JP3465586B2

JP3465586B2 - 温水暖房システム

Info

Publication number: JP3465586B2
Application number: JP13134598A
Authority: JP
Inventors: 忠彦大塩; 宏信藤井; 正継矢野
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JPH11304166A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数台の熱源器を
接続した大能力用の温水暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の温水暖房システム１の構成を図１
に示す。床暖房パネル２の配管３に接続された往き管４
及び戻り管５の間には複数本の分岐管６が設けられてお
り、各分岐管６はそれぞれ加熱用の熱源器（ガス温水機
器）７ａ，７ｂ，…を通過している。加熱用の熱源器７
ａ，７ｂ，…は、分岐管６の途中に設けられた熱交換器
８をガスバーナー９で加熱することにより、熱交換器８
を通過する湯を加熱する。また、往き管４と戻り管５と
の間には、熱源器７ａ，７ｂ，…をバイパスするように
してバイパス管１０が配設されており、バイパス管１０
には一定流量の湯を通過させるためのバイパス定流量弁
１１が設けられている。

【０００３】しかして、戻り管５に設けられた循環ポン
プ１２を運転すると、温水暖房システム１の熱源器７
ａ，７ｂ，…から出湯された高温の湯は往き管４を通っ
て床暖房パネル２に供給され、床暖房パネル２を循環し
ながら放熱して室内を暖房する。床暖房パネル２で放熱
して温度が低下した湯は戻り管５を通って温水暖房シス
テム１に戻る。戻り管５を通って温水暖房システム１に
戻った湯の一部は、分岐管６を通って熱源器７ａ，７
ｂ，…で加熱された後に往き管４へ出湯され、残りの湯
はバイパス管１０を通って直ちに往き管４へ入って熱源
器７ａ，７ｂで加熱された高温の湯とミキシングされ、
ミキシングされた湯は往き管４を通って再び温水暖房シ
ステム１から床暖房パネル２へ供給される。

【０００４】温水暖房システム１は、システムコントロ
ーラ１３からの信号により、負荷の大きさ（床暖房パネ
ル２全体の放熱量）に応じて各熱源器７ａ，７ｂ，…の
分岐管６に設けられた開閉弁１６やガスバーナー９のガ
ス開閉弁（図示せず）等を開閉することで、複数台の熱
源器７ａ，７ｂ，…の運転台数を制御している。運転さ
れている熱源器７ａ，７ｂ，…は、本体コントローラ１
４からの制御信号により、往き管４に設けられているシ
ステム出湯温度センサ１５の検知温度（以下、システム
出湯温度という）が設定温度となるよう燃焼量をフィー
ドバック制御されており、設定温度とシステム出湯温度
の偏差に基づいて同一のＰＩ（比例積分）制御が実行さ
れている。すなわち、温水暖房システム１の設定温度を
Ｓ、現在のシステム出湯温度をＮとするとき、フィード
バック制御量ＦＢ（例えば、バーナーのガス比例弁の比
例弁電流）は、次の式によって決定される。ここで、
ａはＰＩ制御の比例係数、ｂはＰＩ制御の積分係数、∫
dtは時間積分である。これらは、いずれも正の係数であ
って、従来の温水暖房システム１では、すべての熱源器
７ａ，７ｂ，…について等しい値が用いられている。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の温水暖房システムでは、１台の熱源器だけ
を運転している場合には適度な制御性（制御速度）が得
られるが、複数台の熱源器を同時に運転している場合に
は、温水暖房システム全体のフィードバック制御が過大
となり、温水暖房システムの制御状態が不安定になり易
いという問題があった。すなわち、複数台の熱源器を同
時に運転している場合には、システム出湯温度が設定温
度より低いと、運転中の熱源器が一斉に燃焼量を大きく
するので、システム全体の燃焼量が急激に増大し、その
結果、システム出湯温度が設定温度を超えて高くなる。
今度は、高くなり過ぎたシステム出湯温度を下げようと
して運転中の熱源器が一斉に燃焼量を小さくするので、
システム全体の燃焼量は急激に下がり、再びシステム出
湯温度が設定温度よりも低くなる。このような現象を繰
り返すことにより、システム出湯温度がハンチングし易
く、不安定になっていた。特に、温水暖房システムの負
荷が小さい場合には、このような出湯温度特性の不安定
が顕著であった。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、複数台の熱
源器によって給湯することができる大能力用の温水暖房
システムにおいて、複数台の熱源器が燃焼している場合
の出湯温度特性を良好にすることにある。

【０００８】

【発明の開示】請求項１に記載の温水暖房システムは、
温水を循環させるための往き管と戻り管との間に複数台
の熱源器を並列に配置した温水暖房システムにおいて、
運転中の複数台の熱源器のうち、少なくとも１台の熱源
器はシステム出湯温度がその設定温度に等しくなるよう
に燃焼量を制御され、他の熱源器は缶体出湯温度が前記
少なくとも１台の熱源器のうちいずれかの缶体出湯温度
と等しくなるように燃焼量を制御されることを特徴とし
ている。

【０００９】従来の温水暖房システムは、運転中のすべ
ての熱源器が同じ制御モードで制御されていたので、シ
ステム出湯温度が設定温度よりも低い場合や高い場合に
は、一斉に同じ方向に燃焼量を制御されてしまい、全体
としては制御過多となってシステム出湯温度がハンチン
グを起こすなど出湯温度特性が不安定であった。

【００１０】これに対し、請求項１の温水暖房システム
では、運転中の複数台の熱源器のうち、少なくとも１台
の熱源器のシステム出湯温度がその設定温度に等しくな
るように燃焼量を制御され、他の熱源器は缶体出湯温度
が前記少なくとも１台の熱源器のうちいずれかの缶体出
湯温度と等しくなるように燃焼量を制御されているの
で、システム出湯温度が設定温度と等しくなるように制
御されている熱源器は、システム出湯温度が設定温度か
らずれた場合には、速やかに燃焼量を制御されるが、缶
体出湯温度が他の熱源器の缶体出湯温度と等しくなるよ
うに制御される熱源器は、基準となる熱源器の缶体出湯
温度が変化してから同じように缶体出湯温度を制御され
るので、時間遅れを生じる。よって、システム全体とし
てはシステム出湯温度を設定温度に制御しながらも敏感
に制御されることなく緩慢な制御となり、出湯温度にハ
ンチングが生じにくく、出湯温度特性を安定させること
ができる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】また、上記のような温水暖房システムは、
前記複数台の熱源器が、比例係数、積分係数及び微分係
数のうち少なくとも１つの制御用パラメータを用いて燃
焼量を制御されるものであって、前記複数台の熱源器の
うち、少なくとも１台の熱源器は他の熱源器よりも大き
な制御用パラメータを用いて燃焼量を制御されるもので
もよい。

【００１４】この場合にも、制御用パラメータの大きな
熱源器は、システム出湯温度が設定温度からずれた場合
には、速やかに燃焼量を制御されるが、制御用パラメー
タの小さな熱源器は、ゆっくりと燃焼量を制御されて時
間遅れを生じる。よって、このシステムでも、システム
全体としては、敏感に制御されることなく緩慢な制御と
なり、出湯温度特性を安定させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図２は本発明の一実施形態による
温水暖房システム２１を示す概略構成図である。床暖房
パネル２２の配管２３に接続された往き管２４及び戻り
管２５の間には複数本の分岐管２６が設けられており、
各分岐管２６はそれぞれ熱源器２７ａ，２７ｂ，…の缶
体内を通過している。熱源器２７ａ，２７ｂ，…の缶体
内には、分岐管２６に設けられた熱交換器２８が配設さ
れ、熱交換器２８の下方には加熱用のガスバーナー２９
が配設されている。また、往き管２４と戻り管２５の間
には、熱源器２７ａ，２７ｂ，…をバイパスするように
してバイパス管３０が配設されており、バイパス管３０
にはバイパス定流量弁３１が設けられている。往き管２
４には、出湯温度（システム出湯温度）を検知するため
のシステム出湯温度センサ３３を設けてあり、戻り管２
５には循環ポンプ３４を設けている。各熱源器２７ａ，
２７ｂ，…においては分岐管２６に開閉弁３２が設けら
れており、本体コントローラ３５でこの開閉弁３２とガ
スバーナー２９に設けられたガス開閉弁（図示せず）を
開閉することにより、熱源器２７ａ，２７ｂ，…は運転
状態と停止状態とに制御される。さらに、本体コントロ
ーラ３５は、熱源器２７ａ，２７ｂ，…から所定温度の
湯を出湯するよう、缶体流量に応じてガスバーナー２９
の比例弁電流をＰＩ制御している。また、各熱源器２７
ａ，２７ｂ，…内において、分岐管２６には熱源器２７
ａ，２７ｂ，…に湯が流れているか否かを検知するため
の水流スイッチ４１と、熱交換器２８から出湯される湯
の温度（以下、缶体出湯温度という）を検知する缶体出
湯温度センサ４２が設けられている。

【００１６】リモートコントローラ３９は室内に設置さ
れており、暖房運転をオン、オフするための電源スイッ
チやシステム出湯温度の設定値（設定温度）を入力する
ための操作部等を備えている。システムコントローラユ
ニット３６は、ポンプ駆動用電磁開閉器３７とシステム
コントローラ３８からなり、交流１００Ｖ又は３相交流
２００Ｖの電源に接続するための電源コード４０を有し
ている。循環ポンプ３４及び各熱源器２７ａ，２７ｂ，
…には、電力供給線４１，４２を介してシステムコント
ローラユニット３６から電力の供給を受けている。ポン
プ駆動用電磁開閉器３７は、循環ポンプ３４に供給する
電力を断続することによって循環ポンプ３４を制御し、
停止又は稼働させるものである。システムコントローラ
３８は、信号線４３，４４によってリモートコントロー
ラ３９や各熱源器２７ａ，２７ｂ，…の本体コントロー
ラ３５と接続されている。システムコントローラ３８
は、リモートコントローラ３９からの入力に応じて各熱
源器２７ａ，２７ｂ，…を運転または停止させたり、制
御モードを変更したりして統合制御し、また、循環ポン
プ３４の運転または停止を制御する。

【００１７】しかして、リモートコントローラ３９の電
源スイッチがオンになると、ポンプ駆動用電磁開閉器３
７は、循環ポンプ３４を運転開始させて温水暖房システ
ム２１と床暖房パネル２２との間に湯を循環させる。一
方、リモートコントローラ３９から運転開始の信号を受
信したシステムコントローラ３８は、所要台数の熱源器
２７ａ，２７ｂ，…に運転開始の指令や制御モード、設
定温度などを信号線４４を介して送信する。そして、選
択された熱源器２７ａ，２７ｂ，…は運転を開始し、開
閉弁３２を開いて熱交換器２８に湯を通過させるととも
にガスバーナー２９を燃焼させて熱源器２７ａ，２７
ｂ，…に流れる湯を加熱する。

【００１８】ここで、熱源器２７ａ，２７ｂ，…は設定
温度や出湯量などの負荷の大きさに応じて１台ないし複
数台が運転状態となる。システムコントローラ３８から
の指令により複数台の熱源器２７ａ，２７ｂ，…が運転
状態になる場合には、同時に複数台の熱源器２７ａ，２
７ｂ，…が運転状態になるのではなく、図３に示すフロ
ー図に従って１台ずつ順次運転状態となる。そこで、最
初に運転状態となる熱源器（以下、これを熱源器２７ａ
とする）をメイン熱源器といい、２番目以降に順次運転
状態となる熱源器（以下、これを熱源器２７ｂ，…とす
る）をサブ熱源器ということにする。ただし、メイン熱
源器は特定の熱源器を指すわけではなく、メイン熱源器
となる熱源器の耐久性低下を防止するために、運転のた
びに異なる熱源器がメイン熱源器として指定されるよう
になっていてもよい。

【００１９】図３はシステムコントローラ３８による熱
源器２７ａ，２７ｂ，…の運転台数の決め方を示すフロ
ー図である。リモートコントローラ３９の電源スイッチ
がオンになると（Ｓ１）、リモートコントローラ３９は
所定の熱源器２７ａにメイン熱源器の制御モードで運転
開始するように信号を送信し（Ｓ２）、この熱源器２７
ａはメイン熱源器として運転開始する（Ｓ３）。メイン
熱源器２７ａの本体コントローラ３５は、それが最大能
力付近で燃焼しているか否か監視し（Ｓ４）、最大能力
付近で一定時間以上運転を続けている場合には、システ
ム出湯温度センサ３３で検知されている出湯温度が設定
温度よりも所定温度例えば２℃以上低くなっているか調
べる（Ｓ５）。システム出湯温度が設定温度よりも所定
温度以上低くなっているのでなければ、システムはその
ままの状態で運転を続ける。システム出湯温度が設定温
度よりも所定温度以上低ければ、本体コントローラ３５
はシステムの加熱能力が不足していると判断してシステ
ムコントローラ３８へ補完要求を送信し、システムコン
トローラ３８は、次の熱源器２７ｂをサブ熱源器として
の制御モードで運転開始するように指令する（Ｓ６）。
このようにして、システムコントローラ３８は、必要な
加熱能力が得られるまで、順次サブ熱源器を追加する。

【００２０】一方、メイン熱源器２７ａが最大能力付近
よりも低い能力で運転しており（Ｓ４）、しかも、いず
れかのサブ熱源器２７ａ，２７ｂ，…が最小能力付近で
運転されている（Ｓ７）か、いずれかのサブ熱源器２７
ｂ，…に湯が流れておらず水流スイッチ４１がオフにな
っているか（Ｓ８）、いずれかの場合には１台のサブ熱
源器２７ｂ，…を運転中止する（Ｓ９）。したがって、
システムの燃焼力が過剰である場合には、適度の燃焼台
数となるようにサブ熱源器２７ｂ，…が停止させられ
る。

【００２１】また、最初に運転開始したメイン熱源器２
７ａの制御モードと２番目以降に運転開始したサブ熱源
器２７ｂ，…の制御モードとは異なっている。メイン熱
源器２７ａの制御モードは、システム出湯温度の設定値
に対するＰＩ制御であって、システム出湯温度（システ
ム出湯温度センサ３３の検知温度）がその設定温度（シ
ステム出湯温度の設定値）に等しくなるようにフィード
バック制御するものである。具体的にいうと、往き管２
４から出湯されるシステム出湯温度の設定値をＳ₀、シ
ステム出湯温度センサ３３により検知されているシステ
ム出湯温度をＮ₀とするとき、フィードバック制御量Ｆ
Ｂ（バーナーのガス比例弁の比例弁電流）は、次の式
によって決定される。ここで、ａ₀はＰＩ制御の比例係
数、ｂ₀はＰＩ制御の積分係数、∫dtは時間積分であ
る。

【００２２】

【数２】

【００２３】これに対し、サブ熱源器２７ｂ，…の制御
モードは、缶体出湯温度センサ４２によって検知されて
いるメイン熱源器２７ａの缶体出湯温度に対するＰＩ制
御であって、サブ熱源器２７ｂ，…の缶体出湯温度（サ
ブ熱源器２７ｂ，…の缶体出湯温度センサ４２の検知温
度）がメイン熱源器２７ａの缶体出湯温度（メイン熱源
器２７ａの缶体出湯温度センサ４２の検知温度）と等し
くなるようにフィードバック制御するものである。具体
的にいうと、メイン熱源器２７ａの缶体出湯温度センサ
４２の検出値をＳ₁、サブ熱源器２７ｂ，…の缶体出湯
温度センサ４２の検出値をＮ₁とするとき、フィードバ
ック制御量ＦＢ（バーナーのガス比例弁の比例弁電流）
は、次の式によって決定される。ここで、ａ₁はＰＩ
制御の比例係数、ｂ₁はＰＩ制御の積分係数、∫dtは時
間積分である。

【００２４】

【数３】

【００２５】このように本発明の温水暖房システム２１
では、メイン熱源器２７ａとサブ熱源器２７ｂ，…の制
御モードを異ならせてあり、メイン熱源器となった熱源
器２７ａは、システム出湯温度センサ３３の検知温度が
その設定温度となるように燃焼量を制御しているが、サ
ブ熱源器となった熱源器２７ｂ，…は、そのサブ熱源器
２７ｂ，…の缶体出湯温度がメイン熱源器２７ａの缶体
出湯温度に等しくなるように燃焼量を制御している。し
かして、この温水暖房システム２１にあっては、システ
ム出湯温度が設定温度よりも低い場合には、メイン熱源
器２７ａは燃焼量を増加させ、その結果メイン熱源器２
７ａの缶体出湯温度が上昇する。メイン熱源器２７ａの
缶体出湯温度が上昇すると、他のサブ熱源器２７ｂ，…
も缶体出湯温度を上げるように制御され、サブ熱源器２
７ｂ，…の燃焼量も増加する。したがって、システム出
湯温度が設定温度よりも低い場合には、運転中の熱源器
２７ａ，２７ｂ，…がすべて燃焼量を増加させる点では
従来例と同じであるが、メイン熱源器２７ａが燃焼量を
増加させた結果として、その缶体出湯温度が上昇した
後、時間遅れをもって他のサブ熱源器２７ｂ，…の燃焼
量が増加する。システム出湯温度が設定温度よりも高く
なった場合も同様である。このため、従来例と異なり、
システム全体の加熱量の変化は緩やかとなり、ハンチン
グが発生するのを防止することができ、出湯温度特性が
良好となる。

【００２６】また、一般に式や式等のＰＩ制御式中
の比例係数や積分係数は、その値が大きいほど、制御速
度が速くなり、迅速に目標値に近づけられる反面、出湯
温度がハンチングし易い傾向がある。逆に、比例係数や
積分係数の値が小さいほど、出湯温度がハンチングしに
くくて安定性はあるが、制御値を目標とする設定値に近
づけるのに時間がかかり、応答性が悪くなる傾向があ
る。

【００２７】そこで、本発明では、メイン熱源器２７ａ
の制御モードで用いられる制御式の比例係数ａ₀と積分
係数ｂ₀を、サブ熱源器２７ｂ，…の制御モードで用い
られる制御式の比例係数ａ₁と積分係数ｂ₁よりも大きく
している。すなわち、ａ₀ ＞ａ₁ ，ｂ₀ ＞ｂ₁とし
ている。したがって、メイン熱源器２７ａとなった場合
には、燃焼量は比較的制御速度が速くなるようにＰＩ制
御され、サブ熱源器２７ｂ，…となった場合には、制御
速度が遅くなるように制御され、複数台の熱源器２７
ａ，２７ｂ，…が運転されているときのシステム全体と
しては、加熱量変化が穏やかとなり、一層ハンチングが
起こりにくくなって安定する。また、メイン熱源器２７
ａ１台のみで運転されている場合には、ある程度応答性
の良好な制御速度が得られる。

【００２８】こうして熱源器２７ａ，２７ｂ，…から出
湯された高温の湯は往き管２４を通って床暖房パネル２
２に供給され、床暖房パネル２２を循環しながら放熱し
て室内を暖房する。床暖房パネル２２で放熱して温度が
低下した湯は戻り管２５を通って温水暖房システム２１
に戻る。戻り管２５を通って温水暖房システム２１に戻
った湯の一部は、分岐管２６を通って熱源器２７ａ，２
７ｂ，…で加熱された後に往き管２４へ出湯され、残り
の湯はバイパス管３０を通って直ちに往き管２４へ入っ
て熱源器２７ａ，２７ｂ，…で加熱された高温の湯とミ
キシングされ、ミキシングされた湯は往き管２４を通っ
て再び温水暖房システム２１から床暖房パネル２２へ供
給される。

【００２９】なお、上記実施形態では、各熱源器をＰＩ
制御する場合について説明したが、さらに微分要素も付
加してＰＩＤ（比例積分微分）制御してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の温水暖房システムを示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態による温水暖房システムを
示す概略構成図である。

【図３】上記温水暖房システムの熱源器燃焼台数を決定
するための手順を示すフロー図である。

【符号の説明】

２４往き管２５戻り管２６分岐管２７ａ熱源器（メイン熱源器）２７ｂ熱源器（サブ熱源器）３０バイパス管３１バイパス定流量弁３４循環ポンプ３５本体コントローラ３８システムコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭59−186715（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24D 3/00 F24H 1/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】温水を循環させるための往き管と戻り管
との間に複数台の熱源器を並列に配置した温水暖房シス
テムにおいて、運転中の複数台の熱源器のうち、少なくとも１台の熱源
器はシステム出湯温度がその設定温度に等しくなるよう
に燃焼量を制御され、他の熱源器は缶体出湯温度が前記
少なくとも１台の熱源器のうちいずれかの缶体出湯温度
と等しくなるように燃焼量を制御されることを特徴とす
る温水暖房システム。
【請求項２】前記複数台の熱源器は、比例係数、積分
係数及び微分係数のうち少なくとも１つの制御用パラメ
ータを用いて燃焼量を制御されるものであって、前記複数台の熱源器のうち、少なくとも１台の熱源器は
他の熱源器よりも大きな制御用パラメータを用いて燃焼
量を制御されることを特徴とする、請求項１に記載の温
水暖房システム。