JP2651520B2 - 二温度方式温水循環式暖房機における温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、熱交換器により高温水を加熱生成し、こ
の高温水を高温負荷に循環させて高温度の暖房を行うと
ともに、戻り湯の一部を分岐して低温負荷に循環させて
低温度の暖房を行わせる二温度方式温水循環式暖房機に
用いられ、循環水の温度を制御することにより、すばや
く暖房できる温度制御装置に関する。

＜従来の技術と発明が解決しようとする課題＞ 床下に温水を循環させて床を暖める床暖房や、部屋内
に設置した放熱用フィンに温水を流して部屋を緩やかに
暖める微温風放熱暖房においては、循環させる温水の温
度としてあまり高い温度が要求されることはなく、通常
60℃位の比較的低温度の温水が用いられる。

しかし、暖房を開始する時に、温水の流れる循環通路
（以下暖房の目的物である床や放熱用フィンを含めて
「負荷」という）が冷えていると、低温度の温水を循環
させたのでは負荷が暖まるまでに相当の時間がかかるこ
とがある。

これは、循環水の温度が低く、負荷との温度差が小さ
いので、温水から負荷へ熱交換がなされる際に、熱の流
れが遅いことによるものである。

そこで、負荷との温度差を大きくとるために、循環水
の温度を高くすることも考えられるが、負荷が十分暖ま
った後は負荷の温度が高くなり過ぎるという問題があ
る。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
暖房負荷をいち早く暖め、暖めた後は負荷を適温に保つ
ことのできる温度制御装置を提供することを目的とす
る。

＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するためのこの発明の、二温度方式
温水循環式暖房機における温度制御装置は、熱交換器に
より加熱生成される温水の温度を検出する第１温度セン
サと、低温負荷に供給される温水の温度を検出する第２
温度センサと、上記第１温度センサの検出温度に基づ
き、高温負荷を循環する温水の温度を高温設定温度に制
御して高温暖房を行う高温暖房制御手段と、上記第２温
度センサの検出温度に基づき、低温負荷を循環する温水
の温度を低温設定温度に制御して低温暖房を行う低温暖
房制御手段とを有し、上記低温暖房制御手段は、低温暖
房制御のみが選択されたとき、低温暖房の開始から第２
温度センサの検出温度が低温設定温度になるまでの間は
上記第１温度センサの検出温度に基づく暖房を行い、第
２温度センサの検出温度が低温設定温度に到達した後は
上記第２温度センサの検出温度に基づく暖房を行うもの
である。

＜作用＞ 上記構成の温度制御装置によれば、低温暖房制御のみ
が選択されたとき、熱交換器により加熱生成される温水
をバイパス管によって高温負荷を通さずに低温負荷に循
環させることができる一方、暖房開始後第２温度センサ
の検出温度が低温設定温度に到達するまでの間は第１温
度センサの検出温度に基づく暖房が行われる。したがっ
て、低温暖房のみが選択された暖房初期において通常よ
りも高い温度の温水を低温負荷に循環させることができ
る。その結果、低温負荷をすばやく暖めることができ
る。また、低温負荷が暖まって第２温度センサの検出温
度が低温設定温度に到達した後は、第２温度センサの検
出温度に基づく暖房が行われる。その結果、低温負荷の
所望の温度に保つことができる。

＜実施例＞ 次いで、実施例について図を参照しながら以下に詳細
に説明する。

第１図は、二温度方式温水循環式暖房機の内部構造図
を示したものである。本二温度方式温水循環式暖房機
は、熱交換器により高温水を加熱生成し、この高温水を
温風放熱器、バスヒータ、浴室換気乾燥器等の高温負荷
に循環させて高温暖房を行うとともに、戻り湯の一部を
分岐して、ソフト床暖房パネル、微温風放熱器等の低温
負荷に循環させて低温度の暖房を行うことができる二温
度方式温水循環式暖房機であり、熱交換器により加熱生
成された温水の温度を測定する第１温度センサに加え
て、戻り湯の温度を測定する第２温度センサを備えてい
るものである。

その概略構造を説明すると、二温度方式温水循環式暖
房機本体（31）には、高温水供給用ヘッダ（55）、低温
水供給用ヘッダ（56）、および高温水低温水共通の温水
回収用ヘッダ（57）が設けられている。低温水供給用ヘ
ッダ（56）を通る循環水の調節は熱動弁（56a）〜（56
c）によって行われ、熱動弁（56a）〜（56c）の駆動
は、後述のマイクロコンピュータ（63）により制御可能
となっている。

高温水供給用ヘッダ（55）には、高温負荷としてのバ
スヒータ（71）、浴室換気乾燥器（72）等が弁（55a）
を介して接続されており、低温水供給用ヘッダ（56）に
は、低温負荷としてのソフト床暖房パネル（73）、微温
風放熱器（74）等が各熱動弁（56a）〜（56c）を介して
接続されている。各負荷からの回収水は温水回収用ヘッ
ダ（57）を通して回収されるようになっている。

暖房機本体（31）の内部には、温水回収用ヘッダ（5
7）から回収した温水を加熱するための内循環水路（3
2）が設けられており、内循環水路（32）は、循環水の
膨脹収縮を吸収るための膨脹タンク（33）、循環ポンプ
（34）、および熱交換器（35）を介して高温水供給用ヘ
ッダ（55）に接続されているとともに、循環ポンプ（3
4）の位置している部分の直ぐ下流には、一部の循環水
を、熱交換器（35）を通さずに低温水供給用ヘッダ（5
6）に直接供給するための分岐部（58）が設けられ、一
部の循環水が分岐部（58）から別れて低温水供給用ヘッ
ダ（56）から供給されるようになっている。（59）は分
岐部（58）の入口に設けられた温度センサ（第２温度セ
ンサという）である。また、高温水供給用ヘッダ（55）
と温水回収用ヘッダ（57）とを短絡する所定内径のバイ
パス管（36）が設けられている。バイパス管（36）の内
径は、低温暖房時に高温水を所定量バイパスさせて低温
水供給用ヘッダ（56）から供給される温水の温度を十分
に高めることができるだけの太さに設定されている。
（50）はオーバーフロー管である。

一方、外部からの燃焼ガスを導くガス管（37）を設
け、このガス管（37）の途中に電磁弁（38）、比例弁
（40）を介在させているとともに、ガス管（37）の終端
部にガスバーナ（41）を取り付けている。（42）は点火
プラグである。ガスバーナ（41）の炎口には排気筒（4
3）の吸気口が対向している。熱交換器（35）は吸気口
の奥部に設けられ、上記排気筒（43）の外側所定位置に
は、排気筒（43）から漏出する炎による温度上昇を検知
する温度センサ（51）が取り付けられており、温度セン
サ（51）は温度上昇を検知すると、制御部（図示せず）
を動作させて電磁弁（38）を閉成させる。また、排気筒
（43）の途中部には強制排気ファン（46）が設けられ、
排気筒（43）の出口は排気口（48）となっている。な
お、（47）は強制排気ファン（46）を回転駆動するモー
タ、（49）は本体（31）の表面部に設けられた空気取入
れ孔である。

上記内循環水路（32）のうち、熱交換器（35）の出口
にあたる部分には、２つの温度センサ（52）（53）が設
けられている。温度センサ（52）は100℃以上の高温で
動作するものであって、例えば循環水量が異常に少なく
なって内循環水路（32）が異常昇温したときに動作する
ものである。一方、温度センサ（53）（第１温度センサ
という）は熱交換器（35）を通過した循環水の温度を検
知し、温度制御の用に供するものである。

第２図は上記二温度方式温水循環式暖房機に適用され
る温度制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
温度制御装置はマイクロコンピュータ（63）、高温コン
トローラ（61）、低温コントローラ（62a）（62b）…、
第１温度センサ（53）、第２温度センサ（59）、比例弁
（40）、電磁弁（38）および循環ポンプ（34）等から構
成されている。高温コントローラ（61）はバスヒータ
（71）、浴室換気乾燥器（72）等の高温負荷を制御する
ためのもので、建物内のいずれかの場所に配置されてお
り、暖房を開始する暖房スイッチ、パイロットランプ等
を備えている。低温コントローラ（62a）（62b）…はソ
フト床暖房パネル（73）、微温風放熱器（74）といった
低温負荷を制御するためのもので、各低温負荷の設置場
所ごとに設置されている。例えば部屋数が５つあり、各
部屋に床暖房が施してあれば、低温コントローラも５つ
あり各部屋ごとに設置されていることになる。マイクロ
コンピュータ（63）は、高温コントローラ（61）からの
運転開始信号、または低温コントローラ（62a）（62b）
…からの運転開始信号、温度センサ（53）（59）のいず
れか一方からの温度検出信号に基づいて所定の判断を行
い、循環ポンプ（34）に駆動信号を送るとともに、必要
に応じて、比例弁（40）に対してガス量調節信号を送っ
たり、電磁弁（38）に対してガス開閉信号を送ったりす
ることにより、循環水を所定の設定温度に保つよう制御
するものである。

すなわち、バスヒータ（71）、浴室換気乾燥器（52）
等の高温負荷に温水を供給するときは、マイクロコンピ
ュータ（63）は、高温コントローラ（61）からの運転開
始信号を受けて低温水供給用ヘッダ（56）の熱動弁（56
a）〜（56c）を閉じ、高温水供給用ヘッダ（55）の弁
（55a）を開いた状態で循環ポンプ（34）を作動させて
水を循環させるとともに、第１温度センサ（53）の検知
出力に基づいて、80℃を基準にして、必要に応じて、比
例弁（40）に対してガス量調節信号を送ったり、電磁弁
（38）に対してガス開閉信号を送ったりすることによ
り、循環水を加熱制御することができる。このように、
上記の二温度方式温水循環式暖房機における高温負荷の
暖房は、高温水供給用ヘッダ（55）に供給する湯温を一
定に保つことにより行われる。

高温制御の具体的内容を第３図を用いて説明する。第
３図は、縦軸に燃焼量、横軸に温度センサによる検出温
度をとったグラフであり、制御開始時は比例弁（40）お
よび電磁弁（38）を全開して加熱する。すると、温度は
図のスタート位置ST点から上昇して、高温制御の基準温
度（80℃）に達する（ａ点）。この後、温度が上昇する
と比例弁（40）を閉じる方向に動作させる。その結果温
度が下降してくると再び比例弁（40）を開く方向に動作
させ、これにより、循環水の温度は基準温度よりも若干
高い温度領域で上下する。この状態はグラフ上のｂ領域
で示される。なお、以上のように電磁弁38）を全開し、
比例弁（40）でガス量を調節する燃焼ループを強燃焼ル
ープという。

もし、水量が少ない等の理由で比例弁（40）を絞って
行っても温度上昇が続き、沸騰防止温度（88℃）に達す
るならば（ｃ点）、比例弁（40）を閉じるとともに電磁
弁（38）も閉じる（ｄ点）。すると、温度は下がり始め
る。温度が燃焼再開温度（70℃）まで下がると（ｅ
点）、電磁弁（38）を開きガスに点火する（ｆ点）。こ
のように、比例弁（40）を閉じ、電磁弁（38）の開閉の
みでガス量を調節する燃焼ループを弱燃焼ループとい
う。この後温度が上昇するか下降するかを判定し、温度
が下降するようであれば（ｇ点）、比例弁（40）を全開
して加熱し（ｈ点）、強燃焼ループに移る。ｆ点から温
度が上がっていくならば弱燃焼ループによる制御を続行
する。

以上のような高温制御を実行した後、第４図の低温制
御手順に入る。低温制御手順については、第４図に示す
ように温度が相対的に低くなっている点を除けば上記高
温制御手順と全く同様に行われるので説明は省略する。

第５図は、低温制御を行う前に高温制御を行った場合
と、行わなかった場合との、負荷の温度推移を比較する
グラフである。グラフ中、曲線Ｉ、IIは温度センサによ
り検出された循環水の温度を表し、曲線ｉ、iiは負荷の
温度を表す。そして、曲線Ｉ、ｉは、低温制御を行う前
に高温制御を行う制御を行った場合の温度推移、曲線I
I、iiは始めから低温制御のみを行った場合の温度推移
を表している。暖房開始後、高温制御を行うと、循環水
は曲線Ｉのとおり高温（80℃）まで急速に昇温し、それ
とともに負荷の温度も曲線ｉのとおり比較的速く所望の
温度（60℃）に達する。高温制御を行わなかった場合に
は、循環水は曲線IIのとおり60℃まで昇温するのみであ
り、負荷の温度が60℃に達するのには時間がかかる（曲
線ii）。このように、暖房スイッチ投入後、低温制御を
行う前に高温制御を行うことにより、速やかに負荷を暖
めることができる。

なお、高温コントロール（61）からの運転開始信号と
低温コントローラ（62a）（62b）…からの運転開始信号
とが競合したときには、高温コントローラ（61）を優先
し、第２温度センサ（59）の検出温度に関係なく第１温
度センサ（53）の検出温度に基づき制御を行っている。
この場合、低温水供給用ヘッダ（56）の熱動弁（56a）
〜（56c）、高温水供給用ヘッダ（55）の弁（55a）を両
方開いた状態で第１温度センサ（53）の検知出力に基づ
いて熱交換器（35）を駆動制御して、温水を循環させ
る。すると、高温負荷に高温水が供給されるとともに、
高温負荷から回収された温水は分岐部（58）を介して一
部は熱交換器（35）に戻り、他部は低温水供給用ヘッダ
（56）を通して低温負荷の方に流れていく。この場合、
第２温度センサ（59）の検知出力に基づく制御は行わな
いが、高温負荷から回収された温水の温度が負荷に熱を
取られて若干低下するので、低温負荷にほぼ適正な温度
の湯を供給することができる。

次に、ソフト床暖房パネル（73）、微温風放熱器（7
4）等の低温負荷のみに温水を供給する場合について説
明する。低温コントローラ（62a）（62b）…を操作する
と、低温コントローラ（62a）（62b）…からの低温運転
開始信号がマイクロコンピュータ（63）に入力される。
すると、マイクロコンピュータ（63）は、高温水供給ヘ
ッダ（55）の弁（55a）を閉じ、低温水供給用ヘッダ（5
6）の熱動弁（56a）〜（56c）を開いた状態で循環ポン
プ（34）を作動させて温水を循環させる。すると、循環
ポンプ（34）から吐き出された循環水の一部は、分岐部
（58）から直接低温水供給用ヘッダ（56）を通して負荷
の方に流れていく。また、循環ポンプ（34）から吐き出
された循環水の残部は熱交換器（35）に入り、ここで加
熱されてバイパス管（36）を通して再び循環ポンプ（3
4）に戻ってくる。

上記低温制御は、低温水供給用ヘッダ（56）から遠い
位置にある第１温度センサ（53）ではなく、低温水供給
用ヘッダ（56）に近い分岐部（58）に設けられた第２温
度センサ（59）の検出信号に基づき行うことが、低温水
供給用ヘッダ（56）から出る循環水の温度を正確に60℃
程度の低温設定温度に保つためには好ましい。

しかし、暖房を開始する時に負荷が冷えていると低温
度の温水を循環させたのでは、負荷が暖まるまでに相当
の時間がかかることがある。これは、第２温度センサ
（59）により低温水供給用ヘッダ（56）に供給される湯
の温度が比較的低く（60℃）、負荷の温度（室温）との
温度差が小さいので、温水から負荷へ熱交換がなされる
際に、熱の伝達量が少ないことによるものである。

そこで、マイクロコンピュータ（63）は、暖房スイッ
チの投入後、直ちに低温制御を開始するのではなく、暖
房スイッチの投入後戻り湯温の温度が60℃に達したこと
を第２温度センサ（59）が検知するまで、第１温度セン
サ（53）の検出温度に基づいて、80℃位の高温の湯を循
環させる温度制御を行う。以下、この温度制御手順につ
いて説明する。

第６図は、温度制御手順等を示すフローチャートであ
り、ステップS11において暖房スイッチが投入されたこ
とを確認すると、ステップS12において80℃での高温制
御を開始する。熱交換器（35）から出た循環水は、バイ
パス管（36）を通って分岐部（58）に達し、低温水供給
用ヘッダ（56）を通して負荷に供給される。低温水供給
用ヘッダ（56）から供給される湯の温度は、バイパス管
（36）の内径を所定太さに設定して、熱交換器（35）に
より熱せられた高温水が多量にバイパスできるようにし
ているので、低温負荷暖房時に低温水供給用ヘッダ（5
6）から供給される湯温（60℃）と比較すると高くなっ
ている。ステップS13で低温水供給用ヘッダ（56）から
負荷に供給された戻り湯の温度（第２温度センサ（59）
により検出される温度）が低温設定温度（60℃）に達す
るまで待ち、この温度に達すると、ステップS14におい
て、第２温度センサ（59）に基づいた温度制御手順に入
る。そして、ステップS15で暖房スイッチがOFFされるま
でこの制御を続ける。

以上のようにして、暖房スイッチ投入後第２温度セン
サ（59）に基づいた温度制御を行う前に第１温度センサ
（53）に基づいた温度制御を行うことにより、速やかに
負荷を暖めることができる。そして、第２温度センサ
（59）の検出温度が低温設定温度に達したことをもって
第２温度センサ（59）に基づいた制御を移り、その後
は、低温負荷を循環する温水の温度を正確に低温設定温
度に保持することができる。

次に、上記第２温度センサ（59）に基づいた制御に移
行した後の温度制御手順について詳説する。

低温負荷の暖房時においては、低温水供給用ヘッダ
（56）に多数の低温負荷を接続すると、上記温水回収用
ヘッダ（57）から回収された温水のうち熱交換器（35）
に入る循環水の量が減少するため、熱交換器（35）を流
れる湯の量は少なくなり、熱交換器（35）等が過熱気味
となる。しかし、第２温度センサ（59）に基づいた制御
を行っているので、熱交換器（35）を流れる湯の温度が
上昇しても戻り湯の温度による制御ゆえ応答が遅く、こ
れを検知するのが遅れ、ガス燃焼による加熱を続ける事
態がよく発生する。このとき、熱交換器（35）を流れる
湯が沸騰直前にまで加熱され危険な状態となる。

そこで、第２温度セサ（59）に基づいた制御に移行し
た後、以下の温度制御手順を実行することにより、暖房
機の安全性を高めている。

すなわち、マイクロコンピュータ（63）は、第２温度
センサ（59）に基づいた制御に移行した後も第１温度セ
ンサ（53）の検出温度を監視し続け、第１温度センサ
（53）の検出温度が沸騰防止温度を超えた場合に、第２
温度センサ（59）に基づいた制御を中止し、第１温度セ
ンサ（53）に基づいた制御に移行するのである。

第７図は上記制御手順を示すフローチャートであり、
ステップS21で第２温度センサ（59）による制御（制御
温度60℃）を行っているときに、他の低温コントローラ
（62a）（62b）…からの低温運転開始信号が入力される
と、その入力されたコントローラ（62a）（62b）…に対
応する循環水通路の冷たい温度の水が膨脹タンク（33）
に流れ込むため、第２温度センサ（59）の検出温度は下
がり始める。一方、低温負荷に流れる温水の量が増える
ため、熱交換器（35）を流れる湯の量がさらに減少す
る。したがって、熱交換器（35）および熱交換器（35）
付近の水路の温度が沸騰直前の温度まで上昇し危険な状
態となることがある。このような場合、第１温度センサ
（53）の検出温度が沸騰防止温度（88℃）に達すれば
（ステップS22）、第１温度センサ（53）による制御
（制御温度80℃）に切り替える（ステップS23）。これ
により燃焼量を低下させ、または燃焼をOFFし、以後、
弱燃焼ループに切り替えることになる。この結果、一時
的に膨脹タンク（33）に流れ込む温水温度が低下し、第
２温度センサ（59）の検出温度は下降する。しかし、第
１温度センサ（53）の検出温度が例えば66℃以下になる
と強燃焼ループに移行させる温度制御を実行することに
より、負荷に供給される温水の温度は、低温設定温度
（60℃）まで徐々に上昇する。ステップS24において第
２温度センサ（59）の検出温度が低温設定温度（60℃）
に達すると、以後第２温度センサ（59）による制御に復
帰する。

このようにして、両方の温度センサ（53）（59）の両
方を常時監視し、温水の循環量の変動による熱交換器
（35）側の沸騰を防止することができるとともに、第２
温度センサ（59）の検出温度が低温設定温度（60℃）に
達した時は、再び第２温度センサ（59）による制御に戻
り、低温負荷を循環する温水の温度を正確に保持するこ
とができる。

＜発明の効果＞ 以上のように、この発明の二温度方式温水循環式暖房
機における温度制御装置によれば、低温暖房制御のみが
選択されたときには、熱交換器で加熱生成された温水を
高温負荷を通さずに低温負荷に循環させることができる
とともに、第１温度センサの検出出力に基づく暖房を行
った後第２温度センサの検出出力に基づく暖房を行うよ
うにしているから、暖房開始後、低温負荷をすばやく暖
めることができるとともに、低温負荷が暖まった後は低
温負荷を所望の温度に保つことができる。したがって、
暖房を開始してから負荷がなかなか暖まらなかったとい
う従来の不都合を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二温度方式温水循環式暖房機の内部構造を示す
概略図、 第２図は上記二温度方式温水循環式暖房機における温度
制御装置の電気的構成を示したブロック図、 第３図は高温制御温度制御サイクルを示すグラフ、 第４図は低温制御温度制御サイクルを示すグラフ、 第５図は低温制御を行う前に高温制御を行った場合と行
わなかった場合との、負荷の温度の推移を比較するグラ
フ、 第６図、第７図は上記温度制御装置の温度制御手順を示
すフローチャートである。 （53）……第１温度センサ、 （59）……第２温度センサ、 （61）……高温コントローラ、 （62a），（62b）……低温コントローラ、 （63）……制御切替え手段を構成するマイクロコンピュ
ータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡垣 光則 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥 取三洋電機株式社内 (56)参考文献 特開 昭59−32736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−245035（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−175809（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換器により温水を加熱生成し、この温
   水を高温負荷に循環させて高温度の暖房を行うととも
   に、熱交換器側への戻り湯の一部を分岐して低温負荷に
   循環させて低温度の暖房を行うとともに、上記熱交換器
   により加熱生成される温水をバイパス管で通過させて上
   記戻り湯に合流させる二温度方式温水循環式暖房機にお
   いて、 上記熱交換器により加熱生成される温水の温度を検出す
   る第１温度センサと、 上記低温負荷に供給される温水の温度を検出する第２温
   度センサと、 上記第１温度センサの検出温度に基づき、上記高温負荷
   を循環する温水の温度を高温設定温度に制御して高温暖
   房を行う高温暖房制御手段と、 上記第２温度センサの検出温度に基づき、上記低温負荷
   を循環する温水の温度を低温設定温度に制御して低温暖
   房を行う低温暖房制御手段とを有し、 上記低温暖房制御手段は、低温暖房制御のみ選択された
   とき、低温暖房の開始から第２温度センサの検出温度が
   低温設定温度になるまでの間は上記第１温度センサの検
   出温度に基づく暖房を行い、第２温度センサの検出温度
   が低温設定温度に到達した後は上記第２温度センサの検
   出温度に基づく暖房を行うものであることを特徴とする
   二温度方式温水循環式暖房機における温度制御装置。