(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房用の温水を循環させるための循環路と、該循環路と接続されて、該循環路に流れる温水を貯留する大気開放式の膨張タンクと該循環路に温水を循環させる循環ポンプと温水を所定温度に加熱する熱交換器とを備えた熱源機と、該熱源機の上方に前記循環路と接続されて設置され、該循環路を介して供給される温水により放熱を行う暖房端末機とからなる温水暖房装置において、
前記循環路の前記熱源機から前記暖房端末機への往き側に、往き方向への温水の通過を許可し逆方向への温水の通過を禁止する逆止弁を設け、前記循環路の前記暖房端末機から前記熱源機への戻り側に、上流側から加わる圧力と下流側から前記膨張タンクを介して加わる大気圧との差圧が所定圧以上となったときに開弁する圧力応動弁を設けて、該所定圧を、前記暖房端末機への温水の供給が停止されたときに、前記逆止弁から前記圧力応動弁までの間の前記循環路内又は前記暖房端末機内に滞留した前記所定温度付近の温水が水蒸気に変化する圧力よりも高く設定したことを特徴とする温水暖房装置。
【請求項２】
前記暖房端末機は、前記循環路を介して供給される温水の流量を調節する流量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の温水暖房装置。
【請求項３】
前記循環路の前記逆止弁と前記圧力応動弁との間に、前記暖房端末装置を複数台並列に接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源機から循環路を介して暖房端末機に温水を供給して暖房を行う温水暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、屋外に設置された熱源機と屋内に設置された暖房端末機とを循環路（循環配管）を介して接続し、熱源機で加熱された温水を循環路を経由して暖房端末機に送出することによって、暖房端末機から放熱して屋内を暖房する温水暖房装置が知られている。
【０００３】
かかる温水暖房装置において、例えば熱源機を地面に置き、暖房端末機を３階に設置した場合のように、暖房端末機を熱源機に備えられたシスターンの大気開放面の高さよりもある程度以上（例えば５．６ｍ以上）高所に設置すると、暖房運転が終了して熱源機からの温水の送出が停止されたときに、シスターンと暖房端末機の高低差により暖房端末機付近が負圧となる。
【０００４】
その結果、大気圧下における場合よりも低い温度で暖房端末機内や暖房端末機付近の循環路内に滞留した温水が水蒸気となり、これに伴う体積の膨張により温水が熱源機のシスターンに逆流して、シスターンから温水が溢れ出してしまうという不都合があった。
【０００５】
また、このように大気圧下における場合よりも低い温度で温水が水蒸気に変化する状態（以下、低温沸騰状態という）で熱源機が運転されると、熱源機に備えられたポンプの作動に伴って生じる温水の送出圧力の変動により、暖房端末機内や暖房端末機付近の循環路内で部分的に水蒸気が温水に変化して循環する状態となって、暖房端末機付近から異音が生じ、使用者に不快感や不安感を与えてしまうという不都合がある。
【０００６】
さらに、このように温水が水蒸気に変化すると、循環する温水が不足することとなって、熱源機を運転しているにもかかわらず、暖房端末機側の暖房能力が不足する状態となるという不都合がある。
【０００７】
そこで、かかる不都合を解消するべく、熱源機から暖房端末機に向かう往き側の循環路の途中に、熱源機から暖房端末機への方向の温水の通過を許可し逆方向への温水の通過を禁止する往き逆止弁を設けると共に、暖房端末機から熱源機に向かう戻り側の循環路の途中に、通常は熱源機から暖房端末機への方向の温水の通過を許可し逆方向への方向の温水の通過を禁止し、暖房端末機から熱源機に供給される温水の圧力を検知して開弁するパイロット式の戻り逆止弁とを設けた温水暖房装置が提案されている（特開２０００−１３０７７５公報）。
【０００８】
かかる温水暖房装置によれば、熱源機から暖房端末機に温水が供給されている間は、供給される温水の圧力により戻り逆止弁が開弁されて、熱源機と暖房端末機との間で温水が循環する。そして、熱源機から暖房端末機への温水の供給が停止すると、戻り逆止弁が閉弁し、往き逆止弁との間で温水が閉じ込められた状態となるので、暖房端末機から温水が落水することを防止することができる。
【０００９】
しかし、本願発明者らは、かかる温水暖房装置においては、暖房端末機に供給される温水の流量を調節して放熱量を制御するための流量制御弁を設けたときに、該流量制御弁が閉弁されたときには、戻り逆止弁が閉弁しないため、暖房端末機付近の循環路内が大気に対して負圧となり、上述した低温沸騰が生じて暖房端末機から温水が落水するおそれがあることを知見した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、暖房端末機への温水の供給が停止されたときに、暖房端末機から温水が落水することを防止した温水暖房装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、暖房用の温水を循環させるための循環路と、該循環路と接続されて、該循環路に流れる温水を貯留する大気開放式の膨張タンクと該循環路に温水を循環させる循環ポンプと温水を所定温度に加熱する熱交換器とを備えた熱源機と、該熱源機の上方に前記循環路と接続されて設置され、該循環路を介して供給される温水により放熱を行う暖房端末機とからなる温水暖房装置の改良に関する。
【００１２】
そして、前記循環路の前記熱源機から前記暖房端末機への往き側に、往き方向への温水の通過を許可し逆方向への温水の通過を禁止する逆止弁を設け、前記循環路の前記暖房端末機から前記熱源機への戻り側に、上流側から加わる圧力と下流側から前記膨張タンクを介して加わる大気圧との差圧が所定圧以上となったときに開弁する圧力応動弁を設けて、該所定圧を、前記暖房端末機への温水の供給が停止されたときに、前記逆止弁から前記圧力応動弁までの間の前記循環路内又は前記暖房端末機内に滞留した前記所定温度付近の温水が水蒸気に変化する圧力よりも高く設定したことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記循環ポンプが作動して前記熱源機から前記循環路を介して前記暖房端末機に温水が供給されているときは、前記圧力応動弁に前記所定圧以上の差圧が加わって前記圧力応動弁が開弁し、前記熱源機と前記暖房端末機との間で前記循環路を介して温水が循環される。一方、前記循環ポンプが停止して温水の送出が停止されると、前記圧力応動弁に加わる差圧が前記所定圧よりも低くなって前記圧力応動弁が閉弁する。その結果、前記逆止弁から前記暖房端末機を経由した前記圧力応動弁までの間で温水が閉じ込められる状態となる。
【００１４】
そして、前記所定圧は、前記逆止弁から前記圧力応動弁までの間に滞留した前記所定温度付近の温水が水蒸気に変化する圧力よりも高く設定されている。そのため、前記熱源機から前記暖房端末機への温水の供給が停止されたときに、前記逆止弁から前記圧力応動弁までの間に滞留した温水には該温水が水蒸気に変化する圧力よりも大きい圧力が加わる状態となり、該温水が水蒸気に変化することを防止することができる。
【００１５】
また、前記暖房端末機は、前記循環路を介して供給される温水の流量を調節する流量制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、前記流量制御手段により前記暖房端末機への温水の供給が停止されると、前記圧力応動弁に加わる圧力が前記所定圧よりも小さくなって前記圧力応動弁が閉弁する。これにより、前記流量制御弁と前記圧力応動弁との間で温水が閉じ込められ、前記暖房端末機から温水が落水することを抑止することができる。
【００１７】
また、前記循環路の前記逆止弁と前記圧力応動弁との間に、前記暖房端末機を複数台設けたことを特徴とする。
【００１８】
かかる本発明によれば、前記圧力応動弁が開弁するのは、該圧力応動弁に加わる差圧が前記所定圧以上となったときである。そのため、例えば、複数の暖房端末機のうちの一台について前記流量調節手段により温水の供給が停止され、他の暖房端末機には温水が供給されて開弁した前記圧力応動弁を介して温水が循環している状態となったときに、該温水の供給が停止された暖房端末機からの落水を、前記圧力応動弁に加わっている前記所定圧以上の圧力により抑止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の温水暖房装置の全体構成図、図２は暖房端末機を複数台並列に接続した場合の温水暖房装置の全体構成図、図３は圧力応動弁の構造図である。
【００２０】
図１を参照して、本発明の温水暖房装置は、温水を供給する熱源機１、熱源機１と往き循環路２及び戻り循環路３を有する循環路４を介して接続された暖房端末機５、及び往き循環路２と戻り循環路３の途中に接続された３階対応ユニット６を備える。
【００２１】
熱源機１は、循環路４内を循環する温水が貯留されるシスターン１０（本発明の膨張タンクに相当する）、温水を送出する循環ポンプ１１、及びバーナ１２により加熱されて循環路４内を流れる温水を昇温させる熱源熱交換器１３を備える。なお、バーナ１２と熱源熱交換器１３とにより本発明の加熱手段が構成される。
【００２２】
暖房端末機５は、熱源機１からある程度（例えば５．６ｍ以上）高い箇所の屋内に設置され、往き循環路２を介して熱源機１から送出される温水の流量を調節する流量制御弁２０、温水が含有する熱により周囲の空気を加熱する暖房熱交換器２１、暖房熱交換器２１により加熱された空気を送出する送風ファン２２、及び使用者により操作される各種のスイッチ等が設けられた操作パネル２３を備える。
【００２３】
３階対応ユニット６は、例えば、３階建て家屋の１階に熱源機１を設置して暖房端末機５を３階に設置する場合のように、暖房端末機５を高所に設置する場合に必要となるものであり、熱源ポンプ１１を補助して温水を暖房端末機５に送出する中継ポンプ３０、熱源機１から暖房端末機５への往き方向への温水の通過を許可し、逆方向への温水の通過を禁止する逆止弁３１、及び上流側（暖房端末機５側）から加わる圧力と下流側のシスターン１０の大気開放面から加わる大気圧との差圧が所定圧以上となったときに、上流から下流への方向に温水を通過させるように開弁する圧力応動弁３２を備える。
【００２４】
なお、熱源機１と暖房端末機５とは、通信ケーブル４０により相互に通信可能に接続されている。そして、暖房端末機５から熱源機１には熱源機の運転開始／停止を指示する信号等が送信され、熱源機１から暖房端末機５には熱源機の運転状態を示す信号等が送信される。
【００２５】
また、３階対応ユニット６には循環ポンプ１１への作動用電源の供給の有無を伝達する信号（図中４１）が入力され、該信号により循環ポンプ１１に作動用電源が供給されていることが認識されるときに、補助ポンプ３０が作動するように構成されている。これにより、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０とが連動して作動する。
【００２６】
次に、温水暖房装置の一連の作動について説明する。使用者が暖房端末機５の操作パネル２３に備えられた運転スイッチ（図示しない）をＯＮ操作すると、暖房端末機５から熱源機１に対して運転の開始を指示する運転開始信号が送信される。
【００２７】
該運転開始信号を受信すると、熱源機１は、バーナ１２に点火して熱源熱交換器１３の加熱を開始すると共に、循環ポンプ１１の作動を開始する。また、循環ポンプ１１への作動用電力の供給開始に応じて、３階対応ユニット６の補助ポンプ３０も作動を開始する。これにより、シスターン１０に滞留した水が熱源熱交換器１３で加熱されて温水となり、該温水が循環路４内を循環する状態となる。
【００２８】
一方、暖房端末機５においては、送風ファン２２が作動し、往き循環路２を介して供給される温水により加熱された暖房熱交換器２１の周囲の空気が、送風ファン２２により屋内に送出されて屋内が暖房される。なお、操作パネル２３に設けられた暖房温度設定スイッチ（図示しない）の操作に応じて、送風ファン２２の回転数が制御され、また、流量制御弁２０の開閉インターバルや、流量制御弁２０の開度を調節することにより、暖房端末機５への温水の供給流量が制御される。
【００２９】
そして、使用者が操作パネル２３の運転スイッチ（図示しない）をＯＦＦ操作すると、暖房端末機５は送風ファン２２の作動を停止すると共に、熱源機１に対して作動の停止を指示する作動停止信号を送信する。
【００３０】
該作動停止信号を受信すると、熱源機１はバーナ１２の燃焼を停止すると共に、循環ポンプ１１の作動を停止して運転を終了する。また、循環ポンプ１１への作動用電力の停止に応じて補助ポンプ３０の作動も停止する。
【００３１】
ここで、図１に示したように、暖房端末機５が熱源機１よりもある程度高い位置に設置されている場合、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０の作動が停止すると、それまで往き循環路２と戻り循環路３に加わっていた送出圧力が失われてシスターン１０からの大気圧のみが加わる状態となるため、暖房端末機５とシスターン１０の大気開放面との高低差により、暖房端末機５の暖房熱交換器２１内や該暖房熱交換器２１付近の循環路４内が大気に対して負圧となる。
【００３２】
この場合、暖房熱交換器２１内に滞留した前記所定温度付近の温水が、大気圧下における場合よりも低い温度で水蒸気に変化する低温沸騰状態となるおそれがある。そして、かかる低温沸騰状態で熱源機１が作動すると、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０との作動に伴って生じる温水の送出圧力の変動により、暖房端末機５の暖房熱交換器２１内や該暖房熱交換器２１付近の循環路４内で、部分的に水蒸気が温水に変化して循環する状態となって、暖房端末機５付近から異音が生じる。
【００３３】
また、このように温水が水蒸気に変化すると、循環路４内を循環する温水が不足することとなって、熱源機１が作動しているにもかかわらず、暖房端末機５の暖房能力が低下してしまう。
【００３４】
さらに、低温沸騰に伴う膨張により、循環路４内の温水が熱源機１側に押し出されてシスターン１０から溢れ出てしまうという不都合があり、この場合には、次に熱源機１を作動させる際に、シスターン１０に補水することが必要となって無駄が生じる。また、頻繁に補水が繰り返されることによって、熱源機１により水漏異常が生じているとの誤検知がなされ、熱源機１が作動を停止してしまうおそれがある。
【００３５】
そこで、低温沸騰状態となることを防止するため、３階対応ユニット６には、逆止弁３１と圧力応動弁３２とが設けられている。逆止弁３１は、往き循環路２の途中に設けられ、熱源機１から暖房端末機５に向かう往き方向への温水の通過を可能とし、逆方向への温水の通過を不能としている。これにより、熱源機１の運転が停止されたときに、往き循環路２内の温水がシスターン１０に落水することを防止している。
【００３６】
また、圧力応動弁３２は、上流側（暖房端末機５側）から加わる圧力と下流側のシスターン１０から加わる大気圧との差圧が所定圧以上となったときに開弁し、該差圧が該所定圧よりも低いときには閉弁状態を保つものである。なお、圧力応動弁の構造の詳細については後述する。
【００３７】
そして、本実施の形態では、該所定圧は、熱源機１の運転が停止して暖房端末機５への温水の供給が停止されたときに、逆止弁３１から圧力応動弁３２までの間の循環路４内又は暖房端末機５の暖房熱交換器２１内に滞留した前記所定温度（８０℃）付近の温水が水蒸気に変化する圧力よりも高く設定されている。
【００３８】
そのため、熱源機１の作動が停止して、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０の作動が停止し、往き循環路２と暖房端末機５と戻り循環路３内に滞留した温水に加わっていた送出圧力が失われて圧力応動弁３２に加わる差圧が前記所定圧よりも低くなると、直ちに圧力応動弁３２が閉弁する。その結果、逆止弁３１から暖房端末機５を経由した圧力応動弁３２までの間に、前記所定圧よりも高い圧力、すなわち水蒸気に変化する圧力よりも高い圧力が加えられた状態で温水が閉じ込められることとなり、上述した低温沸騰状態となって温水がシスターン１０に落水することが抑止される。
【００３９】
さらに、暖房端末機５の流量制御弁２０が閉弁された場合にも、同様にして圧力応動弁３２が閉弁するため、流量制御弁２０と圧力応動弁３２との間に水蒸気に変化する圧力よりも高い圧力が加えられた状態で温水が閉じ込められることとなり、上述した低温沸騰状態となって温水がシスターン１０に落水することが抑止される。
【００４０】
なお、温水が水蒸気に変わる圧力（水蒸気圧）は、温水の温度によって相違する。例えば、８０℃の温水の水蒸気圧は０．４８３（kg/cm2）であるが、温水の温度が下がるに従って水蒸気圧が低下する。そのため、前記所定圧力は、前記所定温度の高低に応じて決定する必要がある。
【００４１】
また、圧力応動弁３２は前記所定圧以上の圧力が加わったときに開弁する圧力逃がし弁としての機能も果たし、これにより、循環路４や暖房端末機５の暖房熱交換器２１に耐圧を超える圧力が加わることを防止している。
【００４２】
次に、図２は、逆止弁３１と圧力応動弁３２との間に３台の暖房端末機５ａ，５ｂ，５ｃを接続した例を示したものである。なお、図１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
図２を参照して、往き循環路２はヘッダ４０により３方向に分岐し（図中２ａ，２ｂ，２ｃ）、戻り循環路３はヘッダ４１により３方向に分岐して（図中３ａ，３ｂ，３ｃ）、それぞれ、３台の暖房端末機５ａ，５ｂ，５ｃと接続されている。この場合、例えば暖房端末機５ａが暖房運転を停止して流量制御弁２０ａが閉弁状態となり、他の２台の暖房端末機５ａ，５ｂが暖房運転を継続しているときは、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０により温水が循環路４内を循環し、圧力応動弁３２が開弁した状態となる。
【００４４】
そして、圧力応動弁３２が開弁しているときは、圧力応動弁３２の上流側から温水が水蒸気に変化する圧力よりも高い圧力が加わっているため、ヘッダ４０の分岐箇所Ｘとヘッダ４１の分岐箇所Ｙにも該圧力がかかっている状態となる。したがって、閉弁された流量制御弁２０ａと分岐箇所Ｙとの間に水蒸気に変化する圧力よりも大きい圧力が加えられた温水が閉じ込められた状態となり、暖房端末機５ａ付近で低温沸騰が生じることがないため、暖房端末機５ａと分岐箇所Ｙ間の温水が落水することが抑止される。
【００４５】
同様に、３台の暖房端末機５ａ，５ｂ，５ｃのうちの２台の暖房運転が中止されて該２台の流量制御弁が閉弁されたときにも、温水が落水することがない。また、止水弁３０と圧力応動弁３２との間に２台或いは４台以上の暖房端末機を接続した場合も、同様にして温水が落水することが抑止される。
【００４６】
次に、図３は、圧力応動弁３２の構造の一例を示した図であり、図３（ａ）は圧力応動弁３２が閉弁した状態、図３（ｂ）は圧力応動弁３２内に設けられた弁体の構造、図３（ｃ）は圧力応動弁３２が開弁した状態をそれぞれ示している。
【００４７】
図３（ａ）を参照して、圧力応動弁３２は、ケース５６と、ケース５６内に上下方向に移動自在に設けられた弁体５０と、弁体５０の凸部とケース５６の底部５７間に挿入されて弁体５５を上方向付勢するバネ５４とからなる。弁体５０の凹部にはパッキン５１が嵌め込まれ、バネ５４の付勢力により該パッキン５１がケース５６の上部に形成された弁座に当接されて圧力応動弁３２が閉弁状態となっている。
【００４８】
弁体５０の上部には、図３（ｂ）に示したように４枚のフィン５５が形成され、弁体５０は、底部５７と一体に形成されたガイド５３に沿って上下方向に移動する。
【００４９】
そして、循環ポンプ１１と中継ポンプ３０（図１参照）が作動して、圧力応動弁３２の図中上部（上流側）から温水の供給圧力が加わると、図３（ｃ）に示したように、弁体５０がバネ５４の付勢力に抗して図中下方向に移動する。これにより、弁体５０のパッキン５１が弁座５８から離れ、圧力応動弁３２は、フィン５５の間から温水が流入し、底部５７を通過して下流側に温水が流れる開弁状態となる。
【００５０】
なお、圧力応動弁３２は、Ｏリング５２により圧力応動弁３２の外周と循環路２の内周とが密着されて、圧力応動弁３２の外周に沿った通水が不能となるように循環路２内に固定されている。
【００５１】
ここで、バネ５４の付勢力は、上述した所定圧以上の差圧が圧力応動弁３２に加わったときに、圧力応動弁３２が開弁状態となるように設定される。そして、、圧力応動弁３２の上流側から加わる温水の圧力が大きいほど、弁体５０が図中下方向に移動する量が大きくなって、圧力応動弁３２の開度が大きくなる。そのため、前記所定圧は、循環ポンプ１１と補助ポンプ３０とが作動して圧力応動弁３２の上流側から温水の圧力が加わったときに、圧力応動弁３２の開度が循環路２内を循環する温水の流量が所定量（例えば２リットル／分）以上確保される開度となるように決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温水暖房装置の全体構成図。
【図２】暖房端末機を３台接続した場合の全体構成図。
【図３】圧力応動弁の構造図。
【符号の説明】
１…熱源機、２…往き循環路、３…戻り循環路、４…循環路、５…暖房端末機、６…３階対応ユニット、１０…シスターン、１１…循環ポンプ、１２…バーナ、１３…熱源熱交換器、２０…流量制御弁、２１…暖房熱交換器、２２…送風ファン、２３…操作パネル、３０…循環ポンプ、３１…逆止弁、３２…圧力応動弁、５０…弁体、５１…パッキン、５２…Ｏリング、５３…ガイド、５４…バネ、５５…フィン、５６…ケース、５７…底部、５８…弁座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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