JP3608851B2 - 大規模床暖房システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞬間型の熱源機で加熱された温水等の熱媒体を床に設置したマット内に循環させるようにした大規模の床暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から実用化されている店舗、飲食店、銀行窓口、病院などに設置される大規模な床暖房システムは、総床面積が大きいため循環させる温水等の熱媒体の量が大きく、一般には温水の貯蔵タンクを設けた温水ボイラーが熱源機として使用されている。貯蔵タンクに大量の温水を溜めておくことで、大床面積の温水マットに大量の温水を循環させることができる。そして、かかる大型の温水ボイラーの場合、燃料として重油もしくは灯油が使用されることが多くその為には大型の燃料タンクも設置する必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような大型の温水ボイラーの場合、温水貯蔵タンクや燃料タンクを有する為そのサイズが大きくなり、狭い土地に建設しなければならない都会の地域では、スペースの問題から設置性に問題があり、さらに大型であるため施工性についても問題がある。
【０００４】
一方、温水の貯蔵タンクを用いない瞬間型の熱源機を利用することが考えられるが、一般に瞬間型の熱源機の場合は貯蔵タンクがないため大流量を循環させることができず、実用化の大きな障害となっていた。
【０００５】
そこで本発明者らは、小型であり且つ十分な熱能力を持つ瞬間型の熱源機を利用して、大規模な床暖房システムの研究開発を行った結果、大流量を循環させることができる床暖房システムを発明するに至った。
【０００６】
そこで、本発明は、熱能力という点では問題がないが流量の能力という点で問題がある瞬間型の熱源機を用いて、大規模な床暖房システムを実現することを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、複数の部屋にわたり床暖房を行う場合、各部屋個別に床暖房を行った場合でも、瞬間型の熱源機には常に一定の温水等の熱媒体が循環し、熱源機からの出湯温度の制御系の構造を簡素化させることができる大規模床暖房システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の第一の発明によれば、所定の流量の熱媒体が循環する循環路を内蔵した床暖房端末と、床暖房端末の循環路に連結される送り配管と戻り配管と、送り配管と戻り配管の反対側に連結され、循環する熱媒体に熱量を供給する熱交換機を有し、第一の流量の熱媒体を送り配管に供給する瞬間型の熱源機と、送り配管と戻り配管の間に設けられ、前記戻り配管から前記送り配管に第二の流量の熱媒体を流す定流量バイパス手段とを有し、第一の流量と第二の流量の和が床暖房端末の循環路を循環する流量にほぼ等しいことを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成できる。
【０００９】
更に、上記目的は、第二の発明によれば、上記第一の発明において、送り配管と定流量バイパス手段との合流点と床暖房端末との間に、循環する熱媒体の温度を検知する温度検知手段を設け、温度検知手段の出力に応じて熱源機の熱量を制御することを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成できる。
【００１０】
更に、上記目的は、第三の発明によれば、上記第一または第二の発明において、床暖房端末が送り配管と戻り配管に対して並列に複数設けられ、更に、複数の床暖房端末の循環路と送り配管との間にそれぞれ設けられた開閉可能な端末開閉手段と、端末開閉手段の上流側であって且つ定流量バイパス手段との合流点の下流側の送り配管の位置と、定流量バイパス手段との合流点の上流側の戻り配管の位置との間に設けられ、当該送り配管から戻り配管に所望の流量の熱媒体を流す比例弁が設けられた個別制御用バイパス手段とが設けられ、床暖房端末のうち一の床暖房端末の端末開閉手段が閉じられた時、当該一の床暖房端末の循環路の流量と同等の流量の熱媒体を個別制御用バイパス手段の比例弁に流すことを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成される。
【００１１】
更に、上記の目的は、第四の発明によれば、上記第三の発明において、更に、床暖房端末が設けられた部屋内の温度、床表面温度、又は外気温度の何れかを検知する第二の温度検知手段を有し、第二の温度検知手段により検知した温度に応じて端末開閉手段の開閉制御を行うことを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成される。
【００１２】
更に、上記目的は、第五の発明によれば、熱媒体を循環させる送り配管と戻り配管と、送り配管と戻り配管に並列に連結され、所定の流量の熱媒体が循環する循環路を内蔵した複数の床暖房端末と、送り配管と戻り配管の反対側に連結され、循環する熱媒体に熱量を供給する熱交換機を有し、第一の流量の熱媒体を前記送り配管に供給する瞬間型の熱源機と、前記の複数の床暖房端末の循環路と送り配管との間にそれぞれ設けられた開閉可能な端末開閉手段と、送り配管の途中に設けられ、循環する熱媒体の温度を検知する温度検知手段とを設け、当該温度検知手段の出力に応じて前記熱源機の熱量を制御し、更に、端末開閉手段の上流側であって且つ温度検知手段の下流側の前記送り配管の位置と、前記戻り配管との間に設けられ、当該送り配管から戻り配管に所望の流量の熱媒体を流す比例弁が設けられた個別制御用バイパス手段が設けられ、前記の床暖房端末のうち一の床暖房端末の端末開閉手段が閉じられた時、当該一の床暖房端末の循環路の流量と同等の流量の熱媒体を前記個別制御用バイパス手段の比例弁に流すことを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成される。
【００１３】
更に、上記目的は、第六の発明によれば、上記第五の発明において、更に、床暖房端末が設けられた部屋内の温度、床表面温度、又は外気温度の何れかを検知する第二の温度検知手段を有し、第二の温度検知手段により検知した温度に応じて端末開閉手段の開閉制御を行うことを特徴とする床暖房システムを提供することにより達成される。
【００１４】
ここで、瞬間型の熱源機とは、温水ボイラーの様に大量の熱媒体を貯蓄しておくタンクを有さず、循環する熱媒体に熱交換機を介して熱量を供給する形式の熱源機である。従って、本発明の瞬間型の熱源機の場合、床暖房端末の循環路の総循環流量より少ない流量能力しか有しないものの、上記の通り定流量バイパス手段を設けたことで、床暖房端末に必要な流量を循環させることができる。
【００１５】
また、複数の床暖房端末を個別にオン・オフ制御する場合であっても、個別制御用バイパス手段を設けて、端末開閉手段に連動させたため、大量の流量が必要な大規模床暖房システムであっても、瞬間型の熱源機内を流れる熱媒体の流量を所望の一定量に維持することができる。その為、熱源機として流量の能力に一定の限界がある小型の瞬間型の熱源機を採用することが可能になり、また瞬間型の熱源機の出湯温度の制御を簡便に行うことができる。
【００１６】
また、温度検知手段を設けて瞬間型の熱源機にフィードバック制御を行うことで、通常の家庭用の瞬間型熱源機よりも低い温度の出湯を実現することが出来、比較的低い温度設定が行われがちな大規模の床暖房システムに十分対応することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面に従って説明する。図１は、本発明の床暖房システムの実施の形態の全体図である。
【００１８】
１は瞬間型の熱源機で送り配管２と戻り配管３とに連結されている。４、５は第一、第二の床暖房端末であり、それぞれ温水等の熱媒体が循環する循環路７を有するマット６を有し、それらの循環路７は、それぞれヘッダ８を介して送り配管２と戻り配管３とに連結されている。第一、第二の床暖房端末４、５は、それぞれ送り配管２と戻り配管３とに並列に設けられていて、送り配管２とは電磁バルブのような端末開閉手段５０、５１を介して連結されている。また、送り配管２の途中には、温水等の熱媒体を循環させるための循環ポンプ９が設けられている。
【００１９】
瞬間型の熱源機１の概略的な構造は、熱交換機１１、その熱交換機１１に熱量を供給するバーナー１２、バーナー１２にガス管１５からの燃料ガスを供給する比例弁１３、比例弁１３を制御する熱源機制御部１４からなる。
【００２０】
瞬間型の熱源機１では、大規模な床暖房システム全体に供給する熱媒体をまかなうだけの流量の能力がないため、送り配管２と戻り配管３との間に定流量弁２１等の一定の流量を流すことができるものを有するバイパス手段２０を設けて、戻り配管３からの熱媒体の一部を送り配管２にバイパスするようにしている。このバイパス手段の定流量弁２１は、床暖房システムの全ての床暖房端末に熱媒体を循環させた時の最大循環流量から、熱源機１の最大流量を減算した値の流量を少なくとも流すことができる能力またはサイズのものが採用される。
【００２１】
送り配管２のバイパス手段２０の合流点の下流側に、熱源機１から出てくる熱媒体とバイパス手段２０からバイパスされる熱媒体とが合流した後の熱媒体の温度を検知する温度検知手段３０が設けられている。この温度検知手段３０は種々の装置で実現できるが、例えばサーミスタによっても実現できる。そして、温度検知手段３０で検知した温度は、熱源機制御部１４にフィードバックされ、燃料ガスのオン・オフ制御または流量制御に利用される。また、温度検知手段３０を設けてフィードバックさせることで、瞬間型の熱源機が低温の出湯を可能にすることができる。この点は、大規模の床暖房システムの場合、暖房設定温度が比較的低めに設定されることがあり、非常に有用である。
【００２２】
本実施の形態では、複数の床暖房端末４、５を個別に使用または制御する場合の為に、送り配管２のバイパス手段２０との合流点の下流側で且つ端末開閉手段５０、５１の上流側の位置と、戻り配管３のバイパス手段２０との合流点の上流側の位置との間に、個別制御用バイパス手段４０を設けている。そして、この個別制御用バイパス手段４０は、流量制御をすることができるように比例弁４１を有している。
【００２３】
この個別制御用バイパス手段４０は、少ない流量の熱媒体しか出湯できない瞬間型の熱源機１を、大面積の床暖房を行う大規模床暖房システムに使用した場合であって、複数の床暖房端末を個別に制御する場合に特に有用である。即ち、複数の床暖房端末４、５の内、一の床暖房端末、例えば４の端末開閉手段を閉にした場合、床暖房端末４の循環流量と同等の流量を流すよう比例弁４１を制御してこの個別バイパス手段４０を開くことで、総循環熱媒体の流量を変化させずに、床暖房端末に流れる流量のみを変化させることができる。従って、熱源機１に流れる熱媒体の流量は一定に保たれ、温度検知手段３０による熱量供給の制御を簡便にすることができ、また、熱源機として流量の能力に一定の限界がある小型の瞬間型の熱源機を大規模床暖房システムに採用することが可能になる。
【００２４】
上記の様に、バイパス手段２０を定流量にし、床暖房端末４、５への端末開閉手段５０、５１を個別にオン・オフすることに連動して制御される個別制御用バイパス手段４０を設けたことで、図中一点鎖線７０で示した部分から左側の回路内は、常に一定の流量の熱媒体の循環が保たれることになるのである。
【００２５】
更に、本実施の形態には、第一、第二の床暖房端末４、５に対して、対応する部屋の室内温度、床表面積温度、或いは外気の温度の何れかを検知する温度センサー５２、５３を設けている。これらの温度センサー５２、５３により検知された温度は、コントロールユニット６０に供給され、端末開閉手段５０、５１の開閉制御に利用される。尚、コントロールユニット６０には、暖房スイッチ、温度設定などを管理室或いは部屋から行うためのシステムコントローラ６１が接続されている。
【００２６】
次に、具体的な制御フローについて図２のフローチャート図を参照しながら説明する。
【００２７】
先ず、大規模な床暖房システムの施工時について簡単に説明する（ステップ１００参照）。床暖房が設置される床材の種類と、暖房温度から熱媒体の温度が決定される。次に、その熱媒体の温度等から熱媒体の流量が決定される。その結果、全体の放熱量（Ｋｃａｌ／ｈ）が決まり、それだけの熱量を供給できる能力を持った熱源機が決定される。この場合、熱源機の流量については考慮する必要はない。但し、一台の熱源機では必要な熱量を供給できない場合は、二台の熱源機を並列に設ける場合もある。これは、あくまでも熱量の観点から決められる。
【００２８】
そして、床暖房システムの総流量から設置する熱源機の流量を減算した値の流量を流すことが可能なサイズの定流量弁２１が決定される。
【００２９】
例えば、今仮に第一、第二の床暖房端末の面積が異なり、それぞれに流す熱媒体の流量が２３リットル／分、４６リットル／分とする。その結果、全体の放熱量が３０，０００Ｋｃａｌ／ｈであるとする。この程度の熱量を供給できる瞬間型の熱源機の場合には、一般には１５リットル／分程度の流量能力しかない。そこで、定流量弁には５５リットル／分程度のものが選ばれることになる。
【００３０】
次に、第一、第二の床暖房端末を共にオンした場合（ステップ２００参照）、コントロールユニット６０からの指令により、瞬間型の熱源機１のガス燃料の比例弁１３が全開となりバーナー１２が着火する。同時に循環ポンプ９もオンとなる。例えばバルブのような端末開閉手段５０、５１が共に開いて、熱媒体がそれぞれの端末４、５のパネル６内の循環路に流れる。運転開始時は、熱媒体が未だ所定の温度に達していないためガス燃料の比例弁１３は全開の状態で運転するが、温度検知手段３０が所定の設定温度、例えば４０℃に近い温度を検知すると、安定運転の為に、ガス燃料の比例弁１３が絞られ、安定した熱量の供給が行われることになる。
【００３１】
この場合、端末開閉手段５０、５１が共に開いているので、個別制御用バイパス手段４０は閉じた状態である。但し、例えば第一の床暖房端末４の部屋に設けられた温度センサー５２が、室温または床温度が所定の温度以上に上がったことを検知した場合、コントロールユニット６０からの指令により端末開閉手段５０が閉じることになる。このように、端末開閉手段５０を開閉制御することで、所定の温度に室温、または床温度を保つことができる。そして、コントロールユニット６０は、端末開閉手段５０を閉じると共に、個別制御用バイパス手段４０の比例弁４１を開いて、システムの総循環流量が一定に保たれるようにする。従って、第一の床暖房端末４の流量、例えば、２３リットル／分、に応じた値の流量が確保されるように比例弁４１がコントロールユニット６０により制御される。
【００３２】
また、床暖房端末の部屋の温度や床温度の制御には、瞬間型の熱源機１のオン・オフ動作によっても行うことができる。
【００３３】
次に、図２中のステップ３００の、第一の床暖房端末がオフ、第二の床暖房端末がオンする場合について説明する。
【００３４】
システムコントローラ６１より、第一の床暖房端末４の暖房を切る旨の指令が出され、コントロールユニット６０により端末開閉手段５０が閉じられる。それと同時に、コントロールユニット６０により個別制御用バイパス手段４０の比例弁４１が開かれる。この比例弁４１の開く制御は、上記と同様に第一の床暖房端末４の流量に応じた値の流量が確保されるように行われる。そして、第二の床暖房端末５の単独運転となる。やがて、第二の床暖房端末５の部屋の室温または床温度が所定温度以上になったことを温度センサー５３により検知されると、コントロールユニット６０により、当該所定温度に下がるまで、端末開閉手段５１が閉じられる。その結果、端末開閉手段５０、５１の何れもが閉じられたことになり、同時に熱源機１、循環ポンプ９もオフとなる。但し、熱媒体がその粘性により循環を続ける場合は、個別制御用バイパス手段の比例弁４１は、第一と第二の床暖房端末の流量に応じた値の流量が確保されるよう開かれる。
【００３５】
前述した通り、第二の床暖房端末５の単独運転中の温度制御を、熱源機１のオン・オフによって行うことも可能である。
【００３６】
逆に、第一の床暖房端末４がオン、第二の床暖房端末５がオフする場合は、今度は第一の床暖房端末とは流量の異なる第二の床暖房端末５の流量、例えば、４６リットル／分に応じた流量が個別制御バイパス手段４０の比例弁４１に流される様制御される。
【００３７】
尚、熱媒体としては温水の他に不凍液溶液を用いることもできる。また、温度センサー５２、５３は、室内の温度や床温度以外に、外気の温度を検知するようにすることも可能である。その場合、外気の温度に応じた床暖房の制御を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、定流量のバイパス手段を設けたことで、瞬間型の熱源機１の流量の不足を補うことができ、小型の瞬間型の熱源機を大規模な床暖房システムに使用することができる。従って、設置面積の狭い都市部においても大規模床暖房システムを導入することができる。
【００３９】
また、定流量バイパス手段から迂回した熱媒体と熱源機１から送り配管２に供給される熱媒体とが合流した後に温度検知手段を設けて、検知温度により熱源機の供給熱量の制御を行うので、一般の家庭用の瞬間型熱源機よりも低温での出湯をすることができる。従って、施工される物件に応じて柔軟に対応することができる。
【００４０】
更に、複数の床暖房端末４、５に対して、個別にオン・オフ制御する場合、個別制御用バイパス手段を設けて、床暖房端末への熱媒体の循環を閉じることに連動して、閉じられる端末の循環流量に応じた流量が確保されるように個別制御用バイパス手段を開くようにしているため、総循環流量を一定に保つことができる。その結果、瞬間型の熱源機１と定流量バイパス手段に流れる熱媒体の流量を常に一定にすることができ、上記の温度検知手段による合流する熱媒体の温度制御をより正確に且つ簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の床暖房システムの実施の形態の全体図である。
【図２】床暖房システムの制御フローチャート図である。
【符号の説明】
１ 瞬間型の熱源機
２ 送り配管
３ 戻り配管
４、５ 第一、第二の床暖房端末
６ マット
７ 循環路
８ ヘッダー
９ 循環ポンプ
２０ 定流量バイパス手段
２１ 定流量弁
３０ 温度検知手段
４０ 個別制御用バイパス手段
４１ 比例弁
５０、５１ 端末開閉手段
５２、５３ 第二の温度検知手段
６０ コントロールユニット

Claims (3)

1. 所定の流量の熱媒体が循環する循環路を内蔵した複数の床暖房端末と、
   前記複数の床暖房端末の循環路が並列に連結される送り配管と戻り配管と、
   前記送り配管と戻り配管の反対側に連結され、循環する熱媒体に熱量を供給する熱交換機を有し、前記送り配管との間に温水の貯蔵タンクを有さず、第一の流量の熱媒体を前記送り配管に供給する瞬間型の熱源機と、
   前記送り配管と戻り配管の間に設けられ、前記戻り配管から前記送り配管に第二の流量の熱媒体を流す定流量バイパス手段とを有し、
   前記第一の流量と第二の流量の和が前記床暖房端末の循環路を循環する流量にほぼ等しく、
   更に、前記複数の床暖房端末の循環路と前記送り配管との間にそれぞれ設けられた開閉可能な端末開閉手段と、
   前記端末開閉手段の上流側であって且つ前記定流量バイパス手段との合流点の下流側の前記送り配管の位置と、前記定流量バイパス手段との合流点の上流側の前記戻り配管の位置との間に設けられ、当該送り配管から戻り配管に所望の流量の熱媒体を流す比例弁が設けられた個別制御用バイパス手段とが設けられ、
   前記床暖房端末のうち一の床暖房端末の端末開閉手段が閉じられた時、当該一の床暖房端末の循環路の流量と同等の流量の熱媒体を前記個別制御用バイパス手段の比例弁に流すことを特徴とする床暖房システム。
2. 請求項１において、前記送り配管と定流量バイパス手段との合流点と前記床暖房端末との間に、循環する熱媒体の温度を検知する温度検知手段を設け、当該温度検知手段の出力に応じて前記熱源機の熱量を制御することを特徴とする床暖房システム。
3. 請求項１において、更に、前記床暖房端末が設けられた部屋内の温度、床表面温度、又は外気温度の何れかを検知する第二の温度検知手段を有し、該第二の温度検知手段により検知した温度に応じて前記端末開閉手段の開閉制御を行うことを特徴とする床暖房システム。

Images