JP4654495B2 - 温水暖房器 - Google Patents
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Description
【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
Claims (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。
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