JP2002139225A - 暖房装置 - Google Patents
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Abstract
を回避した暖房装置を提供する。 【解決手段】 バーナ(4)、熱交換手段(熱交換器
6)、温度検出手段(温度センサ28)、制御手段(主
制御装置80等)、放熱手段(放熱器51〜57)等を
備えて、熱媒の検出温度によってバーナ燃焼を制御する
とともに、単位時間当たりの熱媒の温度上昇が所定値を
越えたとき、バーナの燃料供給量を所定値以下に低下さ
せる等して、熱負荷の急変に伴う熱媒の温度上昇を回避
でき、FB制御の反応速度遅延による局部沸騰やオーバ
ーシュートの発生を未然に防止できる。
Description
源に用いる暖房装置に関する。
媒を加熱し、これを放熱器に循環させて放熱する暖房装
置では、熱媒の温度を検出し、この検出温度によって燃
料ガスの燃焼を制御するFB制御が行われている。この
ような暖房装置において、熱媒の循環量が減少したと
き、熱媒温度のオーバーシュート等の異常現象の発生を
回避するため、熱交換器の出湯側にサーミスタを設け、
熱媒の検出温度が所定値、例えば88℃に到達したと
き、バーナ燃焼を停止させたり、燃焼ガス量を最小にす
る等の方法が採られてきた。温水が沸騰温度を越えた
ら、燃料供給量を最小又は停止させる従来の技術とし
て、例えば、特開平11−118257号「温水熱交換
器内蔵型ストーブ」が存在している。
量が多く、容量の大きい暖房能力が要求される製品で
は、循環する熱媒に急激な流量変化が生じたとき、サー
ミスタの検出温度が所定値に達する前に熱媒に局部沸騰
が生じたり、燃料ガス量の低減までの時間差で熱媒温度
にオーバーシュートが生じたりするおそれがあった。
して複数の放熱器が接続されており、これら放熱器には
床暖房パネル等の低温(60℃)の熱放出をするもの、
ファンコンベクタ等のように高温(80℃)の熱放出を
するものが存在している。高温で制御させている場合、
放熱器を一斉に停止させたとすると、循環流量が減少し
て熱交換器内の温水が急激に上昇し、沸騰による釜鳴り
現象が生じる。温水温度が沸騰領域温度を越えたとき、
燃料供給量を減少させても、FB制御の応答遅延や熱交
換器の熱伝導遅延等により、温水温度にオーバーシュー
トが生じ、温水温度が沸騰温度を越える。このとき、釜
鳴りが発生する。
環流量が15リットル、給水温度が50℃のとき、循環
流量が2リットルまで減少したとすれば、熱交換器の出
口温度をXとすると、 (80−50)×15=現在の熱量=(X−50)×2 ・・・(1) となり、熱交換器の出口温度Xは、X=275℃とな
り、沸騰温度を遙に越えてしまう。
水回路では流量センサが設置されていないのが一般的で
あり、最小の循環流量は放熱端末で0.5〜1.0リッ
トル/分、熱交換器等の管路内でも3リットル/分と少
なく、大流量から小流量、即ち、24〜30リットル/
分から3リットル/分のような急激な流量変化に対応し
ている。そして、熱交換器内で熱交換されるフィンパイ
プの長さは1.0〜2.0m程度であり、この先端にサ
ーミスタが設置されている。FB制御では、管内を流れ
る流速は1.5m/秒以下のため、管内を流れるのに1
〜2秒位必要である。このようなFB制御において、熱
交換器の出口で温度検出を行い、その温度検出に基づい
て燃料供給量を制限しても、局部沸騰やオーバーシュー
ト等を生じてしまうことが確認された。
オーバーシュートを回避する手段として暖房制御で通常
用いられてきたFB制御では、反応速度の関係で熱負荷
の急変による急激な流量変化に対する局部沸騰やオーバ
ーシュートを回避することができなかった。
媒の急激な温度上昇等を回避した暖房装置を提供するこ
とを課題とする。
ーナ(4)、熱交換手段(熱交換器6)、温度検出手段
(温度センサ28)、制御手段(主制御装置80等)、
放熱手段(放熱器51〜57)等を備えて、熱媒の検出
温度によってバーナ燃焼を制御するとともに、単位時間
当たりの熱媒の温度上昇が所定値を越えたとき、バーナ
の燃料供給量を所定値以下に低下させる等して、熱負荷
の急変に伴う熱媒の温度上昇を回避でき、FB制御の反
応速度遅延による局部沸騰やオーバーシュートの発生を
未然に防止できる。
により発生した熱によって熱媒を加熱する熱交換手段
(熱交換器6)と、この熱交換手段で加熱した前記熱媒
を循環させて放熱させる放熱手段(放熱器51〜57)
と、前記熱媒の温度を検出する温度検出手段(温度セン
サ28)と、この温度検出手段の検出温度によって前記
バーナの燃焼を制御するとともに、単位時間当たりの前
記熱媒の温度上昇が所定値を越えたとき、前記バーナに
対する燃料供給量を所定値以下に低下させる制御手段
(主制御装置80等)とを備えたことを特徴とする。即
ち、熱媒の温度変化に応じたバーナの通常の燃焼制御と
は別に、単位時間当たりの熱媒の温度上昇を監視し、こ
の温度傾斜が所定値を越えたとき、バーナに対する燃料
供給量を所定値以下に低下させており、熱負荷の急変に
伴う熱媒の急激な温度上昇等を回避することができる。
下は最小量に減少させることを特徴とする。熱負荷の急
変に伴う急激な温度上昇を抑制するには、燃料供給量の
大幅な減少が必要である。
記熱媒の温度上昇が所定値を越えたとき、前記バーナに
対する燃料供給量を所定値以下に減少させた後、前記熱
媒の温度が所定値以下に低下したとき、前記燃料供給量
を低下前の前記燃焼供給量より低く、かつ最小供給量よ
り高い値に復帰させることを特徴とする。即ち、大幅な
燃料供給量の削減によって熱媒の温度が所定値以下に低
下したとき、沸騰やオーバーシュートを生じない程度の
制御領域として、燃焼供給量より低く、かつ最小供給量
より高い値に復帰させることにより、暖房を持続させ
る。
の燃焼により発生した熱で熱媒を加熱する熱交換手段
(熱交換器6)と、この熱交換手段で加熱された前記熱
媒を循環させて放熱させる放熱手段(放熱器51〜5
7)と、前記熱媒の循環流量を検出する流量検出手段
(流量センサ26)と、この流量検出手段の検出流量に
よって前記バーナの燃焼を制御するとともに、前記検出
流量が所定値以下に低下したとき、前記バーナの燃焼量
を所定値以下に減少させる制御手段(主制御装置80
等)とを備えたことを特徴とする。即ち、熱媒の流量変
化を検出し、バーナの通常の燃焼制御に加え、検出流量
が所定値以下に低下したとき、バーナの燃焼量を所定値
以下に減少させることにより、熱負荷の急変に伴う熱媒
の急激な温度上昇等を回避することができる。
を図面に示した実施例を参照して詳細に説明する。
例を示し、図1はその配管構成、図2は制御系統を示し
ている。
し、熱源機として給湯装置が用いられている。即ち、暖
房装置本体2は給湯装置で構成され、給水を加熱する手
段として発熱手段であるバーナ4、熱交換手段である熱
交換器6を備えている。バーナ4には、燃料管8を通し
て燃料ガスGが供給され、燃料管8には燃料ガスGの供
給、供給停止を行う燃料元弁10、燃料ガスGの供給量
を調節する燃料比例弁12が設けられ、また、バーナ4
の下部には燃焼用空気を供給するファン14が設けら
れ、バーナ4の燃焼部近傍には点火手段として放電器1
6が設けられている。
8及び往き管20が接続され、加熱すべき水が戻り管1
8から熱交換器6に供給される。戻り管18側には膨張
タンク22、圧送手段として循環ポンプ24、流量セン
サ26が設けられ、また、往き管20側には熱交換器6
の出口側の熱媒温度、即ち、温水温度を検出する手段と
して温度センサ28が設置されている。この実施例で
は、流量センサ26を設置して熱媒流量を計測している
が、このような流量センサ26を設置しない場合もあり
得る。また、膨張タンク22は温水の加熱による膨張圧
力を大気に開放する手段であって、この膨張タンク22
には上水供給管30を通して上水Wが供給される。上水
供給管30には開閉弁32が設けられ、この開閉により
膨張タンク22への上水Wの補給調整が行われる。ま
た、戻り管18と往き管20との間には放熱負荷側の圧
力損失による温水HWの循環不良を緩和する手段として
バイパス管34が設けられている。
ヘッダ36、往き管20にはヘッダ38が設けられてお
り、各ヘッダ36、38より放熱負荷に対応する複数の
管路40、42が分岐され、各管路40、42間には複
数の放熱負荷、放熱手段として放熱器51、52、5
3、54、55、56、57が設置されている。例え
ば、放熱器51〜54は床暖房パネル又はファンコンベ
クタで構成されて第1の居住室61に設置され、放熱器
55は床暖房パネル又はファンコンベクタで構成されて
第2の居住室62に設置され、また、放熱器56、57
は床暖房パネル又はファンコンベクタで構成されて第3
の居住室63に設置されている。各管路40、42側に
は温水HWの供給、供給遮断を切り換える温水供給弁7
1、72、73、74、75、76、77が設置されて
いる。
暖房装置本体2側の給湯制御を行う主制御装置80、こ
の主制御装置80と連係される外部制御装置82、主制
御装置80を遠隔操作するメインリモートコントローラ
(以下、「メインリモコン」という)84、外部制御装
置82を通して主制御装置80を遠隔操作する複数のサ
ブリモートコントローラとしての室内リモートコントロ
ーラ(以下、「室内リモコン」という)86、88、9
0が設けられている。各室内リモコン86、88、90
は、第1〜第3の居住室61〜63に設置されている。
2、メインリモコン84及び室内リモコン86、88、
90について説明すると、図2に示すように、主制御装
置80は制御演算素子としてCPU、記憶手段としてR
AM、ROM等を備えた制御演算部92、駆動回路9
4、検出回路96、通信回路98、100を備えてい
る。駆動回路94の駆動出力は、循環ポンプ24、燃料
元弁10、燃料比例弁12、ファン14、放電器16等
の各アクチュエータに加えられ、検出回路96には流量
センサ26、温度センサ28等のセンサ出力が加えられ
ている。通信回路98、100は外部制御装置82又は
メインリモコン84と連係させる通信手段であって、通
信回路98は外部制御装置82と制御データの授受、通
信回路100はメインリモコン84と制御データの授受
を行う。
U、記憶媒体であるRAM、ROM等を備える制御演算
部102、駆動回路104、通信回路106、108を
備えている。駆動回路104には第1〜第3の温水供給
弁系統110、112、114に対する出力が得られ、
この実施例では温水供給弁系統110は温水供給弁71
〜74、温水供給弁系統112は温水供給弁75、温水
供給弁系統114は温水供給弁76、77を構成してい
る。そして、通信回路106は主制御装置80の通信回
路98と有線又は無線によって連係され、また、通信回
路108は室内リモコン86、88、90と有線又は無
線等で接続されている。
ROM等を備えた制御演算部116、通信回路118、
駆動回路120、表示装置122、入力回路124及び
スイッチ126等を備えている。通信回路118は主制
御装置80側の通信回路100と有線又は無線によって
接続され、駆動回路120から得られる表示出力が液晶
表示器、蛍光表示管又はLED表示器等の表示装置12
2に加えられ、運転状態や設定温度等が表示される。ま
た、入力回路124には運転スイッチ、温度設定スイッ
チ等のスイッチ126からの入力が加えられている。な
お、設定温度は主制御装置80に固定値として記憶させ
たものを使用してもよい。
は、各室で用いられる操作手段であって、各々CPU、
RAM、ROM等を備えた制御演算部128、通信回路
130、検出回路132、入力回路134、駆動回路1
36、温度センサ138、スイッチ140、表示器14
2等を備えている。通信回路130は、外部制御装置8
2の通信回路108と有線又は無線によって接続され、
検出回路132には温度センサ138で検出された室内
温度が取り込まれ、入力回路134には放熱負荷である
各放熱器51〜57の放熱動作を指令する運転スイッチ
や設定温度を選択する選択スイッチ等のスイッチ140
からスイッチ入力が加えられている。また、駆動回路1
36に得られる表示出力は、液晶等の表示器142に加
えられ、この表示器142により室温、設定温度又は運
転状態等が表示される。
おいても、温度センサ28の検出温度によってバーナ4
に対する燃料ガスGの供給量を制御するFB制御を用い
ている。
ID制御を用いている。このPID制御では、例えば、
熱交換器6の出湯温度が所定時間として0.5秒間に所
定の温度上昇として0.5℃だけ上昇し、且つ熱交換器
6の出湯温度の最高温度として80℃の高温、即ち、目
標温度以上を検出したとき、バーナ4に対する燃料供給
量を所定値以下、例えば、最小供給量(最小号数)に制
御することで、可及的速やかに熱交換器6の温度上昇を
抑制する。次の所定時間(=0.5秒)に所定の温度上
昇(=0.5℃)を検出し、熱交換器6の出湯温度とし
て目標温度以上を検出したとき、同様の制御、即ち、バ
ーナ4に対する燃料供給量を所定値以下として最小供給
量(最小号数)を維持する。この結果、温水温度の過渡
的な温度上昇を防止でき、温水温度のオーバーシュート
や局部沸騰を未然に防止でき、この程度の温水温度の低
下は暖房運転における床温度等には殆ど影響しない。実
施例では、熱交換器6の出口側の温水温度の単位時間当
たりの温度上昇を0.5℃としているが、これは、測定
誤差を考えると限界の温度であり、また、所定時間とし
て0.5秒としているのは、現状、0.1秒(=100
ms)以下の設定ができないことによるが、所定時間、
所定温度上昇は任意に設定できる。
数出力、即ち、最小供給量に降下させた直前の燃料供給
量以下、例えば、その供給量の半分の供給量に相当する
号数を供給した後、通常のFB制御に復帰させる。
図3に示すフローチャートを参照して説明する。ステッ
プS1では、メインリモコン84の運転スイッチがON
になったか否かを判定し、メインリモコン84がONの
とき、ステップS2に移行し、運転状態を維持し、ステ
ップS2では室内リモコン86、88、90の中、1つ
以上がONとなっているか否かを判定する。室内リモコ
ン86、88、90の何れかがONの場合、ステップS
3に移行し、暖房装置本体2の燃焼及び温水の循環を開
始し、設定温度に燃焼制御を行う。ステップS1、ステ
ップS2でNOの場合、運転停止状態が維持される。
しており、その急変として例えば、室内リモコン86、
88、90の総てに運転停止命令が入力されたとき、メ
インリモコン84より運転停止命令が入力されたとき、
又は、室温が設定温度に到達したとき等、総ての温水供
給弁71〜77が一斉に閉止されたか否かが判定され
る。放熱負荷の急変時(ステップS4でYESの場合)
には、ステップS5に移行し、燃料元弁10を閉止して
バーナ4の燃焼を停止するとともに循環ポンプ24を停
止させる。また、このような温水供給弁71〜77が閉
止されていない場合には、ステップS6に移行する。
熱交換器6の出湯温度が所定時間で所定温度上昇、例え
ば、0.5秒で0.5℃以上上昇したか否かを判定す
る。0.5℃以上の温度上昇が生じたときには循環流量
の減少に伴う出湯温度の上昇勾配が高いものと判断し、
ステップS7に移行して燃料比例弁12の開度を最小供
給量まで減少させる。また、急激な温度上昇が生じてい
ないときには、燃料供給量を設定温度に調整するためス
テップS1に移行させる。
湯温度及びバーナ4への燃料供給量の推移を図4を参照
して説明すると、Mは熱交換器6の出湯温度の推移、N
は燃料供給量(号数)の推移を示している。期間t1 に
おいて総ての温水供給弁71〜77が開かれて総ての放
熱器51〜57より放熱される。a点において、例えば
室内リモコン86、90をOFFにして温水供給弁71
〜74、76、77が閉止されると、循環流量は大幅に
減少する。
昇傾向に転ずる。期間t2 は温度上昇を検出するサンプ
リング時間であって、この実施例では0.5秒毎に出湯
温度値を取り込み、このサンプリング時間経過後の検出
温度が設定温度に移行するように、燃料比例弁12の開
度が調整される。即ち、FB制御が実行される。このと
き、燃料供給量を例えば20号とする。
0.5℃以上の温度上昇が生じると、循環流量が大幅に
減少したと判定し、期間t2 経過後に燃料供給量を最小
供給量まで減少させる。この実施例では、燃料比例弁1
2が操作できる最小供給量は3号であるから、この最小
供給量に減少させた後、期間t3 において、この燃料供
給量を維持させ、熱交換器6を通過する温水の温度上昇
量を抑制する。
定温度に移行するように燃料比例弁12の開度を調整す
る。この実施例では、循環流量の減少を出湯温度の上昇
勾配から監視し、上昇勾配が高ければ即座に燃料供給量
を減少させ、出湯温度を温水の沸騰温度未満に抑制して
いる。
チャートを参照して説明する。この動作例は、流量セン
サ26を用いた場合であり、所定時間当たり所定流量以
上減少したか否かを判断し、その結果、燃料供給量を減
少させている。
の運転スイッチがONになったか否かが判定される。メ
インリモコン84がONの場合、ステップS12に移行
し、室内リモコン86、88、90の中、1つ以上がO
Nとなっているか否かが判定される。メインリモコン8
4又は室内リモコンリモコン86、88、90の何れも
がOFFの場合には、運転停止状態となる。ステップS
13では、燃焼及び温水の循環が行われる。
定しており、その急変として例えば、室内リモコン8
6、88、90の総てに運転停止命令が入力されたと
き、メインリモコン84より運転停止命令が入力された
とき、又は、室温が設定温度に到達したとき等、総ての
温水供給弁71〜77が一斉に閉止されたか否かが判定
される。負荷の急変時(ステップS14でYESの場
合)には、ステップS15に移行し、燃料元弁10を閉
止してバーナ4の燃焼を停止するとともに循環ポンプ2
4を停止させる。また、このような温水供給弁71〜7
7が閉止されていない場合には、ステップS16に移行
する。
当たり所定流量以上減少したか否かを判定し、放熱負荷
の急変として急激な流量減少が生じたとき、熱交換器6
の出湯温度が沸騰温度を越えて上昇するものとし、ステ
ップS17に移行して燃料比例弁12の開度を最小供給
量に減少させる。また、急激な流量減少が生じていない
ときには燃料供給量を設定温度に調整するため、ステッ
プS11に移行する。
荷の急変時、温水温度のオーバーシュートや沸騰を防止
でき、釜鳴り等の異常現象を未然に防止できる。
チャートを参照して説明する。この動作例は、外部制御
装置82の各温水供給弁系統110、112、114の
遮断動作を確認してバーナ4に対する燃料供給量を減少
させている。
は図5に示した制御動作と同様である。
77が閉止していないと判断された場合には、ステップ
S26で温水供給弁71〜77の中、1つ以上が閉止さ
れたか否かが判定される。この場合、温水供給弁71〜
77の一部又は全部の閉止によって循環流量が減少する
ので、温水供給弁71〜77の閉止が確認されたとき、
ステップS27に移行して燃料比例弁12の開度を最小
供給量まで減少させ、また、温水供給弁71〜77の閉
止が確認されないとき、ステップS21に移行する。
チャートを参照して説明する。この動作例は、放熱負荷
の急変に伴う熱交換器6の出湯温度の温度勾配を監視し
て燃料供給量を減少させるとともに、循環流量が減少し
たときに最小供給量まで減少させた後、出湯温度を設定
温度に可及的に収束させるため燃料供給量を所定量回復
させている。
図5又は図6の制御動作と同様である。
総てが閉止していないと判定された場合、ステップS3
6では、熱交換器6の出湯温度が0.5秒で0.5℃以
上上昇したか否かを判定する。0.5℃以上の温度上昇
が認められたとき、循環流量の減少に伴う出湯温度の上
昇勾配が大きいと判断し、ステップS37に移行して燃
料比例弁12の開度を最小供給量まで減少させる。
にはステップS31に移行する。ステップS38では所
定時間経過したか否かが判定され、待機時間はこの例で
は0.5秒程度で、燃料供給量の減少に伴う出湯温度の
安定化を図る。
減少後の中間の燃料供給量まで増加させる。この実施例
では燃料供給量の減少前が20号、減少後が3号である
から11.5号まで燃料供給量を回復させる。燃料供給
量を回復させることにより出湯温度を設定温度に可及的
に回復させることができる。その後、ステップS31か
らのルーチンを再び実行し、出湯温度が再び急激に上昇
するときにはステップS36〜S39を実行して適切な
燃料供給量に調整を行う。
荷の急変時、温水温度のオーバーシュートや沸騰を防止
でき、釜鳴り等の異常現象を未然に防止できる。
参照して説明すると、図8において、Mは熱交換器6の
出湯温度の推移、Nは燃料供給量の推移を示している。
期間t5 において、総ての温水供給弁71〜77が開か
れて総ての放熱器51〜57より放熱が行われる。b点
において、例えば室内リモコン86、88をOFFさ
せ、温水供給弁71〜75を閉止させると、循環流量が
大幅に減少し、この循環流量の減少に伴い、出湯温度が
上昇する。期間t6 は、温度上昇を検出するサンプリン
グ時間であって、0.5秒間隔で出湯温度値が取り込ま
れる。この期間t 6 が経過したとき、上昇温度が例えば
0.5℃以上である場合、温水供給弁71〜77が閉じ
て循環流量が大幅に減少したと判断し、期間t6 の経過
後に燃料供給量を最小供給量まで減少させる。
る最小供給量は3号であるから、この最小供給量に減少
させた後、期間t7 において、この燃料供給量を維持さ
せて熱交換器6を通過する温水の温度上昇量を抑制す
る。期間t7 が経過すると、減少前の燃料供給量(例え
ば20号)と最小供給量(例えば3号)との中間(例え
ば11.5号)まで燃料供給量を回復させ、期間t8 に
おいて出湯温度が設定温度になるように燃料比例弁12
の開度を調整する。Aは、同一号数を示している。
遅れを補完するとともに、燃料制御の連続性を維持し、
急激な温度変化を伴うことなく、信頼性の高い暖房制御
を実現することができる。
を熱源として用いた場合について説明したが、本発明の
暖房装置では、灯油燃焼を熱源としてもよく、また、電
熱を熱源としてもよい。
熱負荷の急変に伴う熱媒の温度上昇を回避でき、FB制
御の反応速度遅延による局部沸騰やオーバーシュートの
発生を未然に防止でき、信頼性の高い暖房制御を実現で
きるとともに、熱交換手段等を損耗から防護でき、寿命
特性の優れた暖房装置を提供することができる。
である。
ローチャートである。
ある。
ローチャートである。
すフローチャートである。
すフローチャートである。
フである。
Claims (4)
- 【請求項1】 バーナの燃焼により発生した熱によって
熱媒を加熱する熱交換手段と、 この熱交換手段で加熱した前記熱媒を循環させて放熱さ
せる放熱手段と、 前記熱媒の温度を検出する温度検出手段と、 この温度検出手段の検出温度によって前記バーナの燃焼
を制御するとともに、単位時間当たりの前記熱媒の温度
上昇が所定値を越えたとき、前記バーナに対する燃料供
給量を所定値以下に低下させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする暖房装置。 - 【請求項2】前記燃料供給量の低下は最小量に減少させ
ることを特徴とする請求項1記載の暖房装置。 - 【請求項3】 単位時間当たりの前記熱媒の温度上昇が
所定値を越えたとき、前記バーナに対する燃料供給量を
所定値以下に減少させた後、前記熱媒の温度が所定値以
下に低下したとき、前記燃料供給量を低下前の前記燃焼
供給量より低く、かつ最小供給量より高い値に復帰させ
ることを特徴とする請求項1記載の暖房装置。 - 【請求項4】 バーナの燃焼により発生した熱で熱媒を
加熱する熱交換手段と、 この熱交換手段で加熱された前記熱媒を循環させて放熱
させる放熱手段と、 前記熱媒の循環流量を検出する流量検出手段と、 この流量検出手段の検出流量によって前記バーナの燃焼
を制御するとともに、前記検出流量が所定値以下に低下
したとき、前記バーナの燃焼量を所定値以下に減少させ
る制御手段と、 を備えたことを特徴とする暖房装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000336398A JP4017817B2 (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 暖房装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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