JP2919317B2 - 温水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、室内機に温水を循
環させて室内の暖房を行う温水暖房システムの制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーナ等により加熱された温水を室内機
に循環させる温水暖房システムでは、設定温度と室内温
度との温度差に基づいて室内機で放熱すべき必要熱量が
算出され、必要熱量に応じて温水を加熱するバーナ等の
燃焼量が制御されて、室内機で必要熱量が放熱されるも
のがある。

【０００３】また、室内機のみでなく室内の床面に設置
した床暖房パネルにも温水を循環させるために、温水循
環回路を並列に設けた複合温水暖房システムがある。こ
うした温水暖房システムでは、床暖房パネルによる暖房
能力を調節するために、床暖房パネルへの温水循環回路
に設けた床暖制御弁の開放率を設定された暖房能力に応
じて可変することによって循環する温水水量を調節し、
それによって室内温度を調節している。このため、バー
ナによって加熱される温水の温度が一定温度になるよう
に、バーナの加熱量を調節している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、室内機
と床暖房パネルとにそれぞれ温水を循環させる温水暖房
システムでは、室内機単独で運転を行う場合には、安定
した温度管理ができるが、室内機と床暖房パネルとの両
方で暖房を行う場合には、バーナの加熱量は単に温水温
度を一定温度に維持するように制御されるため、床暖房
パネルを循環する温水量の変化に伴って室内機による放
熱量が変化し、室内機の放熱量を正確に管理することが
できず、室内温度を安定させることができにくいという
問題がある。また、室内機のみに温水を循環させるタイ
プのものでも、暖房能力を調整するために、バーナによ
って加熱される温水の温度が一定温度になるように制御
するとともに循環する温水の流量を調整するものでは、
流量センサで流量を検出しなければ室内機の放熱量を正
確に管理することができないという問題がある。

【０００５】本発明は、温水を室内機に循環させる温水
暖房システムにおいて、室内機への温水循環回路内に流
量センサを設けることなく、必要熱量を確実に室内機で
放出させることができる温水暖房システムの制御装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、室内に設置し
た室内暖房機に加熱源によって加熱された一定温度の温
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
温水暖房システムであって、前記温水循環回路中に温水
の流量を調節するための流量可変弁を備え、室温設定手
段に設定された設定温度と室温センサに検知された室内
温度との温度差に応じて前記流量可変弁の開度を制御す
る温水暖房システムの制御装置において、前記室内暖房
機から流出する流出温水温度を検知する流出温水温度検
知手段と、前記設定温度と前記室内温度との温度差に基
づいて前記室内暖房機によって放出すべき必要熱量を算
出する必要熱量算出手段と、該必要熱量算出手段により
算出された前記必要熱量と流出温水温度検知手段により
検知された前記室内暖房機の流出温水温度とから前記流
量可変弁によって調整すべき流量を算出する流量算出手
段と、前記室内暖房機の前記流出温水温度と前記室内暖
房機を通過する温水流量との室内温度毎の複数の相対関
係特性をあらかじめ記憶した流量対流出温度特性記憶手
段と、前記室内温度と前記流量算出手段の流量とから流
量対流出温度特性記憶手段の前記相対関係特性に基づい
て前記流出温水温度を求める流出温度決定手段と、該流
出温度決定手段の決定した流出温水温度に基づいて前記
流量可変弁を制御する流量可変弁制御手段とを具備する
ことを技術的手段とする。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、設定温度と室内温度とに応
じて室内機で放熱する必要熱量が算出され、算出された
必要熱量と検知された室内暖房機の流出温水温度とから
流量可変弁によって調整すべき流量が算出される。ま
た、そのときの室内温度における室内暖房機の流出温水
温度と室内暖房機を通過する温水流量との相対関係特性
に基づいて、算出された流量に応じた流出温水温度が求
められ、この流出温水温度になるように、流量可変弁が
制御されて、温水流量が調節される。

【０００８】室内暖房機で放熱される熱量は、温水が室
内暖房機で低下した温度と流量とから決まるため、上記
の制御によって、必要熱量に応じた熱量が、室内暖房機
で放熱される。従って、室内温度に応じた適切な熱量が
確実に室内暖房機で放熱され、精度のよい暖房を行うこ
とができる。また、温水循環回路が、床暖房パネルに対
する循環回路を形成している場合であっても、加熱源に
よって加熱された温水温度が一定であれば、上記の制御
によって確実に室内暖房機における放熱量を管理できる
ため、精度のよい暖房を行うことができる。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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１
６，２５に対して、室内空気を循環させる対流ファン２
００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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】なお、バーナ１００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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】また、主部においては、ガスを燃料とする
バーナ１００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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】〔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循環
ポンプ１２の駆動を開始しバーナ１００の燃焼を開始す
るとともに、流量可変弁１４を全開にして、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
４０５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４０
１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。

【００２２】〔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。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。以下、図２を参考にし
て説明する。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１
０２）。

【００２３】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ｔ
ｐ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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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２
０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開を閉鎖するこ
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。

【００２７】〔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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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との関係をマイコン内の記憶手段にあらかじめデー
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。なお、暖房用熱交換器１６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。

【００３４】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。

【００３５】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への流量を制御で
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
い、暖房用熱交換器１６への流量が安定しない場合であ
っても、より精度の高い暖房運転を行うことができる。

【００３６】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。

【００３７】圧縮機２１を駆動するインバータ制御とし
ては、冷房運転および各ドライ運転において、圧縮機２
１の回転数が制御される。上記実施例では、遮断弁とし
て床暖熱動弁を示し、ＯＮ、ＯＦＦのデューティ比を帰
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。また、上記実施例では、暖房単
独運転時、バーナの燃焼量を制御することにより暖房能
力を調整するものを示したが、温水の温度を一定とし、
循環流量を制御することにより暖房能力を調整するよう
にしてもよい。尚、このものにおいては、床暖房を備え
ない場合でも、本発明を適用することができる。

【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） ４ リモコン（室温設定手段） １０ 温水回路（温水循環回路） １２ 循環ポンプ １４ 流量可変弁 １００ バーナ（加熱源） ４００ 制御装置（温水暖房システムの制御装置、必要
熱量算出手段、流量算出手段、流量対流出温度特性記憶
手段、流出温度決定手段、流量可変弁制御手段） ４０３ 室内温水サーミスタ（流出温水温度検知手段） ４０５ 室温サーミスタ（室温センサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−27351（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−219940（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24D 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内に設置した室内暖房機に加熱源によ
   って加熱された一定温度の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温水暖房システムであっ
   て、前記温水循環回路中に温水の流量を調節するための
   流量可変弁を備え、室温設定手段に設定された設定温度
   と室温センサに検知された室内温度との温度差に応じて
   前記流量可変弁の開度を制御する温水暖房システムの制
   御装置において、 前記室内暖房機から流出する流出温水温度を検知する流
   出温水温度検知手段と、 前記設定温度と前記室内温度との温度差に基づいて前記
   室内暖房機によって放出すべき必要熱量を算出する必要
   熱量算出手段と、 該必要熱量算出手段により算出された前記必要熱量と流
   出温水温度検知手段により検知された前記室内暖房機の
   流出温水温度とから前記流量可変弁によって調整すべき
   流量を算出する流量算出手段と、 前記室内暖房機の前記流出温水温度と前記室内暖房機を
   通過する温水流量との室内温度毎の複数の相対関係特性
   をあらかじめ記憶した流量対流出温度特性記憶手段と、 前記室内温度と前記流量算出手段の流量とから流量対流
   出温度特性記憶手段の前記相対関係特性に基づいて前記
   流出温水温度を求める流出温度決定手段と、 該流出温度決定手段の決定した流出温水温度に基づいて
   前記流量可変弁を制御する流量可変弁制御手段とを具備
   することを特徴とする温水暖房システムの制御装置。