KR101545084B1

KR101545084B1 - 급탕 난방시스템, 히트펌프 및 응축기

Info

Publication number: KR101545084B1
Application number: KR1020140035291A
Authority: KR
Inventors: 세이지 이마이
Original assignee: 린나이코리아 주식회사; 린나이가부시기가이샤
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-08-17
Anticipated expiration: 2034-03-26

Abstract

(과제) 히트펌프를 이용하여 난방과 급탕을 실시하는 급탕 난방시스템에 있어서, 히트펌프를 높은 COP로 동작시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.
(해결수단) 본 명세서가 개시하는 급탕 난방시스템은 압축기와, 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 팽창기와, 증발기를 구비하는 히트펌프와, 난방용 열매를 응축기와 난방 단말의 사이에서 순환시키는 난방기와, 급탕용수를 급수원으로부터 응축기를 경유하여 급탕개소로 공급하는 급탕기를 구비하고 있다. 응축기에 있어서는 냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐른다. 응축기는 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하고 있다.

Description

급탕 난방시스템, 히트펌프 및 응축기{HOT WATER SUPPLY HEATING SYSTEM, HEAT PUMP AND CONDENSOR}

본 발명은 급탕 난방시스템, 히트펌프 및 응축기에 관한 것이다.

특허문헌 1에 냉매를 가압하는 압축기와, 욕조수 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 냉매를 감압하는 팽창기와, 냉매를 기화시키는 증발기를 구비하는 히트펌프와, 욕조수를 응축기와 욕조의 사이에서 순환시키는 재가열기구와, 급탕용수를 급수원으로부터 응축기를 경유하여 급탕개소로 공급하는 급탕기를 구비하는 욕조 급탕시스템이 개시되어 있다. 상기 욕조 급탕시스템에 따르면, 에너지효율이 높은 히트펌프에 의한 가열을 이용하여 급탕개소로의 급탕과 욕조의 재가열의 쌍방을 실시할 수 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개2003-65602호 공보

히트펌프에 의한 가열을 이용하여 난방 단말에서의 난방과 급탕개소로의 급탕의 쌍방을 실시하고 싶은 경우가 있다. 특허문헌 1의 기술에 있어서, 욕조수를 응축기와 욕조의 사이에서 순환시키는 대신에, 난방용 열매(熱媒)를 응축기와 난방 단말의 사이에서 순환시키는 구성으로 하면, 히트펌프에 의한 가열을 이용하여 난방 단말에서의 난방과 급탕개소로의 급탕의 쌍방을 실시할 수 있다. 그러나, 이와 같은 구성으로 하면, 하기와 같은 문제를 일으킨다.

일반적으로, 급수원으로부터 응축기로 보내지는 급탕용수의 온도는 충분히 저온이지만, 난방 단말로부터 응축기로 되돌려지는 난방용 열매는 여열을 포함하고 있으며, 그렇게 저온으로는 되어 있지 않다. 이로 인해, 상기와 같은 구성에서는, 난방 단말로부터 응축기로 되돌려지는 그렇게 저온은 아닌 난방용 열매로부터, 응축기의 출구 근방의 저온의 냉매로의 열의 이동이 발생되고, 응축기로부터 팽창기로 보내지는 냉매의 온도상승을 초래하고 있다. 응축기로부터 팽창기로 보내지는 냉매의 온도가 높아지면, 히트펌프의 COP가 저하된다.

본 명세서는 상기의 과제를 해결하는 기술을 제공한다. 본 명세서에서는 히트펌프를 이용하여 난방과 급탕을 실시하는 급탕 난방시스템에 있어서, 히트펌프를 높은 COP로 동작시키는 것이 가능한 기술을 제공한다.

본 명세서가 개시하는 급탕 난방시스템은 냉매를 가압하는 압축기와, 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 냉매를 감압하는 팽창기와, 냉매를 기화시키는 증발기를 구비하는 히트펌프와, 난방용 열매를 응축기와 난방 단말의 사이에서 순환시키는 난방기와, 급탕용수를 급수원으로부터 응축기를 경유하여 급탕개소로 공급하는 급탕기를 구비하고 있다. 상기 급탕 난방시스템에서는 응축기에 있어서, 냉매와 난방용 열매가 대향류(對向流)로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐른다. 상기 급탕 난방시스템에서는 응축기가 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하고 있다.

상기의 급탕 난방시스템에서는 응축기에 있어서, 냉매의 흐름으로 볼때 상류측의 3유체 열교환기에서는 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하고, 냉매의 흐름으로 볼때 하류측의 2유체 열교환기에서는 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시한다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 난방 단말로부터 응축기로 보내져 오는 그렇게 저온은 아닌 난방용 열매로부터 응축기의 출구 근방의 저온의 냉매로의 열의 이동을 방지하고, 응축기로부터 팽창기로 보내지는 냉매의 온도를 충분히 낮게 할 수 있다. 히트펌프의 COP를 향상시킬 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템은 응축기가, 내부에 냉매가 흐르는 냉매관과, 냉매관보다도 짧은 길이로 형성되어 있으며, 내부에 난방용 열매가 흐르는 난방관과, 냉매관과 거의 같은 길이로 형성되어 있고, 내부에 급탕용수가 흐르는 급탕관을 구비하고 있으며, 냉매관의 상류측에서는 냉매관과, 난방관과, 급탕관에 의해서 3유체 열교환기가 형성되어 있고, 냉매관의 하류측에서는 냉매관과 급탕관에 의해서 2유체 열교환기가 형성되어 있도록 구성할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템에 따르면, 간소한 구조와 적은 부품점수로 3유체 열교환기와 2유체 열교환기를 구비하는 응축기를 실현할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템에서는 난방관이 냉매관의 내부를 통과하도록 배치되어 있으며, 급탕관이 냉매관과 서로 외벽면이 접하도록 배치되어 있도록 구성할 수 있다.

상기의 급탕 난방시스템에서는 냉매와 난방용 열매의 사이에서 큰 전열면적을 확보할 수 있다. 또, 상기의 급탕 난방시스템에서는 냉매관 및 급탕관의 일측의 외벽면에 부식 등에 의해서 손실이 발생된 경우라도, 냉매관 및 급탕관의 타축의 외벽면에 의해서 냉매와 급탕용수의 혼합을 방지할 수 있다. 냉매와 급탕용수의 사이에서의 크로스 커넥션(cross connection)의 발생을 방지할 수 있다.

본 명세서는 히트펌프도 개시한다. 상기 히트펌프는 냉매를 가압하는 압축기와, 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 냉매를 감압하는 팽창기와, 냉매를 기화시키는 증발기를 구비하고 있다. 상기 히트펌프에서는 응축기에 있어서, 냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐른다. 상기 히트펌프에서는 응축기가 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하고 있다.

본 명세서는 응축기도 개시한다. 상기 응축기는 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 히트펌프의 냉매를 응축시킨다. 상기 응축기에 있어서, 냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐른다. 상기 응축기는 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하고 있다.

도 1은 실시예 1의 급탕 난방시스템(2)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 1의 응축기(58)의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면에 대한 종단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 단면에 대한 종단면도이다.
도 5는 실시예 1의 히트펌프(50)에 대한 Th선도이다.
도 6은 종래 기술의 히트펌프(50)에 대한 Th선도이다.
도 7은 실시예 2의 급탕 난방시스템(202)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

(실시예 1)

도 1은 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)을 나타내고 있다. 급탕 난방시스템 (2)은 탱크 유닛(4, 급탕기에 상당함)과, 히트펌프 유닛(6)과, 열원기 유닛(8, 난방기에 상당함)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, 증발기(54)와, 팬(56)과, 압축기(62)와, 응축기(58)와, 팽창기(60)를 구비하는 히트펌프 사이클이다.

증발기(54)는 팬(56)에 의해서 송풍된 외기와 냉매 순환로(52) 내의 냉매의 사이에서 열교환시킨다. 증발기(54)에는 팽창기(60)를 통과한 후의 저압 저온의 액체상태에 있는 냉매가 공급된다. 증발기(54)는 냉매와 외기를 열교환시킴으로써 냉매를 가열한다. 냉매는 가열됨으로써 기화하고, 비교적 고온이며 저압인 기체상태가 된다.

압축기(62)에는 증발기(54)를 통과한 후의 냉매가 공급된다. 즉, 압축기(62)에는 비교적 고온이며 저압인 기체상태의 냉매가 공급된다. 압축기(62)에 의해 냉매가 가압됨으로써 냉매는 고온 고압의 기체상태가 된다. 압축기(62)는 가압 후의 고온 고압의 기체상태의 냉매를 응축기(58)로 송출한다.

응축기(58)에는 압축기(62)로부터 송출된 고온 고압인 기체상태의 냉매가 공급된다. 응축기(58)는 냉매 순환로(52) 내의 냉매와, 후술의 탱크수 순환로(20) 내의 물(이하에서는 급탕용수라고도 한다)의 사이에서 열교환을 실시할 수 있다. 또한, 응축기(58)는 냉매 순환로(52) 내의 냉매와, 후술의 제 2 난방가열로(84) 내의 물(이하에서는 난방용수라고도 한다)의 사이에서 열교환을 실시할 수 있다. 냉매는 응축기(58)에서의 열교환의 결과, 열을 빼앗겨서 응축된다. 이에 따라, 냉매는 비교적 저온이며 고압인 액체상태가 된다.

팽창기(60)에는 응축기(58)를 통과한 후의 비교적 저온이며 고압인 액체상태의 냉매가 공급된다. 냉매는 팽창기(60)를 통과함으로써 감압되고, 저온 저압의 액체상태가 된다. 팽창기(60)로서는, 예를 들면 팽창밸브나 캐피러리 튜브(capillary tube)를 사용할 수 있다. 팽창기(60)를 통과한 냉매는 상기한 바와 같이, 증발기 (54)로 보내진다.

히트펌프(50)에 있어서, 압축기(62)를 작동시키면, 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 증발기(54), 압축기(62), 응축기(58), 팽창기(60)의 순서로 순환한다. 상기의 경우, 응축기(58)에 있어서, 탱크수 순환로(20) 내의 급탕용수, 또는, 제 2 난방가열로(84) 내의 난방용수가 가열된다.

탱크 유닛(4)은 탱크(10)를 구비하고 있다. 탱크(10)는 히트펌프(50)에 의해서 가열된 급탕용수를 저류한다. 본 실시예의 급탕용수는 수돗물이다. 탱크(10)는 밀폐형이며, 단열재에 의해서 외측이 덮여져 있다. 탱크(10) 내에는 만수까지 급탕용수가 저류된다.

탱크수 순환로(20)는 상류단이 탱크(10)의 하부에 접속되어 있으며, 히트펌프 유닛(6)의 응축기(58)를 통과하고, 하류단이 탱크(10)의 상부에 접속되어 있다. 탱크수 순환로(20)에는 히트펌프 유닛(6)의 급탕용수 순환펌프(22)가 개장(介裝)되어 있다. 히트펌프 유닛(6)에 있어서, 히트펌프(50)를 작동시켜 급탕용수 순환펌프 (22)를 구동하면, 탱크(10) 하부의 급탕용수가 응축기(58)로 보내져 가열되고, 가열된 급탕용수가 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 탱크(10)의 내부에는 저온의 급탕용수 층의 위에 고온의 급탕용수 층이 겹쳐진 온도성층이 형성된다.

수돗물 도입로(24)는 상류단이 급탕 난방시스템(2)의 외부의 수돗물 공급원 (32, 급수원에 상당함)에 접속되어 있다. 수돗물 도입로(24)의 하류측은 제 1 도입로(24a)와 제 2 도입로(24b)로 분기되어 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 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 상부로부터 제 1 급탕로(36)에 유입되는 고온의 급탕용수의 유량과, 제 2 도입로(24b)로부터 제 1 급탕로(36)에 유입되는 저온의 수돗물의 유량의 비율을 조정한다. 제 2 도입로(24b)와의 접속부보다 하류측인 제 1 급탕로(36)는 열원기 유닛(8)의 급탕 가열로(37)를 통과하여 제 2 급탕로(39)에 접속되어 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(給湯栓)(38, 급탕개소에 상당함)에 접속되어 있다.

열원기 유닛(8)은 시스턴(70)과, 난방용 버너(82)와, 급탕용 버너(81)를 구비하고 있다. 시스턴(70)은 상부가 개방되어 있는 용기이며, 내부에 난방용수(난방용 열매에 상당함)를 저류하고 있다. 본 실시예의 난방용수는 예를 들면 부동액이다. 시스턴(70)에는 난방 왕로(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)에 유입된다.

난방 왕로(72)의 하류단은 제 1 난방 가열로(73)와, 저온 난방 순환로(75)로 분기되어 있다. 저온 난방 순환로(75)에는 저온 난방 단말(78)이 장착되어 있다. 본 실시예의 저온 난방 단말(78)은 예를 들면 바닥 난방기이다. 저온 난방 단말 (78)은 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 분기되어 있다. 고온 난방 순환로(77)에는 고온 난방 단말 (76)이 장착되어 있다. 본 실시예의 고온 난방 단말(76)은 예를 들면 욕실 난방 건조기이다. 고온 난방 단말(76)은 공급되는 난방용수의 열을 이용하여 난방한다. 저온 난방 순환로(75)와 고온 난방 순환로(77)는 각각의 하류단에서 합류하고, 제 2 난방가열로(84)의 상류단에 접속되어 있다.

제 2 난방가열로(84)의 하류단은 히트펌프 유닛(6)의 응축기(58)를 통과하여 난방 복로(96)의 상류단에 접속되어 있다. 난방 복로(96)는 하류단이 열원기 유닛 (8)의 시스턴(70)에 접속되어 있다.

재가열 순환로(79)에는 재가열 열동밸브(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 난방 복로(96)에 접속되어 있다.

욕조수 순환로(91)의 상류단은 욕조(98)의 바닥부에 접속되어 있다. 욕조수 순환로(91)의 하류단은 욕조(98)의 측부에 접속되어 있다. 욕조수 순환로(91)에는 욕조수 순환펌프(99)가 개장되어 있다. 욕조수 순환펌프(99)가 구동되면, 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(40)가 분기되어 있다. 욕조 주탕로(40)에는 욕조 주탕로(40)를 개폐하는 주탕 전자밸브(42)가 개장되어 있다. 욕조 주탕로(40)의 하류단은 욕조수 순환펌프(99)에 접속되어 있다.

제어장치(100)는 탱크 유닛(4), 히트펌프 유닛(6), 열원기 유닛(8)의 각 구성요소의 동작을 제어한다.

급탕 난방시스템(2)은 이하의 같이 축열운전, 급탕운전, 난방운전, 욕조수공급운전 및 재가열운전을 실시할 수 있다.

(축열운전)

축열운전에서는 탱크(10) 내의 급탕용수를 히트펌프(50)로 가열하고, 고온으로 된 급탕용수를 탱크(10)로 되돌린다. 축열운전을 실행할 때에는, 제어장치(100)는 압축기(62) 및 팬(56)을 구동하여 히트펌프(50)를 작동시킴과 아울러 급탕용수 순환펌프(22)를 구동한다.

압축기(62)의 구동에 의해 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 증발기(54), 압축기 (62), 응축기(58), 팽창기(60)의 순서로 순환한다. 상기의 경우, 응축기(58)를 통과하는 냉매 순환로(52) 내의 냉매는 고온 고압의 기체상태이다. 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 응축기(58)를 통과할 때에 냉매 순환로(52) 내의 냉매의 열에 의해서 가열되며, 가열된 급탕용수가 탱크(10)의 상부로 되돌려진다. 이에 따라, 탱크(10)에 고온의 급탕용수가 저류된다. 탱크(10)의 내부가 고온의 급탕용수로 채워진 만축(滿蓄)상태가 되면 축열운전을 종료한다.

(급탕운전)

급탕운전은 탱크(10) 내의 급탕용수를 급탕전(38)에 공급하는 운전이다. 급탕운전은 상기의 축열운전과 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)로부터 제 1 급탕로(36)에 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕설정온도보다 높은 경우에는, 혼합밸브(30)를 구동하여 제 2 도입로(24b)로부터 제 1 급탕로(36)에 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 급탕설정온도와 일치되도록 혼합밸브(30)의 개방도를 조정한다. 한편, 제어장치(100)는 탱크(10)로부터 제 1 급탕로(36)에 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕설정온도보다 낮은 경우에는, 급탕용 버너(81)에 의해서 제 1 급탕로(36)를 통과하는 물을 가열한다. 제어장치(100)는 급탕전(38)에 공급되는 급탕용수의 온도가 급탕설정온도와 일치되도록 급탕용 버너(81)의 출력을 제어한다.

(난방운전)

난방운전은 히트펌프(50)에 의해서 난방용수를 가열하고, 고온으로 된 난방용수를 이용하여 저온 난방 단말(78)이나 고온 난방 단말(76)에 의해서 난방하는 운전이다. 이용자에 의해서 난방운전의 실행이 지시되면, 제어장치(100)는 난방용수 순환펌프(74)를 회전시킨다. 또한, 제어장치(100)는 압축기(62)를 구동한다. 이에 따라서 응축기(58)에서 가열된 난방용수가 시스턴(70)을 거쳐서 저온 난방 단말 (78)이나 고온 난방 단말(76)에 공급된다. 또한, 제어장치(100)는 필요에 따라서 난방용 버너(82)를 작동한다. 이에 따라, 고온 난방 단말(76)에는 난방용 버너(82)에서의 가열에 의해 더욱더 고온으로 된 난방용수가 공급된다. 난방운전에 있어서는 저온 난방 단말(78)에 공급되는 난방용수의 온도가 저온 난방 설정온도가 되도록, 또 고온 난방 단말(76)에 공급되는 난방용수의 온도가 고온 난방 설정온도가 되도록, 히트펌프(50)의 동작이나, 난방용 버너(82)의 출력이 조정된다.

(욕조수공급운전)

욕조수공급운전은 욕조(98)에 욕조수를 공급하는 운전이다. 이용자가 욕조수공급운전의 개시를 지시하면, 급탕 난방시스템(2)은 욕조수공급운전을 개시한다. 욕조수공급운전에 있어서는 주탕 전자밸브(42)를 연다. 주탕 전자밸브(42)가 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), 급탕 가열로(37), 욕조 주탕로(40), 욕조수 순환로(91)를 통하여 욕조(98)에 공급된다. 욕조수공급운전에 있어서는 급탕운전과 마찬가지로 하여, 욕조 주탕로(40)에 공급되는 물의 온도를 욕조수공급설정온도로 조정한다. 욕조(98)에 공급되는 물의 유량이 욕조수공급설정수량에 도달되면 욕조수공급운전을 종료한다.

(재가열운전)

재가열운전은 욕조(98)에 저류된 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 열어 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 난방운전과 마찬가지로 하여, 히트펌프(50)에 의한 난방용수의 가열과, 난방용 버너 (82)에 의한 난방용수의 가열이 실시된다.

(응축기의 구성)

도 2, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 응축기(58)는 주로 제 1 관(102)과, 제 2 관(104)과, 제 3 관(106)으로 구성되어 있다. 제 1 관(102)에는 제 2 난방가열로(84)의 난방용수가 흐르고, 제 2 관(104)에는 냉매 순환로(52)의 냉매가 흐르며, 제 3 관(106)에는 탱크수 순환로(20)의 급탕용수가 흐른다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 응축기(58)는 이들의 배관을 조합한 것을 나선 형상으로 감는 것으로 형성되어 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 관(102)은 소구경의 배관으로 구성되어 있으며, 제 2 관(104)은 대구경의 배관으로 구성되어 있다. 제 1 관(102)은 제 2 관 (104)의 내부를 통과하도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 관(102)과 제 2 관(104)에 의해서 이중관이 형성되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 관 (102)의 상류단 및 하류단은 제 2 관(104)의 외부로 노출되어 있으며, 각각 난방용수 입구(102a) 및 난방용수 출구(102b)를 구성하고 있다. 제 2 관(104)의 상류단 및 하류단에는 각각 냉매 입구(104a) 및 냉매 출구(104b)가 형성되어 있다. 제 1 관(102)은 제 2 관(104)보다도 짧게 형성되어 있으며, 제 1 관(102)의 난방용수 출구(102b)와 제 2 관(104)의 냉매 입구(104a)는 근접한 개소에 형성되어 있지만, 제 1 관(102)의 난방용수 입구(102a)와 제 2 관(104)의 냉매 출구(104b)는 떨어진 개소에 형성되어 있다. 제 1 관(102)의 난방용수 입구(102a)와 제 2 관(104)의 냉매 출구(104b) 사이의 구간에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 관(104)의 내부에 제 1 관(102)은 배치되어 있지 않다. 따라서, 제 1 관(102)을 흐르는 난방용수와, 제 2 관(104)을 흐르는 냉매는 난방용수 입구(102a)에서 난방용수 출구(102b)까지의 구간에 있어서만 열교환을 실시한다. 상기 구간에 있어서, 제 1 관(102)을 흐르는 난방용수와, 제 2 관(104)을 흐르는 냉매는 대향류로서 흐른다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제 3 관(106)은 제 1 관(102)과 거의 같은 구경의 배관으로 구성되어 있다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 관(104)과 제 3 관(106)은 외벽면끼리가 접하는 상태에서 서로 납땜되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 3 관(106)의 상류단 및 하류단에는 각각 급탕용수 입구(106a) 및 급탕용수 출구(106b)가 형성되어 있다. 제 3 관(106)은 제 2 관(104)과 거의 같은 길이로 형성되어 있으며, 제 3 관(106)의 급탕용수 출구(106b)와 제 2 관(104)의 냉매 입구(104a)는 근접한 개소에 형성되어 있으며, 제 3 관(106)의 급탕용수 입구 (106a)와 제 2 관(104)의 냉매 출구(104b)는 근접한 개소에 형성되어 있다. 따라서, 제 3 관(106)을 흐르는 급탕용수와, 제 2 관(104)을 흐르는 냉매는 급탕용수 입구(106a)에서 급탕용수 출구(106b)까지의 구간, 즉 응축기(58)의 거의 전체 길이에 걸치는 구간에 있어서 열교환을 실시한다. 제 3 관(106)을 흐르는 급탕용수와, 제 2 관(104)을 흐르는 냉매는 대향류로서 흐른다.

일반적으로, 탱크(10)의 하부에는 수돗물과 동일한 정도로 저온의 급탕용수가 저류되어 있기 때문에, 탱크수 순환로(20)로부터 응축기(58)로 유입되는 급탕용수의 온도는 충분히 저온으로 되어 있다. 이것에 대해서, 저온 난방 단말(78)이나 고온 난방 단말(76)에서 방열한 후의 난방용수는 여열을 포함하고 있으며, 제 2 난방가열로(84)로부터 응축기(58)로 유입되는 난방용수의 온도는 그렇게 저온으로는 되어 있지 않다. 이로 인해, 만일 종래 기술과 같이, 응축기(58)의 전체 구간에 걸쳐서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환과, 냉매와 난방용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 구성으로 하면, 냉매 출구(104b)의 근방에 있어서, 그렇게 저온은 아닌 난방용수로부터 저온의 냉매로의 열의 이동이 발생되어 냉매 출구(104b)로부터 팽창기(60)로 보내지는 냉매의 온도가 상승된다. 냉매 출구(104b)로부터 팽창기(60)로 보내지는 냉매의 온도가 높아지면, 히트펌프(50)의 COP가 저하된다.

그래서, 본 실시예에서는, 응축기(58)에 있어서, 냉매의 흐름으로 볼때 상류측의 부분{제 2 관(104)의 내부에 제 1 관(102)이 배치되어 있는 부분}에서는 냉매와 난방용수 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하고, 냉매의 흐름으로 볼때 하류측의 부분{제 2 관(104)의 내부에 제 1 관 (102)이 배치되어 있지 않은 부분}에서는 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 구성으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 하는 것에 의해, 제 2 난방가열로 (84)로부터 응축기(58)로 유입되는 그렇게 저온은 아닌 난방용수로부터 냉매 출구 (104b) 근방의 저온의 냉매로의 열의 이동을 방지하고, 냉매 출구(104b)로부터 팽창기(60)로 보내지는 냉매의 온도를 충분히 낮게 할 수 있다. 히트펌프(50)의 COP를 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 실시예의 급탕 난방시스템(2)에 있어서의, 히트펌프(50)의 Th선도(모리엘선도)를 나타내고 있다. 또, 도 6은 종래 기술과 같이, 응축기(58)의 전체 구간에 걸쳐서, 냉매와 난방용수 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 구성으로 한 경우의 히트펌프(50)의 Th선도를 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 응축기(58)의 전체 구간에 걸쳐서, 냉매와 난방용수 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 구성으로 한 경우, 냉매 출구의 근방(즉 난방용수 입구의 근방)에 있어서, 난방용수의 온도가 냉매의 온도보다도 높아지고, 난방용수로부터 냉매로의 열의 이동이 발생되어 냉매 출구에서의 냉매의 온도가 높아진다. 이것에 대해서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉매의 흐름으로 볼때 상류측의 부분에서는 냉매와 난방용수 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하고, 냉매의 흐름으로 볼때 하류측의 부분에서는 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 구성으로 한 경우, 난방용수의 온도가 냉매의 온도보다도 높아지는 영역이 존재하지 않기 때문에, 난방용수로부터 냉매로의 열의 이동이 발생되는 일이 없다. 냉매 출구에 있어서의 냉매의 온도를 낮게 할 수 있고, 히트펌프(50)의 COP를 향상시킬 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예의 급탕 난방시스템(202)은 실시예 1의 급탕 난방시스템(2)과 거의 마찬가지의 구성을 구비하고 있다. 이하에서는 실시예 1의 급탕 난방시스템(2)과 상위하는 점에 대해서만 설명한다.

본 실시예에서는 히트펌프(50)의 응축기(58)가 3유체 열교환기인 제 1 응축기(58a)와, 2유체 열교환기인 제 2 응축기(58b)로 구성되어 있다. 제 1 응축기 (58a)에서는 냉매와 난방용수 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방이 실시된다. 제 2 응축기(58b)에서는 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만이 실시된다. 냉매의 흐름으로 볼때 상류측에 제 1 응축기(58a)가 배치되어 있으며, 하류측에 제 2 응축기(58b)가 배치되어 있다.

본 실시예의 급탕 난방시스템(202)에 있어서도, 제 2 난방가열로(84)로부터 응축기(58)로 유입되는 그렇게 저온은 아닌 난방용수로부터 응축기(58)의 출구 근방의 저온의 냉매로의 열의 이동을 방지하고, 응축기(58)로부터 팽창기(60)로 보내지는 냉매의 온도를 충분히 낮게 할 수 있다. 히트펌프(50)의 COP를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구범위에 기재된 기술에는 이상에서 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.

예를 들면, 상기의 실시예에서는, 난방용수를 가열하는 난방용 버너(82)나, 급탕용수를 가열하는 급탕용 버너(81)를 구비하고 있는 구성에 대해서 설명했지만, 난방용 버너(82)나 급탕용 버너(81)를 구비하고 있지 않은 히트펌프(50)를 단독의 열원으로 하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 경우라도, 종래 기술에 비해서 히트펌프(50)의 COP를 향상시킬 수 있다.

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 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

2: 급탕 난방시스템 4: 탱크 유닛
6: 히트펌프 유닛 8: 열원기 유닛
10: 탱크 20: 탱크수 순환로
22: 급탕용수 순환펌프 24: 수돗물 도입로
24a: 제 1 도입로 24b: 제 2 도입로
30: 혼합밸브 32: 수돗물 공급원
33: 열원기 바이패스로 34: 바이패스밸브
36: 제 1 급탕로 37: 급탕가열로
38: 급탕전 39: 제 2 급탕로
40: 욕조 주탕로 42: 주탕 전자밸브
50: 히트펌프 52: 냉매 순환로
54: 증발기 56: 팬
58: 응축기 58a: 제 1 열교환기
58b: 제 2 열교환기 60: 팽창기
62: 압축기 70: 시스턴
72: 난방 왕로 73: 제 1 난방 가열로
74: 난방용수 순환펌프 75: 저온 난방 순환로
76: 고온 난방 단말 77: 고온 난방 순환로
78: 저온 난방 단말 79: 재가열 순환로
81: 급탕용 버너 82: 난방용 버너
83: 재가열 열동밸브 84: 제 2 난방가열로
91: 욕조수 순환로 96: 난방 복로
97: 재가열 열교환기 98: 욕조
99: 욕조수 순환펌프 100: 제어장치
102: 제 1 관 102a: 난방용수 입구
102b: 난방용수 출구 104: 제 2 관
104a: 냉매 입구 104b: 냉매 출구
106: 제 3 관 106a: 급탕용수 입구
106b: 급탕용수 출구 202: 급탕 난방시스템

Claims

냉매를 가압하는 압축기와, 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 냉매를 감압하는 팽창기와, 냉매를 기화시키는 증발기를 구비하는 히트펌프와,
난방용 열매를 응축기와 난방 단말의 사이에서 순환시키는 난방기와,
급탕용수를 급수원으로부터 응축기를 경유하여 급탕개소로 공급하는 급탕기를 구비하고 있으며,
응축기에 있어서, 냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐르며,
응축기가 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 1에 있어서,
응축기가,
내부에 냉매가 흐르는 냉매관과,
냉매관보다도 짧은 길이로 형성되어 있으며, 내부에 난방용 열매가 흐르는 난방관과,
냉매관과 거의 같은 길이로 형성되어 있고, 내부에 급탕용수가 흐르는 급탕관을 구비하고 있으며,
냉매관의 상류측에서는 냉매관과, 난방관과, 급탕관에 의해서 3유체 열교환기가 형성되어 있으며, 냉매관의 하류측에서는 냉매관과 급탕관에 의해서 2유체 열교환기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
청구항 2에 있어서,
난방관이 냉매관의 내부를 통과하도록 배치되어 있으며,
급탕관이 냉매관과 서로 외벽면이 접하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 급탕 난방시스템.
냉매를 가압하는 압축기와, 난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 냉매를 응축시키는 응축기와, 냉매를 감압하는 팽창기와, 냉매를 기화시키는 증발기를 구비하는 히트펌프로서,
응축기에 있어서, 냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐르며,
응축기가 냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
난방용 열매 및/또는 급탕용수 사이의 열교환에 의해서 히트펌프의 냉매를 응축시키는 응축기로서,
냉매와 난방용 열매가 대향류로서 흐르고, 또한 냉매와 급탕용수가 대향류로서 흐르며,
냉매와 난방용 열매 사이의 열교환과, 냉매와 급탕용수 사이의 열교환의 쌍방을 실시하는 3유체 열교환기와, 냉매의 흐름으로 볼때 3유체 열교환기보다도 하류측에서 냉매와 급탕용수 사이의 열교환만을 실시하는 2유체 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 응축기.