JP6376389B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

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本発明は貯湯給湯装置に関し、特に出湯運転開始時における補助熱源機から出湯される湯水温度の変動を抑制可能な貯湯給湯装置である。
従来から、高温の湯水を生成して貯湯し、所望の給湯先に供給可能な貯湯給湯装置が実用に供されている。この種の貯湯給湯装置は、湯水を貯留する為の貯湯タンク、各種の弁類や各種の通路類、貯湯タンクの湯水を加熱する為の主熱源機、貯湯タンクに貯留されている湯水温度が低い場合等に再加熱する為の補助熱源機等を備えている。この補助熱源機を備えた貯湯給湯装置は、補助熱源機の燃焼・非燃焼に応じて出湯温度が変動し易いので、この問題を解決する為の技術が種々の文献で開示されている。
例えば、特許文献1の貯湯式給湯システムは、貯湯タンク及び補助熱源機、貯湯タンクからの湯水を補助熱源機を経由して給湯先に出湯する熱源機通路、補助熱源機をバイパスするバイパス通路、バイパス通路に設置されたバイパス制御弁、貯湯タンクから出湯される湯水の流量を検知する流量センサ等を備えると共に、以下の出湯温度を安定化させる機能を備えている。
即ち、上記の特許文献1の貯湯式給湯システムにおいて、補助熱源機による燃焼を行わずに貯湯タンクから出湯を行う蓄熱給湯運転時に、流量センサで検知される湯水の流量が少ない程、バイパス制御弁の開度を下げて補助熱源機側に湯水を流すことで、補助熱源機に水が滞留することを防止し、蓄熱給湯運転から補助熱源機を燃焼させる燃焼給湯運転へ切換えた直後に、補助熱源機から低温の水が出湯されるのを防止し、出湯温度を安定化させることで出湯特性を改善する技術が開示されている。
ところで、上記の補助熱源機を備えた貯湯給湯装置を、集合住宅や狭小住宅に設置したいという要望がある。しかし、貯湯タンクと補助熱源機とを一箇所に纏めて設置する為のスペースを確保できない場合には、貯湯タンクと補助熱源機とを離隔して設置する必要がある。この場合、貯湯タンクと補助熱源機との間の配管距離が長く(例えば10m〜20m程度)なるので、出湯運転時に給湯先から設定温度の湯水が出湯される迄の湯待ち時間が長くなり、捨て水量が増加して出湯特性が悪化するという問題が生じてしまう。
そこで、貯湯タンクと補助熱源機との間の配管距離が長い場合の捨て水量を低減させる為に、貯湯タンク側から設定温度の湯水を出湯させると同時に、補助熱源機を燃焼駆動し、貯湯タンク側の混合弁から補助熱源機に至る出湯通路に滞留している低温の水を設定温度になるように加熱して補助熱源機から出湯することで、貯湯タンク側からの湯待ち時間を短縮して捨て水量を低減し、出湯特性を改善する技術が一般に知られている。
特許第5401531号公報
しかし、上記の貯湯タンクと補助熱源機との間の配管距離が長い場合の出湯特性の改善技術では、補助熱源機へ流入する湯水の温度が上昇してくると、補助熱源機から出湯する湯水の温度も上昇し、補助熱源機の最小燃焼量で燃焼しても加熱し過ぎて、設定温度よりも高い湯水を出湯してしまう。このため、補助熱源機の燃焼を早めに停止させる必要があるが、燃焼を早めに停止させると、燃焼停止後に補助熱源機から燃焼中より低い(設定温度より低い)温度の湯水が出湯されることになるので、出湯温度に極端な変動が生じてしまい、使用者によっては不要な不安感や不信感を与えてしまう虞がある。
特許文献1の出湯特性の改善技術では、補助熱源機内に滞留する湯水温度の低下を防止することで、出湯温度の安定化を図っているが、特許文献1の技術は、蓄熱給湯運転から燃焼給湯運転へ切換えた際の補助熱源機の出湯温度を安定化させる技術であり、この逆の燃焼給湯運転から蓄熱給湯運転へ切換えた際の出湯温度を安定化させる技術ではなく、また、貯湯タンクと補助熱源機との間の配管距離が長い場合の補助熱源機の出湯温度を安定化させる技術でもなく、特許文献1の技術では、上記の課題を改善することは困難である。
本発明の目的は、貯湯給湯装置において、貯湯タンクと補助熱源機との間の配管距離が長い場合でも、使用者に不要な不安感や不信感を極力与えてしまうことがなく、簡単な構造でもって出湯温度の変動を低減可能なもの、等を提供することである。
請求項1の貯湯給湯装置は、湯水を貯留する貯湯タンクと、この貯湯タンクから延びる出湯通路の下流側に設けられ且つ前記貯湯タンクからの湯水の温度が設定温度以下である場合に再加熱を行う補助熱源機を備えた貯湯給湯装置において、前記補助熱源機は、前記出湯通路の下流端が接続される入水部と、この入水部から流入した湯水を加熱可能な湯水加熱部と、この湯水加熱部で加熱された後の湯水の出湯を行う出湯部とを備え、前記入水部と前記出湯部とが熱交換可能に構成されていることを特徴としている。
請求項2の貯湯給湯装置は、請求項1の発明において、前記補助熱源機の外装ケースには、前記入水部としての入水金具及び前記出湯部としての出湯金具が夫々設けられ、前記入水金具と前記出湯金具とは一体的に構成されていることを特徴としている。
請求項1の発明によれば、補助熱源機は、出湯通路の下流端が接続される入水部と、この入水部から流入した湯水を加熱可能な湯水加熱部と、この湯水加熱部で加熱された後の湯水の出湯を行う出湯部とを備え、入水部と出湯部とが熱交換可能に構成されているので、補助熱源機の湯水加熱部によって加熱された湯水と、補助熱源機に流入する湯水とが熱交換することで、出湯温度が低下すると共に入水温度が上昇し、入水温度と出湯温度との温度差が小さくなる。
従って、入水部と出湯部との間で熱交換を行うことで、補助熱源機から出湯する湯水温度は低下するが、補助熱源機へ入水する湯水温度をより早く設定温度の近傍に上昇させることで、補助熱源機の燃焼停止後の低い温度の湯水の出湯を極力抑制することができるので、出湯温度の変動が低減されて出湯特性が改善し、使用者に不要な不安感や不信感を与えてしまうことを防止することができる。
請求項2の発明によれば、補助熱源機の外装ケースには、入水部としての入水金具及び出湯部としての出湯金具が夫々設けられ、入水金具と出湯金具とは一体的に構成されているので、補助熱源機の内部配管と外部配管とを接続する入水金具及び出湯金具を利用することで、熱交換専用の部品を追加的に設ける必要がなくなり、低コストで出湯温度の低減を実現できる。
本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の概略構成図である。 補助熱源機の入水部及び出湯部の正面図である。 第1例の部分変更形態に係る補助熱源機の入水部及び出湯部の正面図である。 第2例の部分変更形態に係る補助熱源機の入水部及び出湯部の正面図である。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
先ず、本発明の貯湯給湯装置1の全体構造について説明する。
図1に示すように、貯湯給湯装置1は、貯湯、給湯、本実施例では省略するが浴槽への給湯及び浴槽の追焚き、床暖房パネル等の温水暖房端末への暖房水の供給等の機能を有するものであり、貯湯タンク3を備えた貯湯タンクユニット2、貯湯タンク3内の湯水の加熱を行う外部の主熱源機4、貯湯タンク3からの湯水の温度が設定温度以下である場合に再加熱を行う補助熱源機5等を備えている。
本実施例の貯湯給湯装置1において、貯湯タンクユニット2と補助熱源機5とは、離隔して(例えば10m〜20m程度離して)設置されている。貯湯タンクユニット2の貯湯タンク3と補助熱源機5とは、配管長の長いタンク出湯通路7を介して接続されている。尚、外部の主熱源機4としては、ヒートポンプ式熱源機や燃料電池発電装置が活用されるが、特にこれらに限定する必要はなく、適宜変更可能である。
次に、貯湯タンクユニット2について説明する。
図1に示すように、貯湯タンクユニット2は、貯湯タンク3、給水通路6、タンク出湯通路7(出湯通路に相当する)、湯水循環回路8、制御ユニット9、熱源出湯通路10、各種の弁類(混合弁13等)、各種のセンサ類及び各種のポンプ類等を備え、これら大部分は外装ケース11内に収納されて構成されている。
貯湯タンク3は、外部の主熱源機4で加熱された高温の湯水(例えば65〜90℃)を貯留可能な密閉タンクで構成され、貯留された湯水の放熱を防ぐ為にタンク周囲は断熱材で覆われている。貯湯タンク3の外周部には、下側から上側に向かって等間隔に複数の温度センサ17a〜17dが順に設けられ、これら複数の温度センサ17a〜17dにより貯湯タンク3内の複数の貯留層の湯水温度が検出される。
給水通路6は、上水源から低温の上水を貯湯タンク3等に供給するものであり、上流給水通路部6a、下流給水通路部6bを有し、上流端が上水源に接続され、下流端が貯湯タンク3の下部に接続されている。上流給水通路部6aと下流給水通路部6bとの間からタンク出湯通路7に接続するバイパス通路12が分岐されている。上流給水通路部6aには、温度センサ17eが設けられ、下流給水通路部6bには、逆止弁19aが設けられている。バイパス通路12には、逆止弁19bが設けられている。
タンク出湯通路7は、貯湯タンク3に貯湯された湯水を補助熱源機5を介して熱源出湯通路10に供給するものであり、上流出湯通路部7a、下流出湯通路部7b、外部出湯通路部7cを有し、上流端が貯湯タンク3に接続され、下流端が補助熱源機5に接続されている。上流出湯通路部7aには、温度センサ17fと流量センサ18aが設けられ、下流出湯通路部7bには、流量センサ17gと温度センサ18bが設けられている。熱源出湯通路10は、補助熱源機5から延びて給湯栓等の所望の給湯先に接続されている。
上流出湯通路部7aと下流出湯通路部7bとの間には、混合弁13が設けられ、この混合弁13に給水通路6から分岐したバイパス通路12が接続されている。混合弁13は、出湯温度が目標給湯設定温度になるように低温の上水と高温の湯水の混合比を制御するものである。バイパス通路12から分岐した分岐通路14が、下流出湯通路部7bに接続され、分岐通路14には、高温出湯回避用の開閉弁15が設けられている。
尚、外部出湯通路部7cの配管長は、貯湯タンクユニット2と補助熱源機5とが離隔状に設置されている構造上、例えば10m〜20m程度と外装ケース11内に設置された上流出湯通路部7aや下流出湯通路部7bと比較して極端に長く設定されている。
湯水循環回路8は、貯湯タンク3と外部の主熱源機4との間に湯水を循環させて湯水を加熱する閉回路であり、低温側循環通路部8a、高温側循環通路部8b等を有し、上流端が貯湯タンク3の下部に接続され、下流端が貯湯タンク3の上部に接続されている。低温側循環通路部8aには、循環ポンプ16が設けられている。
次に、補助熱源機5について説明する。
図1に示すように、補助熱源機5は、貯湯タンク3から延びるタンク出湯通路7の下流側に設けられ、バーナーユニットや熱交換器等を内蔵した公知のガス給湯器で構成されている。補助熱源機5は、貯湯タンク3内の湯水温度が低下した場合等の特別な場合に限り、制御ユニット9から燃焼許可指令が送信されて燃焼作動され、目標給湯設定温度となるように湯水を加熱するものである。
補助熱源機5は、貯湯タンクユニット2から湯水が流入する入水部21と、この入水部21から延びる入水通路部22、この入水通路部22の下流端が接続され且つ入水部21から流入した湯水を加熱可能な湯水加熱部23、この湯水加熱部23から延びる出湯通路部24、この出湯通路部24の下流端が接続され且つ湯水加熱部23で加熱された後の湯水の出湯を行う出湯部25、補助熱源機5を制御する補助制御ユニット26及び各種のセンサ類等を備え、これら大部分は外装ケース27内に収納されて構成されている。
入水通路部22の上流端は、入水部21を介して貯湯タンクユニット2から延びる外部出湯通路部7cの下流端に接続され、入水通路部22の下流端は、湯水加熱部23の潜熱回収用熱交換器23cに接続されている。入水通路部22には、温度センサ28aと流量センサ29が設けられている。入水通路部22から分岐されたバイパス通路30が出湯通路部24に接続され、この分岐部にバイパス弁30aが設けられている。
湯水加熱部23は、燃焼用空気を供給する為の送風ファン(図示略)、補助制御ユニット26によって制御され且つ燃料ガスを燃焼させるバーナーユニット23a、燃焼ガスの主として顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器23b、顕熱回収後の燃焼排気ガスの主として潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器23c、この潜熱回収用熱交換器23cで発生したドレン水を回収するドレン水回収部(図示略)等を備えている。
出湯通路部24の上流端は、湯水加熱部23の顕熱回収用熱交換器23bに接続され、出湯通路部24の下流端は、出湯部25を介して熱源出湯通路10の上流端に接続されている。出湯通路部24には、温度センサ28bが設けられている。
次に、本発明に関連する補助熱源機5の入水部21及び出湯部25の具体的な構造について説明する。
図2に示すように、補助熱源機5の外装ケース27には、入水部21としての入水金具21A及び出湯部25としての出湯金具25Aが設けられ、入水金具21Aと出湯金具25Aとは一体的に構成されている。即ち、入水部21(入水金具21A)と出湯部25(出湯金具25A)とが熱交換可能に構成されている。
具体的に、補助熱源機5は、入水金具21Aと出湯金具25Aとを一体的に構成した真鍮製の入出湯兼用接続金具31を備えている。この入出湯兼用接続金具31は、共通フランジ部32、この共通フランジ部32の外側に形成された円筒状の入水用外部継手部33及び出湯用外部継手部34、共通フランジ部32の内側に形成された円筒状の入水用内部継手部35及び出湯用内部継手部36等を備えている。尚、入出湯兼用接続金具31は、真鍮製のものであるが、特にこの材質に限定する必要はなく、伝熱性能に優れた材質であれば、適宜変更可能である。
共通フランジ部32は、底面視にて矩形状又は円形状に形成されている。共通フランジ部32を介して、入水用外部継手部33の内部流体通路と入水用内部継手部35の内部流体通路とが接続され、出湯用外部継手部34の内部流体通路と出湯用内部継手部36の内部流体通路とが接続されている。即ち、この共通フランジ部32を介して、入水用外部継手部33及び入水用内部継手部35の内部流体通路を流れる湯水と出湯用外部継手部34及び出湯用内部継手部36の内部流体通路を流れる湯水との間で熱交換可能である。
外装ケース27は、金属製薄板から略直方体状に構成され、この外装ケース27の底壁部に、共通フランジ部32が複数のビス部材37によってビス固定されることで、入出湯兼用接続金具31が取付けられている。尚、入出湯兼用接続金具31の外装ケース27への取付け構造は、特にビス固定に限定する必要はなく、適宜変更可能である。
入水用外部継手部33及び出湯用外部継手部34は、外装ケース27の外側に下方に突出するように配置され、先端側(下方)程小径化するテーパ形状に形成されている。入水用外部継手部33及び出湯用外部継手部34のテーパ状外周部には、配管接続用の雄ネジ部が夫々形成され、これら雄ネジ部を介して外部配管が夫々接続される。
即ち、入水用外部継手部33のテーパ状外周部にアダプタ部材41の雌部41aが螺合され、このアダプタ部材41の雄部41bに外部出湯通路部7cの下流側端部の継手用ナット7dが螺合されている。同様に、出湯用外部継手部34のテーパ状外周部にアダプタ部材42の雌部42aが螺合され、このアダプタ部材42の雄部42bに熱源出湯通路10の上流側端部の継手用ナット10aが螺合されている。
尚、入水用外部継手部33及び出湯用外部継手部34の外部配管(外部出湯通路部7cと熱源出湯通路10)との接続構造は、特に上述した構造に限定する必要はなく、入水用外部継手部33及び出湯用外部継手部34が外部配管と夫々接続可能であれば、種々の配管接続構造が適用可能である。
入水用内部継手部35及び出湯用内部継手部36は、外装ケース27の内側に配置され、適当な配管接続構造を介して入水通路部22及び出湯通路部24に接続されている。入水用内部継手部35及び出湯用内部継手部36の内部配管(入水通路部22と出湯通路部24)との接続構造も、入水用内部継手部35及び出湯用内部継手部36が内部配管と夫々接続可能であれば、種々の配管接続構造が適用可能である。
次に、制御ユニット9について説明する。
この貯湯給湯装置1は、制御ユニット9によって制御される。貯湯タンクユニット2側において、各種のセンサの検出信号が制御ユニット9に送信され、補助熱源機5側において、各種のセンサ類の検出信号が補助制御ユニット26を介して制御ユニット9に送信され、制御ユニット9により、貯湯タンクユニット2の動作、主熱源機4の動作、補助熱源機5の動作、各種のポンプ類の作動・停止、各種の弁類の開閉状態の切り換え及び開度調整等を制御し、各種運転(貯湯運転、出湯運転等)を実行する。
制御ユニット9は、補助熱源機5の補助制御ユニット26とデータ通信可能である。また、制御ユニット9は、ユーザーが操作可能な操作リモコン(図示略)とデータ通信可能である。操作リモコンのスイッチ操作により各種の運転が設定されると、その指令信号が操作リモコンから制御ユニット9に送信される。例えば、操作リモコンのスイッチ操作により目標給湯設定温度が設定されると、その目標給湯設定温度データが操作リモコンから制御ユニット9に送信される。
次に、本発明の貯湯給湯装置1の作用及び効果について説明する。
出湯運転時、給湯栓の開放に伴い、貯湯タンク3にかかる給水圧によって貯湯タンク3の上部から高温の湯水が上流出湯通路部7aに押し出され、この高温の湯水は、混合弁13においてバイパス通路12から供給される低温の上水と混合されて設定温度に調整され、この温度調整された混合湯水が下流出湯通路部7bと外部出湯通路部7cとを通って補助熱源機5に送られ、補助熱源機5から熱源出湯通路10を通って給湯栓から出湯される。
ところで、本実施例において外部出湯通路部7cの配管長は長く設定されているので、混合湯水を給湯栓から出湯するには時間がかかる湯待ち状態が発生する。そこで、湯待ち時間を短縮して捨て水量を減らす為に、出湯運転開始時に、貯湯タンクユニット2から設定温度の混合湯水を出湯させると同時に、補助熱源機5を燃焼駆動して、貯湯タンクユニット2から補助熱源機5に至る外部出湯通路部7cや補助熱源機5の内部の入水通路部22に滞留している低温の湯水を設定温度になるように加熱してから、熱源出湯通路10に出湯する。
この補助熱源機5を燃焼駆動する出湯運転時における補助熱源機5の入水部21及ぶ出湯部25においては、入出湯兼用接続金具31の共通フランジ部32を介して、補助熱源機5から出湯する湯水と補助熱源機5に流入する湯水との間で熱交換されるので、補助熱源機5から出湯する湯水が冷却されて出湯温度の急上昇を抑えると共に、補助熱源機5へ入水する湯水が加熱されて入水温度がより早く上昇する。
そして、例えば、温度センサ28aによって、入水温度が設定温度より僅かに低い温度(例えば補助熱源機5の最小燃焼量で加熱しても設定温度を超えない温度)に達したことを検知すると、その検知信号が補助制御ユニット26を介して制御ユニット9に送信され、制御ユニット9から燃焼禁止信号が補助制御ユニット26に送信されて、補助熱源機5の燃焼駆動が停止される。
以上説明したように、補助熱源機5は、タンク出湯通路7の下流端が接続される入水部21と、この入水部21から流入した湯水を加熱可能な湯水加熱部23と、この湯水加熱部23で加熱された後の湯水の出湯を行う出湯部25とを備え、入水部21と出湯部25とが熱交換可能に構成されているので、補助熱源機5の湯水加熱部23によって加熱された湯水と、補助熱源機5に流入する湯水とが熱交換することで、出湯温度が低下すると共に入水温度が上昇し、入水温度と出湯温度との温度差が小さくなる。
従って、入水部21と出湯部25との間で熱交換を行うことで、補助熱源機5から出湯する湯水温度は低下するが、補助熱源機5へ入水する湯水温度をより早く設定温度の近傍に上昇させることで、補助熱源機5の燃焼停止後の低い温度の湯水の出湯を極力抑制することができるので、出湯温度の変動が低減されて出湯特性が改善し、使用者に不要な不安感や不信感を与えてしまうことを防止することができる。尚、出湯運転開始時は、補助熱源機5における出湯温度と入水温度との温度差は大きい為に、出湯温度は設定温度からある程度低下するが、時間の経過と共に入水温度が上昇して温度差が小さくなるので、出湯温度は設定温度から殆ど低下しなくなる。
また、補助熱源機5の外装ケース27には、入水部21としての入水金具21A及び出湯部25としての出湯金具25Aが夫々設けられ、入水金具21Aと出湯金具25Aとは一体的に構成されているので、補助熱源機5の内部配管と外部配管とを接続する入水金具及び出湯金具を利用することで、熱交換専用の部品を追加的に設ける必要がなくなり、低コストで出湯温度の変動の低減を実現できる。
次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
[1]前記実施例において、入水金具21Aと出湯金具25Aとは一体的に構成されているが、特にこの構造に限定する必要はなく、入水部21と出湯部25とが熱交換可能に構成されていれば、入水金具21Aと出湯金具25Aとは別体に構成しても良く、その構造は適宜変更可能である。
即ち、図3に示すように、補助熱源機5に入水部21としての入水金具21B及び出湯部25としての出湯金具25Bが夫々設けられ、入水金具21Bと出湯金具25Bとは別体に構成され、入水金具21Bと出湯金具25Bに夫々接続される外部出湯通路部7cの継手用ナット7dと熱源出湯通路10の継手用ナット10aとに伝熱性能に優れた金属製テープ45(例えばアルミテープ)を複数層に巻き付けることで、入水部21と出湯部25とを熱交換可能に構成しても良い。
また、図4に示すように、補助熱源機5に入水部21としての入水金具21B及び出湯部25としての出湯金具25Bが夫々設けられ、入水金具21Bと出湯金具25Bとは別体に構成され、例えば、外部出湯通路部7cと熱源出湯通路10とを、例えば金属製のフレキ管で夫々構成し、外部出湯通路部7cと熱源出湯通路10の補助熱源機5近傍の配管部分に伝熱性能に優れた金属製テープ46(例えばアルミテープ)を複数層に巻き付けることで、入水部21と出湯部25とを熱交換可能に構成しても良い。
[2]その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
1 貯湯給湯装置
3 貯湯タンク
5 補助熱源機
7 タンク出湯通路(出湯通路)
21 入水部
21A 入水金具
23 湯水加熱部
25 出湯部
25A 出湯金具

Claims (2)

  1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、この貯湯タンクから延びる出湯通路の下流側に設けられ且つ前記貯湯タンクからの湯水の温度が設定温度以下である場合に再加熱を行う補助熱源機を備えた貯湯給湯装置において、
    前記補助熱源機は、前記出湯通路の下流端が接続される入水部と、この入水部から流入した湯水を加熱可能な湯水加熱部と、この湯水加熱部で加熱された後の湯水の出湯を行う出湯部とを備え、
    前記入水部と前記出湯部とが熱交換可能に構成されていることを特徴とする貯湯給湯装置。
  2. 前記補助熱源機の外装ケースには、前記入水部としての入水金具及び前記出湯部としての出湯金具が夫々設けられ、前記入水金具と前記出湯金具とは一体的に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の貯湯給湯装置。
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