JP3536674B2 - 温水暖房システム - 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、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に設けられた水開閉弁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，…の運転台数を切り換えている。運
転されている熱源器７ａ，７ｂ，…は、各本体コントロ
ーラ１４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いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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
場合には良好な出湯特性が得られる。しかし、運転中の
熱源器はいずれもシステム出湯温度が設定温度と等しく
なるように各ガスバーナーの燃焼力を制御され、同じ暖
房能力で運転されていたので、例えば床暖房パネルから
の放熱量が小さくなって熱源器の運転台数が減少させら
れると、運転停止した熱源器に流れていた通過流量分だ
け全流量が急激に変化する。このため運転停止した熱源
器の暖房能力分だけ温水暖房システムの暖房能力が変化
し、運転台数が減少したときに温水暖房システムの出湯
特性が悪くなるという問題があった。

【０００６】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、運転台数切換え時の出湯温度特性を
良好にすることにある。

【０００７】

【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、最初に燃焼開始した熱
源器の燃焼量を、システム出湯温度が設定温度に等しく
なるように制御し、最初及び最後に燃焼開始した熱源器
以外の熱源器の燃焼量を、その缶体出湯温度が最初に燃
焼開始した熱源器の缶体出湯温度と等しくなるように制
御し、最後に燃焼開始した熱源器に流れる湯水の通過流
量を、最初に燃焼開始した熱源器の缶体出湯温度、目標
燃焼力、湯水通過流量のうちから選択されたいずれかの
制御パラメータが所定の値を超えないように制御し、最
後に燃焼開始した熱源器の通過流量が小さくなったとき
に最後に燃焼開始した熱源器を運転停止させる制御手段
を備えたことを特徴としている。ここで、制御パラメー
タの所定値は、メイン熱源器の暖房能力が小さくなった
状態に設定されており、制御パラメータを超えるとは、
下から上へ超える場合もあり、上から下へ超える場合も
ある。

【０００８】

【０００９】従って、本発明の温水暖房システムにあっ
ては、最初に燃焼開始した熱源器の制御パラメータが所
定の値に接近して最後に燃焼開始した熱源器が停止する
前に、最後に燃焼開始した熱源器に流れる流量が絞られ
て最後に燃焼開始した熱源器の暖房能力が小さくなって
いる。こうして、最後に燃焼開始した熱源器の暖房能力
が最初に燃焼開始した熱源器の暖房能力に比較して小さ
くなった状態で最後に燃焼開始した熱源器が停止するの
で、最後に燃焼開始した熱源器が停止する前後における
暖房温水システム全体での暖房能力の変化が小さく、熱
源器の台数切り換え時における暖房温水システムの出湯
温度の変動を小さくできる。

【００１０】

【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。往き管２４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
３０を設けてあり、戻り管２５には循環ポンプ３１を設
けている。また、分岐管２６の入水側と出湯側との間に
は、熱交換器２８をバイパスするようにしてバイパス路
３２を配管してあり、バイパス路３２にはバイパス定流
量弁３３を設けている。

【００１１】各熱源器２７ａ，２７ｂ，…内において
は、水開閉弁を兼ねた流量制御サーボ弁３４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３５と、熱源器２
７ａ，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３６とが分岐管２６に設けられてい
る。本体コントローラ３７は、この流量制御サーボ弁３
４と、ガスバーナー２９に通じるガス配管に設けられた
ガス開閉弁（図示せず）を開閉することにより、各熱源
器２７ａ，２７ｂ，…を運転状態と停止状態とに制御す
る。

【００１２】リモートコントローラ４１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３８は、ポンプ駆動用電磁開閉器３９とシステム
コントローラ４０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４２を有し
ている。循環ポンプ３１は、電力供給線４３を介してシ
ステムコントローラユニット３８から電力の供給を受け
ている。ポンプ駆動用電磁開閉器３９は、循環ポンプ３
１に供給する電力を断続することによって循環ポンプ３
１を制御し、停止又は稼働させる。システムコントロー
ラ４０は、信号線４４，４５によってリモートコントロ
ーラ４１や各熱源器２７ａ，２７ｂ，…の本体コントロ
ーラ３７と接続されている。システムコントローラ４０
は、リモートコントローラ４１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て運転台
数を決めたり、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３１の運転または停止を制御す
る。

【００１３】しかして、リモートコントローラ４１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
９は、循環ポンプ３１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、信号線４４を通じてリモートコントローラ４１から
運転開始の信号を受信したシステムコントローラ４０
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４５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、流量制御サーボ弁３４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，２７ｂ，…に流れる湯を加熱
する。

【００１４】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４０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，２７ｂ，…
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。

【００１５】ここで、メイン熱源器２７ａにおいては、
システム出湯温度が設定温度とほぼ等しくなるように
（例えば、設定温度±０.５℃）ガスバーナの燃焼力が
フィードバック制御される。同時に、メイン熱源器２７
ａの缶体出湯温度が所定温度範囲（例えば、４５℃以上
５５℃未満）となるように流量制御サーボ弁３４がフィ
ードバック制御されている。

【００１６】また、最後に燃焼開始し、従って始めに燃
焼停止させられるサブ熱源器２７ｂ，…は、その缶体出
湯温度がメイン熱源器２７ａの缶体出湯温度と等しくな
るようにフィードバック制御される。しかも、このサブ
熱源器２７ｂ，…の流量制御サーボ弁３４は、メイン熱
源器２７ａの缶体出湯温度が所定温度範囲（例えば、５
０℃以上５４℃未満）となるように制御され、メイン熱
源器２７ａの缶体出湯温度が例えば５０℃未満になると
サブ熱源器２７ｂ，…の流量制御サーボ弁３４を閉じる
方向へ動かし、例えば５４℃以上になるとサブ熱源器２
７ｂ，…の流量制御サーボ弁３４を開く方向へ動かす。
従って、最後に運転されたサブ熱源器２７ｂ，…は、メ
イン熱源器２７ａの缶体出湯温度が所定温度（例えば５
０℃）以下とならないように流量制御サーボ弁３４を制
御している。具体的にいうと、メイン熱源器２７ａの缶
体出湯温度センサ３５により検出された値（電圧信号）
をメイン熱源器２７ａの本体コントローラ３７で温度デ
ータに加工し、そのデータをシステムコントローラユニ
ット３８へ送信する。システムコントローラユニット３
８は、そのデータをサブ熱源器２７ｂ，…の本体コント
ローラ３７へ送信し、その本体コントローラ３７がメイ
ン熱源器２７ａの缶体出湯温度が所定温度以上になるよ
うにサブ熱源器２７ｂ，…の流量制御サーボ弁３４を制
御する。

【００１７】また、最初及び最後に運転開始した以外の
熱源器（サブ熱源器２７ｂ，…）は、その缶体出湯温度
がメイン熱源器２７ａの缶体出湯温度と等しくなるよう
にフィードバック制御される。

【００１８】図３はシステムコントローラ４０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４１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４１は
所定の熱源器２７ａにメイン熱源器２７ａ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２７ａはメイン熱源器２７ａとして運転開始する（Ｓ
３）。メイン熱源器２７ａの本体コントローラ３７は、
それが最大能力付近で燃焼しているか否か監視し（Ｓ
４）、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３０で検知されている
システム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。

【００１９】これに対し、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３７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４０へ補完要求を送信し、システムコント
ローラ４０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４０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】メイン熱源器２７ａとサブ熱源器２７ｂ，
…が同時に運転されている場合には、通常は両熱源器２
７ａ，２７ｂ，…は同じように制御される。しかし、必
要となされる暖房能力が小さくなると、両熱源器２７
ａ，２７ｂ，…の缶体出湯温度が同じように下がってく
る。こうして、メイン熱源器２７ａが最大能力付近より
も低い能力で運転され（Ｓ４）、さらに缶体出湯温度セ
ンサ３５により検出されているメイン熱源器２７ａ及び
サブ熱源器２７ｂ，…の缶体出湯温度が一定温度（例え
ば、５０℃）よりも下がると（Ｓ７）、流量制御サーボ
弁３４によりサブ熱源器２７ｂ，…の流量が次第に絞ら
れる（Ｓ８）。ついで、メイン熱源器２７ａが最小能力
付近で運転されるか（Ｓ９）、いずれかのサブ熱源器２
７ｂ，…に湯が流れておらず水流スイッチ３６がオフに
なっているか（Ｓ１０）、いずれかの場合にはサブ熱源
器２７ｂ，…を運転停止する（Ｓ１１）。

【００２１】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
の湯はバイパス路３２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。

【００２２】上記のように、本発明の温水暖房システム
においては、サブ熱源器の運転を停止する前に、そのサ
ブ熱源器の通過流量を小さくしているので、そのサブ熱
源器の暖房能力を小さくした状態で運転停止することが
できる。従って、サブ熱源器を運転停止する前と後と
で、システム全体の暖房能力の変化が小さく、熱源器の
運転台数切り換え時の出湯温度の変化を小さくすること
ができる。

【００２３】（別な実施形態）上記実施形態において
は、温水暖房システムの暖房能力が低下した場合には、
メイン熱源器の缶体出湯温度が一定温度よりも下がらな
いようサブ熱源器の通過流量を小さくするようにした
が、メイン熱源器の缶体出湯温度の代わりにメイン熱源
器の目標号数（目標燃焼力）やメイン熱源器の通過流量
を用いてもよい。すなわち、温水暖房システムの暖房能
力が低下した場合には、演算により求めたメイン熱源器
の目標号数が所定値よりも小さくならないようにサブ熱
源器の流量を絞り、サブ熱源器の流量を絞った状態でサ
ブ熱源器が運転停止されるようにする。

【００２４】あるいは、熱源器の入水側に入水温度セン
サを付加すれば、演算で求めた目標号数Ｗと入水温度セ
ンサで求めた入水温度Ｔｃと缶体出湯温度センサで求め
た缶体出湯温度Ｔｈとから、熱源器の通過流量Ｑを次式
から求めることができる。 Ｑ＝２５×Ｗ／（Ｔｈ−Ｔｃ） 温水暖房システムの暖房能力が低下した場合には、こう
して求めたメイン熱源器の通過流量が所定値よりも小さ
くならないようにサブ熱源器の流量を絞り、サブ熱源器
の流量を絞った状態でサブ熱源器が運転停止されるよう
にしてもよい。

【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） ３１ 循環ポンプ ３４ 流量制御サーボ弁 ３５ 缶体出湯温度センサ ３７ 本体コントローラ ３８ システムコントローラユニット

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−288622（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281249（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24D 3/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、最初に燃焼開始した熱
   源器の燃焼量を、システム出湯温度が設定温度に等しく
   なるように制御し、 最初及び最後に燃焼開始した熱源器以外の熱源器の燃焼
   量を、その缶体出湯温度が最初に燃焼開始した熱源器の
   缶体出湯温度と等しくなるように制御し、 最後に燃焼開始した熱源器に流れる湯水の通過流量を、
   最初に燃焼開始した熱源器の缶体出湯温度、目標燃焼
   力、湯水通過流量のうちから選択されたいずれかの制御
   パラメータが所定の値を超えないように制御し、最後に
   燃焼開始した熱源器の通過流量が小さくなったときに最
   後に燃焼開始した熱源器を運転停止させる 制御手段を備
   えた温水暖房システム。