JP5828651B2

JP5828651B2 - 暖房装置

Info

Publication number: JP5828651B2
Application number: JP2011058353A
Authority: JP
Inventors: 孝治奥村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: JP2012193899A

Description

本発明は、暖房対象域を暖房するために用いる暖房装置に関する。

暖房対象域を暖房する暖房装置として、一般家庭のリビングなどに設置される床暖房装置、温風暖房装置などが広く実用に供されている。この暖房装置の代表的な一つとしての床暖房装置は、熱媒としての温水を循環させて温水の熱を利用して暖房する温水循環式のもの、また熱電線に電気を流して熱電線の発熱を利用して暖房する電熱式のものがある。

これらの床暖房装置においては、暖房対象域を暖房する床暖房装置本体と、この床暖房装置本体を作動制御するための制御手段と、制御手段に操作指令を送るための操作手段（例えば、操作リモコン）とを備え、操作手段からの運転指令に基づいて、制御手段は床暖房装置本体を作動制御する（例えば、特許文献１参照）。

床暖房装置本体は、床面に設置される床暖房パネルと、温水を生成するための熱源機とを備え、この床暖房パネルに蛇行状に温水チューブが設けられている。操作手段を運転操作すると、操作手段からの運転指令に基づいて熱源機が作動し、熱源機からの温水が床暖房パネルの温水チューブを通して循環され、かく循環される温水の熱を利用して床面からが暖房される。

特開平５−２４８６４７号公報

このような床暖房装置では、暖房運転を停止した後においてもかなりの長時間にわたって暖房対象域（例えば、床暖房パネルが設置された室内空間）が暖められた状態に保たれる。更に説明すると、床暖房装置を作動して暖房運転すると、床暖房パネルからの熱が暖房対象域の室内空間のみならず、この暖房対象域を規定する床部、側壁部及び天井部などの躯体部分にも伝達されて暖められる。従って、床暖房パネルからの熱は、この躯体部分に蓄熱され、運転を停止した後は、この躯体部分に蓄熱された熱が暖房対象域（室内空間）に放熱されるようになり、この躯体部分に蓄熱された熱によって暖房運転停止後においても暖められた状態に保たれる。

しかし、従来の床暖房装置においては、暖房対象域（室内空間）の温度（温度検出手段により検出された室温）と暖房設定温度（操作手段により設定された温度）との温度差に基づいて床暖房装置本体が作動制御され、暖房運転中に躯体部分に蓄熱された熱を考慮する制御となっておらず、充分な省エネルギー運転が行われているとはいえない。このようなことは、暖房装置としての温風暖房装置にも同様に存在する。

本発明の目的は、躯体部分に蓄熱された熱を余熱として利用し、これによって省エネルギー運転を行うことができる暖房装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載の暖房装置は、暖房対象域を暖房するための暖房装置本体と、前記暖房装置本体を作動制御するための制御手段と、前記制御手段に操作指令を送るための操作手段と、を具備する暖房装置であって、
前記操作手段は、前記暖房対象域の躯体部分に蓄熱された熱を利用する蓄熱利用モードと、前記暖房対象域の前記躯体部分に蓄熱された熱を利用しない通常モードとの設定が可能であり、
前記操作手段により前記通常モードが設定されると、前記制御手段は、作動状態と作動停止状態とをデューティ比でもって制御するデューティ比サイクル期間を１サイクルとして前記暖房装置本体を作動制御し、
また、前記操作手段により前記蓄熱利用モードが設定されると、前記制御手段は、前記デューティ比サイクル期間及び前記デューティ比サイクル期間において前記躯体部分に蓄熱された熱を利用して余熱暖房する余熱利用期間から構成される余熱サイクル期間を１サイクルとして前記暖房装置本体を作動制御し、
更に、前記蓄熱利用モードの運転において、前記暖房対象域の温度が異常下限温度より低下すると、前記制御手段は、前記蓄熱利用モードから前記通常モードに切り換えて前記暖房装置本体を作動制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の暖房装置では、前記操作手段により前記蓄熱利用モードが設定されると、前記躯体部分に充分な熱が蓄熱されるまでは、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記通常モードで運転し、前記躯体部分に充分な熱が蓄熱されると、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記蓄熱利用モードで運転することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の暖房装置では、前記制御手段は、前記暖房装置本体の運転開始からの時間を計時する計時手段を含んでおり、前記計時手段が所定時間を計時するまでは、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記通常モードで運転し、前記計時手段が所定時間を計時した後は、前記制御手段は、前記暖房装置本体の前記蓄熱利用モードでの運転を許容することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の暖房装置によれば、蓄熱利用モード及び通常モードの運転設定が可能であり、通常モードを設定したときには、暖房装置本体が従来通り暖房運転され、躯体部分に蓄熱された熱を利用しないで暖房することができ、また蓄熱利用モードを設定したときには、デューティ比サイクル期間において躯体部分に蓄熱された熱を利用して暖房装置本体が暖房運転され、特に蓄熱利用モードにおいては、暖房運転中に躯体部分に蓄熱された熱を考慮し、躯体部分の熱が余熱として暖房対象域の暖房に利用され、これによって、暖房装置の充分な省エネルギー運転が可能となる。また、蓄熱利用モードの運転において、暖房対象域の温度が異常下限温度より低下すると、制御手段は蓄熱利用モードから通常モードに切り換えて暖房装置本体を作動制御するので、暖房対象域の急激な温度低下に対処して早期に元の暖房状態に復帰させることができる。尚、この暖房装置本体とは、温水からの熱（又は熱電線からの熱）を利用して床を暖める床暖房装置本体、温風を利用して室内空間を暖める温風暖房装置本体などである。

また、本発明の請求項２に記載の暖房装置によれば、蓄熱利用モードを設定した場合、躯体部分に充分な熱が蓄熱されるまでは暖房装置本体が通常モードで運転されるので、暖房対象域が早期に暖められ、またこの躯体部分に充分な熱が蓄熱された後は暖房装置本体が蓄熱利用モードで運転されるので、躯体部分への蓄熱が余熱として利用され、このように制御することによって、暖房対象域を早期に暖めるとともに、暖まった後は省エネルギー運転が可能となる。

また、本発明の請求項３に記載の暖房装置によれば、暖房装置本体の運転開始から所定時間を経過するまでは暖房装置本体が通常モードで運転され、この所定時間経過後に暖房装置本体の蓄熱利用モードでの運転が許容されるので、暖房対象域を早期に暖めた後に暖房装置本体の蓄熱利用モードへの運転移行が可能となる。

本発明に従う暖房装置の一例としての床暖房装置の実施形態を簡略的に示す全体簡略図。図１の床暖房装置における操作手段を示す正面図。図１の床暖房装置の制御系を簡略的に示すブロック図。図１の床暖房装置を通常モードで運転したときの床暖房装置本体の作動を説明するための図。図１の床暖房装置を蓄熱利用モードで運転したときの床暖房装置本体の作動を説明するための図。図３の制御系による制御を示すフローチャート。暖房対象域の温度変化と床暖房装置の運転制御との関係を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う暖房装置の一実施形態について説明する。尚、この実施形態においては、暖房装置の一例としての床暖房装置に適用して説明するが、温風暖房装置などのその他の形態の暖房装置にも同様に適用することができる。

図１において、図示の床暖房装置は、床暖房装置本体２（暖房装置本体を構成する）と、この床暖房装置本体２を作動制御するための制御手段４とを備えている。床暖房装置本体２は、暖房対象域である室内空間６を暖めるために用いられる。

床暖房装置本体２は、床に設置される床暖房パネル８を有し、この床暖房パネル８には、例えば蛇行状に温水チューブ１０が設けられ、この温水チューブ１０を通して温水が後述するように循環される。

この床暖房装置は、更に温水を供給するための熱源機１２（この実施形態では、床暖房装置本体２の一部を構成する）を含んでいる。熱源機１２には、燃焼バーナ１４及び送給ポンプ１６（図３参照）が内蔵され、燃焼バーナ１４の燃焼熱を利用して温水が生成される。この熱源機１２の供給側には温水供給ライン１８の一端側が接続され、その他端側は床暖房パネル８の流入側に接続され、また熱源機１２の戻り側には温水戻りライン２０の一端側が接続され、その他端側は床暖房パネル８の流出側に接続される。また、温水供給ライン１８には熱動弁２２が配設されている。このように構成されているので、熱源機１２及び熱動弁２２が作動すると、熱源機１２にて生成された温水は、矢印２４で示すように、温水供給ライン１８を通して床暖房パネル８の流入側に供給され、その温水チューブ１０を通して流れる。そして、温水チューブ１０を流れた温水は、矢印２６で示すように、温水戻りライン２０を通して熱源機１２に戻り、この熱源機１２で再び加熱されて温水供給ライン１８を通して供給され、このようにして熱源機１２からの温水が床暖房パネル８を通して循環される。

この床暖房装置本体２は、操作リモコン３０（操作手段を構成する）からの操作指令によって作動制御され、操作リモコン３０からの操作指令は制御手段４に送給され、制御手段４は、この操作指令に基づいて後述するように床暖房装置本体２を作動制御する。尚、操作リモコン３０は、赤外線など利用した無線式のもの、信号線を利用した有線式のものなどでよい。

図２及び図３を参照して、操作リモコン３０は、例えば、図２に示す形態のものを用いることができ、電源スイッチ３２、蓄熱利用モードスイッチ３４、温度設定スイッチ３６及びタイマ設定スイッチ３８を有している。電源スイッチ３２は、床暖房装置を作動、作動停止するためのもので、一度操作すると床暖房装置が作動し、もう一度操作するとその作動が停止する。蓄熱利用モードスイッチ３４は、後述する蓄熱利用モードを設定するためのもので、一度操作すると蓄熱利用モードが設定され、もう一度操作すると蓄熱利用モードが解除される。温度設定スイッチ３６は、設定温度を上げるためのアップスイッチ４０と、設定温度を下げるためのダウンスイッチ４２とから構成され、アップスイッチ４０及びダウンスイッチ４２を操作することによって所望の設定温度ｔ１（図７参照）に設定される。タイマスイッチ３８は、床暖房装置が作動停止するまでの時間を設定するものである。また、操作リモコン３０には、各種スイッチを操作したときに指令内容を表示するための表示装置４４（例えば、液晶表示装置）が設けられている。

この床暖房装置では、室内空間６（暖房対象域）の温度を検知するための温度センサ４６が設けられ、この温度センサ４６は、操作リモコン３０に設けられている。尚、この温度センサ４６は、操作リモコン３０とは別個に室内空間６を規定する側壁部などに設けるようにしてもよい。

制御手段４は、例えばマイクロプロセッサから構成され、作動制御手段５０、運転モード設定手段５２、モード切換手段５４、温度比較手段５６、異常温度低下判定手段５７、温度差演算手段５８及びデュ−ティ比設定手段６０を含んでいる。作動制御手段５０は、床暖房装置本体２を作動制御するためのもので、熱源機１２（燃焼バーナ１４及び送給ポンプ１６）及び熱動弁２２を作動制御する。運転モード設定手段５２は、操作リモコン３０からの指令に基づいて運転モードを設定し、蓄熱利用モードスイッチ３４を操作して蓄熱利用モードを選択したときには蓄熱利用モードを設定し、蓄熱利用モードスイッチ３４をもう一度操作して蓄熱利用モードを解除したときには通常モードを設定する。モード切換手段５４は、蓄熱利用モードの運転において室内空間６の温度（温度センサ４６の検出温度）が急激に低下したときに後述するように蓄熱利用モードから通常モードに強制的に切り換える。また、温度比較手段５６は、後述するように室内空間６の温度と余熱下限温度ｔ２（図７参照）及び異常下限温度ｔ３（図７参照）とを比較し、異常温度低下判定手段５７は、室内空間６の温度が異常下限温度ｔ３よりも低下すると異常温度低下状態であると判定し、この実施形態では、その異常温度低下の判定結果に基づいて異常温度低下信号を生成する。

また、温度差演算手段５８は、室内空間６の温度と操作リモコン３０の設定温度ｔ１との温度差を演算し、デュ−ティ比演算手段６０は、温度差演算手段５８の温度差に基づいて床暖房装置本体２が作動されるオン（ＯＮ）状態（換言すると、床暖房パネル８により暖房する状態）と床暖房装置本体２が作動停止されるオフ（ＯＦＦ）状態（換言すると、床暖房パネル８による暖房が停止する状態）との比率を設定し、例えば、この温度差が１℃であるときには、オン状態とオフ状態との比率が１：１に設定される。例えば、通常モードの運転制御においては、デュ−ティ比制御よる１サイクル時間が、例えば２０分に設定されており、従って、デュ−ティ比が１：１である場合、２０分間の１サイクル時間のうち半分の１０分間がオン状態となり、残りの１０分間がオフ状態となるように作動制御される。

この制御手段４は、更に、計時手段６２及びメモリ手段６４を含んでいる。計時手段６２は時間を計時し、この形態では、操作リモコン３０の電源スイッチ３２をオン操作してからの経過時間などを計時する。また、メモリ手段６４には、後述する蓄熱利用運転を終了する基準温度となる余熱下限温度ｔ２、後述するように蓄熱利用モードから通常モードに切り換わる基準温度となる異常下限温度ｔ３などが記憶されている。

次に、図４を参照して、通常モードの運転について説明する。この形態では、通常モードの運転においては、床暖房装置本体２（熱源機１２及び熱動弁２２）は、デューティ比サイクル期間ＴＳ（例えば、２０分に設定される）を１サイクルとしてデュ−ティ比制御され、例えばデュ−ティ比が１：１であるときには、オン状態の作動時間ＴＸが１０分間となり、オフ状態の停止時間ＴＹが１０分間となり、このようなデューティ比サイクル期間ＴＳが繰り返し遂行される。

次いで、図５を参照して、蓄熱利用モードの運転について説明する。この形態では、蓄熱利用モードの運転においては、床暖房装置本体２（熱源機１２及び熱動弁２２）は、余熱サイクル期間ＴＶを１サイクルとして制御され、余熱サイクル期間ＴＶのうち前半がデュ−ティ比制御期間ＴＵとなり、その後半が余熱利用期間ＴＷとなり、デュ−ティ比制御期間ＴＵにおいては、上述したデューティ比サイクル期間ＴＳと同様にデュ−ティ比制御され、例えばデュ−ティ比が１：１であるときには、オン状態の作動時間ＴＸが１０分間となり、オフ状態の停止時間ＴＹが１０分間となる。また、余熱利用期間ＴＷは、暖房運転中に室内空間６を規定する躯体部分（床部、側壁部及び天井部などから構成される）に蓄熱された熱を利用して余熱暖房する期間であり、この期間中においては床暖房装置本体２は作動停止され、このような余熱サイクル期間ＴＶが繰り返し遂行される。

この床暖房装置は、例えば、次のように運転制御される。主として、図１、図３及び図６を参照して、床暖房装置を運転するには、操作リモコン３０の電源スイッチ３２をオン操作すればよい（ステップＳ１）。かくすると、制御手段４の計時手段６２が計時を開始する（ステップＳ２）。この電源スイッチ３２を操作して運転するときには、ステップＳ３からステップＳ４に進み、制御手段４の運転モード設定手段５２は、操作リモコン３０からの運転指令に基づいて通常モードを設定し、作動制御手段５０は、図４に示す通りの通常モードでもって床暖房装置本体２を作動運転する。この通常モードの運転中に電源スイッチ３２をオフ操作すると、ステップＳ６からステップＳ７に移り、床暖房装置の運転が終了する。

電源スイッチ３２をオン操作した後に蓄熱利用モードスイッチ３４を操作する（又は通常モードの運転中に蓄熱利用モードスイッチ３４を操作する）と、ステップＳ３（又はステップＳ５）からステップＳ８に進む。そして、計時手段６２が計時を開始してから所定時間（例えば、２〜４時間程度に設定される）が経過するまでは、ステップＳ８からステップＳ９を経てステップＳ１０に進み、通常モードの運転が継続され、この所定時間が経過するまで後述する蓄熱利用モードの運転が行われることはない。尚、この通常モードの運転中に電源スイッチ３２をオフ操作すると、ステップＳ９からステップＳ１１に移り、床暖房装置の運転が終了する。

電源スイッチ３２をオン操作して暖房運転を開始すると、床暖房装置本体２（熱源機１２及び熱動弁２２）が作動され、熱源機１２にて生成された温水が床暖房パネル８の温水チューブ１０を通して循環され、循環される温水の熱によって床暖房パネル８が暖められ、かく暖められた床暖房パネル８の表面から室内空間６（暖房対象域）が暖められ、このようにして床暖房パネル８及びその上方空間が暖房される。そして、このように暖房されると、床暖房パネル８及び室内空間６の熱が、室内空間６を規定する建物の躯体部分（即ち、床部、側壁部及び天井部など）に伝達され、かかる熱が躯体部分に蓄熱される。この躯体部分への蓄熱は除々に行われ、暖房運転開始から所定時間が経過すると、この躯体部分に充分な熱が蓄熱され（換言すると、室内空間６の温度とほぼ同じ温度となる）、躯体部分に蓄熱された熱の利用が可能となる。

このようなことから、暖房運転の開始から所定時間が経過するまでは通常モードの運転が行われ、この所定時間経過後は、床暖房装置の蓄熱利用モードへの運転が許容され、ステップＳ３（又はステップＳ５）において蓄熱利用モードの運転が選択されているときには、ステップＳ１２に進み、床暖房装置は蓄熱利用モードでもって運転制御される。即ち、制御手段４の運転モード設定手段５２は、操作リモコン３０の蓄熱利用モードスイッチ３４からの蓄熱利用モード指令に基づいて蓄熱利用モードを設定し、作動制御手段５０は、図５で示す通りの蓄熱利用モードでもって床暖房装置本体２（熱源機１２及び熱動弁２２）を作動制御する。

図７をも参照して、蓄熱利用モードの運転が開始されると、余熱サイクル運転が開始され（ステップＳ１３）、余熱サイクル期間ＴＶの前半のデュ−ティ比制御期間ＴＵにおいて、床暖房装置本体２が上述したようにデュ−ティ比制御され、このデュ−ティ比制御が終了した後、その後半の余熱利用期間ＴＷにおいて蓄熱利用運転を行うかが判断される。

この実施形態では、デューティ比制御期間ＴＵが終了した時点で、温度比較手段５６は室内空間６の温度（温度センサ４６の検出温度）とメモリ手段６４に記憶された余熱下限温度ｔ２との比較を行い、室内空間６の温度が余熱下限温度ｔ２以上である場合、ステップＳ１４からステップＳ１５を経てステップＳ１６に移り、躯体部分に蓄熱された熱を利用して余熱する蓄熱利用運転が行われる。この蓄熱利用運転は、室内空間６の温度が余熱下限温度ｔ２より更に低下するまで行われ、室内空間６の温度がこのように低下すると、図７に示すように、余熱サイクル期間ＴＶの１サイクルが終了し、ステップＳ１５からステップＳ１７を経てステップＳ１３に戻り、次の余熱サイクル期間ＴＶに移って、床暖房装置本体２が上述したと同様にして作動制御される。

また、デューティ比制御期間ＴＵが終了した時点で、室内空間６の温度が余熱下限温度ｔ２よりも低下している（図７参照）と、ステップＳ１５からステップＳ１７に進み、温度比較手段５６は室内空間６の温度（温度センサ４６の検出温度）とメモリ手段６４に記憶された異常下限温度ｔ３との比較を行い、室内空間６の温度が異常下限温度ｔ３以上である場合、ステップＳ１７からステップＳ１３に戻り、次の余熱サイクル期間ＴＶに移って、床暖房装置本体２が上述したと同様にして作動制御される。

更に、デューティ比制御が終了した時点で、室内空間６の温度が異常下限温度ｔ３よりも低下している（図７参照）と、ステップＳ１７からステップＳ１８に進み、異常温度低下判定手段５７は、室内空間６の温度が急激に低下して冷えた状態になっているとして異常温度低下と判定し、この判定に基づいて異常温度低下信号を生成し、モード切換手段５４は、かかる異常温度低下信号に基づいて蓄熱利用モードから通常モードに切り換え（ステップＳ１９）、ステップＳ４に戻って床暖房装置本体２は通常モードで上述したように運転される。例えば、蓄熱利用モードの運転中に窓、ドアなどを開放して冷気が室内空間６に大量に流入したときには、流入した冷気によって室内空間６の温度が急激に低下して異常下限温度ｔ３よりも低くなり、このように温度低下したときには、蓄熱利用モードの運転から通常モードの運転に切り換えられる。

尚、予熱サイクル運転中におけるデューティ制御期間中に電源スイッチ３２をオフ操作すると、ステップＳ１４からステップＳ２０を経てステップＳ２１に移り、床暖房装置の運転が終了する。また、予熱サイクル運転中における蓄熱利用運転中に電源スイッチ３２をオフ操作すると、ステップＳ１６からステップＳ２２を経てステップＳ２３に移り、床暖房装置の運転が終了する。

以上、本発明に従う暖房装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、蓄熱利用モードの運転中においてデューティ比制御期間ＴＵが終了した時点で室内空間６の温度と異常下限温度ｔ３とを比較して異常温度低下状態であるかを判定しているが、このような構成に限定されず、蓄熱利用モードの運転中に（即ち、デューティ比制御期間ＴＵ及び余熱利用期間ＴＷにおいて）及び室内空間６の温度が上記異常下限温度ｔ３よりも低下したときに異常温度低下と判定して蓄熱利用モードから通常モードに切り換えるようにしてもよい。

２床暖房装置本体（暖房装置本体）
４制御手段
６室内空間
８床暖房パネル
１２熱源機
３０操作リモコン（操作手段）
３４蓄熱利用モードスイッチ
４６温度センサ
５２運転モード設定手段
５４モード切換手段
５７異常温度低下判定手段
ＴＳデューティ比サイクル期間
ＴＶ余熱サイクル期間
ＴＷ余熱利用期間

Claims

暖房対象域を暖房するための暖房装置本体と、前記暖房装置本体を作動制御するための制御手段と、前記制御手段に操作指令を送るための操作手段と、を具備する暖房装置であって、
前記操作手段は、前記暖房対象域の躯体部分に蓄熱された熱を利用する蓄熱利用モードと、前記暖房対象域の前記躯体部分に蓄熱された熱を利用しない通常モードとの設定が可能であり、
前記操作手段により前記通常モードが設定されると、前記制御手段は、作動状態と作動停止状態とをデューティ比でもって制御するデューティ比サイクル期間を１サイクルとして前記暖房装置本体を作動制御し、
また、前記操作手段により前記蓄熱利用モードが設定されると、前記制御手段は、前記デューティ比サイクル期間及び前記デューティ比サイクル期間において前記躯体部分に蓄熱された熱を利用して余熱暖房する余熱利用期間から構成される余熱サイクル期間を１サイクルとして前記暖房装置本体を作動制御し、
更に、前記蓄熱利用モードの運転において、前記暖房対象域の温度が異常下限温度より低下すると、前記制御手段は、前記蓄熱利用モードから前記通常モードに切り換えて前記暖房装置本体を作動制御することを特徴とする暖房装置。
前記操作手段により前記蓄熱利用モードが設定されると、前記躯体部分に充分な熱が蓄熱されるまでは、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記通常モードで運転し、前記躯体部分に充分な熱が蓄熱されると、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記蓄熱利用モードで運転することを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
前記制御手段は、前記暖房装置本体の運転開始からの時間を計時する計時手段を含んでおり、前記計時手段が所定時間を計時するまでは、前記制御手段は前記暖房装置本体を前記通常モードで運転し、前記計時手段が所定時間を計時した後は、前記制御手段は、前記暖房装置本体の前記蓄熱利用モードでの運転を許容することを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。