(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内に、その深さ方向に間隔をおいて配置された、自己発熱機能を備えた複数個の温度測定用素子と、
これらの温度測定用素子がそれぞれタンク内の水の温度を検知しているか気温を検知しているかによって、タンク内の水位が最も下に位置する温度測定用素子よりも下に位置するか、いずれかの温度測定用素子間に位置するか、最も上に位置する温度測定用素子よりも上に位置するかを判定する水位判定手段と、
これらの温度測定用素子のうち少なくとも１個の温度測定用素子を用いてタンク内の水の温度を検出する測温手段とを備え、
前記測温手段により検出された温度が所定温度以上である場合には、前記温度測定用素子を自己発熱させない状態でタンク内の水位の判定を行い、
前記測温手段により検出された温度が所定温度以下である場合には、前記温度測定用素子を自己発熱させた状態でタンク内の水位の判定を行わせるようにしたことを特徴とする温水暖房器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水床暖房用パネルやファンコンベクタ等の暖房用端末器に温水を供給するための温水暖房器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温水床暖房用パネルやファンコンベクタ等に温水を循環させて室内暖房を行わせるための温水暖房器では、温水の熱膨張吸収のため、および、循環途中で蒸発した水を供給したり、温水中に噛み込まれたエアを排出させるため膨張タンクが用いられている。
【０００３】
図１に示すものは、従来の温水暖房器に用いられている膨張タンクの構造を示す概略断面図である。タンク１の底面には温水床暖房用パネルやファンコンベクタから戻ってきた温水を受け入れるための温水戻り管２が接続されており、タンク１の側面には暖房ポンプ３によってタンク１内の温水を供給させるための温水出湯管４が接続されている。タンク１の温水出湯管４よりも高い位置には、オーバーフロー管５と、上水道からの水を補給するための補水口６が設けられている。また、タンク１内にはタンク内水位の上限位置ＨＬと下限位置ＬＬを検知するための電極棒７、８が設けられており、温水戻り管２にはタンク１内に戻ってくる温水の温度を検知するためのサーミスタ９が取り付けられている。
【０００４】
しかして、循環途中で温水が蒸発したりすることにより、タンク１内の水位が下がり、電極棒８の下端（水位下限位置ＬＬ）を切ると、補水口６からタンク１内に水が供給される。補水口６から水が供給されるとタンク１内の水位が上昇し、電極棒７の下端（水位上限位置ＨＬ）に達すると補水口６からの給水が停止される。これによってタンク１内には、常に水位下限位置ＬＬ以上、水位上限位置ＨＬ以下の温水が蓄えられている。
【０００５】
また、温水床暖房用パネル等から戻ってきた温水の温度は、温水戻り管２に設けられたサーミスタ９によって検知されており、サーミスタ９により計測された温水温度に基づいて暖房熱交換器を加熱する燃焼器の燃焼強さ（燃焼号数）や温水の循環量などが制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の温水暖房器に用いられている膨張タンクでは、水位検知用には電極棒を用いており、温水温度検知用にはサーミスタを用いており、水位検知用と温水温度検知用とで別々の検知手段と処理回路とを必要としていた。このため温水暖房器のコストが高くつき、また保守点検などにも手間が掛かっていた。
【０００７】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温水暖房器に用いられているタンク内の水位と温水温度を検知するための構成を統合して簡略化することにある。
【０００８】
【発明の開示】
本発明にかかる温水暖房器は、タンク内に、その深さ方向に間隔をおいて配置された、自己発熱機能を備えた複数個の温度測定用素子と、これらの温度測定用素子がそれぞれタンク内の水の温度を検知しているか気温を検知しているかによって、タンク内の水位が最も下に位置する温度測定用素子よりも下に位置するか、いずれかの温度測定用素子間に位置するか、最も上に位置する温度測定用素子よりも上に位置するかを判定する水位判定手段（たとえば、水位判定回路）と、これらの温度測定用素子のうち少なくとも１個の温度測定用素子を用いてタンク内の水の温度を検出する測温手段（たとえば、測温回路）とを備え、前記測温手段により検出された温度が所定温度以上である場合には、前記温度測定用素子を自己発熱させない状態でタンク内の水位の判定を行い、前記測温手段により検出された温度が所定温度以下である場合には、前記温度測定用素子を自己発熱させた状態でタンク内の水位の判定を行わせるようにしたことを特徴としている。ここで、温度測定用素子としては、サーミスタを用いることができる。また、ここでいう所定温度とは気温との温度差の大小の目安となるものであって、気温よりも高い温度である。
【０００９】
本発明にかかる温水暖房器にあっては、水位判定手段が、気温と水との温度差、すなわち温度測定用素子が水に浸かっている時と浸かっていない時との温度差に基づき、深さを違えて設置された複数個の温度測定用素子によって、タンク内の水位が最も下に位置する温度測定用素子よりも下に位置するか、いずれかの温度測定用素子間に位置するか、最も上に位置する温度測定用素子よりも上に位置するかを判別することができる。また、この温度測定用素子のうち少なくとも１個が水に浸かっているようにすることにより、水温を検出することができる。
【００１０】
本発明にかかる温水暖房器にあっては、タンク内に設置した温度測定用素子によってタンク内の水位判定と水温検知を行うことができるので、水位判定と水温検知のための構成を簡略化することができる。よって、温水暖房器のコストを安価にすることができ、また保守点検も容易にすることができる。
【００１１】
さらに、本発明にかかる温水暖房器にあっては、自己発熱機能を備えた温度測定用素子を用い、水温が所定温度以下で気温との温度差が小さい場合には、温度測定用素子を自己発熱させた状態でタンク内の水位の判定を行わせるようにしているので、気温と水温との温度差が比較的小さい場合でも精度良く水位判定を行うことができる。しかも、自己発熱機能を備えた温度測定用素子を用いているにも拘わらず、水温が比較的高くて所定温度以上である場合には、温度測定用素子を自己発熱させない状態でタンク内の水位の判定を行っているので、水温が比較的高い場合に水温の検知精度が悪くなるのを回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態にかかる温水暖房システムの構成を示す概略図であって、この温水暖房システムは、給湯、温水暖房、浴槽落とし込み、風呂追焚きの各機能を備えている。
【００１６】
給湯用缶体１１の上部には給湯熱交換器１２が配設されており、給湯熱交換器１２の下方には給湯用ガス燃焼器１３が配設され、その下方には給湯用ガス燃焼器１３に燃焼用空気を供給するための給湯燃焼ファン１４が設けられている。給湯熱交換器１２の入水側には市水等に接続される入水管１５が接続され、給湯熱交換器１２の出湯側には給湯熱交換器１２で加熱された湯を出湯させるための出湯管１６が接続され、入水管１５と出湯管１６の間には給湯熱交換器１２をバイパスするようにして、バイパス流量調整弁１７を有するバイパス管１８が接続されている。また、給湯用ガス燃焼器１３には、ガス管１９を通じて燃料ガスが供給されており、ガス管１９にはガス比例弁２１が設けられている。
【００１７】
しかして、出湯管１６の管端に設けられたカラン（図示せず）等が開かれると、入水管１５、給湯熱交換器１２及び出湯管１６に水が流れ、給湯熱交換器１２に最低作動流量以上の水が流れたときに給湯用ガス燃焼器１３が燃焼する。そして、給湯用ガス燃焼器１３の燃焼熱によって給湯熱交換器１２内を流れる水が加熱され、給湯熱交換器１２で加熱された湯とバイパス管１８を通過した水とが混合されてカラン等から出湯される。
【００１８】
暖房用缶体３１の上部には暖房熱交換器３２が配設されており、暖房熱交換器３２の下方には暖房用ガス燃焼器３３が配設され、その下方には暖房用ガス燃焼器３３に燃焼用空気を供給するための暖房燃焼ファン３４が設けられている。暖房熱交換器３２の温水流入側にはファンコンベクタ（図示せず）から戻ってきた温水が流れる低温水流入管３５が接続され、暖房熱交換器３２の出湯側にはファンコンベクタ等に温水を供給させるための高温水供給管３６が接続され、高温水供給管３６の管端にはファンコンベクタにつながる配管を接続するための高温配管口３８が設けられている。また、暖房熱交換器近傍で高温水供給管３６には出湯温度検知用のサーミスタ３７が設けられている。
【００１９】
図３は膨張タンクの構造を示す断面図であって、タンク３９の底面には温水床暖房用パネル（図示せず）やファンコンベクタから戻ってきた温水を受け入れるための温水戻り管４０が接続されており、タンク３９の側面には温水流出管４１が設けられている。温水流出管４１には暖房ポンプ４２が設けられており、温水流出管４１の端は低温水流入管３５及び低温水流出口４３が接続されている。低温水流出口４３の管端には温水床暖房用パネルの配管を接続するためのヘッダ４４が設けられている。タンク３９の内周壁面の、温水流出管４１の設けられている位置よりも高い箇所（水位下限位置ＬＬ）には下限サーミスタ４５を取り付けてあり、下限サーミスタ４５よりも高い箇所（水位上限位置ＨＬ）には上限サーミスタ４６を取り付けてある。ここで、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５としては、ヒータを内蔵した自己発熱型のサーミスタが用いられている。さらに、上限サーミスタ４６よりも高い位置にはオーバーフロー管４７が設けられており、オーバーフロー管４７の上には補水口４８が設けられている。
【００２０】
膨張タンクの補水口４８には、入水管１５から分岐した水供給管４９が接続されており、水供給管４９には補給水電磁弁５０が設けられている。高温水供給管３６と温水戻り管４０とは連通管５３により結ばれている。また、暖房用ガス燃焼器３３には、ガス管５１を通じて燃料ガスが供給されており、ガス管５１にはガス比例弁５２が設けられている。ガス管５１とガス管１９とは同じガス管から分岐したものであって、ガス供給元のガス管にはガス開閉弁２０が設けられている。
【００２１】
測温回路６６は、下限サーミスタ４５の出力に基づいて温水の温度を計測するものである。ヒータ制御回路６７は、測温回路６６によって計測されている温水温度に応じて下限サーミスタ４５及び上限サーミスタ４６のヒータをオン、オフするものである。水位判定回路６８は、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５の出力に基づいて、タンク３９内の温水水位が下限サーミスタ４５よりも下か、下限サーミスタ４５よりも上で上限サーミスタ４６よりも下か、上限サーミスタ４６よりも上かを判定し、その判定結果に応じて補給水電磁弁５０を開閉制御するものである。
【００２２】
いま、ヘッダ４４には温水床暖房用パネルは接続されておらず、高温配管口３８にファンコンベクタが接続されているとする。この場合には、暖房ポンプ４２を運転して暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させることにより、タンク３９内の温水が温水流出管４１及び低温水流入管３５を通って暖房熱交換器３２へ供給され、暖房用ガス燃焼器３３の燃焼熱によって暖房熱交換器３２を通過する温水が加熱される。暖房熱交換器３２で加熱された高温の温水は、高温水供給管３６を通って高温配管口３８へ流れ、高温配管口３８からファンコンベクタに供給される。ファンコンベクタを循環した温水は温水戻り管４０に流れ、温水戻り管４０を通って再びタンク３９内に戻る。このとき、タンク３９に戻ってくる温水温度は下限サーミスタ４５によって検出され、暖房熱交換器３２から出湯される温水温度はサーミスタ３７によって検出されており、暖房用ガス燃焼器３３の燃焼強さ（燃焼号数）は、出湯温度が設定温度となるよう、下限サーミスタ４５の検知温度及びサーミスタ３７の検知温度に基づいてガス比例弁５２を制御することにより調整されている。
【００２３】
また、高温配管口３８にファンコンベクタが接続されておらず、ヘッダ４４に温水床暖房用パネルが接続されている場合には、暖房ポンプ４２を運転すると、タンク３９内の温水が温水流出管４１を通って低温水流出口４３側と低温水流入管３５側とに分岐して流れる。低温水流出口４３側に流れた温水は、ヘッダ４４から温水床暖房用パネルに供給され、温水床暖房用パネルを循環した温水は温水戻り管４０に流れ、温水戻り管４０を通って再びタンク３９内に戻る。対して、低温水流入管３５側に流れた温水は、暖房熱交換器３２、高温水供給管３６及び連通管５３を通って温水戻り管４０に流れ、温水戻り管４０を通って再びタンク３９内に戻る。このとき、下限サーミスタ４５により検出されている温水温度が所定温度以上であれば、暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させることなく、温水床暖房用パネルを運転するが、下限サーミスタ４５の検知温度が所定温度以下に下がれば、暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させて温水の加熱を行いながら温水床暖房用パネルを運転する。
【００２４】
こうしてファンコンベクタや温水床暖房用パネルを運転している途中で温水が蒸発したりすると、タンク３９内の温水が少なくなり、タンク３９内の水位が下がる。タンク３９内の水位が下限サーミスタ４５の位置（水位下限位置ＬＬ）を切ると、水位低下が下限サーミスタ４５によって検出され、補給水電磁弁５０が開かれて水供給管４９及び補水口４８からタンク３９内に水が供給される。補水口４８から水が供給されると、タンク３９内の水位が上昇し、上限サーミスタ４６の位置（水位上限位置ＨＬ）に達すると、水位上昇が上限サーミスタ４６によって検出され、補水口６からの給水が停止される。これによってタンク１内には、常に水位下限位置ＬＬ以上、水位上限位置ＨＬ以下の温水が蓄えられている。なお、補水口４８から給水停止が遅れたりした場合には、溢れた水はオーバーフロー管４７から下水等に排出される。また、この膨張タンクは上面が大気開放されているので、温水中に噛み込まれていたエアは、ここで大気中に放出され、温水中のエア噛み込みも低減される。
【００２５】
５４は風呂追焚用熱交換器であって、風呂追焚用熱交換器５４には高温水供給管３６から分岐して温水戻り管４０に接続された追焚き用配管５５が挿通されており、追焚き用配管５５には熱動弁５６が設けられている。一方、風呂追焚用熱交換器５４内には、追焚き用配管５５との間で熱交換を行うための熱交換用配管部５７が設けられており、熱交換用配管部５７の流入側には浴槽（図示省略）のバスアダプターに接続された風呂戻り管５８が接続され、熱交換用配管部５７の流出側には浴槽のバスアダプターに接続された風呂往き管５９が接続されており、風呂戻り管５８には風呂ポンプ６０と風呂サーミスタ６１が設けられている。
【００２６】
しかして、風呂ポンプ６０を運転させると、浴槽内の湯は、風呂戻り管５８から熱交換用配管部５７、風呂往き管５９へと循環して浴槽内に戻る。そして、暖房用ガス燃焼器３３を燃焼させ、暖房ポンプ４２を運転させ、熱動弁５６を開くと、暖房熱交換器３２で加熱された高温の温水が追焚き用配管５５から温水戻り管４０、タンク３９、温水流出管４１、低温水流入管３５へと循環する。この結果、追焚き用配管５５を流れる高温の温水と熱交換用配管部を５７を流れる浴槽内の湯とが風呂追焚用熱交換器５４内で熱交換し、浴槽内の湯が追い焚きされる。
【００２７】
また、出湯管１６と風呂戻り管５８との間には落とし込み管６２が配管されているので、落とし込み管６２の開閉弁６３を開いて風呂ポンプ６０を運転させると、落とし込み管６２を通って出湯管１６から風呂戻り管５８へ湯が供給され、この湯は風呂戻り管５８及び風呂往き管５９から浴槽へ両搬送で落とし込まれる。
【００２８】
次に、上記膨脹タンクに設けられた２個の自己発熱型サーミスタによって水位と水温を検出する原理及び検出方法を説明する。サーミスタ（例えば、ＰＴＣサーミスタ）は、一般に温度測定用のセンサとして用いられているが、これを水位検知用のセンサとしても用いることができる。すなわち、温水暖房システムの膨張タンクでは、温水の温度は外気温に比べて高くなっているので、温度を計測すると共にその温度が気温であるか温水の温度であるか判断することにより、温水の温度を検知すると共にサーミスタ位置における温水の有無を判断することができる。
【００２９】
しかし、ヒータを内蔵していない通常のサーミスタでは、温水温度が低くて気温との差が小さい場合（例えば、補水口４８から水を供給された直後）には水の有無を判別することができず、サーミスタが温水に浸かっているのか、温水の外に出ているのか（水位がサーミスタ位置よりも上か下か）の判断がつきにくく、水位の検知精度が低くなる。特に、サーミスタが水面のすぐ上にある場合には、蒸気によって検知温度が上昇するので、一層精度が悪くなる。
【００３０】
これに対し、サーミスタが水に浸かっているときと水から露出しているときとでは周囲の比熱や熱伝導率が変化するので、ヒータを内蔵した自己発熱型のサーミスタを用い、ヒータを所定発熱量で発熱させていれば、水の温度と気温との差が小さい場合でも水を検知することができる。しかし、自己発熱型のサーミスタを用いた場合には、ヒータからの発熱があるため、温水温度が大きくなると、温水温度の検知精度が悪くなる問題がある。
【００３１】
そこで、本発明の実施形態においては、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５として自己発熱型サーミスタを用い、タンク３９内の温水温度の高低に応じ、図４のようにして水位判定を行って補水動作を行っている。すなわち、暖房用温水の自動補給処理が開始すると、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５が正常であるか否かチェックし（ステップＳ１）、異常が見つかれば所定のエラー処理を行う（ステップＳ２）。上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５が正常であれば、下限サーミスタ４５の検知温度が４０℃以上であるか否か判別する（ステップＳ３）。下限サーミスタ４５の検知温度が４０℃より低ければ、温水温度が４０℃未満であると判断できるので、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンにして発熱させ（ステップＳ４）、下限サーミスタ４５の検知温度が４０℃以上であれば、温水温度が４０℃以上であると判断できるので、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオフにする（ステップＳ５）。
【００３２】
こうして温水の温度に応じて上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンまたはオフに制御しながら下限サーミスタ４５で水位を監視し（ステップＳ３〜Ｓ６）、水位が下限サーミスタ４５の位置よりも下がると（ステップＳ６でYESの場合）補給水電磁弁５０を開いて補水口４８からタンク３９内に給水する（ステップＳ７）。
【００３３】
ついで、補水口４８からタンク３９内に給水しながら下限サーミスタ４５でタンク３９内の温水温度を監視し（ステップＳ８）、温水温度が４０℃よりも低ければ下限サーミスタ４５及び上限サーミスタ４６の各ヒータに通電して発熱させ（ステップＳ９）、温水温度が４０℃以上であれば下限サーミスタ４５及び上限サーミスタ４６のヒータをオフにする（ステップＳ１０）。
【００３４】
こうして温水の温度に応じて上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５のヒータをオンまたはオフに制御しながら上限サーミスタ４６で水位を監視し（ステップＳ８〜Ｓ１１）、水位が上限サーミスタ４６の位置よりも上昇すると（ステップＳ１１でYESの場合）補給水電磁弁５０を閉じて給水を停止する（ステップＳ１２）。
【００３５】
よって、下限サーミスタ４５によって温水温度を検知することができるとともに、上限サーミスタ４６及び下限サーミスタ４５として自己発熱型サーミスタを用いることで温水温度によらず精度良く水位を検知することが可能になる。そして、サーミスタのみで温水温度の検知と水位の監視を行えるので、構成を簡略化することができ、コストを下げることができるとともに保守点検も簡易にすることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では上限サーミスタと下限サーミスタの両方を自己発熱型としたが、下限サーミスタのみを自己発熱型のサーミスタとし、上限サーミスタはヒータを内蔵していない通常のサーミスタとしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、タンク内に設けられた複数個の温度測定用素子でタンク内の水位の判定を行うことができると共にタンク内の水温を検知することができるので、タンク内の水位判定と水温検知のための構成を簡略化することができ、コストを安価にできると共に保守点検も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の温水暖房器における膨張タンクの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による温水暖房システムの概略構成図である。
【図３】同上のシステムに用いられている膨張タンクの構造を示す断面図である。
【図４】同上の膨張タンクにおける補水動作を説明するフロー図である。
【符号の説明】
３９      タンク
４０      温水戻り管
４１      温水流出管
４２      暖房ポンプ
４５      下限サーミスタ
４６      上限サーミスタ
４７      オーバーフロー管
４８      補水口
４９      水供給管
５０      補給水電磁弁
６６      測温回路
６７      ヒータ制御回路
６８      水位判定回路
【図１】
0004654495.tif 000002
【図２】
0004654495.tif 000003
【図３】
0004654495.tif 000004
【図４】
0004654495.tif 000005