(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房温水生成手段と、複数の循環系統回路を含む暖房回路と、上記暖房温水生成手段によって生成された温水を上記循環系統回路を介して端末暖房機に循環供給する循環ポンプとを備える温水暖房機における凍結防止装置であって、
上記循環系統回路への通水を制御する回路開閉手段と、凍結危険温度以下になったことを検出する凍結危険温度検出手段と、上記暖房回路を流れる循環水の温度を検出する水温検出手段とを設け、
凍結危険温度以下になったことを検出することにより、上記循環ポンプを作動させるとともに各循環系統回路の回路開閉手段を順次作動させて、各循環系統回路の水を順次循環させる一方、上記水温検出手段によって検出される循環水の水温が所定の温度以下である循環系統回路を登録し、登録された上記循環系統回路に、暖房温水生成手段によって生成された温水を循環供給して凍結防止運転を行う制御手段を設け、
上記凍結防止運転は、登録された各循環系統回路の回路開閉手段を同時に作動させて、各循環系統回路に温水を同時に循環供給することにより行われることを特徴とする温水暖房機における凍結防止装置。
【請求項２】
上記温水暖房機が、端末暖房機との間で情報を交換して作動制御を行うように構成された温水暖房機である請求項１に記載の温水暖房機における凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は温水暖房機における凍結防止装置に関する。詳しくは、凍結防止運転が必要な回路について、選択的に凍結防止運転を行うことのできる温水暖房機における凍結防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ガス温水暖房機は、ガスバーナを用いてガスを燃焼させることにより温水を生成する暖房温水生成手段を備えるとともに、この温水を暖房回路を介して端末暖房機に循環供給するための循環ポンプを備えている。
複数の端末暖房機に温水を循環供給する暖房回路は、各端末暖房機を含む複数の循環系統回路を並列に接続して構成されており、これらの回路を介して暖房温水生成手段で生成された温水を各端末暖房機に循環供給するように構成されている。
【０００３】
各端末暖房機に到る暖房回路は外気に晒されることも多く、冬季には凍結を防止する必要がある。このため、凍結危険温度以下になると、上記暖房温水生成手段を作動させて凍結防止運転が行われる。
この凍結防止運転は、暖房回路の水温、外気温等をサーミスタ等の温度検出手段によって測定し、これによって検出された水温等が凍結防止に必要な温度以下である場合に、上記暖房温水生成手段を間欠的に作動させることにより、凍結防止に必要な温水を各端末暖房機に間欠的に循環させることにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
各端末暖房機は設置条件や運転条件が異なるとともに、これらの端末暖房機を含む循環系統回路の保温条件等も異なる。
一方、従来の温水暖房機における凍結防止運転は、全端末暖房機を対象として行われるため、凍結防止の必要のない端末暖房機にまで温水が循環供給されることになる。このため、エネルギ効率のよい凍結防止運転が行われているとはいえなかった。
【０００５】
しかも、従来の凍結防止運転は、全端末暖房機に凍結防止のための温水を一度に循環供給するように制御されるため、循環ポンプの揚程も低下し、それぞれの端末暖房機に供給される温水の量がその分減少する。このため、配管抵抗の大きい端末暖房機には、凍結防止に必要な量の温水を循環供給できない恐れもあった。
【０００６】
本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、凍結防止の必要な循環系統回路及び端末暖房機に、選択的に温水を循環供給することにより、効率のよい凍結防止運転を行うことができる温水暖房機における凍結防止方法及び凍結防止装置を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
本願の請求項１に記載した発明は、暖房温水生成手段と、複数の循環系統回路を含む暖房回路と、上記暖房温水生成手段によって生成された温水を上記循環系統回路を介して端末暖房機に循環供給する循環ポンプとを備える温水暖房機における凍結防止装置であって、上記循環系統回路への通水を制御する回路開閉手段と、凍結危険温度以下になったことを検出する凍結危険温度検出手段と、上記暖房回路を流れる循環水の温度を検出する水温検出手段とを設け、凍結危険温度以下になったことを検出することにより、上記循環ポンプを作動させるとともに各循環系統回路の回路開閉手段を順次作動させて、各循環系統回路の水を順次循環させる一方、上記水温検出手段によって検出される循環水の水温が所定の温度以下である循環系統回路を登録し、登録された上記循環系統回路に、暖房温水生成手段によって生成された温水を循環供給して凍結防止運転を行う制御手段を設け、上記凍結防止運転は、登録された各循環系統回路の回路開閉手段を同時に作動させて、各循環系統回路に温水を同時に循環供給することにより行われることを特徴とする。
【０００８】
上記温水暖房機には、ガスを燃焼させることにより温水を生成するものの他、石油を燃焼させて温水を生成するもの、電力によって温水を生成するもの等種々の温水暖房機が含まれる。
上記循環系統回路とは、温水暖房機本体から延出する出湯側配管及び戻り側配管に対して並列に分岐形成されるとともに、各端末暖房機を含む各循環回路をいう。なお、端末暖房機として、温風ファン装置、温水床暖房装置等の種々の機器を採用することができる。また、その数も限定されることはない。
【０００９】
上記回路開閉手段は、各循環系統回路への水の循環を制御するものであり、具体的には、熱動弁、電磁弁等を採用することができる。
凍結危険温度とは、循環回路中の水分が凍結し始める温度をいい、大気温度、水温等を基準とすることができる。温水暖房機及び回路の配置場所、水質等によって実際の凍結温度は異なるが、一般に、水は摂氏０度以下になると凍結するため、摂氏０度より若干高い温度を凍結危険温度に設定して制御を行うことが望ましい。また、凍結危険温度を検出する場所は特に限定されることはなく、温水暖房機本体内、端末暖房機等において検出することができる。
【００１０】
上記凍結危険温度検出手段は、たとえば、サーミスタ、熱電対等の種々の温度センサーを採用することができる。また、水温検出手段も、上記凍結危険温度検出手段と同様に、種々の温度センサーを採用することができる。
本願発明は、各循環系統回路の水を個別に循環させて水温を検出することにより、各循環系統回路の凍結危険性を判断し、凍結危険性のある循環系統回路を登録する。そして、登録された循環系統回路について、選択的に温水を循環供給して凍結防止運転を行う。
【００１２】
上記制御手段は、基準となる凍結危険温度及び水温をあらかじめ記憶させられている。そしてこれら基準温度と、上記凍結危険温度検出手段及び上記水温検出手段からの情報とを比較して、循環ポンプ、温水生成手段等の作動を制御する。また、凍結危険性があると判断した循環系統回路を記憶することができるように構成される。上記制御手段は、マイクロコンピュータ及び記憶装置を組み込んで構成するのが好ましい。
【００１３】
マイクロコンピータに組み込まれるプログラムによって、上記凍結防止運転は、登録された各循環系統回路の回路開閉手段を同時に作動させて、各循環系統回路に温水を同時に循環供給することにより行われるようにし、凍結危険性のある全ての循環系統回路に一度に温水を循環供給して凍結防止運転を行うことができる。
【００１４】
さらに、本願の請求項２に記載した発明は、本願発明を、端末暖房機との間で情報を交換して作動制御を行うように構成された温水暖房機に適用したものである。
従来は、端末暖房機は、温水暖房機本体と制御が別個になされているため、温水暖房機本体及び端末暖房機の双方が凍結防止モードに入らなければ各暖房回路の凍結防止運転が行われなかった。このため、温水暖房機本体と端末暖房機とで条件が異なると、凍結防止の必要があるにもかかわらず凍結防止運転が行われず、暖房回路が凍結をおこす恐れがあった。本請求項に記載した発明は、温水暖房機本体と端末暖房機とで情報交換できるように構成して、各循環系統回路の熱動弁等を個別に制御し、合理的で信頼性の高い凍結防止運転を行うものである。
【００１５】
【発明の効果】
各循環系統回路の水を順次循環させるとともに、各循環系統回路を流れる水の水温を検出することにより、凍結する危険のある循環系統回路を検出し、登録することができる。そして、登録された循環系統回路に対して温水を循環供給させることにより、凍結危険性のある循環系統回路について選択的に温水を循環供給して凍結防止運転を行うことができる。
【００１６】
したがって、凍結防止の必要のない回路に温水が供給されることがなくなり、凍結防止運転のエネルギ効率を大幅に向上させることができる。
また、凍結防止運転が必要のない循環系統回路に温水が循環供給されない分、循環ポンプの揚程が上がり、配管抵抗の大きな循環系統回路にも十分な量の温水を循環供給することができる。したがって、信頼性の高い凍結防止運転を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。
図１に、本願発明が適用されるガス温水暖房機の概略構成を示す。
図１に示す温水暖房機は、蛇口や風呂に温水を供給するための給湯温水生成手段２と、端末暖房機に温水を循環供給する暖房温水生成手段３との双方を備える、いわゆる給湯温水暖房機１に本願発明を適用したものである。
【００１８】
上記給湯温水生成手段２と暖房温水生成手段３は、ガス供給管４からガスが供給されて燃焼するバーナ２ａ、３ａによって、これら温水生成手段２，３内に配置された給湯加熱回路５、暖房水加熱回路６を流れる水がそれぞれ加熱されるように構成されている。
本実施の形態においては、上記暖房温水生成手段３によって生成される温水によって風呂水を追い焚きするように構成されており、液−液熱交換を行う追い焚き用熱交換器７が、風呂追い焚き回路８に設けられている。
【００１９】
上記給湯温水生成手段２の給湯加熱回路５から分岐して、上記風呂追焚き回路８を介して浴槽Ｂへの給湯を行うための湯張り回路９が設けられるとともに、この湯張り回路９の途中に給湯電磁弁１０が設けられている。上記風呂追焚き回路８には、浴槽Ｂの湯を循環させるための風呂ポンプ１１が設けられている。
本実施の形態においては、温風暖房装置等の高温端末暖房機１３ａ，１３ｂ，１３ｃを設けた高温側端末暖房回路１４と、床暖房装置等の低温端末暖房機１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設けた低温側端末暖房回路１６と、上記高温側端末暖房機の上流側と下流側を連通接続して設けられ、上記風呂追焚き用熱交換器７に温水を循環供給して液−液熱交換を行うための風呂用バイパス回路１２とが、上記暖房水加熱回路６から分岐形成されている。
【００２０】
上記高温側端末暖房回路１４及び低温側端末暖房回路は１６は、各端末暖房機を含む循環系統回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃを並列に接続して構成されており、これら循環系統回路を含む端末暖房回路１４、１６と、上記暖房水加熱回路６が暖房回路を構成している。
なお、図２に示すように、上記各端末暖房機１３ａ、１３ｂ，１３ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃには、各循環系統回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃへの水の循環を制御するための熱動弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆと、室温センサ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆと、端末側制御装置２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆと、操作部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆとがそれぞれ設けられている。そして、各端末暖房機に温水を循環させる場合には各熱動弁２７ａ〜２７ｆを開弁する一方、温水を循環させない場合には閉弁するように構成されている。
【００２１】
上記各回路を流れた温水はシスターン１７に回収されるとともに、暖房温水生成手段３によって再び加熱され、循環ポンプ１８によって各回路に循環供給されるように構成されている。
上記暖房水加熱回路６において、暖房温水生成手段３の出湯側には高温側暖房水温度検出手段１９が、低温側端末暖房回路１６の上流側には低温側暖房水温度検出手段２０が設けられている。実施の形態においては、これら暖房水温度検出手段として、サーミスタが採用されている。
【００２２】
なお、詳細な説明は省略するが、上記給湯温水暖房機１の各回路の所定部位には、上記温度検出手段１９，２０の他に温度センサー２１、水量センサー２２等が設けられており、制御手段によって水量、加熱量等を調節して、所望温度で所望量の給湯ができるように構成されている。
本実施の形態においては、凍結危険温度検出手段として低温感知サーミスタ２３が採用されている。上記低温感知サーミスタ２３は、給湯温水暖房機１の燃焼空気吸気口近傍に設けられており、上記吸気口に流入する外気の温度を検知して凍結危険温度以下になったか否かを検出するように構成されている。
【００２３】
一方、風呂用バイパス回路１２において、上記風呂追焚き用熱交換器７の上流側には、回路開閉手段として熱動弁２４が設けられており、風呂を追焚く場合に開弁されるように構成されている。
本実施の形態に係る給湯温水暖房機１の制御は、図２に示すように、マイクロコンピュータを組み込んだ中央制御装置２５によって行われる。また、上記中央制御装置２５は、給湯温水暖房機１の本体内において、給湯温水生成手段２、暖房温水生成手段３、水温検出手段１９，２０等と接続されて給湯温度、給湯量を制御する他、各端末暖房機１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃに設けた各端末側制御装置２９ａ〜２９ｆと接続されている。そして、上記各端末側制御装置２９ａ〜２９ｆと中央制御装置２５との間で情報を交換し合って、各端末暖房機の熱動弁２７ａ〜２７ｆ等の開閉制御を行うことができるように構成されている。
【００２４】
たとえば、端末暖房機１３ａの操作器３０ａにより暖房開始を指示すると、端末側制御装置２９ａを介して、端末暖房機の熱動弁２７ａが開弁されるとともに中央制御装置２５に暖房開始情報が入力される。そして、この端末暖房機１３ａからの情報に基づいて暖房温水生成手段３等が作動させられる。また、後述する凍結防止運転モードに入ると、中央制御装置２５から端末側制御装置２９ａを介して熱動弁２７ａを開弁する。
【００２５】
また、上記室温センサ２８ａによって得られる室温情報を、上記端末側制御装置２９ａを介して中央制御装置２５に送るとともに、上記熱動弁２７ａを制御し、また、凍結防止運転の開始等を中央制御装置２５に指示するように構成されている。
図３に、本実施の形態に係る制御装置によって行われる凍結防止運転のフローチャートを示す。
【００２６】
図３に示すように、暖房運転停止中に（Ｓ１００）、低温感知サーミスタ２３によって検出される給湯温水暖房機内の気温が、３℃以下になると（Ｓ１０１）、凍結防止運転モードに入る。
まず、本実施の形態においては、循環ポンプ１８を作動させるとともに（Ｓ１０２）、低温側端末暖房機１５ａの熱動弁２７ｄを開弁して（Ｓ１０３）、第１循環系統回路１６ａ内の水を循環させる。
【００２７】
この第１循環系統回路内の循環水の水温を上記高温側暖房水温度検出手段１９によって測定して２０℃に達しない場合には（Ｓ１０４）、第１循環系統回路に１６ａついて凍結防止運転が必要であると判断し、中央制御装置２５の記憶装置に登録した後（Ｓ１０５）、上記熱動弁２７ｄを閉弁する。
一方、上記水温が２０℃以上である場合、上記第１循環系統回路１６ａについての凍結防止運転は必要ないものと判断して、そのまま第１循環系統回路の熱動弁を閉弁する（Ｓ１０６）。
【００２８】
次に、低温側端末暖房機１５ｂの熱動弁２７ｅを開弁して（Ｓ１０７）、第２循環系統回路１６ｂ内の水を循環させる。そして、上記と同様に、循環水の温度を測定して、２０℃に達しない場合には（Ｓ１０８）、凍結防止運転が必要であると判断して、中央制御装置２５に登録した後（Ｓ１０９）、上記熱動弁２７ｅを閉弁する一方（Ｓ１１０）、  ２０℃以上である場合には、凍結防止運転が必要ないものと判断して、そのまま第２循環系統回路の熱動弁２７ｅを閉弁する（Ｓ１１０）。
【００２９】
端末暖房機の熱動弁の開弁及び水温の検出を残りの各循環系統回路１６ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃについても同様に行い、凍結防止運転が必要であると判断した回路について、中央制御装置２５に登録する。なお、図３においては、第４循環系統回路１４ａ及び第５循環系統回路１４ｂにおける上記の各工程を省略して表している。
【００３０】
第６循環系統回路１４ｃについて上記各行程を終了した後、中央制御装置２５に登録された循環系統回路の熱動弁を全て開弁し（Ｓ１１９）、暖房温水生成手段３を作動させて（Ｓ１２０）、これら循環系統回路に温水を循環供給して凍結防止運転を行う。
上記凍結防止運転による循環水の水温が６０℃以上に昇温し、あるいは暖房温水生成手段の作動時間が３分を経過すると（Ｓ１２１）、暖房温水生成手段を停止させるとともに（Ｓ１２２）、循環ポンプを停止させ（Ｓ１２３）、凍結防止運転を終了する。
【００３１】
本実施の形態における凍結防止運転は、上記暖房温水生成手段３を低温でかつ間欠的に作動させることにより行われるように構成されており、上記凍結防止運転を終了することにより、凍結防止運転の休止時間に入る。この休止時間は、暖房配管内の温度変化、暖房配管の長さ、端末暖房機の数等によって、上記中央制御装置２５の中にあらかじめ設定されている。
【００３２】
上記休止時間の開始とともに、インターバルタイマーをスタートさせて休止時間を設定するように構成している（Ｓ１２４）。一方、上記休止時間が終了することにより（Ｓ１２５）、再度凍結防止運転が必要な条件を満たしているかどうかを判断して（Ｓ１００，Ｓ１０１）、必要と判断した場合には、再び凍結防止運転を開始するように構成している。
【００３３】
上記構成の温水暖房機においては、各循環系統回路の水を順次循環させるとともに、各循環系統回路を流れる水の水温を検出することにより、各循環系統回路の凍結危険性を個別に判断して、凍結防止運転の必要な回路を抽出して登録することができる。
そして、登録された循環系統回路に対して温水を循環供給させることにより、凍結危険性のある循環系統回路についてのみ選択的に温水を循環供給して凍結防止運転を行うことができる。
【００３４】
したがって、凍結防止の必要のない回路に温水が供給されることがなくなり、凍結防止運転のエネルギ効率を大幅に向上させることができる。
また、凍結防止運転が必要のない循環系統回路に温水が循環供給されない分、循環ポンプの揚程が上がり、配管抵抗の大きな循環系統回路にも十分な量の温水を循環供給することができる。したがって、信頼性の高い凍結防止運転を行うことができる。
【００３５】
尚、上記実施の形態においては、回路の開閉のために熱動弁を用いているが、これは、給湯温水暖房機等における耐熱性や動作信頼性の観点による。ただし、熱動弁は応答性が高くない（例えば、開弁指示があってから約１分位で”開”となり、閉弁指示があってから約１．５〜２分位で”閉”となる）ので、上述のフローチャートで示されているようなタイミングで動作するように開弁指示及び閉弁指示を出す制御をすれば良い。従って、耐熱性等を配慮すれば、熱動弁に代えて応答性の高い電磁弁を用いてもよい。
【００３６】
本願発明の範囲は、上述した実施の形態に限定されることはない。実施の形態は、本願発明を、給湯温水生成手段２と暖房温水生成手段３の双方を備える給湯温水暖房機１に本願発明を適用したが、暖房温水生成手段のみを備える温水暖房機に適用することもできる。
実施の形態においては、各循環系統回路に各１台の端末暖房機を含むように構成したが、２台以上の端末暖房機を含んで一つの循環系統回路を構成することもできる。また、循環系統回路の数も実施の形態に限定されることはない。
【００３７】
なお、風呂用バイパス回路１２の熱動弁２４を開いたままで、各循環系統回路の水を循環させて凍結防止運転の必要性を個別に判断することもできるし、また、熱動弁２４を閉弁した状態で判断してもよい。熱動弁２４を閉弁した状態で行う場合、風呂用バイパス回路１２も、一つの循環系統回路として取り扱い、各循環系統回路の熱動弁２７ａ〜２７ｆを閉弁した状態で熱動弁２４を開弁して、風呂用バイパス回路１２の凍結危険性の判断及び凍結防止運転を行うことができる。この場合、風呂浴槽に水を張っていないことが好ましい。浴槽に水が張ってあると、凍結防止モードに入ることにより、風呂用循環ポンプも作動するため、風呂が沸いてしまうからである。
【００３８】
また、実施の形態においては、各端末暖房機に熱動弁が配置されるように構成したが、給湯温水暖房機本体内の各循環系統回路に各熱動弁を設けて制御することもできる。
また、図４に示すように、給湯温水暖房機１の外側に熱動弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃを集中的に配置した回路開閉手段付きヘッダ３２を設け、これら各熱動弁に各循環系統回路をそれぞれ接続するとともに、これら熱動弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃを制御手段によって制御するように構成することもできる。
【００３９】
また、循環系統回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃ側に、上記のヘッダを設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る給湯温水暖房機の概要を示す図である。
【図２】本願発明に係る給湯温水暖房機における制御系統を示すブロック図である。
【図３】本願発明に係る凍結防止運転の一例を示すフローチャートである。
【図４】他の実施の形態に係る回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１    給湯温水暖房機
３    暖房温水生成手段
１３ａ  高温側端末暖房機
１３ｂ  高温側端末暖房機
１３ｃ  高温側端末暖房機
１４    高温側端末暖房回路
１４ａ  第４循環系統回路
１４ｂ  第５循環系統回路
１４ｃ  第６循環系統回路
１５ａ  低温側端末暖房機
１５ｂ  低温側端末暖房機
１５ｃ  低温側端末暖房機
１６    低温側端末暖房回路
１６ａ  第１循環系統回路
１６ｂ  第２循環系統回路
１６ｃ  第３循環系統回路
１８    循環ポンプ
１９    水温度検出手段
２３    低温感知サーミスタ（凍結危険温度検出手段）
２４    熱動弁（回路開閉手段）
２５    中央制御装置（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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