JP4239963B2 - 温水暖房システム - Google Patents

Description

この発明は、温水暖房熱源機によって生成された温水を利用して床暖房端末装置が床暖房を行う温水暖房システムに関する。

本願発明者は、温水暖房熱源機によって生成された温水を利用して床暖房を行う温水暖房システムとして、例えば、図２に示すような温水暖房システムを提案している。この温水暖房システム５０は、同図に示すように、所定温度の温水を生成する温水暖房熱源機５１と、この温水暖房熱源機５１によって生成された所定温度の温水が循環供給される床暖房マット５２ａ、５２ｂと、温水暖房熱源機５１に接続された循環往き主管６１及び循環戻り主管６２と、床暖房マット５２ａ、５２ｂを循環往き主管６１及び循環戻り主管６２にそれぞれ接続する循環往き枝管６３ａ、６３ｂ及び循環戻り枝管６４ａ、６４ｂと、床暖房マット５２ａ、５２ｂ毎に、それぞれの循環往き枝管６３ａ、６３ｂに設置された流量制御弁６５ａ、６５ｂと、循環戻り主管６２における床暖房マット５２ａ、５２ｂの接続位置よりも下流側に接続された端末循環主管６６と、端末循環主管６６に設置された端末側循環ポンプ６７と、床暖房マット５２ａ、５２ｂ毎に、それぞれの循環往き枝管６３ａ、６３ｂにおける流量制御弁６５ａ、６５ｂの下流側と端末循環主管６６における端末側循環ポンプ６７の下流側とを接続する端末循環枝管６８ａ、６８ｂと、床暖房マット５２ａ、５２ｂ毎に、それぞれの端末循環枝管６８ａ、６８ｂに設置された熱動弁６９ａ、６９ｂとを備えている。

この温水暖房システム５０では、運転を開始した後、短時間のうちに床暖房フロアの表面温度を所定温度まで昇温させるために、熱動弁６９ａ、６９ｂを閉弁すると共に流量制御弁６５ａ、６５ｂを全開にした状態で、温水暖房熱源機５１によって生成された高温の温水を床暖房マット５２ａ、５２ｂに循環供給する初期運転モードで運転を行うようになっているが、床暖房フロアの表面温度が所定温度まで昇温すると、流量制御弁６５ａ、６５ｂを一旦全閉にした後、熱動弁６９ａ、６９ｂを開弁すると共に端末側循環ポンプ６７の運転を開始し、それぞれの床暖房マット５２ａ、５２ｂへの温水の供給温度が設定温度になるように、流量制御弁６５ａ、６５ｂの開度を調整する定常運転モードに切り換えるようになっている。

特開２００１−０７４２５５号公報

ところで、上述したように、床暖房マット５２ａ、５２ｂから送出された温水を、温水暖房熱源機によって加熱することなく、そのまま床暖房マット５２ａ、５２ｂに戻すために、双方の床暖房マット５２ａ、５２ｂに対して共通の端末循環主管６６を使用している温水暖房システム５０では、例えば、一方の床暖房マット５２ａが定常運転モードで暖房運転を行っている状態において、他方の床暖房マット５２ｂが暖房運転を開始すると、他方の床暖房マット５２ｂには、温水暖房熱源機５１によって生成された高温の温水が直接供給されるので、床暖房マット５２ｂから送出される温水の戻り温度も高く、定常運転モードで暖房運転を行っている床暖房マット５２ａには、双方の床暖房マット５２ａ、５２ｂから送出される温水が混合されることによって、設定温度より高い温水が供給される可能性があり、そのような場合は、流量制御弁６５ａを全閉にしても、床暖房マット５２ａへの温水の供給温度が設定温度を上回ってしまい、床暖房フロアの表面温度が必要以上に上昇してしまうといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、流量制御弁を全閉にした状態で、設定温度を上回る温水が床暖房端末装置に供給される場合であっても、床暖房フロアの表面温度が必要以上に上昇することがない温水暖房システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、複数の床暖房端末装置が、温水暖房熱源機によって生成された所定温度の温水を利用して床暖房を行う温水暖房システムにおいて、前記温水暖房熱源機に接続された循環往き主管及び循環戻り主管と、複数の前記床暖房端末装置を前記循環往き主管及び前記循環戻り主管にそれぞれ接続する循環往き枝管及び循環戻り枝管と、前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記循環往き枝管に設置された流量制御弁と、前記循環戻り主管における最も下流側に接続されている前記循環戻り枝管の接続位置よりも下流側に接続された、端末側循環ポンプが設置された端末循環主管と、前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記循環往き枝管における前記流量制御弁の下流側と前記端末循環主管における端末側循環ポンプの下流側とを接続する端末循環枝管と、前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記端末循環枝管に設置された開閉弁とを備え、前記開閉弁を開弁した状態で前記端末循環ポンプを運転しながら、それぞれの前記床暖房端末装置への温水の供給温度が設定供給温度になるように、前記流量制御弁の開度を調整する第１定常運転モードを備えており、この第１定常運転モードでの運転中に、前記流量制御弁を全閉にしても、前記床暖房端末装置への温水の供給温度が設定供給温度を上回る場合には、前記開閉弁を周期的に開閉させる第２定常運転モードに切り換えるようになっていることを特徴とする温水暖房システムを提供するものである。

以上のように、請求項１にかかる発明の温水暖房システムでは、第１定常運転モードでの運転中に、流量制御弁を全閉にしても、床暖房端末装置への温水の供給温度が設定供給温度を上回る場合には、複数の床暖房端末装置からそれぞれ送出される温水が混合された混合戻り温水を、床暖房端末装置に断続的に供給することによって、暖房能力を抑制するようにしているので、流量制御弁を全閉にした状態で、設定供給温度を上回る温水が床暖房端末装置に供給される場合であっても、床暖房フロアの表面温度が必要以上に上昇することがない。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、居室内を暖房するための温水暖房システム１を示している。この温水暖房システム１は、同図に示すように、所定温度（例えば、８０℃）の温水を生成する温水暖房熱源機１０と、この温水暖房熱源機１０によって生成された温水を利用して暖房を行う複数の温水暖房端末装置とを備えており、温水暖房端末装置としては、６０℃程度の温水を供給することによって定格の暖房能力を発揮する低温端末装置としての複数の床暖房マット２１ａ、２１ｂと、８０℃程度の温水を供給することによって定格の暖房能力を発揮する高温端末装置としてのファンコンベクタ２２とが採用されている。

前記温水暖房熱源機１０は、温水の循環経路を構成する内部往き管１３及び内部戻り管１４にそれぞれ接続される熱交換器１１と、内部戻り管１４に設置された循環ポンプ１２と、熱交換器１１を加熱するバーナ（図示せず）の燃焼動作や循環ポンプ１２の運転動作等を制御するコントローラ１５とを備えており、内部往き管１３及び内部戻り管１４には、温水の循環経路を構成する外部配管である循環往き主管３１Ｓ及び循環戻り主管３１Ｒがそれぞれ接続されている。

前記循環往き主管３１Ｓ及び循環戻り主管３１Ｒは、それぞれの端末側において、低温端末側循環往き主管３２Ｓ及び低温端末側循環戻り主管３２Ｒと、高温端末側循環往き主管３３Ｓ及び高温端末側循環戻り主管３３Ｒとに分かれており、低温端末側循環往き主管３２Ｓ及び低温端末側循環戻り主管３２Ｒは、接続制御ユニット４０を介して、床暖房マット２１ａ、２１ｂに接続されていると共に、高温端末側循環往き主管３３Ｓ及び高温端末側循環戻り主管３３Ｒは、ファンコンベクタ２２に直接接続されている。

前記接続制御ユニット４０は、低温端末側循環往き主管３２Ｓ及び低温端末側循環戻り主管３２Ｒに接続される内部循環往き主管４１Ｓ及び内部循環戻り主管４１Ｒと、床暖房マット２１ａ、２１ｂを内部循環往き主管４１Ｓ及び内部循環戻り主管４１Ｒにそれぞれ接続する循環往き枝管４２Ｓａ、４２Ｓｂ及び循環戻り枝管４２Ｒａ、４２Ｒｂと、床暖房マット２１ａ、２１ｂ毎に、それぞれの循環往き枝管４２Ｓａ、４２Ｓｂに設置された流量制御弁４３ａ、４３ｂと、内部循環戻り主管４１Ｒにおける循環戻り枝管４２Ｒａ、４２Ｒｂの接続位置よりも下流側に接続された、端末側循環ポンプ４６が設置された端末循環主管４４と、床暖房マット２１ａ、２１ｂ毎に、それぞれの循環往き枝管４２Ｓａ、４２Ｓｂにおける流量制御弁４３ａ、４３ｂの下流側と端末循環主管４４における端末側循環ポンプ４６の下流側とを接続する端末循環枝管４５ａ、４５ｂと、床暖房マット２１ａ、２１ｂ毎に、それぞれの端末循環枝管４５ａ、４５ｂに設置された熱動弁４７ａ、４７ｂと、循環往き枝管４２Ｓａ、４２Ｓｂにおける流量制御弁４３ａ、４３ｂの下流側に設置された、それぞれの床暖房マット２１ａ、２１ｂへの温水の供給温度を検出する往き温度センサ４８ａ、４８ｂ及び内部循環戻り主管４１Ｒにおける循環戻り枝管４２Ｒａ、４２Ｒｂの接続位置よりも下流側に設置された、それぞれの床暖房マット２１ａ、２１ｂから送出された温水の混合戻り温度を検出する戻り温度センサ４８ｃと、往き温度センサ４８ａ、４８ｂによって検出される床暖房マット２１ａ、２１ｂへの温水の供給温度及び戻り温度センサ４８ｃによって検出される床暖房マット２１ａ、２１ｂからの温水の混合戻り温度に基づいて、流量制御弁４３ａ、４３ｂや熱動弁４７ａ、４７ｂの開閉動作及び端末側循環ポンプ４６の運転動作を制御するコントローラ４９とを備えており、コントローラ４９は、シリアルインターフェースを介して、温水暖房熱源機１０のコントローラ１５に通信可能に接続されている。なお、ファンコンベクタ２２の動作を制御するコントローラ２３についても、接続制御ユニット４０のコントローラ４９と同様に、シリアルインターフェースを介して、温水暖房熱源機１０のコントローラ１５に通信可能に接続されている。

以上のように構成された温水暖房システム１では、床暖房用リモコンの運転スイッチやファンコンベクタ２２の運転スイッチをＯＮすると、接続制御ユニット４０のコントローラ４９やファンコンベクタ２２のコントローラ２３から温水暖房熱源機１０のコントローラ１５に運転指令が出力され、温水暖房熱源機１０のバーナーが燃焼を開始すると共に循環ポンプ１２が運転を開始し、８０℃の温水が接続制御ユニット４０やファンコンベクタ２２に循環供給される。以下、床暖房系統の運転動作について詳細に説明する。

まず、一方の床暖房マット２１ａ側の床暖房系統の運転スイッチがＯＮされると、その床暖房系統が初期運転モードで床暖房運転を開始する。即ち、運転を開始した床暖房系統の熱動弁４７ａを全閉に保持した状態で、流量制御弁４３ａを全開まで開弁するようになっている。このとき、他方の床暖房系統の流量制御弁４３ｂや熱動弁４７ｂは全閉状態に保持されており、端末側循環ポンプ４６は運転を停止しているので、温水暖房熱源機１０によって生成された高温（８０℃）の温水が床暖房マット２１ａに直接循環供給されることになり、床暖房を開始した床暖房フロアの表面温度が短時間のうちに上昇することになる。

ここで、床暖房フロアの実際の表面温度が、ユーザが選択した暖房レベルに対応する設定表面温度を上回ると、上述した初期運転モードから第１定常運転モードに切り替わるようになっている。即ち、全開状態の流量制御弁４３ａが一旦全閉まで閉弁した後、熱動弁４７ａを開弁すると共に端末側循環ポンプ４６の運転を開始し、床暖房マット２１ａから送出される放熱後の温水の一部を温水暖房熱源機１０に戻すことなく、床暖房マット２１ａに循環供給しながら、往き温度センサ４８ａによって検出される、床暖房マット２１ａへの温水の供給温度が設定供給温度になるように、流量制御弁４３ａの開度を調整することで、温水暖房熱源機１０によって生成された高温（８０℃）の温水の床暖房マット２１ａへの供給量を制御するようになっている。なお、設定供給温度は、ユーザが選択した暖房レベルに対応する設定表面温度毎に予め設定されており、所定の条件下で、設定供給温度の温水が床暖房マット２１ａ、２１ｂに供給されると、床暖房フロアの表面温度が概ね設定表面温度に保持されるようになっている。

このようにして、一方の床暖房系統が第１定常運転モードで床暖房運転を行っている状態において、他方の床暖房マット２１ｂ側の床暖房系統の運転スイッチがＯＮされると、その床暖房系統が初期運転モードで床暖房運転を開始するが、上述したように、初期運転モードでは、運転を開始した床暖房系統の熱動弁４７ｂを全閉に保持した状態で、流量制御弁４３ｂが全開まで開弁するので、床暖房マット２１ｂには、温水暖房熱源機１０によって生成された高温（８０℃）の温水が直接供給され、これに伴って、床暖房マット２１ｂからは比較的高温（７０℃以上）の温水が送出されることになる。

一方、第１定常運転モードで床暖房運転を行っている床暖房マット２１ａには、双方の床暖房マット２１ａ、２１ｂから送出された放熱後の温水が混合された状態で、再び、循環供給されるので、床暖房マット２１ｂから比較的高温の温水が送出されると、床暖房マット２１ａ、２１ｂからの温水の混合戻り温度が設定供給温度を上回ってしまい、流量制御弁４３ａを全閉にしても、床暖房マット２１ａへの温水の供給温度を設定供給温度に保持することができなくなる場合がある。

そこで、この温水暖房システム１では、流量制御弁４３ａを全閉まで閉弁しても、床暖房マット２１ａ、２１ｂから送出される温水の混合戻り温度が設定供給温度を上回る状態が所定時間（例えば、１０分）継続した場合は、第１定常運転モードから第２定常運転モードに切り替わるようになっている。即ち、開弁状態に保持されている熱動弁４７ａを、数１に示す演算式によって算出される開閉制御時間の比（デューティー比）に従って、周期的に開閉させる弁制御（デューティー比制御）を実行するようになっている。

そして、他方の床暖房系統が初期運転モードから第１定常運転モードに切り替わることにより、床暖房マット２１ａへの温水の供給温度が設定供給温度を下回ると、再び、第２定常運転モードから第１定常運転モードに切り替わるようになっている。

なお、この温水暖房システム１の場合、双方の床暖房系統が、同時に初期運転モードまたは第１定常運転モードで床暖房運転を行うことはあり得るが、双方の床暖房系統が、同時に第２定常運転モードで床暖房運転を行うことはなく、いずれか一方の床暖房系統が第２定常運転モードで床暖房運転を行っている場合は、他方の床暖房系統は初期運転モードまたは第１定常運転モードで床暖房運転を行うことになる。

以上のように、この温水暖房システム１では、一方の床暖房系統が第１定常運転モードで床暖房運転を行っている場合に、その床暖房系統の流量制御弁４３ａを全閉にしても、床暖房マット２１ａへの温水の供給温度が設定供給温度を上回る場合には、第２定常運転モードに切り換えて、熱動弁４７ａをデューティー比制御することにより、暖房能力を抑制するようにしているので、上述したように、他方の床暖房系統が初期運転モードで床暖房運転を行っている場合であっても、他方の床暖房系統の影響を受けて床暖房フロアの表面温度が必要以上に上昇することがない。

なお、上述した実施形態では、他方の床暖房系統が初期運転モードで床暖房運転を行っている場合について説明したが、それぞれの床暖房マットへの温水の設定供給温度が異なるため、設定供給温度が低いほうの床暖房マットへの温水の供給温度が設定供給温度を上回ってしまうような場合にも、本発明の温水暖房システムは有効である。

また、上述した実施形態では、第２定常運転モードでの運転中は、戻り温度センサ４８ｃによって検出される、床暖房マット２１ａ、２１ｂから送出される温水の混合戻り温度に基づいて、デューティー比を算出するようにしているが、これに限定されるものではなく、往き温度センサ４８ａ、４８ｂによって検出される床暖房マット２１ａ、２１ｂへの温水の供給温度に基づいて、デューティー比を算出することも可能である。

また、上述した実施形態では、床暖房系統が２系統の温水暖房システムについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、床暖房系統が３系統以上の温水暖房システムについても、本発明を適用することができることはいうまでもない。

この発明にかかる温水暖房システムの一実施形態を示す概略構成図である。 従来の温水暖房システムを示す概略構成図である。

符号の説明

１ 温水暖房システム
１０ 温水暖房熱源機
１１ 熱交換器
１２ 循環ポンプ
１３ 内部往き管
１４ 内部戻り管
１５ コントローラ
２１ａ、２１ｂ 床暖房マット（床暖房端末装置）
２２ ファンコンベクタ
２３ コントローラ
３１Ｓ 循環往き主管
３１Ｒ 循環戻り主管
３２Ｓ 低温端末側循環往き主管
３２Ｒ 低温端末側循環戻り主管
３３Ｓ 高温端末側循環往き主管
３３Ｒ 高温端末側循環戻り主管
４０ 接続制御ユニット
４１Ｓ 内部循環往き主管
４１Ｒ 内部循環戻り主管
４２Ｓａ、４２Ｓｂ 循環往き枝管
４２Ｒａ、４２Ｒｂ 循環戻り枝管
４３ａ、４３ｂ 流量制御弁
４４ 端末循環主管
４５ａ、４５ｂ 端末循環枝管
４６ 端末側循環ポンプ
４７ａ、４７ｂ 熱動弁（開閉弁）
４８ａ、４８ｂ 往き温度センサ
４８ｃ 戻り温度センサ
４９ コントローラ

Claims (1)

1. 複数の床暖房端末装置が、温水暖房熱源機によって生成された所定温度の温水を利用して床暖房を行う温水暖房システムにおいて、
   前記温水暖房熱源機に接続された循環往き主管及び循環戻り主管と、
   複数の前記床暖房端末装置を前記循環往き主管及び前記循環戻り主管にそれぞれ接続する循環往き枝管及び循環戻り枝管と、
   前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記循環往き枝管に設置された流量制御弁と、
   前記循環戻り主管における最も下流側に接続されている前記循環戻り枝管の接続位置よりも下流側に接続された、端末側循環ポンプが設置された端末循環主管と、
   前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記循環往き枝管における前記流量制御弁の下流側と前記端末循環主管における端末側循環ポンプの下流側とを接続する端末循環枝管と、
   前記床暖房端末装置毎に、それぞれの前記端末循環枝管に設置された開閉弁と
   を備え、
   前記開閉弁を開弁した状態で前記端末循環ポンプを運転しながら、それぞれの前記床暖房端末装置への温水の供給温度が設定供給温度になるように、前記流量制御弁の開度を調整する第１定常運転モードを備えており、
   この第１定常運転モードでの運転中に、前記流量制御弁を全閉にしても、前記床暖房端末装置への温水の供給温度が設定供給温度を上回る場合には、前記開閉弁を周期的に開閉させる第２定常運転モードに切り換えるようになっていることを特徴とする温水暖房システム。

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