JP2011117631A

JP2011117631A - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP2011117631A
Application number: JP2009273620A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Nishida; 明広西田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】真空断熱材を貯湯タンクに巻き付ける際の真空断熱材の曲げの作業性を改善するとともに、貯湯タンクに十分な断熱性能を確保することのできる断熱構造を備えた貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、湯を貯留する略円筒形の貯湯タンク２０と、貯湯タンク２０を包囲する外装ケース２１と、貯湯タンク２０と外装ケース２１との間の空間に設けられ、貯湯タンク２０の外周部に巻き付けられた真空断熱材２３と、を備える。真空断熱材２３には、他の領域２３ａより厚さが薄い薄肉領域２３ｂが周方向に沿って他の領域２３ａと交互に繰り返し形成されており、外周面側において薄肉領域２３ｂが他の領域２３ａに対して凹部を形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関し、特に貯湯タンクの断熱構造に関する。

加熱手段により水を高温の湯に加熱し、その湯を断熱材で被覆された貯湯タンクへ貯留して、必要時に給湯端末に湯を供給して利用する貯湯式給湯機が広く用いられている。この貯湯式給湯機において、従来、貯湯タンクの外周部に断熱性能の高い真空断熱材を設置することで、その熱漏洩量を抑え、保温電力量を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４２４０１５０号

貯湯タンクの外周部に真空断熱材を設置するためには、平板状の真空断熱材を貯湯タンクに巻き付けて、タンクの曲率に合わせて曲げる必要がある。この際、真空断熱材の厚みが厚い程、真空断熱材のスプリングバックが大きく、断熱性能を損ねることなく曲げることが困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、真空断熱材を貯湯タンクに巻き付ける際の真空断熱材の曲げの作業性を改善するとともに、貯湯タンクに十分な断熱性能を確保することのできる断熱構造を備えた貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

この発明に係る貯湯式給湯機は、湯を貯留する略円筒形の貯湯タンクと、貯湯タンクを包囲する外装ケースと、貯湯タンクと外装ケースとの間の空間に設けられ、貯湯タンクの外周部に巻き付けられた真空断熱材と、を備えたものであり、真空断熱材には、他の領域より厚さが薄い薄肉領域が周方向に沿って他の領域と交互に繰り返し形成されており、外周面側において薄肉領域が他の領域に対して凹部を形成していることを特徴とするものである。

この発明によれば、貯湯タンクの断熱材として用いる真空断熱材に薄肉領域を設けたことにより、貯湯タンクに真空断熱材を巻き付ける際、スプリングバックが抑制されて曲げ易くなり、作業性が改善する。

本発明の貯湯式給湯機の実施の形態を示す構成図である。図１に示す貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットの横断面図である。図２中のＡ−Ａ線断面における貯湯タンクユニット２内の温度分布図である。図２中のＢ−Ｂ線断面における貯湯タンクユニット２内の温度分布図である。真空断熱材の芯材をグラスペーパーで構成した場合の芯材の展開図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態の貯湯式給湯機は、ヒートポンプユニット１と、貯湯タンクユニット２とを備えている。ただし、本発明は、ヒートポンプ以外の熱源を利用する貯湯式給湯機にも適用可能である。

ヒートポンプユニット１は、圧縮機１１と、熱交換器１２と、膨張弁１３と、蒸発器１４とが配管１５により順次接続されて、冷凍サイクルを構成している。熱交換器１２には、冷媒の回路である配管１５と、後述する貯湯タンクユニット２からの水の回路である循環回路３０とが接続されている。ヒートポンプユニット１は、圧縮機１１により増圧されて熱を帯びた冷媒を熱交換器１２に流入させ、循環回路３０の水と熱交換を行う。これにより、熱交換器１２から流出する循環回路３０内の水が湯に沸き上げられる。熱交換器１２で上記の水と熱交換した冷媒は、膨張弁１３により減圧され、蒸発器１４により大気熱を吸入する。

貯湯タンクユニット２は、貯湯タンク２０と、循環回路３０とを有している。貯湯タンク２０は、略円筒形をなしており、その軸方向を鉛直方向として立てて設置される。循環回路３０は、貯湯タンク２０の下部から始まり、熱交換器１２を通って、貯湯タンク２０上部に戻るように形成されている。貯湯タンク２０内の下部に貯留された水は、循環回路３０を通って熱交換器１２に送られる。熱交換器１２で沸き上げられた湯は、循環回路３０を通って上部から貯湯タンク２０内に流入する。このようにして、貯湯タンク２０内では、下部に水が貯留され、その上層に湯が貯留される。

貯湯タンク２０の下部には、外部からの水の流路となる外部給水管３１の一端が接続されている。この外部給水管３１の他端は水道等の水源に接続される。また、貯湯タンク２０の上部には、外部への湯の流路となる外部給湯管３２の一端が接続されており、外部給湯管３２の他端には図示しない給湯栓などが設けられている。使用者がこの給湯栓を開くことにより、湯が貯湯タンク２０から外部へ供給される。

図２は、図１に示す貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット２の横断面図である。図２に示すように、貯湯タンクユニット２は、貯湯タンク２０を包囲する外装ケース２１と、貯湯タンク２０と外装ケース２１との間の空間に配置された断熱材とを更に備えている。本実施形態では、断熱材として、貯湯タンク２０の外周部（胴部）に巻き付けられた真空断熱材２３と、この真空断熱材２３の外側を覆う発泡断熱材（第２の断熱材）２４とを有する二重構造のものが備えられている。

外装ケース２１は、角筒状（箱状）をなしており、一般には金属材料で構成される。外装ケース２１は、４つの側面２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２１ｄを有している。このうち、側面２１ａ，２１ｂおよび２１ｃの３つは貯湯タンク２０に比較的近く、側面２１ｄは貯湯タンク２０から比較的離れている。貯湯タンク２０に近い側面２１ａ，２１ｂおよび２１ｃの内壁と、貯湯タンク２０の外周面とが最も近接する部位は、断熱材（真空断熱材２３および発泡断熱材２４）によって隙間無く埋められている。これに対し、貯湯タンク２０から遠い側面２１ｄの内側と、側面２１ａ，２１ｂの間の角部と、側面２１ｃ，２１ｃの間の角部とには、断熱材によって埋められていない空間２２が存在する。

真空断熱材２３は、プラスチックフィルムやプラスチック金属ラミネートフィルムなどのガスバリアー性フィルムからなる袋状の外皮材で芯材を包み、内部を真空排気して密封溶着してなる板状の断熱材である。このような真空断熱材２３は、熱伝導率が極めて低く、優れた断熱性能を有する。真空断熱材２３の芯材としては、発泡体、粉体、繊維体等をシート状または板状に加工した多孔体が好ましく用いられるが、後述するように、グラスペーパー（微細ガラス繊維ペーパー）を用いることが特に好ましい。

発泡断熱材２４は、例えば発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリウレタンなどの発泡体で構成されている。発泡断熱材２４の熱伝導率は、真空断熱材２３の熱伝導率より高い。

真空断熱材２３は、他の領域２３ａより厚さが薄い薄肉領域２３ｂを有しており、他の領域２３ａと薄肉領域２３ｂとは、貯湯タンク２０の周方向に沿って交互に繰り返し設けられている。他の領域２３ａと薄肉領域２３ｂとの境界の段差は、外周面側に形成されている。すなわち、外周面側において、薄肉領域２３ｂは、他の領域２３ａに対し凹部を形成している。

薄肉領域２３ｂは、貯湯タンク２０の外周面と外装ケース２１の内壁との距離が比較的大きい部位、すなわち空間２２を設ける余裕のある部位に配置されている。これらの部位では、断熱材全体の厚さ（真空断熱材２３と発泡断熱材２４との合計厚さ）の制限が緩やかであり、発泡断熱材２４の厚さを必要なだけ厚くすることができるので、真空断熱材２３の厚さを薄くしても、十分な断熱効果を得ることが可能である。

一方、他の領域２３ａは、貯湯タンク２０に近い側面２１ａ，２１ｂおよび２１ｃの内壁と、貯湯タンク２０の外周面とが最も近接する３箇所の部位にそれぞれ配置されている。これらの部位では、外装ケース２１の内壁と貯湯タンク２０との距離が近いため、断熱材全体の厚さが厳しく制限される。これに対し、本実施形態によれば、断熱材全体の厚さが厳しく制限されるこれらの部位においても、熱伝導率の極めて低い真空断熱材２３の厚さを比較的厚くすることにより、十分な断熱効果が得られる。

一般に、貯湯タンクユニット２の組立時には、平板状の真空断熱材を貯湯タンク２０の外周部に巻き付け、貯湯タンク２０の円筒面の曲率に合わせて曲げる必要がある。この際、真空断熱材の厚さが厚い程、スプリングバックが大きく、断熱性能を損ねることなく曲げることが困難である。この問題に対し、本実施形態の真空断熱材２３では、薄肉領域２３ｂを貯湯タンク２０の周方向に沿って他の領域２３ａと交互に繰り返し複数箇所に形成したことにより、スプリングバックを抑制することができる。このため、貯湯タンク２０に真空断熱材２３を巻き付ける作業を容易に行うことができる。また、曲げ変形による真空断熱材２３のストレスを抑制することができるので、真空断熱材２３の断熱性能を損ねることを確実に防止することができる。

特に、本実施形態では、真空断熱材２３において、薄肉領域２３ｂ全体の面積が他の領域２３ａ全体の面積より広くされている。このため、真空断熱材２３を巻き付ける際のスプリングバックを更に抑制することができ、上記効果をより顕著に発揮させることができる。

また、本実施形態の真空断熱材２３では、他の領域２３ａと薄肉領域２３ｂとの境界の段差が外周面側に形成されており、内周面側は段差や凹みがなく平坦になっている。このため、貯湯タンク２０の外周面と真空断熱材２３との間に隙間が生ずることを防止することができ、より優れた断熱効果が得られる。

また、本実施形態では、真空断熱材２３の外周面側に薄肉領域２３ｂによって形成される凹部を埋めるための凸部２４ａが発泡断熱材２４の内周面に形成されている。この凸部２４ａを設けたことにより、真空断熱材２３と発泡断熱材２４との間の隙間を確実に埋めることができ、また貯湯タンク２０の外周面と真空断熱材２３との間に隙間が生ずることを確実に防止することができる。このため、より優れた断熱効果が得られる。

図３は、図２中のＡ−Ａ線断面における貯湯タンクユニット２内の温度分布図を示している。真空断熱材２３の薄肉領域２３ｂが配置された部位の温度分布は、この図３に代表される。前述したように、この部位においては、発泡断熱材２４（熱伝導率をλ２とする）の厚さｔ２を比較的厚くとれることもあり、真空断熱材２３（熱伝導率をλ１とする）の厚さｔ１を薄くすることが可能となる。真空断熱材２３と発泡断熱材２４とを合わせた熱抵抗は、ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２（ｍ^２・℃／Ｗ）となる。このとき、貯湯タンク２０内の湯温度Ｔ-ＩＮは、断熱効果により外装ケース２１の内側でＴ−ＯＵＴの温度まで低下するように設定する。例えば、ｔ１＝０．００６ｍ、λ１＝０．００２Ｗ／ｍ・℃、ｔ２＝０．０４２ｍ、λ１＝０．０３６Ｗ／ｍ・℃とした場合、ｔ１／λ１＋ｔ２／λ２＝０．００６／０．００２＋０．０４２／０．０３６≒４．２（ｍ^２・℃／Ｗ）となる。

図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面における貯湯タンクユニット２内の温度分布図を示している。真空断熱材２３の他の領域２３ａが配置された部位の温度分布は、この図４に代表される。前述したように、この部位においては、貯湯タンク２０と外装ケース２１との距離が近いため、熱伝導率の低い真空断熱材２３の厚さｔ３を確保し、側面からの放熱を防ぐ必要がある。真空断熱材２３と発泡断熱材２４（厚さをｔ４とする）とを合わせた熱抵抗は、ｔ３／λ１＋ｔ４／λ２（ｍ^２・℃／Ｗ）となる。このときも、貯湯タンク２０内の湯温度Ｔ-ＩＮは、断熱効果により外装ケース２１の内側でＴ−ＯＵＴの温度まで低下するように設定する。例えば、ｔ３＝０．００８ｍ、λ１＝０．００２Ｗ／ｍ・℃、ｔ４＝０．０１０ｍ、λ１＝０．０３６Ｗ／ｍ・℃とした場合、ｔ３／λ１＋ｔ４／λ２＝０．００８／０．００２＋０．０１０／０．０３６≒４．３（ｍ^２・℃／Ｗ）となる。

このように、薄肉領域２３ｂにおける真空断熱材２３と発泡断熱材２４との合計厚さ（上記の例では０．０４８ｍ）を他の領域２３ａにおける真空断熱材２３と発泡断熱材２４との合計厚さ（上記の例では０．０１８ｍ）より厚くすることにより、両領域の熱抵抗をほぼ同等とすることができ、貯湯タンク２０全体を均一に保温可能となる。

前述したように、真空断熱材２３は、グラスペーパーを芯材として用いることが特に好ましい。図５は、真空断熱材２３の芯材をグラスペーパーで構成した場合の芯材の展開図である。図５に示す真空断熱材２３の芯材２３ｃは、真空断熱材２３全体とほぼ同じ大きさを有する第１のグラスペーパー２３ｄの上に、この第１のグラスペーパー２３ｄより小さい第２のグラスペーパー２３ｅを３箇所に積層した構造のものである。この芯材２３ｃを用いて製造された真空断熱材２３では、第２のグラスペーパー２３ｅが重ねて積層された２層の領域によって他の領域２３ａを形成し、第２のグラスペーパー２３ｅが積層されていない１層の領域によって薄肉領域２３ｂを形成することができる。このように、少なくとも一部を積層構造としたグラスペーパーを芯材に用い、グラスペーパーの積層数の異なる２種の領域を設けることにより、真空断熱材２３に薄肉領域２３ｂを容易に形成することができる。図５に示す例では、薄肉領域２３ｂを１層、他の領域２３ａを２層としたが、その層数はこれに限定されるものではない。

なお、真空断熱材２３を製造する方法は上述の例に限定されるものではない。例えば、厚さのことなる真空断熱材を組み合わせることによって、薄肉領域を有する真空断熱材を製造することもできる。

また、本実施形態では、真空断熱材２３を貯湯タンク２０の外周部に３６０°全周に渡って巻き付けているが、本発明では、貯湯タンクの外周の一部に、真空断熱材で覆われず、別の断熱材で覆われる部分があってもよい。また、本発明における真空断熱材は、貯湯タンクの高さ方向に関して全体に設けられていなくてもよく、高さ方向の一部に真空断熱材が設けられ、高さ方向の他の部分は別の断熱材で覆われていてもよい。

また、本実施形態では、真空断熱材２３の外側を覆う第２の断熱材として発泡断熱材２４を用いているが、本発明における第２の断熱材はこれに限定されるものではなく、例えばグラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウールなどを第２の断熱材として用いてもよい。

２貯湯タンクユニット
１５配管
２０貯湯タンク
２１外装ケース
２２空間
２３真空断熱材
２３ａ他の領域
２３ｂ薄肉領域
２４発泡断熱材
２４ａ凸部
３０循環回路

Claims

湯を貯留する略円筒形の貯湯タンクと、
前記貯湯タンクを包囲する外装ケースと、
前記貯湯タンクと前記外装ケースとの間の空間に設けられ、前記貯湯タンクの外周部に巻き付けられた真空断熱材と、
を備え、
前記真空断熱材には、他の領域より厚さが薄い薄肉領域が周方向に沿って前記他の領域と交互に繰り返し形成されており、外周面側において前記薄肉領域が前記他の領域に対して凹部を形成していることを特徴とする貯湯式給湯機。
前記貯湯タンクの外周面と前記外装ケースの内壁との距離が大きい部位に前記薄肉領域が配置され、前記貯湯タンクの外周面と前記外装ケースの内壁との距離が小さい部位に前記他の領域が配置されていることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
前記真空断熱材の芯材として、少なくとも一部を積層構造としたグラスペーパーを用いており、該グラスペーパーの層数を異ならせることによって前記薄肉領域と前記他の領域とが形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
前記薄肉領域の全体の面積は、前記他の領域の全体の面積より広いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
前記真空断熱材より熱伝導率が高く、前記薄肉領域を外側から覆う第２の断熱材を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
前記第２の断熱材は、前記他の領域をも覆っており、
前記薄肉領域における前記真空断熱材と前記第２の断熱材との合計厚さは、前記他の領域における前記真空断熱材と前記第２の断熱材との合計厚さより厚いことを特徴とする請求項５記載の貯湯式給湯機。
発泡体で構成され、前記真空断熱材を外側から覆う発泡断熱材を備え、
前記発泡断熱材の内周面には、前記凹部を埋める凸部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。