JP4745269B2 - 貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット - Google Patents

Description

この発明は貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットに関し、特に貯湯タンクユニットの断熱構造に関するものである。

従来の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットにおける断熱構造として、例えば「湯温が下がるのを少しでも低減させることが出来るように、貯湯タンクの周りに断熱性能が良い真空断熱材３１を密着させるように設置し、真空断熱材３１の周りに冷媒対水熱交換器６を設置する」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。
また、例えば「真空断熱材１４は、円筒状の内容器１２が、角筒状の外装ケース１３の側面と最近接する部位を中心として、内容器１２の形状に沿うように貼り付けている。一方、シート状断熱材１５は、外装ケース１３の角部内側の空間部において、十分な厚みを確保して配設している。」（例えば特許文献２参照）というものが提案されている。

特開２００５−３１５４８０号公報（段落番号００４８、図４） 特開２００５−２２６９６５号公報（段落番号００４９、図１）

しかしながら、従来の貯湯タンクユニットの断熱構造では、熱漏洩を防止したい貯湯タンクや出湯配管等に直接断熱材を設ける構造となっていた。したがって、外気温度の低い寒冷地に対応するため等の理由により断熱構造を変更する場合、その度に貯湯タンクと接する断熱材の形状等を変更する必要があるため、その都度断熱材の設計及び製作をする必要があった。特に、貯湯タンクの種類が多いと断熱材の種類も多くなり、製品コストおよび開発コストが増大するという問題点があった。また、貯湯タンクに接続されている出湯配管は、断熱材を十分に巻けず、熱漏洩を十分に防ぐことができないという問題があった。

断熱性能を向上させるために断熱材の厚みを厚くしようとすると、貯湯タンクと外箱との間の断熱材設置スペースを広くする必要があった。したがって、貯湯タンクユニット外寸を大きくするか、あるいは貯湯タンク容積を小さくする必要があった。しかし、貯湯タンクユニット外寸が大きくなると、今まで設置されていた場所に設置できなくなるという問題点があった。また、貯湯タンク容積を小さくすると今まで足りていた湯量では足りなくなり、ヒートポンプユニットの運転時間と消費電力量が増え、電気料金が上がるという問題点があった。したがって、既に設置されている既設物件の貯湯タンクユニットでは、断熱材の厚さ等の仕様を変更することが容易にできないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、断熱構造を変更する場合でも、その度に貯湯タンクに設けられた断熱材の再設計及び再製作をすることなく、断熱構造の変更を実施することができる貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットを得ることにある。

この発明に係る貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットは、湯を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクの周囲を包囲する外箱とを備えた貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットにおいて、前記外箱の外側に断熱材を備えた貯湯タンク用断熱カバーを設けるものである。

この発明においては、貯湯タンクユニットの外箱の上からカバーを被せる方式なので、断熱構造を変更する場合でも、その度に貯湯タンクに設けられた断熱材の再設計及び再製作をすることなく、断熱構造の変更を実施することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１の側面断面模式図である。貯湯タンク２は略円筒形状をしており、外縁部は耐圧構造とするため曲面となっている。この貯湯タンク２は、熱漏洩を防ぐために周囲を貯湯タンク断熱材３に巻かれ、略角筒形状の貯湯タンクユニット外箱４の内部に設けられている。貯湯タンク２の下部には、貯湯タンクユニット外箱４の下部より突出している脚５が設けられており、貯湯タンク２はこの脚５により設置場所に立設される。また、貯湯タンクユニット外箱４の内側には貯湯タンクユニット１の制御用基板６や電源ボックス等（図示せず）が配置されている。

貯湯タンク２の下部には、ヒートポンプ入水入口配管１１及び給水配管１２が接続されており、貯湯タンク２の上部には出湯配管１３及びヒートポンプ熱交出口配管１４が接続されている。この給水配管１２は吸水口に接続されている。また、給水配管１２から給水口へ接続されている配管は途中で分岐し、この分岐した配管は貯湯タンクユニット外箱４の内部に設けられた混合弁１５に接続されている。出湯配管１３もまた混合弁１５に接続されている。

貯湯タンク２の周囲に巻かれる貯湯タンク断熱材３は、柔軟性と圧縮性を有する公知の断熱材が使用可能であり、無機系または有機系のいずれの断熱材も使用できる。また、無機系断熱材と有機系断熱材とを組み合わせて使用することもできる。施工性の優れている無機系は、断熱性能がよい等の観点から繊維体が適用しやすい。その例としては、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、又はロックウール等がある。また有機系としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン又はメラミン等の軟質フォームがある。貯湯タンク２の表面温度が比較的低い箇所では、耐燃性の低い熱可塑性樹脂材料である発泡ポリスチレン、又は発泡ポリエチレンなど公知の材料を使用できる。また、貯湯タンク２の表面温度が比較的高い箇所では、耐燃性の高い熱可塑性樹脂材料である発泡ポリフェニレンエーテル、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタレート、発泡α−メチルスチレン、発泡パラメチルスチレン、又は発泡架橋ポリエチレンなど公知の材料を使用することができる。また、その他の断熱材としては真空断熱材がある。真空断熱材とは、パーライト等の粉末や連続開気孔構造を有するケイ酸カルシウム成形体等の芯材を金属フィルム等で覆いその中を真空にした状態で密閉したものである。

図２はこの発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の回路構成図である。貯湯式給湯機は加熱源としてヒートポンプを用いたヒートポンプ式給湯機であり、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット２１により構成されている。貯湯タンク２に接続されているヒートポンプ入水入口配管１１は、ヒートポンプユニット２１内に設けられた水循環ポンプ２２に接続されている。この水循環ポンプ２２は水冷媒熱交換器２３に接続されており、ヒートポンプ熱交出口配管１４を介して貯湯タンク２に接続されている。つまり、貯湯タンク２の下部から取り出された水が水循環ポンプ２２及び水冷媒熱交換器２３を経由して貯湯タンク２に戻る構成となっている。

続いて、ヒートポンプユニット２１について説明する。ヒートポンプユニット２１は、水循環ポンプ２２、水冷媒熱交換器２３、圧縮機２４、膨張弁２５、空気冷媒熱交換器２６及び空気冷媒熱交換器２６に外気空気を送風するファン２６ａにより構成されている。なお、水循環ポンプ２２は貯湯タンクユニット１の内部等、ヒートポンプユニット２１の外側に接続されていても構わない。ヒートポンプユニット２１の冷媒回路は、圧縮機２４、水冷媒熱交換器２３、膨張弁２５及び空気冷媒熱交換器２６が順次冷媒配管で接続されて構成されている。圧縮機２４から吐出された高温高圧のガス冷媒は、水冷媒熱交換器２３において水循環ポンプ２２によって貯湯タンク２下部から取り出された水と熱交換を行う。水冷媒熱交換器２３で冷却されたガス冷媒は液冷媒となり、膨張弁２５へと入る。膨張弁２５で減圧膨張された液冷媒は低温低圧二相冷媒となり、空気冷媒熱交換器２６でファン２６ａにより送風された外気と熱交換を行う。空気冷媒熱交換器２６で加熱された低温低圧二相冷媒は蒸発ガス化し、圧縮機２４の吸入側へと戻る。

一方、ヒートポンプユニット２１の水側回路においては、水冷媒熱交換器２３で高温高圧のガス冷媒と熱交換することにより加熱された湯が、ヒートポンプ熱交出口配管１４を介して貯湯タンク２の上部へ戻り、お湯が貯湯される。貯湯タンク２に貯湯されたお湯は出湯配管１３を通り、混合弁１５へ送られる。その後、混合弁１５において給水口から供給された水と混合され、所望の出湯温度に調整したのち蛇口１６から出湯される構成となっている。なお、本実施形態１では混合弁１５及び蛇口１６が１個の構成となっているが、複数の混合弁１５及び蛇口１６を設けることもできる。

ここで、貯湯式給湯機の沸き上げ動作について説明する。貯湯式給湯機は一日に使用される湯量を過去の使用量から予測する。電気料金の安い深夜に沸き上げ動作を行うことで、予め予測したその日の使用量分の湯量を早朝までに貯湯タンク２に貯める。貯湯タンク２は、貯湯タンク２内の湯温度の低下を防ぐため周囲には貯湯タンク断熱材３が巻かれており熱漏洩の防止が図られている。しかし、十分に断熱性能が図られていない場合や外気温度の低い寒冷地等、貯湯タンクからの熱漏洩量が大きいと、貯湯有効熱量が低下する。このため、使用量分の湯量が足りなくなり、湯切れを起こす可能性がある。湯切れを防止するためには、ヒートポンプユニット２１は昼間追加沸上げ運転を行う必要があり、この場合、消費電力量が増えてしまうという不都合が発生する可能性がある。

次に、貯湯タンク２内に貯められた湯の温度分布について説明する。貯湯式給湯機は、貯湯タンク２の上部より高温のお湯を使用量分だけ取り出し、出湯配管１３を介して混合弁１５へ送る。その後、混合弁１５で給水口から供給された水と混合し、所望の出湯温度に調整したのち蛇口１６等から出湯されるようになっている。その際、上部より取り出した湯量分の水が給水配管１２を介して貯湯タンク２の下部より給水されるようになっている。したがって、貯湯タンク２の内部では、図１に示す高温のお湯と低温水が上下に分離した温度成層７（温度境界層）が形成される。その結果、貯湯タンクの下部に比べ、上部ほど高温の湯が残る時間が長くなり、１日の平均でみれば、貯湯タンク上部の熱漏洩量が下部よりも多くなる。

図３は、この発明の実施の形態１における貯湯タンクユニット１の貯湯タンク用断熱カバー３１の側面断面模式図である。この貯湯タンクユニット１は、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２及び本発明の断熱材に相当する真空断熱材３３で構成されている。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の材質は、例えば鋼材であり、腐食や錆を防ぐために塗装されている。この貯湯タンク用断熱カバー外箱３２は下面が開口した略角筒形状をしている。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面には均一暑さの真空断熱材３３が設けられている。

なお、本実施形態１では真空断熱材３３を貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に設けたが、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に限らず、内側上面等にも設けることができる。熱漏洩量は貯湯タンク寸法や使用環境によって異なるため、使用環境に合わせて、貯湯タンク用断熱カバー３１に設ける真空断熱材３３を側面若しくは上面など一部に設けない構造にすることもできる。また、貯湯タンク用断熱カバー外箱の材質は、鋼材に限らず、ステンレス等の金属や強化樹脂等でもよい。貯湯タンク用断熱カバー３１に設ける断熱材は、真空断熱材３３に限らず、発泡系断熱材である発泡ポリウレタン等や、繊維系断熱材であるグラスウール又はアルミナ繊維等を使用することもできる。また、必要に応じて異なった材質を複数重ねることもできる。

図４は本実施形態１の貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の側面断面模式図である。また、図５はこの上面断面模式図である。真空断熱材３３が設けられた貯湯タンク用断熱カバー３１の内面は貯湯タンクユニット外箱４の外面に対応する形状となっている。このため、貯湯タンク用断熱カバー３１の内側側面に設けられた真空断熱材３３は、貯湯タンクユニット外箱４の外面を覆うように断熱材が配置されている。

図６は、この貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１に設置した場合の放熱量の計算結果である。また、図７はこの貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１に設置した場合の消費電力量及び年間平均ＣＯＰの計算結果である。ここで、ＣＯＰとは貯湯式給湯機の加熱能力を貯湯式給湯機の消費電力で割った値である。図６及び図７では、真空断熱材３３の熱伝導率を０．００５Ｗ／ｍＫと仮定して計算を行った。なお、図６及び図７では、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側４側面に設けられた真空断熱材３３厚さを最大で３０ｍｍまで変化させ計算を行った。

図６は、縦軸を放熱量（％）、横軸を真空断熱材３３厚さ（ｍｍ）として整理をおこなったグラフである。放熱量（％）は貯湯タンク用断熱カバー３１が設置される前を１００％として整理している。計算の結果、真空断熱材３３の厚さが３０ｍｍの場合、貯湯タンクユニット１の放熱量は約３０％程度となる。したがって、約７０％の放熱量を削減することができる。

図７は、右縦軸を年間平均ＣＯＰ（％）、左縦軸を消費電力量（％）、横軸を真空断熱材３３厚さ（ｍｍ）として整理を行ったグラフである。年間平均ＣＯＰ（％）及び消費電力量（％）は貯湯タンク用断熱カバー３１が設置される前を１００％として整理している。その結果、真空断熱材３３厚さが３０ｍｍの場合、消費電力量は約８５％程度となり、約１５％の削減効果が得られる。また、年間平均ＣＯＰは、約１８％向上するため、省エネ実現が可能となる。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置するため、真空断熱材３３の厚さ等の選択自由度が高い。このため、使用環境等の条件に合わせて、任意で真空断熱材３３の仕様が設定できる。したがって、貯湯タンクユニット１自体の貯湯タンク断熱材３を設計変更することなく、従来機では性能悪化が避けることができなかった外気温度の低い寒冷地に適した断熱仕様に対応する断熱構造に変更することができる。

また、従来の断熱方法では構造上断熱材を十分に巻けず、熱漏洩を防ぐことができていなかった貯湯タンク２の上部に接続されている出湯配管１３やヒートポンプ熱交出口配管１４等の高温の湯が通過する配管も断熱することができる。その結果、熱漏洩量が低下し貯湯有効熱量を増加できる。

貯湯タンク２の周囲に巻かれている貯湯タンク断熱材３は、使用年数や使用環境によっては劣化し、断熱材の効果が低下することがある。このため貯湯タンクユニット１の熱漏洩量は増加していくことがある。
従来、貯湯タンク断熱材３の交換が必要な場合には、まず貯湯タンク２内に貯められていた湯を全部抜き取り、貯湯タンクユニット外箱４を外す必要があった。その後、貯湯タンクの制御用基板６等の電気部品や、貯湯タンク２に接続されている配管類を取り外した後に貯湯タンク２に巻かれている貯湯タンク断熱材３を交換する必要がため、非常に時間がかかった。しかし、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置することで、貯湯タンク断熱材３の交換の必要がなくなり、大幅な時間の短縮ができる。さらに、貯湯タンク断熱材３のみの場合に比べて、熱漏洩量が低下し断熱性能を向上させることができる。

貯湯タンクを塩害地域に設置する場合、従来は貯湯タンクユニット外箱４等に防錆加工等を施した塩害地域専用機を導入し、対応する必要があった。また、塩害地域のような特殊地域では、貯湯タンク２の周囲に設けられた貯湯タンク断熱材３は非常に劣化が早く、熱漏洩が多くなっていた。その結果、貯湯有効熱量が低下していた。しかし、貯湯タンクユニット外箱４の外側に防錆加工等を施した貯湯タンク用断熱カバー３１を設けることで、貯湯タンクユニット外箱４等の塩害による被害を軽減することができる。また、貯湯タンク２の周囲に設けられた貯湯タンク断熱材３の寿命に関しても、気候の影響等の被害を軽減することができるので、熱漏洩を防ぎ貯湯有効熱量を向上することができる。

一般的に、ヒートポンプ式給湯機においては、ヒートポンプユニットの性能を向上することで、年間平均ＣＯＰの向上が図られていた。しかし、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置することで、ヒートポンプユニット２１の性能が向上しなくても、年間平均ＣＯＰを削減することができる。また熱漏洩量が低下することによって、貯湯有効熱量が増え、湯切れや追加沸き上げ運転等を起こしにくくなり、省エネ化を図ることができる。また、本実施形態１に用いられた貯湯式給湯機の年間平均ＣＯＰは、３．０程度と高効率であり従来品でも消費電力量が低いが、沸上げ効率の低い電気ヒーター式給湯機（ＣＯＰ１．０以下）に貯湯タンク用断熱カバーを適用した場合には、さらに大きな消費電力量削減効果を得ることができる。

なお、本実施形態１では貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に真空断熱材３３を設けたが、これに限らず発泡系断熱材である発泡ポリウレタン等や、繊維系断熱材であるグラスウール又はアルミナ繊維等を使用することもできる。

実施の形態２．
実施の形態１では、同一素材で均一暑さの真空断熱材３３を貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に設け、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の側面全域が均一な断熱性能となる構造とした。しかし、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面の断熱材設置箇所に応じて断熱性能を変更する構造としても本発明を実施することができる。なお、本実施形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。

図８は住宅・建築 省エネルギーハンドブック（財団法人 建築環境・省エネルギー機構）に記載の一般家庭における代表的な標準給湯負荷パターンである。想定給湯時刻２１時での給湯熱量は全体の４５．８％にあたる６２８０Ｗ・ｈであり、１日の中で最大の給湯熱量である。また、想定給湯時刻２１時以後の使用量も入れると８７００Ｗ・ｈとなり、全体の６割程度の給湯熱量となっている。前述したように、貯湯タンク２の上部には高温のお湯が供給され、また下部には低温の水が供給される。このため、貯湯タンク２内には、高温のお湯と低温水が上下に分離した温度成層７が形成される。よって、貯湯タンク２下部に比べ貯湯タンク２上部からの熱漏洩量が多くなる。このため、２１時以降の大きな出湯負荷に対応するためには特に貯湯タンク２上部の断熱強化が重要である。貯湯タンク２上部の断熱を強化することにより高温のお湯の温度を高く保ち、給湯可能熱量のロスを防ぐことができる。貯湯タンク２の貯湯容量において、この一般家庭における代表的な標準給湯負荷パターンに対応するためには、貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲の断熱を強化することが給湯可能熱量のロス防止に対し有効である。

図９はこの発明の実施の形態２における貯湯タンク用断熱カバー３１の一例を示す側面断面模式図である。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面の上部には熱伝導率が低く断熱性能が高い真空断熱材３３が設けられている。また、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面の下部には真空断熱材３３よりも熱伝導率が高く断熱性能が低い発泡ポリウレタン３４が設けられている。真空断熱材３３の設置範囲は、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合、貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲となる。貯湯タンク２の上部には高い断熱性能の真空断熱材３３が必要であるが、貯湯タンク２の下部には真空断熱材３３よりも低い断熱性能の発泡ポリウレタン３４を設けても、貯湯タンク２全体の断熱性能に悪影響を及ぼすほど悪化しない。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、一部に高価な真空断熱材３３に置き換えて低コストの発泡ポリウレタン３４を設けた貯湯タンク用断熱カバー３１を設置することができ、断熱材のコストを低く抑えることができる。
なお、本実施形態２では貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲に断熱性能の高い真空断熱材３３を設ける構造としたが、真空断熱材３３の設置範囲は、これ以上長くなる構成としてもよい。また、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に設置する断熱材を上下部で異なる材質としたが、同一材質の断熱材を用いて上部断熱材の厚みを下部断熱材よりも厚くする構成とすることもできる。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の上部に向かって徐々に断熱材の厚みが増す構成としてもよい。同一厚みの発泡系断熱材を設けて、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の上下部で発泡率を変化させて、上部の方が下部よりも断熱性能が高くなる構成とすることもできる。その他、上下部の断熱材厚み及び材質の両方を変更して、上部断熱材の断熱性能が下部断熱材よりも高くなる構成としてもよい。

実施の形態３．
実施の形態２では、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に設けられる断熱材の断熱性能を高さ方向で異なる構造としたが、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の水平方向において断熱材の断熱性能が異なる構造としてもよい。
貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４との距離が狭く、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な場合がある。この場合、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位からの熱漏洩量が多くなり、寒冷地等の外気温度が低い地域での貯湯タンクユニット１の使用が困難であった。この十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位の断熱性能を強化することで、貯湯タンクユニット１を外気温度の低い寒冷地に適した断熱構造にすることができる。

図１０はこの発明の実施の形態３における貯湯タンクユニット１及び貯湯タンク用断熱カバー３１の一例を示す横断面模式図である。貯湯タンクユニット外箱４の内側側面には、貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４との距離が狭く十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位には真空断熱材３３が設けられており、それ以外の部位には発泡ポリウレタン３４が設けられている。

図１１はこの発明の実施の形態３における貯湯タンクユニット１及び貯湯タンク用断熱カバー３１の別の一例を示す横断面模式図である。貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４との距離が狭い部位ほど真空断熱材３３の厚みが厚くなっている。真空断熱材３３をこのように中央部が厚い構成とすることで、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位に対しては断熱効果を高め、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置できる部位については真空断熱材３３を薄くできる。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、貯湯タンク用断熱カバー３１における真空断熱材３３の使用量低減によるコスト削減効果と十分な断熱性能の確保の両立が可能となる。なお、本実施形態３では十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位に設ける断熱材として真空断熱材３３を例に説明したが、これ以外の材質の断熱材を使用しても同様の効果が得ることができる。また、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の内側側面に設けられる断熱材の断熱性能を高さ方向で異なる構造も併用することで、さらにコスト削減をすることができる。

実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３までは、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２を一体成型した貯湯タンク用断熱カバー３１を用いてきたが、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２を分割構造とした貯湯タンク用断熱カバー３１を用いることもできる。

図１２はこの発明の実施の形態４における貯湯タンク用断熱カバー３１の分解斜視図である。また、図１３は、この外箱上面３５及びカバー外箱側面３６の取り付け方法の一例を示す分解斜視図である。貯湯タンク用断熱カバー３１において、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２はカバー外箱上面３５とカバー外箱側面３６とに分割できる構造となっている。分割数は最大でカバー外箱上面３５及びカバー外箱側面３６の４面となり、計５面である。カバー外箱側面３６の内側には真空断熱材３３が設けられている。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２のカバー外箱上面３５の４辺には、コの時形状に折り曲げ加工された係止部３５ａが上側に開口して設けられている。一方、カバー外箱側面３６の上部には、コの字形状に折り曲げ加工された係止部３６ａが下側に開口して設けられている。カバー外箱上面３５の係止部３５ａにカバー外箱側面３６の係止部３６ａを係止することで、カバー外箱上面３５及びカバー外箱側面３６の上部を取り付ける。カバー外箱側面３６の下部どうしは各々ネジ３７によりネジ止め固定する。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、貯湯タンク用断熱カバー３１はカバー外箱上面３５とカバー外箱側面３６とに分割できるすることができるので、貯湯タンクユニット１の既設場所の天面高さに制限がある場合や前後左右のスペースが狭い場合でも容易に設置することができる。貯湯タンク用断熱カバー３１は任意の面を組み立てることができるので、貯湯タンクユニット１と壁との隙間が無い箇所等にはその面にはカバー外箱側面３６を設置せずに、隙間が無い箇所以外の４面や３面のみにカバー外箱側面３６を設置する構成にすることができる。風や雨等がよく当たる面のみ、例えば１面もしくは２面のみ等にカバー外箱側面３６を設置する構成としてもよい。また、貯湯タンク用断熱カバー３１の運送時には、占有体積の削減が可能となることで、運送時におけるコストを低減することができる。

なお、本実施形態４ではカバー外箱側面３６の内側にあらかじめ真空断熱材３３を設けたが、貯湯タンク用断熱カバー３１設置時に真空断熱材３３をカバー外箱側面３６の内側に設けることもできる。カバー外箱側面３６への真空断熱材３３の設置方法の一例としては、四隅をねじ止めする方法や断熱材と貯湯タンク用断熱カバー内側をテープ等で貼って止める方法等がある。カバー外箱側面３６に設ける断熱材が、カバー外箱側面３６と一体成型されていてもよい。また、真空断熱材３３に限らず他の材質の断熱材や複数の材質を合わせた断熱材等を用いることもできる。貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の高さ方向や水平方向で断熱材の断熱性能を異なる構造とすることもできる。

実施の形態５．
実施の形態１から実施の形態４においては、貯湯タンクユニット１の外側に貯湯タンク用断熱カバー３１を設けて本発明を実施してきた。これらの貯湯タンク用断熱カバー３１に、開口部及び開口部を開閉するための扉を設けることもできる。貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した際に、貯湯タンクの制御用基板６のメンテナンス性を向上した上で、貯湯タンクユニット１の断熱性能も向上させることができる。

図１４はこの発明の実施の形態５における貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の側面断面模式図である。貯湯タンク用断熱カバー３１の１側面には、開口部３８が設けられている。この開口部３８には、開口部３８を開閉するための扉３８ａが設けられている。開口部３８は、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１に設置したときに、貯湯タンクユニットの制御用基板６と対向した位置となる。

図１５は図１４におけるＰ部拡大図である。開口部３８からの雨や砂ぼこりの進入を防止するため、ゴム３９が扉３８ａと貯湯タンクユニットの制御用基板６の間に設けられ、パッキンの役目をしている。また、ゴム３９は容易に交換が可能なように、例えば貼り付け固定されている。貯湯タンクユニット１内に設置されている基板６の周囲の空気温度は、貯湯タンク２の放熱により上昇する。貯湯タンクユニット１の断熱性能が向上し、貯湯タンクユニット１内の温度が従来品より上昇すると、基板６の耐熱温度を超える可能性がある。しかし、断熱材のない開口部３８及び扉３８ａを基板６に対向した位置に設けることで、基板６の温度上昇を低く抑えることができる。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、基板６の点検時や交換時等におけるメンテナンス性を高めた上で断熱性を向上させることができる。また、基板６の温度上昇による破損を防止することができる。

実施の形態６．
実施の形態１から実施の形態５においては、従来製品としてある貯湯タンクユニット１の断熱性能を向上させるため、貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置してきた。新規に貯湯タンクユニット１を製作する場合には、貯湯タンクユニット外箱４の内側に断熱材を密着して設ける構造としても本発明を実施することができる。

図１６はこの発明の実施の形態６における貯湯タンクユニット１の横断面模式図である。貯湯タンクユニット外箱４の内側側面に真空断熱材３３が密着して設けられている。貯湯タンク２の周囲には、熱漏洩を防ぐための貯湯タンク断熱材３に巻かれていない構成となっている。貯湯タンク２と真空断熱材３３の最も近接した位置に数ｍｍ程度のわずかな隙間を設けて空気層４０が形成されている。この隙間によって、製造時に発生する貯湯タンクユニット外箱４寸法のばらつきのために、真空断熱材３３が設けられた貯湯タンクユニット外箱４を貯湯タンク２に組み付けられなくなる不都合を防止できる。
貯湯タンクユニット外箱４側面の制御用基板６に対応した位置には、真空断熱材３３を貫通した開口部３８が設けられている。この開口部３８には、開口部３８を開閉するための扉３８ａが設けられている。この扉３８ａには真空断熱材３３が設けられており、他の範囲に設けられた真空断熱材３３よりも厚さが薄くなっている。

図１７は空気層厚さと熱抵抗との関係について示した図である（出典：「建築設計資料集成」、日本建築学会）。図１７における熱抵抗をＲｒ（ｍ²Ｋ／Ｗ）とすると空気層４０の熱抵抗値Ｒａは下式で定義される。
Ｒａ＝Ｒｒ／Ａ（Ｋ／Ｗ）…（１）
ここで、Ａ（ｍ²）は伝熱面積を表す。本実施形態６では、図１７の垂直空気層（密閉）の曲線から空気層４０と熱抵抗Ｒｒの関係を求めることができる。図１７に記載の領域４１，４２及び４３では空気層への熱の伝わり方が異なってくる。空気層が薄い領域４１は、空気層で自然対流が起こらず、熱伝導として熱が伝わる領域である。空気層が厚い領域４３は、空気層で自然対流が起こり、熱伝達として熱が伝わる領域である。領域４２は、熱の伝わり方が熱伝導から熱伝達へ遷移する遷移領域である。空気層４０の厚さが領域４１である１０ｍｍ程度までならば、空気の自然対流を抑えることが可能であり、熱伝導率の低い空気を断熱材としても利用することができる。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、真空断熱材３３を貯湯タンクユニット外箱４の内側に密着して設けるので、貯湯タンク２の形状に関わらず断熱構造を変更することができる。従来の断熱方法では構造上断熱材を十分に巻けず、熱漏洩を防ぐことができていなかった貯湯タンク２の上部に接続されている出湯配管１３やヒートポンプ熱交出口配管１４等の高温の湯が通過する配管も断熱することができる。その結果、熱漏洩量が低下し貯湯有効熱量を増加できる。また、真空断熱材３３を貯湯タンク２の形状にかかわらず共通化することができる。断熱材の設置が容易となり、製作工数の削減、すなわち製造コストの削減が可能となる。さらに、貯湯タンク２に直接貯湯タンク断熱材３を設けない構造のため、貯湯タンク２に接続されている配管等のメンテナンスを行う際、作業時間の大幅な短縮に繋がる。また、開口部３８及び扉３８ａが設けられているため、貯湯タンクユニットの制御用基板６の温度上昇を低く抑えることができ、基板６の保護とメンテナンス性の両立が可能となる。

なお、本実施例では貯湯タンクユニット外箱４の内側前面に真空断熱材３３を設けたが、これに限らず、内側の真空断熱材３３が必要な側面のみに設けることもできる。また、断熱材の材質も真空断熱材３３に限らず、発泡系断熱材である発泡ポリウレタン等や、繊維系断熱材であるグラスウール又はアルミナ繊維等を使用することもできる。

実施の形態７．
実施の形態６では、同一素材で均一暑さの真空断熱材３３を貯湯タンクユニット外箱４の内側側面に密着して設けたが、断熱材設置箇所に応じて断熱性能を変更する構造としても本発明を実施することができる。

図１８はこの発明の実施の形態７における貯湯タンクユニット１の一例を示す側面断面模式図である。貯湯タンクユニット外箱４の内側側面の上部には熱伝導率が低く断熱性能が高い真空断熱材３３が設けられている。また、貯湯タンクユニット外箱４の側面の内側下部には真空断熱材３３よりも熱伝導率が高く断熱性能が低い発泡ポリウレタン３４が設けられている。真空断熱材３３の設置範囲は、貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲となる。

上記実施の形態２で説明したように、貯湯タンク２内には高温のお湯と低温水が上下に分離した温度成層７が形成され、貯湯タンク２の下部に比べ貯湯タンク２の上部からの熱漏洩量が多くなる。また、貯湯タンク２の貯湯容量において一般家庭における代表的な標準給湯負荷パターンに対応するためには、貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲の断熱を強化することが給湯可能熱量のロス防止に対し有効である。したがって、貯湯タンク２の上部には高い断熱性能の真空断熱材３３が必要であるが、貯湯タンク２の下部には真空断熱材３３よりも低い断熱性能の発泡ポリウレタン３４を設けても、貯湯タンク２全体の断熱性能に悪影響を及ぼすほど悪化しない。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、一部に高価な真空断熱材３３に置き換えて低コストの発泡ポリウレタン３４を貯湯タンクユニット外箱４の内側側面の下部に設けることができ、断熱材のコストを低く抑えることができる。

なお、本実施形態２では貯湯タンク２の上部より１／２〜２／３程度までの高さ範囲に断熱性能の高い真空断熱材３３を設ける構造としたが、真空断熱材３３の設置範囲は、これ以上長くなる構成としてもよい。また、貯湯タンクユニット外箱４の内側側面に設置する断熱材を上下部で異なる材質としたが、同一材質の断熱材を用いて上部断熱材の厚みを下部断熱材よりも厚くする構成とすることもできる。貯湯タンクユニット外箱４の上部に向かって徐々に断熱材の厚みが増す構成としてもよい。同一厚みの発泡系断熱材を設けて、貯湯タンクユニット外箱４の上下部で発泡率を変化させて、上部の方が下部よりも断熱性能が高くなる構成とすることもできる。その他、上下部の断熱材厚み及び材質の両方を変更して、上部断熱材の断熱性能が下部断熱材よりも高くなる構成としてもよい。各家庭の給湯負荷状況や寒冷地等の環境条件に応じて、種々の断熱材仕様に変更することが可能である。

実施の形態８．
貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４との距離が狭く、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な場合がある。この場合、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位からの熱漏洩量が多くなり、寒冷地等の外気温度が低い地域での貯湯タンクユニット１の使用が困難であった。この十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位の断熱性能を強化することで、貯湯タンクユニット１を外気温度の低い寒冷地に適した断熱構造にすることができる。

図１９はこの発明の実施の形態８における貯湯タンクユニット１の一例を示す横断面模式図である。貯湯タンクユニット外箱４の内側側面には、貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４との距離が狭く十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位には真空断熱材３３が設けられており、それ以外の部位には発泡ポリウレタン３４が設けられている。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、真空断熱材３３の使用量低減によるコスト削減効果と十分な断熱性能の確保の両立が可能となる。なお、本実施形態３では十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位に設ける断熱材として真空断熱材３３を例に説明したが、これ以外の材質の断熱材を使用しても同様の効果が得ることができる。また、貯湯タンク用断熱カバー外箱３２の側面の内側に設けられる断熱材の断熱性能を高さ方向で異なる構造も併用することで、さらにコスト削減をすることができる。

実施の形態９．
実施の形態６から実施の形態８においては、貯湯タンクユニット外箱４の内側に断熱材を密着して設ける構造としてきたが、貯湯タンク２の周囲に直接断熱材を設けても、以下の構成とすることで貯湯タンクに設けられた断熱材の再設計及び再製作をすることなく断熱構造を変更することができる。

図２０はこの発明の実施の形態９における貯湯タンクユニット１の一例を示す横断面模式図である。貯湯タンク２と貯湯タンクユニット外箱４の間に形成された空間には、この空間形状に一体成型された貯湯タンク断熱材３が設置されている。十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な貯湯タンク２と貯湯タンク断熱材３の近接した部位には、貯湯タンク断熱材３にシート状の真空断熱材３３が例えば挿入されている。なお、真空断熱材３３の取り付け方法は、貯湯タンクユニット外箱４へ貼り付ける等の設置方法でもよい。

真空断熱材３３を設置する際には、少なくとも貯湯タンク２と真空断熱材３３の間に他の断熱材（例えば本実施形態９では貯湯タンク断熱材３）を設ける構造とする。つまり、真空断熱材３３を高温である貯湯タンク２の表面から遠ざけ、極力貯湯タンクユニット外箱４に近い位置に設置する。このような構成にすることで、貯湯タンク２と真空断熱材３３の間に設けられた貯湯タンク断熱材３の断熱効果により、真空断熱材３３付近における温度を下げることができる。真空断熱材３３も含め、断熱材は一般的に低温ほど熱伝導率が低く保温性能が高くなるため、真空断熱材３３付近の温度を下げることで断熱性能を高め、より断熱効率を向上させることが可能となる。なお、貯湯タンク２と真空断熱材３３の間に設ける断熱材には、空気層４０を数ｍｍ設けることで、空気断熱層を断熱材として用いてもよい。

貯湯タンクユニット外箱４の内面に真空断熱材３３を設置する場合には、シート状の真空断熱材３３を用いることが有効である。貯湯タンクユニット外箱４内面の形状に合わせたシート状の真空断熱材３３を用いることで、貼りあわせ等の設置が容易となる。また、貯湯タンクユニット外箱４の内面形状は単純であり、シート状の真空断熱材３３の造形が容易となる。なお、シート状とは、平板もしくは真空断熱材３３設置箇所となる貯湯タンクユニット外箱４の内面形状に合せて形を成形したものを指し、曲面形状や、球面形状あるいは凹凸部を有していてもよい。

また、図２０に示すｔ１は、貯湯タンク断熱材３が熱漏洩の防止に必要な断熱材厚さである。Ｌ１は、貯湯タンク２と貯湯タンク断熱材３が近接しているために、貯湯タンク断熱材３が熱漏洩の防止に必要な断熱材厚さｔ１を確保できない範囲である。少なくとも、この貯湯タンク断熱材３が熱漏洩の防止に必要な断熱材厚さｔ１を確保できない範囲Ｌ１に真空断熱材３３を設けることで、十分な断熱性能を得ることができる。

このように構成された貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット１においては、貯湯タンク断熱材３の再設計及び再製作をすることなく、真空断熱材３３を追加するだけで、断熱構造を変更することができる。また、十分な厚みの貯湯タンク断熱材３を設置することが困難な部位にのみ真空断熱材３３を用いているので、真空断熱材３３の使用量低減によるコスト削減効果が得られる。さらに、貯湯タンク２と真空断熱材３３の間に設けられた貯湯タンク断熱材３の断熱効果によって、真空断熱材３３の断熱効率を向上させることができる。また、シート状の真空断熱材３３を用いることで、貯湯タンク断熱材３への挿入が容易となり、容易に断熱構造の変更ができる。

なお、本実施形態９では断熱性能が高い断熱材として真空断熱材３３を用いたが、これに限らず、断熱性能が高い断熱材であれば同様の機能を果たす。

以上貯湯式給湯機について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、同様の機能を果たす構成としてもよい。

この発明の実施の形態１を示す貯湯式給湯機における貯湯タンクユニット１の側面断面模式図である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯式給湯機の回路構成図である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯タンク用断熱カバー３１の側面断面模式図である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の側面断面模式図である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の側面断面模式図である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の放熱量の計算結果である。 この発明の実施の形態１を示す貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の消費電力量及び年間平均ＣＯＰの計算結果である。 一般家庭における代表的な標準給湯負荷パターンである。 この発明の実施の形態２における貯湯タンク用断熱カバー３１の一例を示す側面断面模式図である。 この発明の実施の形態３における貯湯タンクユニット１及び貯湯タンク用断熱カバー３１の別の一例を示す横断面模式図である。 この発明の実施の形態３における貯湯タンクユニット１及び貯湯タンク用断熱カバー３１の一例を示す横断面模式図である。 この発明の実施の形態４を示す貯湯タンク用断熱カバー３１の分解斜視図である。 この発明の実施の形態４を示す貯湯タンク用断熱カバー３１の固定方法の一例を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態５を示す貯湯タンク用断熱カバー３１を貯湯タンクユニット１の外側に設置した場合の側面断面模式図である。 この発明の実施の形態５を示す図１４のＰ部拡大図である。 この発明の実施の形態６を示す貯湯タンクユニット１の横断面模式図である。 空気層と熱抵抗との関係ついて示した図である。 この発明の実施の形態７を示す貯湯タンクユニット１の一例を示す側面断面模式図である。 この発明の実施の形態８を示す貯湯タンクユニット１の一例を示す横断面模式図である。 この発明の実施の形態９を示す貯湯タンクユニット１の一例を示す横断面模式図である。

符号の説明

１ 貯湯タンクユニット、２ 貯湯タンク、３ 貯湯タンク断熱材、４ 貯湯タンクユニット外箱、５ 脚、６ 基板、７ 温度成層、１１ ヒートポンプ入水入口配管、１２ 給水配管、１３ 出湯配管、１４ ヒートポンプ熱交出口配管、１５ 混合弁、１６ 蛇口、２１ ヒートポンプユニット、２２ 水循環ポンプ、２３ 水冷媒熱交換器、２４ 圧縮機、２５ 膨張弁、２６ 空気冷媒熱交換器、２６ａ ファン、３１ 貯湯タンク用断熱カバー、３２ 貯湯タンク用断熱カバー外箱、３３ 真空断熱材、３４ 発泡ポリウレタン、３５ カバー外箱上面、３５ａ 係止部、３６ カバー外箱側面、３６ａ 係止部、３７ ネジ、３８ 開口部、３８ａ 扉、３９ ゴム、４０ 空気層、４１ 領域、４２ 領域、４３ 領域、Ａ 伝熱面積、Ｌ 貯湯タンク高さ、Ｒａ 熱抵抗値、Ｒｒ 熱抵抗、ｔ１ 熱漏洩の防止に必要な断熱材厚さ、Ｌ１ ｔ１を確保できない範囲。

Claims (12)

1. 湯を貯湯する貯湯タンクと、
   該貯湯タンクの周囲を包囲する外箱と
   を備え、前記貯湯タンクの周囲には、貯湯タンク断熱材が巻き付けられ、前記貯湯タンク断熱材と前記外箱との間に配管が延びている貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットにおいて、
   断熱材を備えた貯湯タンク用断熱カバーが、該断熱材が前記外箱の外側に位置するように、設けられていることを特徴とする貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
2. 前記断熱材は、
   前記貯湯タンクの上部側に対応する第１の断熱材と、
   前記貯湯タンクの下部側に対応する第２の断熱材とからなり、
   前記第１の断熱材は、高さ方向で貯湯タンクの上端から１／２〜２／３に相当する領域に設けられ、且つ第２の断熱材よりも断熱性能の高い断熱材を使用することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
3. 前記断熱材のうち、
   前記貯湯タンクと前記外箱との直線距離が最短位置及びその周辺部に対応する部位に、少なくとも他の部位の断熱材と比較して断熱性能が高い断熱材を使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
4. 前記貯湯タンク用断熱カバーは分割構造であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
5. 前記貯湯タンク用断熱カバーは、側面の一部に開口部及び該開口部を開閉する扉を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
6. 湯を貯湯する貯湯タンクと、
   該貯湯タンクの周囲を包囲する外箱と
   を備えた貯湯式給湯機の貯湯タンクユニットにおいて、
   前記外箱内側に断熱材を設け、該断熱材と前記貯湯タンクとの間に貯湯タンク断熱材を配置して該断熱材の断熱性能を該貯湯タンク断熱材よりも高め、
   前記貯湯タンク断熱材と前記外箱との間に配管が設けられている
   ことを特徴とする貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
7. 前記断熱材は、
   前記貯湯タンクの上部側に対応する第１の断熱材と、
   前記貯湯タンクの下部側に対応する第２の断熱材とからなり、
   前記第１の断熱材は、高さ方向で貯湯タンクの上端から１／２〜２／３に相当する領域に設けられ、且つ第２の断熱材よりも断熱性能の高い断熱材を使用することを特徴とする請求項６に記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
8. 前記断熱材のうち、
   前記貯湯タンクと前記外箱との直線距離が最短位置及びその周辺の部位に、少なくとも他の部位の断熱材と比較して断熱性能が高い断熱材を使用することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
9. 前記外箱は、側面の一部に前記断熱材を貫通した開口部及び該開口部を開閉する扉を備えたことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
10. 前記断熱材は、真空断熱材、発泡系断熱材及び繊維系断熱材のうち少なくとも１種類の断熱材を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
11. 前記断熱性能が高い断熱材とは、
    前記断熱性能が高い断熱材以外の断熱材と比較して厚みが厚い、及び熱伝導率が小さい、のうち少なくとも一方の条件を満たす断熱材であることを特徴とする請求項２、３、７又は請求項８に記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。
12. 加熱源を外部に備え、加熱源により加熱された湯を貯湯することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット。

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