절할 수 있다. 그리고 예를 들면 히트펌프로부터의 공급열이 부족하고, 제 2 열매의 온도가 목표온도에 도달하지 않을 때는, 연소장치를 운전시킴으로써, 제 2 열매를 목표온도까지 가열할 수 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2012-93064호 공보

상기한 난방장치에서는 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 온도센서가 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에 배치되어 있다. 이와 같은 구성이면, 열교환기로부터 유출되는 제 2 열매의 온도변화가 신속하게 검출되므로, 해당 온도변화에 대해서 열교환기에 있어서의 가열량을 지체 없이 조절할 수 있어 제 2 열매의 온도를 목표온도로 빠르게 안정시킬 수 있다. 그 한편으로, 온도센서에 의한 제 2 열매의 측정온도가 난방단말이 요구하는 목표온도가 되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절해도, 바이패스경로에서 난방왕로로 합류되는 저온의 열매에 의해서, 난방단말로 보내지는 열매의 온도가 목표온도를 하회하는 일이 있다. 이 경우, 연소장치를 운전함으로써 제 2 열매를 목표온도까지 가열할 수는 있지만, 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량에 여유가 있음에도 불구하고, 연소장치를 운전시키게 되어 에너지 효율이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

본 명세서는, 상기한 문제를 해결 또는 저감하고, 에너지 효율을 저하시키는 일없이, 난방단말로 적절한 온도의 열매를 공급할 수 있는 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 기술은 난방장치에 구현화된다. 이 난방장치는 제 1 열매를 가열하는 히트펌프와, 제 1 열매와 제 2 열매의 사이에서 열교환을 실행하는 열교환기와, 열교환기에서 난방단말로 제 2 열매를 보내는 난방왕로와, 난방왕로를 통해서 난방단말로 보내지는 제 2 열매를 가열하는 연소장치와, 난방단말에서 열교환기에 제 2 열매를 보내는 난방복로와, 난방복로와 연소장치보다도 상류측의 난방왕로를 서로 접속하고 있으며, 난방복로에서 난방왕로로 열교환기를 바이패스하여 제 2 열매를 보내는 바이패스경로와, 난방왕로와 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에 있어서, 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 1 온도센서와, 연소장치보다도 하류측에 있어서, 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 2 온도센서와, 제 1 온도센서에 의한 측정온도에 의거하여 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절함과 아울러, 제 1 온도센서 또는 제 2 온도센서에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치를 운전시키는 컨트롤러를 구비하고 있다.

상기한 컨트롤러는 난방단말이 요구하는 목표온도에 바이패스경로로부터의 합류에 의해서 상기 난방왕로의 제 2 열매에 발생하는 온도변화를 가미하여 보정목표온도를 결정한다. 그리고 컨트롤러는 제 1 온도센서에 의한 제 2 열매의 측정온도가 보정목표온도가 되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절한다.

이와 같은 구성에 따르면, 열교환기에서 난방단말로 보내지는 열매에 바이패스경로로부터 저온의 열매가 합류되는 경우라도, 바이패스경로로부터의 합류에 의한 제 2 열매의 온도변화가 상쇄되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량이 조절된다. 따라서, 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 1 온도센서가 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에 배치되어 있어도, 난방단말로 보내지는 제 2 열매의 온도가 난방단말이 요구하는 목표온도가 되도록 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 적절히 조절할 수 있다. 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량이 부족하지않는 한, 연소장치의 운전을 피할 수 있으므로, 에너지 효율을 저하시키는 일없이, 난방단말로 적절한 온도의 열매를 공급할 수 있다.

본 기술의 일실시형태에 있어서, 컨트롤러는 난방단말이 요구하는 목표온도와, 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 이용하여 보정목표온도를 결정하는 것이 바람직하다. 이들의 지표를 이용하는 것에 의해, 난방단말로 보내지는 제 2 열매의 온도(정확하게는, 바이패스경로의 합류 후에 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도)가 난방단말이 요구하는 목표온도가 되도록 보정목표온도를 결정할 수 있다.　

상기한 실시형태에 있어서, 난방단말이 요구하는 목표온도를 Tset, 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량을 Whe, 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 Wbp, 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 Tbp로 하고, 보정목표온도를 TsetB로 했을 때에, 이하의 관계가 성립되는 것이 바람직하다.　

TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe

이와 같은 관계가 성립되면, 이론적으로는 난방단말로 보내지는 제 2 열매의 온도는 난방단말이 요구하는 목표온도에 동일하게 된다.

상기한 관계식에서는, 난방왕로로 있어서의 방열 등에 의한 제 2 열매의 온도변화를 더욱더 고려해도 좋다. 이 경우, 해당 온도변화에 상당하는 정수를 A로 하여 이하의 관계가 성립되도록 보정목표온도(TsetB)를 결정하면 좋다.　

TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe＋A

즉, 상기 관계식에 있어서, 방열 등에 의한 제 2 열매의 온도변화를 고려할 경우는,　A에 일정한 값을 설정하고, 해당 온도변화를 고려하지 않는 경우는, A에 제로(0)를 설정하면 좋다.

도 1은 실시예 1의 난방장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 실시예 1의 난방장치의 컨트롤러가 실행하는 처리를 나타내는 흐름도.
도 3은 바이패스경로로부터의 합류에 기인하는 난방용 열매의 온도변화를 설명하는 도면.
도 4는 바이패스조정밸브의 개방도와, 열교환기와 바이패스경로의 유량비의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 실시예 2의 난방장치의 구성을 나타내는 도면.
도 6은 실시예 2의 난방장치의 컨트롤러가 실행하는 처리를 나타내는 흐름도.

본 기술의 일실시형태에 있어서, 난방장치는 바이패스경로의 유량을 조정하는 바이패스조정밸브를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 컨트롤러는 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량이 소정값 이하가 되도록 바이패스조정밸브를 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 따르면, 예를 들면 다수의 난방단말이 동시에 운전되어 제 2 열매의 유량이 증대하는 바와 같은 경우라도, 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량이 제한되는 것에 의해, 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 압력손실이 억제되어 각각의 난방단말이 필요로 하는 제 2 열매의 유량을 유지할 수 있다. 또, 제 2 열매를 순환시키는 펌프 등의 부담을 경감할 수 있으므로, 에너지 효율이 악화되기 쉬운 고회전역에서 펌프를 운전하거나, 대형 펌프의 채용이 필요하게 되는 것을 피할 수 있다.　

상기한 실시형태에 있어서, 난방장치는 난방왕로, 난방복로, 또는 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 측정하는 유량센서를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 컨트롤러는 유량센서에 의한 측정유량과 바이패스조정밸브의 개방도에 의거하여 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 각각 특정하는 것이 바람직하다. 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량의 비는 바이패스조정밸브의 개방도에 대응하여 변화한다. 따라서, 난방왕로, 난방복로 또는 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 바이패스조정밸브의 개방도가 기지(旣知)이면, 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 각각 특정할 수 있다.　

본 기술의 일실시형태에 있어서, 난방장치는 열원에 의해서 가열된 제 1 열매를 저류하는 탱크와, 탱크와 열교환기의 사이에서 제 1 열매를 순환시키는 순환경로를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 실시형태로서, 난방장치는 제 1 열매를 저류하는 탱크를 구비하는 일없이, 열원과 열교환기의 사이에서 제 1 열매를 직접적으로 순환시켜도 좋다.

본 기술의 일실시형태에 있어서, 열원은 에너지 효율이 우수한 것이 바람직하며, 예를 들면, 히트펌프 또는 발전기를 가지는 것이 바람직하다.

본 기술의 일실시형태에 있어서, 난방단말은 난방개소에 배치되어 열매를 방열시키는 것으로서, 예를 들면, 바닥난방패널, 패널히터, 컨벡터히터, 욕실난방기, 팬히터 등이 바람직하다.

본 기술의 일실시형태에 있어서, 난방장치는 난방운전에 더불어서 급탕운전도 실시 가능한 급탕난방장치라도 좋다. 이 경우, 급탕난방장치는 욕조로의 급탕(이른바 탕수 공급)이나 욕조 내의 탕수의 가열(이른바 재가열)을 실시하는 기능을 가져도 좋다.

[실시예 1]

도면을 참조하여 실시예 1의 난방장치(10)에 대해서 설명한다. 난방장치(10)는 난방단말(60)에 열을 공급하는 난방운전에 더불어서, 온수를 공급하는 급탕운전도 실시 가능한 열공급시스템이며, 급탕난방장치라고도 불리는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 난방장치(10)는 주로, 히트펌프(20)와 탱크(30)와, 난방용 열교환기[38, 이하, 단지 열교환기(38)로 생략한다]와, 연소유닛(50)과, 컨트롤러(100)를 구비하고 있다. 연소유닛(50)은 연소장치(52)를 가지고 있다. 또, 난방장치(10)는 열교환기(38)와 난방단말(60)의 사이에서 난방용 열매를 순환시키는 난방용 순환경로(40)를 구비하고 있다.　

난방장치(10)는 히트펌프(20)와 연소장치(52)의 2개의 열원을 구비하고 있으며, 그들의 열원에 의해서 발생한 열을 난방용 열매를 이용하여 하나 또는 복수의 난방단말(60)에 공급한다. 난방단말(60)은 난방용 열매를 방열시킴으로써 난방을 실행한다. 난방단말(60)은 예를 들면, 바닥난방패널, 패널히터, 컨벡터히터, 욕실난방기, 팬히터이다. 난방장치(10)는 1개로 한정되지 않고, 복수의 난방단말(60)에 가열된 난방용 열매를 공급할 수 있다. 또한, 연소장치(52)는 주된 열원인 히트펌프(20)에 대해서 부족한 열을 보충하기 위한 보조적인 열원이다.

히트펌프(20)는 난방장치(10)의 주된 열원으로서, 대기로부터의 채열(採熱)에 의해서 제 1 열매인 물을 가열한다. 탱크(30)는 히트펌프(20)가 가열한 온수를 저류하는 밀폐용기이며, 히트펌프(20)가 발생하는 열을 저류하는 축열용기라고 말할 수 있다. 히트펌프(20)와 탱크(30)는 축열용 순환경로(22)를 통하여 서로 접속되어 있다. 축열용 순환경로(22)는 히트펌프(20)와 탱크(30)의 사이에서 온수를 순환시키는 관로이다. 축열용 순환경로(22)에는 축열용 펌프(24)가 설치되어 있다. 탱크(30) 내의 온수는 히트펌프(20)로 보내져 가열되어 재차 탱크(30)로 되돌려진다. 그에 따라, 히트펌프(20)가 발생하는 열이 탱크(30)에 저류된다. 히트펌프(20)와 축열용 펌프(24)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(100)에 의해서 제어된다.　

탱크(30)에는 높이 방향을 따라서 복수의 탱크온도센서(32)가 설치되어 있다. 각각의 탱크온도센서(32)는 각각의 높이 위치에 있어서, 탱크(30) 내의 온수의 온도를 측정한다. 복수의 탱크온도센서(32)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그들의 출력신호는 컨트롤러(100)에 입력된다. 컨트롤러(100)는 복수의 탱크온도센서(32)의 출력신호에 의거하여 탱크(30)에 저류된 열량(온수량)을 파악할 수 있다. 탱크온도센서(32)에는 일례이지만, 서미스터를 채용할 수 있다.　

탱크(30)에는 탱크(30)로 수돗물을 공급하는 급수로(34)와, 탱크(30)로부터 온수를 출탕하는 출탕로(35)가 접속되어 있다. 급수로(34)는 탱크(30)의 하부에 접속되어 있으며, 출탕로(35)는 탱크(30)의 상부에 접속되어 있다. 출탕로(35)로부터 출탕된 온수는 도시 생략하는 관로를 통해서 수도전(카란)이나 욕조라고 하는 급탕개소로 급탕된다.　

열교환기(38)는, 제 1 열매인 온수와, 제 2 열매인 난방용 열매의 사이에서 열교환을 실행한다. 열교환기(38)는 급열용 순환경로(36)를 통하여, 탱크(30)와 접속되어 있다. 급열용 순환경로(36)는 탱크(30)와 열교환기(38)의 사이에서 온수를 순환시키는 관로이다. 급열용 순환경로(36)에는 급열용 펌프(37)가 설치되어 있다. 급열용 펌프(37)는 급열용 순환경로(36)를 통해서 탱크(30)의 상부에서 열교환기 (38)로 온수를 보내고, 열교환기(38)에서 방열한 온수를 탱크(30)의 하부로 되돌린다. 그에 따라, 탱크(30)에 저류된 열, 즉, 히트펌프(20)가 발생한 열이 열교환기 (38)로 공급되어 열교환기(38)에 있어서 난방용 열매가 가열된다. 급열용 펌프(37)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(100)에 의해서 제어된다.　

난방용 순환경로(40)는 열교환기(38)에서 난방단말(60)로 난방용 열매를 보내는 난방왕로(40a)와, 난방단말(60)에서 열교환기(38)로 난방용 열매를 보내는 난방복로(40b)를 가지고 있다. 난방왕로(40a)에는 난방용 펌프(54)가 설치되어 있다. 난방용 펌프(54)가 운전되면, 열교환기(38)에서 가열된 난방용 열매가 난방왕로(40a)를 통해서 난방단말(60)에 공급된다. 그리고 난방단말(60)에서 방열한 난방용 열매는 난방복로(40b)를 통해서 열교환기(38)로 되돌려진다.　

난방용 순환경로(40)에는 바이패스경로(44)가 설치되어 있다. 바이패스경로 (44)는 난방복로(40b)에서 분기하여 연소장치(52)보다도 상류측의 난방왕로(40a)로 합류되는 관로이다. 바이패스경로(44)는 난방복로(40b)에서 난방왕로(40a)로 열교환기(38)를 바이패스하여 난방용 열매를 보낸다. 바이패스경로(44)에는 바이패스조정밸브(46)가 설치되어 있다. 바이패스조정밸브(46)는 전동식의 유량조정밸브이며, 그 개방도를 변경함으로써, 바이패스경로(44)의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 바이패스경로(44)의 유량이 변화되면, 그것에 반비례하도록, 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량도 변화된다. 바이패스조정밸브(46)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러(100)에 의해서 제어된다.　

난방왕로(40a)에는 제 1 열매온도센서(42)와 제 2 열매온도센서(56)가 설치되어 있다. 제 1 열매온도센서(42)와 제 2 열매온도센서(56)는 각각, 난방왕로 (40a)를 흐르는 난방용 열매의 온도를 측정한다. 단, 제 1 열매온도센서(42)는 난방왕로(40a)와 바이패스경로(44)의 접속위치(44a)보다도 상류측에 설치되어 있으며, 열교환기(38)로부터 유출된 난방용 열매의 온도를, 바이패스경로(44)로부터의 난방용 열매가 합류되기 전에 측정한다. 따라서, 제 1 열매온도센서(42)가 측정하는 온도는, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도와는 반드시 일치하지 않는다. 한편, 제 2 열매온도센서(56)는 연소장치(52)보다도 하류측에 설치되어 있으며, 바이패스경로(44)의 유량이나 연소장치(52)의 운전의 유무에 관계없이, 난방단말(60)로 실제로 보내지는 난방용 열매의 온도를 측정할 수 있다. 제 1 열매온도센서(42)와 제 2 열매온도센서(56)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 출력신호는 컨트롤러(100)에 입력된다. 각각의 열매온도센서(42, 56)에는 일례이지만 서미스터를 채용할 수 있다.　

난방복로(40b)에는 열매유량센서(48)가 설치되어 있다. 열매유량센서(48)는 난방복로(40b)를 흐르는 난방용 열매의 유량을 측정한다. 열매유량센서 (48)는 난방복로(40b)와 바이패스경로(44)의 접속위치(44b)보다도 하류측에 설치되어 있으며, 열교환기(38)로 유입되는 난방용 열매의 유량을 측정한다. 열매유량센서(48)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 출력신호는 컨트롤러 (100)에 입력된다.　

난방복로(40b)에는 리턴열매온도센서(49)가 설치되어 있다. 리턴열매온도센서(49)는 난방복로(40b)를 흐르는 난방용 열매의 온도를 측정한다. 리턴열매온도센서(49)는 난방복로(40b)와 바이패스경로(44)의 접속위치(44b)보다도 하류측에 설치되어 있으며, 열교환기(38)로 유입되는 난방용 열매의 온도를 측정한다. 또한, 리턴열매온도센서(49)에 의한 측정온도는, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 온도에도 일치한다. 리턴열매온도센서(49)는 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 출력신호는 컨트롤러(100)에 입력된다. 리턴열매온도센서(49)에는 일례이지만 서미스터를 채용할 수 있다.　

연소유닛(50)은 난방장치(10)의 제 2 열원이며, 연소장치(52)를 가지고 있다. 연소유닛(50)은 난방왕로(40a)의 도중에 설치되어 있다. 연소장치(52)는 가연성 가스(예를 들면 도시가스 또는 프로판 가스)를 연소하여 난방왕로(40a)를 흐르는 난방용 열매를 가열한다. 연소장치(52)는 가연성 가스를 연소시키는 버너(52a)와, 현열 열교환기(52b)와 잠열 열교환기(52c)를 구비하고 있다. 현열 열교환기 (52b)와 잠열 열교환기(52c)는 일련으로 접속되어 있으며, 난방용 열매는, 먼저 잠열 열교환기(52c)에서 가열되고, 그 후에 현열 열교환기(52b)에서 가열된다. 연소유닛(50)은 컨트롤러(100)와 전기적으로 접속되어 있으며, 그 동작은 컨트롤러 (100)에 의해 제어된다. 컨트롤러(100)는 탱크(30)로부터의 열공급이 불충분할 때 등, 필요에 따라서 연소유닛(50)을 운전한다.

컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 난방용 열매의 측정온도에 의거하여 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량을 조절한다. 그에 따라, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도를 난방단말(60)이 요구하는 목표온도로 조정한다. 난방단말(60)이 요구하는 목표온도란, 난방단말(60)이 올바르게 동작하기 위해 필요로 하는 난방용 열매의 온도이며, 난방단말(60)에 대응하여 정해진다. 일례로서, 본 실시예에서는 60℃이다. 여기서, 히트펌프(20)에 의해서 탱크 (30)에 저류된 열이 부족할 때는, 열교환기(38)에 있어서의 가열량의 제어를 실행해도, 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 목표온도를 하회한다. 이 경우, 컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시한다. 또한, 컨트롤러(100)는 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시해도 좋다. 연소장치(52)의 운전을 개시한 후는, 컨트롤러(100)는 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도가 목표온도가 되도록 연소장치(52)의 출력을 제어한다.

여기서, 제 1 열매온도센서(42)에 의한 난방용 열매의 온도측정은 난방왕로 (40a)와 바이패스경로(44)의 접속위치(44a)보다도 상류측에서 실행된다. 이와 같은 구성에 따르면, 열교환기(38)로부터 유출되는 난방용 열매의 온도변화가 신속하게 검출되므로, 해당 온도변화에 대해서 열교환기(38)에 있어서의 가열량을 지체 없이 조절할 수 있어 난방용 열매의 온도를 목표온도로 빠르게 안정시킬 수 있다. 그 한편으로, 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 난방단말(60)이 요구하는 목표온도라고 해도, 바이패스경로(44)로부터 합류되는 저온의 난방용 열매에 의해, 난방단말(60)로 실제로 보내지는 난방용 열매의 온도는, 해당 목표온도를 하회하는 일이 있다. 이때, 상기한 종래의 난방장치와 같이, 연소장치(52)를 운전함으로써 난방용 열매의 가열을 실행하면, 히트펌프(20)에 의해서 탱크(30)에 저류된 열량에 여유가 있음에도 불구하고, 연소장치(52)를 운전시키게 되어 난방장치(10)의 에너지 효율이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

상기한 문제에 대해서, 본 실시예의 난방장치(10)는 바이패스경로(44)를 난방용 열매가 흐르는 경우에, 난방단말(60)이 요구하는 목표온도를 보정함으로써, 보정목표온도를 결정한다. 그리고 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 결정한 보정목표온도가 되도록 바이패스조정밸브(46)를 제어하여 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량[즉, 탱크(30)로부터의 열공급량]을 조절한다. 이 동작에 대해 도 2를 참조하면서 컨트롤러(100)가 실행하는 처리의 흐름을 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(100)는 사용자로부터 난방운전의 지시가 있으면(S10에서 YES), 난방용 펌프(54) 및 급열용 펌프(37)의 운전을 개시한다 (S12). 그에 따라, 탱크(30)와 열교환기(38)의 사이에서 온수가 순환되고, 열교환기(38)와 난방단말(60)의 사이에서 난방용 열매가 순환되어 탱크(30)에서 난방단말 (60)로의 열공급이 개시된다.　

이어서, 컨트롤러(100)는 열매유량센서(48)에 의한 측정유량을 취득한다. 그리고 열매유량센서(48)에 의한 측정유량, 즉, 열교환기(38)로 유입되는 난방용 열매의 유량이, 9ℓ/분 이하인지 아닌지를 판정한다(S14). 이것은, 예를 들면 다수의 난방단말(60)이 동시에 운전되어 난방용 열매의 유량이 증대했을 때에, 열교환기 (38)로 유입되는 난방용 열매의 유량이 9ℓ/분 이상이 되면, 열교환기(38)에 있어서의 압력손실이 과대하게 되어, 각각의 난방단말(60)로 공급되는 난방용 열매의 유량이 부족할 우려가 있기 때문이다. 또한, 9ℓ/분이라고 하는 값은 일례이며, 난방장치(10)의 구체적인 구성 등에 대응하여 적절히 변경하면 좋다.　

열매유량센서(48)에 의한 측정유량이 9ℓ/분 미만일 때는(S14에서 NO), 컨트롤러(100)는 바이패스조정밸브(46)의 개방도를 제로(0)로 한다. 즉, 바이패스조정밸브(46)를 폐쇄한다(S16). 이 경우, 바이패스경로(44)에 난방용 열매는 흐르지 않기 때문에, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도에 일치한다[단, 연소유닛(50)의 운전시를 제외한다]. 따라서, 컨트롤러(100)는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(이하,　Tset라고 기재하는 일이 있다)를 그대로 이용하여 난방용 열매의 온도조절제어를 실행한다(S18). 즉, 컨트롤러(100)는 제 l 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 해당 목표온도(Tset)가 되도록 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량을 조절한다. 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량의 조절은, 예를 들면, 히트펌프(20)의 출력이나 급열용 펌프(37)의 회전수를 조절함으로써 실행된다.

또한, 예를 들면 탱크(30)의 저열(貯熱)이 떨어지는 등으로 하여, 열교환기 (38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량이 부족할 때는, 난방용 열매를 목표온도 (Tset)로 조정할 수 없다. 이 경우, 컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시한다. 상세하게는, 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 목표온도(Tset)보다도 소정온도(예를 들면　5℃) 낮은 하한온도를 하회할 때에, 컨트롤러(100)는 연소장치(52)의 운전을 개시한다. 또한, 컨트롤러(100)는 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시해도 좋다. 연소장치(52)의 운전개시 후는, 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도가 목표온도(Tset)가 되도록 컨트롤러(100)에 의해서 연소장치(52)의 출력이 제어된다.

한편, 열매유량센서(48)에 의한 측정유량이 9ℓ/분 이상이 되면(S14에서 YES), 컨트롤러(100)는 바이패스조정밸브(46)의 개방도를 소정 폭만 크게 한다 (S20). 이 경우, 난방복로(40b)의 난방용 열매가 바이패스경로(44)를 통과하여 난방왕로(40a)에 합류되므로, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도는 열매온도센서(42)에 의한 측정온도에 일치하지 않는다. 따라서, 컨트롤러(100)는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)를 그대로 이용하지 않고, 해당 목표온도(Tset)를 보정한 보정목표온도를 결정한다(S22).

보정목표온도는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)와, 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Whe)과, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Wbp)과, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 온도(Tbp)를 이용하여 결정된다. 구체적으로는, 상기 보정목표온도를 TsetB로 했을 때에,　TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe의 관계식이 만족되도록 결정된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 유량(W) 및 온도(T)와, 열교환기(38)를 통과한 난방용 열매의 유량(Whe) 및 온도(The)와, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Wbp) 및 온도(Tbp)의 사이에는, 열량에 관해서 W×T=Whe×The＋Wbp×Tbp의 관계가 성립되고, 유량에 관해서 W=Whe＋Wbp가 성립된다. 따라서, 열교환기(38)를 통과한 난방용 열매의 온도(The)가 상기한 보정목표온도(TsetB)로 조정되면, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도(T)는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)에 동일하게 된다.

보정목표온도를 결정하는 처리에 있어서, 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Whe)에는 열매유량센서(48)에 의한 측정유량이 이용된다. 바이패스경로 (44)를 흐르는 난방용 열매의 온도(Tbp)에 대해서는, 리턴열매온도센서(49)에 의한 측정온도가 이용된다. 단, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Wbp)에 대해서는, 열매유량센서(48)에 의한 측정유량[즉, 유량(Whe)]과 바이패스조정밸브 (46)의 개방도로부터 산출된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 유량(Whe)에 대한 유량(Wbp)의 비는, 바이패스조정밸브(46)의 개방도에 대응하여 일의적(一義的)으로 변화한다. 따라서, 열매유량센서(48)에 의한 측정유량과, 바이패스조정밸브(46)의 개방도가 기지(旣知)이면, 바이패스경로(44) 및 열교환기(38)를 통과하는 난방용 열매의 유량(Wbp, Whe)을 각각 특정할 수 있다. 여기서, 열매유량센서(48)는 열교환기(38)의 유량(Whe)을 측정하는 것에 한정되지 않고, 바이패스경로(44)의 유량 (Wbp)을 측정하는 것이라도 좋으며, 양자의 유량의 합(Whe＋Wbp)을 측정하는 것이라도 좋다. 즉, 열매유량센서(48)는 난방용 순환경로(40)의 어느 하나의 위치에 배치되어도 좋으며, 바이패스경로(44)에 배치되어도 좋다.

보정목표온도(TsetB)를 결정한 컨트롤러(100)는 해당 보정목표온도(TsetB)를 이용하여 난방용 열매의 온도조절제어를 실행한다(S24). 즉, 컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 보정목표온도(TsetB)가 되도록 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량을 조절한다. 구체적으로는, 히트펌프(20)의 출력이나 급열용 펌프(37)의 회전수의 조절이 실행된다. 보정목표온도(TsetB)로 조정된 난방용 열매는 바이패스경로(44)로부터의 저온의 난방용 열매와 합류되고, 그 결과, 난방단말(60)로 실제로 보내지는 난방용 열매의 온도는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)에 동일하게 된다. 이 경우, 연소장치(52)를 운전할 필요가 없으므로, 에너지 효율이 우수한 난방운전을 실행할 수 있다.

또한, 예를 들면 탱크(30)의 저열(貯熱)이 떨어지는 등으로 하여, 열교환기 (38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량이 부족할 때는, 난방용 열매를 보정목표온도(TsetB)로 조정할 수 없다. 이 경우, 컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시한다. 상세하게는, 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 보정목표온도(TsetB)보다도 소정온도(예를 들면 5℃) 낮은 보정하한온도를 하회할 때에, 컨트롤러(100)는 연소장치(52)의 운전을 개시한다. 또한, 컨트롤러(100)는 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시해도 좋다. 연소장치(52)의 운전개시 후는, 제 2 열매온도센서(56)에 의한 측정온도가 목표온도(Tset)가 되도록 컨트롤러(100)에 의해서 연소장치(52)의 출력이 제어된다.

컨트롤러(100)는 사용자로부터 난방운전의 정지의 지시가 있을 때까지, 상기한 도 2의　S14에서　S24까지의 처리를 반복하여 실행한다(S26에서 NO). 그에 따라, 열교환기(38)로 흐르는 난방용 열매의 유량이 9ℓ/분 미만으로 유지되면서, 난방운전이 실시된다. 사용자로부터 난방운전의 정지의 지시가 있으면(S26에서 YES), 컨트롤러(100)는 난방용 펌프(54) 및 급열용 펌프(37)의 운전을 정지하여(S28), 난방운전을 종료한다.

이상과 같이, 본 실시예의 난방장치(10)에서는 바이패스경로(44)에서 난방왕로(40a)로 난방용 열매가 합류될 때는, 본래의 목표온도(Tset)를 보정한 보정목표온도(TsetB)를 이용하여 난방용 열매의 온도조절제어가 실행된다. 보정목표온도 (TsetB)는 본래의 목표온도(Tset)에 바이패스경로(44)로부터의 합류에 기인하는 난방용 열매의 온도변화를 가미하여 결정된다. 그것으로부터, 열매온도센서(42)가 바이패스경로(44)의 접속위치(44a)보다도 상류측에 배치되어 있어도, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도를 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)로 조정할 수 있다.

[실시예 2]

도면을 참조하여 실시예 2의 난방장치(210)에 대해서 설명한다. 도　5에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 난방장치(210)는 실시예 1의 난방장치(10)와 비교하여 바이패스조정밸브(46)를 가지고 있지 않다. 따라서, 난방장치(210)에서는 난방용 순환경로(40)를 순환하는 난방용 열매의 일부가, 항상 바이패스경로(44)를 통과한다. 여기서, 열교환기(38)를 통과하는 난방용 열매의 유량과, 바이패스경로 (44)를 통과하는 난방용 열매의 유량의 비는 대략 일정하며, 일례이지만 본 실시예에 있어서의 해당비는 2:1이다. 그 밖의 구조에 대해서는, 실시예 l, 2의 난방장치 (10, 210)에 있어서 공통되므로, 동일한 부호를 붙임으로써 중복되는 설명은 생략한다.

다음에, 실시예 2의 난방장치(210)에 있어서, 컨트롤러(100)가 실행하는 처리에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(100)는 사용자로부터 난방운전의 지시가 있으면(S40에서 YES), 난방용 펌프(54) 및 급열용 펌프(37)의 운전을 개시한다(S42). 그에 따라, 탱크(30)에서 난방단말(60)로의 열공급이 개시된다.

이어서, 컨트롤러(100)는 보정목표온도(TsetB)를 결정한다(S44). 보정목표온도(TsetB)는 실시예 1의 경우와 같이, 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)와, 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Whe)과, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Wbp)과, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 온도(Tbp)를 이용하여 결정된다. 즉,　TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe의 관계식이 만족되도록 결정된다. 또한, 바이패스경로(44)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Wbp)은 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Whe)의 2배, 즉, 열매유량센서(48)에 의한 측정유량의 2배이다. 또한, 난방장치(210)는 모든 난방단말(60)을 동시에 운전했다고 해도, 열교환기(38)를 흐르는 난방용 열매의 유량(Whe)이 9ℓ/분을 넘지 않도록 설계되어 있다. 이것은, 해당 유량(Whe)이 9ℓ/분을 넘으면, 열교환기(38)에 있어서의 압력손실이 과대하게 되어, 각각의 난방단말(60)로 공급되는 난방용 열매의 유량이 부족할 우려가 있기 때문이다. 또한, 9ℓ/분이라고 하는 값은 일례이며, 난방장치(210)의 구체적인 구성 등에 대응하여 적절히 변경하면 좋다.

보정목표온도(TsetB)를 결정한 컨트롤러(100)는 해당 보정목표온도(TsetB)를 이용하여 난방용 열매의 온도조절제어를 실행한다(S46). 즉, 컨트롤러(100)는 제 1 열매온도센서(42)에 의한 측정온도가 보정목표온도(TsetB)가 되도록 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량을 조절한다. 보정목표온도(TsetB)로 조정된 난방용 열매는 바이패스경로(44)로부터의 저온의 난방용 열매와 합류되고, 그 결과, 난방단말(60)로 실제로 보내지는 난방용 열매의 온도는 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)에 동일하게 된다. 이 경우, 연소장치(52)를 운전할 필요가 없으므로, 에너지 효율이 우수한 난방운전을 실행할 수 있다. 또한, 실시예 1의 난방장치 (10)와 마찬가지로, 열교환기(38)에 있어서의 난방용 열매의 가열량이 부족할 때는, 컨트롤러(100)가 제 1 열매온도센서(42)[또는 제 2 열매온도센서(56)]에 의한 측정온도에 의거하여 연소장치(52)의 운전을 개시한다.

컨트롤러(100)는 사용자로부터 난방운전의 정지의 지시가 있을 때까지(S48에서 NO), 상기한 도 6의 S44 및 S46의 처리를 반복하여 실행하고, 난방운전의 정지의 지시가 있으면(S48에서 YES), 난방용 펌프(54) 및 급열용 펌프(37)의 운전을 정지하여(S50), 난방운전을 종료한다.

이상과 같이, 본 실시예의 난방장치(210)에 있어서도, 본래의 목표온도 (Tset)를 보정한 보정목표온도(TsetB)를 이용하여 난방용 열매의 온도조절제어가 실행된다. 보정목표온도(TsetB)는 본래의 목표온도(Tset)에, 바이패스경로(44)로부터의 합류에 기인하는 난방용 열매의 온도변화를 가미하여 결정된다. 그것으로부터, 열매온도센서(42)가 바이패스경로(44)의 접속위치(44a)보다도 상류측에 배치되어 있어도, 난방단말(60)로 보내지는 난방용 열매의 온도를 난방단말(60)이 요구하는 목표온도(Tset)로 조정할 수 있다.

이상, 본 발명의 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.

예를 들면, 난방장치(10, 210)는 히트펌프(20)에 대신하여, 발전기 또는 그 밖의 종류의 열원을 채용할 수도 있다. 또, 난방장치(10, 210)는 탱크(30)를 가지는 일없이, 히트펌프(20) 또는 그 밖의 열원으로 가열한 온수 등의 열매를 열교환기(38)로 직접적으로 공급하는 것이라도 좋다.

혹은, 난방장치(10, 210)에 있어서, 보정목표온도(TsetB)를 결정할 때에, 난방왕로(40a)에 있어서의 방열이라고 한, 불가피적으로 발생하는 난방용 열매의 온도변화를 고려해도 좋다. 이 경우, 해당 온도변화분을 정수 A로 하여, TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe＋A의 관계가 만족되도록 보정목표온도(TsetB)를 결정하면 좋다.

본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해서 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중의 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

10, 210: 난방장치 20: 히트펌프
30: 탱크 38: 열교환기
40: 난방용 순환경로 40a: 난방왕로
40b: 난방복로 42: 제 1 열매온도센서
44: 바이패스경로 46: 바이패스조정밸브
48: 열매유량센서 49: 열매온도센서
54: 난방용 펌프 56: 제 2 열매온도센서
60: 난방단말 100: 컨트롤러　

Claims

제 1 열매를 가열하는 히트펌프와,
제 1 열매와 제 2 열매의 사이에서 열교환을 실행하는 열교환기와,
상기 열교환기에서 난방단말로 제 2 열매를 보내는 난방왕로와,
상기 난방왕로를 통해서 상기 난방단말로 보내지는 제 2 열매를 가열하는 연소장치와,
상기 난방단말에서 상기 열교환기로 제 2 열매를 보내는 난방복로와,
상기 난방복로와 상기 연소장치보다도 상류측의 난방왕로를 서로 접속하고 있으며, 상기 난방복로에서 상기 난방왕로로 상기 열교환기를 바이패스하여 제 2 열매를 보내는 바이패스경로와,
상기 난방왕로와 상기 바이패스경로의 접속위치보다도 상류측에 있어서, 상기 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 1 온도센서와,
상기 연소장치보다도 하류측에 있어서, 상기 난방왕로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 측정하는 제 2 온도센서와,
상기 제 1 온도센서에 의한 측정온도에 의거하여 상기 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절함과 아울러, 상기 제 1 온도센서 또는 상기 제 2 온도센서에 의한 측정온도에 의거하여 상기 연소장치를 운전시키는 컨트롤러를 구비하고,
상기 컨트롤러는,
상기 난방단말이 요구하는 목표온도에 상기 바이패스경로로부터의 합류에 의해서 상기 난방왕로의 제 2 열매에 발생하는 온도변화를 가미하여 보정목표온도를 결정하며,
상기 제 1 온도센서에 의한 측정온도가 상기 보정목표온도가 되도록 상기 열교환기에 있어서의 제 2 열매의 가열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 난방단말이 요구하는 목표온도와, 상기 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 이용하여 상기 보정목표온도를 결정하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
청구항 2에 있어서,
상기 난방단말이 요구하는 목표온도를 Tset, 상기 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량을　Whe, 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 Wbp, 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 온도를 Tbp, 제로를 포함하는 정수를 A로 하고, 상기 보정목표온도를 TsetB로 했을 때에,　
TsetB=(Tset×(Whe＋Wbp)－Tbp×Wbp)/Whe＋A의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 난방장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이패스경로의 유량을 조정하는 바이패스조정밸브를 더 구비하며,
상기 컨트롤러는 상기 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량이 소정값 이하가 되도록 상기 바이패스조정밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
청구항 4에 있어서,
상기 난방왕로, 상기 난방복로, 또는 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 측정하는 유량센서를 더 구비하며,
상기 컨트롤러는 상기 유량센서에 의한 측정유량과, 상기 바이패스조정밸브의 개방도에 의거하여 상기 열교환기를 흐르는 제 2 열매의 유량과, 상기 바이패스경로를 흐르는 제 2 열매의 유량을 각각 특정하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
청구항 1에 있어서,
상기 히트펌프에 의해서 가열된 제 1 열매를 저류하는 탱크를 더 구비하며,
상기 열교환기는 상기 탱크의 제 1 열매와 제 2 열매의 사이에서 열교환을 실행하는 것을 특징으로 하는 난방장치.
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