JP2013217626A - 熱源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続される温水マット等の暖房装置やその数にかかわらず、液体加熱用の熱交換器内で液体が沸騰することを抑制できる熱源装置とする。
【解決手段】液体循環ポンプの駆動により液体を循環させる液体循環通路において、液体循環ポンプの吐出側の通路を分岐して、その一方は液体循環通路の液体の加熱用の熱交換器側に液体を導入する通路とし、他方は液体循環通路に接続される温水マット等の暖房装置に液体を供給する暖房側液体供給通路とし、暖房側液体供給通路には接続される１つ以上の暖房装置に供給する液体の流量を調節する液体流量調節手段２を設ける。液体沸騰抑制手段３により液体流量調節手段２を制御して前記暖房装置に供給する液体の流量を調節することにより液体循環ポンプ６から熱交換器側の通路に導入される液体の流量を調節し、熱交換器内での液体の沸騰を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体循環通路を循環する液体を加熱して暖房装置に供給する機能を備えた熱源装置に関するものである。

図４には、暖房装置としての温水マットに温水を供給して暖房する機能を備えた熱源装置の一例が、模式的なシステム図により示されている（例えば、特許文献１、参照）。

同図に示すように、熱源装置１は液体（ここでは温水）を循環させる液体循環ポンプ６を備えた液体循環通路５を有しており、液体循環ポンプ６の駆動により液体循環通路５に液体を循環させる。液体循環通路５には液体循環ポンプ６の吸い込み側にシスターン（シスターン装置）１００が介設され、シスターン１００と液体循環ポンプ６とは通路９３により接続されている。また、液体循環通路５は、液体循環ポンプ６の吐出側の通路が分岐されて、その一方の管路９１は、液体循環通路５を循環する液体の加熱用の熱交換器（暖房用熱交換器）２８側に液体を導入する通路を形成し、他方の管路９０は、液体循環通路５に接続される温水マット１０に液体を供給する通路を形成している。

管路９０には外部通路の管路４５を介して温水マット１０の入水側が接続され、温水マット１０の出水側は外部通路の管路４４と熱源装置１内の通路９４とを介してシスターン１００に接続されている。この熱源装置１は、前記熱交換器２８により加熱される水を、液体循環ポンプ６を駆動させることにより液体循環通路５に循環させて、管路９０，４５を介して温水マット１０に導入する温水暖房装置であり、温水マット１０への温水の導入は、管路４５に設けられた開閉弁１０５のオンオフ動作によって調節される。つまり、開閉弁１０５をオンとして温水マット１０への温水導入が行われ、開閉弁１０５をオフにして温水マット１０への温水導入が停止される。また、温水マット１０を通って放熱された水は、管路４４を通って通路９４側に戻される。

特許第２８１７３３１号公報

ところで、前記のような熱源装置１において、従来は、接続される温水マット１０の大きさや数を予め想定し、例えば液体循環ポンプ６から吐出される水のうち管路９０側に流れる水の流量と管路９１側に流れる水の流量との流量比を予め設定することにより、管路９１を通して熱交換器２８に流れる水の量が少なすぎて水が沸騰することを防ぎ、沸騰音が発生することを防ぐようにしているが、接続される温水マット１０の数や大きさは利用者によって適宜設定されるものであるため、以下のような問題が生じることがあった。

つまり、接続される温水マット１０の数が多かったり温水マットの大きさが小さかったりすると温水マット１０側の通路の圧力損失が小さくなり（温水マットが小さい場合には内部の温水パイプの全長が短いので圧損が小さくなる）、液体循環ポンプ６から吐出される水のうち温水マット１０側の管路９０側に流れる水の流量が多くなって、その分だけ熱交換器２８側の管路９１側に流れる水の流量が小さくなるため、想定流量の水が暖房用熱交換器２８に供給されずに熱交換器２８内での水の沸騰を抑制することができず（水の流量が小さいために沸騰してしまい）、沸騰音の抑制もできなくなるという問題が生じた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、たとえ接続される温水マット等の暖房装置やその数が変わっても、温水等の液体を供給するための液体循環通路に設けた液体加熱用の熱交換器内で液体が沸騰することを抑制することができる熱源装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、次の構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、液体を循環させる液体循環ポンプを備えて該液体循環ポンプの駆動により液体を循環させる液体循環通路を有し、該液体循環通路の前記液体循環ポンプの吐出側の通路は分岐されて、その一方は前記液体循環通路を循環する液体の加熱用の熱交換器側に液体を導入する熱交換器側液体導入通路を形成し、他方は前記液体循環通路に接続される暖房装置に液体を供給する暖房側液体供給通路を形成しており、前記液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節し、前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制する液体沸騰抑制手段を有する構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記暖房側液体供給通路に接続される１つ以上の暖房装置に供給する液体の流量を調節する液体流量調節手段が設けられ、液体沸騰抑制手段は前記液体流量調節手段を制御して前記暖房装置に供給する液体の流量を小さく調節することにより液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を大きく調節することを特徴とする。

さらに、第３の発明は、前記第１または第２の発明の構成に加え、前記暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷に対応させて熱交換器内の液体の沸騰を抑制する液体循環ポンプの制御情報が予め与えられており、液体沸騰抑制手段は前記暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷の情報を受信し、該受信情報と前記液体循環ポンプの制御情報とに基づいて該液体循環ポンプの回転数と駆動電力の少なくとも一方を制御することにより前記液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を大きく調節して前記熱交換器内の液体の沸騰を抑制することを特徴とする。

さらに、第４の発明は、前記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記熱交換器を通って導出される液体の温度を検出する熱交換器出側温度検出手段を有し、液体沸騰抑制手段は前記熱交換器出側温度検出手段の検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度以上になったときに液体循環ポンプから熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器の加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節して前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制することを特徴とする。

さらに、第５の発明は、前記第１乃至第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記熱交換器に導入される液体の温度を検出する液体温度検出手段と、前記熱交換器に導入される液体の流量を検出する液体流量検出手段とを有し、液体沸騰抑制手段は、前記液体温度検出手段による検出温度と、前記液体流量検出手段による検出流量と、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱能力と、該加熱能力と前記検出温度と前記検出流量とに基づいて求められる熱交換器内の液体の推定温度のデータとに基づいて前記熱交換器内の液体の温度を推定し、該推定温度が予め定められた沸騰抑制推定基準温度以上になったときに液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器の加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節して前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制する。

本発明によれば、液体循環通路において、液体を循環させる液体循環ポンプの吐出側の通路は分岐されて、その一方は液体循環通路を循環する液体の加熱用の熱交換器側に液体を導入する熱交換器側液体導入通路を形成し、他方は前記液体循環通路に接続される暖房装置に液体を供給する暖房側液体供給通路を形成しているが、液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節して熱交換器内での液体の沸騰を抑制する液体沸騰抑制手段を設けることによって、熱交換器内での液体の沸騰を抑制でき、沸騰による不快な音の発生も抑制することができる。

また、暖房側液体供給通路に接続される１つ以上の暖房装置に供給する液体の流量を調節する流量調節手段を設けて、暖房装置に供給する液体の流量を調節することによって、液体循環ポンプから熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量が小さくなりすぎないように調節することができ、熱交換器内での液体の沸騰を容易に抑制することができる。

また、暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷に対応させて熱交換器内の液体の沸騰を抑制する液体循環ポンプの制御情報を予め与え、液体沸騰抑制手段が、暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷の情報を受信して、その受信情報と前記液体循環ポンプの制御情報とに基づいて該液体循環ポンプの回転数と駆動電力の少なくとも一方を制御すれば、その時々の暖房装置の負荷に応じた適切な流量を液体循環通路に流すことができ、それにより前記液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を大きく調節することができるので、熱交換器内の液体の沸騰を確実に抑制することができる。

さらに、熱交換器を通って導出される液体の温度を検出する熱交換器出側温度検出手段を設けて、その検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度以上になったときに液体循環ポンプから熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節する（暖房側液体供給通路側に供給する液体の流量を小さくする方向に調節して熱交換器側に供給する液体の流量を大きくしたり、加熱手段の加熱能力を小さくしたりする）ことにより、簡単な構成で確実に熱交換器内での液体の沸騰を抑制することができる。

さらに、熱交換器を通る液体を加熱する加熱手段の加熱能力と、熱交換器側に導入される液体の検出温度と、熱交換器に導入される液体の検出流量と、これらの検出流量と検出温度と加熱能力に基づいて求められる熱交換器内の液体の推定温度のデータとに基づいて、熱交換器内の液体の温度を推定することにより、熱交換器内の液体の温度を適切に推定することができる。そして、その推定温度が予め定められた沸騰抑制推定基準温度以上になったときに液体循環ポンプから熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節する（暖房側液体供給通路側に供給する液体の流量を小さくする方向に調節して熱交換器側に供給する液体の流量を大きくしたり、加熱手段の加熱能力を小さくしたりする）ことにより、簡単な構成で確実に熱交換器内での液体の沸騰を抑制することができる。

本発明に係る熱源装置の一実施例の制御構成を示すブロック図である。 熱源装置のシステム構成例と、その動作例を模式的に示す説明図である。 本発明に係る熱源装置の他の実施例のシステム構成の一部を模式的に示す説明図である。 従来の温水暖房装置の例を示す模式的なシステム説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本実施例の説明において、これまでの説明の構成要素と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図２には、本実施例の給湯装置のシステム構成例が示されている。同図において、器具ケース４２内には燃焼室２４，２５が設けられており、燃焼室２４内には、暖房用熱交換器２８（２８ａ，２８ｂ）と、暖房用熱交換器２８を通る液体を加熱する加熱手段としての暖房用バーナ１６と、暖房用バーナ１６の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン１８とが設けられている。また、燃焼室２５内には、給湯バーナ１７と、給湯バーナ１７により加熱される給湯熱交換器２９（２９ａ，２９ｂ）と、給湯バーナ１７の燃焼の給排気を行なう燃焼ファン１９とが設けられている。熱交換器２８ｂ、２９ｂは一次熱交換器であり、熱交換器２８ａ、２９ａは二次熱交換器である。

暖房用バーナ１６および給湯バーナ１７には、それぞれのバーナ１６，１７に燃料を供給する供給通路としてのガス管３１，３２が接続されている。ガス管３１，３２は、ガス管３０から分岐形成されており、ガス管３０には、元電磁弁８０が介設されている。また、給湯バーナ１７および暖房用バーナ１６は、それぞれ複数段の燃焼面を持ち、暖房用バーナ１６の各燃焼面に供給される燃料の量が、ガス管３１に介設された比例弁８６の開弁量と電磁弁８１，８２の開閉制御（燃料の供給や停止）により調節され、給湯バーナ１７の各燃焼面に供給される燃料の量が、ガス管３２に介設された比例弁８７の開弁量と電磁弁８３，８４，８５の開閉制御（燃料の供給や停止）により調節される。

前記暖房用熱交換器２８（２８ａ，２８ｂ）は、シスターン１００と液体循環ポンプ６とを備えた液体循環通路（暖房用液体循環通路）５に介設されており、液体循環ポンプ６は、図１に示されているポンプ駆動手段９（図２には図示せず）の制御に基づいて駆動する。液体循環通路５は、器具ケース４２内に設けられた管路８９，９０，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９と、器具ケース４２の外部に設けられた外部通路の管路４０，４１，４４，４５，５９とを有し、管路９８には低温能力切り替え熱動弁４７が介設されている。

液体循環通路５は、液体循環ポンプ６の駆動によって、液体（例えば温水）を、温水マット１０と、例えば浴室暖房機等の高温暖房装置１０６とに循環させる。高温暖房装置１０６には内部通路５１が設けられ、内部通路５１には熱動弁１１２が介設されている。内部通路５１は管路４０を介して管路９７に接続され、管路４１と液体合流手段１１５とを介して管路５９に接続されている。

また、本実施例でも従来例と同様に、液体循環ポンプ６の吐出側の通路が管路９０と管路９１とに分岐されており、その一方の管路９１は液体循環通路５を循環する液体の加熱用の熱交換器である暖房用熱交換器２８ｂ側に液体を導入する熱交換器側液体導入通路を形成しており、他方の管路９０は、温水マット１０に液体を供給する暖房側液体供給通路を形成している。暖房用熱交換器２８ｂの入側の管路９１には、暖房用熱交換器２８ｂに導入される液体の温度を検出する液体温度検出手段としての暖房低温サーミスタ３６が設けられている。暖房用熱交換器２８ｂの出側には管路９２が設けられており、管路９２には暖房用熱交換器２８ｂを通って導出される液体の温度を検出する熱交換器出側温度検出手段としての暖房高温サーミスタ３３が設けられている。

また、管路９０には液体分岐手段３７が設けられており、液体分岐手段３７には、接続される温水マット１０に供給する液体の流量を調節する液体流量調節手段２が設けられている。この液体流量調節手段２はステッピングモータ付きの止水機能付き流量制御弁により形成されており、液体流量調節手段２を介して管路９０が管路４５に接続され、管路４５に温水マット１０の入水側が接続されている。温水マット１０には内部通路５２が形成され、温水マット１０の出水側は管路４４と液体合流手段１１５と管路５９と介して管路９５に接続されている。

管路９５は、暖房用熱交換器２８ａの液体導入側に接続され、暖房用熱交換器２８ａの液体導出側には管路９４が接続されている。また、前記液体循環ポンプ６の吸入口側には前記管路９３が接続されており、管路９３と管路９４との間に前記シスターン１００が介設されている。シスターン１００は、その一部が大気開放と成し、シスターン１００にはシスターン１００から液体を導出するオーバーフロー通路５３が接続されている。

前記給湯熱交換器２９ａの入口側には給水通路８８が設けられており、給水通路８８には、給水通路８８を流れる湯水の量を検出することにより給湯の水量を検出する流量検出手段７３と入水温度を検出する入水温度センサ７４と、給湯流量を可変するため水量サーボ６９が設けられている。また、給水通路８８には、接続通路５７と補給水電磁弁４６を介して、前記液体循環通路５が接続されている。給湯熱交換器２９ｂの出口側には給湯通路２６が設けられており、給湯通路２６の先端側は、適宜の給湯先に導かれている。

また、給湯通路２６と給水通路８８とを、給湯交換器２９を介さずに接続するバイパス通路７０が設けられ、バイパス通路７０の給水通路８８との接続部には、バイパス流量弁としてのバイパスサーボ５８が設けられている。給湯通路２６には、バイパス通路７０の形成部よりも下流側に出湯湯温検出センサ１１３が設けられ、給湯熱交換器２９側に出湯湯温検出センサ１１４が設けられている。

浴槽２７には、往管１４と戻り管１５を有する追い焚き循環通路１３が接続されており、この追い焚き循環通路１３は、液―液熱交換器７を介して前記液体循環通路５と熱的に接続されている。なお、液体循環通路５の液―液熱交換器７を形成する管路８９には、液―液熱交換器７の入口に流量制御弁３８が設けられている。追い焚き循環通路１３には、浴槽湯水を循環させる浴槽湯水循環ポンプ２０が設けられ、液−液熱交換器７は、浴槽湯水循環ポンプ２０の駆動によって追い焚き循環路１３を循環する浴槽湯水を加熱する風呂熱交換器と成している。

また、追い焚き循環通路１３には、浴槽湯水の温度を検出する風呂温度センサ２１と、浴槽湯水の水位を検出する水位センサ２２と、追い焚き循環路１３の水流を検知する風呂水流スイッチ３４とが介設されている。浴槽湯水循環ポンプ２０の吸入口側に、戻り管１５の一端側が接続され、戻り管１５の他端側が循環金具５６を介して浴槽２７に連通接続されている。浴槽湯水循環ポンプ２０の吐出口側には、往管１４の一端側が接続され、往管１４の他端側は循環金具５６を介して浴槽２７に連通接続されている。

前記給湯通路２６には、分岐通路７０の形成部および出湯湯温検出センサ１１３の配設部よりも下流側に、管路５４を介して注湯水ユニット５５が接続されており、注湯水ユニット５５には風呂用注湯導入通路２３の一端側が接続され、風呂用注湯導入通路２３の他端側は、前記浴槽湯水循環ポンプ２０に接続されている。注湯水ユニット５５には、湯張り電磁弁４８、湯張り水量センサ４９、逆止弁５０ａ，５０ｂが設けられている。なお、給湯熱交換器２９から給湯通路２６と管路５４、注湯水ユニット５５、風呂用注湯導入通路２３、浴槽湯水循環ポンプ２０、液−液熱交換器７、往管１４を順に通って浴槽２７に至るまでの通路によって、湯張りや注水を行うための湯張り注水通路が構成されている。また、図２の、図中、符号７５、７７は、ドレン排出通路を示し、符号７６は、ドレンを中和する中和手段を示す。

本実施例の熱源装置１のシステム構成は、以上のように構成されており、例えば、高温暖房装置１０６の暖房運転を行うときと浴槽湯水の追い焚き運転を行うときは、暖房用バーナ１６によって暖房用熱交換器２８を加熱して、暖房用液体循環通路５に通す液体の温度を予め定められる高温設定温度（例えば８０℃）とする。そして、高温暖房装置１０６の暖房運転を行うときには、この液体を、液体循環ポンプ６の駆動により、図２の矢印Ａ〜Ｆに示すように液体を循環させる（以下、この循環経路を通しての液体循環パタンを高温暖房パタンともいう）。

また、この状態で、浴槽湯水の追い焚き運転を行うときは、流量制御弁３８を開くことにより、管路９２を通った液体を、図２の矢印Ｂに示すように管路９７に通すと共に、矢印Ｂ’に示すように管路８９側にも通し、管路８９側（液―液熱交換器７側）に流れた液体を、管路９６を通して管路９５に戻るようにしながら、浴槽湯水循環ポンプ２０を駆動させて、浴槽湯水を図２の矢印Ｈに示すように循環させ、液―液熱交換器７を介しての、液体循環通路５を通る液体と追い焚き循環通路１３を通る浴槽湯水との熱交換によって、浴槽２７内の湯水の温度（風呂温度センサ２１の検出温度）が風呂設定温度となるまで、浴槽湯水の追い焚き運転を行う（以下、この循環経路を通しての液体循環パタンを高温暖房・風呂追い焚き兼用パタンともいう）。

また、高温暖房装置１０６の暖房運転を行わずに、浴槽湯水の追い焚き運転のみを行うときには、高温暖房装置１０６の熱動弁１１２が閉じられているので、暖房用熱交換器２８ｂで加熱した高温設定温度の液体（例えば８０℃の液体）を、矢印Ａに示すように管路９２に通した後、管路９７には通さずに、図２の矢印Ｂ’に示すように管路８９側に通す。そして、前記と同様に、この液体と浴槽湯水とを、液―液熱交換器７を介して熱交換することにより浴槽２７内の湯水の追い焚き運転を行う（以下、この循環経路を通しての液体循環パタンを風呂追い焚き単独パタンともいう）。

なお、これら高温暖房装置１０６の暖房運転時（前記高温暖房パタンでの液体循環時）や浴槽湯水の追い焚き運転の動作時（高温暖房・風呂追い焚き兼用パタンでの液体循環時および風呂追い焚き単独パタンでの液体循環時）には、暖房用熱交換器２８ｂ側に流れる液体の流量が多いため、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰のおそれはない。

また、高温暖房装置１０６の加熱や浴槽湯水の追い焚きを行わずに温水マット１０のみを加熱するときには、液体循環通路５の液体を暖房用バーナ１６で加熱して、液体循環通路５に通す液体を高温設定温度よりも低い予め定められる低温設定温度（例えば６０℃）として、図２の矢印Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに示すように循環させる。また、低温能力切替熱動弁４７を開くことによって、管路９２を通った液体を図の矢印Ａ’に示すように管路９８に導入して管路９４に導入し、シスターン１００と管路９３とを介して図の矢印Ｅに示すように液体循環ポンプ６に導入する。そして、図の破線矢印Ｇに示すように、液体を管路９０，４５に順に通して温水マット１０に導入する。温水マット１０を通った液体は、管路４４、液体合流手段１１５を介して管路９５に戻す（以下、この循環経路を通しての液体循環パタンを低温暖房パタンともいう）。

なお、高温暖房装置１０６の加熱や浴槽湯水の追い焚きを行わずに温水マット１０のみを加熱するときにも、その初期状態、つまり、床暖房開始時の温水マット１０が敷設されている床面の温度が冷たいときには、前記低温暖房パタンで液体循環を行う前に、以下のようにして、運転開始から３０分程度は例えば７０℃程度の高温の液体を温水マット１０に送り出して、床面温度の早期昇温を図るようにしており、このような運転を、ホットダッシュ運転ともいう。

このホットダッシュ運転時には、例えば暖房用熱交換器２８ｂから出る液体の温度を暖房高温サーミスタ３３で測定し、その検出温度が約８０℃となるようにしながら、前記低温暖房パタンにて液体を循環させる。そうすると、図２に示したように、温水マット１０から戻ってきた液体が、管路４４、９５を通り、さらに、矢印Ｄに示したように管路９４を通ってシスターン１００に戻るときに、暖房用熱交換器２８ｂから出て管路９２を通った液体が図２の矢印Ａ’に示すように管路９８を介して管路９４に混合されて、液体の温度が８０℃より低くなり、シスターン１００を通って液体循環ポンプ６を介し、温水マット１０に送られるときには７０℃程度の液体となる。

ところで、前記ホットダッシュ運転時と同様に、前記の如く、高温暖房装置１０６の暖房運転動作時や浴槽湯水の追い焚き運転動作時には、暖房用熱交換器２８ｂから出る液体の温度を約８０℃にするようにしても暖房用熱交換器２８ｂ内で液体が沸騰しないために沸騰音の発生もないのに対し、本実施例の開発途中において（図１に示すような本実施例の特徴的な制御構成を設けない構成においては）、前記ホットダッシュ運転時に、暖房用熱交換器２８ｂにおける沸騰音が発生することがあった。この沸騰音の発生は、温水マット１０の接続形態によって発生の有無が別れ、圧損の少ない小さな面積の温水マット１０を２枚並列に接続して、その２枚の温水マット１０に同時に温水を供給した場合に生じた。

そこで、温水マット１０の接続形態によらず、暖房用熱交換器２８ｂにおいて沸騰音が発生しないようにするために、本実施例は、図１に示すような特徴的な制御構成を設けて暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制するようにしたものである。この制御構成は、図１に示されるように、制御装置８内に、液体沸騰抑制手段３とメモリ部４と、ポンプ駆動手段９、燃焼制御手段１２を設けて形成されている。

液体沸騰抑制手段３は、温水マット１０に温水を供給する際に、液体流量調節手段２を制御して温水マット１０に供給する液体の流量を調節し、液体循環ポンプ６から熱交換器側液体導入通路の管路９１に導入される液体の流量を調節することと、燃焼制御手段１２に指令を加えて暖房用バーナ１６の燃焼能力を調節することの、少なくとも一方の調節を行うことにより、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰を抑制する。

例えば、液体沸騰抑制手段３は、低温暖房パタンでの動作時に、暖房高温サーミスタ３３の検出温度を取り込み、その検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度（例えば高温暖房パタン時や高温暖房・風呂追い焚き兼用パタン時よりも温度を低くした７５℃）以上になったときに、暖房側液体供給通路の管路９０側に供給する液体の流量を小さくする方向に液体流量調節手段２により流量調節を行い（ステッピングモータ付きの止水機能付き流量制御弁の開弁量を調節し）、暖房用熱交換器２８ｂ側に供給する液体の流量を大きくして、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰を抑制する。なお、沸騰抑制基準温度のデータは、メモリ部４に格納されている。

また、図３に示すように、暖房用熱交換器２８ｂに導入される液体の流量を検出するフローセンサ等の液体流量検出手段１０２を設け、液体沸騰抑制手段３が、暖房低温サーミスタ３６の検出温度と、液体流量検出手段１０２の検出流量と、メモリ部４に格納されている推定温度データとに基づいて、以下のような制御を行うようにしてもよい。

つまり、液体沸騰抑制手段３は、燃焼制御手段１２により制御される暖房用バーナ１７による加熱能力を取り込むことに加え、図１の破線に示すように、暖房低温サーミスタ３６による検出温度と液体流量検出手段１０２による検出流量を取り込み、暖房用バーナ１７の加熱能力と暖房低温サーミスタ３６の検出温度と液体流量検出手段１０２の検出流量とに基づいて求められる暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の推定温度のデータ（推定温度データ）とに基づき、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の温度を推定し、該推定温度が予め定められた沸騰抑制推定基準温度（例えば７５℃）以上になったときに暖房側液体供給通路の管路９１側に供給する液体の流量を小さくする方向に液体流量調節手段２により流量を調節して暖房用熱交換器２８ｂ側に供給する液体の流量を大きくするようにしてもよい。

また、液体沸騰抑制手段３は、暖房高温サーミスタ３３の検出温度が前記沸騰抑制基準温度以上になったときに、燃焼制御手段１２に指令を加えてガスの比例弁８６の開弁量制御や電磁弁８１，８２の開閉制御を行うことにより暖房用バーナ１６の燃焼能力を小さくして暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制してもよいし、前記のようにして求めた暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の推定温度が前記沸騰抑制推定基準温度以上になったときに、ガスの比例弁８６の開弁量制御や電磁弁８１，８２の開閉制御を行うことにより暖房用バーナ１６の燃焼能力を小さくして暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制してもよい。

さらに、液体循環ポンプ６を例えばＤＣブラスレスモータにより形成し、暖房側液体供給通路（管路９０）に接続される温水マット１０の負荷情報（例えばスイッチをオンとして稼動させる温水マット１０の個数や大きさ等の情報）に対応させて、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制する液体循環ポンプ６の制御情報を予め与え、その制御情報をメモリ部４に格納し、この制御情報に基づいて液体沸騰抑制手段３が以下のような制御を行うようにしてもよい。

つまり、液体沸騰抑制手段３は、温水マット１０に無線や有線により接続されているリモコン装置１１ａ，１１ｂの操作情報（運転のオン・オフ情報）から、運転される温水マット１０の負荷の情報を受信する。そして、その受信情報と液体循環ポンプ６の制御情報とに基づいて、液体沸騰抑制手段３が液体循環ポンプ６の回転数と駆動電力の少なくとも一方を制御することにより、液体循環ポンプ６による液体循環通路５の液体循環流量を調節することによって熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を調節し、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制するようにしてもよい。

なお、通常、熱交換器内には、管内を通る液体を乱流にして沸騰を防止するバッフルコイル等が挿入されており、暖房用熱交換器２８ｂ内にもバッフルコイルを設けているにもかかわらず沸騰音が生じるということは、熱交換器内の液体流量が、その液体の温度に対応する動粘性係数に応じた一定の流量より小さくなると、このバッフルコイル等で乱流を作る際に乱流が有効に形成されずに沸騰が生じるのではないか（乱流が形成されても沸騰音が発生することを防ぐような状態の乱流とはならないのではないか）、と本願発明者は推定した。そして、本願発明者が実験により、本実施例において、その沸騰が生じるか否かの境界の流量を求めたところ、４．５リットル／分ということが分かった。

以下、本願発明者による実験内容について述べる。燃焼制御手段１２でコントロールできる最低インプットを例えば２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］として、暖房用熱交換器２８ａ，２８ｂを加熱している場合において、このとき、アウトプットは、２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］×効率０．８（０．８＝暖房用熱交換器２８ａの効率０．０８＋暖房用熱交換器２８ｂの効率０．７２））となるが、例えば暖房低温サーミスタ３６で測定される温度が７０℃、暖房高温サーミスタ３３で測定される温度が８０℃のときには、暖房用熱交換器２８ｂでの液体流量は、液体（本実施例においては水）の比熱を１として求めると、以下の式（１）により、３．１２［リットル／分］となることが分かる。

（２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］×０．７２）／６０［分］／（８０［℃］−７０［℃］）＝３．１２・・・（１）

本実施例において、このように暖房用熱交換器２８ｂ内の液体（水）の流量が３．１２［リットル／分］のときには、沸騰音が発生した。ちなみに、このときの液体循環ポンプ６からの吐出流量は、温水マット１０への９．４リットル／分と、暖房用熱交換器２８ｂへの３．１２リットル／分を加えた値となるために、１２．５２リットル／分となる。

一方、前記沸騰制御基準温度として設定した温度（例えば７５℃）より僅かに高い温度（例えば７６．９℃）では沸騰は発生しなかった。このときの暖房用熱交換器２８ｂにおける液体の流量は、液体の比熱を１として求めると、以下の式（２）により、４．５リットル／分と推定される。

（２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］×０．７２）／６０［分］／（７６．９［℃］−７０［℃］）＝４．５・・・（２）

そして、本発明者は、暖房高温サーミスタ３３で測定される温度が、８０〜８２℃の時であっても、以下の式（３）に示されるように、暖房用熱交換器２８ｂでの流量が４．５リットル／分以上であれば、沸騰は発生しないと考えた（液体の比熱は１として計算）。

（２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］×０．７２）／６０［分］／（８０［℃］−７３．１［℃］）〜（２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］×０．７２）／６０［分］／（８２９［℃］−７５．１［℃］）・・・（３）

なお、暖房高温サーミスタ３３で検出される温度が８０℃になるように燃焼制御手段１２で制御を行うと、暖房低温サーミスタ３６の部分の温度が７３．１℃より低くなるにしたがって、２６００［Ｋｃａｌ／ｈ］より多くのガスを送って設定温度（例えば８０℃）を維持しようとするが、本発明者による実験によって、本実施例においては、燃焼量が多くなっても（設定値の上限に至っても）、暖房用熱交換器２８ｂでの流量が４．５リットル／分以上ならば、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体が沸騰しないことが確認された。

すなわち、暖房用熱交換器２８ｂ内において、高い温度で流量が少なくなると（例えば暖房高温サーミスタ３３で測定される温度が８０℃時で３．１２リットル／分となると）、暖房用熱交換器２８ｂ内部にバッフルコイルを設けているにもかかわらず、そのバッフルコイルで乱流を有効に作ることができず（層流となるか、または、乱流であっても沸騰を有効に止めることができない乱流しかできず）、沸騰音が出てしまうことが分かり、乱流形成が可能で沸騰音を抑制可能な液体流量の値は熱交換器固有の値（例えば温度で変わる値）であると考えられる。そして、本実施例の場合には、この値は、４．５リットル／分以上であると考えられる。

なお、水を円管路内に通す場合に、動粘性係数であるレイノルズ数が５０００を超えると乱流が発生し、レイノルズ数が２０００より小さい場合には層流になり、レイノルズ数２０００以上５０００以下は遷移領域となるということが知られている。また、管路に流す液体の流量に応じて、その流量が１．２ｍ／秒〜１．３ｍ／秒ではエロージョン・コロージョンが発生しないため、銅管に穴あきが形成されないが、１．４ｍ／秒を越えるとエロージョン・コロージョンが発生する。そのため、１．４ｍ／秒の流速を越えないようにすることが必要となり、本実施例においても、この上限値以下の流速で液体を通過させるようにしている。

本実施例において、暖房用熱交換器２８ｂ内の流量が３．１２リットル／分となるように液体循環ポンプ６から液体（水）を吐出させる場合、温水マット１０へ流れる液体の流量は９．４リットル／分、温水マット１０内の銅管の外径φは１４ｍｍ、銅管の厚みは０．８ｍｍ（つまり、内径は１２．４ｍｍ）、液体の流速は１．３ｍ／秒であり、レイノルズ数（７０℃時）は３８９７０で乱流が形成される値となる。また、液体循環ポンプ６から暖房用熱交換器２８ｂまでの管路（銅管）を通る液体の流量は３．１２リットル／分、銅管の外径φは１２．７ｍｍ、銅管の厚みは０．８ｍｍ、液体の流速は０．５４ｍ／秒、レイノルズ数（７０℃時）は１４４５０で乱流が形成される値となり、暖房用熱交換器２８ｂの内部を通る液体流量は３．１２リットル／分、銅管の外径φは１８ｍｍ、銅管の厚みは０．８ｍｍ、液体の流速は０．２５ｍ／秒、レイノルズ数（７０℃時）は９７８０で乱流が形成される値である。

つまり、これらのレイノルズ数から明らかなように、暖房用熱交換器２８ｂに液体を送り込むときから、液体を乱流状態で送り込み、暖房用熱交換器２８ｂ内にバッフルコイルを設けなくても乱流となるレイノルズ数で暖房用熱交換器２８ｂ内部に液体を通過させるようにし、さらには、バッフルコイルで強制乱流を起こさせているのだから、当然、沸騰音など発生しないと考えていたにもかかわらず、前記のような本願発明者による検討の結果、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の流量を４．５リットル／分（レイノルズ数１４１０６）以上としないと、安定して沸騰音を抑制できない（沸騰音なしにできない）ことが分かった。

以上の検討に基づき、暖房用交換器２８ｂ内の液体の沸騰が抑制される液体循環流量の値である４．５リットル／分を、沸騰制御基準流量としてメモリ部４に予め与えておき、暖房用熱交換器２８ｂ側へ送る液体の流量を制御してもよい。
なお、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体流量は、燃焼制御手段１２のデータ（例えばインプット）、暖房低温ダーミスタ３６で測定される温度データ、暖房高温サーミスタ３３で測定される温度データを用いて間接的に流量を求めてもよいし、例えば図３に示したように、直接流量を測定できるフローセンサなどの液体流量検出手段１０２を設けて測定するようにしてもよい。

さらに、リモコン装置１１ａ，１１ｂからの操作情報（運転のオン・オフ情報）に対応させて、運転される温水マット１０に応じて（つまり、一方の温水マット１０のみの運転なのか、他方の温水マット１０のみの運転なのか、両方なのかに応じて）暖房用熱交換器２８ｂ側へ流れる液体流量を推定し（例えばリモコン装置１１ａ，１１ｂからの操作情報に応じた暖房用熱交換器２８ｂ側へ流れる液体流量のデータを与えておき）、ポンプ駆動手段９による液体循環ポンプ６の駆動状況（回転数や駆動電力）を制御して液体循環通路５の液体循環流量を制御し、暖房用熱交換器２８ｂ側に流れる液体流量を沸騰制御基準流量（本実施例では、４．５リットル／分）以上として、暖房用熱交換器２８ｂ内の液体の沸騰を抑制するようにしてもよい。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、前記実施例では、暖房装置としての温水マット１０に供給する液体の流量を調節する液体流量調節手段２としてステッピングモータ付き止水機能付流量制御弁を用いたが、液体流量調節手段２はステッピングモータ付き熱動弁とするとは限らず、液体の流量を自在に可変調節できる適宜の構成を有する手段により形成されるものである。

また、前記実施例では、暖房用熱交換器２８を一次熱交換器２８ｂと二次熱交換器２８ａとを有する構成としたが、暖房用熱交換器２８は、熱交換器２８ｂのみを有する構成としてもよいし、図３に示すように、高温暖房装置１０６に接続される管路９７等を省略してもよい。

また、図３に示すように、暖房用熱交換器２８ｂの入側に、加熱されていない低温の液体を導入する低温液体導入通路１０３を設けて、この低温液体通路１０３に電磁弁１０４を介設し、液体沸騰抑制手段３は、液体流量調節手段２による流量調節に加え、電磁弁１０４を開いて低温液体導入通路１０３を通る液体を液体循環通路５の熱交換器側液体導入通路の管路９１から暖房用熱交換器２８ｂに合流させて導入することにより、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰を抑制するようにしてもよい。また、管路９０や管路４５にオリフィスを設けてもよい。

さらに、温水マット１０の敷設に際し、従来は、工事業者が温水マット１０等を熱源装置に接続して試運転をし、例えば液体循環ポンプ６の消費電力に基づいて温水マット１０の大きさを推定することが行われているが、工事業者が温水マット１０の大きさを推定しなくても、熱源装置に温水マット１０等を接続して試運転した際に、液体循環ポンプ６の消費電力に基づいて温水マット１０の大きさを推定する機能を熱源装置に持たせてもよい。なお、例えば温水マット１０の面積が小さい場合には、流量が大きくなるために液体循環ポンプ６の消費電力が大きくなり、その逆に、温水マット１０の面積が小さい場合には、流量が小さくなるために液体循環ポンプ６の消費電力が小さくなるので、液体循環ポンプ６の消費電力に基づいて温水マット１０の大きさを推定できる。

そして、熱源装置に持たせた前記推定機能によって、暖房用熱交換器２８ｂで沸騰音が発生すると推定される流量の時に、管路９０や管路４５にオリフィスを設けるように、工事業者等に促す構成を設けてもよい。例えば面積が小さい温水マット１０を２枚熱源装置に接続した時等の液体循環ポンプ６の消費電力が小さく、液体循環ポンプ６から吐出される液体（温水）のうち、例えば前記実施例を例に挙げれば、温水マット１０側に９．４リットル／分以上送られると推定される場合、暖房用熱交換器２８ｂ内に送られる液体の流量は３．１２リットル／分となって沸騰音が生じると予想される。そこで、その場合には、例えば熱源装置に接続されるリモコン装置に、「オリフィスをつけて下さい」という旨のメッセージを表示したり、音声で報知したりすれば、このメッセージに基づいて工事業者等がオリフィスを設けることにより沸騰音の発生を防ぐことができる。

さらに、温水マット１０に導入される液体の流量を検出する暖房側流量検出手段を管路９０に設け、暖房側流量検出手段により検出される検出流量が予め定められる設定流量以上になったときに、液体沸騰抑制手段３が液体流量調節手段２２による流量調節を行うことにより、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰を抑制するようにしてもよい。なお、図３に示したような高温暖房装置を接続しない構成の場合には、暖房側流量検出手段を管路９５の管路９６との接続部よりも上流側（温水マット１０との接続側）に設けて同様の制御を行うようにしてもよい。

さらに、温水マット１０に導入される液体の流量を検出する暖房側流量検出手段を設ける代わりに、前記のように、液体循環ポンプ６の回転数や駆動電力から温水マット１０に導入される液体の流量を推定検出し（液体循環通路５を循環する液体の全体の流量を求め）、この全体の流量から、暖房高温サーミスタ３３の検出温度と暖房低温サーミスタ３６の検出温度との差とに基づいて求められる暖房用熱交換器２８ｂ側に流れる液体の流量を差し引くことにより、温水マット１０側に流れる流量を推定検出してもよい。そして、この推定検出流量が予め定められる設定流量以上になったときに、液体沸騰抑制手段３が液体流量調節手段２２による流量調節を行うことにより、暖房用熱交換器２８ｂ内での液体の沸騰を抑制するようにしてもよい。

さらに、前記実施例では、給湯機能と風呂の追い焚き機能と暖房機能とを備えた複合装置としたが、給湯機能や追い焚き機能を有していない装置としてもよい。

さらに、本発明の熱源装置は、例えば前記実施例で設けたガス燃焼を行うバーナの代わりに、石油燃焼用のバーナを設けてもよいし、電熱ヒータを設けてもよい。また、液体循環通路５内に循環させる液体は、水とは限らず、例えば不凍液等の他の液体としてもよい。さらに、本発明の熱源装置に接続される暖房装置は温水マット１０とは限らず、適宜の暖房装置が接続されるものである。

本発明の熱源装置は、接続される温水マット等の暖房装置やその数に応じて対応を図れることにより、温水等の液体を供給するための液体循環通路に設けた液体加熱用の熱交換器内で液体が沸騰することを抑制することができるので、例えば家庭用の熱源装置として利用できる。

１ 熱源装置
２ 液体流量調節手段
３ 液体沸騰抑制装置
４ メモリ部
５ 液体循環通路
６ 液体循環ポンプ
９ ポンプ駆動手段
１０ 温水マット
１１ａ，１１ｂ リモコン装置
１２ 燃焼制御手段
１６ 暖房用バーナ
３３ 暖房高温サーミスタ
３６ 暖房低温サーミスタ

Claims (5)

1. 液体を循環させる液体循環ポンプを備えて該液体循環ポンプの駆動により液体を循環させる液体循環通路を有し、該液体循環通路の前記液体循環ポンプの吐出側の通路は分岐されて、その一方は前記液体循環通路を循環する液体の加熱用の熱交換器側に液体を導入する熱交換器側液体導入通路を形成し、他方は前記液体循環通路に接続される暖房装置に液体を供給する暖房側液体供給通路を形成しており、前記液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器を加熱する加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節し、前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制する液体沸騰抑制手段を有することを特徴とする熱源装置。
2. 暖房側液体供給通路に接続される１つ以上の暖房装置に供給する液体の流量を調節する液体流量調節手段が設けられ、液体沸騰抑制手段は前記液体流量調節手段を制御して前記暖房装置に供給する液体の流量を小さく調節することにより液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を大きく調節することを特徴とする請求項１記載の熱源装置。
3. 暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷に対応させて熱交換器内の液体の沸騰を抑制する液体循環ポンプの制御情報が予め与えられており、液体沸騰抑制手段は前記暖房側液体供給通路に接続される暖房装置の負荷の情報を受信し、該受信情報と前記液体循環ポンプの制御情報とに基づいて該液体循環ポンプの回転数と駆動電力の少なくとも一方を制御することにより前記液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量を大きく調節して前記熱交換器内の液体の沸騰を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱源装置。
4. 熱交換器を通って導出される液体の温度を検出する熱交換器出側温度検出手段を有し、液体沸騰抑制手段は前記熱交換器出側温度検出手段の検出温度が予め定められた沸騰抑制基準温度以上になったときに液体循環ポンプから熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器の加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節して前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の熱源装置。
5. 熱交換器に導入される液体の温度を検出する液体温度検出手段と、前記熱交換器に導入される液体の流量を検出する液体流量検出手段とを有し、液体沸騰抑制手段は、前記液体温度検出手段による検出温度と、前記液体流量検出手段による検出流量と、前記加熱手段による前記熱交換器の加熱能力と、該加熱能力と前記検出温度と前記検出流量とに基づいて求められる熱交換器内の液体の推定温度のデータとに基づいて前記熱交換器内の液体の温度を推定し、該推定温度が予め定められた沸騰抑制推定基準温度以上になったときに液体循環ポンプから前記熱交換器側液体導入通路に導入される液体の流量と前記熱交換器の加熱手段の加熱能力の少なくとも一方を調節して前記熱交換器内での液体の沸騰を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の熱源装置。

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