(57)【要約】【課題】暖房負荷の増加による能力の不足の補完を簡易に低コストで実現できる暖房システムにおける補助加熱装置を得る。【解決手段】熱源機と一機又は複数機の放熱機で構成される温水による暖房システムにおける主たる熱源機の加熱能力を補助する補助加熱装置について、熱源機と放熱機の配管途中に接続できる入口側接続口２０と出口側接続口２１とを有する熱伝導性のある導管２２の外周に、熱良導体よりなる結合材２３によって電気ヒータ１７を一体に結合し、外殻２４に収込む。また、入口側接続口２０と出口側接続口２１を除く全体を断熱材２６で挟み付けて外殻２４内に収込む。さらに、複数の補助加熱装置を熱良導体からなるヒータ取付板２８で連結し、このヒータ取付板２８に温度過昇抑制手段を二個以上設ける。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機と一機又は複数機の放熱機で構成される温水による暖房システムにおける主たる前記熱源機の加熱能力を補助する補助加熱装置であって、前記熱源機と前記放熱機の配管途中に接続できる入口側接続口と出口側接続口とを有する熱伝導性のある導管の外周に、熱良導体よりなる結合材によって電気加熱手段を一体に結合した暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、入口側接続口と出口側接続口を除く全体を断熱材で挟み付けて外殻内に拘束した暖房システムの補助加熱装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、複数の補助加熱装置を熱良導体からなる固定部品で連結し、この固定部品に温度過昇抑制手段を二個以上設けた暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項４】
請求項３に記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、温度過昇抑制手段を導管への通水方向に拘らず機能するように配置した暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４までのいずれかに記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、導管と電気加熱手段の結合体と電装部品取付け部を仕切板で外殻内に階層構造に構成した暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５までのいずれかに記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、外殻内の構成部品を同外殻の一面の開放によって取外すことができるようにした暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６までのいずれかに記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、入口側接続口と出口側接続口を導管に可撓性のある接続管を介して設けた暖房システムにおける補助加熱装置。
【請求項８】
請求項７に記載の暖房システムにおける補助加熱装置であって、接続管を熱遮断性のある材料で構成した暖房システムにおける補助加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水による水熱媒で暖房を行う暖房システムにおける補助加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水熱媒を加熱する加熱手段としては、電気ヒータによるものや、石油やガスを燃焼させるものや、ヒートポンプサイクルにより採熱するものがある。この中で、ヒートポンプサイクルで暖房に使う水熱媒を生成し、室内放熱器に送水して暖房を行うヒートポンプチラー暖房システムとも称される暖房システムにおいては、ヒートポンプサイクルで採熱できる熱量が外気温度に左右されることから、外気温度が低いときには暖房能力が低下し、必要とする暖房雰囲気が得がたくなる。こうした熱源不足の問題を、室内側熱交換器の冷媒通路または室内側熱交換器に接続した水配管の内部にＰＴＣヒータを設けるか、通水経路にセラミックヒータによる補助加熱装置を設けて解消している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。また、この他の手段として、ヒートポンプ熱源機に電気ヒータを内蔵し、ヒートポンプの能力不足時に補助加熱する仕方も行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６１―２５０４６２号公報（２頁〜３頁、第２図，第６図）
【特許文献２】
特開平１１―１７０８４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のヒートポンプ式暖房機においては、ＰＴＣヒータがヒートポンプ式の冷媒サイクルとは自立して運転するため、冷媒サイクル側の能力に十分余裕がある場合でも、暖房立上り時にはＰＴＣヒータが運転してしまい、ランニングコストを高騰させている。また、ヒートポンプの効率は、生成する温水を低水温化することにより高くなることが知られているが、従来の技術では、暖房負荷が小さく、低温水で十分暖房が行える場合も、所定の水温に達するまでＰＴＣヒータにより水温を上げざるを得ず、効率が悪い。また、ヒートポンプ熱源機にヒータを内蔵した場合、ヒータの制御は容易なものの、ヒートポンプ熱源機の構造が複雑になるうえ、電気容量も大きくなるため、施工性、メンテナンス性が悪く、コストも高くなるといった問題点がある。
【０００５】
一方、熱源が電気ヒータや石油・ガスといった化石燃料を燃焼させる熱源機による暖房システムでは、当初のシステム設計に基づけば、外気温の低下等による能力不足は生じないものの、放熱器の増設や、住宅の増改築等により負荷が増加し、熱源機の能力を超えてしまった場合には、簡単に能力不足を補うことができず、能力に合った熱源機に取替えなければならない。
【０００６】
本発明は、係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、暖房負荷の増加による能力の不足の補完を簡易に実現できる暖房システムにおける補助加熱装置を得ることであり、その補助加熱装置の施工性、メンテナンス性を向上させると共に、小型化、低コスト化を図ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために本発明は、熱源機と一機又は複数機の放熱機で構成される温水による暖房システムにおける主たる前記熱源機の加熱能力を補助する補助加熱装置について、その熱源機と放熱機の配管途中に接続できる入口側接続口と出口側接続口とを有する熱伝導性のある導管の外周に、熱良導体よりなる結合材によって電気加熱手段を一体に結合し、外殻に収込む手段を採用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図１０によって示す本実施の形態は、不凍液等による水熱媒を生成して搬送する熱源機１で構成される熱源側熱媒サイクルと、これによって供給される水熱媒によって冷暖房を行う室内放熱器で構成される利用側サイクルとにより構成される暖房システムに関するものである。熱源機１は、図１に示すように水熱媒を貯留するバッファタンク２と、バッファタンク２の水熱媒を循環させる送水手段としての循環ポンプ３と、水熱媒を熱交換器４を介して加熱又は冷却するヒートポンプ方式の冷凍サイクルとによって構成されている。
【０００９】
バッファタンク２には往き側接続口と、戻り側接続口がそれぞれ設けられていて、往き側接続口は、循環ポンプ３の吸込側に配管接続され、戻り側接続口は、採熱用の熱交換器４の二次流路に直列に接続された配管の出口側が接続されている。循環ポンプ３の吐出側には利用側サイクルの往き側配管が接続され、熱交換器４の二次流路の入口側には利用側サイクルの戻り側配管が接続されている。ヒートポンプによる冷凍サイクルは、一機又は複数機の室外熱交換器５と四方切換弁と圧縮機及び流量調節弁並びに熱交換器４の一次流路で構成された熱媒循環閉路であり、冷凍サイクルの冷媒と水熱媒とは相互に独立し、混じり合うことはないが熱交換器４により熱的には接続している。この熱源機１は、独自の電源６で動作し、少なくとも室外熱交換器５については屋外に設置される。
【００１０】
利用側サイクルは、往き側配管と戻り側配管とによる主配管７に枝管８によって接続された室内放熱器による水熱媒の循環系として構成されている。室内放熱器としては、室内空気を循環させながら冷却或いは加熱することで冷暖房機能を果す冷暖房兼用の一機又は複数機のファンコイルユニット９や、輻射や自然対流による暖房機能を果す暖房専用の床暖房パネル１０やパネルヒータ１１が接続される。暖房専用の室内放熱器の接続された主配管７の往き側配管には、温水生成器としての補助熱源用加熱手段１２が接続されている。補助熱源用加熱手段１２は、熱源機１とは別の電源１３で動作し、ファンコイルユニット９のような冷暖房兼用の室内放熱器が設置されるシステムでは、ファンコイルユニット９より下流側に電磁弁１４又は熱動弁を介して、その能力に応じて一機又は複数機が配備される。
【００１１】
熱源機１には、図２に示すように循環ポンプ３や圧縮機及び補助熱源用加熱手段１２を制御するマイコンを含む制御手段１５が搭載されており、この制御手段１５に冷房モードや暖房モードの設定を行う設定スイッチや、ＬＥＤや液晶等により運転状態等を表示する表示手段を備えたコントローラ及び補助熱源用加熱手段１２が信号線により信号のやりとりを可能に接続されている。制御手段１５にはバッファタンク２の出口の水熱媒温度を検知する熱媒温度検知手段の出力、及び室外の温度を検知する外気温度検知手段の出力がそれぞれ制御情報として取込まれる。
【００１２】
また、室内放熱器にはコントローラ及び室温を検知する室温検知手段が備えられ、コントローラの操作によって水熱媒の流量をそれ自体に設けられた流量調節弁を動かして、室温が設定温度になるようにフィードバック制御を行うとともに、熱源機１の制御手段１５に運転情報や設定温度及び室内温度を制御情報として送信する。
【００１３】
熱源機１のコントローラにより、暖房モードが設定されると、制御手段１５はヒートポンプの冷凍サイクルを暖房サイクルに切換え、室内放熱器のコントローラからの運転情報の取込みを行う。室内放熱器のいずれかから運転要求の信号が入ると、利用側サイクルに送る水熱媒の温度を暖房できる温度になるように、熱源機１を制御する。水熱媒の温度が暖房できる温度にならない場合には、制御手段１５は図２に示す接点１６を閉じる制御信号を送る。この接点１６が閉じると、補助熱源用加熱手段１２の電気ヒータ１７に繋がったリレー１８のリレーコイルが励磁され、常開接点１９が閉接点となり電源１３と電気ヒータ１７とが繋がり、補助熱源用加熱手段１２が水熱媒の温度を上げるべく動作する。なお、室内放熱器側からの運転要求の信号が一つもない場合には、循環ポンプ３は停止状態におかれる。
【００１４】
補助熱源用加熱手段１２は、図３〜図５に示すように利用側サイクルを構成する主配管７の往き管に接続する入口側接続口２０と、戻り管に接続する出口側接続口２１を備えた熱伝導性のある導管２２の外周に、アルミニウム等の熱良導体よりなる結合材２３によって電気ヒータ１７を一体に結合した構成で、入口側接続口２０と出口側接続口２１を除く全体が箱型の外殻２４内に収納されている。入口側接続口２０と出口側接続口２１とは、接続管２２ａを介して導管２２本体に接続されている。接続管２２ａは、熱遮断性があり、可撓性もある例えば、ゴム材により構成されている。導管２２は、一本でも良いが、図５のように二本をＵ字管２５で繋いだ二本構成でも、三本構成以上の構成でも良く、必要とする能力に応じて直列に接続され、外殻２４の背面側と正面側及び両側面側に設けられた断熱材２６によって、特別な固定手段を用いずに外殻２４内に挟み付けられ拘束状態に置かれている。
【００１５】
導管２２の入口側接続口２０と出口側接続口２１は、外殻２４又は外殻２４の下面を構成する接続板２７から外部に引出されている。入口側接続口２０と出口側接続口２１の引出し方向は、可撓性のある接続管２２ａにより外部配管の引出し位置に応じて、接続板２７から平行方向（図７）、外殻２４と接続板２７から直角方向（図８）、外殻２４から直線状（図９）など自由に選択することができる。また、接続管２２ａには熱遮断性があるので、入口側接続口２０や出口側接続口２１の温度上昇が抑制され、放熱による熱損失や、接続板２７等が過昇温になることが防止される。
【００１６】
二本の導管２２の電気ヒータ１７は上下対称となるように配置され、電気ヒータ１７を跨ぐように表側に、伝熱性に富むヒータ取付板２８が取付けられ、このヒータ取付板２８の中心に温度過昇温抑制手段としての温度ヒューズ２９と自動復帰型のオートカット３０が取付けられている。温度過昇温抑制手段は、三つ以上設けてもよい。温度ヒューズ２９とオートカット３０は、ヒータ取付板２８の熱を感知し、過度の発熱に対しては電気ヒータ１７への通電を断つものであり、ヒータ取付板２８の中心に配設することにより、通水方向に拘わらず機能することが可能になり、入口側接続口２０、出口側接続口２１の区別の必要がなくなる。また、自動復帰型のオートカット３０は補助熱源用加熱手段１２の水温をコントロールする制御手段とすることもできる。
【００１７】
正面側の断熱材２６には、仕切板３１が重ねられ、この仕切板３１に漏電遮断器３２とリレー１８及び表示ランプ３３等の電装部品が取付けられている。断熱材２６と仕切板３１とで外殻２４を階層構造にして電装部品を仕切ることにより、導管２２系統から漏水し、飛散した場合にも電装部品に水熱媒がかかり漏電することはない。万が一、漏電した場合には、漏電遮断器３２が電気ヒータ１７への通電を遮断する。
【００１８】
仕切板３１の正面側は、仕切板３１とは間隔を持つ着脱可能の正面板３４で被覆され、正面板３４を外すことによって電気配線や内部の構成部品のメンテナンスが可能である。外殻２４の上下の二面を構成する接続板２７と上面板３５には取付フランジ３６が設けられ、この取付フランジ３６において壁面等にネジ付けされる。
【００１９】
この補助熱源用加熱手段１２では、水熱媒と電気ヒータ１７が直接接触しないため、電気ヒータ１７の腐食や水熱媒に含まれる成分の付着による発熱効率の低下を回避でき、導管２２の流水抵抗も小さいため暖房システムの流量低下は極小さなものとなる。
【００２０】
また、電気ヒータ１７及び導管２２等を断熱材２６で拘束し、固定することにより、固定に必要な特別な部材が不用となり、低コスト化を図ることができるとともに、電気ヒータ１７から外殻２４への伝熱による外殻温度上昇、放熱ロスを抑え熱媒加熱効率を向上させることができる。電気ヒータ１７を複数設ける場合、電気ヒータ１７を上下対称に配置し、熱良導体よりなるヒータ取付板２８で連結し、ヒータ取付板２８に温度ヒューズ２９とオートカット３０からなる温度過昇抑制手段を二つ以上設けることにより、電気ヒータ１７個々に温度過昇抑制手段を設ける必要はなくなり、低コスト化を図ることができるうえ、過度の発熱に対する温度過昇抑制の信頼性が高まる。
【００２１】
導管２２の入口側接続口２０と出口側接続口２１とは固定的でなく、どちらを往き管あるいは戻り管に接続してもよく、暖房システムを構成する際の配管の自由度は高い。仕切板３１の正面側は、仕切板３１とは間隔を持つ着脱可能の正面板３４で被覆され、正面板３４を外すことにより、電気配線や内部の構成部品のメンテナンスが可能になっており、メンテナンス性がよい。
【００２２】
設置に関しては、壁面等へネジ固定する仕方の他、図６に示すように熱源機１とともに架台３７に設置することもできる。いずれの場合も、入口側接続口２０と出口側接続口２１とは、図７〜図１０に示すように並行にしたり、直角方向にしたり、直線上にしたりすることができ、主配管７との配管関係に応じて自由に設定することができ、施工の自由度は高い。
【００２３】
この補助熱源用加熱手段１２は、熱源が電気ヒータや石油・ガスといった化石燃料を燃焼させる熱源機による暖房システムにおいて、放熱器の増設や、住宅の増改築等により負荷が増加し、熱源機の能力を超えてしまった場合にも、主配管７に導管２２を接続するだけで簡単に能力不足を補うことができ、当初の熱源機を能力に合ったものに取替えなければならないといった不都合を解消することができる。
【００２４】
このように、この暖房システムでは、外気温度が極めて低く、ヒートポンプによる採熱が有効でないばかりでなく、運転により圧縮機が破損するような状況では、補助熱源用加熱手段１２を有効に使って圧縮機の破損を回避したうえで、補助熱源用加熱手段１２による快適な暖房を、低いランニングコストで行うことができる。補助熱源用加熱手段１２を熱源機１の後流（出口）側に設ける構成を採ることにより、ヒートポンプの効率の悪化を招くことなく暖房能力、バックアップ機能を向上させることができる。
【００２５】
補助熱源用加熱手段１２を熱源機１とは別体とし、その電源１３についても熱源機１の電源６とは別にすることにより、熱源機１の小型化、機器個々の小容量化が可能になり、施工性も向上する。補助熱源用加熱手段１２の運転信号を接点信号とすることにより、補助熱源用加熱手段１２の駆動装置を簡易化でき装置の低コスト化を推進できる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、暖房負荷の増加による能力の不足の補完を簡易に低コストで実現できる暖房システムにおける補助加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の暖房システムを示すシステム構成図である。
【図２】実施の形態の暖房システムにおける制御系のブロック構成図である。
【図３】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段を示す斜視図である。
【図４】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の分解斜視図である。
【図５】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の主要部の斜視図である。
【図６】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図７】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図８】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図９】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  熱源機、  ４  熱交換器、  ６  電源、  ７  主配管、  ９  ファンコイルユニット、  １１  パネルヒータ、  １２  補助熱源用加熱手段、  １３  電源、  １７  電気ヒータ、  １８  リレー、  １９  常開接点、  ２０  入口側接続口、  ２１  出口側接続口、  ２２  導管、  ２２  ２３  結合材、  ２４ａ  接続管、  外殻、  ２６  断熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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