JP2003269733A

JP2003269733A - 暖房装置

Info

Publication number: JP2003269733A
Application number: JP2002067956A
Authority: JP
Inventors: Satoru Morita; 森田　　哲; Yoshihiro Aizawa; 芳弘相澤; Yoshitaka Nakamura; 好孝中村; Takuya Kishida; 拓也岸田
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】熱効率を向上させて省エネ化した床暖房装置
を提供する。【解決手段】床暖房装置１の制御部５０には、熱源機
３、放熱器５及び循環配管３１、３３の熱特性シミュレ
ーションによって算出された熱源機３の供給温水温度
（Ｔｓ）、及び、温水供給時間割合（Ｒｓ＝供給時間／
（供給時間＋不供給時間））や、熱源機３の燃焼開始時
間等が与えられている。熱源機の供給温水温度（Ｔｓ）
や温水供給時間割合（Ｒｓ）（供給時間／（供給時間＋
不供給時間））や熱源機３の燃焼制御を、放熱器５の暖
房能力を維持しつつ、実際の部品の応答性や伝熱性に基
づいたシミュレーションによって求めた最適値に従って
行い、熱源機３の熱ロスＱ３を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温水式床暖房等の
暖房装置に関し、特には、熱効率を高めるよう各種の運
転パラメータの最適化が可能な暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の床暖房装置の構成の一例
を模式的に説明する図である。床暖房装置１０１は、熱
源機１０３と、この熱源機１０３と温水循環配管１３
１、１３３で接続されている床暖房室内放熱器１０５と
から構成される。熱源機１０３は制御部１５０を有し、
同部に備えられた運転テーブルにしたがって、機内の各
部の運転を行っている。熱源機内には、暖房膨張タンク
１０７、ポンプ１０９、熱交換器１１１、バーナ１１
３、ファン１１５等が備えられている。温水循環配管内
の温水は、同配管に設けられたポンプ１０９によって循
環しており、ポンプ上流の配管が戻り配管１１７、ポン
プ下流の配管が往き配管１１９である。

【０００３】往き配管１１９はポンプ１０９の下流で分
岐しており、一方の配管は熱交換機１１１を経由する高
温配管１２１となり、他方の配管は熱交換器１１１を経
由しない低温配管１２３となる。バーナ１１３では、ガ
ス供給管１２５から燃焼用ガスが供給され、さらにファ
ン１１５から燃焼用空気が送られて燃焼し、燃焼ガスを
発生する。発生した燃焼用ガスは熱交換器１１１に送ら
れて、燃焼ガスと配管内の水との間で熱交換が行われ
る。

【０００４】高温配管１２１には温度センサ１４１が設
けられている。温度センサの１４１出力は制御部１５０
に送られており、検知される温度が約８０℃となるよう
に、ガス供給管１２５に設けられたガス比例弁１２７を
操作してガス燃焼量を制御する。この高温配管１２１
は、主に浴室暖房乾燥機や室内暖房機等（図示されず）
に供給される。

【０００５】低温配管１２３は開閉弁１２９を介して室
内放熱器往き配管１３１に接続している。室内放熱器往
き配管１３１は室内放熱器１０５に接続されている。室
内放熱器１０５内には蛇行温水流路が形成されており、
この流路を通る温水の熱を放出し、室内を暖房する。室
内放熱器１０５を出た室内放熱器戻り配管１３３は開閉
弁１３５を介して戻り配管１１７に接続している。戻り
配管１１７のポンプ１０９の上流には暖房膨張タンク１
０７が設けられている。戻された温水はこの膨張タンク
１０７に一時貯留される。

【０００６】高温往き配管１２１と戻り配管１１７との
間には、バイパス弁１３７を備えたバイパス配管１３９
が接続している。このバイパス配管１３９により、熱交
換器１１１で加熱された高温水がタンク１０７に直接送
られる。一方、低温配管１２３は室内放熱器往き配管１
３１につながっており、室内放熱器１０５を経由して熱
を放出した温水が、戻り配管１３３、１１７を通ってタ
ンク１０７に戻される。熱交換器１１１で加熱された高
温水はバイパス配管１３９によりタンク１０７に供給さ
れ、タンク内の温度低下が補われる。この動作を継続し
て、熱交換器１１１からの高温の温水と、室内放熱器１
０５から戻ってくる低温の温水とをタンク内で混合して
適宜な温度とし、低温配管１２３から室内放熱器往きの
配管１３１に供給する。このとき、低温配管１２３に設
けられた温度センサ１４３で温水の温度が検知され、そ
の出力が制御部１５０に送られる。制御部１５０は、こ
の温度が約６０℃となるようにガス比例弁１２７やバイ
パス弁１３７を操作してガス燃焼量を制御する。室内放
熱器戻り配管１３３には温度センサ１４５が設けられて
いる。

【０００７】制御部１５０の運転テーブルには、通常、
床暖房装置が敷設される建物の種類に応じて、単位制御
サイクル時間（一例で２０分）や、温水供給温度（一例
で６０℃）、使用者の設定温度と室温との差に対応した
制御サイクル内での開閉弁１２９の開閉時間（一例で３
〜２０分）、熱源機１０３のオンオフ運転を決定する閾
値となる温度（一例で±１０℃）等が設定されている。
そして、この運転テーブルに基づいて、制御部１５０が
開閉弁１２９の開閉やバーナ１１３の燃焼等を各部に命
令する。

【０００８】このような床暖房装置の運転テーブルによ
る各部の運転フローの一例を説明する。制御部は、使用
者の設定温度と、室内温度との差に応じて、一定の単位
制御サイクル時間（２０分）内の、熱源機から室内放熱
器へ温水を供給する時間（３〜２０分）の割合を変えて
いる。つまり、差が大きい場合は制御サイクル時間内で
温水供給時間を増やし、小さい場合は同時間を減らして
いる。なお、温水を供給する時間とは、室内放熱器往き
配管１３１の開閉弁１２９の開時間を示す。そして、こ
の開閉弁１２９の開閉にしたがって室内放熱器戻り配管
１３３の開閉弁１３５も開閉する。

【０００９】床暖房装置の使用が開始されると、室内放
熱器往き配管１３１の開閉弁１２９が開くとともにポン
プ１０９が運転して温水が室内放熱器１０５に供給され
る。さらに同時にバーナ１１３が燃焼を開始する。そし
て、単位制御サイクル時間内で所定の温水供給時間が終
了すると、開閉弁１２９が閉じて、バーナ１１３の燃焼
が停止する。なお、ポンプ１０９は、この終了時間から
やや遅延して停止する。

【００１０】また、床暖房装置の運転中は、室内放熱器
往き配管１３１の温度が所定温度（６０℃）に維持され
るように、熱源機のバーナ１１３の燃焼を制御してい
る。一例では、低温配管１２３に備えられた温度センサ
１４３で検知される温度と、所定温度（６０℃）との差
（閾値）が＋１０℃となった場合には、バーナ１１３の
燃焼を停止する。そして、バーナ１１３の燃焼を停止し
た状態で、差が−１０℃となった場合には、バーナ１１
３の燃焼を再開している。このような動作（オンオフ運
転という）により、低温往き配管内の温水の温度を６０
±１０℃に維持している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような床暖房装置
においては、室内放熱器往き配管１３１に設けられた開
閉弁１２９として一般的に熱動弁が使用されている。熱
動弁は小型で安価であり、作動時に騒音が発生しないた
め有効とされている。しかし、この熱動弁は応答性が悪
く、弁の開命令を受け取ると、開弁率はやや遅延して立
ち上がり、徐々に上昇するため、命令を受け取ってから
弁が完全に開くまでに時間ロスが生じる。そして、閉命
令を受け取ると、開弁率はやや遅延して立下り、徐々に
下降する。

【００１２】一方、上述のように、ポンプやバーナは、
開閉弁の開命令、すなわち、温水供給開始命令を受け取
ると直ぐに運転を開始し、温水供給時間の終了とともの
停止する。このため、制御サイクル時間内での温水供給
開始時には、ポンプやバーナは開閉弁が完全に開ききっ
ていない状態で運転し始め、ポンプの空回りが生じるこ
とがある。

【００１３】また、上述のように、床暖房装置は、一定
の運転テーブルに基づいて運転されている。この運転テ
ーブルに設定されている値は経験的に求められた値であ
り、上述のような熱動弁の応答性や装置全体の熱効率を
考慮して設定されたものではない。

【００１４】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、熱効率を向上させて省エネ化した床暖房装
置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様の床暖房装置は、温水を供給
する熱源機と、該熱源機からの温水供給を受ける床暖
房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を
循環させる配管と、該配管の開閉弁と、前記熱源機
の供給温水温度（Ｔｓ）、及び、温水供給時間割合（Ｒ
ｓ＝供給時間／（供給時間＋不供給時間））をコントロ
ールする制御部と、を具備する暖房装置であって、前
記放熱器に要求される能力が不足しない範囲で前記Ｔｓ
及びＲｓを制御し、前記熱源機、放熱器及び循環配管
の熱特性シミュレーションによって算出された前記Ｔｓ
及びＲｓの最適値が前記制御部に与えられていることを
特徴とする。

【００１６】熱源機の供給温水温度（Ｔｓ）や温水供給
時間割合（Ｒｓ）（供給時間／（供給時間＋不供給時
間））の制御を、放熱器の暖房能力を維持しつつ、実際
の部品の応答性や伝熱性に基づいたシミュレーションに
よって求めた最適値に従って行う。これにより熱源機の
バーナやファン等を無駄なく稼動させることができる。
例えば、供給温水温度は高温ほど熱ロスが大きくなるの
で、供給温水温度（Ｔｓ）を、一般的な運転テーブルに
設定されている値（６０℃）より低くできれば、熱ロス
を少なくできる。そして、供給温度低下にともなう暖房
能力の低下を、温水供給時間割合（Ｒｓ）を、可能な限
り最小の範囲内で増やすことで補うことができる。した
がって、熱効率の高い省エネ型の床暖房装置を提供でき
る。

【００１７】本発明の第２の暖房装置は、温水を供給
する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房
等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循
環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、前記
熱源機及び熱動弁をコントロールする制御部と、を具備
する暖房装置であって、前記制御部が前記熱動弁への
開指令からある時間ｉ遅れて前記熱源機の燃焼開始指令
を発することを特徴とする。本発明においては、前記
熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーション
によって算出された前記時間ｉの最適値が前記制御部に
与えられていることが好ましい。熱動弁の開弁率が所定
以上となってから熱源機の燃焼を開始するため、熱源機
で加熱されて高温となった温水をすぐに供給でき、熱源
機の燃焼効率が高くなる。

【００１８】本発明の第３の暖房装置は、温水を供給
する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房
等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循
環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配
管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動
弁及びポンプをコントロールする制御部と、を具備する
暖房装置であって、前記制御部が前記熱動弁への開指
令からある時間ｇ遅れて前記ポンプの起動開始指令を発
することを特徴とする。本発明においては、前記熱源
機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーションによ
って算出された前記時間ｇの最適値が前記制御部に与え
られていることが好ましい。熱動弁の開弁率が所定以上
となってから温水の循環を開始するため、ポンプの空回
りによるエネルギロスを低減できる。

【００１９】本発明においては、前記制御部が前記熱
動弁への閉指令からある時間遅れて前記ポンプの作動停
止指令を発し、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱
特性シミュレーションによって算出されたポンプ作動停
止時間の最適値が前記制御部に与えられていることが好
ましい。温水の供給が十分に可能な時間（弁の開弁率が
所定以上である時間）まで温水を循環させることができ
るので、ポンプを効率よく作動できる。

【００２０】本発明においては、前記制御部が前記熱
動弁への閉指令からある時間遅れて前記熱源機の燃焼停
止指令を発し、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱
特性シミュレーションによって算出された前記熱源機の
燃焼停止時間の最適値が前記制御部に与えられているこ
とが好ましい。熱源機の燃焼停止直後のまだ高温の温水
も供給することができるため、熱源機の熱効率が高くな
る。

【００２１】本発明においては、前記熱源機、放熱器
及び循環配管の熱特性シミュレーションによって算出さ
れた前記熱源機のオンオフ運転を決定する閾値となる温
度の最適値が前記制御部に与えられていることが好まし
い。閾値を可能な限り大きくすることができる。閾値が
大きくなると、熱源機のオンオフ運転の回数が減って作
動効率が高くなり、ガスの消費量も減る。

【００２２】本発明においては、前記熱源機、放熱器
及び循環配管の熱特性シミュレーションによって算出さ
れた単位制御サイクル時間の最適値が前記制御部に与え
られていることが好ましい。一定の時間内での温水供給
時間を減らすことができ、熱源機の作動頻度を減らすこ
とができる。

【００２３】本発明においては、前記の最適化された
Ｔｓ、Ｒｓ、ｉ、ｇ、ｈ、ｊ、熱源機のオンオフ運転を
決定する閾値となる温度、及び／又は単位制御サイクル
時間が、読み出し専用メモリ内、又は、書き換え可能メ
モリ内に記憶されていることが好ましい。読み出し専用
メモリに記憶されていれば、集合住宅への設置の際等の
場合に量産が容易となる。書き換え可能メモリに記憶さ
れていれば、現場で各戸別に専用に（One To One）諸元
を設定することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の実施の形態に係る床暖房装置の構
成を模式的に説明する図である。本実施の形態に係る床
暖房装置１は、図に示す従来の床暖房装置の構成と同様
に、熱源機３と、この熱源機３と温水循環配管３１、３
３で接続されている床暖房室内放熱器５とから構成され
る。熱源機３は制御部５０を有し、同部によって機内の
各部の運転の制御を行っている。制御部５０の詳細は後
述する。熱源機３内には、暖房膨張タンク７、ポンプ
９、熱交換器１１、バーナ１３、ファン１５等が備えら
れている。温水循環配管内の温水は、同配管に設けられ
たポンプ９によって循環しており、ポンプ上流の配管が
戻り配管１７、ポンプ下流の配管が往き配管１９であ
る。

【００２５】往き配管１９はポンプ９の下流で分岐し
て、一方の配管は熱交換機１１を経由する高温配管２１
となり、他方の配管は熱交換器を経由しない低温配管２
３となる。バーナ１３では、ガス供給管２５から燃焼用
ガスが供給され、さらにファン１５から燃焼用空気が送
られて燃焼し、燃焼ガスを発生する。発生した燃焼用ガ
スは熱交換器１１に送られて、燃焼ガスと配管内の水と
の間で熱交換が行われる。ガス供給管２５からバーナ１
３に供給されるガスの量はガス比例弁２７で制御され
る。

【００２６】低温配管２３は開閉弁２９を介して室内放
熱器往き配管３１に接続している。室内放熱器往き配管
３１は室内放熱器５に接続されている。室内放熱器５内
には蛇行温水流路が形成されており、この流路を通る温
水の間に熱を放出し、室内を暖房する。室内放熱器５を
出た室内放熱器戻り配管３３は開閉弁３５を介して戻り
配管１７に接続している。戻り配管１７のポンプ９の上
流には暖房膨張タンク７が設けられている。戻された温
水はこの膨張タンク７に一時貯留される。

【００２７】熱交換器１１を通過した高温往き配管２１
と戻り配管１７との間には、バイパス弁３７を備えたバ
イパス配管３９が接続している。このバイパス配管３９
により、熱交換器１１で加熱された高温水がタンク７に
直接送られる。一方、低温配管２３は室内放熱器往き配
管３１につながっており、室内放熱器５を経由して熱を
放出した温水が、室内放熱器戻り配管３３及び戻り配管
１７を通ってタンク７に戻される。熱交換器１１で加熱
された高温水はバイパス配管３９によりタンク７に供給
され、タンク内の温度低下が補われる。この動作を継続
して、熱交換器１１からの高温の温水と、室内放熱器５
から戻ってくる低温の温水とをタンク内で混合して適宜
な温度とし、室内放熱器往きの配管３１に供給する。高
温配管２１、低温配管２３、室内放熱器戻り配管３３に
は各々温度センサ４１、４３、４５が設けられている。

【００２８】図１において、Ｑ１は電気インプット、Ｑ
２はガスインプットを表す。また、Ｑ３は熱源機３から
の熱ロス、Ｑ４は循環配管（室内放熱器往き及び戻り配
管３１、３３）からの熱ロス、Ｑ５は室内放熱器５から
床下への熱ロスを表す。Ｑ６は、室内放熱器５から床上
への熱放射を表し、このＱ６が有効アウトプットとな
る。熱効率は、Ｑ６／（Ｑ１＋Ｑ２）で表される。熱ロ
スＱ３、Ｑ４、Ｑ５が少ない方が熱効率は高くなるた
め、制御部５０では、主に熱源機３からの熱ロスＱ３を
少なくするように各部を制御している。

【００２９】熱ロスＱ３は、熱源機３内のバーナ１３、
ファン１５、ポンプ９、室内放熱器往き配管の開閉弁２
９等の運転効率に起因している。したがって、室内放熱
器５に供給する温水の温度（Ｔｓ）、単位制御サイクル
時間、開閉弁２９の開時間（温水供給時間）又は単位制
御サイクル時間内での開閉弁２９の開時間の割合（Ｒ
ｓ）、ポンプ９の運転開始時間及び停止時間、熱源機の
燃焼開始時間及び停止時間、熱源機のオンオフ運転の際
の閾値となる温度などを最適化することで、熱ロスＱ３
を小さくすることができる。

【００３０】図２は、図１の床暖房装置の熱源機に備え
られている制御部のブロック図である。図３は、制御部
のタイムチャートの一例である。制御部５０は、後述す
る熱特性シミュレーションにより求められた、供給温水
温度、単位制御サイクル時間、温水供給時間、ポンプ運
転開始及び停止時間、燃焼開始及び停止時間、熱源機の
オンオフ運転を決定する閾値となる温度が設定される運
転テーブル５１や、燃焼機構（バーナ１３、ファン１５
等）、ポンプ９、室内放熱器往き配管の開閉弁２９等を
作動させるドライバを備える。運転テーブル５１はマイ
コンやメモリ、タイマ等からなり、室温センサ（図１に
は図示されず）及び室内放熱器戻り配管の温度センサ４
５からの信号が入力される。そしてこれら温度に基づい
て、運転テーブル５１から所定の動作フローが読み出さ
れて、ドライバ５３によって各部を作動させる。このテ
ーブルに基づいて図３に示されるタイムチャート（詳細
後述）が作成される。なお、制御部５０では、ガス比例
弁２７やバイパス弁３７、室内放熱器戻り配管３３の開
閉弁３５などの制御も行っており、上述の従来例のよう
に高温配管２１内の温水温度や低温配管２３内の温水温
度を調節している。

【００３１】次に、熱特性シミュレーションの一例を説
明する。図４は、熱特性シミュレーションの概要を説明
する図である。床暖房装置１を構成する熱源機３、室内
放熱器５、両者の間の循環配管を細分化し、構成要素ｉ
に分解すると、それぞれの構成要素ｉについての熱バラ
ンス式は以下のように示される。構成要素ｉの時間的熱量変化＝与えられる熱量の総和−
外への放熱量総和＋流体によって運ばれる熱量総和−流
体によって出て行く熱量総和この式は、ｃρＶ_i・ｄＴ_i／ｄｔ＝ΣＱ_i−ΣＫ（Ｔ_i−Ｔｏ_i）＋
Σｃρｑ_i-1Ｔ_i-1−Σｃρｑ_iＴ_i となる。ここで、ｃは流体（この例では水）の比熱、ρ
は流体の密度、Ｖは構成要素内の流体の体積、Ｔは構成
要素内の温度、Ｑは燃焼等外部から強制的に与えられる
熱量、Ｋは構成要素の放熱係数、Ｔｏは構成要素の雰囲
気温度、ｑは構成要素内の流体の流速、を示す。

【００３２】シミュレータのアルゴリズムの概要は、
１）所定数の読み込み、２）初期値設定、３）制御状態
判断、４）制御状態出力、５）温度計算、６）温度結果
から熱効率の計算、７）結果ファイル出力、である。ま
ず、１）において、上記の諸数の内、定数や予め分かっ
ている数ｃ、ρ、Ｖ、Ｋを読み込み、２）で初期値を設
定する。

【００３３】そして、３）で、熱源機の燃焼開始タイミ
ング（Ｑを与えるタイミング）、開閉弁の開閉タイミン
グ、ポンプの運転タイミングが判断される。ここで、熱
源機の燃焼開始タイミング（Ｑを与えるタイミング）か
ら、同機内の燃焼機構（バーナやファン等）の燃焼開始
時間及び停止時間が決定される。また、Ｑの値から、温
水供給温度（Ｔｓ）や燃焼機構のオンオフ運転の閾値を
決定する。開閉弁の開閉タイミングから、単位制御サイ
クル時間、温水供給時間（開閉弁の開時間）が決定され
る。ポンプの運転タイミングから、ポンプ運転開始及び
停止時間が決定される。そして、４）でＱの値、燃焼機
構のオンオフ指示、開閉弁の開閉指示、ポンプの運転指
示を行い、５）で温度計算を行い、６）にて熱効率を算
出する。３）〜６）の計算を行い、室内放熱器の暖房能
力を維持しつつ最適な熱効率が得られる３）の条件を求
める。

【００３４】なお、上述の諸元や計算式は、運転テーブ
ル５１の読み出し専用メモリ又は書き換え可能メモリ内
に記憶されている。読み出し専用メモリに記憶される
と、集合住宅への設置等の量産が容易となる。また、書
き換え可能メモリに記憶されると、現場の状況に合わせ
て諸元を随時変更、設定することができる。

【００３５】次に、図３を参照して、制御部のタイムチ
ャートを説明する。このタイムチャートは、上述のシミ
ュレーション結果に基づいて作成される。上述のよう
に、床暖房装置は一定の単位制御サイクル時間（ｂ）内
で、使用者の設定温度と、実際の室温との差に応じた、
熱源機３から室内放熱器５への温水供給時間（ａ）を設
定している。ここで、単位制御サイクル時間ｂ、温水供
給時間ａ（開閉弁の開時間）は、上述のシミュレーショ
ンにより求められる。

【００３６】図３（Ａ）に示すように、単位制御サイク
ル時間開始時（ｔ＝０）で運転開始命令を受け取ると、
制御部は開閉弁２９（図１参照）に開指示を与える。所
定の温水供給時間（ａ）が経過すると、制御部は開閉弁
２９に閉指示を与える。ここで、開閉弁２９に熱動弁を
使用した場合、熱動弁は、図３（Ｂ）に示すような一定
の応答性を有する。すなわち、ｔ＝０で開指示が与えら
れると、開弁率はやや遅延して（ｔ＝ｃ）立ち上がり、
さらに遅延して飽和する（ｔ＝ｄ）。そして、ｔ＝ａで
閉指示が与えられると、やや遅延して（ｔ＝ｅ）立ち下
り、さらに遅れて０となる（ｔ＝ｆ）。

【００３７】そこで、制御部は、ポンプ９に、図３
（Ｃ）に示すように、開閉弁２９の開指示が発せられた
後所定時間遅延してから（ｔ＝ｇ）回転命令を与える。
開閉弁２９の開指示から遅れてポンプ９を運転させるこ
とにより、弁か完全に開いておらず十分に温水供給が行
われない時点でポンプが運転されることを防ぐ。このポ
ンプ運転開始時間ｇは、図３（Ｂ）に示す開弁率のタイ
ムチャートや、上述のシミュレーションにより求められ
る。そして、開閉弁２９の閉指示が発せられた後所定時
間遅延してから（ｔ＝ｈ）回転停止命令が与えられる。
図３（Ｂ）に示すように、開閉弁２９の閉指示命令直後
は開弁率がまだ高く、室内放熱器５へ温水の供給が可能
である。したがって閉指示から遅れてポンプ９を停止し
た場合、閉指示命令直後の適温に加熱された温水も室内
放熱器５に供給することができるため、熱を有効に利用
することができる。このポンプ運転停止時間ｈは、上述
のシミュレーションにより求められる。なお、図３
（Ｃ）に破線で示すチャートは、従来の床暖房装置にお
けるポンプの運転チャートであり、開閉弁の開指示とと
もに運転を開始し、閉指示からやや送れて運転を停止し
ている。

【００３８】また、制御部５０は、バーナ１３やファン
１５等に、図３（Ｄ）に示すように、開閉弁２９の開指
示が発せられた後所定時間遅延してから（ｔ＝ｉ）燃焼
開始命令を与える。時間ｉは、ポンプの回転開始時間
（ｔ＝ｇ）よりやや遅い。このように開閉弁２９の開指
示から送れて燃焼機構を運転させることにより、十分に
温水供給が行われない時点での燃焼機構の運転を避け
る。燃焼機構運転開始時間ｉは、図３（Ｂ）に示す開弁
率のタイムチャートや、上述のシミュレーションにより
求められる。

【００３９】そして、開閉弁２９の閉指示が発せられて
から遅延して（ｔ＝ｊ）燃焼停止命令が与えられる。時
間ｊは、図３（Ｂ）に示す開閉弁２９の開弁率が０とな
った時間（ｔ＝ｆ）やポンプ停止時間（ｔ＝ｈ）より前
である。図３（Ｂ）に示すように、閉指示命令直後は開
弁率がまだ高く、室内放熱器へ温水供給が可能である。
また、燃焼を停止した直後は、熱交換器１１はまだ十分
に加熱されている状態である。したがって、閉指示命令
直後の開閉弁２９がまだ開いており、ポンプ９が運転し
ている時間に燃焼を停止しても、温度の低下していない
温水を供給することができる。このポンプ運転停止時間
（ｔ＝ｈ）は、上述のシミュレーションにより求められ
る。なお、図３（Ｄ）に破線で示すチャートは、従来の
床暖房装置における燃焼機構の運転チャートであり、開
閉弁の開指示と同時に運転を開始し、閉指示と同時に運
転を停止している。この従来の床暖房装置の燃焼機構の
運転チャートと比較すると、本実施の形態の床暖房装置
においては、燃焼時間が少ないことがわかる。

【００４０】さらに、上述のシミュレーションによって
求められたＱは、上述のように、温水供給温度（Ｔｓ）
や燃焼機構のオンオフ運転の閾値に関する。温水供給温
度（Ｔｓ）は高いほど熱ロスが大きくなるため、できる
だけ低い方が好ましく、温度低下分の暖房能力の不足は
温水供給時間を増やして補償している。したがって、室
内放熱器の暖房能力の低下しない範囲で、できるだけ低
下させた温水供給温度（Ｔｓ）、及び、できるだけ少な
い温水供給時間（開閉弁の開時間ａ）が求められる。

【００４１】また、燃焼機構のオンオフ運転の閾値が高
いほど（温水供給温度Ｔｓと実際の温水温度との差が大
きいほど）、燃焼機構のオンオフ運転の頻度が少なくな
る。このため、閾値はできるだけ大きい方が好ましい。
したがって、暖房能力が低下しない範囲で、できるだけ
大きい閾値が求められる。

【００４２】本実施の形態においては、燃焼機構の運転
時間、ポンプの運転時間、開閉弁の作動のみを説明した
が、燃焼機構の燃焼能力（バーナの強度）やポンプの温
水供給能力（ポンプ回転数）も同様のシミュレーション
により最適化することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、熱ロスを低減して効率を高めた床暖房装置を
提供できる。さらに、機械的な改良を加えずに、制御方
法（ソフトウェア）の変更のみで実現できるため、大き
なコストアップがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る床暖房装置の構成を
模式的に説明する図である。

【図２】図１の床暖房装置の熱源機に備えられている制
御部のブロック図である。

【図３】制御部のタイムチャートの一例である。

【図４】熱特性シミュレーションの概要を説明する図で
ある。

【図５】従来の床暖房装置の構成の一例を模式的に説明
する図である。

【符号の説明】

１床暖房装置３熱源機５床暖房室内放熱器７暖房膨張タン
ク９ポンプ１１熱交換器１３バーナ１５ファン１７戻り配管１９往き配管２１高温配管２３低温配管２５ガス供給管２７ガス比例弁２９開閉弁３１室内放熱器
往き配管３３室内放熱器戻り配管３５開閉弁３７バイパス弁３９バイパス配
管４１、４３、４５温度センサ５０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村好孝東京都港区海岸１丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者岸田拓也東京都港区海岸１丁目５番20号東京瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 3L070 AA02 BB01 DD02 DD08 DE09 DF06 DF15 DG01 DG05 DG06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温水を供給する熱源機と、該熱源機からの温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管の開閉弁と、前記熱源機の供給温水温度（Ｔｓ）、及び、温水供給時
間割合（Ｒｓ＝供給時間／（供給時間＋不供給時間））
をコントロールする制御部と、を具備する暖房装置であ
って、前記放熱器に要求される能力が不足しない範囲で前記Ｔ
ｓ及びＲｓを制御し、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーシ
ョンによって算出された前記Ｔｓ及びＲｓの最適値が前
記制御部に与えられていることを特徴とする暖房装置。
【請求項２】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、前記熱源機及び熱動弁をコントロールする制御部と、を
具備する暖房装置であって、前記制御部が前記熱動弁への開指令からある時間ｉ遅れ
て前記熱源機の燃焼開始指令を発することを特徴とする
暖房装置。
【請求項３】前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特
性シミュレーションによって算出された前記時間ｉの最
適値が前記制御部に与えられていることを特徴とする請
求項２記載の暖房装置。
【請求項４】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動弁及びポンプをコントロールする制御
部と、を具備する暖房装置であって、前記制御部が前記熱動弁への開指令からある時間ｇ遅れ
て前記ポンプの起動開始指令を発することを特徴とする
暖房装置。
【請求項５】前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特
性シミュレーションによって算出された前記時間ｇの最
適値が前記制御部に与えられていることを特徴とする請
求項４記載の暖房装置。
【請求項６】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動弁及びポンプをコントロールする制御
部と、を具備する暖房装置であって、前記制御部が前記熱動弁への閉指令からある時間遅れて
前記ポンプの作動停止指令を発し、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーシ
ョンによって算出された前記ポンプ作動停止時間の最適
値が前記制御部に与えられていることを特徴とする暖房
装置。
【請求項７】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動弁及びポンプをコントロールする制御
部と、を具備する暖房装置であって、前記制御部が熱動弁への閉指令からある時間遅れて前記
熱源機の燃焼停止指令を発し、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーシ
ョンによって算出された前記熱源機の燃焼停止時間の最
適値が前記制御部に与えられていることを特徴とする暖
房装置。
【請求項８】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動弁及びポンプをコントロールする制御
部と、を具備する暖房装置であって、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーシ
ョンによって算出された前記熱源機のオンオフ運転を決
定する閾値となる温度の最適値が前記制御部に与えられ
ていることを特徴とする暖房装置。
【請求項９】温水を供給する熱源機と、該熱源機から温水供給を受ける床暖房等の放熱器と、前記熱源機と放熱器との間に温水を循環させる配管と、該配管を開閉する熱動弁と、該配管内の温水を流動させるポンプと、前記熱源機、熱動弁及びポンプをコントロールする制御
部と、を具備する暖房装置であって、前記熱源機、放熱器及び循環配管の熱特性シミュレーシ
ョンによって算出された単位制御サイクル時間の最適値
が前記制御部に与えられていることを特徴とする暖房装
置。
【請求項１０】前記の最適化されたＴｓ、Ｒｓ、ｉ、
ｇ、ポンプ運転停止時間、熱源機燃焼停止時間、熱源機
のオンオフ運転を決定する閾値となる温度、及び／又は
単位制御サイクル時間が、読み出し専用メモリ内に記憶
されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項
記載の暖房装置。
【請求項１１】前記の最適化されたＴｓ、Ｒｓ、ｉ、
ｇ、ｈ、ｊ、熱源機のオンオフ運転を決定する閾値とな
る温度、及び又は単位制御サイクル時間が、書き換え可
能メモリ内に記憶されていることを特徴とする請求項１
〜９いずれか１項記載の暖房装置。