JP4249671B2

JP4249671B2 - 温水暖房システム

Info

Publication number: JP4249671B2
Application number: JP2004230297A
Authority: JP
Inventors: 洋伸安福; 吉成鳴瀬
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: JP2006046840A

Description

本発明は、例えば床暖房パネルや床暖房マット等の温水暖房装置と熱源機との間で温水を循環させることにより温水暖房装置を発熱させ、室内の暖房を行う温水暖房システムに関する。

温水暖房システムの代表例である床暖房システムでは、床暖房パネルや床暖房マット等の床暖房装置と熱源機との間で温水を循環させ、これにより、床暖房装置を発熱させる。熱源機から床暖房装置に至る配管途中には混合弁が設けられ、熱源機から吐出される高温水（例えば８０℃）と床暖房装置からの戻り低温水とを適宜の割合で混合させ、所望の温度の温水を床暖房装置に供給することができる（例えば、特許文献１参照。）。
一方、床暖房装置の温度を迅速に上昇させるべく、運転開始初期には高温水を循環させるホットダッシュの機能を備えた床暖房システムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。混合弁を用いた構成においてホットダッシュを行うには、戻り低温水を混合することなく、熱源機からの高温水のみを床暖房装置に供給する（例えば本出願人による特願２００４−１９７１４８）。ホットダッシュは、一定時間経過により終了し、以後は低温水を混合しながら適温の温水を循環させる。

特開平１１−２２３３４６号公報（第２〜第３頁、図１）特開平１０−３０８２６号公報（第２頁）

上記のような従来の床暖房システムにおいて、床暖房装置に供給する温水温度の制御は、マイクロコンピュータを内蔵した制御装置により行われる。しかしながら、万一マイクロコンピュータの異常（暴走、ハードウェア故障等）が発生すると、ホットダッシュの状態が解除されないことがあり、全開の混合弁から高温水のみが床暖房装置に供給される状態が一定時間を超えて連続する場合がある。このような場合、床暖房装置が必要以上に熱くなり、室内にいる人に不快感を与える。
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明はマイクロコンピュータの異常が発生しても不快な温度に上昇させない温水暖房システムを提供することを目的とする。

本発明の温水暖房システムは、熱源機と、前記熱源機から循環供給される温水によって発熱する温水暖房装置と、温水循環の態様を変化させることにより前記温水暖房装置に供給される温水温度を制御する循環水制御部と、マイクロコンピュータを内蔵し、前記熱源機及び循環水制御部を制御する制御装置と、前記制御装置とは別に設けられ、前記制御装置が発する定期信号を監視し、その異変を検知したとき、前記制御装置のリセット信号及び、前記熱源機から前記温水暖房装置への温水供給を停止させるための停止信号をそれぞれ出力する監視装置と、前記制御装置及び監視装置と接続され、前記停止信号及び、前記熱源機から前記温水暖房装置への高温水供給のために前記制御装置から出力される制御信号を受け取ることが可能であって、前記停止信号が出力されていないときは当該制御信号に基づく高温要求の出力を前記熱源機に提供し、前記停止信号が出力されているときは当該制御信号に基づく高温要求の出力を阻止する出力部とを備えたものである。
上記のように構成された温水暖房システムにおいて、熱源機から温水暖房装置に高温水を供給しているとき制御装置のマイクロコンピュータに異常が発生すると、定期信号に異変が生じるので、これにより監視装置は制御装置のリセット信号及び、熱源機から温水暖房装置への温水供給を停止させるための停止信号をそれぞれ出力する。停止信号が出力されると、熱源機から温水暖房装置への高温水供給のために制御装置から出力される制御信号があっても、出力部は高温要求の出力を阻止し、高温水供給は停止される。

また、上記温水暖房システムにおいて、制御信号は、熱源機に対する高温要求信号であってもよい。
この場合、温水循環路には部品を増設することなく高温水を元から断つことができ、便利である。特に、暖房装置が単一負荷の場合には便利で簡単な構成である。

本発明の温水暖房システムによれば、監視装置から停止信号が出力されると、熱源機から温水暖房装置への高温水供給のために制御装置から出力される制御信号があっても、出力部は高温要求の出力を阻止し、高温水供給は停止される。従って、マイクロコンピュータの異常が発生しても不快な温度に上昇させない温水暖房システムを提供することができる。

以下、本発明の温水暖房システムの代表例である床暖房システムについて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１による床暖房システムの温水供給系統に関する概略構成図である。図において、この床暖房システムは、熱源機１と、床暖房装置２と、循環水制御部３とを備えており、高温水供給管Ｐ１、循環往き管Ｐ２、循環戻り管Ｐ３及び戻り管Ｐ４により相互に接続されている。熱源機１は、膨張タンク１０１、循環ポンプ１０２及び熱交換器１０３を図示のように接続して構成され、さらに、熱交換器１０３を加熱するガスバーナー１０４及び、循環ポンプ１０２やガスバーナー１０４を制御するコントローラ１０５を備えている。熱源機１から循環供給される温水によって発熱する床暖房装置２は、例えば床暖房パネルや床暖房マットであり、床に設置される。

循環水制御部３は、流量制御弁３０１、開閉弁３０２及び還流ポンプ３０３を互いに直列に接続したものである。床暖房装置２は、流量制御弁３０１と開閉弁３０２との接続点Ｃと、還流ポンプ３０３の戻り側とに並列接続されている。流量制御弁３０１及び開閉弁３０２は、両者で１つの混合弁３００として機能する。上記循環水制御部３は、流量制御弁３０１の開度調整や開閉弁３０２の開閉により、温水循環の態様を変化させ（詳細後述）、これにより、床暖房装置２に供給される温水温度を制御する。なお、この例では床暖房装置２は１個であるが、複数個の床暖房装置２を設ける場合には、それぞれに一対一で対応して混合弁３００を複数個、同様に設ける。

上記熱源機１のコントローラ１０５、並びに、循環水制御部３の流量制御弁３０１、開閉弁３０２及び還流ポンプ３０３は、マイクロコンピュータを内蔵した制御装置４（図２）から制御信号を受けて動作する。図２は、この制御装置４とその周辺回路のうち、本発明に直接関連する部分のみを示した制御回路図である。図において、制御装置４にはリモコン装置５が接続されており、このリモコン装置５により、床暖房に関する操作を行うことができる。制御装置４は、混合弁３００（流量制御弁３０１，開閉弁３０２）等を制御している。

上記制御装置４には、これとは別に独立して設けられた監視装置（ウオッチドッグＩＣ）６が接続されている。制御装置４から監視装置６へはウオッチドッグパルスが入力され、監視装置６から制御装置４へは所定の場合にのみリセット信号が入力される。ウオッチドッグパルスは制御装置４のマイクロコンピュータが正常であるときに定期的に出力される定期信号である。監視装置６は、ウオッチドッグパルスを常時監視し、パルスが停止する等の異変を検知すると、制御装置４のマイクロコンピュータをリセットするためのリセット信号を出力する。また、監視装置６の出力ポート６ａは、ＰＮＰ型のトランジスタ７のベースに接続されている。この出力ポート６ａの電位は、マイクロコンピュータが正常であるときにＬレベルであり、異変を検知すると上記リセット信号の出力と同時にＨレベルとなる。本実施例では、この出力ポート６ａにおける電位がＬレベルからＨレベルへ変化することをもって、停止信号の出力とする。また、Ｈレベルであれば「停止信号あり」であり、Ｌレベルであれば「停止信号なし」である。

一方、制御装置４において、熱源機１に対する高温要求信号（通称Ｅコン）を出力する出力ポート４ａが、ＮＰＮ型のトランジスタ８のベースに接続されている。この出力ポート４ａの電位は、熱源機１に対して高温要求をするときＨレベルであり、しないときはＬレベルである。本実施例では、この出力ポート４ａにおける電位がＬレベルからＨレベルへ変化することをもって、高温要求信号の出力とする。また、Ｌレベルであれば「高温要求信号なし」であり、Ｈレベルであれば「高温要求信号あり」である。

上記２つのトランジスタ７，８は、フォトカプラ９を介して相互に直列接続されており、トランジスタ７のエミッタと、トランジスタ８のエミッタとの間に、直流電圧Ｖｃｃが印加されている。これら２つのトランジスタ７，８及びフォトカプラ９は、制御信号（ここでは高温要求信号）に対する条件付きの出力部Ａを構成している。また、フォトカプラ９の出力側には熱源機１のコントローラ１０５が接続されている。トランジスタ７，８が双方オン（導通）の状態であればフォトカプラ９が出力オンの状態となり、コントローラ１０５には高温要求がなされ、高温水が吐出される。通常、停止信号がないとき（ベースがＬレベル）のトランジスタ７は、導通（オン）状態である。従って、制御装置４からの高温要求信号が出力されるとトランジスタ８及び７が共にオンとなり、熱源機１が運転される。また、高温要求信号がなくなると、トランジスタ８がオフとなり、熱源機１は運転停止となる。

リモコン装置５から床暖房の運転指令が入力されると、図１における熱源機１の循環ポンプ１０２が起動し、流量制御弁３０１が全開となる。一方、開閉弁３０２は閉じている。これにより、膨張タンク１０１の水が循環ポンプ１０２、熱交換器１０３、高温水供給管Ｐ１、流量制御弁３０１、循環往き管Ｐ２、床暖房装置２、循環戻り管Ｐ３及び、戻り管Ｐ４を通って膨張タンク１０１に戻る。この通水状態が、図示しないセンサによって検知されると、ガスバーナー１０４に点火され、例えば８０℃の温水が床暖房装置２に供給される。こうして、床暖房装置２が急速に発熱するホットダッシュの状態となる。床暖房装置２を通過した温水は放熱によって低温水となり、膨張タンク１０１に回収される。

上記ホットダッシュにより、床表面の温度は急速に上昇する。そして、この状態が所定時間持続される。この「所定時間」は、床暖房装置２の放熱特性を考慮して決定され、当該所定時間後には床表面の温度が設定温度（例えば３０℃）をやや上回るようになっている。

所定時間が経過すると、開閉弁３０２が開き、床暖房装置２を通過した低温水の一部が還流ポンプ３０３によって引水され、分流される。この低温水は接続点Ｃにおいて流量制御弁３０１側からの高温水と合流し、混合された温水が循環往き管Ｐ２に送り出される。また、このとき同時に、流量制御弁３０１が適量絞られ、循環往き管Ｐ２に送り出される温水が上記設定温度を得るに必要な所定温度（例えば５０℃）となるように調整される。こうして、所定温度の温水が循環供給される床暖房装置２は、その床表面の温度が設定温度に落ち着き、以後、温度が安定する。

以上のようにして、ホットダッシュにより迅速に床表面の温度を上昇させ、かつ、その後は設定温度に維持することができる。
次に、マイクロコンピュータの異常発生を考慮した制御について説明する。今、ホットダッシュの最中に、制御装置４のマイクロコンピュータに異常が発生したとする。この場合、ウオッチドッグパルスが出力されなくなり、この異変を検知した監視装置６はリセット信号を出力し、制御装置４のマイクロコンピュータをリセットする。
ここで、マイクロコンピュータの異常がリセットによって解消した場合は、制御装置４は初期状態に戻る。従って、流量制御弁３０１が閉じて、熱源機１は初期の停止状態に復帰する。

一方、マイクロコンピュータの異常がリセットによっても解消しない場合（暴走している場合又はハードウェア（マイクロコンピュータの出力ポート及びその周辺回路）の故障）には、流量制御弁３０１が開いたままで、かつ、熱源機１へ高温要求信号が出力され続ける場合がある。この場合、トランジスタ８はターンオンし得る状態である。しかし、監視装置６はリセット信号と同時に前述の停止信号を出力しており、これにより、トランジスタ７はオフとなる。従って、トランジスタ８がターンオンし得る状態であっても、トランジスタ７のオフによって電流が遮断されるので、フォトカプラ９もオフである。従って、熱源機１に対して高温要求信号は出力されず、熱源機１は運転停止となる。その後、床暖房装置２の表面温度は徐々に下がり、使用者が異常発生に気づくことになる。

以上のように、流量制御弁３０１が開いていて高温水を床暖房装置２に供給しているときマイクロコンピュータに異常が発生し、しかもその異常がリセットによって解消しない場合において、高温要求信号が出力され続けても、結果的には出力部Ａにおいて、停止信号の存在によって高温要求信号が強制排除されることになる。こうして、床暖房装置２の床表面が不快な温度にまで上昇することを確実に防止できる。
また、熱源機１への高温要求信号を強制排除することによって温度上昇を防止するので、温水循環路には部品を増設することなく高温水を元から断つことができ、便利である。特に、暖房装置が単一負荷の場合には便利で簡単な構成である。

次に、本発明の実施例２について、図面を参照して説明する。
図３は、本発明の実施例２による床暖房システムの温水供給系統に関する概略構成図である。図１との違いは、高温水供給管Ｐ１と流量制御弁３０１との間に、電磁弁（ＷＳＶと表記）１０を設けた点と、開閉弁１１を介して温風暖房用のファンコンベクタ１２を接続した点とである。ファンコンベクタ１２への配管は、高温側が、高温水供給管Ｐ１と電磁弁１０との間から分岐し、開閉弁１１を介してファンコンベクタ１２に接続され、その戻り管Ｐ５は、全体の戻り管Ｐ４に直接接続されている。ファンコンベクタ１２への温水回路は、高温側において、電磁弁１０より上流側の分岐点Ｊから分岐している。

なお、電磁弁１０を設ける位置は熱源機１と床暖房装置２との間を循環する流路上であればよく、例えば、図の下方の二点鎖線で示す位置でもよい。また、電磁弁１０を戻り管Ｐ４上に設けた場合には、戻り管Ｐ５は、電磁弁１０より下流で、全体の戻り管Ｐ４に接続される。

上記熱源機１のコントローラ１０５、循環水制御部３の流量制御弁３０１、開閉弁３０２及び還流ポンプ３０３、並びに、電磁弁１０及び開閉弁１１は、制御装置４（図４）から制御信号を受けて動作する。図４は、図２と同様に、制御装置４とその周辺回路のうち、本発明に直接関連する部分のみを示した制御回路図である。図において、制御装置４には床暖房装置２用のリモコン装置５及び、ファンコンベクタ１２用のリモコン装置１３が接続されており、これらのリモコン装置５及び１３により、それぞれ、床暖房及び温風暖房に関する操作を行うことができる。制御装置４は、混合弁３００（流量制御弁３０１，開閉弁３０２）等を制御している。

上記制御装置４には、実施例１と同様に、監視装置６が接続されている。また、制御装置４との信号のやりとりや、トランジスタ７との関係は実施例１と同様である。
一方、制御装置４において、電磁弁１０に対する励磁信号（開信号）を出力する出力ポート４ｂが、トランジスタ８のベースに接続されている。この出力ポート４ｂの電位は、電磁弁１０を励磁するときＨレベルであり、しないときはＬレベルである。本実施例では、この出力ポート４ｂにおける電位がＬレベルであれば「励磁信号なし」であり、Ｈレベルであれば「励磁信号あり」である。

上記２つのトランジスタ７，８は、リレー１４のコイルを介して相互に直列接続されており、トランジスタ７のエミッタと、トランジスタ８のエミッタとの間に、直流電圧Ｖｃｃが印加されている。また、リレー１４の出力接点（ａ接点）を介して交流電源１５から電磁弁１０に電圧を供給する回路が形成されている。これら２つのトランジスタ７，８、リレー１４、交流電源１５及び電磁弁１０は、制御信号（ここでは電磁弁１０の励磁信号（開信号））に対する条件付きの出力部Ｂを構成している。

上記トランジスタ７，８が双方オン（導通）の状態であれば、リレー１４に励磁電流が流れて、その出力接点が閉の状態となり、電磁弁１０が励磁される。これにより、電磁弁１０が開き、高温水供給管Ｐ１を流量制御弁３０１と連通させる。従って、高温水供給管Ｐ１から流量制御弁３０１を介して床暖房装置２に高温水を供給することができる。通常、停止信号がないとき（ベースがＬレベル）のトランジスタ７は導通（オン）状態である。従って、制御装置４から励磁信号（開信号）が出力されるとトランジスタ８及び７が共にオンとなり、リレー１４の励磁電流が流れ、電磁弁１０が開いて床暖房装置２に高温水供給が可能な状態となる。また、励磁信号がなくなると、トランジスタ８がオフとなってリレー１４の励磁電流が遮断され、電磁弁１０が閉じて床暖房装置２に高温水供給ができない状態となる。但し、電磁弁１０はファンコンベクタ１２への分岐点Ｊより下流にあるので、電磁弁１０が閉じていてもファンコンベクタ１２への高温水供給は可能である。

上記電磁弁１０は、通常は、床暖房の運転をする前から開状態とされている。ここで、リモコン装置５から床暖房の運転指令が入力されると、図３における熱源機１の循環ポンプ１０２が起動し、流量制御弁３０１が全開となる。一方、開閉弁３０２は閉じている。これにより、膨張タンク１０１の水が循環ポンプ１０２、熱交換器１０３、高温水供給管Ｐ１、電磁弁１０、流量制御弁３０１、循環往き管Ｐ２、床暖房装置２、循環戻り管Ｐ３及び、戻り管Ｐ４を通って膨張タンク１０１に戻る。この通水状態が、図示しないセンサによって検知されると、ガスバーナー１０４に点火され、例えば８０℃の温水が床暖房装置２に供給される。こうして、床暖房装置２が急速に発熱するホットダッシュの状態となる。床暖房装置２を通過した温水は放熱によって低温水となり、膨張タンク１０１に回収される。

一方、マイクロコンピュータの異常がリセットによっても解消しない場合（暴走している場合又は、ハードウェア（マイクロコンピュータの出力ポート及びその周辺回路）の故障）には、流量制御弁３０１が開いたままで、かつ、熱源機１へ高温要求信号が出力され続ける場合がある。この場合、トランジスタ８はターンオンし得る状態である。しかし、監視装置６はリセット信号と同時に前述の停止信号を出力しており、これにより、トランジスタ７はオフとなる。従って、トランジスタ８がターンオンし得る状態であっても、トランジスタ７のオフによって電流が遮断されるので、リレー１４も非励磁状態である。従って、電磁弁１０は励磁されず、閉じている。これにより、床暖房装置２に対して高温水を循環させることはできない。その後、床暖房装置２の表面温度は徐々に下がり、使用者が異常発生に気づくことになる。

以上のように、流量制御弁３０１が開いていて高温水を床暖房装置２に供給しているときマイクロコンピュータに異常が発生し、しかもその異常がリセットによって解消せず、高温要求信号が出力され続けた場合において、電磁弁１０の励磁信号が出力され続けても、結果的には出力部Ｂにおいて、停止信号の存在によって電磁弁１０の励磁信号（開信号）が強制排除されることになる。こうして、床暖房装置２の床表面が不快な温度にまで上昇することを確実に防止できる。

また、実施例１と異なって実施例２では、ファンコンベクタ１２が設けられているので、床暖房装置２とは別に、リモコン装置１３から温風暖房の指令がなされ、制御装置４から熱源機１に高温要求信号が出力されている場合がある。この場合、熱源機１から吐出される高温水は分岐点Ｊからファンコンベクタ１２を通って熱源機１に戻り、引き続き温風暖房を行うことができる。しかし、電磁弁１０は閉じているので、床暖房装置２には高温水が供給されることはない。すなわち、高温水の循環を遮断する点では、実施例１よりも確実性が高い。

なお、上記各実施例において、出力部の回路構成は種々の設計変更が可能である。機能的には、熱源機１から床暖房装置２への高温水供給のために制御装置４から出力される制御信号（高温要求信号、電磁弁１０の励磁（開）信号など。）について、監視装置６から停止信号が出力されていないときは当該制御信号を有効とし、停止信号が出力されているときは当該制御信号を強制排除する出力部であればよい。
また、上記各実施例では制御装置４が発するウオッチドッグパルスを監視装置６で監視するようにしたが、監視する事象はウオッチドッグパルスに限らず、例えばポーリング方式により定期的な出力を提供している通信用ポートにおける信号出力を監視してもよい。

また、上記各実施例は、床暖房装置２の制御に関する床暖房システムについて説明したが、「床」に限らず他の種々の温水暖房システムについても同様に、マイクロコンピュータの異常発生時に制御信号を強制排除する出力部を設ける構成を適用することができる。

本発明の実施例１による床暖房システムの温水供給系統に関する概略構成図である。実施例１による床暖房システムにおいて、制御装置とその周辺回路のうち、本発明に直接関連する部分のみを示した制御回路図である。本発明の実施例２による床暖房システムの温水供給系統に関する概略構成図である。実施例２による床暖房システムにおいて、制御装置とその周辺回路のうち、本発明に直接関連する部分のみを示した制御回路図である。

符号の説明

１熱源機
２床暖房装置
３循環水制御部
４制御装置
６監視装置
１０電磁弁
Ａ，Ｂ出力部

Claims

熱源機と、
前記熱源機から循環供給される温水によって発熱する温水暖房装置と、
温水循環の態様を変化させることにより前記温水暖房装置に供給される温水温度を制御する循環水制御部と、
マイクロコンピュータを内蔵し、前記熱源機及び循環水制御部を制御する制御装置と、
前記制御装置とは別に設けられ、前記制御装置が発する定期信号を監視し、その異変を検知したとき、前記制御装置のリセット信号及び、前記熱源機から前記温水暖房装置への高温水供給を停止させるための停止信号をそれぞれ出力する監視装置と、
前記制御装置及び監視装置と接続され、前記停止信号及び、前記熱源機から前記温水暖房装置への高温水供給のために前記制御装置から出力される制御信号を受け取ることが可能であって、前記停止信号が出力されていないときは当該制御信号に基づく高温要求の出力を前記熱源機に提供し、前記停止信号が出力されているときは当該制御信号に基づく高温要求の出力を阻止する出力部と
を備えたことを特徴とする温水暖房システム。
前記制御信号は、前記熱源機に対する高温要求信号である請求項１記載の温水暖房システム。