JP2006105538A - 給湯タンクおよびそれに用いる真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に構造が複雑化することなく熱効率を高められるようにする。
【解決手段】 断熱構造を有するタンク体１と、供給される水５をタンク体１内に流入させる冷水流入口２と、タンク体１内で加熱された温水６を外部に流出させて消費に供する温水流出口３と、タンク体１内の水５を加熱するヒータ４とを備え、冷水流入口２はヒータ４の近傍に位置し、温水流出口３はヒータ４から離れる冷水流入口２との対向位置にあるようにして、上記の目的を達成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は給湯タンク、特に供給される水をヒータで加熱して温水とし給湯に供する簡易な給湯タンクおよびそれに用いる真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法に関するものである。

給湯タンクとしては真空断熱容器を利用したヒータを持たないもの（例えば、特許文献１参照。）、ヒータを持ったものの双方が知られている。ヒータを持たないものは主として温水を受け入れて貯湯しておき、温水を受け入れる都度貯湯している温水を送り出すもので、エンジンなどの発熱機器を冷却する冷却水の循環系途中に置かれて、発熱機器停止時に受け入れている温水を貯湯状態にしておくことで、発熱機器の次の始動時の冷却水の循環時に貯湯状態の冷却水を送り出して発熱機器の立ち上がり時の温度補償に役立てるといったことには好適であるが、貯湯しながらその都度の消費に供するようないわゆる給湯を行うには温度保証機能が低く不向きである。一方、ヒータを持った給湯タンクはヒータを持たないものに対して温度保証機能が高く、開示すべき特許文献は見当たらないが、従来から、洗面台などに付帯させて水道に直結し、蛇口などの水栓へ給湯するような簡易な給湯システムに用いられ普及している。
特開２００４−２２４１５３号公報

しかし、従来のヒータを持った給湯タンクは断熱構造を有していないなど、保温性、熱効率について余り追求されたものでなく、保温温度に対する消費電力が高い上に、温度保証機能を重視すると一時的な温度過剰状態を招きやすい。また、水道に直結して用いる給湯システムでの給湯タンクは７〜１０ｋｇ／ｃｍ²程度の内圧に耐える必要があり、それには金属製の真空二重容器を用いるのが好適である。

本発明の目的は、特に構造が複雑化することなく熱効率を高められる給湯タンクおよびそれに用いる真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の給湯タンクは、断熱構造を有するタンク体と、供給される水をタンク体内に流入させる冷水流入口と、タンク体内で加熱された温水を外部に流出させて消費に供する温水流出口と、タンク体内の水を加熱するヒータとを備え、冷水流入口はヒータの近傍に位置し、温水流出口はヒータから離れる冷水流入口との対向位置にあることを１つの特徴としている。

このような構成では、供給される水を断熱構造を有するタンク体内に流入させてヒータで加熱し貯湯するので保温性が高く、ヒータで加熱された温水の熱を外部に逃がしにくいし、冷水流入口がヒータの近傍に位置して温度の低い供給水をヒータの近傍に流入させてヒータまわりの先に加熱されている温水をヒータから遠ざけながら流入水のヒータとの熱交換を図って即時に加熱を受けられるようにするのに併せ、流入する供給水に追いやられながら貯湯されている温水を供給水による乱れや混合の影響を最も受けにくい冷水流入口との対向位置にて貯湯温度のまま流出させやすい。

本発明の給湯タンクは、また、それぞれ上下内筒部材どうし、上下外筒部材どうしを直接または間接に溶接接合した内筒と外筒とを二重に組合せてそれらの間を真空とした断熱構造を有するタンク体と、供給される水をタンク体の二重構造部または一重構造部を貫通するパイプを通じタンク体内に流入させる冷水流入口と、タンク体内で加熱された温水をタンク体の二重構造部または一重構造部を貫通するパイプを通じ外部に流出させて消費に供する温水流出口と、タンク体内の水を加熱するヒータとを備え、冷水流入口はヒータの近傍に位置し、温水流出口はヒータから離れる冷水流入口との対向位置にあることを別の特徴としている。

このような構成では、前記１つの特徴の場合に加え、さらに、タンク体が真空二重構造を有したもので、狭い真空空間を持ったスリムな構造にて高い保温性を確保できる上、真空二重構造であっても上下内筒部材どうし、上下外筒部材どうしを直接または間接に溶接接合した内筒と外筒とを二重に組合せて簡単に、かつ堅牢なものとして得られる。

ヒータが、タンク体の下部に形成した開口を塞ぐ蓋または栓に設けられてタンク体内に臨んでいる、さらなる構成では、
タンク体に設けた開口を蓋板または栓で塞ぐことにより貯湯機能を確保しながら、この蓋板または栓にヒータを設けることでそのヒータをタンク体内に臨ませ、供給水に直接接して加熱できる。

冷水流入口が、タンク体の下部側からタンク体内に臨みまたは延びるパイプによって形成されて、タンク体の下部に設けたヒータの近傍に位置し、温水流出口は、タンク体の上部側からタンク体内に臨みまたは延びるパイプによって形成され、タンク体の上部に位置している、さらなる構成では、
冷水流入口がヒータと共にタンク体の下部に位置して、流入水をタンク体下部で加熱して昇温による上部への移動をも伴い、流入させる供給水のヒータまわりの加熱温水との更新を促進することが、短く貯湯域の温水と接しないことでその熱を外部に逃がしにくいパイプによって達成でき、温水流出口がタンク体の上部に位置して、内部空気の追い出しを図りながら貯湯している上部の温水を優先して送り出し給湯することが、短く貯湯域の温水とほとんど接しないことでその熱を外部に逃がし難いパイプによって達成することができる。

冷水流入口および温水流出口が、いずれも、タンク体の下部側からタンク体内に臨みまたは延びるパイプによって形成されている、さらなる構成では、
パイプが外部からタンク体内に通じて冷水流入口および温水流出口を所定位置に位置させるのに、タンク体の熱が逃げ易い上部にパイプを設けないで達成することができる。

タンク体の下部に設けるパイプが、前記蓋または栓に設けられている、さらなる構成では、
冷水流入口またはおよび温水流出口を形成するパイプをタンク体の下部に設けるのに、タンク体の下部に形成したヒータを内部に臨ませるための開口と、この開口を塞ぐ蓋板または栓とを共用して設けられる。

温水流出口は、タンク体内の最上部またはその近傍に位置する、さらなる構成では、
給湯に際してタンク体内に残っている空気を追い出しやすい。

ヒータが、真空二重構造のタンク体の一重底部の外面に当てがって設けられている、さらなる構成では、
ヒータをタンク体内に臨ませない簡単な構造にて設けながら、一重底部を介することで真空二重構造の影響なしにタンク体内に流入する供給水を効率よく加熱することができる。

本発明の真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法は、上内筒部材および下内筒部材と、上外筒部材および下外筒部材とを椀状に絞り加工する工程と、ヒータの挿入またはおよび供給水の流入を図るパイプまたは接合口と温水流出口を持ったパイプとを上内筒部材および下内筒部材の軸線上かこの軸線と平行となる向きにてそれらの一方に溶接接合するか、双方に振り分けて溶接接合する工程と、上内筒部材および下内筒部材にそれらに溶接接合したパイプに対する接合穴の嵌め合わせを伴い上外筒部材および下外筒部材を被せる工程と、上内筒部材および下内筒部材の胴部間と上外筒部材および下外筒部材の胴部間とを直接または間接に溶接接合してタンク体を形成する工程と、上外筒部材またはおよび下外筒部材の接合穴とパイプとの嵌め合わせ部や接合口間を封止処理や溶接接合する工程と、内筒および外筒間を外筒に設けた排気穴から真空排気した後封止する工程とを備え、真空二重構造を持った断熱タンク体を製造することを特徴としている。

このような構成では、内筒よび外筒を形成するのに溶接接合し合う金属材料などからなる上下内筒部材どうし、上下外筒部材どうしの形状が全体で共通している同一部材どうし、あるいは基本形状が共通し合っている類似部材どうしを組み合わせて、必要なら耐圧形状をも満足して形成でき、内筒および外筒を二重に組み合わせるのに、上下内筒部材の一方または双方に溶接接合しておいたパイプや接合口に上下外筒部材の一方または双方の接合穴や接合口との嵌め合いによる位置決めを伴う上下外筒部材の上下内筒部材への軸線上での被せ付けにより簡単に行って、しかも、パイプおよび接合穴間や接合口間の封止や接合、および内筒および外筒のヒータをタンク体内に臨ませる開口のための接合口間の溶接接合または下内筒部材の底部とその所定域を露出させる下外筒部材の底部接続口との間の溶接接合を外回りから容易に行ってヒータによる加熱と貯湯ができ、かつパイプ接続部以外、またはパイプ接続部および開口部以外を二重構造としたタンク体が得られ、これの二重構造部を真空排気した後封止することで広い範囲に真空二重構造を持った断熱タンク体とすることができる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下に続く詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ自体単独で、あるいは種々な組合せで複合して採用することができる。

本発明の給湯タンクの１つの特徴によれば、特に構造が複雑化しまたコスト上昇の原因になるようなことなく保温性を高めてヒータで加熱した温水の熱を外部に逃がしにくい分だけ消費電力を抑えられ、しかも供給水はヒータの近傍に流入させて加熱されやすく、かつ、先に加熱されている温水は供給水流入部との対向側に遠ざけられて貯湯されているのをその位置にて供給水の影響なく流出させ、温度保証性よく給湯することができる。

本発明の給湯タンクの別の特徴によれば、前記１つの特徴の場合に加え、さらに、タンク体の真空二重構造による狭い真空空間を持ったスリムな構造にて高い保温性を確保してさらなる省エネが図れる上、真空二重構造であっても金属材料などよりなる上下内筒部材どうし、上下外筒部材どうしを直接または間接に溶接接合した内筒と外筒とを二重に組合せて簡単に、かつ耐圧に十分な堅牢なものとして得られる。

本発明の真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法によれば、金型点数および部品点数、組み立て工数少なく耐圧形状をも満足して、しかも、上下内筒部材に溶接接合しておいたパイプを利用した位置決めを伴う上下外筒部材の嵌め合いによる二重構造化および、それを利用したヒータによる加熱ができる広い範囲での真空二重構造化が簡単に実現し、保温性、省エネ性の高い断熱タンク体が生産性よく安価に得られる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限り種々な組合せで複合して採用することができる。

以下、本発明の実施の形態の給湯タンクおよびこれに用いる真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法について幾つかの例とともに図１〜図１２を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。

本実施の形態の給湯タンクは、図１に示す例、図２に示す例、図３に示す例、図４、図５に示す例、図６〜図８に示す例、図９、図１０に示す例、図１１、図１２に示す例のような具体的形態をなしているが、それぞれ図１、図２、図３、図４、図６、図９に示すように、断熱構造を有する断熱タンク体１と、供給される水５を断熱タンク体１内に流入させる冷水流入口２と、断熱タンク体１内で加熱された温水６を外部に流出させて消費に供する温水流出口３と、断熱タンク体１内の水を加熱するヒータ４とを備え、冷水流入口２はヒータ４の近傍に位置し、温水流出口３はヒータ４から離れる冷水流入口２との対向位置にあることを基本的な構成としている。これにより、供給される水５を断熱構造を有する断熱タンク体１内に流入させてヒータ４で加熱し貯湯するので保温性が高く、ヒータ４で加熱された温水６の熱を外部に逃がしにくいものとなる。また、冷水流入口２がヒータ４の近傍に位置して温度の低い供給水５をヒータ４の近傍に流入させてヒータ４まわりの先に加熱されている温水６をヒータ４から遠ざけながら流入水のヒータとの熱交換を図って即時に加熱を受けられるようにするのに併せ、冷水流入口２からの供給水５によりヒータ４から遠ざけられながら貯湯されている温水６を、供給水５による乱れや混合の影響を最も受けにくい冷水流入口２との対向位置にて、貯湯温度のまま流出させやすい。この結果、特に構造が複雑化しまたコスト上昇の原因になるようなことなく保温性を高めてヒータ４で加熱した温水６の熱を外部に逃がしにくい分だけ消費電力を抑えられ、しかも供給水５はヒータ４の近傍に流入させて加熱されやすく、かつ、先に加熱されている温水６は供給水５の流入部との対向側に遠ざけられて貯湯されているのをその位置にて供給水５の影響なく流出させ、温度保証性よく給湯することができる。

また、断熱タンク体１は一重容器の外回りを断熱材で覆うといった断熱構造とすることもできるが、図１、図２、図３、図４、図６、図９に示すいずれの断熱タンク体１も、熱伝導性の低いステンレス鋼よりなる金属製で内筒１１と外筒１２との間を真空空間１３とした真空二重構造を有したものとしてあり、狭い真空空間１３を持ったスリムな構造にて高い保温性を確保でき、また必要な内圧に耐える堅牢なものとなる。このような二重構造は、それぞれ上下内筒部材１１ａ、１１ｂどうし、上下外筒部材１２ａ、１２ｂどうしを図１、図２、図３、図４に示す接合部２１、２２、図６、図８に示す接合部２３のように直接に、または図６、図８に示す接合部２４のように間接に溶接接合した内筒１１と外筒１２との二重の組合せで容易に得られ、それらの間を真空空間１３とすることで断熱タンク体１とすることができる。このような真空二重構造の断熱タンク体１であっても、供給水５を断熱タンク体１の図１、図４に示すように二重構造部１ａを貫通しまたは図２、図３、図６、図９に示すように一重構造部１ｂを貫通するパイプ１４を通じ断熱タンク体１内に流入させる冷水流入口２を設け、断熱タンク体１内で加熱された温水６を断熱タンク体１の図１、図４、図６、図９に示すように二重構造部１ａを貫通し、または図２、図３に示すように一重構造部１ｂを貫通するパイプ１５を通じ外部に流出させて消費に供する温水流出口３を設けてあることにより、供給水５を所定位置に流入させてヒータ４により加熱させ、加熱して貯湯している温水６を供給水５の流入に伴い押出すように流出させて給湯し消費に供することができる。また、供給水５を加熱するヒータ４は、断熱タンク体１に設けた図１、図２、図３、図４、図９に示すような開口２５を塞いで断熱タンク体１の貯湯機能を確保する図１、図２に示すような蓋板２６または図３、図９に示すような栓２７に設けて、断熱タンク体１内に臨ませることで、真空二重構造の断熱タンク体１であるにもかかわらず供給水５をそれに直接接して効率良く加熱することができる。

もっとも、図６に示すように断熱タンク体１の一重構造部１ｂの外面にヒータ４を当てがっても、ドーナツ型の面ヒータ形態などとして接触面積を大きく採ることで断熱タンク体１内の供給水５を外部から比較的効率よく加熱することができる。この場合、外部への熱の逃げや危険を防止するためにヒータ４の背部は特に遮熱構造やカバーなどの保護構造を採用するのが好適である。

ここで、図１に示す例について詳述する。断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状をした内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした外筒１２との組合せによる真空二重構造において、それらの底部に設けた接合口１１ｃ、１２ｃどうしを溶接接合した前記開口２５を形成し、この開口２５の内周にステンレス鋼製の蓋板２６のヒータ４および温度センサ３３を設けた栓部２６ａをシール部材、具体的にはＯリング３２を介し外側から嵌め合せて密封するとともに、ヒータ４および温度センサ３３を断熱タンク体１の底部内に臨ませ、栓部２６ａの外回りのフランジ２６ｂを外筒１２の開口２５のまわりに接合部３６で示す溶接接合などして設けた取り付け金具３４にねじ３５によりねじ止めして前記密封状態、ヒータ４および温度センサ３３の挿入状態を保持するようにしている。これに対し、冷水流入口２は、断熱タンク体１の下部側、つまり底部外周の二重構造部１ａを封止状態で貫通して断熱タンク体１内に臨むステンレス鋼製のパイプ１４によって形成して、断熱タンク体１の下部に設けたヒータ４の近傍に位置させ、温水流出口３は、断熱タンク体１の底部外周の二重構造部１ａを封止状態で貫通して断熱タンク体１内に延びるステンレス鋼製のパイプ１５によって形成し、断熱タンク体１内の最上部に温水流出口３が位置するようにしてある。また、冷水流入口２の直ぐ上には内筒１１の内面に溶接などして取り付けた邪魔板３７を設け、流入する供給水５をヒータ４のまわりに拡散させて加熱の即時性と効率とを高め、かつ温水６の貯湯域に至って乱したり温度を下げたりするのを防止している。温度センサ３３はシーズヒータをＵ字上に折り曲げたヒータ４に囲われる位置にあって、空焚き時にヒータ４からの熱を感知しやすく通電オフなどの空焚き対策の制御措置がいち早く採れるようになる。冷水流入口２は内筒１１の最低位部に開口させるとドレン水処理に兼用することができる。

以上のように、冷水流入口２がヒータ４と共に断熱タンク体１の下部に位置していると、流入する水５は断熱タンク体１下部でヒータ４により加熱して昇温による上部への移動をも伴い、流入させる供給水５のヒータ４まわりの加熱温水との更新を促進することが、短く貯湯域の温水６と接しないことでその熱を外部に逃がしにくいパイプ１４によって達成でき、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置して、内部空気の追い出しを図りながら貯湯している上部の温水６を優先して送り出し給湯することが断熱タンク体１の底部側から延びるパイプ１５によって達成することができる。この結果、パイプ１４、１５、ヒータ４、温度センサ３３のいずれも断熱タンク体１の熱の逃げやすい上部とは反対の底部側を貫通する構造となり、断熱タンク体１を貫通することによる熱の逃げを抑えられる利点がある。また、ねじ３５によるねじ止めを外せばヒータ４や温度センサ３３、Ｏリング３２などのメンテナンスができる。

なお、このような給湯タンクは、洗面台の近くに設置して冷水流入口２を形成しているパイプ１４に水道管を接続し、温水流出口３を形成しているパイプ１５には蛇口などの栓装置を接続しておけば、栓を開ける都度、水道圧にて断熱タンク体１内で加熱され貯湯されている温水６を流出させて貯湯温度での給湯をし消費に供せるのと同時に、給湯して消費される温水６の分量だけの水５が断熱タンク体１内に流入して加熱され貯湯されるようにして次の使用に対応できるので、簡易な給湯システムとして便利である。このために、断熱タンク体１の下部外まわりなどに周方向３箇所以上に据え付け用の脚４１を溶接などしてとりつけてある。また、真空空間１３内にはゲッター４２を収容して外筒１２の内面などに固定してあり、真空状態を維持しやすくしている。外筒１２の一部例えば上部に内筒１１、外筒１２間を真空空間１３とするための真空排気穴４３と真空排気後に施した封止部４４とを有している。なお、内筒１１の接合部２１はどの位置にあってもよく、外筒１２の接合部２２は内筒１１との嵌め合わせ構造上胴部のどの位置にあってもよい。しかし、胴部のほぼ中間部に位置させることで、上下内筒部材１１ａ、１１ｂ、上下外筒部材１２ａ、１２ｂのそれぞれの絞り加工度を均等に小さく抑えられる利点がある。

図２に示す例について詳述する。図１に示す場合同様に、断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした外筒１２との組合せによる真空二重構造としたものにおいて、それらの底部に設けた接合口１１ｃ、１２ｃどうしを溶接接合した前記開口２５を形成している。しかし、この開口２５の内周にステンレス鋼製の蓋板２６のヒータ４、ステンレス鋼製のパイプ１４、１５を設けた栓部２６ａをシール部材、具体的にはＯリング３２を介し外側から嵌め合せて密封するとともに、ヒータ４、パイプ１４、１５の冷水流入口２および温水流出口３を断熱タンク体１の底部内に図１の場合と同じヒータ４の近傍とこれと離れた対向位置関係を満足して臨ませ、栓部２６ａの外回りのフランジ２６ｂを外筒１２の開口２５のまわりに接合部３６で示す溶接接合などして設けた取り付け金具３４にねじ３５によりねじ止めして前記密封状態、ヒータ４、パイプ１４、１５の挿入状態を保持するようにし、温度センサ３３は栓部２６ａの外面に当てがって設けた点で相違している。

これにより、ヒータ４、パイプ１４、１５の全てが蓋板２６による一重構造部１ｂを貫通するだけであり、構造がさらに簡略化する。また、パイプ１４およびその冷水流入口２はシーズヒータをＵ字上に折り曲げたヒータ４に囲われる位置にあって、冷水流入口２から断熱タンク体１内に流入する供給水５との熱交換、加熱の即時性および効率をさらに高められる利点がある。従って、図１に示す場合のような邪魔板３７は不要である。一方、温度センサ３３はヒータ４と近接して対向する位置関係とし空焚き時にヒータ４からの熱を受けやすく早期の制御措置が採れるようにしている。しかし、ヒータ４と温度センサ３３とは一重構造部１ｂを介して熱伝導し合う関係として空焚き時のさらなる安全を図ることもできる。また、前記ねじ３５によるねじ止めを外せば、ヒータ４、パイプ１４、１５、Ｏリング３２などのメンテナンスができる。

図３に示す例について詳述する。断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合して上下に丸みのない非耐圧形状とした内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした外筒１２との図１に示す例のような組合せによる真空二重構造において、それらの底部に設けた接合口１１ｃ、１２ｃどうしを溶接接合した前記開口２５を形成している。しかし、この開口２５の内周にステンレス鋼製の前記栓２７を上下２段のシール部材、具体的にはＯリング３２を介し外側から嵌め合せて密封する構造において、この栓２７にヒータ４、ステンレス鋼製のパイプ１４を設けて、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２を断熱タンク体１の底部内に臨ませてあり、栓２７はその外周に設けたスカート壁２７ａを開口２５の外周とのねじ嵌合部５１によって前記密封状態およびヒータ４およびパイプ１４の挿入状態を維持するようにしている。また、温水流出口３は断熱タンク体１の上部の外筒１２の上部の接合口５２を内筒１１の上部に接合部５３で示すように溶接接合して露出させた一重構造部１ｂにパイプ１５を溶接接合などして接続して温水流出口３が断熱タンク体１の上部に臨むようにしてある。

これにより、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が断熱タンク体１の下部に位置し、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置する対向関係を満足しそれによる既述した作用を発揮する。特に、パイプ１４は栓２７に一体成形して栓２７の断熱タンク体１の最低位部をなす上面に冷水流入口２を開口させてあり、温水流出口３は断熱タンク体１内の最上部に開口させてあって、双方は最も離れた対向位置となって、流入する供給水５が流出する温水６に影響しにくくなるし、パイプ１４はドレン水の処理に兼用でき、パイプ１５は断熱タンク体１内に残存することのある空気を温水流出時に最優先してしかも余すことなく排出させやすい。また、シーズヒータよりなるヒータ４は栓２７の上面に断熱スペーサ１５２を介し当てがってねじ５４で止めたアルミニウム製の邪魔板１５３の上面に取り付け、冷水流入口２から流入する供給水５を邪魔板１５３で周りへ拡散させながらヒータ４からの熱を伝導して熱交換し、効率良く加熱できるようにしている。また、邪魔板１５３は流入する供給水５が温水６の側に向かう勢力を弱めて、温水６への影響を抑制している。また、ねじ嵌合部５１の嵌合を緩めて栓２７を取り外すとヒータ４やパイプ１４などのメンテナンスができる。なお、スカート壁２７ａは別体のものを栓２７に溶接接合するなどして一体にしてある。しかし、パイプ１４やスカート壁２７ａは栓２７と一体に形成されても別体に形成されてもよい。

図４、図５に示す例について詳述する。図４に示すように断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状をした内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした外筒１２との組合せによる真空二重構造において、それら内筒１１および外筒１２の底部を貫通して封止状態にて設けたパイプ６１により開口２５を形成して、図２に示すような蓋板２６または図３に示すような栓２７を装着することにより密閉するのに併せ、図３に示す例のようにそれらに設けた少なくともヒータ４およびパイプ１４を断熱タンク体１内に挿入し、冷水流入口２がヒータ４とともに断熱タンク体１の下部内、底部内に位置するようにし、内筒１１および外筒１２の上部を貫通して封止状態にて設けたパイプ１５により断熱タンク体１内の上部に臨む温水流出口３を形成している。これによって、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が断熱タンク体１の下部に位置し、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置する対向関係を満足しそれによる既述した作用を発揮する。

このような断熱タンク体１は、図４に示すような上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂと、上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂとを、図５（ａ）に上下内筒部材１１ａ、１１ｂで代表して示すような椀状に絞り加工する工程と、図５（ａ）に示すようなヒータ４の挿入またはおよび供給水５などの流入を図るパイプ６１および温水流出口３を持ったパイプ１５を上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂの軸線上かこの軸線と平行となる向きにてそれらの一方に溶接接合するか、図５（ｂ）に示すように双方に振り分けて溶接接合する工程と、図５（ｄ）に示すように上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂにそれらに溶接接合したパイプ６１、１５に対する接合穴の嵌め合わせを伴い上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂを被せる工程と、上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂの胴部間と上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂの胴部間とを図５（ｄ）に示すように直接に、または図６、図９に示すような間接に溶接接合してタンク体１ｃを形成する工程と、上外筒部材１２ａまたはおよび下外筒部材１２ｂの接合穴とパイプとの嵌め合わせ部を封止処理する工程と、図５（ｅ）に示すように内筒１１および外筒１２間を外筒１２に設けた真空排気穴４３から真空排気した後封止し封止部４４を形成する工程とで、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が下部に位置し、温水流出口３が上部に位置する対向関係を満足する断熱タンク体１を形成することができる。

さらに具体的には、上下内筒部材１１ａ、１１ｂのパイプ６１、１５の接合穴との嵌め合せを伴い上下外筒部材１２ａ、１２ｂを上下内筒部材１１ａ、１１ｂに被せ付けてパイプ６１、１５と接合穴との間を溶接接合し、その後、パイプ１５、６１には配管接続用のフランジ６２、６３を溶接などして後付けしてから、最後に真空排気して封止するのが好適である。ここで、パイプ６１は冷水流入口２を持ったパイプ１４とし、ヒータ４は図５（ｅ）に仮想線で示すように断熱タンク体１の下内外筒部材１１ｂ、１２ｂを開口２５、栓２７などを利用して挿入する構成とすることもできる。また、パイプ６１自体を開口２５で代替することもでき、この場合下外筒部材１２ｂの口部が下内筒部材１１ｂの口部に直接嵌合して溶接接合されることになる。

これにより、内筒１１よび外筒１２を形成するのに溶接接合し合う金属材料などからなる上下内筒部材１１ａ、１１ｂどうし、上下外筒部材１２ａ、１２ｂどうしの形状が全体で共通している同一部材どうし、あるいは基本形状が共通し合っている類似部材どうしを組み合わせて、必要なら耐圧形状をも満足して形成でき、内筒および外筒を二重に組み合わせるのに、上下内筒部材１１ａ、１１ｂの一方または双方に溶接接合しておいたパイプ６１、１５などと上下外筒部材１２ａ、１２ｂの接合穴との嵌め合いによる位置決めを伴う上下外筒部材１２ａ、１２ｂの上下内筒部材１１ａ、１１ｂへの軸線上での被せ付けにより簡単に行って、しかも、パイプおよび接合穴間の封止、および内筒１１および外筒１２のヒータ４を断熱タンク体１内に臨ませる開口のための接合口１１ｃ、１２ｃ間の溶接接合を外回りから容易に行ってヒータ４による直接加熱と貯湯ができ、かつパイプ接続部以外、またはパイプ接続部および開口部以外を二重構造としたタンク体１ｃが得られ、これの二重構造部を真空排気した後封止することで広い範囲に真空空間１３を持った断熱タンク体１とすることができる。

この結果、上下内筒部材１１ａ、１１ｂどうし、上下外筒部材１２ａ、１２ｂどうしは、パイプ６１、１５との接合穴の大きさが少し違うだけで、それぞれ同じ金型で成形して、異なった大きさの穴加工をしたものとすることができ、同じ大きさのパイプ１４、１５を接合するような場合も含めると、金型点数および部品点数、組み立て工数少なく耐圧形状をも満足して、しかも、上下内筒部材１１ａ、１１ｂに溶接接合しておいたパイプ６１、１５などを利用した位置決めを伴う上下外筒部材１２ａ、１２ｂの被せつけによる二重構造化および、それを利用したヒータ４による加熱ができる広い範囲での真空二重構造化が簡単に実現し、保温性、省エネ性の高い断熱タンク体１が生産性よく安価に得られる。

図６〜図８に示す例について詳述する。図６に示すように、断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合した内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合した外筒１２との組合せによる真空二重構造において、それら内筒１１の底部に外筒１２の底部の接合口７１を溶接接合して形成した一重構造部１ｂを形成してパイプ１４を接続することにより冷水流入口２を断熱タンク体１の低部内に臨ませるとともにヒータ４および温度センサ３３を外面から当てがうようにし、かつ、内筒１１および外筒１２の上部どうしを貫通して封止状態にて設けたパイプ１５によって断熱タンク体１の上部内に臨ませている。上下内筒部材１１ａ、１１ｂどうしはそれらのフランジ１１ｄ、１１ｅどうしで直接溶接接合しているのに対し、上下外筒部材１２ａ、１２ｂどうしは上下内筒部材１１ａ、１１ｂのフランジ１１ｄ、１１ｅに溶接接合して間接的に接合した構造とし、内筒１１、外筒１２間を真空空間１３とした断熱タンク体１を形成している。これによって、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が断熱タンク体１の下部に位置し、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置する対向関係を満足しそれによる既述した作用を発揮する。

このような断熱タンク体１は、図６に示すような上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂと、上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂとを、図７（ａ）に上下内筒部材１１ａ、１１ｂで代表して示すような椀状に絞り加工する工程と、図７（ａ）に示すような冷水流入口２をもったパイプ１４および温水流出口３を持ったパイプ１５を、図７（ｂ）に示すように上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂの軸線上かこの軸線と平行となる向きにてそれら双方に振り分けて溶接接合する工程と、図７（ｃ）に示すように上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂにそれらに溶接接合したパイプ１５に対する接合穴の嵌め合わせ、および接合口７１の当接を伴い上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂを軸線方向から被せる工程と、上内筒部材１１ａおよび上外筒部材１２ａをそのフランジ１１ｄを利用して胴部どうしで溶接接合するとともにパイプ１５と接合穴間とを溶接接合し、下内筒部材１１ｂおよび下外筒部材１２ｂをそのフランジ１１ｅを利用して胴部どうしを溶接接合するとともに接合口７１と下内筒部材１１ｂの底部間とを溶接接合する工程と、図８に示すように上内外筒部材１１ａ、１２ａの組み合わ体と下内外筒部材１１ｂ、１２ｂの組み合わせ体とをフランジ１１ｄ、１１ｅどうしの間で溶接接合する工程と、その状態で、内筒１１および外筒１２間を外筒１２に設けた排気穴４３から真空排気した後封止し封止部４４を形成する工程とで、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が下部に位置し、温水流出口３が上部に位置する対向関係を満足する断熱タンク体１を形成することができる。なお、図６に示すように内筒１１の底部近くには通水穴７２ａを配設したステンレス鋼製の拡散板７２を設けて、断熱タンク体１に流入した供給水５が拡散板７２の下に滞留してヒータ４によって加熱されやすく、また加熱された温水６が拡散板７２の上の貯湯域へ流入するのに貯湯域へ拡散させられることにより、貯湯域の一箇所に集中して流入し温度むらを生じるようなことを防止できる。

特に、上下内筒部材１１ａ、１１ｂのパイプ６１、１５との接合穴に設けた内向きの筒状接合縁１１ｆ、および上下外筒部材１２ａ、１２ｂのパイプ６１、１５との接合穴に設けた外向きの筒状接合縁１２ｆは、パイプ６１、１５との溶接接合構造上、断熱タンク体１の耐圧強度を高められる。このことは他の例の場合も特に記載しないが同様である。

図９、図１０に示す例について詳述する。図９に示すように、断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合した内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合した外筒１２との組合せによる真空二重構造において、それら内筒１１の底部に外筒１２の底部の接合口７１を溶接接合して形成した一重構造部１ｂを形成してパイプ１４を接続することにより冷水流入口２を断熱タンク体１の底部内に臨ませるとともに温度センサ３３を外面から当てがうようにし、かつ、内筒１１および外筒１２の上部どうしを貫通して封止状態にて設けたパイプ１５によって断熱タンク体１の上部内に臨ませている。上下内筒部材１１ａ、１１ｂどうしはそれらのフランジ１１ｄ、１１ｅどうしで直接溶接接合しているのに対し、上下外筒部材１２ａ、１２ｂどうしは上下内筒部材１１ａ、１１ｂのフランジ１１ｄ、１１ｅに溶接接合して間接的に接合した構造とし、内筒１１、外筒１２間を真空空間１３とした断熱タンク体１を形成している。また、ヒータ４は下内筒部材１１ｂ、下外筒部材１２ｂの胴部を貫通して接合したパイプ８１にヒータ４を設けた栓２７を嵌め合わせてヒータ４を断熱タンク体１の底部内に臨ませている。これによって、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が断熱タンク体１の下部に位置し、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置する対向関係を満足しそれによる既述した作用を発揮する。栓２７はねじ８２によってパイプ８１のフランジ８１ａにねじ止めしてあり、このねじ止めを解除すると栓２７を取り外すことができ、ヒータ４のメンテナンスができる。この場合のフランジ８１ａはパイプ８１が内筒１１および外筒１２の組合せ後の取り付けであるため、パイプ８１に予め設けておけるので一体成形によって形成することができる。

このような断熱タンク体１は、図７、図８に示す場合と同様に、図９に示すような上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂと、上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂとを、図７（ａ）に上下内筒部材１１ａ、１１ｂで代表して示すような椀状に絞り加工する工程と、図７（ａ）に示すような冷水流入口２をもったパイプ１４および温水流出口３を持ったパイプ１５を、図７（ｂ）に示すように上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂの軸線上かこの軸線と平行となる向きにてそれら双方に振り分けて溶接接合する工程と、図７（ｃ）に示すように上内筒部材１１ａおよび下内筒部材１１ｂにそれらに溶接接合したパイプ１５に対する接合穴の嵌め合わせおよび接合口７１の当接を伴い上外筒部材１２ａおよび下外筒部材１２ｂを軸線方向から被せる工程と、上内筒部材１１ａおよび上外筒部材１２ａをそのフランジ１１ｄを利用して胴部どうしで溶接接合するとともにパイプ１５と接合穴間とを溶接接合し、下内筒部材１１ｂおよび下外筒部材１２ｂをそのフランジ１１ｅを利用して胴部どうしを溶接接合するとともに接合口７１と外内筒部材１１ｂの底部間とを溶接接合する工程と、図８に示すように上内外筒部材１１ａ、１２ａの組み合わ体と下内外筒部材１１ｂ、１２ｂの組み合わせ体とをフランジ１１ｄ、１１ｅどうしの間で溶接接合する工程と、に加え、さらに、図１０の（ａ）〜（ｃ）に下内外筒部材１１ｂ、１２ｂの組合せの工程順を示すように、図１０（ｃ）の最終組み合わせ終了時点で、それらの胴部にパイプ８１を貫通状態に接合することで開口２５を形成し、図９に示すようなヒータ４を持った栓２７を装着できるようにする工程を持ち、この状態で、図８に示す場合同様に内筒１１および外筒１２間を外筒１２に設けた真空排気穴４３から真空排気した後封止し封止部４４を形成する工程とで、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が下部に位置し、温水流出口３が上部に位置する対向関係を満足する断熱タンク体１を形成することができる。

図１１、図１２に示す例について詳述する。図１１に示すように断熱タンク体１は上下内筒部材１１ａ、１１ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状をした内筒１１と上下外筒部材１２ａ、１２ｂを溶接接合して上下に丸みのある耐圧形状とした外筒１２との組合せによる真空二重構造において、それら内筒１１および外筒１２の上部を軸線に平行に貫通して封止状態にて設けたパイプ１４、１５により断熱タンク体１の底部内と上部内とに臨む冷水流入口２と温水流出口３とを形成し、内筒１１および外筒１２の底部にそれらの接合口１１ｃ、１２ｃを溶接接合した開口２５を形成して、図９に示すようなヒータ４を持った栓２７を装着するようにしてある。これにより、ヒータ４およびパイプ１４の冷水流入口２が断熱タンク体１の下部に位置し、温水流出口３が断熱タンク体１の上部に位置する対向関係を満足しそれによる既述した作用を発揮する。本例ではさらにドレンパイプ８３を内、外筒１１、１２に軸線方向にて別途貫通させて設けている。従って、本例での上下内筒部材１１ａ、１１ｂと上下外筒部材１２ａ、１２ｂとの組合せにおいて、パイプ１４，１５およびドレンパイプ８３を先の例のように位置決めのための嵌め合わせ部として利用することができる。

本発明の給湯タンクは水道を利用した洗面台などの栓装置への適時な使用に対応する簡易給湯に実用でき、省エネと温度保証機能を高められる。

本発明の実施の形態に係る給湯タンクの１つの例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクの別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクの他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクの今１つの例を示す断面図である。 図４の給湯タンクに用いる断熱タンク体の製造方法を段階的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクのさらなる１つの例を示す断面図である。 図６の給湯タンクに用いる断熱タンク体の製造方法を最終段階を除いて段階的に示す概略断面図である。 図６の給湯タンクに用いる断熱タンク体の製造方法の最終段階を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクのさらに別の例を示す断面図である。 図９の給湯タンクに用いる断熱タンク体の製造方法における下内外筒部材の組合せ部分について段階的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る給湯タンクのさらに他の例を示す断面図である。 図１１の給湯タンクの分解断面図である。

符号の説明

１ 断熱タンク体
１ａ 二重構造部
１ｂ 一重構造部
２ 冷水流入口
３ 温水流出口
４ ヒータ
５ 水
６ 温水
１１ 内筒
１１ａ 上内筒部材
１１ｂ 下内筒部材
１２ 外筒
１２ａ 上外筒部材
１２ｂ 下外筒部材
１１ｃ、１２ｃ 接合口
１３ 真空空間
２１、２２、２３、２４、３６ 接合部
１４、１５、６１、８１ パイプ
２５ 開口
２６ 蓋板
２７ 栓
３２ Ｏリング
３３ 温度センサ

Claims (9)

1. 断熱構造を有するタンク体と、供給される水をタンク体内に流入させる冷水流入口と、タンク体内で加熱された温水を外部に流出させて消費に供する温水流出口と、タンク体内の水を加熱するヒータとを備え、冷水流入口はヒータの近傍に位置し、温水流出口はヒータから離れる冷水流入口との対向位置にあることを特徴とする給湯タンク。
2. それぞれ上下内筒部材どうし、上下外筒部材どうしを直接または間接に溶接接合した内筒と外筒とを二重に組合せてそれらの間を真空とした断熱構造を有するタンク体と、供給される水をタンク体の二重構造部または一重構造部を貫通するパイプを通じタンク体内に流入させる冷水流入口と、タンク体内で加熱された温水をタンク体の二重構造部または一重構造部を貫通するパイプを通じ外部に流出させて消費に供する温水流出口と、タンク体内の水を加熱するヒータとを備え、冷水流入口はヒータの近傍に位置し、温水流出口はヒータから離れる冷水流入口との対向位置にあることを特徴とする給湯タンク。
3. ヒータは、タンク体の下部に形成した開口を塞ぐ蓋または栓に設けられてタンク体内に臨んでいる請求項１、２のいずれか１項に記載の給湯タンク。
4. 冷水流入口は、タンク体の下部側からタンク体内に臨みまたは延びるパイプによって形成され、タンク体の下部に設けたヒータの近傍に位置し、温水流出口は、タンク体の上部側からタンク体内に臨みまたは延びるパイプによって形成されてタンク体の上部に位置している請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯タンク。
5. 冷水流入口および温水流出口は、いずれも、タンク体の下部側からタンク内に臨みまたは延びるパイプによって形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯タンク。
6. タンク体の下部に設けるパイプは、前記蓋または栓に設けられている請求項３に記載の給湯タンク。
7. 温水流出口は、タンク体内の最上部またはその近傍に位置する請求項１〜６のいずれか１項に記載の給湯タンク。
8. ヒータは、真空二重構造のタンク体の一重底部の外面に当てがって設けられている請求項２に記載の給湯タンク。
9. 上内筒部材および下内筒部材と、上外筒部材および下外筒部材とを椀状に絞り加工する工程と、ヒータ挿入またはおよび供給水の流入を図るパイプまたは接合口と温水流出口を持ったパイプとを上内筒部材および下内筒部材の軸線上かこの軸線と平行となる向きにてそれらの一方に溶接接合するか、双方に振り分けて溶接接合する工程と、上内筒部材および下内筒部材にそれらに溶接接合したパイプに対する接合穴の嵌め合わせを伴い上外筒部材および下外筒部材を被せる工程と、上内筒部材および下内筒部材の胴部間と上外筒部材および下外筒部材の胴部間とを直接または間接に溶接接合してタンク体を形成する工程と、上外筒部材またはおよび下外筒部材の接合穴とパイプとの嵌め合わせ部や接合口間を封止処理や溶接接合する工程と、内筒および外筒間を外筒に設けた排気穴から真空排気した後封止する工程とを備え、真空二重構造を持った断熱タンク体を製造することを特徴とする真空二重構造を持った断熱タンク体の製造方法。

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