JP3640436B2 - 床暖房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、床暖房装置に関し、特に温度維持を効率良く行なわせることができる床暖房装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
床下に温水を通し、床面から室内を暖房する床暖房システムは、快適な暖房が得られる点等から近年注目されている暖房システムである。
【０００３】
床暖房装置の概略構成を図３に示す。図３に示すように床暖房装置１は、室内６０の外に設置した熱源機２０と、室内６０の床下に配置した温水マット２２等からなり、熱源機２０から導通パイプ２４を介して温水マット２２に温水を送り、床下に温水を通して室内を暖房する。放熱して温度が低下した温水は、導通パイプ２４を通して熱源機２０に戻り、熱源機２０の加熱器で加温された後再び温水マット２２に送り出される。そして、温水によって床面温度や室内温度が希望の設定温度に達すると、加熱器でのガスの燃焼が制御され、設定温度に維持される。
【０００４】
一方このように、加熱器での燃焼が停止された後においても、パイプ２４のポンプは駆動されており、温水はパイプ２４内を循環していた。これは、温水の循環を停止させると、パイプ２４内の温水温度の低下が場所毎に異なり、温水温度計を設けた位置と他の箇所での温度が異なってしまい、床暖房装置１全体の温水温度が正確に把握できず、温水加熱が必要かどうかの判断ができなくなるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように加熱器でガス等を燃焼させていない時に温水を循環させていると、温水が熱交換器を次々と通過し、外気に熱が放散されてしまい温水温度が急速に低下したり、熱効率が非常に悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
更に、加熱器での燃焼動作に合わせてポンプを停止させることとすると、床面温度や室内温度を一定に保持するために加熱器の燃焼を細かく制御した時に、ポンプの停止、作動が頻繁に繰り返されてしまい、ポンプ始動による電力の消費量が増大し、又停止の繰り返しによりポンプの耐久性が低下するという問題が生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では上記問題点を解決し、温度を一定に保持している時に適宜ポンプを停止させて熱効率の低下を防止するとともに、正確な温度制御を実現させることを目的として床暖房装置を次のように構成した。
【０００８】
すなわち、床下に温水導通パイプを配置し、加熱器で加温した温水を前記導通パイプ内に通し床面から室内を暖房する床暖房装置において、
床面の温度を計測する床面温度検出手段と、温水をパイプ内に送るポンプと、床面温度が所定温度に達したとき加熱器の燃焼とポンプの作動を停止させ、かつ床面温度検出手段の検出した床面温度が所定温度以下に達したとき、加熱器の燃焼、およびポンプの作動を再開させる制御手段とを備えて床暖房装置を構成した。
【０００９】
又、床面温度検出手段が検出した床面温度が所定温度に達したとき加熱器の燃焼を停止させ、加熱器の燃焼停止から所定時間経過後に前記ポンプの作動を停止させ、再開時刻において、加熱器の燃焼および前記ポンプの作動を再開させる制御手段と、加熱器の燃焼が停止中で、かつポンプが作動中の温水温度変化から床暖房装置の「冷めやすさ」を求め、この「冷めやすさ」に基づきポンプの作動を停止した状態におけるパイプ内の温水が所定の燃焼再開温度に至る再開時刻を演算する演算手段と、を備えて床暖房装置を構成した。
【００１０】
更に演算手段は、加熱器の燃焼停止から燃焼再開までの燃焼停止時間を演算し、制御手段は、燃焼停止時間が所定時間以下のとき前記ポンプの停止を行なわないこととした。
【００１１】
「冷めやすさ」の演算は、運転開始から最初に床面温度が所定温度に達したときにのみ行なうこととした。
【００１２】
又、床面温度検出手段ではなく室温検出手段とし、検出した室温に基づき制御することとした。
【００１３】
【作用】
床面温度や室内温度が所定温度に達すると、加熱器（ガスバーナ）での燃焼動作が停止され、温度上昇を抑える。そして、室内の温度計や床面温度の検出器等で温度を計測し、これら温度が所定温度以下に低下したならガスバーナの燃焼を再開させ、温度を上昇させる。このようにして、温水加熱を調整して床面温度等を一定に保持する。
【００１４】
更に、ガスバーナでの燃焼停止時には、ポンプの作動が停止されるので温水は熱交換器を通らず、熱交換器からの熱の放散を防止できる。これにより、温水温度の急速な低下と熱効率の低下を防止することができる。
【００１５】
また、ガスバーナの燃焼停止から所定時間はポンプが作動され、その間温水温度が温水温度計により計測される。ポンプの作動により温水がパイプ内を循環するので、温水温度計により計測される温水温度は床暖房装置全体の平均的な温度となり正確な値が得られる。更にこの計測された温水の温度低下は、床暖房装置自身の冷めやすさを表すものであることから、これに基づいてポンプを停止した状態での温水の温度低下、つまり冷めやすさが求められる。この冷めやすさから温水温度の燃焼再開温度到達時刻を演算し、演算手段が求めた燃焼再開時刻に熱源機の運転を再開することにより、温水温度が大きく低下する前に温水を加熱し、高い熱効率でかつ温度変化を小さく抑えた温度制御が可能となる。
【００１６】
更に、床面の冷めやすさから演算したガスバーナの停止時間が所定時間に満たない場合には、ポンプが停止されないので、ガスバーナの作動停止が細かく繰り返された場合でも、ポンプは連続して作動され、電力消費、ポンプ寿命等を良好にできる。
【００１７】
又、冷めやすさの演算は、運転開始から最初にガスバーナの燃焼が停止した時のみ行なうので、演算後はガスバーナの燃焼停止と同時にポンプも停止することから、熱交換器からの熱の放散をより低く抑え、熱効率を高くすることができる。
【００１８】
【実施例】
本発明にかかる床暖房装置の一実施例について説明する。
【００１９】
床暖房装置１は、図３に示すように従来例と同様、熱源機２０を室外に設置し、室内に設けられた温水マット２２に熱源機２０で加温した温水を通水させて室内６０の暖房を行なう。又、熱源機２０には温水マット２２の他に、室内６０に設けられた空調装置５０、給湯装置５２、自動風呂５４等が接続されている。
【００２０】
図１に、床暖房装置１の構成を示す。熱源機２０は、ガスバーナ２１と、ガスバーナ２１のガスの供給量を調整する調整弁２７と、ガスバーナ２１で加熱される熱交換器２５と、熱媒体（温水）を圧送するポンプ２３と、全体の作動を制御する制御装置２等から構成されている。
【００２１】
調整弁２７は、ガスパイプに取り付けられた調整弁で、制御装置２からの指示に従いガスバーナ２１へのガスの供給量を調整する。ポンプ２３は、温水用パイプに取り付けられ、床暖房装置１の運転が開始されると作動し、パイプ内に温水を圧送する。ポンプ２３の下流側には、低温側温水温度計３２を有する低温側分岐部が設けてあり、この分岐部の一方のパイプは熱交換器２５に接続し、他方のパイプは低温ヘッダ３０に延びている。熱交換器２５は、ガスバーナ２１でのガスの燃焼によって、内部を通る温水を加温する熱交換器であり、熱交換器２５からのパイプは、直接高温ヘッダ３４に延びる一方、高温側温水温度計３３が設けられた高温側分岐部で分岐し、ポンプ２３から戻りヘッダ３８に延びる吸引パイプ３７の中間に接続している。
【００２２】
高温ヘッダ３４は、高温用の温水パイプが接続する接続部で、制御弁を内蔵した空調装置５０等に通じるパイプが接続している。低温ヘッダ３０は、低温用の温水パイプが接続する接続部で、温水マット２２に延びるパイプ２４が制御弁１６を介して接続している。戻りヘッダ３８は、前述したように吸引パイプ３７を介してポンプ２３の吸引側に接続しており、温水マット２２や空調装置５０等からの戻りのパイプ２４等が接続している。
【００２３】
温水マット２２は、全体を発泡樹脂等で成形した内部に樹脂製の温水導通パイプを蛇行させ、その表裏面をアルミ等で覆ったマットであり、所定の強度を備え、暖房しようとする室内６０の床下に適宜設置されている。制御弁１６は、温水マット２２等に接続したパイプ２４を開閉する弁であり、制御装置２からの指示により開閉操作される。温水マット２２を設置した室内６０には、コントローラ１４が取り付けてあり、信号線１５を介して熱源機２０の制御装置２と接続している。コントローラ１４には、希望の設定温度や暖房時刻等を入力する入力部１３の他、床面の温度を検出する床面温度検出器１０および室内温度を検出する室温検出器１２（図２参照）とが備えられている。
【００２４】
次に、制御装置２について説明する。図２に示すように制御装置２は、制御部４と、記憶部６と、判断部８等から構成され、制御部４には、コントローラ１４の床面温度検出器１０や入力部１３、及び制御弁１６、ポンプ２３、ガスバーナ２１の調整弁２７、低温側温水温度計３２、高温側温水温度計３３等が接続している。
【００２５】
記憶部６は、入力部１３から入力された設定温度等を記憶し、又各設定温度における再開温度が記憶されている。再開温度は、設定温度に対して定められた温度であり、ガスバーナ２１の燃焼等の作動を開始させる床面温度である。
【００２６】
判断部８は、床面温度検出器１０からの検出温度により床面温度が設定温度に達したかどうか、又再開温度に至ったかどうか判断し、いずれかの温度に達したときその旨を制御部４に送る。
【００２７】
制御部４は、床面温度が設定温度に近づくとそれに伴いガスバーナ２１での燃焼量を減少させ、設定温度に達した旨の信号を受けたときは、ガスバーナ２１の調整弁２７を閉じる。又、床面温度が再開温度以下に低下した場合には調整弁２７を開きガスバーナ２１の燃焼を再開する。更に、制御部４は、ガスバーナ２１での燃焼に合わせてポンプ２３を作動させる。すなわち、ガスバーナ２１を停止したときは、ポンプ２３の作動を停止させ、燃焼を再開したときにはポンプ２３を作動させる。
【００２８】
次に、床暖房装置１の作動について説明する。
【００２９】
コントローラ１４から希望温度が入力され暖房が開始されると、温水がガスバーナ２１により加熱され、ポンプ２３で温水マット２２に送り出される。床面温度が温水によって上昇し、希望温度に達すると、調整弁２７が操作され、ガスバーナ２３での燃焼が停止される。それに伴いポンプ２３の作動も停止する。
【００３０】
したがって、ガスバーナ２１での加熱が行なわれていない場合には、温水がパイプ２４内を流通しないことから、熱交換器２５での放熱が防止され、室温の急激な低下や熱の損失を防ぐことができる。
【００３１】
次に、床暖房装置１の他の実施例について説明する。
【００３２】
この実施例では、制御部４は、判断部８から床面温度が設定温度に達した旨の信号を受けると、調整弁２７を閉じガスバーナ２１での燃焼を停止させるが、ポンプ２３は、調整弁２７を閉じた後所定時間作動させ、その後停止させる。
【００３３】
又、低温側温水温度計３２は、ガスバーナ２１が燃焼を停止した後ポンプ２３が作動している間温水温度を計測し、計測値を判断部８に送る。判断部８は、この間の温水温度の低下に基づいて床暖房装置１における冷めやすさ、すなわちポンプ２３が停止した状態での温度低下率を演算する。更に、求められた冷めやすさを用いて、パイプ２４内の温水温度が再開温度に至る時刻を求め、記憶部６に記憶させ、再開時刻に達した時その旨を制御部４に送る。
【００３４】
再開時刻に至った旨の信号を受けた制御部４は、ガスバーナ２１の燃焼とポンプ２３の作動を再開させる。
【００３５】
以下、床暖房装置１の作動について説明する。
【００３６】
運転が開始し、ガスバーナ２１やポンプ２３が作動を開始すると、ガスが燃焼され、水がパイプ内を循環する。
【００３７】
図４は、ガスバーナ２１の燃焼量と、ポンプ２３の作動と、温水温度のタイムチャートであり、図４において、横軸は時間、縦軸はそれぞれ上からガスの供給量、ポンプ作動のオン、オフ、温水温度である。ここで、床面温度が設定温度に近づくとガスの供給量は減少し、設定温度に達するとその時点で図４の（１）に示すように調整弁２７が閉じられる。尚、（２）に示すように温水温度に基づいて行なってもよい。一方、ポンプ２３は、調整弁２７が閉じられた後所定時間ｔだけ作動し、停止する（３）。
【００３８】
低温側温水温度計３２は、ガスバーナ２１でのガスの燃焼が停止された後であってポンプ２３が駆動している間の温水温度を検出し、検出された温水温度の変化に基づいて演算部８がポンプ２３を停止した状態における床暖房装置１の冷めやすさを演算する。演算の方法としては、検出された温水温度の変化には、床暖房装置１の自然放熱によるものと、ポンプ２３の作動による熱交換器２５からの放熱によるものとが含まれていることから、検出された温度変化から主に熱交換器２５による放熱分を引いて求める。又、かかる熱交換器２５における放熱量は外気温等条件によって異なることから、実験等を行ない具体的に求め、記憶部６等に記憶させておく。
【００３９】
冷めやすさが求められると、次にその冷めやすさで温水温度が低下した場合を演算し、その時の温度曲線（４）と再開温度の交点（５）の時刻、つまり再開時刻Ｔを求め、記憶部６に記憶させる。そして、再開時刻Ｔに達したとき、制御部４はガスバーナ２１の燃焼を再開させ、かつポンプ２３を作動させて床面温度を上昇させる。
【００４０】
燃焼再開により床面温度が上昇し再び設定温度に達したこと（６）を検出するとガスバーナ２１の燃焼とポンプ２３の作動が停止（７）され、温度上昇を停止させる。そして、既に求めた冷めやすさから再開時刻Ｔ１を演算し、その時刻に至ったとき作動を再開させて、再び温度を上昇させる。（８）
これにより、床暖房装置１はガスバーナ２１の燃焼が停止しているときは、ポンプ２３の作動が停止されて温水が熱交換器２５内を通過しないので、熱交換器２５を通して温水の熱が外気へ放散されることがなく、温水温度の低下を抑えることができる。そして、温水温度が再開温度まで低下したなら、ガスバーナ２１やポンプ２３の作動を開始させ、温度を上昇させることにより、床面温度もしくは室内温度を狭い温度変化の範囲内で一定に保持することができる。
【００４１】
次に、第三の実施例について説明する。
【００４２】
演算部８は、床面の冷めやすさを用いてガスバーナ２１の燃焼停止から再開温度に達するまでの到達時間を演算し、この到達時間が所定時間より短いときは、制御部４はポンプ２３の停止を行なわないこととする。その他の構成は上記例と同じである。すなわち、再開時刻が演算されたときガスバーナ２１の燃焼を停止してから再開される時刻までの時間と予め定めた所定時間とを比較し、求められた時間の方が所定時間より短いときは、ポンプ２３を停止しないこととした。これにより、運転が再開されるまでの時間が短いときは、ガスバーナ２１が停止していてもポンプ２３は連続して運転されるので、ポンプ２３の運転停止の頻度を少なくでき、電力消費量の削減、ポンプ寿命の長期化等を良好にすることができる。
【００４３】
尚、上記実施例では床下に温水マット２２を設置する例を述べたが、本発明はそれに限らず、導水パイプを直接床下に配置したり、カーペット状に形成したものや、あるいは畳の内部に導水パイプを通したものなどでもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の床暖房装置によれば、設定温度に達して熱源機（ガスバーナ）における燃焼を停止させたとき、ポンプの作動を停止させることとしたので、燃焼を停止している時に温水が熱交換器内を通過せず、熱交換器からの放熱による温水の温度低下を減少させることができる。
【００４５】
又、ガスバーナの燃焼を停止した後所定時間ポンプを作動させ、その間温水温度の低下を検出し、床暖房装置の冷めやすさを求め、この冷めやすさからポンプ停止後の温度低下を演算して、再開温度に達する時刻を求め、かかる時刻にガスバーナでの燃焼を再開させるようにしたので、温水温度が大幅に低下する以前に温水の加熱を行ない、暖房温度を適確で、かつ小さな温度変化幅の中で温度を一定に保持することができる。
【００４６】
更に、冷めやすさに基づいて、ガスバーナ停止からガスバーナ作動までの時間を演算し、作動再開までの時間が所定時間以下の場合にはポンプの作動を停止させないこととしたので、ポンプが頻繁に停止することがなく、ポンプを始動させる際に消費される電力消費や、停止を繰り返すことによるポンプ寿命の短縮等を防止することができる。
【００４７】
又、冷めやすさの演算は、運転開始から床面温度等が最初に設定温度を越えた時にのみ行なうこととし、２回目以降はその冷めやすさから再開時刻を求めることとしたので、逐一演算する必要がなくポンプをガスバーナの燃焼停止と同時に停止でき、熱効率をより高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の床暖房装置にかかる一実施例を示す構成図である。
【図２】制御装置を示すブロック図である。
【図３】床暖房装置の概略構成図である。
【図４】作動内容を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 床暖房装置
２ 制御装置
４ 制御部
６ 記憶部
８ 判断部
１０ 床面温度検出器
１３ 入力部
１４ コントローラ
１６ 制御弁
２０ 熱源機
２１ ガスバーナ
２２ マット
２３ ポンプ
２４ パイプ
２５ 熱交換器
２７ 調整弁
３０ 低温側ヘッダ
３２ 低温側温水温度計
３３ 高温側温水温度計
３４ 高温側ヘッダ
３８ 戻りヘッダ

Claims (4)

1. 床下に温水導通パイプを配置し、加熱器で加温した温水を前記導通パイプ内に通し床面から室内を暖房する床暖房装置において、
   前記床面の温度を計測する床面温度計測手段と、
   温水を前記パイプ内に送るポンプと、
   前記パイプ内の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
   該床面温度検出手段が検出した床面温度が所定温度に達したとき前記加熱器での燃焼を停止させ、該加熱器での燃焼停止から所定時間経過後に前記ポンプの作動を停止させ、かつ所定の再開時刻において、前記加熱器での燃焼および前記ポンプの作動を再開させる制御手段と、
   前記加熱器での燃焼が停止し、かつ前記ポンプが作動中における温水温度変化を求め、該温水温度変化に基づいて前記ポンプが停止した状態におけるパイプ内の温水の「冷めやすさ」を求め、該「冷めやすさ」から所定の燃焼再開温度に至る前記再開時刻を演算する演算手段と、
   を備え、
   前記演算手段は、前記加熱器での燃焼停止から燃焼再開までの燃焼停止時間を演算し、
   前記制御手段は、前記燃焼停止時間が所定時間以下のときは前記ポンプの停止を行わないことを特徴とする床暖房装置。
2. 床下に温水導通パイプを配置し、加熱器で加温した温水を前記導通パイプ内に通し床面から室内を暖房する床暖房装置において、
   前記床面の温度を計測する床面温度計測手段と、
   温水を前記パイプ内に送るポンプと、
   前記パイプ内の温水温度を検出する温水温度検出手段と、
   該床面温度検出手段が検出した床面温度が所定温度に達したとき前記加熱器での燃焼を停止させ、該加熱器での燃焼停止から所定時間経過後に前記ポンプの作動を停止させ、かつ所定の再開時刻において、前記加熱器での燃焼および前記ポンプの作動を再開させる制御手段と、
   前記加熱器での燃焼が停止し、かつ前記ポンプが作動中における温水温度変化を求め、該温水温度変化に基づいて前記ポンプが停止した状態におけるパイプ内の温水の「冷めやすさ」を求め、該「冷めやすさ」から所定の燃焼再開温度に至る前記再開時刻を演算する演算手段と、
   を備え、
   前記「冷めやすさ」の演算は、運転開始から最初に床面温度が所定温度に達したときにのみ行うことを特徴とする床暖房装置。
3. 前記「冷めやすさ」の演算は、運転開始から最初に床面温度が所定温度に達したときにのみ行うことを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
4. 前記床面温度検出手段は室温検出手段であり、前記床面温度に代えて該室温検出手段により検出された室温に基づき制御することを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の床暖房装置。

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