(57)【要約】【課題】バーナ４で加熱される熱交換器５を有する熱源機１と、暖房放熱器２とを備え、熱交換器で加熱された温水を循環路を介して暖房放熱器と熱交換器との間に循環させるようにした温水暖房システムにおいて、熱交換器の耐圧性、耐久性に悪影響を与えることなく暖房放熱器に対する温水の循環流量を大きくすることができるようにし、且つ、熱交換器での放熱によるエネルギーロスも防止できるようにする。【解決手段】循環路を、熱交換器５とシスターン７との間の第１循環路８と、シスターン７と暖房放熱器２との間の第２循環路９とに分割し、第１と第２の各循環路に各別のポンプ１０，１１で温水を循環させる。暖房放熱器２に供給する温水の温度が消火温度に上昇したとき、バーナ４の燃焼を停止し、その後、熱交換器５での後沸きを防止するのに必要な遅れを持って第１循環路用ポンプ１０を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナで加熱される熱交換器を有する熱源機と、暖房放熱器とを備え、熱交換器で加熱された温水を循環路を介して暖房放熱器と熱交換器との間に循環させるようにした温水暖房システムであって、循環路にシスターンを介設するものにおいて、
循環路は、熱交換器とシスターンとの間の第１循環路と、シスターンと暖房放熱器との間の第２循環路とに分割され、
第１循環路に温水を循環させる第１循環ポンプと、第２循環路に温水を循環させる第２循環ポンプとを備えると共に、
シスターンから暖房放熱器に温水を送る第２循環路の往き通路に流れる温水の温度を検出する第２循環路用温度センサの検出温度が所定の設定温度より高く設定される消火温度に上昇したときに、第２循環ポンプの運転を継続させたまま、バーナの燃焼を停止すると共に、第１循環ポンプの運転を停止し、第２循環路用温度センサの検出温度が前記設定温度より低く設定される点火温度に低下したとき、第１循環ポンプの運転とバーナの燃焼とを再開させる制御手段を備えることを特徴とする温水暖房システム。
【請求項２】
前記第２循環路用温度センサの検出温度が前記消火温度に上昇したときに、前記バーナの燃焼停止から所定時間遅らせて前記第１循環ポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１記載の温水暖房システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記熱交換器から前記シスターンに温水を送る前記第１循環路の往き通路に流れる温水の温度を検出する第１循環路用温度センサの検出温度が熱交換器での沸騰防止のために設定される所定の燃焼禁止温度に上昇したとき、前記第１循環ポンプ及び前記第２循環ポンプの運転を継続させたまま、前記バーナの燃焼を停止し、第１循環路用温度センサの検出温度が燃焼禁止温度より低く設定される燃焼許可温度に低下したときに、バーナの燃焼を再開させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の温水暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナで加熱される熱交換器を有する熱源機と、暖房放熱器とを備え、熱交換器で加熱された温水を循環路を介して暖房放熱器と熱交換器との間に循環させるようにした温水暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の温水暖房システムにおいては、循環路を、熱交換器で加熱された温水を暖房放熱器に送る往き通路と、暖房放熱器を通過した温水を熱交換器に戻す戻り通路とで構成し、戻り通路にシスターンと循環ポンプとを介設している。そして、循環ポンプとして流量可変式ポンプを用い、循環路における温水の循環流量を暖房負荷に応じて制御することにより、循環ポンプの消費電力を節約すると共に、過負荷運転に伴う熱交換器での結露の発生を防止できるようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、最近は、家庭に設置する暖房放熱器の台数が多くなっており、循環路における温水の循環流量も大きくすることが必要になっている。ここで、通過抵抗の大きい熱交換器を経由して大流量の温水を循環路に循環させるには、循環ポンプとして高揚程のポンプを用いることが必要になる。然し、高揚程の循環ポンプで循環路における所定の循環流量を確保しようとすると、通過抵抗の大きい熱交換器にかなりの圧力がかかり、熱交換器の耐圧性の点で問題を生ずる。また、熱交換器では流路面積が絞られ、所要の循環流量を確保しようとすると、熱交換器内の流速が非常に速くなり、エロージョン現象を生じて、熱交換器の耐久性が悪化する。従って、熱交換器の耐圧性、耐久性を確保する上で、循環路における温水の循環流量を十分に大きくすることは困難である。
【０００４】
また、従来の温水暖房システムでは、循環路の往き通路に流れる温水の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの検出温度が所定の設定温度に維持されるようにガス比例弁でバーナの燃焼量を制御する温調制御を行っている。然し、暖房放熱器の運転台数の減少等で暖房負荷が小さくなると、バーナの燃焼量を最低にしても、温度センサの検出温度が設定温度より高くなってしまうことがある。この場合は、温度センサの検出温度が設定温度より１０℃程度高く設定される消火温度に上昇したときに、循環ポンプの運転を継続させたままバーナの燃焼を停止し、温度センサの検出温度が設定温度より１０℃程度低く設定される点火温度に低下したときに、バーナの燃焼を再開させるようにしている。
【０００５】
然し、このような制御を行うと、バーナの燃焼停止中の温水の循環により、熱交換器で温水の熱が放熱されてしまい、放熱によるエネルギーロスを生じて、省エネルギーの要請に反することになる。
【特許文献１】特開平１１−３５１５８９号公報（００１４〜００１７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、熱交換器の耐圧性、耐久性に悪影響を与えることなく暖房放熱器に対する温水の循環流量を大きくすることができるようにし、且つ、熱交換器での放熱によるエネルギーロスも防止できるようにした温水暖房システムを提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、バーナで加熱される熱交換器を有する熱源機と、暖房放熱器とを備え、熱交換器で加熱された温水を循環路を介して暖房放熱器と熱交換器との間に循環させるようにした温水暖房システムであって、循環路にシスターンを介設するものにおいて、循環路は、熱交換器とシスターンとの間の第１循環路と、シスターンと暖房放熱器との間の第２循環路とに分割され、第１循環路に温水を循環させる第１循環ポンプと、第２循環路に温水を循環させる第２循環ポンプとを備えると共に、シスターンから暖房放熱器に温水を送る第２循環路の往き通路に流れる温水の温度を検出する第２循環路用温度センサの検出温度が所定の設定温度より高く設定される消火温度に上昇したときに、第２循環ポンプの運転を継続させたまま、バーナの燃焼を停止すると共に、燃焼停止から所定時間遅らせて第１循環ポンプの運転を停止し、第２循環路用温度センサの検出温度が前記設定温度より低く設定される点火温度に低下したとき、第１循環ポンプの運転とバーナの燃焼とを再開させる制御手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、第１循環路において熱交換器により温水に加えられた熱量が第２循環路を介して暖房放熱器に伝達され、暖房が行われる。ここで、熱交換器に対する温水の循環流量は第１循環ポンプの流量で決まり、暖房放熱器に対する温水の循環流量は第２循環ポンプの流量で決まる。即ち、熱交換器に対する循環流量と暖房放熱器に対する循環流量とを個別に決定できるようになる。従って、暖房放熱器に対する循環流量を大きくしても、熱交換器に対する循環流量を比較的小さくして、熱交換器の耐圧性、耐久性に悪影響を与えないようにすることができる。換言すれば、熱交換器の耐圧性、耐久性による制限を受けることなく暖房放熱器に対する循環流量を大きくすることが可能になり、多くの暖房放熱器を設置する場合に有利である。
【０００９】
また、第２循環路用温度センサの検出温度が消火温度に上昇すると、バーナの燃焼が停止されるだけでなく、第１循環ポンプの運転も停止される。従って、第１循環路に温水は循環されず、熱交換器で温水の熱が放熱されることによるエネルギーロスが防止される。
【００１０】
尚、第２循環路用温度センサの検出温度が消火温度に上昇したときに、バーナの燃焼停止と同時に第１循環ポンプの運転を停止すると、熱交換器での後沸き(熱交換器の余熱で熱交換器に滞留する温水が沸騰する現象)を生ずる。そのため、バーナの燃焼停止から所定時間遅らせて第１循環ポンプの運転を停止することが望ましい。これによれば、熱交換器での後沸きを防止できると共に、バーナの燃焼停止から第１循環ポンプの運転が停止されるまでの間に熱交換器の余熱を温水に吸収でき、エネルギー効率が向上する。
【００１１】
ところで、第１循環路の温水の温度が過度に上昇したときには、バーナの燃焼を停止すると共に第１循環路に温水を循環させて、熱交換器での沸騰を生ずることを防止する必要がある。そのため、制御手段は、熱交換器からシスターンに温水を送る第１循環路の往き通路に流れる温水の温度を検出する第１循環路用温度センサの検出温度が熱交換器での沸騰防止のために設定される所定の燃焼禁止温度に上昇したとき、第１循環ポンプ及び第２循環ポンプの運転を継続させたまま、バーナの燃焼を停止し、第１循環路用温度センサの検出温度が燃焼禁止温度より低く設定される燃焼許可温度に低下したときに、バーナの燃焼を再開させるように構成されていることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照して、１は熱源機であり、熱源機１で加熱された温水を床暖房パネルといった暖房放熱器２に循環させて暖房を行う温水暖房システムを構成している。熱源機１には燃焼筐３が設けられており、燃焼筐３内に、バーナ４と、バーナ４で加熱される熱交換器５とを収納している。燃焼筐３内には、燃焼ファン６により燃焼用空気が供給される。
【００１３】
バーナ４に燃料ガスを供給するガス通路４０には、ガス元弁４１とガス比例弁４２とが介設されている。また、バーナ４は複数の単位バーナ４ａで構成されている。そして、これら単位バーナ４ａを複数組に組み分けし、ガス通路４０をガス比例弁４２の下流側で単位バーナ４ａの各組毎に分岐し、各分岐路に単位バーナ４ａの各組に燃料ガスを供給する能力切換弁４３を介設している。かくして、これら能力切換弁４３の制御とガス比例弁４２の制御との組み合わせによりバーナ４の燃焼量を広範囲に可変できるようになる。
【００１４】
熱交換器５は、バーナ４の直上部に配置した主熱交換器５１と、主熱交換器５１を通過した燃焼排気が流れる排気通路に配置した副熱交換器５２とで構成され、主熱交換器５１の上流側に副熱交換器５２が直列に接続されている。副熱交換器５２では、燃焼排気中の水蒸気が凝縮して、潜熱が回収される。そして、凝縮水は、副熱交換器５２の直下に配置したドレン受け５２ａと中和器５２ｂとを介してドレンパイプ５２ｃから排水される。
【００１５】
また、熱源機１には、シスターン７が設けられている。そして、熱交換器５とシスターン７との間で第１循環路８を介して温水を循環させ、シスターン７と暖房放熱器２との間で第２循環路９を介して温水を循環させるようにしている。尚、第２循環路９には、複数の暖房放熱器２が夫々熱動弁等の弁２ａを介して並列に接続されており、各暖房放熱器２の運転スイッチがオンされたときに、該各暖房放熱器２にその弁２ａの開弁で温水が循環可能な状態になる。
【００１６】
ところで、暖房放熱器２の設置台数が多い場合、これら暖房放熱器２に対する湯水のトータル循環流量もかなり大きくする必要がある。ここで、熱交換器５と暖房放熱器２との間の循環路が本実施形態の如く第１循環路８と第２循環路９とに分割されておらず、暖房放熱器２に対する湯水の循環流量に等しい流量で熱交換器５に湯水が流れる場合、循環流量を大流量にすると熱交換器５の耐圧性、耐久性に悪影響が及ぶ。そのため、熱交換器５の耐圧性、耐久性を確保する上で暖房放熱器２に対する湯水のトータル循環流量は然程大きくできない。これに対し、本実施形態では、熱交換器５に対する湯水の循環流量（第１循環路８での湯水循環流量）と暖房放熱器２に対する湯水の循環流量（第２循環路９での湯水循環流量）とを個別に決定できるようになる。そのため、暖房放熱器２に対する湯水のトータル循環流量を大きくしても、熱交換器５に対する湯水の循環流量を比較的小さくして、熱交換器５の耐圧性、耐久性に悪影響を与えないようにすることができる。即ち、熱交換器５の耐圧性、耐久性による制限を受けることなく暖房放熱器２に対する湯水のトータル循環流量を大きくすることが可能になる。
【００１７】
以下、シスターン７と第１及び第２の循環路８，９について詳述する。シスターン７には、補水弁７１を介設した給水管７０を介して水が補給される。そして、シスターン７に低水位と高水位を検出する２つの水位電極７２、７３を付設し、シスターン７内の水位が低水位電極７２以下になったとき補水弁７１を開弁し、水位が高水位電極７３に到達するまで水を補給するようにしている。また、シスターン７には、水位が所定の上限レベルを超えることがないようにオーバーフロー管７４が接続されている。
【００１８】
第１循環路８は、熱交換器５（主熱交換器５１）を通過した温水をシスターン７に送る往き通路８ａと、シスターン７から熱交換器５（副熱交換器５２）に温水を戻す戻り通路８ｂとで構成され、戻り通路８ｂに第１循環ポンプ１０が介設されている。第２循環路９は、シスターン７から暖房放熱器２に温水を送る往き通路９ａと、暖房放熱器２からシスターン７に温水を戻す戻り通路９ｂとで構成され、往き通路９ａに第２循環ポンプ１１が介設されている。また、第２循環路９の往き通路９ａには、第２循環ポンプ１１の上流側と下流側を結ぶバイパス通路９ｃが設けられている。これによれば、第２循環ポンプ１１の運転中に何らかの異常で往き通路９ａから戻り通路９ｂへの温水の流れが遮断された場合にも、第２循環ポンプ１１にバイパス通路９ｃを介しての温水の循環で所要量の温水が流れ、第２循環ポンプ１１が保護される。尚、第１と第２の各循環ポンプ１０，１１は、ＤＣモータで駆動される流量可変式ポンプで構成されている。
【００１９】
シスターン７には、第２循環路９の戻り通路９ｂからシスターン７に戻された低温の温水が第２循環路９の往き通路９ａに短絡的に流れることを防止するため、第２循環路９の往き通路９ａの接続部と戻り通路９ｂの接続部との間に位置する邪魔板７５が設けられている。また、本実施形態では、第１循環路８の往き通路８ａの下流端と、第２循環路９の往き通路９ａの上流端とを合流させてシスターン７に接続している。そのため、第１循環路８での湯水循環流量より第２循環路９での湯水循環流量の方が大きい場合には、熱交換器５で加熱された温水の全てが、シスターン７を経由せずに、第１循環路８の往き通路８ａから第２循環路９の往き通路９ａを介して暖房放熱器２に供給され、熱交換器５により温水に加えられた熱量が効率良く暖房放熱器２に伝達される。第１循環路８での湯水循環流量より第２循環路９での湯水循環流量の方が小さい場合には、熱交換器５で加熱された温水のうち第２循環路９での湯水循環流量を上回る部分がシスターン７に流れ、熱交換器５により温水に加えられた熱量の一部がシスターン７に伝達される。その結果、熱交換器５に戻される温水の温度が上昇して、バーナ４の燃焼量が減少し、エネルギー効率は良好に維持される。尚、第１循環路８の往き通路８ａの下流端と第２循環路９の往き通路９ａの上流端とをシスターン７に個別に接続し、熱交換器５で加熱された温水をシスターン７を経由して第２循環路９の往き通路９ａに流すことも可能である。
【００２０】
また、第１循環路８の往き通路８ａには、熱交換器５から送り出される温水の温度を検出する第１循環路用温度センサ１２が設けられ、第２循環路９の往き通路９ａには、暖房放熱器５に供給される温水の温度を検出する第２循環路用温度センサ１３が設けられている。
【００２１】
熱源機１には制御手段たるコントローラ１４が設けられており、何れかの暖房放熱器２の運転スイッチがオンされたとき、コントローラ１４により図２に示す暖房運転制御が行われる。尚、図２において、ＹＴ１Ｈは、熱交換器５での沸騰を防止するために設定された燃焼禁止温度(例えば、９０℃)であり、ＹＴ１Ｌは、燃焼禁止温度より低く設定された燃焼許可温度(例えば、６８℃)であり、ＹＴ２Ｈは、暖房放熱器２に供給すべき温水の設定温度より１０℃程度高く設定された消火温度であり、ＹＴ２Ｌは、暖房放熱器２に供給すべき温水の設定温度より１０℃程度低く設定された点火温度である。
【００２２】
暖房運転制御では、先ず、Ｓ１のステップで第２循環ポンプ１１の運転を開始すると共に、Ｓ２のステップで第１循環ポンプ１０の運転を開始する。次に、Ｓ３のステップで第１循環路用温度センサ１２の検出温度Ｔ１が燃焼禁止温度ＹＴ１Ｈ以上であるか否かを判別する。最初はＴ１＜ＹＴ１Ｈであるため、後述するＳ４、Ｓ５のステップを飛び越してＳ６のステップに進み、バーナ４の燃焼を開始する。燃焼開始に際しては、先ず、燃焼ファン６を駆動し、燃焼ファン６の回転を検知した後、ガス元弁４１を開弁すると共に、図示省略した点火プラグでの火花放電を行い、バーナ４に点火する。
【００２３】
バーナ４の燃焼を開始すると、次に、Ｓ７のステップで温調制御を行う。温調制御では、第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が上記設定温度に維持されるように、第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２に基づいてガス比例弁４２と能力切換弁４３とによりバーナ４の燃焼量を制御する。また、暖房運転初期は、第１循環路用温度センサ１２の検出温度Ｔ１が所定温度（例えば６０℃）以上になるように、第１循環ポンプ１０の回転数を低くして第１循環路８での温水循環流量を小さくし、主熱交換器５ａでの結露を防止する。また、第２循環路９での温水循環流量が暖房放熱器２の運転台数に応じて変化するように第２循環ポンプ１１の回転数を制御する。
【００２４】
ところで、暖房放熱器２の運転台数の減少等で暖房負荷が小さくなると、バーナ４の燃焼量を最小(失火防止のために必要な最小燃焼量)にしても、第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が設定温度より高くなることがある。そのため、Ｓ８のステップで第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が消火温度ＹＴ２Ｈ以上になったか否かを判別し、Ｔ２≧ＹＴ２Ｈになったときは、Ｓ９のステップでガス元弁４１を閉弁してバーナ４の燃焼を停止する。そして、Ｓ１０のステップで燃焼停止から所定時間経過したと判別されたときに、Ｓ１１のステップで第１循環ポンプ１０の運転を停止する。次に、Ｓ１２のステップで第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が点火温度ＹＴ２Ｌ以下になったか否かを判別し、Ｔ２≦ＹＴ２Ｌになったときに、Ｓ２のステップに戻って第１循環ポンプ１０の運転を再開する。この場合、第１循環路用温度センサ１２の検出温度Ｔ１は燃焼禁止温度ＹＴ１Ｈ未満になっており、そのため、Ｓ３のステップからＳ６のステップに進んでバーナ４の燃焼が再開される。
【００２５】
このように、第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が消火温度ＹＴ２Ｈに上昇すると、先ずバーナ４の燃焼が停止され、その後所定時間経過したところで第１循環ポンプ１０の運転が停止され、以後、第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が点火温度ＹＴ２Ｌに低下するまで第１循環ポンプ１０は運転停止状態に維持される。ここで、第２循環ポンプ１１は運転を継続しており、第２循環路９での温水の循環により暖房放熱器２において温水の熱が放熱されるが、第１循環ポンプ１０の運転停止で第１循環路８には温水が循環されなくなるため、熱交換器５で温水の熱が放熱されることはなく、エネルギーロスが防止される。尚、上記所定時間は、熱交換器５での後沸き(熱交換器５の余熱で熱交換器５に滞留する温水が沸騰する現象)を防止するのに必要十分な時間(例えば、５秒)に設定されている。従って、バーナ４の燃焼停止に対し第１循環ポンプ１０の運転停止を遅らせても、熱交換器５での温水の熱の放熱は生じず、むしろ熱交換器５の余熱を温水に吸収でき、エネルギー効率が向上する。
【００２６】
上記Ｓ８のステップで第２循環路用温度センサ１３の検出温度Ｔ２が消火温度ＹＴ２Ｈ未満と判別されたときには、Ｓ３のステップに戻る。そして、通常は、Ｓ３のステップからＳ６のステップとＳ７のステップとＳ８のステップとを経由してＳ３のステップに戻る処理が繰り返される。然し、何らかの原因で第１循環路用温度センサ１２の検出温度Ｔ１が燃焼禁止温度ＹＴ１Ｈ以上になったときは、Ｓ３のステップからＳ４のステップに進んでバーナ４の燃焼が停止される。この場合、第１循環ポンプ１０の運転は停止されない。そのため、熱交換器５での温水の放熱が行われて、沸騰の危険性が速やかに回避される。また、第２循環ポンプ１１も継続して運転され、暖房放熱器２による暖房は中断しない。その後、Ｓ５のステップで第１循環路用温度センサ１２の検出温度Ｔ１が燃焼許可温度ＹＴ１Ｌ以下に低下したと判別されたときに、Ｓ６のステップでバーナ４の燃焼を再開する。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して説明したが、本発明は実施形態のものに限定されない。例えば、上記実施形態では、熱交換器５を主熱交換器５１と副熱交換器５２とで構成しているが、副熱交換器５２は省略しても良い。また、上記実施形態では、第１と第２の両循環ポンプ１０，１１を共にＤＣポンプで駆動される流量可変式ポンプで構成しているが、コストダウンを図るため、第２循環ポンプ１１をＡＣモータで駆動される定流量ポンプで構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の温水暖房システムの構成を示す説明図。
【図２】実施形態の温水暖房システムで実行する暖房運転制御の内容を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２９】
１…熱源機、２…暖房放熱器、４…バーナ、５…熱交換器、７…シスターン、８…第１循環路、８ａ…第１循環路の往き通路、９…第２循環路、９ａ…第２循環路の往き通路、１０…第１循環ポンプ、１１…第２循環ポンプ、１２…第１循環路用温度センサ、１３…第２循環路用温度センサ、１４…コントローラ(制御手段)、Ｔ１…第１循環路用温度センサの検出温度、Ｔ２…第２循環路用温度センサの検出温度、ＹＴ１Ｈ…燃焼禁止温度、ＹＴ１Ｌ…燃焼許可温度、ＹＴ２Ｈ…消火温度、ＹＴ２Ｌ…点火温度。
【図１】
2006336939.tif 000003
【図２】
2006336939.tif 000004