JP2018168859A

JP2018168859A - 発泡断熱材および貯湯式給湯機

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Publication number: JP2018168859A
Application number: JP2017064139A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　勝; Masaru Sasaki; 勝佐々木; 貴章谷地田; Takaaki Yachita
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP6840009B2

Abstract

【課題】上下をそれぞれ異なる発泡倍率・材質で発泡断熱材を一体に成型すると、材料特性の違いから発泡倍率が異なる境界線で割れが発生しやすく、このとき境界線が一直線であった場合は、割れたことで貯湯タンク１０１が露出して、割れた隙間から熱が漏れてしまい、断熱性能が低下してしまうという問題があった。【解決手段】発泡断熱材は発泡倍率の異なる２種類の断熱材または材質の異なる２種類の断熱材を二色成型により一体に成型されており、これら２種類の異なる断熱材の境界線を段付き形状としたことで、種類の異なる断熱材との境界線で割れが発生して隙間が生じてしまった場合でも、境界線が段付き形状となっているので、断熱対象物が露出してしまうのを防ぎ、断熱性能が低下してエネルギーを無駄に消費してしまうのを防ぐことができる。【選択図】図３

Description

本発明は、断熱対象物を覆って放熱を防ぐ発泡断熱材およびこの発泡断熱材で覆われた貯湯タンクを有した貯湯式給湯機に関するものである。

従来よりこの種の貯湯式給湯機に備えられた発泡断熱材においては、特許文献１の図６、図７および明細書段落００３９に示されるように、上下で発泡断熱材の種類を変え、これを二色成型を行うことによって一体的に成型することが示唆されている（特許文献１）。

このような発泡断熱材を備えた貯湯タンクを図５に示した断面図に基づいて説明すると、貯湯タンク１０１上部には材料強度の高い材質で、発泡倍率が低い発泡断熱材１０２を用い、貯湯タンク１０１下部には比較的材料強度の低い材質で、発泡倍率の高い安価な発泡断熱材１０３を用い、これらを二色成型によって一体的に成型している。

発泡断熱材は、例えば耐熱性発泡ポリエスチレンからなるもので、ポリスチレン樹脂と炭化水素系の発泡剤からなる原料ビーズを予備発泡させた後に金型に充填し、加熱することによって約３０倍から８０倍に発泡させ、ビーズ同士を融着させることで成型され、その後金型を冷ましてから成型品を取り出すことで製造されている。

次に、図６を用いて、この図５の製造方法について詳しく説明する。
発泡倍率の低い発泡断熱材１０２と発泡倍率の高い発泡断熱材１０３で、金型１０４の形状の一体成型の発泡断熱材を製造しようとしたとき、まず、発泡倍率の低い発泡断熱材１０２と発泡倍率の高い発泡断熱材１０３の境界線とする場所に仕切り板１０５を差し込み、異なる発泡倍率の発泡ポリエスチレンのビーズが混ざり合わないようにする。このとき、仕切板１０５は発泡の際に取り出す必要があるため、直線の形状である必要がある。

そして、発泡倍率の低い発泡断熱材１０２の予備発泡させた発泡ポリエスチレンのビーズを注入する上側注入口１０６と、発泡倍率の高い発泡断熱材１０３の予備発泡させた発泡ポリエスチレンのビーズを注入する下側注入口１０７とから、充填圧力と充填タイミングを調整しながら発泡ポリエスチレンのビーズを注入していく。

そして、上側注入口１０６と下側注入口１０７から必要量の発泡ポリエスチレンのビーズを注入したら仕切板１０５を引き抜き、加熱して発泡ポリエスチレンを発泡させることで融着させ一体成型させる。そして、金型１０４を冷ましてから成型品を取り出して、異なる発泡倍率の断熱材を一体成型にした発泡断熱材を製造することができる。

特開２０１１−２３７０７２号公報

しかし、上下をそれぞれ異なる発泡倍率・材質で発泡断熱材を一体に成型すると、熱の伝わり易さ等の材料特性の違いから発泡倍率が異なる境界線で割れが発生しやすく、このとき境界線が一直線であった場合は、図５（ｃ）のように、割れたことで貯湯タンク１０１が露出して、割れた隙間から熱が漏れてしまい、断熱性能が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、断熱対象物からの放熱を防ぐ発泡断熱材であって、前記発泡断熱材は発泡倍率の異なる２種類の断熱材または材質の異なる２種類の断熱材を二色成型により一体に成型されており、これら２種類の異なる断熱材の境界線を段付き形状とした。

また、前記発泡断熱材は略薄板状を成し、前記境界線は前記発泡断熱材の厚さ方向に沿って形成されると共に、略薄板状の一面と他面とで異なる位置に境界線が形成されることで、段付き形状の境界線を形成した。

また、前記請求項２記載の前記発泡断熱材で覆われた貯湯タンクを有した貯湯式給湯機であって、前記貯湯タンクの上部と下部とで前記断熱材の種類を異ならせ、上部に位置する一の種類の断熱材の断熱性能を、下部に位置する他の種類の断熱材の断熱性能よりも高くすると共に、前記境界線を略水平方向に設け、前記発泡断熱材の内側に位置する前記境界線の高さ位置とを異ならせて前記境界線を段付き形状とした。

この発明によれば、種類の異なる断熱材との境界線で割れが発生して隙間が生じてしまった場合でも、境界線が段付き形状となっているので、断熱対象物が露出してしまうのを防ぎ、断熱性能が低下してエネルギーを無駄に消費してしまうのを防ぐことができる。

本発明の第一実施形態の貯湯式給湯機の概略構成図本発明の第一実施形態の発泡断熱材と貯湯タンクの分解構成図本発明の第一実施形態の発泡断熱材と貯湯タンクの分解断面図本発明の第一実施形態の発泡断熱材の製造工程を表す説明図従来の発泡断熱材と貯湯タンクの分解断面図従来の発泡断熱材の製造工程を表す説明図

次にこの発明の第１の実施形態を図１の概略図に基づいて説明する。
１は断熱対象物としての温水を貯湯する貯湯タンクであり、略円筒状のタンクである。２はヒートポンプ式の加熱手段で、加熱した温水を貯湯タンク１に貯湯し、給湯要求があった時に給湯栓３から給湯するものである。

４は貯湯タンク１の下部に接続された給水管、５は貯湯タンク１の上部に接続された出湯管、６は給水管４の途中で分岐する給水バイパス管、７は出湯管５を流れる温水と給水バイパス管６を流れる市水を適宜の比率で混合して給湯設定温度に調整する給湯混合弁、８は給湯混合弁７で混合された混合水が流通する給湯管、９は貯湯タンク１下部と加熱手段２の流入側を接続する加熱往き管、１０は貯湯タンク１上部と加熱手段２の流出側を接続する加熱戻り管、１１は加熱往き管９の途中に設けられ、加熱手段２と貯湯タンク１内の温水を循環させて熱交換させる加熱循環ポンプである。

１２は給湯動作の運転制御を担う制御装置であり、制御装置１２には沸き上げ運転時の加熱循環ポンプ１１や加熱手段２の制御をして沸き上げ運転を行わせる沸き上げ運転制御手段１３が設けられている。

次に貯湯式給湯機の沸き上げ運転について説明する。
沸き上げ要求が発生すると沸き上げ運転制御手段１３は、加熱循環ポンプ１１を駆動すると共に、加熱手段２を駆動して、貯湯タンク１の下部から加熱往き管９を介して取り出した貯湯タンク１下部の低温の温水を加熱手段２で加熱する。そして、予め決められた沸き上げ温度になるよう加熱手段２で加熱された温水が加熱戻り管１０を介して貯湯タンク１の上部から積層状に貯湯していき、循環ポンプ１１で循環しながら加熱を繰り返すことで、貯湯タンク１内を高温の湯にする。

次に給湯動作について説明する。給湯栓３が開かれて給湯がされると、給湯管８側の圧力が低下して給水管４からの給水が貯湯タンク１下部から供給され、貯湯タンク１上部の高温層の温水が出湯管５に押し出される。その一方、給水管４からの給水は給水バイパス管６を介して給湯混合弁７で出湯管５からの温水と混合されて、給湯管８を介して給湯栓３へ給湯されるものである。このように貯湯タンク１内部では、給湯動作が行われることにより下層側には給水管４からの水、上層には給水で押し上げられた湯となっていく。そして、貯湯タンク１上部が高温の湯となり、貯湯タンク１下部は低温の水となる。

次に第１の実施形態について図２を用いて説明する。
前記沸き上げ運転及び給湯動作により貯湯タンク１内の上部には高温層、下部には低温層の温水が貯湯される。一般的に温水を貯湯する貯湯タンク１からタンク外への放熱を防ぐため、耐熱性発泡ポリスチレン等の発泡プラスチック系材料からなる発泡断熱材で貯湯タンク１を覆う。前記発泡断熱材は、貯湯タンク１の右半分を覆う右側面断熱材１４と左半分を覆う左側面断熱材１５とを組み合わせることで貯湯タンク１の側面を覆い、上面断熱材１６と下面断熱材１７で上下を覆うことで、貯湯タンク１の全周を覆っている。

そして、耐熱性発泡ポリスチレンからなる発泡断熱材は、ポリスチレン樹脂と炭化水素系の発泡剤からなる原料ビーズを予備発泡させた後に金型に充填し加熱することによって約３０倍から８０倍に発泡させ、金型を冷まして取り出することで成型される。予備発泡状態で異なる発泡倍率にすることで発泡倍率の異なる断熱材を作ることができ、例えば第一実施形態のように断熱材の上下で発泡倍率を変えたものでは、低い倍率で予備発泡させたものを金型の上側に充填し、高い倍率で予備発泡させたものを金型の下側に充填して加熱することで、一つの発泡断熱材に異なる発泡倍率の断熱材がある状態で成型することができ、断熱が特に必要な箇所の発泡倍率を低くすることで断熱性能の高い断熱材とすることができる。

また、高温層側では断熱性能が高く必要であるため発泡倍率を低くすることで、貯湯された高温の湯水の放熱を確実に抑制し、高温層側ほど湯水の放熱が多くない低温層側では、代わりに発泡倍率を高くし、少ないポリスチレンで断熱材を成型することで、断熱材の成型コストを削減することができる。

第１の実施形態では、半円形の略薄板状の右側面断熱材１４と左側面断熱材１５で側面を覆い、半球状の上面断熱材１６と下面断熱材１７で貯湯タンク１の上下を覆うことで、貯湯タンク１の全周を覆っている。また、右側面断熱材１４は上部を覆う右側面断熱材上部１４ａと下部を覆う右側面断熱材下部１４ｂとし、右側面断熱材上部１４ａは発泡倍率が低い断熱材を用い、右側面断熱材下部１４ｂは右側面断熱材上部１５ａよりも発泡倍率の高い断熱材を用い、上下で発泡倍率が異なるように一体に断熱材を成型している。また、左側面断熱材１５も同様に上部を覆う左側面断熱材上部１５ａと下部を覆う左側面断熱材下部１５ｂを一体に成型したものとする断熱材である。

このように、出湯管６に近く比較的高温の温水が貯湯されている貯湯タンク４の上部には発泡倍率が低く断熱性能の高い右側面断熱材上部１４ａと左側面断熱材上部１５ａで覆い、給水管５に近く比較的低温の温水が貯湯されている貯湯タンク４の下部には発泡倍率が高く断熱性能の低い右側面断熱材下部１４ｂと左側面断熱材下部１５ｂで覆うように貯湯タンク４の発泡倍率を異なるようにすることで、貯湯タンク４上部の出湯管６に近く比較的高温の温水の断熱効果を高めることができると共に、右側面断熱材上部１４ａ及び右側面断熱材下部１４ｂと、左側面断熱材下部１５ａ及び左側面断熱材下部１５ｂとをそれぞれ一体に成型したものとすることで、発泡倍率の異なる断熱材を複数製造するという部品点数の増加を抑え、工数が増えることで製造コストが上がってしまうのを防ぐことができる。

さらに、第１の実施形態では図３のように、異なる発泡倍率の右側面断熱材上部１４ａと右側面断熱材下部１４ｂの境界線は厚さ方向に沿って略水平方向に形成されると共に、内側に位置する境界線の高さ位置とを異ならせて段付き形状としており、右側面断熱材上部１４ａの下向きに凸となる右側面断熱材下向き凸部１４ｃと、右側面断熱材下部１４ｂの上向きに凸となる右側面断熱材上向き凸部１４ｄとが向かいあって、断熱材の境界線が段付き形状となっている。

また、異なる発泡倍率の左側面断熱材上部１５ａと左側面断熱材１５ｂの境界線も厚さ方向に沿って略水平方向に形成されると共に、内側に位置する境界線の高さ位置とを異ならせて段付き形状としており、左側面断熱材上部１５ａの下向きに凸となる右側面断熱材下向き凸部１５ｃと、右側面断熱材下部１６ｂの上向きに凸となる右側面断熱材上向き凸部１５ｄとが向かいあって、断熱材の境界線が段付き形状となっている。

また、比較的高温の湯を貯湯する貯湯タンク１の上部を覆う、上面断熱材１６および右側断熱材上部１４ａおよび左側面断熱材１５ａを総称して低発泡倍率の断熱材２１とし、比較的低温の湯を貯湯する貯湯タンク１の下部を覆う、下面断熱材１７および右側断熱材上部１４ｂおよび左側面断熱材１５ｂを総称して高発泡倍率の断熱材２２としている。

このように、段付きの形状となっているので、もし材料特性の違いから、発泡倍率の異なる断熱材との境界線で割れが発生して隙間が生じてしまった場合でも、図３（ｄ）のように、下向きに凸となる右側面断熱材下向き凸部１４ｃと上向きに凸となる右側面断熱材上向き凸部１４ｄ、または、左側面断熱材上向き凸部１５ｄと左側面断熱材下向き凸部１５ｃのように凸部が互い違いになることで、貯湯タンク１の露出してしまうのを防ぎ、断熱性能が低下してエネルギーを無駄に消費してしまうのを防ぐことができる。

次に、この発泡断熱材の製造方法について、図４に基づいて詳しく説明する。
まず、図４の（ａ）のように発泡断熱材の金型１８に、向かい合う側にそれぞれ上側注入口１９ａと下側注入口１９ｂを設け、２つの注入口１９の間にそれぞれ上側仕切板２０ａと下側仕切板２０ｂを設ける。

そして、図４の（ｂ）のように、予備発泡させた低発泡倍率の断熱材２１のビーズを上側注入口１９ａから充填し、予備発泡させた高発泡倍率の断熱材２２のビーズを下側注入口１９ｂから、充填圧力と充填タイミングを調整して、上下で均等に発泡断熱材の金型１８に充填していく。

これにより、図４の（ｃ）のように、仕切板２０を迂回して、それぞれのポリエスチレンのビーズが充填されていくことになり、（ｄ）のような異なる断熱材の境界線が段付き形状になって、発泡ポリエスチレンのビーズが充填されていく。

そして、必要量の発泡ポリエスチレンのビーズをそれぞれの注入口１９に充填し終えると、図４の（ｅ）のようにそれぞれの仕切板２０を引き抜いてから、蒸気などによる加熱でビーズ一粒一粒を膨張させて粒同士を融着させ、断熱材の金型１８内を冷却して、成型品を断熱材の金型１８から取り出すことで、（ｆ）のような異なる発泡倍率の断熱材の境界線を段付き形状とした発泡断熱材を製造することができる。

なお、本発明は実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変することを妨げるものではなく、例えば、第１の実施形態では、本発明の実施形態ではヒートポンプ式の加熱手段２で説明したが、ヒーターを備えた電気温水器でも良い。

また、本発明は発泡ポリエスチレンで説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、例えば発泡スチロールでも良い。

また、発泡倍率だけでなく、断熱材上部を耐熱性を有した材料とし、断熱材下部をそれよりも低い耐熱性を有した材料として、上下で材料を異ならせた構成でも良い。

１タンクユニット
２加熱器
１４右側面断熱材
１４ａ右側面断熱材上部
１４ａ右側面断熱材下部
１５左側面断熱材
１５ａ左側面断熱材上部
１５ｂ左側面断熱材下部
１８断熱材の金型
１９注入口
１９ａ上側注入口
１９ｂ下側注入口
２０仕切板
２０ａ上側仕切板
２０ｂ下側仕切板
２１低発泡倍率の断熱材
２２高発泡倍率の断熱材

Claims

断熱対象物からの放熱を防ぐ発泡断熱材であって、前記発泡断熱材は発泡倍率の異なる２種類の断熱材または材質の異なる２種類の断熱材を二色成型により一体に成型されており、これら２種類の異なる断熱材の境界線を段付き形状としたことを特徴とする発泡断熱材。
前記発泡断熱材は略薄板状を成し、前記境界線は前記発泡断熱材の厚さ方向に沿って形成されると共に、略薄板状の一面と他面とで異なる位置に境界線が形成されることで、段付き形状の境界線を形成したことを特徴とする請求項１記載の発泡断熱材。
前記請求項２記載の前記発泡断熱材で覆われた貯湯タンクを有した貯湯式給湯機であって、前記貯湯タンクの上部と下部とで前記断熱材の種類を異ならせ、上部に位置する一の種類の断熱材の断熱性能を、下部に位置する他の種類の断熱材の断熱性能よりも高くすると共に、前記境界線を略水平方向に設け、前記発泡断熱材の内側に位置する前記境界線の高さ位置とを異ならせて前記境界線を段付き形状としたことを特徴とする貯湯式給湯機。