JP4902879B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

この発明は、給湯器に関する。具体的には、温水器などの給湯器が備える温水タンクの断熱構造に関するものであり、さらに詳しくは、外郭に設けた発泡樹脂から成る断熱板と温水タンクとで形成される空隙内に、粒状または三角形状の発泡体から構成される断熱材を充填した断熱構造に関する。

温水を貯蔵する温水タンクの保温を目的とした発泡樹脂などの断熱材は、温水タンクの外面を成形品などが覆うように配設されて成る。

例えば、複数の配管が接続した貯湯缶体と、貯湯缶体を収納する外装体と、貯湯缶体外郭に沿った形状の缶体用窪部を有し、缶体用窪部を貯湯缶体に密着して貯湯缶体外郭を囲繞する複数の成型断熱材とを備え、これにより、製造組立時にはこの複数の成型断熱材を適切な位置にはめ込むように取り付けるだけで貯湯缶体の外郭に成型断熱材の缶体用窪部が密着して貯湯缶体の保温・断熱性が向上し、製造組立の工数がかからず効率的な作業を行うことができコストを抑えることができると共に、メンテナンス時の脱着作業も非常に容易になり作業性が向上する貯湯タンクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、貯湯缶体と、貯湯缶体を収納する外装体と、貯湯缶体と外装体との間の空間を埋める熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材とを備えた貯湯タンクであって、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面との間には空間部が形成された貯湯タンクが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、貯湯タンクに真空断熱材を適用する場合において、低コストでより効率的に漏洩熱量を抑制することができ、実用性の高い貯湯タンクを提供するために、真空断熱材は、円筒状の内容器が、角筒状の外装ケースの側面と最近接する部位を中心として、内容器の形状に沿うように貼り付けられ、シート状断熱材は、外装ケースの角部内側の空間において、十分な厚みを確保して配設している。よって、真空断熱材の使用量を削減しながら、貯湯タンクの断熱性能を低下させることなく、かつ省スペース化を実現し、低コストで実用性の高い貯湯タンクが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

これら断熱手段に対し、例えば、上記特許文献１における発泡樹脂成型品を用いた断熱施工は、単一の製品仕様（温水タンクの大きさ・形状、パイプの設置位置・形状など）によって異なった種類の成型品を用意する必要がある。さらに、前記成型品が異なる毎に対応する金型と、その成型条件をその都度に変更する必要がある、などの不都合がある。

また、上記特許文献２と上記特許文献３では、上記課題に加えて断熱性能向上を目的とした空気断熱や真空断熱を行うための新たな断熱層を形成する部品の配設が必要であり、断熱施工が複雑で、場合によっては工数増加を伴うので、好ましくない。

この課題の解決手段として、温水タンクと外郭の間隙にポリプロピレン発泡体の粒子を充填して成るものであり、空隙内にある配管や僅かな温水タンクの形状が異なったとしても、粒子が自由な位置に保持されるので、空隙に断熱層を形成することが出来る貯湯タンクが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００２−３１０５１１号公報 特開２００４−２５１５２１号公報 特開２００５−２２６９６５号公報 実開平６−６９６５１号公報

しかしながら、ポリプロピレン発泡体の粒子の充填は、場合によっては粒子間が構造体を形成するように接触して完全な充填を達成せずに空隙を生じる「ブリッジ現象」を来すことがあり、また、搬送中に受ける振動によって最適位置に収束して製品頂部が充填不足状態となるという不具合が発生する。これを防止するために部分的な加圧を加えて防止すると、その加圧程度に応じて外郭側面部にフクレが発生して外観意匠を損なうことがある。また、粒子を充填したのみであれば、外郭を成す意匠板のみが外郭強度を構成することになるので、筐体強度および表面の局部負荷に対する変形が来しやすくなるという課題が生じる。

また、断熱層が温水タンクを保持する機能を発現する強度を備えていないことから、搬送中に受ける振動などによる温水タンクの揺れによって偏芯し、外郭との間隙が不均一になったことによる断熱不足が発生することもある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、給湯器の外殻部材と温水タンクの空隙に反発弾性に乏しい断熱材成形品または粒状発泡体を充填することにより、金型を用いて成型する成形体の使用を不要または大幅に抑制でき、製品仕様が異なる製造であっても同一仕様によって完遂することができ、内部に配設した配管の断熱を別途に行う必要もなく、外殻を成す鋼板成形品などの款合部分に過度な強度（締結力）を求める必要もない給湯器を提供することを目的とする。

この発明に係る給湯器は、外郭の構造体を成す意匠板を有し、意匠板の内面に、樹脂製の断熱板を固定した外郭部材と、外郭部材内に収納される温水タンクと、外郭部材と温水タンクとの間に形成される角部の空隙の中の配管類等が配設されない空隙に配設され、温水タンクと接して断熱層を形成し、熱可塑性樹脂とパルプ繊維を基材とする発泡体から成る成形品である三角形状の第１の角部断熱体とを備えたことを特徴とする。

この発明に係る給湯器は、三角形状の第１の角部断熱体を備えることにより、構造体としての剛性が向上し、外郭部材と温水タンクとの位置関係の保持能力が達成出来る上、断熱層を容易に形成することができる。

実施の形態１．
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１は三角形状の第１の角部断熱体４を備えた温水タンク３の断面構造図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図）、図２は隣り合う第１の角部断熱体４の三角形状端部における重ね合せ部１０の概念図である。

給湯器１００の外郭を成す意匠板１に断熱板２を接合して外郭部材５を構成して断熱と補強を付与するとともに、外郭部材５と温水タンク３とで形成された角部の空隙に三角形状の第１の角部断熱体４を充填することによって温水タンク３の位置を保持する機能を付加した給湯器１００について、以下、図１の断面構造図に基づいて詳述する。

まず、鋼板の折り曲げ加工によって４辺を接合した外郭の構造体を成す意匠板１の内面に、押出成形による発泡ポリスチレンの断熱板２を接着して固定した外郭部材５を得る。

一方、外郭部材５の角部と温水タンク３との間に形成される空隙に配する三角形状のポリプロピレン系断熱材である第１の角部断熱体４を以下の手順で成型する。

まず、押出機を用いて、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンに原料にチクソ性を付与する目的で草木皮質などを解繊して得たパルプ繊維と、発泡剤になる水の吸収を容易にする目的でポリビニルアルコールの各々を同量ずつ加えて、溶融状態で混練してビーズ状に成型した原料に、ポリプロピレンの融点以上で混練しながら水を加圧下で添加し、棒状に押し出す。

水を高圧下で基材とともに混連した後、基材が棒状に押し出された際に水蒸気となって気化することによって発泡剤として作用する。得られた発泡体の発泡倍率が５０倍程度になるように水の添加量を調整することにより、優れた断熱性と適度な圧縮抗力に加え、外部からの衝撃力に反発すること無しに塑性変形を来す粘性を得ることができる。

上記手段による棒状の発泡体は、表面に接着剤を塗布して温水タンク３の高さ方向と平行に並べ、その断面が三角形状になるように成型および固化した後、任意長さに切断することによって、外郭部材５と温水タンク３とから成る空隙に配する第１の角部断熱体４とする。

上述した三角形状の第１の角部断熱体４は、棒状の発泡体が当接して生じる微細な空隙を含んで成形したので、空気の対流による伝熱を抑止して、空気による伝熱が主体の低熱伝導が主体の優れた断熱性能を備えた構造体を形成できる。

なお、本実施の形態では、三角形状の第１の角部断熱体４が棒状の発泡体を平行に並べて接着剤で固持したが、発泡体同士を融着して固持しても良く、また、棒状の発泡体に代えて粒状の発泡体を用いても、同様の効果を得ることが出来る。

また、押出成形による発泡ポリスチレンの断熱板２は、押出機ゲートからの引抜き速度を押出し速度より速く設定して成るので発泡に供して形成された気泡が押出し方向に長い、つまり、断熱に供する厚さ方向に短軸を有する構造を成すので輻射伝熱の抑制効果が向上し、断熱性能に優れる特徴を備える。

また、発泡倍率は３０倍以上の高発泡倍率としたことにより、固体伝熱を構成する樹脂成分が少なく、輻射伝熱の抑制効果が向上しているので、優れた断熱効果を備える。

次に、給湯器１００の断熱施工方法について述べる。四角形状の外郭部材５を備える給湯器１００は、底部を成すベース上に発泡ポリスチレンで成形した底部断熱成形品６を介して温水タンク３が固定されている。

底辺四角を成す前面の角部を成す一画には、給排水用の配管類７と、温水の水面や温度などの保存状態を監視するセンサ類を備えた熱交換器８が配設されている。従って、第１の角部断熱体４は、配管類７等が配設された当該区画を除いた残りの角部に充当する温水タンク３の外壁に当接し、温水タンク３の天井面を成す部位に発泡ポリスチレンから成る上部断熱成形品９を被せた状態で天井面の意匠板１を保持し、４面の外面を成す外郭部材５を固定する。

以上の手段によって得られた給湯器１００は、四角形状の各辺に相当する面のほか、配管類７を配した角部の方向を除く転倒方向に対する温水タンク３にかかる応力負荷を構成する断熱材が分散するので、外郭を成す意匠板１に応力集中して発生する変形が緩和できる効果を生む。

これらの断熱材は、上述したように、厚さ方向に短軸を有する擬似的形状を成して楕円を成す構造を有するので、外部からの変形に対して容易に変形して、負荷された応力を緩和する能力に優れる。特に、三角形状の第１の角部断熱体４は、断面内が断熱材の接合した棒の周辺に空隙を有して成ることから、外部からの応力負荷に対して空隙を優先して変形する機構を有するので、意匠板１への応力伝播を大きく軽減できるという特徴を有する。

また、図２の概念図に示す如く、隣り合う三角形状の角部断熱体（Ａ）４ａと角部断熱体（Ｂ）４ｂとの直角部分を含む端辺長さの和を意匠板１の幅より長く設定して、端辺に重ね合せ部１０を設けて温水タンク３に当接する。重ね合せ部１０は、外郭部材５と温水タンク３とが当接する部位付近に位置する。このため、三角形状の断熱材は外郭部材５を成す発泡ポリスチレンの断熱板２に接着しなくても、外郭部材５と温水タンク３とが当接する押圧力のみで固定することが出来るので、断熱施工を簡素化する効果を得ることが出来る。

実施の形態２．
給湯器１００の外郭を成す意匠板１に断熱板２を接合して断熱と補強を付与するとともに、意匠板１と温水タンク３で形成された空隙に凸形のヒダ状突起１２を設けた第２の角部断熱体２０を充填して配管部品などの付帯部品を断熱する手段を備える給湯器１００の断熱施工方法を、以下に詳述する。第２の角部断熱体２０は、温水タンク３との当接面に凸形のヒダ状突起１２を有する。

図３は実施の形態２を示す図で、ヒダ状突起１２を設けた成型品の断面を示す概念図である。

温水タンク３に外接して各辺を構成する四角形状の構造体外郭を成す外郭部材５は、板金成形品である意匠板１の内面に押出成形による発泡ポリスチレンから成る断熱板２を接着して外郭部材５を得たのち、外郭部材５内面と温水タンク３とが形成する角部の空隙に、ポリプロピレンを主体とする発泡体である第２の角部断熱体２０を挿入、充填する。

一方、四角形状の外郭部材５を備える給湯器１００は、底部を成すベース上に断熱材を介して温水タンク３が固定され、前面の角部を成す一画に給排水用の配管類７が温水タンク３の外壁に沿って配設され、他に温水の水面や温度などの保存状態を監視するセンサ類を備えた熱交換器８が配設されている。このとき、角部に配設された第２の角部断熱体２０（ポリプロピレン系）には、配管類７などが当接すると、図３の概念図に示す如く、形状に応じて変形するヒダ状突起１２を設けた成型品（第２の角部断熱体２０）を充当して成るので、配管類７の断熱も達成できる。

角部を除いた残り３箇所の角部には、ヒダ状突起１２を設けない成型品（第１の角部断熱体４）を充当して温水タンク３の外壁との空隙に挿入する。最後に、温水タンク３の天井面を成す部位に発泡ポリスチレンの成形品（上部断熱成形品９）を被せた状態で、外面４辺の外郭部材５と天井面の外郭部材５を保持して固定する。

ここで、第２の角部断熱体２０（ポリプロピレン系）の成形方法を述べると、まず、押出機を用いて熱可塑性樹脂であるポリプロピレンとポリプロピレンの高温での変形を抑制するパルプ繊維に、保水作用に優れるでんぷん質化合物を加えて混練すると共に、当該押出機の途中段階から水を加圧下で添加しながらポリプロピレンの融点以上で混練して棒状に押し出す。添加した水は高圧下で混連された後、混練された原料が棒状に押し出された際に水蒸気となって気化するので、発泡剤として作用する。得られた発泡体の発泡倍率が５０倍程度になるように水の添加量を調整することによって、優れた断熱性と適度な圧縮抗力に加え、外部からの急速に付加された応力である衝撃力に対する反発力が極めて小さい特性を備えて成るため、塑性変形を来して外郭面の変形を抑制するので、都合がよい。

上記手段によって棒状に押し出した発泡体表面に接着剤塗布し、これを平行に並べて断面が三角形状になるように成型したのち、これを任意長さに切断したものを外郭部材５と温水タンク３とから成る空隙に配する第２の角部断熱体２０とした。

一方、板金成形品である意匠板１内面に接着する発泡ポリスチレンの断熱板２は、押出機ゲートからの引抜き速度を押出し速度よりも早く設定して成形することが好ましく、発泡に供して形成された気泡が押出し方向に長い、つまり、断熱方向の厚さ方向に短軸を有する構造を形成して輻射伝熱の抑制効果が向上し、断熱性能に優れる特徴を備える。

第２の角部断熱体２０にヒダ状突起１２を設ける方法は、バンドソーなどを用いて棒状発泡体を横断するように、任意の長さで深さに切れ込みを設ける。切れ込みの深さは、当接する配管類７などの他の部材を収納する成型品の大きさ、つまり、前記部材が沈み込む深さまで切込みを入れるようにすれば良い。

ヒダ状突起１２を設けた第２の角部断熱体２０は、吸湿して湿潤状態で配設することが好ましい。熱可塑性樹脂であるポリプロピレンと草木皮質などを解繊して得たパルプ繊維に等量の保水作用のあるでんぷん質を基材とする発泡体は、吸湿した水が可塑剤の如く作用して弾性率の低下と粘性の増加を来たし、塑性材料としての特性が強調されるように作用する。従って、配管類７などの突起物に被せるように配設しても、容易にその形状に馴染むように変形し、乾燥状態に戻っても、その形状を保持するので、新たに配管類７に沿った第２の角部断熱体２０の成型品形状を確保する必要がない。

さらに、棒状の発泡体を接合する接着剤が、突起物である各種部品に被せる際に容易に破断して、断熱材を裂くようにして変形を容易にするので、配設した各種部材の形状により、馴染み易いという特徴を備える。また、棒状断熱材を横断した切込みは、縦方向の変形を抑止して、過度に空隙を発生させない効果を生む。

また、以上の手段によって得られた給湯器１００は、転倒方向に対する温水タンク３にかかる応力負荷を四角形状の各面を成す外郭部材５が鋼板に接着した断熱板２で受け止め、意匠板１への応力付加を緩和して、局部的な変形を抑制して大きく曲がる変形を来すので、意匠板１に変形が残留し難い。一方、角部への応力負荷についても、接着剤を用いて成型したポリプロピレンを主体とする第２の角部断熱体２０、第１の角部断熱体４が受け止めて、意匠板１への局部的な変形を抑止することができる。

また、これらの断熱材は成型時の押出速度よりも、棒状または板状に成形する際の引き抜き速度を速くすれば、擬似的に厚さ方向に短軸を有する楕円形状を成す構造を有するので、外部からの応力負荷に対して容易に変形して、負荷された応力を緩和する能力に優れるので、都合がよい。特に、第２の角部断熱体２０、第１の角部断熱体４は、断面内が断熱材の接合した棒の周辺に空隙を有して成ることから、外部からの応力負荷に対して空隙を変形する機構を有するので、意匠板１への応力伝播を大きく軽減できる効果も備える。

また、第２の角部断熱体２０であるポリプロピレン系断熱材の耐熱性が高いことから、外郭部材５として意匠板１に貼り付けた断熱板２が耐熱性に劣る発泡ポリスチレンであっても、三角形状の断熱材端部を重ね合わせた上に、発泡ポリスチレンの断熱板２を載置したことによって熱負荷が軽減されて、充分に実用に耐えることができた。

実施の形態３．
給湯器１００の外郭を成す意匠板１に断熱板２を接合して断熱と補強を付与するとともに、意匠板１と温水タンク３で形成された空隙に粒状断熱材１１を充填して、配管類７と熱交換器８の断熱を行う手段を備えた給湯器１００について、図４の断面構造図に基づいて詳述する。

図４は実施の形態３を示す図で、粒状断熱材１１を備えた温水タンク３の断面構造図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図）である。

まず、各辺を接合して四角形状の構造体の外郭を成す意匠板１を作成した後、意匠板１の内面に押出成形によるアクリロニトリルとスチレンの共重合体から成る発泡樹脂（以下、ＡＳ樹脂発泡体と称する）の断熱板２を接着して外郭部材５を得た。これとは別に、四面を成す外郭部材５と温水タンク３とが形成する角部にある空隙に配する粒状断熱材１１（ポリプロピレン系）を、以下の手順で得た。

まず、押出機を用いてポリプロピレンと草木皮質などを解繊して得たパルプ繊維に等量の保水作用のあるでんぷん質化合物を加えて加熱下で混練し、その後段の混練の途中段階から水を加圧下で添加しながら、何れもポリプロピレンの融点以上で混練して棒状に押し出す。添加した水は高圧下で混練後、棒状に押し出す際に水蒸気となって気化するので、発泡剤として作用する。水の量は発泡体の発泡倍率が５０倍程度になるように注入量を調整する。棒状に押し出された発泡体は、任意長さで切断して、外角部材と温水タンク３とから成る空隙に配する粒状断熱材１１とした。

ＡＳ樹脂発泡体の断熱板２は、押出機ゲートからの引抜き速度を押出し速度よりも早く設定して成るので、発泡に供して形成された気泡が押出し方向に長い、つまり、断熱方向の厚さ方向に短軸を有する構造を成すので輻射伝熱の抑制効果が向上して断熱性能に優れる特徴を備える。

粒状断熱材１１の発泡も同様で、発泡倍率が３０倍以上、好適には５０倍程度の高発泡倍率に調整して成るので、固体伝熱の抑制効果が向上して優れた断熱効果を備える。

給湯器１００の断熱施工方法を述べると、まず、底部を成すベース上に温水タンク３を鋼板のアングルで固定し、同様に、外郭部材５が温水タンク３の一部と当接した状態で外郭４面を形成して固定されて成る。外郭部材５と温水タンク３との空隙には、給排水用の配管類７と温水の量や温度などの保存状態を監視する各種センサ類が配されている。以上の構成物を除外した残りの空隙に上述したポリプロピレン系の粒状断熱材１１を充填する。

粒状断熱材１１が温水タンク３の天井面をやや超過した状態まで満たした後、外郭部材５と天井面の断熱成形品を載置した後、外郭を成す鋼板の成形品を保持して固定する。

従って、角部に配設された配管類７は、従来が個別に断熱材を巻いて保温していたが、本実施の形態における給湯器１００では、ポリプロピレン系断熱材の粒状断熱材１１を充填するのみで対処できるので、何らの断熱材の成形品製造などの加工が不要となる。

この時、粒状断熱材１１は、吸湿した湿潤状態で充填することが好ましい。当該発泡体の吸湿した状態は、水が可塑剤の如く作用して弾性率の低下と粘性の増加を来たし、塑性材料としての特性が強調されるようになる。従って、充填に伴って配管などの突起物に当接した状態であっても、容易にその形状に馴染むように変形する。さらに、乾燥状態に戻っても形状を保持するので、充填した粒状断熱材１１が振動などを受けて容易に沈降することもなく、都合がよい。

以上の手段によって得られた給湯器１００は、温水タンク３の転倒方向にかかる応力負荷を四角形状の各面を成す外郭部材５が鋼板に接着した断熱板２で受け止める際、意匠板１への応力付加を分散して緩和し、局部的な変形を抑制して大きく曲がるので、意匠板１に変形が残留しない。

以上の断熱施工において温水タンク３の下部に粒状断熱材１１が充填しにくい構造を成す場合には、当該部位に、予め、ＡＳ樹脂発泡体の成型品を配することによって、側面部分のみに充填しても良い。

実施の形態１を示す図で、三角形状の第１の角部断熱体４を備えた温水タンク３の断面構造図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図）。 実施の形態１を示す図で、隣り合う第１の角部断熱体４の三角形状端部における重ね合せ部１０の概念図。 実施の形態２を示す図で、ヒダ状突起１２を設けた成型品の断面を示す概念図。 実施の形態３を示す図で、粒状断熱材を備えた温水タンク３の断面構造図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図）。

符号の説明

１ 意匠板、２ 断熱板、３ 温水タンク、４ 第１の角部断熱体、５ 外郭部材、６ 底部断熱成形品、７ 配管類、８ 熱交換器、９ 上部断熱成形品、１０ 重ね合せ部、１１ 粒状断熱材、１２ ヒダ状突起、２０ 第２の角部断熱体、１００ 給湯器。

Claims (8)

1. 外郭の構造体を成す意匠板を有し、前記意匠板の内面に、樹脂製の断熱板を固定した外郭部材と、
   前記外郭部材内に収納される温水タンクと、
   前記外郭部材と前記温水タンクとの間に形成される角部の空隙の中の配管類等が配設されない空隙に配設され、前記温水タンクと接して断熱層を形成し、熱可塑性樹脂とパルプ繊維を基材とする発泡体から成る成形品である三角形状の第１の角部断熱体とを備えたことを特徴とする給湯器。
2. 前記給湯器は、さらに、
   前記外郭部材と前記温水タンクとの間に形成される角部の空隙の中の配管類等が配設される空隙に配設され、前記温水タンクとの当接面に凸形のヒダ状突起を有し、熱可塑性樹脂とパルプ繊維を基材とする発泡体から成る成形品である三角形状の第２の角部断熱体を備えたことを特徴とする請求項１記載の給湯器。
3. 前記第１の角部断熱体は、棒状に成形した発泡体同士が接して形成する空隙を保持して接合、一体化した三角形状の成型品であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の給湯器。
4. 隣り合う前記第１の角部断熱体は、前記外郭部材と前記温水タンクとが当接する部位付近において、重ね合せ部を設けて当接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の給湯器。
5. 外郭の構造体を成す意匠板を有し、前記意匠板の内面に、樹脂製の断熱板を固定した外郭部材と、
   前記外郭部材内に収納される温水タンクと、
   前記外郭部材と前記温水タンクとの間に形成される角部の空隙の中の配管類等が配設される空隙に配設され、前記温水タンクとの当接面に凸形のヒダ状突起を有し、熱可塑性樹脂とパルプ繊維を基材とする発泡体から成る成形品である三角形状の角部断熱体とを備えたことを特徴とする給湯器。
6. 前記角部断熱体は、棒状に成形した発泡体同士が接して形成する空隙を保持して接合、一体化した三角形状の成型品であることを特徴とする請求項５記載の給湯器。
7. 前記角部断熱体は、湿潤状態で吸湿性を備えたパルプ繊維を含み、前記配管類等が配設される空隙に湿潤状態で配設されることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の給湯器。
8. 外郭の構造体を成す意匠板を有し、前記意匠板の内面に、樹脂製の断熱板を固定した外郭部材と、
   前記外郭部材内に収納される温水タンクと、
   前記外郭部材と前記温水タンクとの間に形成される空隙に充填される粒状断熱材とを備え、
   前記粒状断熱材は、湿潤状態で吸湿性を備えたパルプ繊維を含み、前記空隙に湿潤状態で配設されることを特徴とする給湯器。

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