JP2016044870A - 貯湯タンクユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】高い断熱性能と強度を備えた貯湯タンクユニットを提供する。【解決手段】貯湯タンク2と、前記貯湯タンク2を収容する外箱3Aと、前記貯湯タンク2と前記外箱3Aとの間に充填される発泡断熱材6と、を備え、前記外箱3Aには、前記外箱3Aを横に寝かせた状態で前記発泡断熱材6の発泡液を充填する充填口3a1,3a2,3c1,3c2、および前記外箱3Aの内部のガスを透過させる第1の孔3a3,3c3が設けられていることを特徴とする貯湯タンクユニット1Aとする。【選択図】図6

Description

本発明は、貯湯タンクユニットに関する。
従来の貯湯タンクユニットとして、貯湯タンクの周囲を複数の成形された発泡断熱材で覆い、該発泡断熱材の周囲を外装ケースで覆うものが提案されている。
特開2011−106791号公報
しかしながら、特許文献1に記載の貯湯タンクユニットの外装ケースを横に寝かせた状態で、液状の発泡断熱材を充填すると、貯湯タンクと外装ケースとの隙間の気体(ガス)抜きが不充分となることがある。この場合、液状の発泡断熱材の発泡過程でボイドが形成されて熱漏洩を十分に防げないという問題や、発泡断熱材が完全に充填された場合に比べ、貯湯タンクの強度が劣ってしまうという問題があった。
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、ボイドが生じないように発泡断熱材を充填することで、高い断熱性能と高い強度を備えた貯湯タンクユニットを提供することを目的とする。
本発明は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収容する外箱と、前記貯湯タンクと前記外箱との間に充填される発泡断熱材と、を備え、前記外箱には、前記外箱を横に寝かせた状態で前記発泡断熱材の発泡液を充填する充填口、および前記外箱の内部のガスを透過させる第1の孔が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、高い断熱性能と強度を備えた貯湯タンクユニットを提供できる。
実施形態に係る貯湯タンクユニットを備えた給湯機を示す全体構成図である。 貯湯タンクユニットの内部を示す斜視図である。 貯湯タンクユニットの横断面図であり、(a)は真空断熱材を貯湯タンクの周囲に密着させる例,(b)は真空断熱材を外箱の内面に密着させる例である。 (a)は発泡断熱材の充填前の真空断熱材の被覆状態、(b)は発泡断熱材の充填、発泡後の真空断熱材の被覆状態である。 発泡断熱材の充填方法の説明図を示し、(a)は第1の方法、(b)は第2の方法である。 貯湯タンクユニットの外箱に設けられたガス抜き孔の説明図であり、図6(a)は外箱の斜視図、(b)は図6(a)のうち、前板のガス抜き孔の部分を含む拡大断面図である。 タンク脚を示す斜視図である。 タンク脚の取付方法を説明する図である。 脚受部とタンク脚との取付構造を上下方向から見たときの図である。 タンク脚と製品脚との取付構造を示す図である。 タンク脚と下部鏡板の突起部との位置関係を示す側面図である。 変形例に係る貯湯タンクユニットのタンク脚を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態に係る貯湯タンクユニット1Aについて図1ないし図12を参照して説明する。なお、図2以降では、貯湯タンクに接続される配管の図示を省略している。
(実施形態の説明)
まず、貯湯タンクユニット1Aを備えた給湯機1について図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る貯湯タンクユニットを備えた給湯機を示す全体構成図である。
図1に示すように、給湯機1は、貯湯タンクユニット1A、ヒートポンプユニット10を含んで構成されている。
貯湯タンクユニット1Aは、貯湯タンク2、外箱3A、真空断熱材4A(図1では見えないため不図示)、発泡断熱材6(ドットで示す部分)を含んで構成されている。
貯湯タンク2の下部には、水道水が導入される給水管11が接続されている。貯湯タンク2の下部の水は、ポンプ(不図示)によって入水管12を介してヒートポンプユニット10に導入される。ヒートポンプユニット10で加熱された温水は、出湯管13を介して貯湯タンク2の上部に導入される。
このような貯湯タンク2内の温水の温度は、例えば、鉛直方向下方から上方にいくにしたがって高くなる。すなわち、貯湯タンク2内の下部から上部にかけて、相対的に低温、中温、高温の温度分布となっている。例えば、貯湯タンク2内の上部で約90℃、中間部で約50℃となっている。
ヒートポンプユニット10は、貯湯タンク2から取り出した水を沸き上げるものであり、例えば、冷媒(例えば、二酸化炭素)を圧縮して高温・高圧にする圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させるとともに貯湯タンク2からの水と熱交換することによって加熱する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧弁と、大気中の熱を吸熱して減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えて構成されている。
貯湯タンク2の上部から取り出された湯は、給湯管14を通り、給水管11に分岐して接続された分岐給水管(不図示)からの水と、混合弁(不図示)を介して混合された後、給湯管17を介して給湯端末18から出湯される。
外箱3Aは、貯湯タンク2を収容する空間を有し、前方(正面側)に配管カバー3sを備えている。配管カバー3sは、ヒートポンプユニット10から貯湯タンク2に向かう出湯管13、分岐給水管(不図示)、混合弁(不図示)、給湯管17などを収容する空間を有している。そして、底板3eにはタンク脚5と連結するように製品脚60が設置されている(詳細は後記図10参照)。
図2は、本実施形態に係る貯湯タンクユニットの内部を示す斜視図である。なお、図2では、配管カバー3s(図1参照)の側を切断したときの外箱3Aの内部の状態を示す。また、図2では、発泡断熱材6(図1参照)および各種配管の図示を省略している。
図2に示すように、貯湯タンク2は、例えば、ステンレス鋼などの材料によって、円筒形状の胴板2a、胴板2aの上部開口を覆う略お椀状(半球状、器状)の上部鏡板2b、胴板2aの下部開口を覆う略お椀状(半球状、器状)の下部鏡板2c、の3部材を溶接することで構成されている。
また、貯湯タンク2は、3本のタンク脚5,5,5を備え、各タンク脚5の下端がボルトなどで外箱3Aに固定されている。なお、タンク脚5の本数は、3本に限定されるものではなく、4本以上であってもよいが、貯湯タンク2の耐震性を考慮すると、3本の場合は全てのタンク脚5が接地するので浮きがなく安定して固定できる。また、この場合は4本以上設ける場合と比較してコストを低減することができるので、より好適であるといえる。
また、貯湯タンク2の外面(前面)には、上下方向に間隔を置いて温度センサ80a,80b(サーミスタ)が設けられている。上側の温度センサ80aは、貯湯タンク2の上部の温度である沸き上げ温度を検出するものである。下側の温度センサ80bは、貯湯タンク2の中間部の中温水の温度を検出するものである。なお、温度センサ80a,80bの個数は、本実施形態に限定されるものではなく、貯湯タンク2の上部だけではなく、貯湯タンク2の上部から下部にかけて3個以上の温度センサが設けられる構成であってもよい。
外箱3Aは、貯湯タンク2を収容する鋼板製のものであり、貯湯タンク2の、前方に位置する前板3a(図1参照)、側方に位置する側板3b,3b、後方に位置する後板(背板)3c、上方に位置する上板(天板)3dおよび下方に位置する底板3eによって縦長の四角箱状に構成されている。
配管カバー3sは、外箱3Aの前方に設けられ、例えば、前側に位置する前板、左右に位置する側板、上側に位置する上板、底側に位置する底板によって、外箱3Aの前板3a(図1参照)を覆うように構成されている。
真空断熱材4Aは、シート状のものであり、貯湯タンク2の胴板2aの周囲に巻かれているが、これには限定されない。真空断熱材4Aは、例えば外箱3Aの内壁面に装着するようにしてもよい。また、真空断熱材4Aは、グラスウールなどのガラス繊維からなるコア材、このコア材を包む外包材などで構成されている。外包材は、ガスバリア性を有するアルミニウム製のラミネートフィルムなどで構成されている。
また、真空断熱材4Aは、その周方向の長さが貯湯タンク2の全周の長さよりも短く形成され、貯湯タンク2と重ならない非重ね部に温度センサ80a,80b、およびタンク脚5の脚受部4(詳細後記)が位置するようにして貯湯タンク2に巻かれている。このようにするのは、温度センサ80a,80bに不具合が生じたときに、温度センサ80a,80bの交換を容易にするためである。
次に、脚受部4は、タンク脚5を貯湯タンク2に固定するためのものであり、貯湯タンク2の胴板2aに溶接によって固定されている。換言すると、脚受部4は、タンク脚5を貯湯タンク2へ支持可能に構成された脚受部材である。
また、脚受部4は、板金を断面視略L字状に曲げ加工するとともに、貯湯タンク2との隙間内部の気体(ガス・空気)を透過させて逃がすガス抜き孔72(第3の孔)を穿孔したものである。脚受部4は、断面視略L字状の角部が径方向外側に向き、かつ、上下方向に沿って延びる一対の縁部4a,4aが貯湯タンク2の胴板2aに固定されるように構成されている。このように、脚受部4を胴板2aに溶接によって固定することで、下部鏡板2cのような曲線部に溶接する場合よりも、溶接を容易にできる。
また、脚受部4は、胴板2aの下部の下部鏡板2cの近傍に位置している。なお、脚受部4の上下方向の長さは、脚受部4の強度を確保できる最小の長さにすることにより、脚受部4からの放熱を最小限に抑えることができる。脚受部4の強度としては、後記するタンク脚5の強度よりも高く、かつ、最小となる値に設定することが好ましい
また、脚受部4は、貯湯タンク2の周面(側面)に120度間隔で設けられている(タンク脚5が3本脚の場合)。これにより、脚受部4に後記するタンク脚5を取り付けたときに、貯湯タンク2から受ける荷重を均等にできる。但し、脚受部4およびタンク脚5の設置間隔は、特に120度間隔に限定するものではない。また、脚受部4およびタンク脚5の設置数に関しても、特に3か所に限定するものではない。
また、脚受部4は、タンク脚5(詳細後記)を取り付けて外箱3Aを横に寝かせ、発泡断熱材6の発泡液を充填口3c1,3c2、または3a1,3a2(詳細は後記図5(a),(b)参照。なお、図2は充填口3a1,3a2が前板3aに設けられたものであって、その前板3aを切断して内側を見た図にあたるため不図示)から充填した際に、タンク脚5に直接かからないような位置に設置される。換言すると、発泡断熱材6の発泡液の充填口3c1,3c2、または3a1,3a2からは、それぞれ対面する前板3a、後板3cが直接見通せるようにして構成される。
図2に示すように、タンク脚5は、貯湯タンク2を支持するものであり、鉛直方向(図示上下方向)に沿って配置されている。また、タンク脚5は、板金を略L字状に曲げ加工するとともに、貯湯タンク2との隙間内部の気体(ガス・空気)を透過させて逃がすガス抜き孔70(第2の孔)を穿孔したものである。このタンク脚5は、貯湯タンク2に接触しない程度の隙間を空けて、貯湯タンク2よりも径方向外側近傍に位置するようにされている。このように、タンク脚5を貯湯タンク2よりも径方向外側に配置することにより、タンク脚を下部鏡板に設ける場合よりも、貯湯タンク2を安定して支持できる。
製品脚60は、貯湯タンク2が収容される外箱3Aを支持するものであり、外箱3Aの底板3eの下面に固定されている。また、製品脚60は、上下方向から見たときにタンク脚5が製品脚60と重なる位置、換言するとタンク脚5の鉛直方向下方に製品脚60が位置するように構成されている。
外箱3Aの底面を構成する底板3eは、例えば略四角板状に形成され、貯湯タンク2の最下部よりも下方に位置しているが、特にこの形状に限定されるものではない。底板3eは、外箱3Aの断面形状に応じた適宜の形状となるようにすればよい。なお、貯湯タンク2の下部(下部鏡板2c)には、水道水が導入される給水管(不図示)、貯湯タンク2内の水をヒートポンプユニット10(図1参照)に導入する配管などが接続されている。
また、底板3eは、例えば貯湯タンク2の輪切り断面よりも若干大きい面積を有する略四角板状に形成されている。底板3eの背面側(後面側)の角部には2本のタンク脚5,5が位置し、前側には1本のタンク脚5が位置している。
図3(a),図3(b)は、貯湯タンクユニットの横断面図である。
図3(a)においてドット表示で示すように、発泡断熱材6は、貯湯タンク2に巻かれた真空断熱材4Aと外箱3Aとの間に設けられている。この発泡断熱材6は、発泡スチロールのような予め成形された断熱材(成形断熱材)ではなく、貯湯タンク2と外箱3Aとの間の発泡断熱空間に液状の断熱材を充填し、充填後に発泡させることで構成されるものである。
また、真空断熱材4Aが巻かれている胴板2aの領域では、貯湯タンク2に巻かれた真空断熱材4Aと外箱3Aとの間に発泡断熱材6が充填され、真空断熱材4Aが巻かれていない非重ね部、また上部鏡板2bおよび下部鏡板2c(図2参照)では、貯湯タンク2と外箱3Aとの間に発泡断熱材6が充填される。
発泡断熱材6としては、例えば、硬質ポリウレタンフォームが用いられる。この硬質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分とイソシアネート成分の2つのウレタン発泡液を、発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させることにより得られるものである。発泡剤としては、シクロペンタン、水、炭酸ガスなどである。なお、発泡断熱材6は、硬質ポリウレタンフォームに限定されるものではない。
また、貯湯タンクユニット1Aの前部においては、外箱3Aと該外箱3Aに最も接近する貯湯タンク2との間に隙間s1が形成され、この隙間s1に発泡断熱材6が充填される。また、貯湯タンク2の真空断熱材4Aが巻かれていない非重ね部にも発泡断熱材6が充填される。
また、貯湯タンクユニット1Aの両側部においては、外箱3Aと該外箱3Aに最も接近する真空断熱材4Aとの間に隙間s2,s2が形成され、各隙間s2に発泡断熱材6が充填されるようになっている。同様に、貯湯タンクユニット1Aの後部においては、外箱3Aと該外箱3Aに最も接近する真空断熱材4Aとの間に隙間s3が形成され、この隙間s3に発泡断熱材6が充填される。
このように、貯湯タンク2と外箱3Aとの間に隙間s1、および真空断熱材4Aと外箱3Aとの間に隙間s2,s3を設けることにより、貯湯タンク2内の熱が、真空断熱材4Aを通って外箱3Aの外部に漏洩するのを抑制することができる。
また、図3(b)に示すように、貯湯タンクユニット1Aは、真空断熱材4Aを貯湯タンク2の外面に設ける構成に替えて、外箱3Aの内面に設けてもよい。
この場合、真空断熱材4Aは、前板3aの内面、側板3b,3bの内面および後板3cの内面に設けられている。真空断熱材4Aは、例えば、側板3b,3bおよび後板3cの全面に設けるようにしてもよい。なお、貯湯タンクユニット1Aは、前板3aに真空断熱材4Aが重ねて設けられていない非重ね部を有している。
図4(a)は、発泡断熱材の充填前の真空断熱材の被覆状態、図4(b)は発泡断熱材の充填後の真空断熱材の被覆状態である。なお、図4(a),図4(b)はともに、真空断熱材4Aは図3(a)のような、貯湯タンク2の外面に密着させる場合の図である。
ところで、真空断熱材4Aは、発泡断熱材6などと比べて断熱性能に優れているが、真空引きなどにより、圧縮されて硬化している。このように硬化したものを任意に曲げたり、貯湯タンク2の外面の円柱形状に密着固定するように配置するには困難が伴う。
そこで、本実施形態では、真空断熱材4Aと発泡断熱材6とを併用することにより、発泡断熱材6の発泡時の圧力を利用することで真空断熱材4Aを貯湯タンク2の外周面に密着させることができる。また、発泡断熱材6を使用することにより、真空断熱材4Aでは覆いきれない隙間s1〜s3、上部鏡板2b、下部鏡板2cの隙間を発泡断熱材6により埋めることができる。これにより、断熱性能の向上を図ることができる。
すなわち、図4(a)に示すように、発泡断熱材6を充填する前において、真空断熱材4Aを貯湯タンク2の外面に巻き付けた場合、貯湯タンク2の外面と真空断熱材4Aとの間に隙間Sが形成される。しかし、図4(b)に示すように、外箱3Aと真空断熱材4Aとの間に発泡断熱材6を充填することにより、発泡断熱材6が発泡するときの発泡圧力Paが真空断熱材4Aを貯湯タンク2に押し付ける方向に作用することで、真空断熱材4Aが貯湯タンク2の外面に密着する。
このようにして、真空断熱材4Aの貯湯タンク2に対する密着性を高めることができ、貯湯タンクユニット1Aにおいて、断熱性能を向上することが可能になる。これにより、高い省エネ性能を有する貯湯タンクユニット1Aを得ることが可能になる。
また、真空断熱材4Aを図3(b)のように外箱3Aの内面に密着させる例においても、図4(a),(b)に示す図3(a)の場合の例と同様にして、真空断熱材4Aと発泡断熱材6とを併用することにより、発泡断熱材6の発泡時の発泡圧力を利用して、真空断熱材4Aを外箱3Aの内面に密着させることができる。また、貯湯タンク2の周囲には、発泡断熱材6によって隙間を形成することなく充填することができる。このようにして、断熱性能を向上させた貯湯タンクユニット1Aを得ることができる。
図5は、発泡断熱材の充填方法を示し、(a)は第1の方法、(b)は第2の方法である。なお、図5に示す上下方向および前後方向の矢印は、貯湯タンク2の向きを示している。また、図5では、真空断熱材4Aの図示を省略している。
図5(a)に示すように、外箱3Aの後板3cには、発泡断熱材6の発泡液を充填する際の入口となる充填口3c1,3c2、および、ガス抜き孔3c3(第1の孔)が形成されている。充填口3c1は、外箱3Aの上部に形成され、充填口3c2は、外箱3Aの下部に形成されている。また、ガス抜き孔3c3は、後板3cの略中央部に複数形成されている。換言すると、ガス抜き孔3c3は、発泡断熱材6の発泡液の充填口3c1,3c2が設けられている外箱3Aの壁面に少なくとも穿孔されている。ここで、ガス抜き孔3c3は、発泡断熱材6の発泡液が発泡することに伴って押し出される気体(ガス)を、外箱3Aの外部へと透過させて逃がす孔である。
そして、配管カバー3s(図1参照)を取り付ける前の状態において、貯湯タンク2を収容した外箱3Aを、外箱3Aの上下が図5(a)の紙面水平方向、かつ、前板3a(外箱3Aの前側)が下向きとなるように寝かせた状態にする。
このように外箱3Aを寝かせた状態において、外箱3Aの周囲を発泡管理治具(やとい、ともいう)30で覆う(図5(a)の二点鎖線参照)。発泡管理治具30は、外箱3Aの周囲全体を取り囲み、前板3a、側板3b,3b、後板3c、上板3d、底板3eのすべてを押し付ける板状の治具を備えている。そして、発泡管理治具30の外側から、ノズル31を充填口3c1,3c2に挿入し、充填口3c1,3c2から発泡断熱材6の発泡液を注入する。
これにより、発泡断熱材6の発泡液が外箱3A内において、まず貯湯タンク2の前側(図示下側)に勢いよく衝突して、発泡が開始される。発泡過程では発泡断熱材6の体積が、貯湯タンク2の後側(図示上側)に向けて上昇するようにして、急激に膨張する。このとき、発泡管理治具30によって外箱3Aの外面全体が抑えつけられているので、発泡断熱材6が発泡するときの発泡圧力によって外箱3Aが膨らむ(変形する)のを防止することができる。そして、発泡断熱材6は、発泡が完了した後に硬化する。
なお、ガス抜き孔3c3を設けた本実施例では、発泡断熱材6の発泡液が発泡する時に、ガス抜き孔3c3から気体(ガス)が抜け発泡中の発泡断熱材6の流動を妨げないため、図3のように、貯湯タンク2と外箱3Aの間の空間に隙間なく発泡断熱材6が充填される。このように、貯湯タンク2の周囲に隙間なく発泡断熱材6を充填すると、貯湯タンク2の強度が向上するので、貯湯圧を高め、給湯管17からの出湯の勢いを強めることができる。また、発泡断熱材6に埋没した貯湯タンク2の板厚を薄くしても、従来の貯湯タンクと同等の強度を得ることもできるので、貯湯タンク2の軽量化を図ることもできる。
また、図5(b)に示すように、外箱3Aの前板3aに、発泡断熱材6の発泡液を充填する際の入口となる充填口3a1,3a2、および、ガス抜き孔3a3(第1の孔)を形成してもよい。充填口3a1は、外箱3Aの上部に形成され、充填口3a2は、外箱3Aの下部に形成されている。また、ガス抜き孔3a3は、前板3aの略中央部に複数形成されている。換言すると、ガス抜き孔3a3は、発泡断熱材6の発泡液の充填口3a1,3a2が設けられている外箱3Aの壁面に少なくとも穿孔されている。ここで、ガス抜き孔3a3は、発泡断熱材6の発泡液が発泡することに伴って押し出される気体(ガス)を、外箱3Aの外部へと逃がす孔である。そして、配管カバー3s(図1参照)を取り付ける前の状態において、貯湯タンク2を収容した外箱3Aを、外箱3Aの上下が図5(b)紙面の水平方向、かつ、後板3c(外箱3Aの後側)が下向きとなるように寝かせた状態にする。
ところで、貯湯タンクユニット1Aは、家庭用などでは、屋外など外気(雨)に曝される場所に設置されることが一般的である。また、発泡断熱材6は、水に弱い性質を有するので、水と接触しない構成であることが望ましい。そこで、図5(b)に示すように、発泡断熱材6の発泡液の充填口3a1,3a2を前板3aに形成することにより、発泡断熱材の充填、発泡が完了した後、充填口3a1,3a2が配管カバー3s(図1参照)によって覆われることになる。このようにすれば、水(雨水)の浸入口となる充填口3a1,3a2が配管カバー3sで覆われることになり、充填口3a1,3a2に水浸入対策を施さなくても、充填口3a1,3a2からの水の浸入を防止することができる。よって、貯湯タンクユニット1Aの構成を簡略化できる。
なお、発泡断熱材6を充填する場合の貯湯タンク2の向きについては、前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、外箱3Aの底板3eに発泡断熱材6の発泡液の充填口を設け、貯湯タンク2の上部が鉛直方向(重力方向)の下向きとなるようした状態で発泡断熱材6の発泡液を充填するようにしてもよい。この場合においても、貯湯タンク2の上部における発泡断熱材6の密度を下部よりも高くすることができ、貯湯タンク2の上部の断熱性を向上させることができる。
但し、外箱3Aの底板3eに充填口を設け、貯湯タンク2の上部が鉛直方向(重力方向)の下向きとなる状態で発泡液を充填する場合においても、発泡断熱材6の発泡液の充填口からは、本実施形態と同様に、対面する上板3dが直接見通せるようにして構成されることが望まれる。
なぜならば、発泡液が充填途中で配管などにあたると、そこから発泡が開始されてしまい、発泡断熱材6の充填密度が下がって断熱性能が低下してしまうからである。しかし、このような貯湯タンク2を縦状態にして充填する方式の場合、充填口から対面する上板3dまでの距離は、貯湯タンク2を横に寝かせる本実施形態よりも、長くなる。つまり、発泡液の流下を妨げないようにするための、配管などの配置上のレイアウトに制約が多くなってしまう。また、確実に対面する上板3d付近まで発泡液を充填するために、ノズルの長さを長くして対処する場合には、発泡が開始されたあとのノズルの引き抜き(引き上げ)速度を適度な速さに制御する必要がある。なぜならば、ノズルの引き抜き速度が遅いと発泡過程で硬化する発泡断熱材6の中にノズルが埋まってしまう。また、ノズルの引き抜き速度が速いと、ノズルの先端部分でガスを巻き込む渦が生ずるので、発泡過程でボイドが形成されやすくなってしまうからである。
本実施形態のように、貯湯タンク2を横に寝かせた状態で発泡液を充填する場合には、これらの制約の影響を極力小さくできるので、作業性を格段に向上させることができる。ゆえに、発泡断熱材6を充填する場合の貯湯タンク2の向きについては、本実施形態のように、横に寝かせた状態で行うのがより好適であるといえる。
次に、図6(a)、図6(b)を参照しながら、本実施形態に係る外箱3Aの前板3aに穿孔されたガス抜き孔3a3を説明する。図6(a)は、外箱3Aの斜視図であり、例えば図5(b)のように、外箱3Aを前板3aが鉛直上向き(紙面上)となるように横に寝かせて発泡断熱材6の発泡液を充填する場合の例である。
ガス抜き孔3a3は、前記したように、発泡断熱材6の発泡液が発泡することに伴って押し出される気体(ガス)を、外箱3Aの外部へと逃がす孔である。これにより、発泡断熱材6の発泡液の発泡時に、ガス抜き孔3a3から気体(ガス)が抜けやすくなる。その結果、貯湯タンク2と外箱3Aの間の空間に隙間なく発泡断熱材6が充填される。すると、貯湯タンク2自体の断熱性能を向上させる効果とともに、発泡断熱材6の発泡液の発泡に伴って、発泡断熱材6と貯湯タンク2のステンレスと外箱3Aの外装板金とが密着して一体となり、貯湯タンク2の強度を向上させるという効果を生む。
具体的には、例えば貯湯タンク2のステンレスの板厚が0.7mm程度である場合に、一体化した場合の板厚相当値は、20mm〜30mmにも及ぶ。ここで、板厚相当値とは、貯湯タンク2の内周面から発泡断熱材6および外箱3Aの外壁面までの一体化した厚みを意味するものとする。これにより、例えば貯湯タンクの性能を測る指標のひとつとされる負圧破壊性能試験において、従来の貯湯タンクユニットでは、負圧負荷に耐えられず貯湯タンク2が押し潰されてしまうような場合であっても、本実施形態の貯湯タンクユニット1Aでは、負圧負荷に耐え、押し潰されずに済むようになる。貯湯タンク2の強度が向上すれば、貯湯圧を高めることができるので、給湯管17(図1参照)からの出湯の勢いを強めることができる。また、従来の貯湯タンクと同等の給湯圧を得るためには、必要な貯湯タンク2のステンレス板厚を薄くできるので、貯湯タンク2自体の軽量化を図ることができるという効果も生む。
なお、図5(a)に示すように、外箱3Aを上下が紙面水平方向、かつ、前板3aが下向きとなるよう寝かせて発泡断熱材6の発泡液を充填する場合には、外箱3Aの後板3cに、発泡断熱材6の発泡液の充填口3c1,3c2、および、ガス抜き孔3c3を形成してもよい。
ここで、ガス抜き孔3a3,3c3の穿孔のさせ方、具体的には例えば穿孔数、孔径、穿孔位置や配列パタン(整列、ランダム、ジグザグ状)、などに関しては、特に限定されない。例えば、ガス抜き孔3a3,3c3が穿孔される前板3a、後板3cにおいて、前板3a、後板3cの短手方向の中央部分と、両端部分など、複数個所に分けて穿孔するようにしてもよい(図6(a)参照)。ガス抜き孔3a3,3c3が穿孔される外箱3Aの形状に関しても、特に直方体形状には限定されず、断面視多角形状を有する外箱に穿孔する形態であってもよい。
次に、図6(b)は、図6(a)のうち、外箱3Aの前板3aのガス抜き孔3a3を含む部分の拡大断面図である。
図6(b)に示すように、外箱3Aの前板3aのガス抜き孔3a3を含む内壁面には、シート部材35が接着されている。このシート部材35は、例えば発泡断熱材6の発泡液を透過させず、ガスのみを透過させるようなシートである。このようなシート部材35を前板3aのガス抜き孔3a3を含む壁面の内側に予め接着させておくことで、発泡断熱材6の発泡液の発泡時に、該発泡断熱材6は透過させないで、ガス抜き孔3a3へのガスの透過のみを許容するといったことができるようになる。
ここで、シート部材35の厚みに関しては特に限定されないが、厚い場合は外箱3Aの前板3aの内壁面との段差が大きくなり、発泡中の発泡断熱材6の流動性が阻害されてしまう場合があるので、なるべく薄いものが好適であるといえる。具体的には、例えば3mm以下のものがより好ましい。ガス抜き孔3a3と、このようなシート部材35とを併用することによって、発泡断熱材6のより一層の高密度充填が可能になる。
なお、このようなシート部材35の具体的な候補としては、例えば冷蔵庫の生産ライン上で、断熱材を注入後のガス抜きテープとして用いられる通気性粘着テープや、気泡を備えたポリエチレンフォームなどが挙げられる。
また、図5(a),図5(b)および図6(a),図6(b)ともに、シート部材35は、外箱3Aの壁面の内側に接着される例で説明したがこれに限らない。例えば、シート部材35は、外箱3Aの壁面の外側に接着させて、壁面の外側から、発泡中の発泡断熱材6が透過しようとするのを防止するとともに、発泡過程で生じたガスのみを透過させるようにしてもよい。
次に、図7を参照しながら、本実施形態に係るタンク脚の概略構成を説明する。図7は、タンク脚5を示す斜視図である。なお、図7は、タンク脚5を裏側(貯湯タンク2側)から見た状態を示している。
図7に示すように、タンク脚5は、断面視略L字状に曲げられた脚体5a、支持板5cを含んで構成されている。
脚体5aは、貯湯タンク2の自重に耐える高さ方向の強度を得るために、例えば断面視略L字状に曲げ加工した(L型アングル)構造を有している。また、脚体5aには、内面側の上部に、それぞれの面においてナットN1,N1が高さ方向に間隔を置いて固定されている。
また、脚体5aの内面5a2には、貯湯タンク2の胴板2aと下部鏡板2cとの接合部にあたる突起部2c1がある高さよりも上側の位置において、ガス抜き孔70が設けられている(但し、ナットN1,N1の部分を除く)。
なおこのガス抜き孔70は、軽量化のためにだけに穿孔されたものではない。このガス抜き孔70は、発泡中の発泡断熱材6が、突起部2c1と内面5a2との間の隙間から内面5a2,5a2によって形成された断面視略L字の屈曲部の狭小領域Tに侵入する際に、ガス溜まりで侵入阻害されてボイドとなってしまわないように、ガスを逃がすための孔である(詳細後記)。
支持板5cは、略長方形状の板状部材であり、脚体5aを支持するものであり、脚体5aと溶接によって固定されている。また、支持板5cは、長手方向が貯湯タンク2の略周方向側を向くように配置されている(図2参照)。また、支持板5cには、脚体5aを挟んで両側にナットN2,N2が固定されている。
また、例えば支持板5cの長辺側(外側)の一部が高さ方向に直角に曲げられた曲げ部5c1を有するようにされているが、これには限定されない。曲げ部5c1は、適宜省略することも可能である。これにより、タンク脚5(特に、脚体5a)に大きな圧縮荷重が加わったときに、脚体5aが変形せず、荷重が脚体5aの先端部である支持板5cとの接続部分に集中しても、支持板5cが変形し難くなる。よって、支持板5cは、荷重が集中しない面構造となって、底板3eつまり製品脚60に貯湯タンク2の荷重を伝達することができる。
図8は、タンク脚の取付方法を説明する図である。
図8に示すように、脚受部4には、ボルトB1が挿通されるボルト挿通孔4bが形成されるとともに、ガス抜き孔72が穿孔されている。一方、タンク脚5には、ボルトB1が挿通されるボルト挿通孔5sが、前記したナットN1に対応する位置に形成される。また、ガス抜き孔70が、前記したガス抜き孔72に対応する位置に穿孔されている。
タンク脚5を脚受部4に取り付ける場合には、タンク脚5を、脚受部4と貯湯タンク2との間の略三角形状の空間に、脚受部4の下方から挿入する。そして、脚受部4の各ボルト挿通孔4bとタンク脚5の各ボルト挿通孔5sとを重ね合わせた状態において、脚受部4の外側からボルトB1をボルト挿通孔4b,5sに挿通し、ボルトB1をタンク脚5に固定されたナットN1に螺合させる。これにより、タンク脚5が脚受部4に固定され、また、ボルトB1とナットN1とを用いることによって、タンク脚5が脚受部4に対して着脱可能となっている。なお、この状態において、ガス抜き孔72とガス抜き孔70は図示しない孔の軸が互いに略一致するようにして重なり、連通孔となるようにされている。ここで、ガス抜き孔72の孔の径と、ガス抜き孔70の孔の径との大小関係は、特に限定されないが、ガスの流動抵抗を小さくする観点からは、ガス抜き孔72の孔の径は、ガス抜き孔70の孔の径以上となるように穿孔されることが望ましい。
図9は、脚受部とタンク脚との取付構造を上下方向から見たときの図である。
図9に示すように、タンク脚5は、脚受部4の内面に接するように挿入される。そして、ボルトB1を脚受部4側から、ボルト挿通孔4b、ボルト挿通孔5sの順に挿通して、タンク脚5に固定されたナットN1に螺合させる。
このように、タンク脚5のそれぞれの面に対して、一対のボルトB1を脚受部4に固定することにより、タンク脚5を脚受部4にガタツキなく固定することができる。
図10は、タンク脚と製品脚との組み付け構造を示す図である。
図10に示すように、外箱3Aの底板3eを、タンク脚5および製品脚60の間に挟んだ状態にする。そして、タンク脚5と製品脚60とを、タンク脚5のナットN2と製品脚60のボルト挿通孔6c3とが上下方向において重なるように配置する。そして、ボルトB2を製品脚60側から挿通してタンク脚5のナットN2に螺合させる。このように、ボルトB2とナットN2とを用いて固定することによって、タンク脚5と製品脚60とが互いに着脱可能、またタンク脚5と製品脚60とが底板3eに対して着脱可能になっている。
このように、比較的強度の高いタンク脚5と製品脚60とを連結して固定することで、貯湯タンク2を支持する部材の強度を向上させることができる。また、ボルトB2を介してタンク脚5と製品脚60とを固定することで、製品脚60に不具合が生じて製品脚60を交換する必要性が生じた場合に、製品脚60のみを交換することができる。
つまり、例えば地震などで製品脚60に修繕が必要なほどの変形が発生したとしても、タンク脚5と製品脚60との連結を切り離し、製品脚60を取り外せばよいので、貯湯タンク2(貯湯タンクユニット1)ごと交換する必要がなくなる。更には、脚受部4がタンク脚5および製品脚60よりも変形し難い構成とすることで、貯湯タンク2(貯湯タンクユニット1)ごと交換するといった必要性を極力生じないようにすることもできる。
また、本実施形態では、タンク脚5が外箱3Aの底板3eを挟んで製品脚60と連結固定されている。これによれば、貯湯タンク2からタンク脚5に伝達された荷重を、製品脚60に直接に伝達することができるので、製品脚60によってタンク脚5の荷重を吸収でき、タンク脚5が変形するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、脚受部4が胴板2aの下部であって下部鏡板2cの近傍に溶接によって固定されている。これによれば、胴板2aが高さ方向(鉛直方向)に直線状に(貯湯タンク2を横倒しにした場合は水平線状に)延びているので、脚受部4の溶接を容易にできる。また、タンク脚5の鉛直方向の長さを短くできるので、製品脚60よりも変形し易くなるのを防止できる。
次に、図11を参照しながら、発泡中の発泡断熱材6が前記の狭小領域Tに侵入する様子を説明する。図11は、図5(b)の破線で示された要部の拡大図であり、貯湯タンク2を横に寝かせた状態を示している。なお、図11の上下前後の表示は、発泡断熱材6の発泡液の充填時には、前が紙面上、後が紙面下、上下がそれぞれ紙面右左になる。
本実施形態のガス抜き孔72を備えた脚受部4、およびガス抜き孔70を備えたタンク脚5は、例えば図5(a)または図5(b)の、破線で示された要部のように、貯湯タンク2が有する複数のタンク脚5のうち、発泡断熱材6の発泡液の充填口3c1,3c2、または3a1,3a2ともっとも距離が近いタンク脚5に、少なくとも備えるようにする。
これは、発泡断熱材6の発泡の勢いは、充填口3c1,3c2、または3a1,3a2ともっとも距離が近い場所に備えられたタンク脚5の狭小領域Tがもっとも弱くなりやすいためである。なぜならば、発泡断熱材6の発泡液は、ノズル31,31を介して充填口3c1,3c2、または3a1,3a2から外箱3Aの内部に充填されると、重力作用も相乗して、まず最初に、充填口3c1,3c2、または3a1,3a2と対向する外壁、具体的には、図5(a)の場合は前板3a、図5(b)の場合は後板3c、に向かうようにして勢いよく充填される。そして、これら充填口3c1,3c2、または3a1,3a2と対向する外壁に勢いよく衝突してから、徐々に充填口3c1,3c2、または3a1,3a2の方に向かって、急激に体積が膨張するようにして発泡が開始され、発泡断熱材6が充填されていく。ゆえに、発泡断熱材6の発泡液の膨張の勢いは、充填口3c1,3c2、または3a1,3a2ともっとも距離が近い場所に備えられたタンク脚5の狭小領域Tがもっとも弱くなりやすい傾向にあるのである。
以上を換言すると、本実施形態のガス抜き孔72を備えた脚受部4、およびガス抜き孔70を備えたタンク脚5は、発泡断熱材6の発泡液が充填されて発泡が開始され、発泡過程の最終段階に近い時点における発泡断熱材6のもっとも高い高さから、もっとも近い距離にあるタンク脚5に、少なくとも備えるようにする。
すると、図11の白抜き矢印のS1ないしS3で示すように、発泡中の発泡断熱材6がスムーズに狭小領域Tに導入される。詳しく説明すると、貯湯タンク2の下部鏡板2cの曲面に沿うようにして発泡中の発泡断熱材6の高さ(または嵩・かさ)が上昇し(白抜き矢印S1)、突起部2c1の付近に到達する(白抜き矢印S2)。
さらに発泡断熱材6の発泡が進み、体積が急膨張して高さが増加すると、発泡中の発泡断熱材6が突起部2c1の突起の高さを乗り越えて、狭小領域Tに侵入する。このとき、本実施形態のタンク脚5および脚受部4にはガス抜き孔70,72が設けられているので、狭小領域Tに溜まっていたガスが、発泡中の発泡断熱材6の侵入に伴って押し出しされる形で、ガス抜き孔70,72を通過して排気される(図11の黒塗り矢印参照)。このようにして、狭小領域Tのガス抜きが行われる。以上により、発泡中の発泡断熱材6がガスを巻き込むことなく白抜き矢印S3まで侵入し、ボイドが形成されることを防ぐことができる。
(作用・効果)
改めて本実施形態の作用・効果をまとめると、以下のようになる。
本実施形態のガス抜き孔72を備えた脚受部4、およびガス抜き孔70を備えたタンク脚5は、例えば外箱3Aを横に寝かせた状態にした場合に、貯湯タンク2が有する複数のタンク脚5のうち、発泡断熱材6の発泡液の充填口3c1,3c2、または3a1,3a2ともっとも距離が近いタンク脚5に、少なくとも備えるようにした。
そして、その状態で発泡断熱材6の発泡液を充填口3c1,3c2、または3a1,3a2から外箱3Aの内部に充填すると、次第に貯湯タンク2の下部鏡板2cの曲面に沿うようにして発泡中の発泡断熱材6(未硬化の泡)が上昇し(白抜き矢印S1)、突起部2c1の付近に到達する(白抜き矢印S2)。さらに上昇すると、発泡中の発泡断熱材6が突起部2c1の突起の高さを乗り越えて、狭小領域Tに侵入する。
このとき、本実施形態の脚受部4にはガス抜き孔72が設けられるとともに、タンク脚5にはガス抜き孔70が設けられているので、狭小領域Tに溜まっていたガスが、発泡中の発泡断熱材6の上昇に伴って押し出しされる形で、ガス抜き孔70,72を通過して排気される(図11の黒塗り矢印参照)。このようにして、狭小領域Tのガス抜きが行われる。
以上により、発泡中の発泡断熱材6がガスを巻き込むことなく、白抜き矢印S3に示すように、狭小領域Tの内部にスムーズに侵入できるので、ボイドが形成されることを防ぐことができる。
これにより、貯湯タンク2の断熱性能の低下を効果的に抑制できるという効果を奏する。
また、従来の給湯機は貯湯タンクを負圧負荷から保護するために、減圧弁、逃し弁を設置するなどしてタンク内圧を下げていた。このため、給湯圧が下がってしまい、ユーザの使い勝手に支障が生じたりしていた。これに対処するため、給湯圧を上げるべく、貯湯タンク自体の板厚を厚くしたりして対応していた。それゆえ、重量増が不可避となり、製造コストが増大するといったデメリットがあった。
これに対して本発明の実施形態を適用した給湯機1は、貯湯タンク2と発泡断熱材6と外箱3Aが密着・接着されて一体化し強度が増す。この際、貯湯タンク2と外箱3Aとの間の隙間に、発泡断熱材6を隙間なく充填することが必要になるが、本実施形態の貯湯タンクユニット1Aの外箱3Aには、ガス抜き孔3a3,3c3が穿孔されているので、発泡断熱材6の発泡液の発泡時に、ガスが抜けてボイドが形成されにくくなる。これにより、発泡断熱材6の高密度充填が可能になる。また、外箱3Aのガス抜き孔3a3,3c3の壁面の内側にはシート部材35が接着されているので、発泡断熱材6の発泡液の発泡時に、発泡中の発泡断熱材6の外箱3Aの外部への漏れ出しが防止される。これらの相乗効果で、発泡断熱材6を高密度に充填することができるので、貯湯タンク2の板厚を厚くすることなく高い貯湯圧で貯湯できるので、給湯圧を高くでき、ユーザの使い勝手を大幅に向上させることができる。また、従来と同様の給湯圧を得る場合には、必要な貯湯タンク2のステンレス板厚を薄くできるので、貯湯タンク2自体の軽量化や製造コストの低減を実現できる。
(変形例)
図12は、変形例に係るタンク脚を示す図である。
図12に示すように、変形例に係るタンク脚5の脚体5bの内面5b2には、脚受部4よりも下側の高さから、支持板5cの高さまでの間において、内面5b2の1面当たりガス抜き孔71(第2の孔)が2列分穿孔されている。これ以外の点は、前記した実施形態と同様である。
このようにしても、実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。さらには、このガス抜き孔71は、内面5b2の1面当たり3列以上の複数列分穿孔される構成であってもよい。また、ガス抜き孔70と、ガス抜き孔71の孔の径の大きさは、同じであってもよいし、異なるようにしてもよいことは言うまでもない。
本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
また、上記した実施形態は本発明を分かりやすくするために詳細に説明したものであり、必ずしも、説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成の一部もしくは全てを加えることも可能である。
また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、本実施形態のタンク脚5の脚体5aの内面5a2には、貯湯タンク2の胴板2aと下部鏡板2cとの接合部にあたる突起部2c1がある高さよりも上側の位置において、ガス抜き孔70が設けられていた。しかし、変形例で記載したタンク脚5の脚体5bの内面5b2の、脚受部4よりも下側の高さから、支持板5cの高さまでの間において、ガス抜き孔71に代えて、ガス抜き孔70を穿孔する構成とすることもできる。
また、例えば脚体5a,5bの内面5a2,5b2のうち、脚受部4よりも下側の高さから、貯湯タンク2の胴板2aと下部鏡板2cとの接合部にあたる突起部2c1がある高さまでの間には、ガス抜き孔70を設ける。そして、脚体5a,5bの内面5a2,5b2のうち、貯湯タンク2の胴板2aと下部鏡板2cとの接合部にあたる突起部2c1がある高さから、支持板5cの高さまでの間には、ガス抜き孔71を設けるようにしてもよい。
更には、ガス抜き孔70,71,72の径の大きさは、それぞれ一律で所定としてもよいし、例えば支持板5cから上側に向かって、グラデーション状に小から大とするなど、変則的な構成とすることもできる。また、一般に狭小領域T、すなわちタンク脚5のうち脚受部4とタンク脚5が重なる部分を含んでなる突起部2c1より鉛直上側の部分であって、貯湯タンク2との間の隙間部分には、発泡断熱材6が入りにくい。ゆえに、狭小領域Tと連通するガス抜き孔70,71,72の孔径は、それ以外の領域と連通するガス抜き孔70,71,72の孔径よりも、大きく穿孔するようにしてもよい。
また、ガス抜き孔70,71はそれぞれ、内面5a2,5b2に列状をなして穿孔されているが、これに限らない。例えば、ジグザグ状をなすようにしてそれぞれ穿孔してもよい。
また、前記のタンク脚5は、例えば板金を断面視略L字状に曲げ加工した部材であるとして説明したが、これに限らない。例えば、角柱体や円柱体形状を有する部材を用いたものであっても、本発明の各実施形態と同様の議論ができる。
また、本発明は、貯湯タンク2の上部から取り出した熱水と水道水とを熱交換して温水とした水道水を蛇口やシャワーなどの給湯端末18に給湯する水道直圧式の給湯装置など、給湯装置の種類を問わず適用することができる。
また、追い炊き熱交換器が貯湯タンク2の内部または外部に備わる給湯装置に適用することができる。
また、本実施形態、およびその変形例ともに、外箱3Aのガス抜き孔3a3,3c3と、脚受部4・タンク脚5のガス抜き孔70,71,72とを両方セットで備える場合を例に挙げて説明したが、特にこれには限定されない。例えば、外箱3Aのガス抜き孔3a3,3c3のみを備える構成であってもよい。
1A 貯湯タンクユニット
1 給湯機
2 貯湯タンク
2a 胴板
2b 上部鏡板
2c 下部鏡板
2c1 突起部
3A 外箱
3a 前板(壁面)
3b 側板(壁面)
3c 後板(壁面)
3d 上板(壁面)
3e 底板(壁面)
3a1,3a2,3c1,3c2 充填口
3a3,3c3 ガス抜き孔(第1の孔)
3s 配管カバー
4 脚受部(脚受部材)
4A 真空断熱材
4a 縁部
4b,5s,6c3 ボルト挿通孔
5 タンク脚
5a,5b 脚体
5a2,5b2 内面
5c 支持板
5c1 曲げ部
6 発泡断熱材
10 ヒートポンプユニット
11 給水管
12 入水管
13 出湯管
14,17 給湯管
18 給湯端末
30 発泡管理治具
31 ノズル
35 シート部材
60 製品脚
70,71 ガス抜き孔(第2の孔)
72 ガス抜き孔(第3の孔)
80a,80b 温度センサ
6 発泡断熱材
s1,s2,s3 隙間
S1,S2,S3 白抜き矢印
T 狭小領域
N1,N2 ナット
B1,B2 ボルト

Claims (6)

  1. 貯湯タンクと、
    前記貯湯タンクを収容する外箱と、
    前記貯湯タンクと前記外箱との間に充填される発泡断熱材と、を備え、
    前記外箱には、前記外箱を横に寝かせた状態で前記発泡断熱材の発泡液を充填する充填口、および前記外箱の内部のガスを透過させる第1の孔が設けられている
    ことを特徴とする貯湯タンクユニット。
  2. 前記第1の孔は、前記充填口が設けられている前記外箱の壁面に少なくとも穿孔されていることを特徴とする、請求項1に記載の貯湯タンクユニット。
  3. 前記第1の孔が穿孔された前記壁面には、前記ガスを透過させるとともに発泡中の前記発泡断熱材を透過させないシート部材が接着されていることを特徴とする、請求項1に記載の貯湯タンクユニット。
  4. 前記シート部材は通気性粘着テープ、またはポリエチレンフォームであることを特徴とする、請求項3に記載の貯湯タンクユニット。
  5. 前記貯湯タンクを支持するタンク脚をさらに備え、
    前記タンク脚には、前記ガスを透過させる第2の孔が穿孔されている
    ことを特徴とする、請求項1に記載の貯湯タンクユニット。
  6. 前記タンク脚を前記貯湯タンクに固定する脚受部材をさらに備え、
    前記脚受部材には、前記ガスを透過させる第3の孔が穿孔されている
    ことを特徴とする、請求項5に記載の貯湯タンクユニット。
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