JP2919316B2 - 床暖房システムの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床面に温水管を配
した床暖房パネルを備えた床暖房システムの制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】床暖房システムでは、温水を通過させる
ための温水配管を備えた床暖房パネルを床面に配置し、
加熱源によって加熱される熱交換器と床暖房パネルとの
間に温水循環回路を形成し、床暖房パネルに一定温度の
温水を循環させることによって床面を暖房する。床暖房
は、ファンヒータ等の室内空気を直接加熱するものに比
べて、室内空気の温度を上げるという効果は少ないが、
床面の温度を所望の温度に上昇させることで、快適な暖
房を行うことができる。暖房能力の調整は、使用者によ
って操作されるコントローラの設定暖房能力に応じて、
温水循環回路中に配された遮断弁の開放比率を自動調節
して、床暖房パネルでの放熱量を制御することによって
行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、放熱量
の制御（流量の制御）は、使用者が設定するコントロー
ラの設定暖房能力にのみ応じて決定されるため、一時的
に室温が変動しても床面温度のばらつきはなく、安定性
に優れる。ところが、上記のものは、室温が低い場合に
次の問題点がある。すなわち、定常時において適切に設
定された暖房能力（放熱量）のままで、運転を開始する
と、室内温度が低い運転開始初期には、床面温度の上昇
が遅い。このため、運転開始初期には、定常時の設定暖
房能力とは別途の暖房能力を設定し、室内温度が上昇し
た定常時に、改めて暖房能力の再設定を行う必要があ
り、煩わしさが生じる。

【０００４】本発明は、簡単な操作で、快適な暖房を確
保できる床暖房システムの制御装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、室内の床面に
配置した床暖房パネルに加熱源によって加熱された温水
をポンプによって循環させる温水循環回路を形成した床
暖房システムであって、前記温水循環回路中に温水の循
環を停止するための遮断弁を備え、暖房能力設定手段に
設定された暖房能力に応じて温水の循環流量を制御する
床暖房システムの制御装置において、前記床暖房パネル
が配置された室内の温度を検知するための室温センサを
備え、前記床暖房パネルによる床暖房運転の開始を指示
する運転指示手段により運転開始が指示されたとき、前
記加熱源および前記ポンプを作動させて、前記温水循環
回路内の温水の循環を開始するとともに、前記室温セン
サにより室温を検知し、該検知温度に応じて決定された
時間の間、前記循環流量を最大流量とし、該時間経過
後、前記暖房能力設定手段により設定された前記暖房能
力に応じて前記循環流量を制御することを技術的手段と
する。

【０００６】

【発明の効果】本発明では、運転指示手段により運転が
指示されると、加熱源およびポンプが作動して、温水循
環回路内に温水の循環が開始する。このとき、室内に設
けられた室温センサにより室温が検知され、その検知温
度に基づいて、最大循環流量の継続時間が決定され、こ
の時間の間、最大流量の温水が連続して温水循環回路内
を循環する。この結果、床暖房パネルからは、連続して
放熱が行われるため、室内温度が速やかに上昇する。前
記時間が経過すると、設定暖房能力に応じて循環流量が
制御され、適切に床面温度が管理され、快適な暖房を行
うことができる。尚、前記時間の経過した後は、室温セ
ンサによる温度管理は行われないため、室内の状況（室
温センサの設置場所等）による検知温度のばらつきには
影響されず、安定した床暖房を行うことができる。使用
者は、運転開始時に、暖房レベルを設定するだけでよ
い。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明を、以下に示す実施例
に基づいて説明する。図１は、本発明に係わる温水暖房
式エアコンシステムの実施例を示す。図１において、１
は加熱源及び冷却源を有し屋外に設置される室外機、２
は室内上方の壁部に配置される室内機であり、温水配管
及び冷却用配管によって室外機１と接続されており、３
は放熱用温水配管を有し室内の床面に配置される床暖房
パネルであり、温水配管によって室外機１と接続されて
いる。この室外機１、室内機２、床暖房パネル３及び温
水配管、冷却配管により暖房用の温水回路１０および冷
凍サイクル２０がそれぞれ形成されている。

【０００８】室外機１には、温水回路１０の構成とし
て、加熱用熱交換器１１、一定回転で駆動される循環ポ
ンプ１２、床暖熱動弁１３、ニードルをステッピングモ
ータで駆動して流量を制御する流量可変弁１４、プレッ
シャータンク１５が設けられ、加熱源としてのガスバー
ナ１００が備えられている。冷凍サイクル２０の構成と
しては、インバータ制御されるモータにより駆動されて
冷媒であるフロンガスを圧縮する圧縮機２１、凝縮器２
２、ストレーナ２３、キャピラリチューブ２４が設けら
れ、凝縮器２２には放熱ファン２６が備えられている。
室内機２には、温水回路１０の構成として暖房用熱交換
器１６が設けられ、冷凍サイクル２０の構成として冷房
用熱交換器２５が設けられ、各熱交換器１６，２５に対
して、室内空気を循環させる対流ファン２００が備えら
れていて、室内空気を冷房用熱交換器２５→暖房用熱交
換器１６の順で通過させて、再び室内へ送り出す。

【０００９】室外機１、室内機２及び床暖房パネル３に
おいて、温水回路１０は、循環ポンプ１２の吐出側に加
熱用熱交換器１１の流入側が接続され、加熱用熱交換器
１１の流出側には、流量可変弁１４を介して室内機２の
暖房用熱交換器１６の流入側が接続されている。加熱用
熱交換器１１の流入側と循環ポンプ１２の吐出側との間
で温水配管は分岐して、分岐した温水配管は床暖熱動弁
１３を介して床暖房パネル３の流入側と接続されてい
る。暖房用熱交換器１６の流出側の温水配管と床暖房パ
ネル３の流出側の温水配管は合流し、プレッシャータン
ク１５を介して循環ポンプ１２の吸引側に接続されてい
る。

【００１０】なお、温水配管は加熱用熱交換器１１の流
出側で分岐して、室内機２と床暖房パネル３をバイパス
して小流量の温水を加熱用熱交換器１１から循環ポンプ
１２へ直接帰還させるバイパス管１７となっており、バ
イパス管１７の流出側は、循環ポンプ１２の吸引側に接
続されて、プレッシャータンク１５の流出側と合流して
いる。

【００１１】以上の構成を有する温水回路１０では、循
環ポンプ１２の作動によって、主に、循環ポンプ１２→
加熱用熱交換器１１→流量可変弁１４→暖房用熱交換器
１６→プレッシャータンク１５→循環ポンプ１２の循環
回路で、バーナ１００によって高温に加熱された加熱用
熱交換器１１内の高温水を循環させる高温水循環回路を
形成するとともに、循環ポンプ１２→床暖熱動弁１３→
床暖房パネル３→プレッシャータンク１５→循環ポンプ
１２の循環回路で、循環ポンプ１２に帰還した低温水を
循環させる低温水循環回路を形成する。なお、バーナ１
００によって加熱された加熱用熱交換器１１内の高温水
は、循環ポンプ１２→加熱用熱交換器１１→バイパス管
１７→循環ポンプ１２の循環回路でも循環して、床暖房
パネル３へ循環する低温水循環回路の温水を加熱する。

【００１２】他方、冷凍サイクル２０では、フロン冷媒
は、冷媒圧縮機２１→凝縮器２２→ストレーナ２３→キ
ャピラリチューブ２４→冷房用熱交換器２５→冷媒圧縮
機２１を循環し、循環中に、冷媒は凝縮器２２で気相→
液相の状態変化をして熱の放出を行い、冷房用熱交換器
２５で液相（霧状）→気相の状態変化をして熱の吸収を
行って室内空気を冷却する。

【００１３】制御装置４００は、使用者によって操作さ
れるリモコン４に応じて各種の運転をマイコンによって
制御するもので、主部は室外機１に備えられているが、
室内機２には、リモコン４の赤外線操作信号を受信する
ための受信部と、室内機２に備えられた各種センサによ
る検知を行う検知部と、対流ファン２００を駆動するた
めの駆動部と、これらの室内機２の各部と室外機１の主
部との間で制御信号を通信する通信部とが備えられてい
る。また、主部においては、ガスを燃料とするバーナ１
００の燃焼制御等の暖房運転を含む主動作用のマイコン
とは別に、冷房運転および除湿運転における冷凍サイク
ル２０の圧縮機２１の作動を制御するための冷房用マイ
コンが別途に設けられている。

【００１４】なお、制御装置４００は、各種の制御を行
うために、加熱用熱交換器１１の流出側に高温水サーミ
スタ４０１、循環ポンプ１２の吐出側と床暖熱動弁１３
との間に低温水サーミスタ４０２、室内機２の暖房用熱
交換器１６の流出側に室内温水サーミスタ４０３、冷却
用熱交換器２５に室内凍結サーミスタ４０４、室内機２
内に室温サーミスタ４０５及び湿度センサ４０６を備え
ている。

【００１５】以上の構成からなる温水暖房式エアコンシ
ステムは、制御装置４００によって、室内機２のみによ
る単独暖房運転、床暖房パネル３のみによる床単独運
転、床暖房パネル３と室内機２によるデュエット暖房運
転、室内機２のみによるドライ運転、床暖房パネル３と
室内機２によるデュエットドライ運転、室内機２による
冷房運転がそれぞれ制御される。ここでは、室内機２の
みによる単独暖房運転、床暖房パネル３のみによる床単
独運転、床暖房パネル３と室内機２によるデュエット暖
房運転について以下に説明する。

【００１６】〔単独暖房運転〕単独暖房運転は、室内機
２のみによって室内を暖房するものである。単独暖房運
転では、リモコン４の暖房運転のオン操作に応じて流量
可変弁１４を全開にして循環ポンプ１２の駆動を開始す
るとともにバーナ１００の燃焼を開始し、リモコン４に
よって設定される目標室内温度Ｔｓと室温サーミスタ４
０５によって検知される室内温度Ｔｒとから目標湯温を
５８℃〜８５℃の間で決定し、高温水サーミスタ４０１
によって検知される湯温が目標湯温になるようにバーナ
１００の燃焼量を制御する。また、室内機２の対流ファ
ン２００は、バーナ１００の燃焼量に比例して、８段階
に制御される。なお、このとき、低温水循環回路の床暖
熱動弁１３は閉じられる。

【００１７】〔床単独運転〕床単独運転は、床暖房パネ
ル３のみによって暖房運転を行うものである。以下、図
２を参考に床単独運転について説明する。床単独運転で
は、リモコン４の床暖房運転のオン操作に応じて床暖房
ホットダッシュ動作を行う。床暖房ホットダッシュ動作
では、始めに室内機２の対流ファン２００を一定時間
（数十秒間）微風で駆動し（ステップ１０１）、これに
より、室内空気を対流させる。その後、室内機２に備え
られた室温サーミスタ４０５により室内温度Ｔｒを検知
する（ステップ１０２）。この検知により床温を推定し
て、その温度に基づいて床暖熱動弁１３を連続して開放
する床暖房ホットダッシュ時間ｔｐ（２０分〜３時間）
を算出する（ステップ１０３）。この床暖房ホットダッ
シュ時間ｔｐは、検知された室内温度Ｔｒが高い場合に
は短く、低いほど長くなるように算出する。

【００１８】床暖房ホットダッシュ動作では、循環ポン
プ１２の駆動を開始するとともにバーナ１００の燃焼を
開始する。床暖房ホットダッシュ時間ｔｐの間、床暖熱
動弁１３を開放し、高温水サーミスタ４０１によって検
知される温度が８０℃になるように燃焼ファン１０１及
び比例弁１０４を制御する（ステップ１０４）。これに
より、バーナ１００によって８０℃に加熱された温水
が、運転開始直後から床暖房ホットダッシュ時間ｔｐの
間連続して床暖房パネル３を通過して放熱するため、暖
房開始初期に十分な床暖房能力が確保でき、室内温度の
立ち上がりが向上する。

【００１９】床暖房ホットダッシュ時間ｔｐが経過した
後は（ステップ１０５においてＹＥＳ）、リモコン４に
よって７段階のうちから設定される床暖房レベルに応じ
て、床暖熱動弁１３の開放時間と遮断時間との割合が決
定されて、決定された割合で床暖熱動弁１３が開閉制御
される（ステップ１０６）。このとき、バーナ１００の
燃焼量は、低温水サーミスタ４０２によって検知される
温度が６０℃になるように制御される。この床暖熱動弁
１３の開放時間と遮断時間との割合は、２０分間の周期
において開放される時間が、最大床暖房レベルでは２０
分間、最小床暖房レベルでは３分間、その間の床暖房レ
ベルでは、３分間から２０分間の間の時間がそれぞれ設
定されるものである。なお、床暖熱動弁１３は、熱によ
り開閉制御するものであり、開閉に時間が掛かるが、温
水の循環を停止させる際、大きな作動力により確実に温
水循環回路を閉鎖することができる。なお、床暖房運転
の場合には、流量可変弁１４は閉じられる。

【００２０】〔デュエット暖房運転〕デュエット暖房運
転は、室内機２と床暖房パネル３とにより室内の暖房を
行うものである。デュエット暖房運転では、床暖房パネ
ル３については、上記の床単独運転の場合と同様に床暖
房ホットダッシュ動作の制御を行い、バーナ１００の着
火後の燃焼量制御として、加熱用熱交換器１１の流出側
に設けられた高温水サーミスタ４０１によって高温水温
度を検知して、その温度が８０℃になるようにバーナ１
００の燃焼量をフィードバック制御する。

【００２１】室内機２への温水制御としては、リモコン
４の設定温度Ｔｓと、室内機２に備えられた室温サーミ
スタ４０５に検知される室内温度Ｔｒに基づいて室内に
放出する必要熱量Ｑを算出して、この必要熱量Ｑが室内
機２の暖房用熱交換器１６で放熱されるような温水流量
Ｌが得られるように、流量可変弁１４を制御する。な
お、例えば、暖房用熱交換器１６への流量を減らすため
に、流量可変弁１４の開度を小さくした場合、バイパス
管１７へ流れる流量は増えるため、床暖房パネル３への
流量（暖房用熱交換器１６を流れる流量にバイパス管１
７を流れる流量を加えたもの）は、変化しない。すなわ
ち、流量可変弁１４の開度が変化しても、床暖房パネル
３への流量は変化しない。尚、このように床暖房パネル
３への流量は変化しないが、床暖房パネル３に供給され
る温水の温度が変化するため、床暖房ホットダッシュ動
作を行う際、ホットダッシュ時間を床単独運転時とは異
なる値に設定している。

【００２２】暖房用熱交換器１６での放熱量は、暖房用
熱交換器１６へ流入する流入温水温度Ｔinと暖房用熱交
換器１６から流出する流出温水温度Ｔout との温度差
と、暖房用熱交換器１６を流れる温水流量Ｌとから Ｑ＝Ｌ×（Ｔin−Ｔout ） … 式１ 求められるため、温水流量Ｌは、 Ｌ＝Ｑ／（Ｔin−Ｔout ） … 式２ で決まる。従って、上記の必要熱量Ｑが算出された場
合、流入温水温度Ｔinと流出温水温度Ｔout とを検知す
れば、上式２により温水流量Ｌが算出でき、この算出さ
れた温水流量Ｌになるように流量可変弁１４を制御すれ
ばよい。

【００２３】しかしながら、本実施例では、室内機２の
暖房用熱交換器１６を循環する水量を検出する水量セン
サが備えられていないため、上式２によって算出される
水量に基づいて流量可変弁１４を制御できない。このた
め、実際には、以下のとおり流量可変弁１４を制御す
る。

【００２４】暖房用熱交換器１６への流入温水温度Ｔin
が一定の場合、例えば、室内温度Ｔｒ1 が同じであれ
ば、流出温水温度Ｔout 1 は、温水流量Ｌに応じて変化
する関数Ｆ1 として、 Ｔout 1 ＝Ｆ１（Ｌ） … 式３ で表される。同様に、異なる室内温度Ｔｒn について
は、 Ｔout n ＝Ｆn （Ｌ） … 式４ として表すことができる。

【００２５】従って、暖房用熱交換器１６への流入温水
温度Ｔinが一定の場合、ある室内温度Ｔｒにおける温水
流量Ｌは、流出温水温度Ｔout n の逆関数として表され
る。すなわち、室内温度Ｔｒと流出温水温度Ｔout とが
検知されれば、温水流量Ｌを求めることができる。

【００２６】本実施例では、暖房用熱交換器１６への流
入温水温度Ｔinが８０℃の一定温度に制御されるため、
各室内温度Ｔｒについて、流出温水温度Ｔout と温水流
量Ｌとの関係をあらかじめデータとして記憶しておき、
室内温度Ｔｒを検出し、検出された室内温度Ｔｒのとき
の流出温水温度Ｔout が、上記の式２の温水流量Ｌに対
応する温度になるように流量可変弁１４を制御する。

【００２７】記憶するデータとして、検知される室内温
度Ｔｒに関する温水流量Ｌと流出温水温度Ｔout との関
係の一例を、図３に示す。図から明らかなとおり、室内
温度Ｔｒが特定されるとき、温水流量Ｌに対応した流出
温水温度Ｔout が決まるため、温水流量Ｌに対応した流
出温水温度Ｔout が検知されるように流量可変弁１４を
調節すればよいことが分かる。なお、暖房用熱交換器１
６への流入温水温度Ｔinは、高温水サーミスタ４０１に
より検知され、流出温水温度Ｔout は室内機２の室内温
水サーミスタ４０３により検知される。

【００２８】以上の制御動作により、流量センサを備え
ていなくても、暖房用熱交換器１６の流量を制御でき、
室内機２の暖房用熱交換器１６における放熱量を正確に
制御でき、床暖房パネル３による暖房を同時に行う場合
であっても、より精度の高い暖房運転を行うことができ
る。

【００２９】なお、上記の各運転において、バーナ１０
０の燃焼制御としては、各運転のオン操作に応じて、燃
焼ファン１０１でプレパージを行った後に、所定のシー
ケンスで電磁弁１０２、１０３および比例弁１０４を制
御してバーナ１００へ燃料を供給して点火電極１０５で
火花放電を発生させて燃焼を開始する点火制御を行い、
フレームロッド１０６による着火検知後は、燃焼ファン
１０１および比例弁１０４を制御してバーナ１００の燃
焼量を制御する。また、運転終了後には、バーナ１００
の燃焼停止後、２分を経過してから循環ポンプ１２の作
動を停止することにより余熱を利用して滑らかに暖房運
転を停止させることができる。上記の実施例では、遮断
弁として床暖熱動弁を示し、ＯＮ、ＯＦＦのデューティ
比を変えることにより開放比率を制御するようにした
が、比例弁を用いて、通電電流を変えることにより開放
比率を制御するようにしてもよい。尚、上記実施例で
は、室温センサとして室内暖房機に設定される室温サー
ミスタ４０５を利用したが、別途設けてもよく、この場
合、設置場所は室内のどこでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す温水エアコンシステムの
概略構成図である。

【図２】本発明の実施例における床単独運転における制
御動作を説明するためのフローチャートである。

【図３】本発明の実施例におけるデュエット暖房運転の
制御特性を説明するための各室内温度における温水流量
と暖房用熱交換器の流出温水温度との関係を示す特性図
である。

【符号の説明】

２ 室内機（室内暖房機） ３ 床暖房パネル ４ リモコン（暖房能力設定手段、運転指示手段） １０ 温水回路（温水循環回路） １２ 循環ポンプ １３ 床暖熱動弁（遮断弁） １００ バーナ（加熱源） ４００ 制御装置（床暖房システムの制御装置） ４０５ 室温サーミスタ（室温センサ）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内の床面に配置した床暖房パネルに加
   熱源によって加熱された温水をポンプによって循環させ
   る温水循環回路を形成した床暖房システムであって、前
   記温水循環回路中に温水の循環を停止するための遮断弁
   を備え、暖房能力設定手段に設定された暖房能力に応じ
   て温水の循環流量を制御する床暖房システムの制御装置
   において、 前記床暖房パネルが配置された室内の温度を検知するた
   めの室温センサを備え、 前記床暖房パネルによる床暖房運転の開始を指示する運
   転指示手段により運転開始が指示されたとき、前記加熱
   源および前記ポンプを作動させて、前記温水循環回路内
   の温水の循環を開始するとともに、前記室温センサによ
   り室温を検知し、該検知温度に応じて決定された時間の
   間、前記循環流量を最大流量とし、該時間経過後、前記
   暖房能力設定手段により設定された前記暖房能力に応じ
   て前記循環流量を制御することを特徴とする床暖房シス
   テムの制御装置。
2. 【請求項２】 前記室温センサは、前記室内の壁面に設
   置され前記温水循環回路の温水を循環させて室内空気を
   加熱する室内暖房機に備えられた室温サーミスタである
   ことを特徴とする請求項１記載の床暖房システムの制御
   装置。