(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床に敷設されて放熱することにより床暖房を行う複数の放熱部と、第１熱源と、この第１熱源より高温の熱を供給可能な第２熱源と、これら第１、第２熱源のうち１つを選択し、この選択された熱源を運転中の全ての放熱部と熱的に接続する電磁三方弁を有した熱供給回路とを備え、この熱供給回路は、運転中の放熱部の全てが定常状態であるときは上記第１熱源のみを選択し、何れか１つの放熱部が暖房の立上り時であるときには上記第２熱源のみを選択するとともに定常状態の放熱部が有ればその放熱部への熱供給量を制限することを特徴とする床暖房システム。
【請求項２】
上記熱供給回路が、上記第１、第２熱源からそれぞれ延びるとともに互いに合流する２つの熱源側熱媒往路と、これら熱源側熱媒往路の合流部から各放熱部に向けて分岐する複数の放熱部側熱媒往路と、各放熱部から延びるとともに互いに合流する複数の放熱部側熱媒復路と、これら放熱部側熱媒復路の合流部から第１、第２熱源に向けて分岐する２つの熱源側熱媒復路と、上記２つの熱源側熱媒往路の一方を閉じ他方を開くことにより、上記第１、第２熱源のうちの１つを選択する電磁三方弁と、各放熱部側熱媒往路又は各放熱部側熱媒復路に設けられ、熱媒の流れを調節することにより熱供給量を制限する熱供給量制限手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の床暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の放熱部と２つの熱源で構築された床暖房システムに関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
床暖房システムはその快適性から需要が増大しており、複数の部屋にそれぞれ床暖房パネル（放熱部）を敷設し部屋ごとに暖房したり、１つの部屋（例えばリビング）の床暖房パネルを複数の領域（放熱部）に分割し領域ごとに暖房したりするようになってきている。
【０００３】
一方、床暖房システムは快適な暖房温度まで立上るのが遅いことがネックになっている。その解決策として、暖房の立上り時には、高温の熱を直ちに供給できる熱源（例えば熱湯を貯えた貯湯槽）を使い、定常状態になった時は、供給熱の温度レベルは低いが経済性に優れた別の熱源（例えばヒートポンプ）を使うことが考えられる。
【０００４】
しかし、これら２つの熱源と上記複数の放熱部とを組合せたシステムでは、一方の熱源から各放熱部ごとに熱供給回路を延ばし、かつ他方の熱源からも各放熱部ごとに熱供給回路を延ばすことにすると、回路構成が複雑化してしまう。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の放熱部を有する床暖房システムにおいて、熱供給の回路構成を複雑化させることなく、暖房の立上りを早くすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴に係る床暖房システムは、床に敷設されて放熱することにより床暖房を行う複数の放熱部と、第１熱源と、この第１熱源より高温の熱を供給可能な第２熱源と、これら第１、第２熱源のうち１つを選択し、この選択された熱源を運転中の全ての放熱部と熱的に接続する電磁三方弁を有した熱供給回路とを備え、この熱供給回路は、運転中の放熱部の全てが定常状態であるときは上記第１熱源のみを選択し、何れか１つの放熱部が暖房の立上り時であるときには上記第２熱源のみを選択するとともに定常状態の放熱部が有ればその放熱部への熱供給量を制限する。
【０００７】
本発明の第２の特徴に係る床暖房システムは、上記熱供給回路が、上記第１、第２熱源からそれぞれ延びるとともに互いに合流する２つの熱源側熱媒往路と、これら熱源側熱媒往路の合流部から各放熱部に向けて分岐する複数の放熱部側熱媒往路と、各放熱部から延びるとともに互いに合流する複数の放熱部側熱媒復路と、これら放熱部側熱媒復路の合流部から第１、第２熱源に向けて分岐する２つの熱源側熱媒復路と、上記２つの熱源側熱媒往路の一方を閉じ他方を開くことにより、上記第１、第２熱源のうちの１つを選択する電磁三方弁と、各放熱部側熱媒往路又は各放熱部側熱媒復路に設けられ、熱媒の流れを調節することにより熱供給量を制限する熱供給量制限手段とを有している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１にしたがって説明する。
図１は、住宅に構築された床暖房システムＳを示したものである。床暖房システムＳは、複数（図では２つだけ図示）の床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂ（放熱部）と、暖房用の熱源としての貯湯槽１０及びヒートポンプ２０と、これら熱源１０，２０と床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂとの間で熱媒を循環させる熱媒循環回路４０（熱供給回路）とを備えている。
【００１２】
複数の床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂは、互いに異なる部屋に敷設されているが、同じ部屋の互いに異なる領域に敷設されていてもよい。各床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂには、コイル状の放熱管３１Ａ，３１Ｂが設けられている。この放熱管３１Ａ，３１Ｂ内を上記熱媒が流れながら放熱するようになっている。熱媒には、例えばプロピレングリコールなどの不凍液が用いられている。これによって、寒冷期の凍結を防止することができる。
【００１３】
各床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂには、操作盤３２Ａ，３２Ｂが付設されている。図示は省略するが、操作盤３２Ａ，３２Ｂには、対応する床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂをオンオフするスイッチや暖房の目標温度の設定を行う設定器などが設けられている。
【００１４】
貯湯槽１０（第２熱源）の下端部には、給水管１１が接続されている。この給水管１１から供給された水で槽１０内が満たされている。貯湯槽１０の下部には、電気ヒータ１２が収容されている。この電気ヒータ１２によって槽１０内の水が沸き上げられ、例えば約９０℃の熱湯になっている。この電気ヒータ１２による沸き上げは、毎日深夜に行うのが望ましい。これによって、電気使用料を安くすることができる。貯湯槽１０の上端部から給湯管１３が延びている。この給湯管１３を介して上記熱湯を給湯に供することができる。
【００１５】
さらに、貯湯槽１０の上部には、伝熱コイルからなる熱交換器１４が収容されている。この熱交換器１４内を通過中の熱媒が、上記熱湯から熱を受け取るようになっている。
【００１６】
ヒートポンプ２０（第１熱源）は、周知のものと同様であり、例えば、冷媒を圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器の順に循環させ、蒸発器で採熱させ、凝縮器で放熱させるようになっている。この放熱が、ヒートポンプ２０内の熱交換器２１を通過中の熱媒に受け渡されるようになっている。
【００１７】
熱媒循環回路４０について説明する。
貯湯槽１０内の熱交換器１４の両端に、槽側往路４１（第２熱源側熱媒往路）と槽側復路５１（第２熱源側熱媒復路）が連なっている。また、ヒートポンプ２０内の熱交換器２１の両端に、ヒートポンプ側往路４２（第１熱源側熱媒往路）とヒートポンプ側復路５２（第１熱源側熱媒復路）が連なっている。
【００１８】
往路４１，４２どうしは、電磁三方弁４３（選択手段）を介して合流するとともに共通往路４４に連なっている。電磁三方弁４３は、例えばソレノイドオフのとき往路４２を遮断するとともに往路４１，４４どうしを連通するようになっている。また、ソレノイドオンのとき往路４１を遮断するとともに往路４２，４４どうしを連通するようになっている。共通往路４４には、熱媒循環ポンプ４９が設けられている。
【００１９】
共通往路４４の下流端から床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂに対応する数のパネル側往路４５Ａ，４５Ｂ（放熱部側熱媒往路）が分岐して延びている。各往路４５Ａ，４５Ｂには、電磁流量制御弁４６Ａ，４６Ｂ（熱供給量制限手段）が設けられている。各往路４５Ａ，４５Ｂは、対応する床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂの放熱管３１Ａ，３１Ｂの上流端に連なっている。
【００２０】
各床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂの放熱管３１Ａ，３１Ｂの下流端からパネル側復路５３Ａ，５３Ｂ（放熱部側熱媒復路）が延びている。各復路５３Ａ，５３Ｂには、熱媒の温度を検出する温度センサ５４Ａ，５４Ｂが設けられている。複数の復路５３Ａ，５３Ｂどうしは、互いに合流して共通復路５５に連なっている。この共通復路５５の下流端から上記復路５１，５２が分岐している。
【００２１】
床暖房システムＳは、全体を統括するコントローラ６０を更に備えている。以下、コントローラ６０による床暖房制御方法について説明する。
ユーザーが操作盤３２Ａによって１つの床暖房パネル３０Ａの運転指示を行うと、そのオン情報がコントローラ６０に入力される。これを受けたコントローラ６０は、先ず、電磁三方弁４３によって往路４２を遮断するとともに往路４１，４４どうしを連通させる（貯湯槽１０を熱源として選択する）。また、オンされた床暖房パネル３０Ａに対応する電磁流量制御弁４６Ａを全開状態にする一方、その他の床暖房パネル３０Ｂに対応する電磁流量制御弁４６Ｂを閉状態にする。そして、熱媒循環ポンプ４９を駆動する。
【００２２】
これによって、熱媒が、貯湯槽１０の熱交換器１４、往路４１，４４，４５Ａ、床暖房パネル３０Ａの放熱管３１Ａ、復路５３Ａ，５５，５１の順に循環する（貯湯槽１０と床暖房パネル３０Ａとが熱的に接続される）。この熱媒が、熱交換器１４を通過する過程で貯湯槽１０内の熱湯から多量の熱を受け取って高温になる。そして、放熱管３１Ａを通過する過程で放熱する。これによって、床暖房パネル３０Ａを素早く暖めることができ、暖房を短時間で立上げることができる。
【００２３】
床暖房パネル３０Ａの運転開始から所定時間経過後、または、床暖房パネル３０Ａが敷設された部屋の室温や床温が操作盤３２Ａで設定された目標温度に対して所定量近づいた時（例えば目標温度より３℃低い値になった時）、コントローラ６０は、暖房立上が終了したとみなす。そして、電磁三方弁４３によって往路４１を遮断するとともに往路４２，４４どうしを連通させる（選択対象を貯湯槽１０からヒートポンプ２０に切り替える）。そして、ヒートポンプ２０を駆動する。これによって、熱媒が、ヒートポンプ２０の熱交換器２１、往路４２，４４，４５Ａ、放熱管３１Ａ、復路５３Ａ，５５，５２の順に循環する（ヒートポンプ２０と床暖房パネル３０Ａとが熱的に接続される）。この熱媒が、熱交換器２１を通過する過程でヒートポンプ２０から熱を受け取り、放熱管３１Ａを通過する過程で放熱する。さらに、コントローラ６０は、床温又は室温が目標温度になるように、電磁流量制御弁４６Ａによって熱媒流量を調節する。これによって、経済性に優れたヒートポンプ２０を用いて床暖房パネル３０Ａを定常状態に維持することができる。
なお、熱媒の流量調節に代えて、またはそれに加えてヒートポンプ５０の出力調節を行ってもよい。
【００２４】
ここで、床暖房パネル３０Ａが定常状態で運転中に、ユーザーが別の床暖房パネル３０Ｂについても運転指示を行ったものとする。このオン情報を受けたコントローラ６０は、先ず、定常状態の床暖房パネル３０Ａからの熱媒戻り温度（出口温度）を温度センサ５４Ａで読み込み、これを内蔵のメモリに記憶しておく。そのうえで、ヒートポンプ２０を停止し、代わりに貯湯槽１０を、新たにオンされた床暖房パネル３０Ｂに対してだけでなく既に定常状態で運転中の床暖房パネル３０Ａに対しても、熱源として選択する。
【００２５】
すなわち、電磁三方弁４３によって往路４２を遮断するとともに往路４１，４４どうしを連通させる。また、電磁流量制御弁４６Ｂを全開状態にする。これによって、熱媒が、貯湯槽１０の熱交換器１４で高温にされた後、往路４１，４４を経て２つの往路４５Ａ，４５Ｂに分流される。往路４５Ｂに流れ込んだ熱媒は、放熱管３１Ｂに導かれ放熱する。これによって、床暖房パネル３０Ｂについても素早く暖房を立上げ、短時間で定常状態にすることができる。放熱管３１Ｂで放熱後の熱媒は、復路５３Ｂに送られる。
【００２６】
一方、往路４５Ａに流れ込んだ熱媒は、放熱管３１Ａに導かれて放熱し、その後、復路５３Ａに送られる。このとき、コントローラ６０は、復路５３Ａの温度センサ５４Ａの検出温度（床暖房パネル３０Ａの出口での熱媒温度）が上記メモリに記憶しておいた温度のまま維持されるように、電磁流量制御弁４６Ａによって熱媒流量を制限する。これによって、床暖房パネル３０Ａの定常状態を維持でき、暖房温度が上昇するのを防止することができる。
【００２７】
なお、各復路５３Ａ，５３Ｂを経由後の熱媒は、復路５５で合流し、復路５１を経て熱交換器１４に戻される。こうして、貯湯槽１０と床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂとの間で熱媒が循環される（貯湯槽１０と運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂとが熱的に接続される）。
【００２８】
そして、新たにオンされた床暖房パネル３０Ｂの暖房立上が終了したとき（すなわち運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂが定常状態になったとき）、コントローラ６０は、電磁三方弁４３によって往路４１を遮断するとともに往路４２，４４どうしを連通させ、ヒートポンプ２０を再駆動する。これによって、熱媒が、熱交換器２１で加温された後、往路４２，４４を経て、２つ（複数）の往路４５Ａ，４５Ｂに分流する。これら分流した熱媒は、それぞれ放熱管３１Ａ，３１Ｂで放熱した後、復路５３Ａ，５３Ｂを経て復路５５で合流する。さらに、復路５２を経て熱交換器２１に戻される。こうして、ヒートポンプ２０と床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂとの間で熱媒が循環される（ヒートポンプ２０と運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂとが熱的に接続される）。
【００２９】
また、コントローラ６０は、各床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂごとに温度調節を行うことにより定常状態を維持させる。すなわち、床暖房パネル３０Ａによる暖房温度が操作盤３２Ａで設定された目標温度になるように、電磁流量制御弁４６Ａによって往路４５Ａの熱媒流量を調節するとともに、床暖房パネル３０Ｂによる暖房温度が操作盤３２Ｂで設定された目標温度になるように、電磁流量制御弁４６Ｂによって往路４５Ｂの熱媒流量を調節する。
【００３０】
上記のように、床暖房システムＳによれば、暖房立上げ状態の床暖房パネルが１つでもあるときは、他の床暖房パネルが立上げ状態か定常状態かに拘わらず、運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂについて一律に貯湯槽１０を熱源とし、運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂが定常状態であるときのみ、ヒートポンプ２０を熱源とするようになっているので、熱供給回路として熱媒循環回路４０のような簡素な構成を採用することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態を図２にしたがって説明する。この第２実施形態において、上記第１実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図２に示すように、第２実施形態の床暖房システムＳ’が上記システムＳと異なるところは、パネル側往路４５Ａ，４５Ｂに、電磁流量制御弁４６Ａ，４６Ｂに代えて電磁開閉弁４６Ａ’，４６Ｂ’を設けた点である。電磁開閉弁４６Ａ’，４６Ｂ’は、例えばソレノイドオフのとき閉じ、ソレノイドオンのとき開くようになっている。
【００３３】
床暖房システムＳ’において、一部の床暖房パネル３０Ａが定常状態で運転中に他の床暖房パネル３０Ｂが新たにオンされたときは、コントローラ６０は、電磁三方弁４３によって熱源をヒートポンプ２０から貯湯槽１０に切り替える。また、電磁開閉弁４６Ｂ’をオンすることにより開状態にする。これによって、熱媒を貯湯槽１０で高温にした後、床暖房パネル３０Ｂに導いて放熱させ、床暖房パネル３０Ｂを素早く立ち上げることができる。
【００３４】
一方、電磁開閉弁４６Ａ’については、温度センサ５４Ａの検出温度が平均して床暖房パネル３０Ｂをオンする前の値とほぼ等しくなるように、オンオフ時間が調節される。具体的には、先ず、電磁開閉弁４６Ａ’を例えば２分間おきにオンオフし、デューティ比を５０％にする。そして、弁４６Ａ’がオンの間の温度センサ５４Ａの検出温度の平均を取る。この平均値が、床暖房パネル３０Ｂをオンする前の温度センサ５４Ａの検出温度より高いときは、その差に応じてデューティ比を下げる（オフ時間を長くする）。反対に、平均値が床暖房パネル３０Ｂのオン前の検出温度より低いときは、その差に応じてデューティ比を上げる（オフ時間を短くする）。これによって、床暖房パネル３０Ａを定常状態から外れないようにすることができる。
【００３５】
床暖房パネル３０Ｂの立上げが終了した時（運転中の全ての床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂが定常状態になった時）は、コントローラ６０は、電磁三方弁４３によって熱源を貯湯槽１０からヒートポンプ２０に戻すとともに、電磁開閉弁４６Ａ’，４６Ｂ’をそれぞれデューティ比調節することによって、各床暖房パネル３０Ａ，３０Ｂの定常状態を維持する。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、第１、第２実施形態では、１つの床暖房パネル全体が１つの放熱部になっているが、１つの床暖房パネルを複数の領域に分割し、領域ごとに放熱管を設けることによって、各領域を１つの放熱部としてもよい。
３つの往路４１，４２，４４の接続部に電磁三方弁４３を設けるのに代えて、又はそれに加えて、３つの復路５１，５２，５５の接続部に電磁三方弁（２つの熱源側復路の一方を閉じ他方を閉じる選択手段）を設けてもよい。選択手段は、電磁三方弁に代えて、各往路４１，４２または各復路５１，５２に設けられた開閉弁であってもよい。
電磁流量制御弁４６Ａ，４６Ｂや電磁開閉弁４６Ａ’，４６Ｂ’は、パネル側復路５３Ａ，５３Ｂに設けてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の特徴によれば、複数の放熱部を有する床暖房システムにおいて、熱供給の回路構成を複雑化することなく、電磁三方弁で熱源を確実に切り替えて、暖房を素早く立上げるようにすることができ、立上り終了後は、定常状態を確実に維持することができる。本発明の第２の特徴によれば、熱供給回路を確実に簡単な構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る床暖房システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る床暖房システムの概略構成図である。
【符号の説明】
Ｓ，Ｓ’  床暖房システム
１０  貯湯槽（第２熱源）
２０  ヒートポンプ（第１熱源）
３０Ａ，３０Ｂ  床暖房パネル（放熱部）
４０  熱媒循環回路（熱供給回路）
４１  槽側往路（第２熱源側熱媒往路）
４２  ヒートポンプ側往路（第１熱源側熱媒往路）
４３  電磁三方弁（選択手段）
４４  共通往路（合流部）
４５Ａ，４５Ｂ  パネル側往路（放熱部側熱媒往路）
４６Ａ，４６Ｂ  電磁流量制御弁（熱供給量制限手段）
４６Ａ’，４６Ｂ’  電磁開閉弁（熱供給量制限手段）
４９  熱媒循環ポンプ
５１  槽側復路（第２熱源側熱媒復路）
５２  ヒートポンプ側復路（第１熱源側熱媒復路）
５３Ａ，５３Ｂ  パネル側復路（放熱部側熱媒復路）
５４Ａ，５４Ｂ  温度センサ
５５  共通復路（合流部）
６０  コントローラ
【図１】
0004275327.tif 000002
【図２】
0004275327.tif 000003