JP5077117B2 - 貯湯タンクユニット及びそれを備えた給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクユニット及びそれを備えた給湯機に関し、特に、貯湯タンクの断熱に真空断熱材を用いて省スペース・高効率化を実現する貯湯タンクユニットに関するものである。

従来のこの種の貯湯タンクユニット及びそれを備えた給湯機としては、断熱材に真空断熱材を使用したものがある（例えば、特許文献１参照）。図６、図７は、特許文献１に記載された従来の貯湯タンクユニットを示すものである。

図６、図７に示すように、貯湯タンクユニット１は、円筒状の貯湯タンク２と、貯湯タ
ンク２を包囲する角筒状の外装ケース３とから構成されており、貯湯タンク２と外装ケース３との空間には、貯湯タンクの保温のために真空断熱材４とシート状断熱材５とが設置されている。

真空断熱材４は、貯湯タンク２の形状に沿って貼り付けられている。また、シート状断熱材５は、貯湯タンク２と外装ケース３との空間部に充填されるように設置されている。

このように、貯湯タンク２と外装ケース３との空間距離が小さい部分に真空断熱材４を配置することにより、貯湯タンク２の断熱性能を低下させること無く設置スペースを削減し、施工性向上を図ることができるのである。
特許第４００１１８４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、貯湯タンク２と給水・給湯配管（図示せず）との接続部が位置する複雑な３次元曲面形状である貯湯タンク２の頂上部や底面部、及び真空断熱材４設置部分以外の貯湯タンク２の側面部を、全てシート状断熱材５で断熱しているため、シート状断熱材５の設置が困難であり、設置が不十分な場合には、シート状断熱材５どうしの間隙またはシート状断熱材５と真空断熱材４との間隙からの放熱ロスが発生して貯湯タンク２の断熱性能が低下するという恐れがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクや給水・給湯配管の形状に応じて複数の断熱材で貯湯タンクを断熱することで、断熱の施工性の向上を図り、特に貯湯タンクの上部の断熱を真空断熱材で行うことにより、放熱ロスを低減して、高効率で信頼性の高い貯湯タンクユニットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯タンクユニットは、略円筒状の胴体の上部を略半球体状の上部鏡板で、前記胴体の下部を下部鏡板でそれぞれ密閉した貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収納する外装ケースと、少なくとも前記胴体の側周囲の一部を覆う真空断熱材と、前記上部鏡板を覆う上部鏡板断熱材とを備え、前記真空断熱材を、前記上部鏡板と前記胴体との接合部より上方へ突出して配設するとともに、前記真空断熱材の上部端面上の点と前記上部鏡板の外側表面上とを結ぶ法線距離をＬ、前記真空断熱材の熱伝導率をλ１、前記真空断熱材の厚さをＤ、前記上部鏡板断熱材の熱伝導率をλ２としたとき、Ｌ≧Ｄ×λ２／λ１の関係を有することを特徴とするもので、上部鏡板の側面部の放熱ロスが低減して、高効率化およびコンパクト化を図ることができる。

また、上部鏡板の側面部の断熱性能がタンク胴体側面部の断熱性能よりも高くなり、上部鏡板断熱材と真空断熱材とが積層する部分では放熱ロスを更に低減できて、高効率化・コンパクト化を図ることができる。

本発明によれば、貯湯タンクの上部側面部の断熱を真空断熱材で行うことにより、放熱ロスを低減して、高効率で信頼性の高い貯湯タンクユニットを提供できる。

第１の発明は、略円筒状の胴体の上部を略半球体状の上部鏡板で、前記胴体の下部を下部鏡板でそれぞれ密閉した貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収納する外装ケースと、少なくとも前記胴体の側周囲の一部を覆う真空断熱材と、前記上部鏡板を覆う上部鏡板断熱材とを備え、前記真空断熱材を、前記上部鏡板と前記胴体との接合部より上方へ突出して配
設するとともに、前記真空断熱材の上部端面上の点と前記上部鏡板の外側表面上とを結ぶ法線距離をＬ、前記真空断熱材の熱伝導率をλ１、前記真空断熱材の厚さをＤ、前記上部鏡板断熱材の熱伝導率をλ２としたとき、Ｌ≧Ｄ×λ２／λ１の関係を有することを特徴とするもので、上部鏡板の側面部からの放熱ロスが低減し、高効率化・コンパクト化を図ることができる。

また、上部鏡板の側面部の断熱性能がタンク胴体側面部の断熱性能よりも高くなり、上部鏡板断熱材と真空断熱材とが積層する部分では放熱ロスを更に低減できて、高効率化・コンパクト化を図ることができる。

第２の発明は、貯湯タンクユニットに、水を加熱する熱源機を接続することにより高効率・コンパクトな給湯機を構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯タンクユニット１の構成図である。また図２は、貯湯タンクユニット１のＡ−Ａ‘水平断面図である。

実際の貯湯タンクユニット１は、図１、図２に図示している構成の他に、貯湯タンク２に水を供給する給水配管、貯湯タンク２から湯を取り出す給湯配管、水と湯を混合して所定温度の湯を供給する混合弁、水を加熱する熱源（電気ヒータやヒートポンプユニット）などを備えているが、ここでは貯湯タンクユニット１の断熱構造について述べるため、図示及び詳細な説明を省略する。

図１において、貯湯タンク２は、略円筒状の胴体２ａの上部を上部鏡板２ｂで、胴体２ａの下部を下部鏡板２ｃでそれぞれ密閉した容器である。上部鏡板２ｂ及び下部鏡板２ｃの形状は、略半球体状、または略半楕円状である。貯湯タンク２の材質には主にステンレスが使用される。

貯湯タンク２の外周部は、前面断熱材３、真空断熱材４、上部鏡板断熱材５、底部断熱材６によって断熱された状態で外装ケース７に収納されている。

胴体２ａの外周前面部には、前面断熱材３が設置されている。貯湯タンク２の前面部には、通常、制御用基板や電装部品類の他、給水・給湯配管や混合弁など多くの部品（図示していない）が配置されるため、前面断熱材３の材質としては、成型加工が容易でコストも比較的安価な発泡スチロールや発泡ウレタンを使用すると良い。

胴体２ａの左右側面部から背面部にかけては、真空断熱材４が設置されている。この部分は給水・給湯配管が貫通することもなく貯湯タンク２の表面形状も単純な２次元曲面であるため、板状の真空断熱材４をロール状に成型したものを貯湯タンク２の胴体２ａに沿うように設置すると良い。

一般的な真空断熱材の構造を図３に示す。真空断熱材は、シリカ等の繊維材からなる芯材８をアルミニウム等の上部外皮材９ａ、下部外皮材９ｂで包装して内部を真空にした後に外周部端面１０ａ、１０ｂを熱溶着加工等で密閉処理した断熱材であり、その熱伝導率はウレタンの５分の１から１０分の１と非常に高性能な断熱材である。

通常、真空断熱材の形状は平板であるが、ロール加工を施すことにより曲面状に加工す
ることもでき、貯湯タンク２など円筒状の曲面にも沿うように設置することが可能である。

従って、貯湯タンク２の側面の断熱に真空断熱材を使用すれば、ウレタン等を使用するよりも断熱材の厚さを薄くすることができ、貯湯タンクユニット１をコンパクト化することが可能となる。

貯湯タンク２の上部鏡板２ｂの外周には、上部鏡板断熱材５が設置されている。上部鏡板２ｂは、給湯配管などの配管が上部鏡板断熱材５を貫通するだけでなく、上部鏡板２ｂの形状も複雑な３次元曲面であるため隙間無く断熱材を設置することが難しい。

また、貯湯タンク２の上部には常に高温（６０〜９０℃）の湯が存在するため、貯湯タンク２上部の断熱性能は貯湯タンク２下部の断熱性能よりも高いことが望ましい。

そのために、真空断熱材４の上端位置を、上部鏡板２ｂと胴体２ａとの接合部より上方に突出させて、上部鏡板２ｂの側面部を高性能な真空断熱材４で断熱することにより、胴体２ａと上部鏡板２ｂ側面部からの放熱ロスを低減することができるのである。

真空断熱材４は、真空断熱材４の上部端面上の１点と略半球体状の上部鏡板２ｂの外側表面上とを結ぶ法線距離Ｌが、上部鏡板断熱材５の最小厚さ以上となるように配設するとよい。これにより、上部鏡板断熱材５の強度を確保しながら、上部鏡板２ｂ側面部からの放熱ロスを低減させて、貯湯タンクユニット１の高効率化およびコンパクト化を図ることができる。

そして望ましくは、真空断熱材４の上部端面上の１点と略半球体状の上部鏡板２ｂの外側表面上とを結ぶ法線距離Ｌが、真空断熱材４の熱伝導率をλ１、真空断熱材４の厚さをＤ、上部鏡板断熱材の熱伝導率をλ２とした時に、Ｌ≧Ｄ×λ２／λ１となるように真空断熱材４を配設することにより、上部鏡板２ｂの側面部の断熱性能が胴体２ａの側面部の断熱性能よりも高くなり、上部鏡板断熱材５と真空断熱材４とが積層する部分では放熱ロスを更に低減できて、貯湯タンクユニット１の高効率化およびコンパクト化を図ることができる。

例えば、上部鏡板断熱材５の材質に発泡スチロール（熱伝導率を真空断熱材４の５倍とする）を採用し、真空断熱材４の厚さを８ｍｍとした場合、所定長さＬは真空断熱材４の厚さの５倍の４０ｍｍとなる。

また、上部鏡板断熱材５の材質としては、成型加工が容易でコストも比較的安価な発泡スチロールや発泡ウレタンを使用すると良い。

貯湯タンク２の下部鏡板２ｃの外周には底部断熱材６が設置されている。下部鏡板２ｃは、給水配管などの配管が底部断熱材６を貫通するだけでなく、下部鏡板２ｃの形状も複雑な３次元曲面であるため隙間無く断熱材を設置することが難しい。

但し、貯湯タンク２の底部付近に高温の湯が存在するのは少なく（貯湯タンク２の全量沸き上げ運転が終了した直後のみ）、通常は、貯湯タンク２の底部には低温の水が存在するため、貯湯タンク２の上部程には断熱を強化する必要はない。従って、底部断熱材６の材質としては、成型加工が容易でコストも比較的安価な発泡スチロールや発泡ウレタンの他、安価で設置が容易なグラスウールなどを使用すると良い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における貯湯タンクユニット１の構成図である。本実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、上部鏡板２ｂと胴体２ａとの接合部において、上部真空断熱材４ａと下部真空断熱材４ｂとに分割して、胴体２ａの左右側面部から背面部にかけて覆う真空断熱材４を構成した点にある。

上部鏡板２ｂと胴体２ａとは溶接で接合されているが、接合部分にバリなどがあれば、そのバリが真空断熱材４を破損して貯湯タンク２の断熱性能低下を招く恐れがあった。

そこで、真空断熱材４を、上部鏡板２ｂと胴体２ａとの接合部を境界として上部真空断熱材４ａと下部真空断熱材４ｂとに分割することにより、バリによる真空断熱材４の破損を防止することができる。また、万一、上部真空断熱材４ａまたは下部真空断熱材４ｂのどちらか一方が破損した場合でも、他方の真空断熱材は正常であるため、貯湯タンク２の断熱性能低下を最小限に抑えることができる。

さらに、真空断熱材４を分割することにより、分割前の大きな真空断熱材を設置する場合に比べて施工性が向上する。

また、図５に示すように、上部真空断熱材４ａを鉛直方向に対して上部鏡板２ｂ側に傾斜させて配接することも可能である。このように上部真空断熱材４ａを配接すれば、上部鏡板断熱材５を小型化することができ、材料費低減を図ることができる。

尚、貯湯タンクユニット１に、水を加熱する熱源機（図示していない）を接続すれば給湯機を構成することができるが、熱源機としては、電気ヒータやヒートポンプユニットを採用することができる。

以上のように、本発明の貯湯タンクユニットでは、上部鏡板の側面部とタンク胴体側面部の断熱を真空断熱材で行うことにより、上部鏡板の側面部からの放熱ロスを低減でき、高効率でコンパクトな貯湯タンクユニットを提供することができる。

本発明にかかる貯湯タンクユニットは、貯湯タンクの熱源機としてヒートポンプユニットを用いたヒートポンプ給湯機のほか、電気ヒータを用いた電気温水器の貯湯タンクユニットに利用できる。

本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの構成図 図１のＡ−Ａ‘水平断面図 本発明の実施の形態１における真空断熱材の構成図 本発明の実施の形態２における貯湯タンクユニットの構成図 同他の貯湯タンクユニットの構成図 従来の貯湯式給湯装置の貯湯タンクユニットの構成図 図６のＢ−Ｂ‘水平断面図

１ 貯湯タンクユニット
２ 貯湯タンク
２ａ 胴体
２ｂ 上部鏡板
２ｃ 下部鏡板
３ 前面断熱材
４ 真空断熱材
４ａ 上部真空断熱材
４ｂ 下部真空断熱材
５ 上部鏡板断熱材
６ 底部断熱材
７ 外装ケース
８ 芯材
９ａ 上部外皮材
９ｂ 下部外皮材
１０ａ、１０ｂ 外周部端面

Claims (2)

1. 略円筒状の胴体の上部を略半球体状の上部鏡板で、前記胴体の下部を下部鏡板でそれぞれ密閉した貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収納する外装ケースと、少なくとも前記胴体の側周囲の一部を覆う真空断熱材と、前記上部鏡板を覆う上部鏡板断熱材とを備え、前記真空断熱材を、前記上部鏡板と前記胴体との接合部より上方へ突出して配設するとともに、前記真空断熱材の上部端面上の点と前記上部鏡板の外側表面上とを結ぶ法線距離をＬ、前記真空断熱材の熱伝導率をλ１、前記真空断熱材の厚さをＤ、前記上部鏡板断熱材の熱伝導率をλ２としたとき、Ｌ≧Ｄ×λ２／λ１の関係を有することを特徴とする貯湯タンクユニット。
2. 前記請求項１に記載の貯湯タンクユニットを備えた給湯機。

Images