JP3777653B2 - 温水暖房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を熱媒とし、加熱した温水を温水循環ポンプにより循環して暖房に供する温水暖房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種、温水暖房装置における温水循環ポンプは、出力が一定のものを用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この温水暖房装置における温水循環ポンプは、運転の始動時や、温水配管に空気が混入している時には、比較的に高い出力が必要であるが、通常の運転状態になれば、それほど高い出力は不要となる。従って温水循環ポンプの出力が一定のものであれば、通常の運転時には、不必要なエネルギーを消費するという問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱装置と、前記熱交換器で加熱された温水を出力可変の温水循環ポンプにより循環して端末機に供給した後、循環水の空気抜き機能を有する膨張タンクを経由して前記熱交換器に戻す温水循環経路と、暖房運転の制御を行う主制御器とを備え、前記主制御器は、端末機の負荷に応じて通常出力範囲内で温水循環ポンプを制御する通常出力運転モードと、前記通常出力範囲を超えて高出力で温水循環ポンプを制御する高出力運転モードを有し、電源投入後の所定時間において前記高出力運転モードで運転を行い、その後通常出力運転モードで運転を行うようにしている。そして、このように出力が変化できる温水循環ポンプを用いることにより、温水暖房装置の運転状態に相応したポンプ出力となり、省エネルギー化、静音化を図ることができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
請求項1記載に係る発明は、水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱装置と、前記熱交換器で加熱された温水を出力可変の温水循環ポンプにより循環して端末機に供給した後、循環水の空気抜き機能を有する膨張タンクを経由して前記熱交換器に戻す温水循環経路と、暖房運転の制御を行う主制御器とを備え、前記主制御器は、端末機の負荷に応じて通常出力範囲内で温水循環ポンプを制御する通常出力運転モードと、前記通常出力範囲を超えて高出力で温水循環ポンプを制御する高出力運転モードを有し、電源投入後の所定時間において前記高出力運転モードで運転を行い、その後通常出力運転モードで運転を行うようにしたものである。
【0006】
上記のように構成することにより、電源投入後初期、特に試運転の始動時や、温水配管に空気が混入して空気抜き運転が必要な時には、温水循環ポンプの出力を高くすることで、始動や空気抜き運転がスムーズになり、かつ所定の時間経過後、通常出力に戻すことで、通常運転時には温水循環ポンプの消費電力が少なくなり、かつ運転音を小さくできる。
【0007】
また、請求項2記載に係る発明は、熱交換器の下流側に温水温度センサを設け、該温水温度センサの信号で変化する加熱装置の出力に応じて温水循環ポンプの出力を比例的に制御するようにしたものである。
【0008】
そして、加熱装置の出力が、大きい運転の時は、温水循環ポンプ出力を高く、加熱装置の出力が小さいときは、温水循環ポンプ出力を低く運転することで、運転に支障なく、省電力、低騒音運転をすることができる。
【0009】
また、請求項3記載に係る発明は、熱交換器の上流側に温水温度センサを設け、該温水温度センサの検出温度が所定温度以下のとき、温水循環ポンプを高出力運転モードで運転し、所定温度以上になると、温水循環ポンプを通常出力運転モードで運転するようにしたものである。
【0010】
そして、熱交換器の上流側の循環温水温度が低いとき、たとえば運転初期、あるいは、暖房負荷が大きいときには、温水循環ポンプを高い出力に切換ることで、起動がスムーズとなり、かつ、温水循環量を多くすることで、暖房端末器の暖房出力を大きくすることができる。温水温度が所定値以上になれば、元の出力に戻すことで、運転に支障なく省電力化、低騒音化を図ることができる。
【0011】
また、請求項4記載に係る発明は、外気温検出用の温度センサを設け、暖房運転停止期間中に前記温度センサが所定温度未満を検出すると、通常出力範囲を下回る低出力で温水循環ポンプを運転する低出力運転モードに切り換え、暖房運転が開始されると通常出力運転モードに切り換えるようにしたものである。
【0012】
そして、外気温検出用の温度センサが、所定値以下の出力のときには、温水循環ポンプの出力を低く切換えるため、温水暖房装置の凍結予防運転を、運転に支障なく、省電力、低騒音で運転することができる。
【0013】
また、請求項5記載に係る発明は、熱交換器の上流側に、温水循環流量を検出する流量センサーを設け、温水循環流量を設定する流量切換スイッチを備え、前記流量センサーの検出値が、流量切換スイッチにより設定された流量に、なるよう温水循環ポンプの出力を制御するようにしたものである。
【0014】
そして、温水循環量を、流量切換スイッチにより設定された流量になるように温水循環ポンプの出力を制御することで、温水暖房装置は、運転に支障なく、省電力化、低騒音化することができる。
【0015】
また、請求項6記載に係る発明は、熱交換器の下流側に、循環温水の水圧を検出する圧力センサを設け、その検出値が所定値となるように温水循環ポンプの出力を制御するようにしたものである。
【0016】
そして、熱交換器の下流側の水圧が所定値となるように温水循環ポンプの出力を制御することで、温水循環ポンプの出力が必要以上の出力にならなくなり、運転に支障なく、省電力化、低騒音化することができる。
【0017】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
(実施例1)
図1は本発明の実施例1のガス温水暖房装置の構成模式図である。
【0018】
図1において、1は外装体、2はガス燃焼用空気の給気口、3はガス量制御器、4はガス燃焼部で、ガス量制御器3とガス燃焼部4とにより加熱器を構成している。5は熱交換器、6は燃焼排ガスの排出口、7は出力可変な温水循環ポンプ、8は熱交換器5の温水入口管、9は熱交換器5の温水出口管、10は温水温度センサ、11は温水往き管、12は温水暖房端末器、13は温水戻り管、14は循環水の空気抜きと膨張・収縮を吸収する膨張タンク、15は主制御器である。
【0019】
なお、主制御器15は、図2で示す動作シーケンス図のように、温水循環ポンプ7を動作させる。すなわち、電源投入後、最初の運転時、すなわち10分間だけ温水循環ポンプ7を高出力で運転し、その後は通常出力の運転をする。
【0020】
以上のように構成された温水暖房装置について、その動作、作用について説明する。
【0021】
循環温水は、温水往き管11においては、80℃となるように、温水温度センサ10と、加熱器を構成するガス量制御器3およびガス燃焼部4と、主制御器15によって制御され、温水暖房端末器12へ搬送される。温水暖房端末器12で暖房機能を果たして温度が低くなった循環温水は、温水戻り管13より膨張タンク14へ流れ、ついで温水循環ポンプ7で加圧され、熱交換器5の温水入口管8を経て熱交換器5に戻り、再び熱交換器5において加熱されることで連続的に運転される。
【0022】
この運転の最初10分間、温水循環ポンプ7を高出力で運転することにより、温水循環ポンプ7を長期間使用せずに放置することで発生する不動作状態、いわゆるポンプロックの状態を解除することができ、さらに、温水の搬送管、すなわち温水往き管11、温水戻り管13などの中に空気が存在する状態、たとえば試運転時のようなとき、スムーズな空気抜き運転ができる。
【0023】
そして10分経過後、つまり温水循環ポンプ7が起動し、かつ搬送管中の空気抜きが終了した時点で、温水循環ポンプ7を通常出力運転とすることで、省エネルギー化・低騒音化がはかれる。
【0024】
さらに、高出力運転時間を制限することで、温水循環ポンプ7のモーターの巻線が同一であれば、巻線の温度上昇により制限される出力条件の中で、より高出力が得られるという効果もある。
【0025】
(実施例2)
図3は本発明の実施例2のガス温水暖房装置の構成模式図、図4は温水循環ポンプの動作特性図である。
【0026】
実施例1の場合と異なる点は、温水循環ポンプ7が、図4に示す特性に従って動作するような主制御器16を設けた点にある。
【0027】
なお、実施例1と同一符号のものは同一構造を示し、説明は省略する。
次に動作、作用について説明すると、加熱器を構成するガス量制御器3の出力特性は、図4に示すような出力可変な温水循環ポンプ7の出力と連動させる。図4において、横軸はガス量制御器3の出力特性、一般的にはガス比例制御弁の動作電流Iを示し、縦軸は温水循環ポンプ7の出力特性、たとえば数1を満足するポンプ回転数Rを示す。
【0028】
(数1)
R=kI+c
数1において、kは、比例定数、cは定数(ガス量制御器3の出力がゼロの時でも所定量のポンプ出力とする)。なおこの特性は一例であり、他の特性であっても良い。
【0029】
以上のように動作させることで、加熱器の出力に応じた温水循環ポンプ7の出力とすることができ、運転に支障なく省エネルギー化および低騒音化を図ることができる。
【0030】
(実施例3)
図5は本発明の実施例3のガス温水暖房装置の構成模式図である。
【0031】
実施例1と異なる点は、熱交換器5の上流側の温水入口管8に温水温度センサ17を設け、この温水温度センサ17による検出値が、所定値以下であれば、温水循環ポンプ7は比較的に高い出力で運転するような主制御器18を設けた点にある。
【0032】
なお実施例1と同一符号のものは同一構造を示し、説明は省略する。
次に動作、作用について説明すると、循環温水は、温水往き管11においては、80℃となるように、温水温度センサ10と、加熱器を構成するガス量制御器3およびガス燃焼部4と、主制御器15によって制御され、温水暖房端末器12へ搬送される。そこで温水暖房端末器12が定格の仕事、つまり暖房をする場合の温水温度は普通60℃程度を温水温度センサ17が検出する。そしてその検出値が、60℃未満であるときは、温水循環ポンプ7の出力を比較的に高くすることで、温水循環量が多くなって温水暖房端末器12の暖房出力を大きくすることができる。
【0033】
さらに、運転初期の温水温度が低いとき、あるいは起動時にも、温水循環ポンプ7を高出力で運転できることができ、運転をスムーズに立ち上げることが可能となる。そして、温水温度センサ17が60℃以上になれば、温水循環ポンプ7の出力を元の出力に戻すことにより、運転に支障なく、省エネルギー化および低騒音化を図ることができる。
【0034】
(実施例4)
図6は本発明の実施例4のガス温水暖房装置の構成模式図である。
【0035】
実施例1と異なる点は、外気温センサ19を外装体1に取付けるとともに、その検出値により温水循環ポンプ7を低出力運転に切換える主制御器20を設けた点にある。
【0036】
なお実施例1と同一符号のものは同一構造を示し、説明は省略する。
次に動作、作用について説明すると、一般的にこの種の温水暖房装置は、暖房運転されていない時でも、冬期外気温度が4℃未満になると装置の凍結を予防するために運転を開始する。つまり外気温センサ19が、4℃未満を検出すると、温水循環ポンプ7のみが運転を始めることにより、循環水の温度が0℃であっても、循環水が流れることにより装置の凍結を予防することができる。
【0037】
この時、循環水が十分な流量だけ流れなくても、水が動いていれば凍結しなくなる。
【0038】
従って主制御器20により温水循環ポンプ7の出力を低くすることができ、凍結予防運転に支障なく、省エネルギー化および低騒音化を図ることができる。なお、通常暖房運転を始めれば温水循環ポンプ7の出力が、通常出力になるように主制御器20を構成している。
【0039】
(実施例5)
図7は本発明の実施例5のガス温水暖房装置の構成模式図である。
【0040】
実施例1と異なる点は、熱交換器5の上流側の温水入口管8に温水循環流量を検出する流量センサ21を設け、主制御器22は、その設定流量を変更可能な流量切換スイッチを備え、流量センサ21の検出値が流量切換スイッチにより設定された流量になるように、温水循環ポンプ7の出力を制御するようにした点にある。
【0041】
なお実施例1と同一符号のものは同一構造を示し、説明は省略する。
次に動作、作用について説明すると、一般的にこの種の温水暖房装置は、暖房端末器12を最低1台、多い場合は10台程度接続している。その際、必要な循環温水量としては、暖房端末器12が1台のときは、約2リットル/分、10台接続したときは、約20リットル/分程度必要となり、必要とする循環温水量の差が大きくなる。そこで、暖房端末器12の台数に対応した流量にするために、流量切換スイッチにより設定流量を切換え、またその流量になるように温水循環ポンプ7の出力を制御することにより、運転に支障なく、省エネルギー化および低騒音化を図ることができる。特に接続する暖房端末器12の台数がすくないとき、その効果は大きい。
【0042】
なお、流量センサ21を熱交換器5の上流側に設けたのは、検知する温水循環流体の温度が、より低いために流量センサ21の信頼性が増すためである。
【0043】
(実施例6)
図8は本発明の実施例6のガス温水暖房装置の構成模式図である。
【0044】
実施例1と異なる点は、熱交換器5の下流側の温水往き管11に循環温水の水圧を検出する圧力センサ23を設け、その検出値が、温水循環量を確保できる値となるように温水循環ポンプ7の出力を制御する主制御器24を設けた点にある。
【0045】
なお実施例1と同一符号のものは同一構造を示し、説明は省略する。
次に動作、作用について説明すると、一般的にこの種の温水暖房装置は、搬送管、すなわち温水往き管11、温水戻り管13の口径および最大長さ、あるいは接続可能な暖房端末器12の種類が温水循環ポンプ7の出力により定められている。一方温水循環ポンプ7の流量と圧力との関係特性は、図9に示すようになる。そこで温水暖房装置の運転に必要な圧力をpとすれば、流せる温水循環流量は温水循環ポンプ7の最大出力がAの場合はaとなり、出力がBの場合はbとなり、出力がCの場合はcとなる。
【0046】
実施例5において述べたように、暖房に必要な循環温水量としては暖房端末器12が1台のときは、約2リットル/分、10台接続したときは、約20リットル/分程度であるので、図9における流量aを約20リットル/分、流量cを6リットル/分とすれば、温水循環ポンプ7の出力がAのときには暖房端末器12は10台まで、出力がCのときには、3台まで運転できることとなる。つまり暖房端末器12が3台運転されている温水暖房装置の場合は、求められるポンプ出力はCで良いこととなる。以上のように循環温水圧力を常に所定値とするように制御することにより、運転に支障無く、省エネルギー化、低騒音化が図れる。
【0047】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、出力可変な温水循環ポンプの出力を運転の所定のタイミングで切換えることで運転に支障なく、省エネルギー化、低騒音化ができるという有利な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における実施例1のガス温水暖房装置の構成模式図
【図2】同ガス温水暖房装置の動作シーケンス図
【図3】本発明の実施例2のガス温水暖房装置の構成模式図
【図4】同ガス温水暖房装置の温水循環ポンプの動作特性図
【図5】本発明の実施例3のガス温水暖房装置の構成模式図
【図6】本発明の実施例4のガス温水暖房装置の構成模式図
【図7】本発明の実施例5のガス温水暖房装置の構成模式図
【図8】本発明の実施例6のガス温水暖房装置の構成模式図
【図9】同ガス温水暖房装置の温水循環ポンプの流量と圧力との特性図
【符号の説明】
4 ガス燃焼部
5 熱交換器
7 温水循環ポンプ
10,17 温水温度センサ
14 膨張タンク
15,16,18,20,22,24 主制御器
19 外気温センサ
21 流量センサ
23 圧力センサ
Claims (6)
- 水を加熱する熱交換器と、前記熱交換器を加熱する加熱装置と、前記熱交換器で加熱された温水を出力可変の温水循環ポンプにより循環して端末機に供給した後、循環水の空気抜き機能を有する膨張タンクを経由して前記熱交換器に戻す温水循環経路と、暖房運転の制御を行う主制御器とを備え、前記主制御器は、端末機の負荷に応じて通常出力範囲内で温水循環ポンプを制御する通常出力運転モードと、前記通常出力範囲を超えて高出力で温水循環ポンプを制御する高出力運転モードを有し、電源投入後の所定時間において前記高出力運転モードで運転を行い、その後通常出力運転モードで運転を行うようにした温水暖房装置。
- 熱交換器の下流側に温水温度センサを設け、該温水温度センサの信号で変化する加熱装置の出力に応じて温水循環ポンプの出力を比例的に制御するようにした請求項1記載の温水暖房装置。
- 熱交換器の上流側に温水温度センサを設け、該温水温度センサの検出温度が所定温度以下のとき、温水循環ポンプを高出力運転モードで運転し、所定温度以上になると、温水循環ポンプを通常出力運転モードで運転するようにした温水暖房装置。
- 外気温検出用の温度センサを設け、暖房運転停止期間中に前記温度センサが所定温度未満を検出すると、通常出力範囲を下回る低出力で温水循環ポンプを運転する低出力運転モードに切り換え、暖房運転が開始されると通常出力運転モードに切り換えるようにした請求項1記載の温水暖房装置。
- 熱交換器の上流側に温水循環流量を検出する流量センサを設けるとともに、温水循環流量を設定する流量切換スイッチを備え、温水循環ポンプの出力を制御して前記流量センサの検出値を、流量切換スイッチにより設定した流量にする請求項1記載の温水暖房装置。
- 熱交換器の下流側に、循環温水の水圧を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの検出値を温水循環ポンプの出力を制御して所定値とする請求項1記載の温水暖房装置。
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1996
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