JP2009228981A - 給湯装置の貯湯タンク及びそれを用いたヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】正圧、負圧、繰り返しの圧力に耐えることができ、コスト的にも有利で、本体構成も大幅に変えずとも可能な、使用性の高い給湯装置の貯湯タンクを提供すること。
【解決手段】温水を貯湯し、略円筒状の胴板１５の上方及び下方に、略半球状の上部板１４及び下部板１６をそれぞれ配設するとともに、上部板１４及び下部板１６の頂部の縦断面形状は楕円形状で、上部板１４及び／又は下部板１６に設ける配管接続部（１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ）を、上部板１４及び／又は下部板１６の楕円形状面の法線方向に一体形成または接続する構成としたことを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、繰返し加圧−減圧を行った際に、その配管接続部を法線方向としていることにより、その応力を低減することが可能となり、配管接続部での亀裂を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクとすることが可能となり、品質の向上を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、給湯機として用いられ、任意の温度に加熱した温水を貯めておく貯湯タンクに関するものである。

従来、給湯機としては、ガスや石油を燃料として用い、その燃焼熱で水道水を加熱する給湯機が使用されてきた。これらは、速湯性に優れているという利点がある半面、ガス、石油といった燃料が必要でその供給が不可欠であること、燃焼後の排気ガスが大気に放出され大気汚染を招くこと、燃焼させるので不安全性を常に内在していること、燃焼時の音が大きいことなどの課題があった。特に近年増えている、エネルギー源を全て電気で行うというオール電化の住宅やマンションでは、燃料を供給する方法がないため、使用できないケースも増えてきている。

そこで、加熱された温水を貯めておく大容量の貯湯タンクを備えた給湯装置が開発されている。この加熱方法としては、夜間割引の安価な電力を利用し、夜間に貯湯タンクの内部に配設された電気ヒータで加熱してできた一般的には８０℃以上の温水を、貯湯タンクに貯めておき、この温水と水道水をミキシングして、使用者の欲する任意の温度にして、給湯端末から供給するものである。

また、加熱方法として、ヒータ以外にヒートポンプを用いた貯湯式のヒートポンプ式給湯装置が開発されている。これは、大容量の貯湯タンクと、ヒートポンプ回路を組み入れた室外機を備え、夜間割引の安価な電力を利用して、ヒートポンプ回路で水道水を温水に加熱して、その温水を貯湯タンクに貯めておき、この温水と水道水をミキシングして、使用者の欲する任意の温度にして、給湯端末から供給するものである。このヒートポンプ式給湯装置は、冷媒の状態変化を利用して加熱しているので、電気ヒータによる加熱よりエネルギー効率が良く、入力に対する能力は３倍以上確保することが可能であり、ランニングコストも安価となるなどの特徴を持ち、燃焼による給湯機の問題を解決し、オール電化の住宅、マンションでも新たなインフラ整備を必要としないで手軽に設置することができ、普及してきている。

このように用いられている給湯装置の貯湯タンクの場合は、水道による水道圧が直接貯湯タンクに加わり、変形したり、給湯端末の開閉動作による繰返し荷重が加わり、亀裂が生じて水漏れしてしまったりすることを防ぐために、水道の給水部と、貯湯タンクの間に減圧弁を設け、貯湯タンクに加わる圧力を減じている。そして、この設定は、１００ｋＰａから２００ｋＰａに設定されているのが通常である。ところが、このような減圧弁を設けているために、給湯端末での水圧が減じてしまい、シャワー圧が低くなり、シャワーの勢いがなくなってしまう、３階建て住宅で３階給湯するなど高所での給湯する際に、流量が少なく時間がかかる、などの課題が出てきている。

それを防ぐには、貯湯タンクの強度を増すことが必要である。このような貯湯タンクの耐圧性を上げるためには、概して板厚を上げて対応している場合が多い。しかし、貯湯タンクの材質は腐食をさせるためにステンレス製である場合がほとんどであり、板厚を上げることは、材料費のコストアップにつながってしまうこととなる。

また、板厚を上げる他に、以下に示すような対応が取られている。

図８で示した形状で貯湯タンク５３の胴板５４に複数個の補強リブ５５を設け、この補
強リブ５５を胴板５３中央部で狭く、胴板５３の両端部で広くしたものであり、同じく負圧に対する強度を向上させている。また、これらは負圧に対する強度を上げているが、当然正圧に対する強度も若干向上しているものと思われる（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−１４８４８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、胴板５４に補強リブ５５を外方に張り出すためには、胴板５４をロール加工で張り出すか、タンク加工を施した後ハイドロフォーミング加工を行なうことが必要である。前記ロール加工の際に張り出すと、どうしても真円が保つことが難しくなり、歪んだ状態となってしまう。そのため、胴板５４の上下にある上部板１４６、下部板５７と勘合させて、貯湯タンク５３のタンク完成とすることが非常に困難となっている。

また、ハイドロフォーミング加工は、タンク完成後に水圧をかけて、胴板５４を変形させるものであるが、３００Ｌを超えるようなタンクにて加工を行なおうとする場合は、その装置が非常に大きく、圧力も過大なものが必要であり、コスト面でも大きく上がってしまうこととなる。

また、正圧のかかる条件では、このリブを外方に張り出す構成では不十分であり、補強リブ５５を設けても、効果はほとんどなく、むしろ応力面では悪化してしまう。これをクリアするには、結局胴板５４の板厚を上げることが必要であり、板厚を上げれば、材料がステンレスの場合コストアップとなるし、補強リブ５５のリブ出し加工を行なうための、ロール加工や、ハイドロフォーミング加工がやりにくくなり、結局は更なるコストアップを招くという課題を有している。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、正圧、負圧、繰り返しの圧力に耐えることができ、コスト的にも有利で、本体構成も大幅に変えずとも可能な、使用性の高い給湯装置の貯湯タンク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給湯装置の貯湯タンクは、加熱手段を用いて任意の温度に加熱した温水を貯湯し、略円筒状の胴板の上方及び下方に、略半球状の上部板及び下部板をそれぞれ配設するとともに、前記上部板及び下部板の頂部の縦断面形状は楕円形状で、前記上部板及び／又は下部板に設ける配管接続部を、前記上部板及び／又は前記下部板の楕円形状面の法線方向に一体形成または接続する構成としたことを特徴とするもので、繰返し加圧−減圧を行った際に、上部板、下部板には繰返し荷重が加わり、その際に、配管接続部の根元部分には大きな応力が作用するが、その配管接続部を法線方向としていることにより、その応力を低減することが可能となり、配管接続部での亀裂を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクとすることが可能となり、品質の向上を図ることができる。

本発明によれば、正圧、負圧、繰り返しの圧力に耐えることができ、コスト的にも有利で、本体構成も大幅に変えずとも可能な、使用性の高い給湯装置の貯湯タンクを提供できる。

第１の発明は、加熱手段を用いて任意の温度に加熱した温水を貯湯し、略円筒状の胴板の上方及び下方に、略半球状の上部板及び下部板をそれぞれ配設するとともに、前記上部
板及び下部板の頂部の縦断面形状は楕円形状で、前記上部板及び／又は下部板に設ける配管接続部を、前記上部板及び／又は前記下部板の楕円形状面の法線方向に一体形成または接続する構成としたことを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、繰返し加圧−減圧を行った際に、上部板、下部板には繰返し荷重が加わり、その際に、配管接続部の根元部分には大きな応力が作用するが、その配管接続部を法線方向としていることにより、その応力を低減することが可能となり、配管接続部での亀裂を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクとすることが可能となり、品質の向上を図ることができる。

第２の発明は、胴板の板厚は、上部板と下部板の板厚以上にすることを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、繰返し加圧−減圧を行った際に、略円筒状である胴板は上部板、下部板と両端が固定されているために、両端固定の等分布荷重が加わっていることとなる。そのため、胴板と上部板、下部板の接合部が最も高い応力となる。上部板、下部板は深絞り構成であるため、強度的に強くなっており、変形しづらい。それに対して、胴板は円筒状であり、ロール加工で成形されているために、中央部に向かって膨らみ方向に変形する。そのため、胴板の最も応力の高い上部板、下部板の接合部で繰返し荷重による亀裂が生じてしまう可能性がある。それに対して、上部板と下部板の板厚に対して、胴板の板厚は厚くしていることにより、胴板の強度を上げ、上記接合部での亀裂を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクとすることが可能となり、品質の向上を図ることができる。

第３の発明は、上部板、下部板の頂部の縦断面形状は、略半球状の平面円の直径に対して長辺を１．１〜１．３倍、短辺０．４〜０．６倍の楕円形状とし、略半球状の外周略垂直部と前記楕円形状とが接する部位の面取り形状は、半径８０ｍｍ以上の円形状の一部としたことを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、貯湯タンクに１．７５ＭＰａの静水圧をかけた際に、その水漏れ、変形、破損その他の異常のないことを実現でき、また、給湯端末を開放した状態で貯湯タンクにかかる静圧２０〜６０ｋＰａと、給湯端末を閉止した状態で貯湯タンクにかかる静圧である３３０ｋＰａを繰返し加圧−減圧を行った際に、上部板、下部板の亀裂発生を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクを実現できるために、水道と直結している減圧弁の設定圧力を、２００ｋＰａ（０．２ＭＰａ）以上の高い設定にすることが可能であり、シャワー圧を上げて、シャワーの勢いを強くする、あるいは３階建て住宅で３階給湯するなど高所での給湯するために、給湯圧を上げて使用することが可能となり、使用性が大幅に向上することとなる。

第４の発明は、配管接続部の中心位置は、上部板、下部板の頂部の楕円形状部と面取り形状部との交点よりも５０ｍｍ以上内方に位置することを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、貯湯タンクに１．７５ＭＰａの静水圧をかけた際に、その水漏れ、変形、破損その他の異常のないことを実現でき、また、給湯端末を開放した状態で貯湯タンクにかかる静圧２０〜６０ｋＰａと、給湯端末を閉止した状態で貯湯タンクにかかる静圧である３３０ｋＰａを繰返し加圧−減圧を行った際に、上部板、下部板の亀裂発生を防ぐことができ、耐久性に秀でた貯湯タンクを実現できるために、水道と直結している減圧弁の設定圧力を、２００ｋＰａ（０．２ＭＰａ）以上の高い設定にすることが可能であり、シャワー圧を上げて、シャワーの勢いを強くする、あるいは３階建て住宅で３階給湯するなど高所での給湯するために、給湯圧を上げて使用することが可能となり、使用性が大幅に向上することとなる。

第５の発明は、貯湯タンクには水道水を給水するための給水部と、温水を供給するための出湯部と、前記給水部に給水圧力を減ずるための減圧弁とを設け、前記減圧弁の設定圧力を０．２５ＭＰａ以上としたことを特徴とする給湯装置の貯湯タンクで、このうちの給水部には給水圧力を減ずるための減圧弁を設け、この減圧弁の設定圧力を２５０ｋＰａ以上としたものであり、貯湯タンクの強度を増していることにより、減圧弁の設定圧力を高くすることが可能となり、それにより、シャワー圧を上げて、シャワーの勢いを強くする
、あるいは３階建て住宅で３階給湯するなど高所での給湯するために、給湯圧を上げて使用する、湯はり時間の短縮化が図れることが可能となり、使用性が大幅に向上することとなる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明の給湯装置の貯湯タンクと、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を順次接続して形成した加熱手段とから構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯機で、高価格のヒートポンプ給湯機において、低コスト化を図りつつ、断熱性能を確保できることにより、より普及度を高めることが可能な給湯装置とすることができる。

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）
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の給湯装置の正面内観図であり、図２は給湯装置の回路図である。

１は給湯装置の貯湯タンクユニットであり、２はヒートポンプ回路を有するヒートポンプユニットである。そして、この貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット２は、２本の水配管３（３ａ、３ｂ）で連結している。

給湯装置の貯湯タンクユニット１内部には、ヒートポンプユニット２で加熱された温水を貯めておく貯湯タンク４があり、水道水をヒートポンプユニット２で加熱して温水として貯めておき、必要な際に、水道水とミキシングして、所定の温度にして給湯することとができる。この貯湯タンク４は、薄板の耐腐食性に優れたステンレス製のプレス部品で構成されており、円筒状になっている。この貯湯タンク４の前方には、水道水を供給する給水管５があり、この給水管５から供給された水圧を一定の水圧に減ずるための減圧弁６が配されており、それ以外に水ポンプ７などの機能部品や、制御Ｐ板８などの制御部品が配されている。

減圧弁６は水道水の圧力を概して、従来は１２０ｋＰａ以下に減じて貯湯タンク４に供給するものであり、貯湯タンク４にかかる圧力を減ずることで、貯湯タンク４の変形防止、耐久性向上を確保している。また、近年では高圧タイプとして、減圧弁の設定を１８０ｋＰａまで上げているものも登場しているが、今回のこの仕様では、減圧弁の設定を２５０ｋＰａ以上として、２８０ｋＰａまで上げて、さらに高圧タイプの貯湯タンクユニット１としている。また、この減圧弁６にはストレーナを組み込み、水道水内のゴミ、コンタミネーションを除去するようになっている。

９は密閉された圧力容器である貯湯タンク４の上死点に設けられた、圧力逃し安全弁であり、貯湯タンク４の破裂を防ぐ缶体内の異常圧力を抜くための装置として、減圧弁６の設定圧力よりも高く設定してある。この仕様では２８０ｋＰａより高い設定として、減圧弁６のバラツキも考慮して、３４０ｋＰａ程度に設定している。

ヒートポンプユニット２には、圧縮機、放熱器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を順次接続した冷媒サイクルが組み込まれており、１０は圧縮機、１１は放熱器であり、水−冷媒熱交換器として、水道水を加熱する熱交換器であり、１２は空気−冷媒熱交換器である。１３は空気−冷媒熱交換器１２の前方に配された送風手段である送風ファンであり、空気−冷媒熱交換器１２から、風を吸引し、蒸発能力を高め、ヒートポンプ加熱能力を高めるようになっている。そして、ヒートポンプユニット２で８０℃以上に加熱された水道水は、温水となって、水配管３ｂで給湯装置の貯湯タンクユニット１に運ばれ、貯湯タンク
４に貯湯されるわけである。

給湯装置の貯湯タンク４の構成は、図３に示しており、図３（ａ）に上面図、図３（ｂ）に側面図を記載している。１４は耐腐食性を有するステンレス鋼鈑を絞り加工して成形した上部板であり、１５は上部板１４とＴｉｇ溶接で一体化されたステンレス鋼鈑の胴板であり、平板をロール加工にて円筒状にし、縦方向にＴｉｇ溶接してある。１６は胴板１５の下方に配され胴板１５とＴｉｇ溶接で一体化された下部板であり、上部板１４と同様にステンレス鋼鈑を絞り加工して成形してある。この３部品で閉塞空間を形成し、その内方に温水を貯留することにより、給湯装置の貯湯タンクの役割を果たすようになっている。また、上部板１４、下部板１６には、給水口や温水取り出し口である、配管接続部１７、１８が複数設けられている。

上部板１４は、頂部１４ａを半球状の平面円の直径Ａに対して、長辺Ｂを１．１〜１．３倍、短辺Ｃを０．４〜０．６倍とする楕円形状としている。また、外周垂直部１４ｂと頂部１４ａの楕円形状の接する部位の面取り形状１４ｃは、半径８０ｍｍ以上の円形状の一部で接続する構成としている。

この構成は上部板１４について記載したが、下部板１６に関しても同じである。１７はこの貯湯タンクを支えるための脚であり、この脚１７を保持するための、脚金具１８は胴板１５にスポット溶接で取り付けられている。さらに、上部板１４、下部板１６には給水、給湯を行うための配管を接続する配管接続部として、上部板１４には１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、下部板１６には１６ｄ、１６ｅ、１６ｆを設けている。

上部板１４の詳細断面図を記載したのが図４、図５である。配管接続部１４ｄ、１４ｅ、１４ｆのうち、中央部にある１４ｄはもちろんだが、１４ｅ、１４ｆは、頂部１４ａの楕円形状部分に対して、法線方向に加工した形状としてある。つまり、頂部１４ａの法線方向に孔加工が行われ、その孔加工部に配管ソケット１９が溶接されているわけであり、この配管接続部１４ｄ、１４ｅ、１４ｆの加工により板厚が減じてしまうことを防いでおり、強度を確保するようになっている。

また、この配管開口部１４ｊの中心位置、つまりは配管ソケットの１９の中心位置は、頂部１４ａの楕円形状と、面取り形状１４ｃの交点１４ｇよりも５０ｍｍ以上内方に配されている。また、凸部１４ｉと頂部１４ａの楕円形状の交点は、面取り形状１４ｃと頂部１４ａの楕円形状の交点よりも内方に配されている。

そして、この様に構成された貯湯タンク４が、図１、図２で示した形で、給湯装置の貯湯タンクユニット１となっている。また、胴板１５の板厚は上部板１４や下部板１６の板厚に対して同等もしくは、それよりも厚くしてある。

以下、図面に基づいて、上記給湯装置の動作を説明する。

給水管５から給水された水道水は、一旦貯湯タンク４の内部に入る。その貯湯タンク４からポンプ７を介し、水配管３（３ａ）を通りヒートポンプユニット２に送られる。ヒートポンプユニット２では、圧縮機１０を駆動させると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、水−冷媒熱交換器である放熱器１．１に送られ、ここで水配管３（３ａ）から送られてきた水道水と熱交換して放熱する。

これにより、水道水は高温に加熱され、他方の水配管３ｂで再度、給湯タンクユニット１に送られる。高温となり給湯タンクユニット１に戻った温水は、貯湯タンク４で貯湯される。そして、貯湯された温水は、給湯操作が行われると、貯湯タンク４の温水と、給水
管５から、減圧弁６を介して給水された水道水が、混合弁２０で混合され、所定の温度となって給湯管２１を介して、蛇口や風呂などの給湯端末２２給湯される。

この際に、水道圧の圧力が貯湯タンク４に加わらないように、給水管５には圧力を減ずるための減圧弁６が設けられており、２８０ｋＰａ程度に減圧を行う。それにより、給湯端末２２をＯＮ−ＯＦＦすると、２０〜６０ｋＰａ程度の圧力と、減圧弁６の設定圧力である２８０ｋＰａが繰り返し、貯湯タンク４にかかることとなる。また、貯湯タンク４内の温度が上昇し、内部圧力が高くなった場合の圧力逃し弁９が開放されるまでの圧力３３０ｋＰａが貯湯タンク４にかかることとなる。

そのため、貯湯タンク４の胴板１５は、Ｔｉｇ溶接してある上部板１４と胴板１５の接合部１５ａ、下部板１６と胴板１５の接合部１５ｂを支点として、中央部が膨縮を繰返すこととなる。それと共に、上部板１４、下部板１６についても、頂部であるが膨縮を繰返すこととなる。その際に、配管接続部１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆにも応力がかかり、最も高くなるのは、バーリング加工を施している部位の根元である。

それに対して、図４、図５に記載した上部板１４で言えば、配管接続部１４ｄ、１４ｅ、１４ｆのうち、中央部にある１４ｄはもちろんだが、１４ｅ、１４ｆは、頂部１４ａの楕円形状部分に対して、法線方向に加工した形状としてあることで、この根元部位の板厚が減じてしまうことを防いでおり、強度を確保するようになっている。

このように、上部板１４、胴板１５、下部板１６の強度を増しているので、亀裂が生じることがなく、耐久性に優れた貯湯タンク４とすることが出来る。そのため、減圧弁６の設定圧力を高く設定することが出来、給湯端末であるシャワー圧を上げることが可能となり、シャワーの勢いが増すことにより、使用性が大幅に向上したり、給湯圧が上がることにより、３階への風呂給湯が可能となったり、３階への蛇口給湯が可能となったり、非常に使い勝手が良くなることとなる。

また、減圧弁６が故障した場合には、圧力逃し安全弁９にて設定した圧力で、圧力逃しが行なわれ、その圧力まで貯湯タンクには内圧がかかることとなる。この設定圧力は、減圧弁６の設定圧力よりも高くなっているが、それに対しても、貯湯タンク４の強度を向上していることにより異常は生じない。

減圧弁６や圧力逃し安全弁１２を設けている場合は、減圧弁６、圧力逃し安全弁１２以上の圧力は貯湯タンク４に加わらない。しかし、それが０．３ＭＰａ以下であれば、０．３ＭＰａの静水圧を加えて水漏れ、変形、破損その他の異常のないことが求められているが、減圧弁、圧力逃し安全弁が０．３ＭＰａ以上であれば、１．７５ＭＰａにて水漏れ、変形、破損その他の異常のないことが必要となる解釈できる。今回は、圧力逃し安全弁１２の設定が０．３ＭＰａを超えて使用するケースを想定しているために、１．７５ＭＰａの静水圧をかけて、水漏れ、変形、破損その他の異常のないこと、としなければならない。

それに対して、前述のような対応を行っていることにより、水漏れ、変形、破損その他の異常のないこと、を満足しているわけである。

表１は、内圧をＸ軸に取り、頂部５ａのミーゼス応力をＹ軸に取ったものであるが、従来の頂部５ａがＲ形状のものと比し、頂部１４ｃを楕円形状としたものは、その応力を低減できていることがわかる。ただし、楕円形状を球面に近づけるようにすれば、貯湯タンク４のタンク容量が減ってしまうことになる。それに対して、頂部５ａを半球状の平面円の直径Ａに対して、長辺Ｂを１．１〜１．３倍、短辺Ｃを０．４〜０．６倍とする楕円形状とし、外周垂直部１４ｂと頂部１４ａの楕円形状の接する部位の面取り形状１４ｃはＲ８０以上としていると、タンク容量をむしろ増しつつ、応力を低減できることになるわけである。

また、給湯端末２２（蛇口など）で、給湯、ＯＦＦを繰返されると、貯湯タンク４には、前述したように、０（ゼロ）圧と減圧弁６あるいは圧力逃がし弁９の設定圧が繰返しかかることとなる。繰返し荷重が加わるわけである。そのような条件で耐久性を保障するために、胴板１５の板厚を上部板１４、下部板１６と同厚または厚くしていることで、その耐久性を向上することができる。

貯湯タンク全体で見れば、最も応力の高い箇所は、下部板１６と胴板１５の接合部である。この下部板１６と胴板１５の接合部は図６のようになっており、接合部１５ｂで下部板１６と胴板１５は一体化されている。内方より圧力Ｐが加わると、耐腐食性を有するステンレス鋼鈑を絞り加工して成形した下部板１６は、強度が高いために、外方へ変形をしない。

それに対して、平板をロール加工にて円筒状にした胴板１５は、接合部１５ｂを支点として、外方へ膨らむ形となり、支点である、１５ｂの応力が最も高くなる。そのため、繰返し荷重により、この接合部１５ｂでＴｉｇ溶接部の亀裂が生じてしまうわけである。それに対して、胴板１５の板厚を上部板１４、下部板１６と同厚または厚くしていることで、胴板１５の強度が増し、圧力Ｐに伴う変形が減じ、応力も減ずるので、耐久性が増すこととなるわけである。

表２は、胴板１５、下部板１６に歪ゲージを貼り付け、給湯端末をＯＮ−ＯＦＦさせた時の。歪量を測定したものである。胴板１５と下部板１６の変位である、歪量が少ない方が、耐久性の面で強く、特に胴板１５と下部板１６の変位差が少ない方が良好であると考えられるので、胴板１５と下部板１６が同厚、むしろ下部板が厚い方が変位差が小さく、繰返し荷重に対してよいと考えられる。ただ、板厚を上げれば、当然コスト面で上がってくることとなるので、品質的に問題なければ、胴板１５と下部板１６が同厚を選択する方が現実的である。ここでは下部板１６と胴板１５に関して書いてきたが、上部板１４と胴板１５に関しても同等の考え方である。

また、上部板１４の、配管接続部１４ｄ、１４ｅ、１４ｆのうち、中央部にある１４ｄはもちろんだが、１４ｅ、１４ｆは、頂部１４ａの楕円形状部分に対して、法線方向に加工した形状としてある。従来の給水、給湯を行うための配管を接続する配管接続部は、図７に拡大図で記載しているように、上部板１４の頂部１４ａに、水平加工部１４ｈを設けてそこに設けていた。

そのため、この水平加工部１４ｈは、内方に凹部１４ｉ、外方に凸部１４ｊが設けられており、その間に水平加工部１４ｈがあり、その水平加工部１４ｈにある配管開口部１４ｋに配管ソケット１９が溶接されて一体化されていたのである。

これは、配管接続部の加工に際し、垂直方向での穴加工を行うためである。ところが、このような水平加工部１４ｈを設けているので、凹部１４ｉ、凸部１４ｊの箇所は肉厚が減じてしまうこととなる。そのため、今まで記載してきた、繰返し荷重に対して弱くなっているということになる。特に、凹部１４ｉ、凸部１４ｊの変曲点が最も弱くなる。

それに対して、図４、図５で示したように、頂部１４ａの法線方向に加工していれば、肉厚の減少がなくなることとなり、耐久性が大幅に向上し、同じ強度ならば、上部板１４、あるいは下部板１６の板厚を減ずることが可能となり、コストダウンも可能となるわけである。

表３に示したのは、内方より圧力３４０ｋＰａがかかった際の、色々な仕様における、配管接続部の最大応力箇所の値を示している。上から、図７で記した、従来のように、水平加工部１４ｈを設け、その略中央部に配管接続部のバーリング形状を設けた場合で、上部板の板厚がｔ１．０の場合、２段目は同仕様で板厚がｔ１．２の場合、３段目は頂部の楕円形状１４ａに法線方向に向かって、配管接続部のバーリング穴を設け板厚ｔ１．０の場合、４段目は同仕様でｔ１．２の場合である。

また、配管接続部は、頂部の楕円形状１４ａの中央部、１４ｄと、頂部の楕円形状１４ａと面取り形状１４ｃの交点より５０ｍｍ以上内方に位置している配管接続部１４ｅ、１頂部の楕円形状１４ａと面取り形状１４ｃの交点より内方へ５０ｍｍ以内にある配管接続口１４ｍの値を記している。また、配管接続部のバーリング穴の根元ＲをＲ０．５、Ｒ１．０、Ｒ１．５と変えている。

これでわかるように、水平加工部１４ｈを設けた場合は、ミーゼス応力値が高くなっており、水平加工部がなく法線方向に加工した場合は、その値が低いことがわかる。また、板厚で見れば板厚が厚い方が低く、根元Ｒで見ればＲが大きい方が低い。また，１４ｅと１４ｍでみれば，１４ｅが低くなっている。さらに、水平加工部１４ｈを設け、ｔ１．２の場合より、法線方向に加工したｔ１．０の方がミーゼス応力は低い面があり、コスト合理化効果を高めることができる面もある。

以上より、配管接続部を頂部の楕円形状１４ａ面に設け、この配管接続部は楕円形状１４ａに対して、法線方向に加工し、この位置は頂部の楕円形状１４と、面取り形状と楕円形状の交点よりも５０ｍｍ以上内方とすることが、ミーゼス応力低減効果が高く、それにより、板厚減によるコスト合理化効果もあることがわかる。以上は、上部板１４に関して記してきたが、下部板１６に関しても同様である。以上のように、耐圧性、耐久性、コストダウンに優れた給湯装置の貯湯タンクを提供できることとなるわけである。

また、貯湯タンク４の胴板１５に貯湯タンク４を支えるための脚１７あるいは、脚を保持するための脚取付け金具１８を取付けたことは、絞り加工を行い、加工硬化により延性の減じた下部板１６に取り付けた際に生じる恐れのある、溶接部位からの亀裂発生を防ぐことができ、円筒状であり、円周方向の強度に強い胴板１５に溶接することで、強度を増すことが出来、ひいては減圧弁６や圧力逃がし弁９の設定圧力をあげることによりシャワー圧を上げて、シャワーの勢いを強くする、あるいは３階建て住宅で３階給湯するなど高所での給湯するために、給湯圧を上げて使用することが可能となり、使用性が大幅に向上
することとなる。

ところで、シャワー圧を上げる方法としては、加圧ポンプを用いる方法がある。これは、給湯の出口側に加圧ポンプを設け、給湯圧を上げることにより、シャワー圧を上げるというものである。ところが、設置時に工事が必要であること、加圧ポンプの価格が上乗せされてしまうことなどの問題もある。

それに対して、貯湯タンク４の強度を上げて、減圧弁６、圧力逃し安全弁１２の設定圧力を上げていることは、風呂回路２３の圧力も高くなることを意味し、ひいては風呂の湯はり時間も大幅に短縮することが出来るわけである。

以上のように、本発明は、温水をためてそれを供給する給湯装置に適用され、例えば家庭用のヒートポンプ給湯装置などに適している。

本発明の実施の形態１における給湯装置の正面図 同給湯装置の回路図 （ａ）同給湯装置の貯湯タンクの上面図（ｂ）同給湯装置の貯湯タンクの側面図 同給湯装置の貯湯タンクの詳細断面図 同給湯装置の貯湯タンクの他の詳細拡大図 同給湯装置の荷重模式図 従来の給湯装置の貯湯タンクの断面詳細図 従来の給湯装置の断面図

符号の説明

１ 給湯装置の貯湯タンクユニット
２ ヒートポンプユニット
３ａ、３ｂ 水配管
４ 貯湯タンク
５ 給水管
６ 減圧弁
７ 水ポンプ
８ 制御Ｐ板
９ 圧力逃し安全弁
１０ 圧縮機
１１ 放熱器
１２ 空気−冷媒熱交換器
１３ 送風ファン
１４ 上部板
１４ａ 頂部
１４ｂ 外周垂直部
１４ｃ 面取り形状
１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 配管接続部
１４ｇ 水平加工部
１４ｈ 凹部
１４ｉ 凸部
１４ｊ 配管開口部
１５ 胴板
１６ 下部板
１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ 配管接続部
１７ 脚
１８ 脚金具
１９ 配管ソケット
２０ 混合弁
２１ 給湯管
２２ 給湯端末

Claims (6)

1. 加熱手段を用いて任意の温度に加熱した温水を貯湯し、略円筒状の胴板の上方及び下方に、略半球状の上部板及び下部板をそれぞれ配設するとともに、前記上部板及び下部板の頂部の縦断面形状は楕円形状で、前記上部板及び／又は下部板に設ける配管接続部を、前記上部板及び／又は前記下部板の楕円形状面の法線方向に一体形成または接続する構成としたことを特徴とする給湯装置の貯湯タンク。
2. 胴板の板厚は、上部板と下部板の板厚以上にすることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置の貯湯タンク。
3. 上部板、下部板の頂部の縦断面形状は、略半球状の平面円の直径に対して長辺を１．１〜１．３倍、短辺０．４〜０．６倍の楕円形状とし、略半球状の外周略垂直部と前記楕円形状とが接する部位の面取り形状は、半径８０ｍｍ以上の円形状の一部としたことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置の貯湯タンク。
4. 配管接続部の中心位置は、上部板、下部板の頂部の楕円形状部と面取り形状部との交点よりも５０ｍｍ以上内方に位置することを特徴とする請求項３に記載の給湯装置の貯湯タンク。
5. 貯湯タンクには水道水を給水するための給水部と、温水を供給するための出湯部と、前記給水部に給水圧力を減ずるための減圧弁とを設け、前記減圧弁の設定圧力を０．２５ＭＰａ以上としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置の貯湯タンク。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置の貯湯タンクと、圧縮機、水−冷媒熱交換器、減圧手段、空気−冷媒熱交換器を順次接続して形成した加熱手段とから構成したことを特徴とするヒートポンプ給湯機。