JP2004340399A - 貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システム - Google Patents
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Abstract
【課題】効率の良い運転が行える貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムを提供する。
【解決手段】給水管9が下端部に接続されていると共に、貯湯している湯水を流出させる出湯管8が上端部に接続されている貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の湯水を高温に加熱する加熱手段3と、前記貯湯タンク2内の湯水を一次ポンプ20の駆動で湯−熱媒熱交換器19に流通させる一次循環回路21と、前記湯−熱媒熱交換器19で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネル6に循環させる二次ポンプ22を有する二次循環回路23とで構成したもので、前記二次循環回路23の往き温度を検知する往き温度センサ25を備え、この往き温度センサ25の検知温度が所定温度になるように、一次ポンプ20の回転数を制御するポンプ制御回路37を備えたので、無駄がなく効率の良い貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムを提供出来る。
【選択図】 図1
【解決手段】給水管9が下端部に接続されていると共に、貯湯している湯水を流出させる出湯管8が上端部に接続されている貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の湯水を高温に加熱する加熱手段3と、前記貯湯タンク2内の湯水を一次ポンプ20の駆動で湯−熱媒熱交換器19に流通させる一次循環回路21と、前記湯−熱媒熱交換器19で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネル6に循環させる二次ポンプ22を有する二次循環回路23とで構成したもので、前記二次循環回路23の往き温度を検知する往き温度センサ25を備え、この往き温度センサ25の検知温度が所定温度になるように、一次ポンプ20の回転数を制御するポンプ制御回路37を備えたので、無駄がなく効率の良い貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムを提供出来る。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は貯湯タンク内の湯水を利用した貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、図9に示すようなものがあった。
ここで、101はヒートポンプ回路、102は貯湯タンクで、この貯湯タンク102下部から取り出した5〜25℃程度の低温水をヒートポンプ回路101で70〜90℃程度に加熱して貯湯タンク102の上部から積層貯湯していくものである。
【0003】
前記貯湯タンク102には、その下端に給水管103が接続され、また上端には出湯管104が接続されているものである。105は電動ミキシング弁で、出湯管104からの高温水と給水管103からの低温水をリモコン(図示せず)等で設定された任意の給湯設定温度に混合して給湯栓106から出湯するものである。
【0004】
107は暖房あるいは風呂の追焚き/保温の熱源としての熱交換器で、出湯管104から分岐した熱交往き管108および給水管103に合流する熱交戻り管109により貯湯タンク102と循環可能に接続されており、貯湯タンク102内の高温水を熱交換器107に流入させて暖房回路或いは融雪回路等の2次側回路(図示せず)の温水を加熱するものである。
【0005】
そして、貯湯タンク102の上部から取り出された高温水は、前記熱交換器107で熱交換されて温度低下し、貯湯タンク102の下部から貯湯タンク102内に戻るものである。
【0006】
なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができないが、貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として暖房を行うものとして例えば特許文献1が挙げられる。
【0007】
【特許文献1】
特許2663637号
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、熱交換器107での熱交換により貯湯タンク102に貯湯された高温水が多量に使用され、直ぐに湯切れ状態となってヒートポンプ回路101を常に追加運転しなければならず、極めて効率が悪く、無駄な電力も使用し不経済であると言う問題点を有するものであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明はこれらの課題を解決するために、請求項1では、加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の往き温度を検知する往き温度センサを備え、この往き温度センサの検知温度が所定温度になるように、一次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えたものである。
【0010】
又請求項2によれば、加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の戻り温度を検知する戻り温度センサを備え、この戻り温度センサの検知温度が所定温度になるように、二次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えたものである。
【0011】
この請求項1及び2により、必要熱量以上の高温水の使用が制限され、無駄がなくなり効率の良い暖房或いは融雪を行うことが出来、加熱手段であるヒートポンプ回路の運転を極力抑えて、電力の消費が少なく経済的な暖房或いは融雪システムを提案出来るものである。
更に一次ポンプの回転数を直接制御することで、熱源側の高温水の流通量が少なく放熱ロスが極力抑えられて、熱源側の温度降下が更に抑えられるものである。
一方二次ポンプの回転数を直接制御することで、放熱側の管理が確実に行え、過不足のない放熱で、効率の良い暖房及び融雪が常に行えるものである。
【0012】
又請求項3では、前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記貯湯タンク上部へ戻すよう構成したものとした。
【0013】
これにより、上部の高温水から給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のCOP(エネルギー消費効率)が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることが出来る。
【0014】
又請求項4では、ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を深夜電力或いは時間帯別電力契約した場合には、夜間の融雪運転はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、昼間の融雪を貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪としたものである。
【0015】
これにより、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0016】
又請求項5では、ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を融雪電力契約した場合には、電力供給時間帯はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、電力非供給時間帯は貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪としたものである。
【0017】
これにより、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムを図面に基づき説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯及び融雪或いは暖房に用いるもので、1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えた貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、4は台所や洗面所等に設けられた第1給湯端末たる給湯栓、5は貯湯タンク2内の湯水と熱媒とを熱交換して融雪パネル6上の雪を融かす熱交換ユニットである。
【0019】
前記貯湯タンクユニット1の貯湯タンク2は、上端に出湯管7と、下端に給水管8とが接続され、更に下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管9と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管10とか接続され、前記ヒートポンプユニット3によってヒーポン往き管9から取り出した貯湯タンク2内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管10から貯湯タンク2内に戻して貯湯され、給水管8からの給水により貯湯タンク2内の湯水が押し上げられて貯湯タンク2内上部の高温水が出湯管7から押し出されて給湯されるものである。
【0020】
前記ヒートポンプユニット3は、圧縮機11と凝縮器としての冷媒−水熱交換器12と電子膨張弁13と強制空冷式の蒸発器14、送風ファン15で構成された加熱手段としてのヒートポンプ回路16と、貯湯タンク2内の湯水を前記ヒーポン往き管9およびヒーポン戻り管10を介して冷媒−水熱交換器12に循環させるヒーポン循環ポンプ17と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部18とを備えており、ヒートポンプ回路16内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約90℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【0021】
ここで、前記冷媒−水熱交換器12は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク2内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器12入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記減圧器としての電子膨張弁13または圧縮機11を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器12の入口温度が5〜20℃程度の低い温度であるとCOP(エネルギー消費効率)が3.0以上のとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【0022】
更に熱交換ユニット5内には、貯湯タンク2内上部の高温水を取り出し湯−熱媒熱交換器19を流通させて、温度低下した湯水を貯湯タンク2下部に戻す一次ポンプ20を有する一次循環回路21と、前記湯−熱媒熱交換器19で高温水と熱交換し温度上昇した不凍液等の熱媒を、融雪或いは暖房パネルここでは融雪パネル6に循環させる回転数制御可能な二次ポンプ22を有する二次循環回路23とで構成され、前記二次循環回路23の熱媒往き管24には熱媒の往き温度を検知するサーミスタから成る往き温度センサ25が備えられ、熱媒戻り管26には膨張タンク27と前記二次ポンプ22とが備えられている。
【0023】
次に、28は貯湯タンクユニット1内で出湯管7からの湯水と給水管8から分岐されたバイパス管29からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管30に設けた給湯温度センサ31で検出した湯温が給湯リモコン(図示せず)でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものであり、32は貯湯タンク2の過圧を逃す過圧逃し弁、33は給水の圧力を減圧する減圧弁、34は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタである。
【0024】
35は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ35が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【0025】
36は給湯制御部で、給湯設定温度と給湯温度センサ31の検出値とを比較して検出値が設定温度になるように給湯混合弁28の混合比率を制御すると共に、ヒーポン制御部18に信号を送り沸き上げ運転も開始させるものであり、更にこの給湯制御部36には融雪運転を制御するポンプ制御回路37が備えられ、該ポンプ制御回路37には融雪パネル6近傍に備えられた降雪センサ38、一次ポンプ20及び二次ポンプ22及び往き温度センサ25が接続され、該往き温度センサ25により検知される往き温度が所定温度ここでは10℃〜20℃になるように一次ポンプ20の回転数を制御するものである。
【0026】
次にこの一実施形態の作動を説明する。
先ず沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ35が貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部36はヒーポン制御部18に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部18は圧縮機11を起動した後にヒーポン循環ポンプ17を駆動開始し、貯湯タンク2下部に接続されたヒーポン往き管9から取り出した5〜20℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器12で70〜90℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク2上部に接続されたヒーポン戻り管10から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ35が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部36はヒーポン制御部18に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部18は圧縮機11を停止すると共にヒーポン循環ポンプ17も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【0027】
次に給湯運転について説明すると、給湯栓4を開くと、給水管8からの給水が貯湯タンク2内に流れ込む。そしてこの時の給水圧で上部の高温水が押し出されて出湯管7から給湯混合弁28に流れ、ここで給水と混合されて設定温度となって給湯管30を介して給湯栓4から適宜給湯されるものである。
【0028】
次に融雪運転について説明すると、降雪センサ38が降雪を検知し、貯湯タンク2内に所定の貯湯量があることを貯湯温度センサ35で検知した時には、貯湯タンク2内の湯水による融雪運転を行うもので、ポンプ制御回路37が一次ポンプ20を駆動させて、貯湯タンク2内上部の高温水を湯−熱媒熱交換器19に流し、二次循環回路23の熱媒と熱交換し、温度上昇した熱媒を二次ポンプ22の駆動で、融雪パネル6に流通させて該融雪パネル6上の雪を融かすもので、温度低下した熱媒は再び湯−熱媒熱交換器19に循環して温度上昇され、又熱交換で温度降下した湯水は一次循環回路20を通り貯湯タンク2内下部に戻され、順次この循環を繰り返して一定時間後に停止される。
【0029】
そして、この融雪運転の制御は、図3のフローチャートに示すように、ステップ39で二次循環回路23の熱媒の往き温度を往き温度センサ25で検知し、この温度が所定温度ここでは10℃〜20℃の範囲内であるかどうかを判断し、YESではステップ40で一次ポンプ20の回転数を今のまま継続し、NOの場合にはステップ41に進み所定温度以上かを判断し、YESでステップ42で一次ポンプ20の回転数を一段上げて熱交換効率を下げ、又ステップ41でNOの場合には、ステップ43に進み所定温度未満かを判断し、YESでステップ44に進んで一次ポンプ20の回転数を一段下げて熱交換効率を上げるものであり、そしてこのステップを順次繰り返して熱媒の往き温度を所定温度に維持するものである。
【0030】
これにより、限りある貯湯タンク2内の湯水の放熱を極力抑えながら、無駄がなく効率の良い熱交換で良好な融雪運転が行えるものであり、又融雪運転時に貯湯タンク2内の湯水が足りなくなれば、ヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、場合によっては、沸き上げ運転を行いながら融雪運転を行っても良いものである。
【0031】
次に他の実施形態を示す図4〜図6を説明するが、この実施形態と同一部分については、同一符号を付し相違点のみ説明する。
45は二次循環回路23の熱媒戻り管26に備えられた戻り温度センサで、融雪パネル6での放熱後の熱媒の戻り温度を検知し、この温度が所定温度の5℃〜10℃と成るようにポンプ制御回路37を介して二次ポンプ22の回転数を制御するようにしたものである。
【0032】
これを図6のフローチャートで説明すれば、ステップ46で二次循環回路23の熱媒の戻り温度を戻り温度センサ45で検知し、この温度が所定温度ここでは5℃〜10℃の範囲内であるかどうかを判断し、YESではステップ47で二次ポンプ22の回転数を今のまま継続し、NOの場合にはステップ48に進み所定温度以上かを判断し、YESでステップ49で二次ポンプ22の回転数を一段下げて融雪パネル6での放熱量を上げ、又ステップ48でNOの場合には、ステップ50に進み所定温度未満かを判断し、YESでステップ51に進んで二次ポンプ22の回転数を一段上げて放熱量を下げるものであり、そしてこのステップを順次繰り返して熱媒の戻り温度を所定温度に維持するものである。
【0033】
これにより、不必要な高温水の供給がなくなり、効率の良い融雪運転が行えると共に、貯湯タンクユニット1の熱を効率よく融雪に使用出来、極めて使用勝手が良く無駄のない運転が行えるものである。
【0034】
更に他の実施形態を図7のフローチャートで説明すれば、ステップ52でこの貯湯式給湯装置の電力契約が、安価な深夜電力或いは時間帯別電力契約である場合、ステップ53で夜間の沸き上げ運転時間かを判断し、YESでステップ54に進みヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、次にステップ55で降雪センサ38による降雪検知で、ステップ56に進んで融雪運転を行うもので、夜間の降雪時には沸き上げ運転しながら融雪運転を行うものであり、更にステップ53でNOの時には、ステップ57に進んで昼間かを判断し、YESではステップ58で沸き上げ運転を行わず、そしてステップ59に進んで降雪センサ38による降雪検知で、ステップ60に進んで融雪運転を行うもので、昼間の降雪時には沸き上げ運転を行わずに、貯湯タンク2内の湯水を利用しての融雪運転のみを行うようにしたものである。
【0035】
従って、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニット3を駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク2内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0036】
次に他の実施形態を図8のフローチャートで説明すれば、ステップ61でこの貯湯式給湯装置の電力契約が、予め定められた3ヶ月以上の期間に限り使用出来、極めて安価であるが一日の内午後4時〜午後9時の間は契約の200V電源は使用できないと言う融雪電力契約である場合、ステップ62で電力供給時間帯かを判断し、YESでステップ63に進みヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、次にステップ64で降雪センサ38による降雪検知で、ステップ65に進んで200V使用の融雪運転を行うもので、電力供給時間帯の降雪時には沸き上げ運転しながら200V使用の融雪運転を行うものであり、更にステップ62でNOの時には、ステップ66に進んで電力非供給時間帯かを判断し、YESではステップ67で沸き上げ運転を行わず、そしてステップ68に進んで降雪センサ38による降雪検知で、ステップ69に進んで100V使用の融雪運転を行うもので、電力非供給時の降雪時には沸き上げ運転を行わずに、通常の100V使用で貯湯タンク2内の湯水を利用しての融雪運転を行うようにしたものである。
【0037】
従って、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニット3を駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク2内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【0038】
尚、請求項1及び2では、加熱手段をヒートポンプユニット3として説明したが、これに限らず、例えば電気ヒーターでも良く同様な効果を得ることが出来るものである。
又この実施形態では、融雪に限定して説明したが、床暖房等の低温暖房でも利用出来る事は言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項1及び2によれば、必要熱量以上の高温水の使用が制限され、無駄がなくなり効率の良い暖房或いは融雪を行うことが出来、加熱手段であるヒートポンプ回路の運転を極力抑えて、電力の消費が少なく経済的な暖房或いは融雪システムを提案出来るものである。
更に一次ポンプの回転数を直接制御することで、熱源側の高温水の流通量が少なく放熱ロスが極力抑えられて、熱源側の温度降下が更に抑えられるものである。
一方二次ポンプの回転数を直接制御することで、放熱側の管理が確実に行え、過不足のない放熱で、効率の良い暖房及び融雪が常に行えるものである。
【0040】
又請求項3では、上部の高温水から給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のCOP(エネルギー消費効率)が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることが出来る。
【0041】
又請求項4では、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0042】
又請求項5では、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の概略構成図。
【図2】同電気回路の要部ブロック図。
【図3】同要部のフローチャート。
【図4】他の実施形態の概略構成図。
【図5】同電気回路の要部ブロック図。
【図6】同要部のフローチャート。
【図7】深夜電力或いは時間帯別電力契約の場合のフローチャート。
【図8】融雪電力契約の場合のフローチャート。
【図9】従来例を示す概略構成図。
【符号の説明】
2 貯湯タンク
3 ヒートポンプユニット(加熱手段)
6 融雪パネル
8 出湯管
9 給水管
19 湯−熱媒熱交換器
20 一次ポンプ
21 一次循環回路
22 二次ポンプ
23 二次循環回路
24 熱媒往き管
25 往き温度センサ
26 熱媒戻り管
37 ポンプ制御回路
45 戻り温度センサ
【発明の属する技術分野】
この発明は貯湯タンク内の湯水を利用した貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、図9に示すようなものがあった。
ここで、101はヒートポンプ回路、102は貯湯タンクで、この貯湯タンク102下部から取り出した5〜25℃程度の低温水をヒートポンプ回路101で70〜90℃程度に加熱して貯湯タンク102の上部から積層貯湯していくものである。
【0003】
前記貯湯タンク102には、その下端に給水管103が接続され、また上端には出湯管104が接続されているものである。105は電動ミキシング弁で、出湯管104からの高温水と給水管103からの低温水をリモコン(図示せず)等で設定された任意の給湯設定温度に混合して給湯栓106から出湯するものである。
【0004】
107は暖房あるいは風呂の追焚き/保温の熱源としての熱交換器で、出湯管104から分岐した熱交往き管108および給水管103に合流する熱交戻り管109により貯湯タンク102と循環可能に接続されており、貯湯タンク102内の高温水を熱交換器107に流入させて暖房回路或いは融雪回路等の2次側回路(図示せず)の温水を加熱するものである。
【0005】
そして、貯湯タンク102の上部から取り出された高温水は、前記熱交換器107で熱交換されて温度低下し、貯湯タンク102の下部から貯湯タンク102内に戻るものである。
【0006】
なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができないが、貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として暖房を行うものとして例えば特許文献1が挙げられる。
【0007】
【特許文献1】
特許2663637号
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、熱交換器107での熱交換により貯湯タンク102に貯湯された高温水が多量に使用され、直ぐに湯切れ状態となってヒートポンプ回路101を常に追加運転しなければならず、極めて効率が悪く、無駄な電力も使用し不経済であると言う問題点を有するものであった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明はこれらの課題を解決するために、請求項1では、加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の往き温度を検知する往き温度センサを備え、この往き温度センサの検知温度が所定温度になるように、一次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えたものである。
【0010】
又請求項2によれば、加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の戻り温度を検知する戻り温度センサを備え、この戻り温度センサの検知温度が所定温度になるように、二次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えたものである。
【0011】
この請求項1及び2により、必要熱量以上の高温水の使用が制限され、無駄がなくなり効率の良い暖房或いは融雪を行うことが出来、加熱手段であるヒートポンプ回路の運転を極力抑えて、電力の消費が少なく経済的な暖房或いは融雪システムを提案出来るものである。
更に一次ポンプの回転数を直接制御することで、熱源側の高温水の流通量が少なく放熱ロスが極力抑えられて、熱源側の温度降下が更に抑えられるものである。
一方二次ポンプの回転数を直接制御することで、放熱側の管理が確実に行え、過不足のない放熱で、効率の良い暖房及び融雪が常に行えるものである。
【0012】
又請求項3では、前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記貯湯タンク上部へ戻すよう構成したものとした。
【0013】
これにより、上部の高温水から給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のCOP(エネルギー消費効率)が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることが出来る。
【0014】
又請求項4では、ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を深夜電力或いは時間帯別電力契約した場合には、夜間の融雪運転はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、昼間の融雪を貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪としたものである。
【0015】
これにより、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0016】
又請求項5では、ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を融雪電力契約した場合には、電力供給時間帯はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、電力非供給時間帯は貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪としたものである。
【0017】
これにより、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システムを図面に基づき説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯及び融雪或いは暖房に用いるもので、1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えた貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、4は台所や洗面所等に設けられた第1給湯端末たる給湯栓、5は貯湯タンク2内の湯水と熱媒とを熱交換して融雪パネル6上の雪を融かす熱交換ユニットである。
【0019】
前記貯湯タンクユニット1の貯湯タンク2は、上端に出湯管7と、下端に給水管8とが接続され、更に下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管9と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管10とか接続され、前記ヒートポンプユニット3によってヒーポン往き管9から取り出した貯湯タンク2内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管10から貯湯タンク2内に戻して貯湯され、給水管8からの給水により貯湯タンク2内の湯水が押し上げられて貯湯タンク2内上部の高温水が出湯管7から押し出されて給湯されるものである。
【0020】
前記ヒートポンプユニット3は、圧縮機11と凝縮器としての冷媒−水熱交換器12と電子膨張弁13と強制空冷式の蒸発器14、送風ファン15で構成された加熱手段としてのヒートポンプ回路16と、貯湯タンク2内の湯水を前記ヒーポン往き管9およびヒーポン戻り管10を介して冷媒−水熱交換器12に循環させるヒーポン循環ポンプ17と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部18とを備えており、ヒートポンプ回路16内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約90℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【0021】
ここで、前記冷媒−水熱交換器12は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク2内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器12入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記減圧器としての電子膨張弁13または圧縮機11を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器12の入口温度が5〜20℃程度の低い温度であるとCOP(エネルギー消費効率)が3.0以上のとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【0022】
更に熱交換ユニット5内には、貯湯タンク2内上部の高温水を取り出し湯−熱媒熱交換器19を流通させて、温度低下した湯水を貯湯タンク2下部に戻す一次ポンプ20を有する一次循環回路21と、前記湯−熱媒熱交換器19で高温水と熱交換し温度上昇した不凍液等の熱媒を、融雪或いは暖房パネルここでは融雪パネル6に循環させる回転数制御可能な二次ポンプ22を有する二次循環回路23とで構成され、前記二次循環回路23の熱媒往き管24には熱媒の往き温度を検知するサーミスタから成る往き温度センサ25が備えられ、熱媒戻り管26には膨張タンク27と前記二次ポンプ22とが備えられている。
【0023】
次に、28は貯湯タンクユニット1内で出湯管7からの湯水と給水管8から分岐されたバイパス管29からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管30に設けた給湯温度センサ31で検出した湯温が給湯リモコン(図示せず)でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものであり、32は貯湯タンク2の過圧を逃す過圧逃し弁、33は給水の圧力を減圧する減圧弁、34は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタである。
【0024】
35は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ35が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【0025】
36は給湯制御部で、給湯設定温度と給湯温度センサ31の検出値とを比較して検出値が設定温度になるように給湯混合弁28の混合比率を制御すると共に、ヒーポン制御部18に信号を送り沸き上げ運転も開始させるものであり、更にこの給湯制御部36には融雪運転を制御するポンプ制御回路37が備えられ、該ポンプ制御回路37には融雪パネル6近傍に備えられた降雪センサ38、一次ポンプ20及び二次ポンプ22及び往き温度センサ25が接続され、該往き温度センサ25により検知される往き温度が所定温度ここでは10℃〜20℃になるように一次ポンプ20の回転数を制御するものである。
【0026】
次にこの一実施形態の作動を説明する。
先ず沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ35が貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部36はヒーポン制御部18に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部18は圧縮機11を起動した後にヒーポン循環ポンプ17を駆動開始し、貯湯タンク2下部に接続されたヒーポン往き管9から取り出した5〜20℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器12で70〜90℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク2上部に接続されたヒーポン戻り管10から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ35が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部36はヒーポン制御部18に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部18は圧縮機11を停止すると共にヒーポン循環ポンプ17も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【0027】
次に給湯運転について説明すると、給湯栓4を開くと、給水管8からの給水が貯湯タンク2内に流れ込む。そしてこの時の給水圧で上部の高温水が押し出されて出湯管7から給湯混合弁28に流れ、ここで給水と混合されて設定温度となって給湯管30を介して給湯栓4から適宜給湯されるものである。
【0028】
次に融雪運転について説明すると、降雪センサ38が降雪を検知し、貯湯タンク2内に所定の貯湯量があることを貯湯温度センサ35で検知した時には、貯湯タンク2内の湯水による融雪運転を行うもので、ポンプ制御回路37が一次ポンプ20を駆動させて、貯湯タンク2内上部の高温水を湯−熱媒熱交換器19に流し、二次循環回路23の熱媒と熱交換し、温度上昇した熱媒を二次ポンプ22の駆動で、融雪パネル6に流通させて該融雪パネル6上の雪を融かすもので、温度低下した熱媒は再び湯−熱媒熱交換器19に循環して温度上昇され、又熱交換で温度降下した湯水は一次循環回路20を通り貯湯タンク2内下部に戻され、順次この循環を繰り返して一定時間後に停止される。
【0029】
そして、この融雪運転の制御は、図3のフローチャートに示すように、ステップ39で二次循環回路23の熱媒の往き温度を往き温度センサ25で検知し、この温度が所定温度ここでは10℃〜20℃の範囲内であるかどうかを判断し、YESではステップ40で一次ポンプ20の回転数を今のまま継続し、NOの場合にはステップ41に進み所定温度以上かを判断し、YESでステップ42で一次ポンプ20の回転数を一段上げて熱交換効率を下げ、又ステップ41でNOの場合には、ステップ43に進み所定温度未満かを判断し、YESでステップ44に進んで一次ポンプ20の回転数を一段下げて熱交換効率を上げるものであり、そしてこのステップを順次繰り返して熱媒の往き温度を所定温度に維持するものである。
【0030】
これにより、限りある貯湯タンク2内の湯水の放熱を極力抑えながら、無駄がなく効率の良い熱交換で良好な融雪運転が行えるものであり、又融雪運転時に貯湯タンク2内の湯水が足りなくなれば、ヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、場合によっては、沸き上げ運転を行いながら融雪運転を行っても良いものである。
【0031】
次に他の実施形態を示す図4〜図6を説明するが、この実施形態と同一部分については、同一符号を付し相違点のみ説明する。
45は二次循環回路23の熱媒戻り管26に備えられた戻り温度センサで、融雪パネル6での放熱後の熱媒の戻り温度を検知し、この温度が所定温度の5℃〜10℃と成るようにポンプ制御回路37を介して二次ポンプ22の回転数を制御するようにしたものである。
【0032】
これを図6のフローチャートで説明すれば、ステップ46で二次循環回路23の熱媒の戻り温度を戻り温度センサ45で検知し、この温度が所定温度ここでは5℃〜10℃の範囲内であるかどうかを判断し、YESではステップ47で二次ポンプ22の回転数を今のまま継続し、NOの場合にはステップ48に進み所定温度以上かを判断し、YESでステップ49で二次ポンプ22の回転数を一段下げて融雪パネル6での放熱量を上げ、又ステップ48でNOの場合には、ステップ50に進み所定温度未満かを判断し、YESでステップ51に進んで二次ポンプ22の回転数を一段上げて放熱量を下げるものであり、そしてこのステップを順次繰り返して熱媒の戻り温度を所定温度に維持するものである。
【0033】
これにより、不必要な高温水の供給がなくなり、効率の良い融雪運転が行えると共に、貯湯タンクユニット1の熱を効率よく融雪に使用出来、極めて使用勝手が良く無駄のない運転が行えるものである。
【0034】
更に他の実施形態を図7のフローチャートで説明すれば、ステップ52でこの貯湯式給湯装置の電力契約が、安価な深夜電力或いは時間帯別電力契約である場合、ステップ53で夜間の沸き上げ運転時間かを判断し、YESでステップ54に進みヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、次にステップ55で降雪センサ38による降雪検知で、ステップ56に進んで融雪運転を行うもので、夜間の降雪時には沸き上げ運転しながら融雪運転を行うものであり、更にステップ53でNOの時には、ステップ57に進んで昼間かを判断し、YESではステップ58で沸き上げ運転を行わず、そしてステップ59に進んで降雪センサ38による降雪検知で、ステップ60に進んで融雪運転を行うもので、昼間の降雪時には沸き上げ運転を行わずに、貯湯タンク2内の湯水を利用しての融雪運転のみを行うようにしたものである。
【0035】
従って、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニット3を駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク2内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0036】
次に他の実施形態を図8のフローチャートで説明すれば、ステップ61でこの貯湯式給湯装置の電力契約が、予め定められた3ヶ月以上の期間に限り使用出来、極めて安価であるが一日の内午後4時〜午後9時の間は契約の200V電源は使用できないと言う融雪電力契約である場合、ステップ62で電力供給時間帯かを判断し、YESでステップ63に進みヒートポンプユニット3による沸き上げ運転を行い、次にステップ64で降雪センサ38による降雪検知で、ステップ65に進んで200V使用の融雪運転を行うもので、電力供給時間帯の降雪時には沸き上げ運転しながら200V使用の融雪運転を行うものであり、更にステップ62でNOの時には、ステップ66に進んで電力非供給時間帯かを判断し、YESではステップ67で沸き上げ運転を行わず、そしてステップ68に進んで降雪センサ38による降雪検知で、ステップ69に進んで100V使用の融雪運転を行うもので、電力非供給時の降雪時には沸き上げ運転を行わずに、通常の100V使用で貯湯タンク2内の湯水を利用しての融雪運転を行うようにしたものである。
【0037】
従って、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニット3を駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク2内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【0038】
尚、請求項1及び2では、加熱手段をヒートポンプユニット3として説明したが、これに限らず、例えば電気ヒーターでも良く同様な効果を得ることが出来るものである。
又この実施形態では、融雪に限定して説明したが、床暖房等の低温暖房でも利用出来る事は言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項1及び2によれば、必要熱量以上の高温水の使用が制限され、無駄がなくなり効率の良い暖房或いは融雪を行うことが出来、加熱手段であるヒートポンプ回路の運転を極力抑えて、電力の消費が少なく経済的な暖房或いは融雪システムを提案出来るものである。
更に一次ポンプの回転数を直接制御することで、熱源側の高温水の流通量が少なく放熱ロスが極力抑えられて、熱源側の温度降下が更に抑えられるものである。
一方二次ポンプの回転数を直接制御することで、放熱側の管理が確実に行え、過不足のない放熱で、効率の良い暖房及び融雪が常に行えるものである。
【0040】
又請求項3では、上部の高温水から給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のCOP(エネルギー消費効率)が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることが出来る。
【0041】
又請求項4では、電力料が安価な夜間はヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、又電力料が高い昼間は貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、極めて経済的な運転が出来と共に、安価な電力の有効利用がなされるものである。
【0042】
又請求項5では、電力料が安価な融雪電力契約の電力供給時間帯は200V電源でヒートポンプユニットを駆動させながら融雪し、電力非供給時間帯は100V電源で貯湯タンク内の湯水のみで融雪することで、特別に用意されている融雪電力契約を積極的に利用して、効率が良く経済的な融雪運転が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の概略構成図。
【図2】同電気回路の要部ブロック図。
【図3】同要部のフローチャート。
【図4】他の実施形態の概略構成図。
【図5】同電気回路の要部ブロック図。
【図6】同要部のフローチャート。
【図7】深夜電力或いは時間帯別電力契約の場合のフローチャート。
【図8】融雪電力契約の場合のフローチャート。
【図9】従来例を示す概略構成図。
【符号の説明】
2 貯湯タンク
3 ヒートポンプユニット(加熱手段)
6 融雪パネル
8 出湯管
9 給水管
19 湯−熱媒熱交換器
20 一次ポンプ
21 一次循環回路
22 二次ポンプ
23 二次循環回路
24 熱媒往き管
25 往き温度センサ
26 熱媒戻り管
37 ポンプ制御回路
45 戻り温度センサ
Claims (5)
- 加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の往き温度を検知する往き温度センサを備え、この往き温度センサの検知温度が所定温度になるように、一次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えた事を特徴とする貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システム。
- 加熱手段で湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、暖房或いは融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記二次循環回路の戻り温度を検知する戻り温度センサを備え、この戻り温度センサの検知温度が所定温度になるように、二次ポンプの回転数を制御するポンプ制御回路を備えた事を特徴とする貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システム。
- 前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記貯湯タンク上部へ戻すよう構成したことを特徴とする請求項1及び2記載の貯湯式給湯装置を熱源とした融雪、暖房システム。
- ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を深夜電力或いは時間帯別電力契約した場合には、夜間の融雪運転はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、昼間の融雪を貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪とした事を特徴とする貯湯式給湯装置を熱源とした融雪システム。
- ヒートポンプユニットで湯水を高温に加熱し貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を一次ポンプの駆動で湯−熱媒熱交換器に流通させる一次循環回路と、前記湯−熱媒熱交換器で熱交換されて温度上昇した熱媒を、融雪パネルに循環させる二次ポンプを有する二次循環回路とで構成したものに於いて、前記ヒートポンプユニットの電力契約を融雪電力契約した場合には、電力供給時間帯はヒートポンプユニットを駆動させながらの融雪とし、電力非供給時間帯は貯湯タンク内の湯水のみで、ヒートポンプユニットは駆動せさないままでの融雪とした事を特徴とする貯湯式給湯装置を熱源とした融雪システム。
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JP2009097826A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Panasonic Corp | ヒートポンプ給湯装置 |
JP2012112583A (ja) * | 2010-11-25 | 2012-06-14 | Panasonic Corp | ヒートポンプ温水暖房機 |
JP2013142492A (ja) * | 2012-01-10 | 2013-07-22 | Rinnai Corp | 暖房装置 |
JP2013142491A (ja) * | 2012-01-10 | 2013-07-22 | Rinnai Corp | 給湯暖房装置 |
-
2003
- 2003-05-13 JP JP2003133981A patent/JP2004340399A/ja active Pending
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