JP4223180B2 - 温水放熱器及びその制御方法と使用方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋内の設備室内又は屋外に設置した湯沸器で加熱された温水を、屋内に設置した熱交換器に導入し、ここで空気と熱交換して温風を発生させて居室を暖房するようにした温水放熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の温水放熱器は、発熱量が５０００Ｋｃａｌ／ｈ、７０００Ｋｃａｌ／ｈのように異なる性能をもつ熱交換器をキャビネット内に組み込んで別々に販売されており、販売時に需要者の求めに応じて希望する性能の熱交換器を装着したり取替えたりすることはなかった。また需要者が或る機種を購入、使用した後に発熱量の異なるものに替えたくなった場合は、キャビネットを分解して熱交換器を取り替えれば低コストですむが、従来の温水放熱器は、キャビネットの分解、組み立てや熱交換器の着脱が面倒である。特に温水放熱器を床下に設置し、温風で床を暖めると共に温風を床下から床上の居室に送るようにしているものでは、熱交換器の取替え作業は狭い床下でしなければならず、作業が極めて困難である。このような事情から熱交換器の性能の変更や修理をしたいときは温水放熱器全体を買い替える傾向がある。また従来の温水放熱器は、温水配管に対する接続部が、温風吹き出し方向からみて一定方向に向けて固定されているので、温水配管を遠回りにしなければならない場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、キャビネットを分解することなく熱交換器の取替えが容易にでき、且つ温水配管に対する接続部を左右任意の方向に向けることができる温水放熱器を得ること、また、この温水放熱器を床下空間に設置したとき床下が過熱されないように運転を制御すること、及びこの温水放熱器を夏期夜間の冷房に利用することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段は、各請求項に記載したとおりであり、請求項１の温水放熱器は、多数の放熱フィンに多数の温水チューブを貫通させ、全体を略直方体状に形成した熱交換器を、キャビネットの内部に設置し、このキャビネットの前部に温風出口を設け、熱交換器の後部に送風機を設けた温水放熱器において、熱交換器の端部に端板を取り付け、キャビネットの左右の側壁に熱交換器が通過できる大きさの組込み口を開口し、両組込み口の下部間に熱交換器を載置する置き台として、水平部の両側に上向き部と下向き部とを設けた一対のレールにより構成し、レールの水平部が側壁に設けた組込み口の下辺と高さを一致又は下辺より高めに位置するように配置し、組込み口を塞ぐ横蓋を前記端板を介して熱交換器に着脱可能に取り付け、横蓋をキャビネットに着脱可能に取り付けたことを特徴とする。
【０００５】
この手段によれば、キャビネットと熱交換器から横蓋を分離することにより、熱交換器を組込み口から出し入れすることが可能になり、熱交換器の交換や温水管接続部の向きを変えることが容易にできる。
【０００６】
また請求項２の温水放熱器の制御方法は、請求項１の温水放熱器を家屋の床下空間に設置し、この温水放熱器の送風機の目標回転速度を、室内設定温度と室温の差である室内温度差に比例させて段階的に定めると共に、床下上限設定温度と床下温度の差である床下温度差に比例させて段階的に定め、且つ最上段階の各目標回転速度を温度差に比例させることなく一定に保ち、室内温度差に基付く目標回転速度が床下温度差に基付く目標回転速度より小さいときは、室内温度差に基付く目標回転速度で送風機を回転させ、室内温度差に基付く目標回転速度が床下温度差に基付く目標回転速度より大きいときは、床下温度差に基付く目標回転速度で送風機を回転させることを特徴とする。
【０００７】
この手段によれば、始動時のように室内と床下の一方または両方の温度が、それぞれの設定値と比べて大差があるときは、送風機は最上段階の速度で回転して急速に暖房する。そして室内又は床下の温度と設定値との温度差が少なくなると、送風機は、二つの目標回転速度のうち、低い方の回転速度で駆動され、これにより熱交換器の放熱量と床下温度を低く抑えることができるから、根太や床板の過乾燥を防止できる。
【０００８】
請求項３の温水放熱器の使用方法は、床下空間に開閉自在の外気取入れ口を設け、請求項１の温水放熱器を家屋の床下空間に設置し、屋外気温が屋内気温より低いとき前記温水放熱器の送風機を作動させ、外気を前記外気取入れ口から取り込んで室内に供給して冷房することを特徴とする。この手段によれば、冷房用の設備を全く設けることなく、夏季夜間などに室内を冷房することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は温水放熱器の外観を示すと共に、熱交換器の組み付け可能性を略図的に示したもので、１は温水放熱器、２はそのキャビネットで、天板２ａ、側壁２ｂ、前蓋２ｃを有し、前蓋２ｃはバックル４で天板２ａに係止され、前向きの二つの温風出口５、５を備える。この温風出口５は、温風をここから直接放出してもよいし、温風を遠方に放出するためにダクトを接続してもよい。左右の側壁２ｂには、放熱量が異なる熱交換器６又は７を入れることができる大きさの組込み口８とこれを塞ぐ横蓋９ａ，９ｂが設けてある。熱交換器における６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは、温水の入口と出口に設けた、温水配管に対する接続部である。
【００１０】
図２は装置の分解図であり、キャビネット２の底部には熱交換器６又は７の置き台としての一対のレール１０、１０が固定されており、このレール１０は、図３に示すように水平部１０ａの両側に、ガイド兼補強用の上向き部１０ｂと、補強用の下向き部１０ｃがあり、この水平部１０ａを、側壁２ｂに開けた組込み口８の下辺と高さ一致させ、又は下辺より高めに位置させてキャビネットに溶接されている。
【００１１】
レール１０と裏面枠２ｄの間に、丸穴１１ａを開けた仕切り板１１が固定されて送風機室１２が形成され、ここに送風機１３が設置される。送風機１３は、ファン１３ａとモータ１３ｂからなり、モータ１３ｂは、補助板１４ａ、ステー１４を介して仕切り板１１に固定され、ファン１３ａは丸穴１１ａ内に位置する。裏面枠２ｄには、ガード網１５がネジ止めされ、フィルタ１６が着脱自在に取り付けられる。また仕切り板１１の上部から前方へかけて、熱交換器６又は７の上面に接近したガイド板１７がキャビネット内部に固定されて、送風機１３から送られる空気が熱交換器６、７をバイパスしないようにガイドする。１８は制御基板で、側壁２ｂの開口内に取り付け具１８ｂによって固定され、蓋１８ｃで覆われる。２８は床下温度センサで、ステー１４に取付けられ、送風機１３に流入する空気温度、つまり床下温度を検出している。１９は居室内に置かれるリモコン器で、温度センサを備え室温を制御するために用いられる。
【００１２】
図４に熱交換器６を示すが、熱交換器７もこれと基本的に同じ構造で大きさが等しく、フィンと温水チューブの密度が異なる。温水チューブは銅管よりなり、銅管製の複数本の長脚Ｕ字管２０の脚部に、チューブ穴をもち鉄製で浅いコ字形の端板２１を嵌め、その背にチューブ穴兼スペーサ部２２ａをもつアルミ板製の多数のフィン２２を重ねて嵌め、更に前記端板２１と同形の端板２１の背を重ねて嵌め込んで固定してあり、チューブの始端と終端の接続部６ａ，６ｂとなる部分以外の脚端部同士を、短脚Ｕ字管２０ａで接続することにより、チューブ全体でジグザグ状の通路を形成している。２９は温水温度検出器である。
【００１３】
そして端板２１、２１の突出片にＬ字形の接続金具２３がビスなどで固定され、これに横蓋９ａ，９ｂがビス止めされる。２本だけ示したビスのうち、内側のビス２４は横蓋９ａ，９ｂと接続金具２３を固定するためのものであり、外側のビス２５は、横蓋９ａ，９ｂを側壁２ｂに固定するためのものである。一方の横蓋９ａには接続部６ａ，６ｂが通る穴２６、２７が開けてあるが、他方の横蓋９ｂには穴は開けてない。この熱交換器６は、最終組付けの時点でキャビネット２内でレール１０、１０に載置され、両端が横蓋９ａ，９ｂを介して側壁２ｂに固定される。
【００１４】
ここで、熱交換器６を熱量が異なる熱交換器７に取り替えたい場合は、ビス２４、２５を外して横蓋９ａを熱交換器６とキャビネット２から分離し、横蓋９ｂ側ではビス２４を外して熱交換器６を横蓋９ｂから分離すれば、熱交換器６をレール１０上を滑らせて一方の組込み口８から取り出すことができる。そして新しい熱交換器７にビス２４で横蓋９ａを取り付け、同じ組込み口８を通してレール１０上を滑らせてキャビネット２に入れ、横蓋９ａをキャビネット２に取り付け、横蓋９ｂ側ではビス２４で熱交換器を固定すれば熱交換器７はキャビネット２に固定される。
【００１５】
また、設置工事の都合で、接続部６ａ，６ｂの向きを変更したいときは、両側のビス２５と一方の横蓋９ｂ側のビス２４を外し、横蓋９ａと一体の熱交換器６をキャビネット２の組込み口８から取り外し、熱交換器６と横蓋９ａが一体のままもう一方の組込み口８を通してレール１０上を滑らせてキャビネット２内に入れ、横蓋９ｂと熱交換器６を反対側でビス２４で固定し、ビス２５で横蓋９ａ，９ｂをキャビネット２に固定すればよい。
【００１６】
次に、前記温水放熱器１を床下に設置して床上の居室を空調する温水放熱器の使用方法の発明について説明する。図５で３０は空調されるべき家屋であり、床３１によって床下空間３２と居室３３に区切られ、床下空間３２には１台又は複数台の温水放熱器１が設置され、床３１に空調空気の供給口３１ａと戻り口３１ｂが開けられている。なお、３４は導風板、３５は開閉自在のガラリである。
【００１７】
暖房時の室温の制御は、送風機１３（ファン）の回転速度即ち毎分回転数を段階的に調節して放熱量を段階的に変化させて行なわれるが、室温設定値を基準とする制御と、床下上限温度設定値を基準とする制御を組み合わせて行ない、設定値との温度差が小さい方を優先させ、その設定温度を基準とした制御をする。図６(a) (b) は、温度を回転数に変換した制御動作を示すグラフであり、図６(a) は室温で回転数を制御する場合、図６(b) は床下温度で回転数を制御する場合である。各グラフは、設定温度と検出温度の偏差を横軸にとり、この偏差に応じて回転させる送風機１３の毎分回転数を、目標段数として縦軸に段階的にとってある。
【００１８】
送風機１３の毎分回転数は、図６(a) では設定値以下の室温では１度の温度差ごとに回転数の段を変更し、設定値より室温が低いときは左肩上がりに回転数の段を上げ、温度差が少なくなれば右肩下がりに回転数の段を下げ、設定値より２度高くなれば停止させる。図６(b) は床下温度で回転数を制御する場合を示し、床下上限温度設定値は、出荷時に例えば３８℃とされ、温度差がこれより３度以上低ければ図６(a) で説明したと同様に１度の温度差ごとに回転数の段を変更する制御をする。図に示す回転数の段は、１段について４００回転であり、段数が０で停止、１で４００回転、６で２４００回転である。これらの関係は、制御基盤１８に入力されている。
【００１９】
図７は制御プログラムのフローチャートで、図６の基準にしたがって、室温で決まるファン回転数をＡフローに従って求め、床下温度で決まるファン回転数をＢフローに従って求め、両回転数を比較して回転数の小さい方のフローにしたがって運転する。例えば運転開始時には、室温が５℃、設定温度が２０℃であれば温度差は１５度であり、図６(a) の最上段階の６段階の２４００回転であり、このとき床下温度が−１０℃であれば床下上限温度設定値３８℃より４８度低いから、これも図６(b) の６段階の２４００回転であり、ファンは、比較のステップで床下側のＢフローに従って制御される。
【００２０】
そして各部の温度が上昇して、床下温度が床下上限温度設定値３８℃より７度下の３１℃になるとすれば、目標段数は図６(b) の５段階の２０００回転になり、このとき室温が設定温度より３度低い１７℃であれば、図６(a) の４段階の１６００回転であり、室温で決まるファン回転数の方が床下温度で決まるファン回転数より小さいから、暫くこの１６００回転で運転し、前記比較に変更がなければ室温に応じてファンの変速、停止、再運転などを繰り返す。また前記比較のステップで床下温度で求めたファン回転数の方が室温で決まるファン回転数より小さければ、Ｂフローに移って床下温度のファン回転数で運転し、前記比較に変更がなければ床下温度に応じて変速、停止、再運転を繰り返す。このようにファン即ち送風機１３は、室温で決まる回転数と床下温度で決まる回転数の小さい方の速度で回転して暖房出力を小さい方に決定するから、床下温度が異常な高温になることが防止され、根太、床板などの過乾燥が防止される。特に、暖房運転開始時は、床下空間３２の方が居室３３に比べ温度上昇が早いので、床下空間の温度が上がり過ぎるのを防止できる。なお、このような制御方法は、前記温水放熱器１と異なる構成の温水放熱器を用いても実施できる。
【００２１】
また、この温水放熱器１は、送風機１３のもつ送風作用を利用して、夏期の夜間などに、居室より低温の外気を床下空間３２に取り入れて居室３３に冷風として供給するために使用することができる。この場合、温水放熱器１では送風機１３のみが作動されるが、温水チューブ内を冷水が通過するようにしてもよい。なお、温水放熱器には、図４に示すように温水温度検出器２９が設けてあって、暖房運転時に冷風が吹出すのを防止するために、温水温度が設定温度（例えば４０℃）以下の場合は送風機１３を停止させるようにしているので、冷房用に運転する場合は、この送風機１３を停止させる作用を不作用にしなければならない。
【００２２】
このような冷房作用を行なわせる場合は、供給口３１ａの下方に導風板３４を設けておけば、冷風の澱みを無くすことができ、冷気をスムーズに供給口３１ａに案内することができる。この場合、床下空間の壁に設けたガラリ３５を開けて外気を取り入れるが、暖房季にはガラリ３５は閉めておく。また、屋根部には越屋根３６開口部又は天窓３７を設けることにより、居室３３の暖い空気が越屋根開口部や天窓から排出できるので床下空間３２に冷い外気がガラリ３５から流入しやすくなり、冷風の澱みを防止でき、冷房効果が向上する。なお、このような温水放熱器１の利用方法は、温水放熱器が送風機を備えるものであれば、前記温水放熱器１と異なる構成のものであっても実施できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなとおり、請求項１の手段によれば、キャビネットから横蓋を外すことにより、熱交換器を組込み口から出し入れが可能になり、熱交換器の交換、変向が容易にできる効果がある。
【００２４】
また請求項２の手段によれば、始動時のように室内と床下の一方または両方の温度が、それぞれの設定値と比べて大差があるときは、送風機は最上段階の速度で回転して急速に暖房し、温度が上昇して室内又は床下の温度と設定値の差が少なくなると、送風機は、二つの目標回転速度のうち、低い方の回転数で駆動され、これにより熱交換器の放熱量と床下温度を低く抑えることができるから、根太や床板の過乾燥を防止できる効果がある。
【００２５】
請求項３の手段によれば、夏季に昼夜の温度差が大きい地域で夜間に室内温度が高いときは、冷房用の設備を全く設けることなく、低温の外気を導入して室内を冷房することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 熱交換器の取替え方法を略示した本発明の温水放熱器の斜視図
【図２】 本発明の温水放熱器の分解斜視図
【図３】 レールの端面図
【図４】 熱交換器の平面図
【図５】 温水放熱器を設置した家屋の断面図
【図６】 送風機の回転数を決めるグラフ
【図７】 送風機制御用フローチャート
【符号の説明】
１ 温水放熱器 ２ キャビネット ２ｂ 側壁 ５ 温風出口 ６、７ 熱交換器 ８ 組込み口 ９ａ，９ｂ 横蓋１０ レール １３ 送風機 １３ａ ファン ２１ 端板 ２３ 接続金具

Claims (3)

1. 多数の放熱フィンに多数の温水チューブを貫通させ、全体を略直方体状に形成した熱交換器を、キャビネットの内部に設置し、このキャビネットの前部に温風出口を設け、熱交換器の後部に送風機を設けた温水放熱器において、熱交換器の端部に端板を取り付け、キャビネットの左右の側壁に熱交換器が通過できる大きさの組込み口を開口し、両組込み口の下部間に熱交換器を載置する置き台として、水平部の両側に上向き部と下向き部とを設けた一対のレールにより構成し、レールの水平部が側壁に設けた組込み口の下辺と高さを一致又は下辺より高めに位置するように配置し、組込み口を塞ぐ横蓋を前記端板を介して熱交換器に着脱可能に取り付け、横蓋をキャビネットに着脱可能に取り付けたことを特徴とする温水放熱器。
2. 請求項１の温水放熱器を家屋の床下空間に設置し、この温水放熱器の送風機の目標回転速度を、室内設定温度と室温の差である室内温度差に比例させて段階的に定めると共に、床下上限設定温度と床下温度の差である床下温度差に比例させて段階的に定め、且つ最上段階の各目標回転速度を温度差に比例させることなく一定に保ち、室内温度差に基付く目標回転速度が床下温度差に基付く目標回転速度より小さいときは、室内温度差に基付く目標回転速度で送風機を回転させ、室内温度差に基付く目標回転速度が床下温度差に基付く目標回転速度より大きいときは、床下温度差に基付く目標回転速度で送風機を回転させることを特徴とする、温水放熱器の制御方法。
3. 床下空間に開閉自在の外気取入れ口を設け、請求項１の温水放熱器を家屋の床下空間に設置し、屋外気温が屋内気温より低いとき前記温水放熱器の送風機を作動させ、外気を前記外気取入れ口から取り込んで室内に供給して冷房することを特徴とする、温水放熱器の使用方法。

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