JP2009085566A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクからの放熱ロスを低減させて機器の高効率化と、湯切れを防止することで使用性の高い貯湯式給湯装置を提供すること。
【解決手段】水を加熱する加熱手段１と、前記加熱手段１で加熱した湯を貯える貯湯タンク２と、前記貯湯タンクの湯と給水とを混合する混合弁３と、前記混合弁３にて混合した湯を給湯端末１６へ供給する給湯管路６と、前記貯湯タンク２、前記混合弁３、前記給湯管路６を包囲する外装体（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）と、外装用断熱材（１１ａ、１１ｂ）とを備え、前記外装用断熱材（１１ａ、１１ｂ）を、前記外装体（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の天面部１０ａと側面部１０ｂの少なくとも上部とに設けたことを特徴とするもので、貯湯タンク２の熱容量が保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めるとともに、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱手段で加熱した水を貯湯タンクへ貯湯し、給湯、風呂湯張りと保温、暖房、乾燥などに利用する給湯装置に関するものである。

従来のこの種の貯湯式給湯装置は、加熱手段によって水を高温の湯に加熱し、断熱材で被覆された貯湯タンクへ貯留して、給湯端末で利用している（例えば、特許文献１参照）。図１４は、特許文献１に記載された従来の貯湯式給湯装置を示すものである。

図１４で示すように、貯湯タンク２に給水管路５から供給されて貯留されている温度の低い水は、入水管路７に配した水ポンプ９により、入水配管１２を介して加熱手段１へ搬送される。加熱手段１によって加熱されて高温となった湯は、加熱手段１に接続される出湯配管１３と、出湯配管１３に接続して貯湯タンク２へ湯を導く出湯管路８によって、貯湯タンク２の上部より貯留される。

シャワーなどの給湯端末１６で給湯利用する場合は、給水配管１４に接続された給水管路５から供給される給水と、貯湯タンク２に接続された給湯上部管路４から供給される湯を、混合弁３でリモコン（図示せず）等で設定された温度の給湯水となるように、給水と湯を混合し、設定温度となった給湯水は、給湯管路６、給湯管路６に接続する給湯配管１５を順に経由して、給湯端末１６へ供給される。また、貯湯タンク２には、貯湯タンク２から雰囲気への放熱熱量を抑えるために、貯湯タンク用断熱材１７が被覆されている。貯湯タンク２、混合弁３、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８、水ポンプ９などは、天面部の外装体１０ａ、側面部の外装体１０ｂ、底面部の外装体１０ｃによって包囲されることにより、貯湯式給湯装置として形成される。

貯湯タンク用断熱材１７には、断熱性能の高い（熱伝導率が低い）断熱材を利用している。そのため、貯湯タンク２の放熱熱量が低減し、貯湯タンク２の熱容量を比較的長い時間保持することができる。また、貯湯タンク２の放熱熱量の低減に伴い、加熱・保温などに必要な電力量が低減する。貯湯タンク用断熱材１７の材質は、例えば、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の発泡樹脂、または、グラスウール、グラスファイバーなどの繊維材料などが用いられる。
特開２００４−２５１５２１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、貯湯タンク用断熱材１７は貯湯タンク２のみを断熱する構成であって、貯湯タンク用断熱材１７と外装体１０ａ、１０ｂ、１０ｃの間の雰囲気は、外装体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを介して外気から冷却されるため、外気とほぼ同等の温度となり、以下のような課題を有していた。貯湯式給湯装置を零下温度条件で設置すると、零下温度の雰囲気に給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８が曝露されるため、これらの管路には内部の水の凍結防止のための断熱材が必要となっていた。

また、給湯上部管路４、出湯管路８は、高温の湯が流れるため、同様に雰囲気との温度差から生じる放熱ロスを防ぐ断熱材が必要となり、この断熱が不十分な場合は、貯湯タンク２に蓄熱している熱量が、管路４、８を経由して、雰囲気へ放熱し、機器の効率を低下させていた。貯湯タンク２に蓄えられた湯からの放熱熱量が増加すると、貯湯タンク２の
熱容量が保持できなくなるため、水を加熱するために必要な電力量が上昇するとともに、利用者が湯として給湯、風呂、暖房などへ利用できる量が減少する。特に、湯の利用量が多い場合は、貯湯タンク２の残湯が無くなり、給湯ができない湯切れ状態になってしまう。また、貯湯タンク２からの放熱ロスを削減しようとした場合は、貯湯タンク用断熱材１７の厚みを増す必要が有り、その場合、貯湯タンク２を包囲する外装のサイズが大きくなるため、設置スペースが増大する。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクからの放熱ロスを低減させて機器の高効率化と、湯切れを防止することで使用性が高く、外装サイズがコンパクトな貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱した湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクの外周面を被覆する貯湯タンク用断熱材と、前記貯湯タンクの湯と給水とを混合する混合弁と、前記混合弁にて混合した湯を給湯端末へ供給する給湯管路と、前記貯湯タンク、前記混合弁、前記給湯管路を包囲する外装体と、外装用断熱材とを備え、前記外装用断熱材の少なくとも１面が、貯湯タンク用断熱材に略当接することを特徴とするものである。

これによって、外装用断熱材は、外装体内部の雰囲気と外気との間の熱抵抗となり、雰囲気と外気の熱交換が抑制される。従って、外装体内部の雰囲気の温度は、従来の構成に比べて上昇するため、貯湯式給湯装置を零下温度条件で設置しても、雰囲気は零下温度以下には下がらず、給湯管路が曝露されても管路内の水は凍結しない。また、雰囲気の温度上昇により湯と雰囲気の温度差は、従来の構成に比べ小さくなるため、貯湯タンクに貯留する高温の湯から、給湯管路を経由して雰囲気へ放熱する熱量も低下する。また、外装用断熱材の少なくとも１面が、貯湯タンク用断熱材に略当接することとしたことにより、内部の空気層に閉空間を設けて、自然対流循環による放熱ロスを抑え、さらには、外装とタンク断熱材との空間が無い部分を削減したことにより、外装サイズを最小となる。

本発明によれば、貯湯タンクからの放熱ロスを低減させて機器の高効率化と、湯切れを防止することで使用性の高い貯湯式給湯装置を提供することができる。

第１の発明は、水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱した湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクの外周面を被覆する貯湯タンク用断熱材と、前記貯湯タンクの湯と給水とを混合する混合弁と、前記混合弁にて混合した湯を給湯端末へ供給する給湯管路と、前記貯湯タンク、前記混合弁、前記給湯管路を包囲する外装体と、外装用断熱材とを備え、前記外装用断熱材の少なくとも１面が、貯湯タンク用断熱材に略当接することを特徴とするもので、給湯管路の断熱材の削減による材料費の削減と、給湯管路から雰囲気への放熱ロス削減より、貯湯タンクの熱容量が保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置を提供できると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。また、外装用断熱材の少なくとも１面が、貯湯タンク用断熱材に略当接することとしたことにより、内部の空気層に閉空間を設けて、自然対流循環による放熱ロスを抑え、さらには、外装とタンク断熱材との空間が無い部分を削減したことにより、外装サイズを最小となる。

また、長時間に渡って高温の湯が貯留されている貯湯タンクの上方部分に対向する外装体の部位には、必ず外装用断熱材を配置することで、最適、且つ、最小限の外装用断熱材の設置により、廉価で機器の効率向上を実現することができる。

第２の発明は、外装用断熱材は、貯湯タンクの天面部および側面部の少なくとも上部および給湯管路の少なくとも一部の外装体の対向部位に設けたことを特徴とするもので、長時間に渡って高温の湯が貯留されている貯湯タンクの上方部分に対向する外装体の部位および高温の給湯管路の少なくとも一部に対向する外装体の部位には、必ず外装用断熱材を配置することで、最適、且つ、最小限の外装用断熱材の設置により、廉価で機器の効率向上を実現することができる。

第３の発明は、加熱手段の動作を制御する電装基盤を備え、前記電装基盤の近傍部の外装体には、外装用断熱材は設けないことを特徴とするもので、電装基盤の雰囲気は外気と熱交換し、近傍の雰囲気温度の上昇は抑制されるから、温度上昇により電装基盤の信頼性を損なうことなく品質を保証することができる。

第４の発明は、外装用断熱材は真空断熱材であることを特徴とするもので、給湯装置の小型化、または、貯湯タンクの大容量化を図ることができる。

第５の発明は、貯湯タンクの外周面に貯湯タンク用断熱材を設けたことを特徴とするもので、給湯管路ならびに貯湯タンク用断熱材の削減による材料費の削減と、貯湯タンクから雰囲気への放熱ロスのさらなる削減により、貯湯タンクの熱容量がさらに長時間に渡って保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となるとともに、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

第６の発明は、貯湯タンク用断熱材の熱伝導率Ｋｉと厚さＬｉは、外装用断熱材の熱伝導率Ｋｏと厚さＬｏに対して、Ｌｉ／Ｋｉ＜Ｌｏ／Ｋｏとなる関係を有すること特徴とするもので、熱抵抗値（Ｌｏ／Ｋｏ）を外装用断熱材が大きいものとして、貯湯タンク用断熱材の熱抵抗値（Ｌｉ／Ｋｉ）の最適化を図り、貯湯タンク用断熱材の厚みを削減による材料費の削減、並びに、本体寸法のコンパクト化を実現することができる。

第７の発明は、貯湯タンク用断熱材は真空断熱材であるもので、給湯装置の小型化または貯湯タンクの大容量化を図ることができる。

第８の発明は、加熱手段として二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転するものとすることにより、貯湯式給湯装置を高温で利用することができ、貯湯タンクの熱容量の増大と、湯切れ防止性をさらに向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図１において、加熱手段１は、貯湯タンク２に貯留された水を高温に加熱する加熱熱源で有り、混合弁３は、給水配管１４に接続された給水管路５から供給される給水と、貯湯タンク２に接続された給湯上部管路４から供給される湯を、リモコン（図示せず）等で設定された温度の給湯水となるように、給水と湯を混合するもので有る。設定温度となった給湯水は、給湯管路６、給湯管路６に接続する給湯配管１５を順に経由して、給湯端末１６へ供給される。貯湯タンク２の外周面には、放熱ロスを低減させるため、貯湯タンク用
断熱材１７が被覆されている。

図１４の従来の構成と同様に、貯湯タンク２に給水管路５から供給されて貯留されている給水は、入水管路７の水ポンプ９により、入水配管１２を介して加熱手段１へ搬送される。加熱手段１によって加熱されて高温となった湯は、加熱手段１に接続される出湯配管１３と、出湯配管１３に接続して貯湯タンク２へ湯を導く出湯管路８によって、貯湯タンク２の上部から貯留する。このとき、貯湯タンク２の内部では、上部に高温の湯水、下部では低温の水が積層状態に蓄えられている。貯湯タンク２、混合弁３、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８、水ポンプ９、貯湯タンク用断熱材１７などは、天面部の外装体１０ａ、側面部の外装体１０ｂ、底面部の外装体１０ｃによって包囲されることにより、貯湯式給湯装置として形成される。

ここで、天面部の外装体１０ａ、側面部の外装体１０ｂの内面には、それぞれの外装体の形状に成型された断熱材、外装用断熱材１１ａ、１１ｂを備えている。また、貯湯タンク２の表面と貯湯タンク用断熱材１７の間には、貯湯タンクに積層状態で貯留されている湯量を検知するための温度センサー２０を湯の積層貯湯方向に複数個（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・）を備えている。この複数個の温度センサー２０の検知する温度によって、貯湯タンクに残る湯量を計算し、この値が予め設定された所定値より少なくなった場合は、加熱手段１の運転動作を行い、貯湯タンク２の貯湯熱量を増加させる。図１において、側面部の外装用断熱材１１ｂは、貯湯タンク用断熱材１７と当接するように設置されている。

図２は、本実施の形態の貯湯式給湯装置の斜視図であり、図３は、本実施の形態の貯湯式給湯装置の上面からの透視図である。図２の外装用断熱材１１ａは天面部の外装体１０ａの内側形状に成型され、図２、図３の外装用断熱材１１ｂは４面の側面部の外装体１０ｂの内側形状に成型されて、底面部の外装体１０ｃと併せた６面で、貯湯タンク２、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８などを包囲する。さらに、側面部の外装用断熱材１１ｂは貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置されている。

以下に、本実施の形態による貯湯式給湯装置の動作、作用を説明する。

貯湯タンク２に貯留された高温の湯（熱）は、外装体１０ａ、１０ｂと貯湯タンク２の断熱材１７と間の雰囲気、外装用断熱材１１ａ、１１ｂ、外装体１０ａ、１０ｂを経由して外気へ放熱し、時間経過と共に温度降下していく。図１４に示す従来の貯湯式給湯装置の構成であっても、同様に、貯湯タンク用断熱材１７、雰囲気、外装体１０ａ、１０ｂを経由して外気へ放熱する。

図４は、このときの側面部の外装用断熱材１１ｂと貯湯タンク用断熱材１７とが当接しない放熱経路（貯湯タンク→雰囲気→外気）の温度分布を示す図である。本発明の構成の温度分布は、貯湯タンク２に滞留する湯の温度Ｔ＿ｉｎ２から、貯湯タンク用断熱材１７の熱抵抗を介して、雰囲気に放熱してＴ＿ｍ３となり、外装用断熱材１０ｂの熱抵抗を介して、外気温度Ｔ＿ｏｕｔとなる。従来の構成の温度分布は、貯湯タンク２に滞留する湯の温度Ｔ＿ｉｎから、貯湯タンク２の貯湯タンク用断熱材１７の熱抵抗を介して、雰囲気の温度Ｔ＿ｍ２となり、外気温度Ｔ＿ｏｕｔとなる。このとき、雰囲気の温度Ｔ＿ｍ３、Ｔ＿ｍ２は、熱抵抗となる断熱材を低温側となる外気に接する外装体１０ｂに設ける本発明の構成の方が高くなる（Ｔ＿ｍ３＞Ｔ＿ｍ２）。

また、雰囲気の温度上昇により湯と雰囲気の温度差は、従来の構成に比べ小さくなるため、貯湯タンク２に貯留する高温の湯から、給湯上部管路４、出湯管路８を経由して雰囲
気へ放熱する熱量も低下する。さらに、放熱経路（貯湯タンク→雰囲気→外気）全体の熱抵抗値は、本発明の構成において外装用断熱材を設けて大きくしているため、貯湯タンク２から外気への放熱熱量が抑制され、貯湯タンク２の湯の温度Ｔ＿ｉｎ２は、従来の貯湯タンクの湯の温度Ｔ＿ｉｎに対して、Ｔ＿ｉｎ２＞Ｔ＿ｉｎとすることができる。

以上のように、本実施の形態の形態では、貯湯タンク用断熱材と外装用断熱材を備えることにより、外装用断熱材１１ａ、１１ｂは、外装体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内部の雰囲気と外気との間の熱抵抗となり、従来の構成と比較して、雰囲気と外気の熱交換が抑制される。従って、外装体内部の雰囲気の温度は、従来の構成に比べて上昇するため、貯湯式給湯装置を零下温度条件で設置しても、雰囲気は零下温度以下には下がらず、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８が曝露されても管路内の水は凍結しない。

また、雰囲気の温度上昇により湯と雰囲気の温度差は、従来の構成に比べ小さくなるため、貯湯タンク２に貯留する高温の湯から、給湯上部管路４、出湯管路８を経由して雰囲気へ放熱する熱量も低下する。即ち、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８の断熱材の削減による材料費の削減と、給湯上部管路４、出湯管路８から雰囲気への放熱ロス削減より貯湯タンク２の熱容量が保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

また、貯湯タンク用断熱材１７の材質としては、例えば、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の発泡樹脂、または、グラスウール、グラスファイバーなどの繊維材料などが用いるが、ここで、特に真空断熱材を用いることにより、以下の効果を得ることができる。断熱材の外袋内部を真空（１〜２００Ｐａ）とする真空断熱材の熱伝導率は、外袋内部が大気圧でグラスウール、グラスファイバー、ポリウレタン、ポリエチレン等の材料を用いるシート状の断熱材の熱伝導率と比較して１／１０〜１／１００である。

従って、真空断熱材を用いた貯湯タンク用断熱材と、シート状の断熱材を用いた場合において、貯湯タンク２からの放熱熱量を同じとしたとき、シート状の断熱材の必要な厚さは、真空断熱材の厚さの１０〜１００倍となる。従って、真空断熱材とすることで貯湯タンク用断熱材の厚さを薄くすることができるので、機器のコンパクト化を図ることができる。あるいは、同一の機器サイズとした場合は、貯湯タンク２を大きくすることができ、貯湯タンク２の残湯量が減り難くなるため、給湯ができない湯切れ状態を回避することができる。

また、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、円筒状の貯湯タンク２と四角状の外装体との間に形成されている空間が、当接面によって各々独立空間として仕切ることできる。従来は各空間ごとに温度差が生じた場合には、空間同士で自然対流が発生し、放熱ロスを増加させていた。しかしながら、外装用断熱材１１ｂと貯湯タンク用断熱材１７の当接面を設けたことよって、空間同士の自然対流が制限されるため、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズを最小とすることが出来る。

以上のように、本実施の形態の形態では、給湯管路と、貯湯タンク、混合弁、給湯管路を包囲する外装体と、外装体の形状に成型された外装用断熱材を備えることにより、外装用断熱材１１ａ、１１ｂは、外装体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内部の雰囲気と外気との間の熱抵抗となり、雰囲気と外気の熱交換が抑制される。従って、外装体内部の雰囲気の温度は、従来の構成に比べて上昇するため、貯湯式給湯装置を零下温度条件で設置しても、雰囲気は零下温度以下には下がらず、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路
７、出湯管路８が曝露されても管路内の水は凍結しない。

また、雰囲気の温度上昇により湯と雰囲気の温度差は、従来の構成に比べ小さくなるため、貯湯タンク２に貯留する高温の湯から、給湯上部管路４、出湯管路８を経由して雰囲気へ放熱する熱量も低下する。即ち、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８の断熱材の削減による材料費の削減と、給湯上部管路４、出湯管路８から雰囲気への放熱ロス削減より貯湯タンク２の熱容量が保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

また、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズは最小となるから、機器の運転効率とコンパクト性を両立した貯湯式給湯装置とすることが出来る。

図５は、本実施の形態の貯湯式給湯装置の上面からの透視図であり、図５では、複数の貯湯タンク２ａ、２ｂを備える構成である。複数の貯湯タンクを有する貯湯式給湯装置においても、外装体用断熱材１１ａ、１１ｂ、並びに、貯湯タンク用断熱材１７を配することにより、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

また、図５においても、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズは最小となるから、機器の運転効率とコンパクト性を両立した貯湯式給湯装置とすることが出来る。

図１０は、貯湯タンク用断熱材（熱伝導率Ｋｉ、厚さＬｉ）の熱抵抗値Ｌｉ／Ｋｉと外装用断熱材（熱伝導率Ｋｏ、厚さＬｏ）の熱抵抗値Ｌｏ／Ｋｏの大小関係を変えた場合の放熱経路（貯湯タンク→雰囲気→外気）の温度分布を示す図である。貯湯タンク用断熱材の熱抵抗値Ｌｉ／Ｋｉが外装用断熱材の熱抵抗値Ｌｏ／Ｋｏよりも小さい場合、雰囲気の温度Ｔ＿ｍ４は、湯と外気の平均温度｛Ｔ＿ｉｎ＋Ｔ＿ｏｕｔ）／２｝より高くなる。また、貯湯タンク用断熱材の熱抵抗値Ｌｉ／Ｋｉが外装用断熱材の熱抵抗値Ｌｏ／Ｋｏよりも大きい場合、雰囲気の温度Ｔ＿ｍ５は、湯と外気の平均温度｛Ｔ＿ｉｎ＋Ｔ＿ｏｕｔ）／２｝より低くなる。

即ち、放熱経路全体の総熱抵抗値が同じでも、貯湯タンク用断熱材の熱抵抗値Ｌｉ／Ｋｉが外装用断熱材の熱抵抗値Ｌｏ／Ｋｏよりも小さくする方が、雰囲気の温度Ｔ＿ｍ４をより高くすることができる。従って、外装体内部の雰囲気の温度を、従来の構成に比べて上昇させて、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８の断熱材の削減による材料費の削減を図る場合、あるいは、貯湯タンク２に貯留する高温の湯から、給湯上部管路４、出湯管路８を経由して雰囲気へ放熱する熱量を低下させる場合、Ｌｉ／Ｋｉ＜Ｌｏ／Ｋｏとなるような貯湯タンク用断熱材と外装用断熱材とすることで、断熱材の材料費を最小限として、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態のおける貯湯式給湯装置の構成図を示すものであり、図８は、本実施の形態の貯湯式給湯装置の斜視図である。

図７、図８において、貯湯タンク２の天面部、側面部の高さ方向で略中央部以上、給湯管路の近傍のまたは一部に対向する外装体１０ａ、側面部の外装体１０ｂの内面に外装用断熱材１１ａ、１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７に当接するように配設したものであり、長時間に渡って貯湯タンク２の高温の湯が貯留されている上部部分に限定した外装用断熱材１１ａ、１０ｂの配置としている。図７、図８において、同様の番号を付した構成については、実施の形態１または実施の形態２と同様であり、説明を省略する。

以下に、本実施の形態による貯湯式給湯装置の動作、作用を説明する。
貯湯式給湯装置は、深夜時間帯の安価な電気代を利用して貯湯タンク２の湯を高温に加熱し、日中から夜間にかけて、利用者が台所、あるいは、風呂への湯張りなどに利用する形態が一般的である。従って、貯湯タンク２は常時全量が湯の状態ではなく、給湯端末１６からの利用に応じて、貯湯タンク２の下部から上部へ向けて給水の量が増えていく。従って、給湯端末１６からの利用によって、貯湯タンク２の下部が温度の低い水となった場合は、外装用断熱材１１ｂによる放熱ロス低減効果は少なくなる。

ここで、側面部の外装体の一部に備える場合において、例えば、図７、図８に示すように、大量の給湯負荷である風呂湯張りなどに必要な湯量位置に対してのみ、外装用断熱材１１ｂを備えることにより、給湯端末の利用で貯湯タンク２の下部が温度の低い水となりやすく断熱効果が得られにくい部分の断熱材を省くことができる。風呂への湯張りに使う貯湯タンク２の湯量は、１日で利用する量の多くを占め、さらに、深夜の加熱動作完了から湯張りを行う時間（例えば、夕方〜夜）となり、保温する時間が長くなるため、この量に対して外装用断熱材１１ｂを備えることすることにより、材料費に対する貯湯タンク２の断熱効果が最大となる。

このとき、外装用断熱材１１ｂを省いた部分において、温度の高くなった雰囲気と外気の熱交換量の増加が想定されるが、温度の高くなった雰囲気は密度差により外装体で包囲された上層部に移動するため、貯湯タンク２下方部において、外装用断熱材１１ｂを省略しても放熱ロスは増加しない。尚、貯湯タンク２の温度の低い給水の加熱動作の開始は、複数個の温度センサー２０の検知する温度によって、貯湯タンクに残る湯量を計算し、この値が予め設定された所定値より少なくなった場合に、加熱手段１の運転動作を行うものである。

以上のように、本実施の形態の形態では、外装用断熱材１１ａ、１１ｂを、貯湯タンク２の天面部、側面部の高さ方向で略中央部以上、給湯管路６の近傍のまたは一部に対向する外装体１０ａ、側面部の外装体１０ｂの内面に外装用断熱材１１ａ、１１ｂを配設したものであり、特に長時間に渡って貯湯タンク２の高温の湯が貯留されている上部部分に対向した外装体の部位に限定して外装用断熱材を配置することで、最適、且つ、最小限の外装用断熱材の設置で、廉価で機器の効率向上を実現することができる。

また、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズは最小となるから、機器の運転効率とコンパクト性を両立した貯湯式給湯装置とすることが出来る。

（実施の形態３）
図９は、本発明の第４の実施の形態のおける貯湯式給湯装置の構成図を示すものであり、図１０は、本実施の形態の貯湯式給湯装置の斜視図である。

図９、図１０において、外装体内部の雰囲気に配されている電装基盤１８は、加熱手段１、混合弁３、水ポンプ９、各部のサーミスタ（図示せず）などの動作を制御する電子制
御回路であり、コンデンサー、ＣＰＵ、電気抵抗、高圧電気配線などで構成される。電装基盤１８近傍には外装用断熱材１１ｂは配していない。図１と同様の番号を付した構成については、実施の形態１から３と同様であり、説明を省略する。

以下に、本実施の形態による貯湯式給湯装置の動作、作用を説明する。

外装用断熱材１１ａ、１１ｂの設置により、実施の形態１から３に記載した作用により、雰囲気温度は上昇する。コンデンサー、ＣＰＵ、電気抵抗、高圧電気配線などで構成される電装基盤１８は、放熱部材であり、雰囲気温度が上昇すると放熱熱量が減り、コンデンサー、ＣＰＵなどの本体温度が上昇し、動作エラーなどの発生、若しくは寿命を短くするなどの信頼性が低下してしまう。そこで、電装基盤１８近傍の外装体には、外装体断熱材１１ｂは配さないとすることにより、電装基盤１８近傍の雰囲気温度は低下するため、電装基盤１８から雰囲気への放熱熱量を確保することができる。

以上のように、本実施の形態の形態では、電装基盤の近傍部の外装には外装用断熱材は設けないものであり、電装基盤の雰囲気は外気と熱交換し、近傍の雰囲気温度の上昇は抑制されるから、電装基盤の信頼性は従来構成と同じように保証することが出来ので、信頼性の高い貯湯式給湯装置とすることができる。また、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズは最小となるから、機器の運転効率とコンパクト性を両立した貯湯式給湯装置とすることが出来る。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の第４の実施の形態のおける貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図１１において、同様の番号を付した構成については、実施の形態１〜３と同様であり、説明を省略する。混合弁３１と電磁弁３２を浴槽水注湯回路３６で連通され、浴槽水循環回路３７に接続されている。浴槽水循環回路３７には、貯湯タンク２の高温の給湯水と浴槽水が熱交換する風呂熱交換器３３と、浴槽水ポンプ３８を設けている。貯湯タンク２の高温の給湯水は、貯湯タンク２の上下を連通する浴槽水加熱回路３５に設けた、浴槽水加熱ポンプ３４の運転によって、風呂熱交換器３３へ搬送される。また、本実施の形態においても、側面部の外装用断熱材１１ｂは、貯湯タンク用断熱材１７と当接するように設置されている。

以下に、本実施の形態による貯湯式給湯装置の動作、作用を説明する。
浴槽３０内の浴槽水の保温、追いだきは、次のような動作となる。浴槽水ポンプ３８を動作させて、浴槽３０内の浴槽水を風呂熱交換器３３に搬送する。一方、風呂熱交換器３３で浴槽水を加熱する貯湯タンク２の給湯水は、浴槽水加熱ポンプ３４を動作させて、風呂熱交換器３３へ導入する。浴槽水は風呂熱交換器３３で加熱されて、浴槽３３へ戻り、浴槽３３の浴槽水の温度がリモコン（図示せず）などで設定された温度となるまで継続される。風呂熱交換器３３は高温の給湯水と浴槽水が循環するため、熱交換器本体の表面温度は雰囲気温度より高くなるため、放熱ロスが生じる。従って、風呂熱交換器３３、及び、浴槽水循環回路３７、浴槽水加熱回路３５などには、放熱ロスを抑えるためと、凍結防止のための断熱材が必要となる。

本実施の形態の形態では、貯湯タンク用断熱材と外装用断熱材を備えることにより、外装用断熱材１１ａ、１１ｂは、外装体１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内部の雰囲気と外気との間の熱抵抗となり、従来の構成と比較して、雰囲気と外気の熱交換が抑制される。従って、外装体内部の雰囲気の温度は、従来の構成に比べて上昇するため、貯湯式給湯装置を零下
温度条件で設置しても、雰囲気は零下温度以下には下がらず、風呂熱交換器３３、及び、浴槽水循環回路３７、浴槽水加熱回路３５などが曝露されても管路内の水は凍結しない。

また、雰囲気の温度上昇により湯と雰囲気の温度差は、従来の構成に比べ小さくなるため、貯湯タンク２に貯留する高温の湯から、風呂熱交換器３３、及び、浴槽水循環回路３７、浴槽水加熱回路３５を経由して雰囲気へ放熱する熱量も低下する。即ち、風呂熱交換器３３、及び、浴槽水循環回路３７、浴槽水加熱回路３５の断熱材の削減による材料費の削減と、風呂熱交換器３３、及び、浴槽水循環回路３７、浴槽水加熱回路３５から雰囲気への放熱ロス削減より貯湯タンク２の熱容量が保持されるため、湯切れを防止することで使用性を高めた貯湯式給湯装置となると同時に、水を加熱するために必要な電力量が削減されて、機器の効率向上を実現することができる。

また、側面部の外装用断熱材１１ｂを貯湯タンク用断熱材１７と一部が当接するように設置したことにより、円筒状の貯湯タンク２と四角状の外装体との間に形成されている空間が、当接面によって各々独立空間として仕切ることできる。従来は各空間ごとに温度差が生じた場合には、空間同士で自然対流が発生し、放熱ロスを増加させていた。しかしながら、外装用断熱材１１ｂと貯湯タンク用断熱材１７の当接面を設けたことよって、空間同士の自然対流が制限されるため、自然対流による放熱ロスを抑制することが出来る。また、当接させることによって、外装体のサイズを最小とすることが出来る。

尚、上記実施の形態１から４で、外装用断熱材１１ａ、１１ｂの材質としては、例えば、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の発泡樹脂、または、グラスウール、グラスファイバーなどの繊維材料などが用い、給湯上部管路４、給水管路５、給湯管路６、入水管路７、出湯管路８の断熱材には、柔軟性のあるシート状の断熱材などを用いるが、ここで、外装用断熱材１１ａ、１１ｂとして特に真空断熱材を用いることにより、以下の効果を得ることができる。断熱材の外袋内部を真空（１〜２００Ｐａ）とする真空断熱材の熱伝導率は、外袋内部が大気圧でグラスウール、グラスファイバー、ポリウレタン、ポリエチレン等の材料を用いるシート状の断熱材の熱伝導率と比較して１／１０〜１／１００である。

従って、真空断熱材を用いた外装用断熱材と、シート状の断熱材を用いた場合において、貯湯タンク２からの放熱熱量を同じとしたとき、シート状の断熱材の必要な厚さは、真空断熱材の厚さの１０〜１００倍となる。従って、真空断熱材とすることで外装用断熱材の厚さを薄くすることができるので、機器のコンパクト化を図ることができる。あるいは、同一の機器サイズとした場合は、貯湯タンク２を大きくすることができ、貯湯タンク２の残湯量が減り難くなるため、給湯ができない湯切れ状態を回避することができる。

尚、上記実施の形態１から４で、加熱手段１として図１２に示すような、加熱ヒーターを用い、貯湯タンク２に貯留する給水を直接加熱する方式であってもよい。さらに、加熱手段１として、図１３に示したようなヒートポンプを用い、圧縮機２１、給湯熱交換器２２、減圧手段２３、空気熱交換器２４を順に冷媒回路２５で環状に接続するものであってもよい。貯湯タンク２の水は、給湯熱交換器２２で高温に加熱された後、再び、貯湯タンク２の上部へ戻される。冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで、貯湯式給湯装置を高温で利用することができ、貯湯タンク２の熱容量の増大と、湯切れ防止性をさらに向上することができる。

本発明にかかる貯湯式給湯装置は、貯湯タンクの放熱ロスに伴う消費電力量の上昇、湯として利用可能な量の低下などの不具合の防止に繋がり、給湯、風呂への他、暖房、また
は、廃熱源利用貯湯式給湯装置等の用途にも利用できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成図 同貯湯式給湯装置の斜視図 同貯湯式給湯装置の上部からの透視図 （ａ）本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の温度分布図（ｂ）従来の構成における貯湯式給湯装置の温度分布図 同他の貯湯式給湯装置の上部からの透視図 （ａ）本発明の実施の形態２における貯湯式給湯装置の温度分布図（Ｌｉ／Ｋｉ＜Ｌｏ／Ｋｏ）（ｂ）他の構成における貯湯式給湯装置の温度分布図（Ｌｉ／Ｋｉ＞Ｌｏ／Ｋｏ） 本発明の実施の形態２における貯湯式給湯装置の構成図 同貯湯式給湯装置の上部からの透視図 本発明の実施の形態３における貯湯式給湯装置の構成図 同貯湯式給湯装置の斜視図 本発明の実施の形態４における貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態１〜４における他の貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態１〜４における他の貯湯式給湯装置の構成図 従来の貯湯式給湯装置の構成図

符号の説明

１ 加熱手段
２ 貯湯タンク
３ 混合弁
５ 給水管路
６ 給湯管路
１０ａ 外装体
１０ｂ 外装体
１０ｃ 外装体
１１ａ 外装用断熱材
１１ｂ 外装用断熱材
１１ｃ 外装用断熱材
１６ 給湯端末
１７ 貯湯タンク用断熱材
１８ 電装基盤
１９ 加熱手段
２１ 圧縮機
２２ 給湯熱交換器
２３ 減圧手段
２４ 空気熱熱交換器
２５ 冷媒回路

Claims (8)

1. 水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱した湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクの外周面を被覆する貯湯タンク用断熱材と、前記貯湯タンクの湯と給水とを混合する混合弁と、前記混合弁にて混合した湯を給湯端末へ供給する給湯管路と、前記貯湯タンク、前記混合弁、前記給湯管路を包囲する外装体と、外装用断熱材とを備え、前記外装用断熱材の少なくとも１面が、貯湯タンク用断熱材に略当接することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 外装用断熱材は、貯湯タンクの側面部の少なくとも上部および給湯管路の少なくとも一部の外装体の対向部位に設けたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 加熱手段の動作を制御する電装基盤を備え、前記電装基盤の近傍部の外装体には、外装用断熱材は設けないことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
4. 外装用断熱材は真空断熱材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
5. 貯湯タンクの外周面に貯湯タンク用断熱材を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
6. 貯湯タンク用断熱材の熱伝導率Ｋｉと厚さＬｉは、外装用断熱材の熱伝導率Ｋｏと厚さＬｏに対して、Ｌｉ／Ｋｉ＜Ｌｏ／Ｋｏとなる関係を有すること特徴とする請求項５記載の貯湯式給湯装置。
7. 貯湯タンク用断熱材は真空断熱材であることを特徴とする請求項５または６記載の貯湯式給湯装置。
8. 加熱手段は、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、空気熱交換器を冷媒回路で接続したヒートポンプユニットで、冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側では超臨界を越える状態で運転することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。

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