JP2002061960A - 温水暖房器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温水暖房器に用いられているタンク内の水位
と温水温度を検知するための構成を統合して簡略化す
る。 【解決手段】 タンク３９内には、上下に間隔をおいて
２個の自己発熱型サーミスタ４６、４５を設置してい
る。タンク３９内の温水の温度は、下側に位置する下限
サーミスタ４５により検知されている。そして、温水温
度が約４０℃以上である場合には、サーミスタ４５、４
６のヒータをオフにした状態でタンク３９内の水位の判
定を行う。また、温水温度が約４０℃以下である場合に
は、サーミスタ４５、４６を自己発熱させた状態でタン
ク３９内の水位の判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温水床暖房用パネ
ルやファンコンベクタ等の暖房用端末器に温水を供給す
るための温水暖房器に関する。

【０００２】

【従来の技術】温水床暖房用パネルやファンコンベクタ
等に温水を循環させて室内暖房を行わせるための温水暖
房器では、温水の熱膨張吸収のため、および、循環途中
で蒸発した水を供給したり、温水中に噛み込まれたエア
を排出させるため膨張タンクが用いられている。

【０００３】図１に示すものは、従来の温水暖房器に用
いられている膨張タンクの構造を示す概略断面図であ
る。タンク１の底面には温水床暖房用パネルやファンコ
ンベクタから戻ってきた温水を受け入れるための温水戻
り管２が接続されており、タンク１の側面には暖房ポン
プ３によってタンク１内の温水を供給させるための温水
出湯管４が接続されている。タンク１の温水出湯管４よ
りも高い位置には、オーバーフロー管５と、上水道から
の水を補給するための補水口６が設けられている。ま
た、タンク１内にはタンク内水位の上限位置ＨＬと下限
位置ＬＬを検知するための電極棒７、８が設けられてお
り、温水戻り管２にはタンク１内に戻ってくる温水の温
度を検知するためのサーミスタ９が取り付けられてい
る。

【０００４】しかして、循環途中で温水が蒸発したりす
ることにより、タンク１内の水位が下がり、電極棒８の
下端（水位下限位置ＬＬ）を切ると、補水口６からタン
ク１内に水が供給される。補水口６から水が供給される
とタンク１内の水位が上昇し、電極棒７の下端（水位上
限位置ＨＬ）に達すると補水口６からの給水が停止され
る。これによってタンク１内には、常に水位下限位置Ｌ
Ｌ以上、水位上限位置ＨＬ以下の温水が蓄えられてい
る。

【０００５】また、温水床暖房用パネル等から戻ってき
た温水の温度は、温水戻り管２に設けられたサーミスタ
９によって検知されており、サーミスタ９により計測さ
れた温水温度に基づいて暖房熱交換器を加熱する燃焼器
の燃焼強さ（燃焼号数）や温水の循環量などが制御され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
温水暖房器に用いられている膨張タンクでは、水位検知
用には電極棒を用いており、温水温度検知用にはサーミ
スタを用いており、水位検知用と温水温度検知用とで別
々の検知手段と処理回路とを必要としていた。このため
温水暖房器のコストが高くつき、また保守点検などにも
手間が掛かっていた。

【０００７】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、温水暖
房器に用いられているタンク内の水位と温水温度を検知
するための構成を統合して簡略化することにある。

【０００８】

【発明の開示】請求項１に記載した温水暖房器は、タン
ク内に、その深さ方向に間隔をおいて複数個の温度測定
用素子を設け、これらの温度測定用素子によってタンク
内の水位を判定できるようにし、これらの温度測定用素
子のうち少なくとも１個の温度測定用素子はタンク内の
水位判定と共にタンク内の水の温度を検出できるように
したことを特徴としている。ここで、温度測定用素子と
しては、サーミスタを用いることができる。

【０００９】この温水暖房器にあっては、気温と水との
温度差、温度測定用素子が水に浸かっている時と浸かっ
ていない時とでの比熱や熱伝導率の違いによる温度差な
どに基づき、深さを違えて設置された複数個の温度測定
用素子によって水位を判別することができる。また、こ
の温度測定用素子のうち少なくとも１個が水に浸かって
いるようにすることにより、水温を検出することができ
る。

【００１０】請求項１に記載した温水暖房器にあって
は、タンク内に設置した温度測定用素子によってタンク
内の水位判定と水温検知を行うことができるので、水位
判定と水温検知のための構成を簡略化することができ
る。よって、温水暖房器のコストを安価にすることがで
き、また保守点検も容易にすることができる。

【００１１】請求項２に記載した温水暖房器は、請求項
１に記載の温水暖房器における前記温度測定用素子が、
自己発熱機能を備えていることを特徴としている。

【００１２】請求項２に記載の温水暖房器にあっては、
自己発熱機能を備えた温度測定用素子を用いているの
で、タンク内の水温と気温との間にあまり温度差がない
ような場合でも、水位判定精度を高めることができる。

【００１３】請求項３に記載した温水暖房器は、請求項
２に記載の温水暖房器において、前記温度測定用素子に
より検出された水の温度が所定温度以上である場合に
は、前記温度測定用素子を自己発熱させない状態でタン
ク内の水位の判定を行い、前記温度測定用素子により検
出された水の温度が所定温度以下である場合には、前記
温度測定用素子を自己発熱させた状態でタンク内の水位
の判定を行わせるようにしたことを特徴としている。こ
こでいう所定温度とは気温との温度差の大小の目安とな
るものであって、気温よりも高い温度である。

【００１４】請求項３に記載した温水暖房器にあって
は、水温が所定温度以下で気温との温度差が小さい場合
には、温度測定用素子を自己発熱させた状態でタンク内
の水位の判定を行わせるようにしているので、気温と水
温との温度差が比較的小さい場合でも精度良く水位判定
を行うことができる。しかも、自己発熱機能を備えた温
度測定用素子を用いているにも拘わらず、水温が比較的
高くて所定温度以上である場合には、温度測定用素子を
自己発熱させない状態でタンク内の水位の判定を行って
いるので、水温が比較的高い場合に水温の検知精度が悪
くなるのを回避することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により詳
細に説明する。図２は本発明の一実施形態にかかる温水
暖房システムの構成を示す概略図であって、この温水暖
房システムは、給湯、温水暖房、浴槽落とし込み、風呂
追焚きの各機能を備えている。

【００１６】給湯用缶体１１の上部には給湯熱交換器１
２が配設されており、給湯熱交換器１２の下方には給湯
用ガス燃焼器１３が配設され、その下方には給湯用ガス
燃焼器１３に燃焼用空気を供給するための給湯燃焼ファ
ン１４が設けられている。給湯熱交換器１２の入水側に
は市水等に接続される入水管１５が接続され、給湯熱交
換器１２の出湯側には給湯熱交換器１２で加熱された湯
を出湯させるための出湯管１６が接続され、入水管１５
と出湯管１６の間には給湯熱交換器１２をバイパスする
ようにして、バイパス流量調整弁１７を有するバイパス
管１８が接続されている。また、給湯用ガス燃焼器１３
には、ガス管１９を通じて燃料ガスが供給されており、
ガス管１９にはガス比例弁２１が設けられている。

【００１７】しかして、出湯管１６の管端に設けられた
カラン（図示せず）等が開かれると、入水管１５、給湯
熱交換器１２及び出湯管１６に水が流れ、給湯熱交換器
１２に最低作動流量以上の水が流れたときに給湯用ガス
燃焼器１３が燃焼する。そして、給湯用ガス燃焼器１３
の燃焼熱によって給湯熱交換器１２内を流れる水が加熱
され、給湯熱交換器１２で加熱された湯とバイパス管１
８を通過した水とが混合されてカラン等から出湯され
る。

【００１８】暖房用缶体３１の上部には暖房熱交換器３
２が配設されており、暖房熱交換器３２の下方には暖房
用ガス燃焼器３３が配設され、その下方には暖房用ガス
燃焼器３３に燃焼用空気を供給するための暖房燃焼ファ
ン３４が設けられている。暖房熱交換器３２の温水流入
側にはファンコンベクタ（図示せず）から戻ってきた温
水が流れる低温水流入管３５が接続され、暖房熱交換器
３２の出湯側にはファンコンベクタ等に温水を供給させ
るための高温水供給管３６が接続され、高温水供給管３
６の管端にはファンコンベクタにつながる配管を接続す
るための高温配管口３８が設けられている。また、暖房
熱交換器近傍で高温水供給管３６には出湯温度検知用の
サーミスタ３７が設けられている。

【００１９】図３は膨張タンクの構造を示す断面図であ
って、タンク３９の底面には温水床暖房用パネル（図示
せず）やファンコンベクタから戻ってきた温水を受け入
れるための温水戻り管４０が接続されており、タンク３
９の側面には温水流出管４１が設けられている。温水流
出管４１には暖房ポンプ４２が設けられており、温水流
出管４１の端は低温水流入管３５及び低温水流出口４３
が接続されている。低温水流出口４３の管端には温水床
暖房用パネルの配管を接続するためのヘッダ４４が設け
られている。タンク３９の内周壁面の、温水流出管４１
の設けられている位置よりも高い箇所（水位下限位置Ｌ
Ｌ）には下限サーミスタ４５を取り付けてあり、下限サ
ーミスタ４５よりも高い箇所（水位上限位置ＨＬ）には
上限サーミスタ４６を取り付けてある。ここで、上限サ
ーミスタ４６及び下限サーミスタ４５としては、ヒータ
を内蔵した自己発熱型のサーミスタが用いられている。
さらに、上限サーミスタ４６よりも高い位置にはオーバ
ーフロー管４７が設けられており、オーバーフロー管４
７の上には補水口４８が設けられている。

【００２０】膨張タンクの補水口４８には、入水管１５
から分岐した水供給管４９が接続されており、水供給管
４９には補給水電磁弁５０が設けられている。高温水供
給管３６と温水戻り管４０とは連通管５３により結ばれ
ている。また、暖房用ガス燃焼器３３には、ガス管５１
を通じて燃料ガスが供給されており、ガス管５１にはガ
ス比例弁５２が設けられている。ガス管５１とガス管１
９とは同じガス管から分岐したものであって、ガス供給
元のガス管にはガス開閉弁２０が設けられている。

【００２１】測温回路６６は、下限サーミスタ４５の出
力に基づいて温水の温度を計測するものである。ヒータ
制御回路６７は、測温回路６６によって計測されている
温水温度に応じて下限サーミスタ４５及び上限サーミス
タ４６のヒータをオン、オフするものである。水位判定
回路６８は、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４
５の出力に基づいて、タンク３９内の温水水位が下限サ
ーミスタ４５よりも下か、下限サーミスタ４５よりも上
で上限サーミスタ４６よりも下か、上限サーミスタ４６
よりも上かを判定し、その判定結果に応じて補給水電磁
弁５０を開閉制御するものである。

【００２２】いま、ヘッダ４４には温水床暖房用パネル
は接続されておらず、高温配管口３８にファンコンベク
タが接続されているとする。この場合には、暖房ポンプ
４２を運転して暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させること
により、タンク３９内の温水が温水流出管４１及び低温
水流入管３５を通って暖房熱交換器３２へ供給され、暖
房用ガス燃焼器３３の燃焼熱によって暖房熱交換器３２
を通過する温水が加熱される。暖房熱交換器３２で加熱
された高温の温水は、高温水供給管３６を通って高温配
管口３８へ流れ、高温配管口３８からファンコンベクタ
に供給される。ファンコンベクタを循環した温水は温水
戻り管４０に流れ、温水戻り管４０を通って再びタンク
３９内に戻る。このとき、タンク３９に戻ってくる温水
温度は下限サーミスタ４５によって検出され、暖房熱交
換器３２から出湯される温水温度はサーミスタ３７によ
って検出されており、暖房用ガス燃焼器３３の燃焼強さ
（燃焼号数）は、出湯温度が設定温度となるよう、下限
サーミスタ４５の検知温度及びサーミスタ３７の検知温
度に基づいてガス比例弁５２を制御することにより調整
されている。

【００２３】また、高温配管口３８にファンコンベクタ
が接続されておらず、ヘッダ４４に温水床暖房用パネル
が接続されている場合には、暖房ポンプ４２を運転する
と、タンク３９内の温水が温水流出管４１を通って低温
水流出口４３側と低温水流入管３５側とに分岐して流れ
る。低温水流出口４３側に流れた温水は、ヘッダ４４か
ら温水床暖房用パネルに供給され、温水床暖房用パネル
を循環した温水は温水戻り管４０に流れ、温水戻り管４
０を通って再びタンク３９内に戻る。対して、低温水流
入管３５側に流れた温水は、暖房熱交換器３２、高温水
供給管３６及び連通管５３を通って温水戻り管４０に流
れ、温水戻り管４０を通って再びタンク３９内に戻る。
このとき、下限サーミスタ４５により検出されている温
水温度が所定温度以上であれば、暖房用ガス燃焼器３３
を燃焼させることなく、温水床暖房用パネルを運転する
が、下限サーミスタ４５の検知温度が所定温度以下に下
がれば、暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させて温水の加熱
を行いながら温水床暖房用パネルを運転する。

【００２４】こうしてファンコンベクタや温水床暖房用
パネルを運転している途中で温水が蒸発したりすると、
タンク３９内の温水が少なくなり、タンク３９内の水位
が下がる。タンク３９内の水位が下限サーミスタ４５の
位置（水位下限位置ＬＬ）を切ると、水位低下が下限サ
ーミスタ４５によって検出され、補給水電磁弁５０が開
かれて水供給管４９及び補水口４８からタンク３９内に
水が供給される。補水口４８から水が供給されると、タ
ンク３９内の水位が上昇し、上限サーミスタ４６の位置
（水位上限位置ＨＬ）に達すると、水位上昇が上限サー
ミスタ４６によって検出され、補水口６からの給水が停
止される。これによってタンク１内には、常に水位下限
位置ＬＬ以上、水位上限位置ＨＬ以下の温水が蓄えられ
ている。なお、補水口４８から給水停止が遅れたりした
場合には、溢れた水はオーバーフロー管４７から下水等
に排出される。また、この膨張タンクは上面が大気開放
されているので、温水中に噛み込まれていたエアは、こ
こで大気中に放出され、温水中のエア噛み込みも低減さ
れる。

【００２５】５４は風呂追焚用熱交換器であって、風呂
追焚用熱交換器５４には高温水供給管３６から分岐して
温水戻り管４０に接続された追焚き用配管５５が挿通さ
れており、追焚き用配管５５には熱動弁５６が設けられ
ている。一方、風呂追焚用熱交換器５４内には、追焚き
用配管５５との間で熱交換を行うための熱交換用配管部
５７が設けられており、熱交換用配管部５７の流入側に
は浴槽（図示省略）のバスアダプターに接続された風呂
戻り管５８が接続され、熱交換用配管部５７の流出側に
は浴槽のバスアダプターに接続された風呂往き管５９が
接続されており、風呂戻り管５８には風呂ポンプ６０と
風呂サーミスタ６１が設けられている。

【００２６】しかして、風呂ポンプ６０を運転させる
と、浴槽内の湯は、風呂戻り管５８から熱交換用配管部
５７、風呂往き管５９へと循環して浴槽内に戻る。そし
て、暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させ、暖房ポンプ４２
を運転させ、熱動弁５６を開くと、暖房熱交換器３２で
加熱された高温の温水が追焚き用配管５５から温水戻り
管４０、タンク３９、温水流出管４１、低温水流入管３
５へと循環する。この結果、追焚き用配管５５を流れる
高温の温水と熱交換用配管部を５７を流れる浴槽内の湯
とが風呂追焚用熱交換器５４内で熱交換し、浴槽内の湯
が追い焚きされる。

【００２７】また、出湯管１６と風呂戻り管５８との間
には落とし込み管６２が配管されているので、落とし込
み管６２の開閉弁６３を開いて風呂ポンプ６０を運転さ
せると、落とし込み管６２を通って出湯管１６から風呂
戻り管５８へ湯が供給され、この湯は風呂戻り管５８及
び風呂往き管５９から浴槽へ両搬送で落とし込まれる。

【００２８】次に、上記膨脹タンクに設けられた２個の
自己発熱型サーミスタによって水位と水温を検出する原
理及び検出方法を説明する。サーミスタ（例えば、ＰＴ
Ｃサーミスタ）は、一般に温度測定用のセンサとして用
いられているが、これを水位検知用のセンサとしても用
いることができる。すなわち、温水暖房システムの膨張
タンクでは、温水の温度は外気温に比べて高くなってい
るので、温度を計測すると共にその温度が気温であるか
温水の温度であるか判断することにより、温水の温度を
検知すると共にサーミスタ位置における温水の有無を判
断することができる。

【００２９】しかし、ヒータを内蔵していない通常のサ
ーミスタでは、温水温度が低くて気温との差が小さい場
合（例えば、補水口４８から水を供給された直後）には
水の有無を判別することができず、サーミスタが温水に
浸かっているのか、温水の外に出ているのか（水位がサ
ーミスタ位置よりも上か下か）の判断がつきにくく、水
位の検知精度が低くなる。特に、サーミスタが水面のす
ぐ上にある場合には、蒸気によって検知温度が上昇する
ので、一層精度が悪くなる。

【００３０】これに対し、サーミスタが水に浸かってい
るときと水から露出しているときとでは周囲の比熱や熱
伝導率が変化するので、ヒータを内蔵した自己発熱型の
サーミスタを用い、ヒータを所定発熱量で発熱させてい
れば、水の温度と気温との差が小さい場合でも水を検知
することができる。しかし、自己発熱型のサーミスタを
用いた場合には、ヒータからの発熱があるため、温水温
度が大きくなると、温水温度の検知精度が悪くなる問題
がある。

【００３１】そこで、本発明の実施形態においては、上
限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５として自己発
熱型サーミスタを用い、タンク３９内の温水温度の高低
に応じ、図４のようにして水位判定を行って補水動作を
行っている。すなわち、暖房用温水の自動補給処理が開
始すると、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５
が正常であるか否かチェックし（ステップＳ１）、異常
が見つかれば所定のエラー処理を行う（ステップＳ
２）。上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５が正
常であれば、下限サーミスタ４５の検知温度が４０℃以
上であるか否か判別する（ステップＳ３）。下限サーミ
スタ４５の検知温度が４０℃より低ければ、温水温度が
４０℃未満であると判断できるので、上限サーミスタ４
６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンにして発熱さ
せ（ステップＳ４）、下限サーミスタ４５の検知温度が
４０℃以上であれば、温水温度が４０℃以上であると判
断できるので、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ
４５のヒータをオフにする（ステップＳ５）。

【００３２】こうして温水の温度に応じて上限サーミス
タ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンまたはオ
フに制御しながら下限サーミスタ４５で水位を監視し
（ステップＳ３〜Ｓ６）、水位が下限サーミスタ４５の
位置よりも下がると（ステップＳ６でYESの場合）補給
水電磁弁５０を開いて補水口４８からタンク３９内に給
水する（ステップＳ７）。

【００３３】ついで、補水口４８からタンク３９内に給
水しながら下限サーミスタ４５でタンク３９内の温水温
度を監視し（ステップＳ８）、温水温度が４０℃よりも
低ければ下限サーミスタ４５及び上限サーミスタ４６の
各ヒータに通電して発熱させ（ステップＳ９）、温水温
度が４０℃以上であれば下限サーミスタ４５及び上限サ
ーミスタ４６のヒータをオフにする（ステップＳ１
０）。

【００３４】こうして温水の温度に応じて上限サーミス
タ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンまたはオ
フに制御しながら上限サーミスタ４６で水位を監視し
（ステップＳ８〜Ｓ１１）、水位が上限サーミスタ４６
の位置よりも上昇すると（ステップＳ１１でYESの場
合）補給水電磁弁５０を閉じて給水を停止する（ステッ
プＳ１２）。

【００３５】よって、下限サーミスタ４５によって温水
温度を検知することができるとともに、上限サーミスタ
４６及び下限サーミスタ４５として自己発熱型サーミス
タを用いることで温水温度によらず精度良く水位を検知
することが可能になる。そして、サーミスタのみで温水
温度の検知と水位の監視を行えるので、構成を簡略化す
ることができ、コストを下げることができるとともに保
守点検も簡易にすることができる。

【００３６】なお、上記実施形態では上限サーミスタと
下限サーミスタの両方を自己発熱型としたが、下限サー
ミスタのみを自己発熱型のサーミスタとし、上限サーミ
スタはヒータを内蔵していない通常のサーミスタとして
もよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、タンク内に設けられた
複数個の温度測定用素子でタンク内の水位の判定を行う
ことができると共にタンク内の水温を検知することがで
きるので、タンク内の水位判定と水温検知のための構成
を簡略化することができ、コストを安価にできると共に
保守点検も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の温水暖房器における膨張タンクの構造を
示す断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による温水暖房システムの
概略構成図である。

【図３】同上のシステムに用いられている膨張タンクの
構造を示す断面図である。

【図４】同上の膨張タンクにおける補水動作を説明する
フロー図である。

【符号の説明】

３９ タンク ４０ 温水戻り管 ４１ 温水流出管 ４２ 暖房ポンプ ４５ 下限サーミスタ ４６ 上限サーミスタ ４７ オーバーフロー管 ４８ 補水口 ４９ 水供給管 ５０ 補給水電磁弁 ６６ 測温回路 ６７ ヒータ制御回路 ６８ 水位判定回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンク内に、その深さ方向に間隔をおい
   て複数個の温度測定用素子を設け、これらの温度測定用
   素子によってタンク内の水位を判定できるようにし、こ
   れらの温度測定用素子のうち少なくとも１個の温度測定
   用素子はタンク内の水位判定と共にタンク内の水の温度
   を検出できるようにしたことを特徴とする温水暖房器。
2. 【請求項２】 前記温度測定用素子は、自己発熱機能を
   備えていることを特徴とする、請求項１に記載の温水暖
   房器。
3. 【請求項３】 前記温度測定用素子により検出された温
   度が所定温度以上である場合には、前記温度測定用素子
   を自己発熱させない状態でタンク内の水位の判定を行
   い、 前記温度測定用素子により検出された温度が所定温度以
   下である場合には、前記温度測定用素子を自己発熱させ
   た状態でタンク内の水位の判定を行わせるようにしたこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の温水暖房器。