JP2005049078A - 温水循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】温水循環路の閉塞検知に要する時間を短縮することができる温水循環システムを提供する。
【解決手段】熱源機コントローラ２６は、温風暖房機３又は床暖房パネル４への温水供給を開始する際に、熱動弁１１と熱動弁４５が閉弁した状態で、ポンプ１６の作動を開始すると共にバーナ１５の点火処理を行い、バーナ１５の点火から所定時間が経過するまでの間における暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇幅が所定温度以下であったときは、主温水回路１３又はバイパス通路１９の閉塞が生じていると判断して、バーナ１５を消火する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温水回路中の湯水を該温水回路の途中に設けられた熱交換器により加熱しながら循環させて、該温水循環路の途中に設けられた放熱器から放熱する温水循環システムに関する。

従来より、温水循環システムとして、例えば、温水回路中の湯水を熱交換器により加熱しながら電動ポンプにより循環させ、該温水回路に温水式のファンヒータ等の温水暖房端末を接続して、室内の暖房を行う温水式の暖房装置が知られている。

かかる暖房装置においては、熱交換器はガスバーナにより加熱される。そして、冬季に熱交換器や温水回路内の水が凍結すると、温水回路内の湯水の循環が困難になることから、温度センサの検出温度が所定温度以下となって凍結が生じ得る状況となったときに、電動ポンプにより温水を循環させる等の凍結防止措置がとられている。

しかし、停電の発生等により凍結防止措置の実施が不能となる場合もあり、この場合には熱交換器や温水回路内の水の凍結が生じる。そして、このように凍結が生じた状態でガスバーナによる熱交換器の加熱を継続すると、湯水の流通が停止した熱交換器が異常に加熱されて高温となり、熱交換器の耐久性が低下する。

そこで、熱交換器の温度が異常に上昇したときに作動するバイメタルスイッチを設け、該バイメタルスイッチが作動したときにガスバーナの燃焼を停止して、熱交換器を保護するようにした暖房装置が知られている。しかし、バイメタルスイッチが作動するまでにはある程度の時間を要し、その間のガスバーナによる加熱によって熱交換器の耐久性が劣化するおそれがある。

また、電動ポンプを作動させると共にガスバーナの点火を行って温水の循環を開始する際に、ガスバーナの点火時から所定時間（例えば３０秒間）が経過した時までの熱交換器からの出湯温度の上昇幅をサーミスタにより検出することによって、温水回路の凍結を検知するようにした暖房装置も提案されている（特許文献１参照）。

かかる暖房装置においては、サーミスタの検出温度の上昇幅（ΔＴ）が所定温度以下であるときに、温水回路が凍結状態にあると判断してガスバーナの燃焼を停止し、これにより、熱交換器が異常に加熱される状況が継続されることを防止している。

しかし、熱交換器と温水暖房端末との間の温水回路が長く、温水回路内に滞留した湯水の量が多い場合には、電動ポンプを作動させると共にガスバーナに点火して温水の循環を開始したときに、温水回路内の湯水の温度上昇が緩やかなものとなる。そのため、温水回路の凍結が生じている状態と、温水回路の凍結が生じていない状態とを区別するために必要な前記所定時間が長くなり、前記所定時間中のガスバーナによる加熱により熱交換器の耐久性の劣化が生じ得るという不都合があった。
特許第２５６７５０３号公報

本発明は、上記不都合を解消し、温水回路の閉塞検知に要する時間を短縮した温水循環システムを提供することを目的とする。

本発明は上記不都合を解消するためになされたものであり、接続部を有する主温水回路と、該主温水回路の途中に設けられた熱交換器と、該熱交換器を加熱する加熱手段と、該主温水回路の該熱交換器の上流側と下流側とを連通するバイパス通路と、該主温水回路及び該バイパス通路内の湯水を循環させるポンプとを備えた熱源機と、前記接続部を介して前記主温水回路と接続された端末温水回路と、前記主温水回路の前記バイパス通路との分岐箇所の間以外の部分又は前記端末温水回路の途中に設けられた開閉弁と、前記端末温水回路の途中に設けられ、前記開閉弁が開弁された状態で前記主温水回路及び前記端末温水回路を介して供給される温水を熱源として放熱する放熱端末とからなる温水循環システムの改良に関する。

そして、前記熱交換器の下流側の前記主温水回路中の湯水の温度を検出する温度検出手段と、前記熱源機から前記放熱端末への温水供給を開始する際に、前記開閉弁が閉弁した状態で前記ポンプと前記加熱手段とを作動させ、該加熱手段の作動開始から所定時間内における前記温度検出手段の検出温度の上昇幅が、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞が生じたと判断し得る所定温度以下であったときに、前記加熱手段の作動を停止する閉塞対処手段を備えたことを特徴とする。

かかる本発明において、前記熱源機に備えられた前記バイパス通路は、前記開閉弁が閉弁した状態で前記温水回路内に温水を循環させることを可能として、冬季に凍結のおそれがある場合に、強制的に温水を循環させることによって前記温水回路の凍結を防止するために設けられるものである。また、前記熱交換器により加熱された温水を直接放熱端末に供給する他に、前記放熱端末から戻る温水と前記熱交換器から出湯される温水とを混合して低温仕様の放熱端末に供給するために設けられるものである。

そして、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞が生じると、前記熱交換器で加熱された温水が前記熱交換器の下流側に流れ難くなるため、前記ポンプ及び前記加熱手段の作動を開始したときの前記温度検出手段の検出温度の上昇率が低くなる。そのため、前記加熱手段の作動開始から前記所定時間内における前記温度検出手段の検出温度の上昇幅が前記所定温度以下であるときに、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞が生じていると検知することができる。

また、前記開閉弁を開弁した状態で前記ポンプを作動させたときは、前記主温水回路内と前記バイパス通路内と前記端末温水回路内とに滞留した湯水が前記熱交換器を経由して循環される。一方、前記開閉弁を閉弁した状態で前記ポンプを作動させたときには、前記主温水回路内と前記バイパス通路内とに滞留した湯水のみが前記熱交換器を経由して循環される。

したがって、前記開閉弁を閉弁して前記ポンプを作動させたときの方が、前記開閉弁を開弁して前記ポンプを作動させたときよりも、前記熱交換器を経由して循環される湯水の総量が少なくなる。そのため、前記ポンプ及び前記加熱手段を作動させて前記熱交換器による温水の加熱を開始したときの前記温度検出手段の検出温度の上昇率は、前記開閉弁を閉弁して前記ポンプを作動させたときの方が、前記開閉弁を開弁してポンプを作動させたときよりも高くなる。

そこで、前記閉塞対処手段は、前記開閉弁を閉弁した状態で前記ポンプと前記加熱手段を作動させて、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞の有無を判断する。そして、これにより、前記温度検出手段による検出温度の上昇幅を確認するために必要な前記所定時間が短くなり、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞を検知するために必要な時間を短縮することができる。

また、前記開閉弁は、ヒータにより加熱膨張される熱膨張体を備えて該熱膨張体の膨張／収縮によって弁体を開閉動作させる熱動弁であり、前記所定時間は該ヒータへの通電が開始されてから該熱動弁が実際に開弁し始めるまでの遅れ時間よりも短い時間に設定され、前記閉塞対処手段は、前記加熱手段を作動させる時に前記熱動弁のヒータへの通電を開始することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記閉塞対処手段は、前記加熱手段とを作動させるときに前記熱動弁のヒータへの通電を開始する。そして、前記所定時間は前記熱動弁が開弁し始めるまでの遅れ時間よりも短い時間に設定されるため、前記閉塞対処手段は、前記熱動弁が開弁し始める前に前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞の有無を判断することができる。この場合、閉塞の有無の判断と並行して、前記熱動弁の熱膨張体の加熱を進行させることができるため、閉塞の有無を判断した後に前記熱動弁のヒータへの通電を開始する場合よりも、前記主温水回路から前記端末温水回路への温水供給が可能となる時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態の一例を、図１〜図２を参照して説明する。図１は本発明の温水循環システムである温水暖房システムの全体構成図、図２は図１に示した熱源機コントローラの作動フローチャートである。

図１を参照して、本実施の形態の温水暖房システムは、屋外に設置された熱源機１と、熱源機１と端末温水回路２を介して接続された温風暖房機３（本発明の放熱端末に相当する）及び床暖房パネル４（本発明の放熱端末に相当する）とにより構成されている。

熱源機１には、接続部ａ，熱動弁１１（本発明の開閉弁に相当する）の接続部ｂ，及び接続部ｃを介して端末温水回路２と接続された主温水回路１３、主温水回路１３の途中に設けられた熱交換器１４、熱交換器１４を加熱するバーナ１５（本発明の加熱手段に相当する）、主温水回路１３内の温水を循環させるポンプ１６、主温水回路１３及び端末温水回路２内の温水の膨張と収縮を吸収するシスターン１７、熱交換器１４から出湯される温水の温度を検出する暖房高温サーミスタ１８（本発明の温度検出手段に相当する）、熱交換器１４の上流側（入口側）と下流側（出口側）の主温水回路１３を連通するバイパス通路１９、ポンプ１６から送出される温水（熱交換器１４からバイパス通路１９を介して供給される温水と端末温水回路２から戻る温水とが混合された温水）の温度を検出する暖房低温サーミスタ２０、及び熱交換器１４の異常加熱を検出するバイメタルスイッチ１２が備えられている。

さらに、熱源機１には、バーナ１５に燃焼用空気を供給する燃焼ファン２１、バーナ１５に燃料ガスを供給する燃料供給管２２に設けられて燃料供給管２２を開閉する元ガス電磁弁２３及びガス電磁弁２４、燃料供給管２２の開度を変更して燃料ガスの供給流量を調節するガス比例弁２５、熱源機１の全体的な作動を制御する熱源機コントローラ２６（本発明の閉塞対処手段の機能を含む）、及び電源スイッチやブザー等が設けられたスイッチ部２７が備えられている。そして、熱源機コントローラ２６は、燃焼ファン２１の回転数とガス比例弁２５の開度を調節することによって、バーナ１５の燃焼量を制御する。また、シスターン１７には、主温水回路１３及び端末温水回路２内に滞留した温水の量を検知するための水位電極２９ａ，２９ｂが設けられている。

また、端末温水回路２は、温風暖房機３に温水を供給する温風暖房温水回路３０と、床暖房パネル４に温水を供給する床暖房温水回路３１とにより構成されている。温風暖房温水回路３０には、熱交換器１８から出湯される高温の温水がそのまま供給され、床暖房温水回路３１には、温風暖房温水回路３０から戻る温水と熱交換器１８からバイパス通路１９を介して供給される温水とが混合された低温の温水が供給される。

そして、熱源機コントローラ２６は、温風暖房機３のみに温水を供給するときは、ポンプ１６を作動し、温風暖房機３の熱動弁４５を開弁して、高温サーミスタ１８の検出温度が所定温度（例えば８０℃）となるようにバーナ１５の燃焼量を制御する。また、温風暖房機３と床暖房パネル４の双方に温水を供給するときは、熱源機コントローラ２６は、熱動弁１１及び温風暖房機３の熱動弁４５を開弁してポンプ１６を作動し、暖房高温サーミスタ１８の検出温度が所定温度（例えば８０℃）となるようにバーナ１５の燃焼量を制御する。

また、床暖房パネル４のみに温水を供給するときには、熱源機コントローラ２６は、熱動弁１１を開弁してポンプ１６を作動し、暖房低温サーミスタ２０の検出温度が所定温度（例えば６０℃）となるようにバーナ１５の燃料量を制御する。

次に、温風暖房機３には、暖房熱交換器４１、温風ファン４２、温風暖房の開始／停止を指示するスイッチ等が設けられた温風暖房操作パネル４３、室温を検出する温風暖房サーミスタ４４、温風暖房温水回路３０を開閉して暖房熱交換器４１への温水の供給／停止と温水の供給流量の調節を行う熱動弁４５（本発明の開閉弁に相当する）、及び温風暖房機３の全体的な作動を制御する温風暖房コントローラ４６が備えられている。

温風暖房コントローラ４６は通信ケーブル４０を介して熱源機コントローラ２６と通信可能に接続され、温風暖房操作パネル４３により温風暖房の開始が指示されたときに、熱源機コントローラ２６に対して運転開始を指示する信号を送信する。これにより、熱源機１が作動を開始して熱源機１から温水暖房機３への温水供給が開始され、温風暖房コントローラ４６は、温風暖房サーミスタ４４の検出温度が温風暖房操作パネル４３により設定された目標室温と一致するように、温風ファン４２の回転数と熱動弁４５の開閉デューティを調節して温風により室内に放出する熱量を制御する。

また、熱源機コントローラ２６は、床暖房パネル４の近傍に設置された床暖房端末５０と通信ケーブル５１を介して通信可能に接続されている。床暖房端末５０には、床暖房の開始／停止を指示するスイッチ等が設けられた床暖房操作パネル５２、室温を検出する床暖房サーミスタ５３、及び床暖房パネル４への温水の供給量を制御する床暖房コントローラ５４が備えられている。

そして、床暖房コントローラ５４は、床暖房操作パネル５２により床暖房の開始が指示されたときに、熱源機コントローラ２６に対して運転開始を指示する信号を送信する。これにより、熱源機１が作動を開始して熱源機１から床暖房パネル４への温水供給が開始され、床暖房コントローラ５４は、床暖房サーミスタ５３の検出温度が床暖房操作パネル５２により設定された目標室温と一致するように、熱動弁１１の開閉を指示する信号を熱源機コントローラ２６に送信する。

そして、熱源機コントローラ２６は、床暖房コントローラ５４から受信した信号に従って熱動弁１１を開閉し、これにより、熱源機１から床暖房パネル４への温水の供給量が調節されて、床暖房パネル４から室内に放出される熱量が制御される。

次に、熱源機１は屋外に設置されるため、冬季においては、主温水回路１３やバイパス通路１９内の湯水が凍結して、主温水回路１３又はバイパス通路１９が閉塞する場合がある。また、ごみの混入等により、主温水回路１３又はバイパス通路１９の閉塞が生じる場合もある。

ここで、主温水回路１３又はバイパス通路１９の閉塞が生じると、ポンプ１６を作動させても温水が熱交換器１４内を流通しない状態或いは流通し難い状態となり、この状態でバーナ１５により熱交換器１４の加熱を継続すると、熱交換器１４が異常に高温となる。この場合、バイメタルスイッチ１２が作動し、バイメタルスイッチ１２の作動を検知した熱源機コントローラ２６によりバーナ１５は強制的に消火される。

しかし、バイメタルスイッチ１２が作動するまでにはある程度の時間を要し、その間の加熱により熱交換器１４の耐久性が劣化するおそれがある。そこで、熱源機コントローラ２６は、温水暖房コントローラ４６又は床暖房コントローラ５４から、温水の供給開始を指示する信号を受信して、端末温水回路２への温水供給を開始する際に、図２に示したフローチャートによる閉塞検知処理を実行する。

図２を参照して、熱源機コントローラ２６は、先ず、ＳＴＥＰ１で水位電極２９ａ，２９ｂ間の静電容量により、シスターン１７内の水位が正常（主温水回路１３内に滞留した湯水の量が正常であることを示す）であるか否かを判断し、正常であったときはＳＴＥＰ２に進んでサーミスタ（暖房高温サーミスタ１８及び暖房低温サーミスタ２０）の作動が正常であるか否か（断線、ショート不良の有無）を検知する。そして、サーミスタの作動が正常であったときはＳＴＥＰ３に進む。

一方、ＳＴＥＰ１でシスターンの水位が異常であったとき、及びＳＴＥＰ２でサーミスタの不良が検知されたときには、ＳＴＥＰ２０に分岐して、熱源機コントローラ２６は、ブザーの鳴動等によりエラーを報知する。この場合、熱源機１から端末温水回路２への温水供給は禁止される。

ＳＴＥＰ３で、熱源機コントローラ２６は、温水温風暖房機３から温水供給指示信号を受信したときは温風暖房機３に対して熱動弁４５の開弁を指示する信号を送信する。これにより、温風暖房機３の熱動弁４５への通電が開始される。また、床暖房端末５０から温水供給指示信号を受信したときには、熱源機コントローラ２６は、熱動弁１１への通電を開始する。

ここで、熱動弁１１と熱動弁４５は、ワックスエレメント等の熱膨張体（図示しない）の膨張／収縮により開／閉する弁体（図示しない）と、該熱膨張体を加熱するヒータ（図示しない）とを備えている。そして、熱動弁１１，熱動弁４５への通電を開始すると、ヒータによる熱膨張体の加熱が開始されて熱膨張体の膨張により弁体が開弁し、熱動弁１１と熱動弁４５への通電を遮断すると、ヒータによる熱膨張体の加熱が中止されて熱膨張体の収縮により弁体が閉弁する。

そして、熱動弁１１，熱動弁４５への通電を開始してから、実際の弁体が開き始めるまでにはある程度の時間遅れ（例えば３０秒〜１分）を生じる。そこで、熱源機コントローラ２６は、ＳＴＥＰ３で熱動弁１１，熱動弁４５への通電を開始し、熱動弁１１，熱動弁４５が開弁し始めるまでの遅れ時間内に、次のＳＴＥＰ４以下の処理を実行する。

熱源機コントローラ２６は、ＳＴＥＰ４でポンプ１６の作動を開始し、ＳＴＥＰ５で燃焼ファン２１を作動して点火電極（図示しない）に放電させた状態で元ガス電磁弁２３とガス電磁弁２４とガス比例弁２５とを開弁することによって、バーナ１５の点火処理を行う。

次のＳＴＥＰ６で、熱源機コントローラ２６は、暖房高温サーミスタ１８の検出温度を記憶し、ＳＴＥＰ７でフレームロッド（図示しない）によりバーナ１５の点火が検出されてから、ＳＴＥＰ８で５秒が経過するのを待つ。そして、続くＳＴＥＰ９で、熱源機コントローラ２６は、５秒間における暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇幅（ΔＴ）を算出する。

ここで、主温水回路１３又はバイパス通路１９に閉塞箇所が有る場合、完全に閉塞していればポンプ１６を作動させても温水は循環されず、暖房高温サーミスタ１８の設置箇所付近の温水の温度上昇は、熱交換器１４で加熱された温水の自然対流によるものとなるため、バーナ１５の点火後の暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇率は極めて小さくなる。

また、主温水回路１３又はバイパス通路１９の閉塞度合が進むにつれて、ポンプ１６により循環される温水の流量が減少するため、バーナ１５の点火後の暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇率が次第に小さくなる。

そこで、熱源機コントローラ２６は、ＳＴＥＰ１０で、暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇幅（ΔＴ）が２℃（本発明の主温水回路又はバイパス通路の閉塞が生じたと判断し得る所定温度に相当する）以下であるか否かを判断し、該上昇幅（ΔＴ）が２℃以下であったときは、端末温水回路１３又はバイパス通路１９の閉塞が生じていると判断してＳＴＥＰ３０に分岐し、エラー処理を行う。

ＳＴＥＰ３０のエラー処理において、熱源機コントローラ２６は、元ガス電磁弁２３及びガス電磁弁２４を閉弁してバーナ１５を消火すると共に、スイッチ部２７のブザーを鳴動させて使用者に閉塞異常を報知する。

一方、ＳＴＥＰ１０で、暖房高温サーミスタ１８の検出温度の上昇幅（ΔＴ）が２℃を超えていたときにはＳＴＥＰ１１に進み、熱源機コントローラ２６は、バーナ１５の燃焼を継続する。

この場合、ＳＴＥＰ３で既に熱動弁１１，熱動弁４５への通電が開始されているので、ＳＴＥＰ４〜ＳＴＥＰ１０の処理が行われている間に熱動弁１１，熱動弁４５のワックスエレメントの加熱が進行している。そのため、ＳＴＥＰ１１において、熱動弁１１，熱動弁４５が開弁して主温水回路１３から端末温水回路２への温水供給が開始されるまでの時間が短縮される。

なお、本実施の形態においては、本発明の放熱端末として温風暖房機３及び床暖房パネル４を用いた例を示したが、温水を熱源として温風を生成する衣類乾燥機等の他の種類の放熱端末を用いる場合にも本発明の適用が可能である。

また、本実施の形態では、本発明の開閉弁として、熱動弁１１を主温水回路１３と床暖房温水回路３１との接続箇所に設け、熱動弁４５を温風暖房機３内の温風温水暖房機３０に設けたが、開閉弁を主温水回路１３のバイパス通路１９との分岐個所の間以外の箇所又は端末温水回路２の途中に設け、主温水回路１３から端末温水回路２への温水の循環を停止した状態でのバイパス通路１９を介した温水の循環を可能とすることにより、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、本発明の開閉弁として熱動弁を用いた例を示したが、電磁弁等の他の種類の開閉弁を使用する場合にも本発明の効果を得ることができる。

温水暖房システムの全体構成図。 図１に示した熱源機コントローラの作動フローチャート。

符号の説明

１…熱源機、２…端末温水回路、３…温風暖房機、４…床暖房パネル、１１…熱動弁、１３…主温水回路、１４…熱交換器、１５…バーナ、１６…ポンプ、１８…暖房高温サーミスタ、１９…バイパス通路、２０…暖房低温サーミスタ、４５…温風暖房機の熱動弁

Claims (2)

1. 接続部を有する主温水回路と、該主温水回路の途中に設けられた熱交換器と、該熱交換器を加熱する加熱手段と、該主温水回路の該熱交換器の上流側と下流側とを連通するバイパス通路と、該主温水回路及び該バイパス通路内の湯水を循環させるポンプとを備えた熱源機と、
   前記接続部を介して前記主温水回路と接続された端末温水回路と、前記主温水回路の前記バイパス通路との分岐箇所の間以外の部分又は前記端末温水回路の途中に設けられた開閉弁と、前記端末温水回路の途中に設けられ、前記開閉弁が開弁された状態で前記主温水回路及び前記端末温水回路を介して供給される温水を熱源として放熱する放熱端末とからなる温水循環システムにおいて、
   前記熱交換器の下流側の前記主温水回路中の湯水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記熱源機から前記放熱端末への温水供給を開始する際に、前記開閉弁が閉弁した状態で前記ポンプと前記加熱手段とを作動させ、該加熱手段の作動開始から所定時間内における前記温度検出手段の検出温度の上昇幅が、前記主温水回路又は前記バイパス通路の閉塞が生じたと判断し得る所定温度以下であったときに、前記加熱手段の作動を停止する閉塞対処手段を備えたことを特徴とする温水循環システム。
2. 前記開閉弁は、ヒータにより加熱膨張される熱膨張体を備えて該熱膨張体の膨張／収縮によって弁体を開閉動作させる熱動弁であり、前記所定時間は該ヒータへの通電が開始されてから該熱動弁が実際に開弁し始めるまでの遅れ時間よりも短い時間に設定され、
   前記閉塞対処手段は、前記加熱手段を作動させる時に前記熱動弁のヒータへの通電を開始することを特徴とする請求項１記載の温水循環システム。
   

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