JP5316229B2 - 貯湯式温水ユニット - Google Patents

Description

本発明は、温水を生成して貯湯槽に貯留し、かつこの貯湯槽から一般給湯用あるいは暖房用などの出湯を行なわせるのに用いられる貯湯式温水ユニットに関する。

貯湯式温水ユニットの具体例としては、特許文献１，２に記載されたものがある。これらの文献に記載された貯湯式温水ユニットは、ソーラシステム用であり、ソーラ集熱器において加熱される熱媒を一定経路で循環させる熱媒循環経路に設けられた熱交換器を利用して湯水加熱を行ない、かつこの加熱された湯水を貯湯槽に貯留させるように構成されている。また、前記貯湯式温水ユニットにおいては、貯湯槽内の湯水温度が所望の目標給湯温度よりも低い場合に対応するための手段として、湯水加熱用の補助熱源機が設けられている。一方、熱媒循環経路には、膨張タンクを設けておき、熱媒循環経路において熱媒が熱膨張した際には、熱媒の一部を膨張タンクに吸収させることによって、熱媒循環経路中における熱媒の圧力が異常上昇しないようにされている。

しかしながら、従来においては、次に述べるように、未だ改善すべき点があった。

すなわち、貯湯式温水ユニットは、各構成機器の保護を図るとともに全体の見栄えを良くし、また運搬などを容易にする観点から、各構成機器を所定の外装ケース内に収容させた構成とされるのが通例である。各構成機器を外装ケース内に収容させる場合、これらの構成機器の固定を確実に行なう必要があるが、とくに貯湯槽および補助熱源機は、他の構成機器と比較してサイズが大きく、かつ重量が大きいために、これらの固定をより確実に図る必要性は高い。また、膨張タンクも大容量のサイズに形成される場合があり、とくにソーラシステム用の貯湯式温水ユニットでは、ソーラ集熱器として大型のものが用いられて、熱媒循環経路の全長寸法が長くなる結果、これに対応して膨張タンクの容量を大きくしなければならない場合が多く、このような場合には、膨張タンクについてもその固定をより確実に図る必要性が高い。

これに対し、従来においては、前記したように、貯湯槽、補助熱源機、および膨張タンクの三者のサイズが大きく、かつ重量が大きい場合であっても、これらを外装ケース内の適当な箇所に分離させて配置し、これらの固定を個別に図っているに過ぎないのが実情であった。これでは、温水ユニットの運搬時や設置状態での地震発生時などにおいて、前記三者にがたつきを生じ易くなり、耐震性の面で大きな安心感が得られないという不具合を生じ易い。このため、従来においては、前記不具合の防止策として、前記三者の固定強度を高めるための補強部を外装ケース内の多数箇所に設ける必要が生じ、全体構造の複雑化や製造コストの上昇を招くこととなっていた。したがって、このような不具合を適切に解消することが望まれる。

特開２００３−２３２５６５号公報 特開２００３−１９４４０３号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、サイズおよび重量が大きい貯湯槽や補助熱源機などの構成要素が運搬時などにおいてがたつきを生じることを簡易な手段によって適切に抑制することが可能な耐震性に優れた貯湯式温水ユニットを提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される貯湯式温水ユニットは、主熱源機において加熱された熱媒との熱交換によって加熱される湯水を貯留するための貯湯槽と、この貯湯槽からの流出湯水温度が所定温度よりも低いときに湯水加熱を行なうための補助熱源機と、前記熱媒を一定経路で循環させる熱媒循環経路に設けられ、かつ前記熱媒の膨張を吸収するための膨張タンクと、前記貯湯槽、前記補助熱源機、および前記膨張タンクを固定させた状態で内部に収容する外装ケースと、を備えている、貯湯式温水ユニットであって、前記外装ケース内における前記貯湯槽、前記補助熱源機、および前記膨張タンクの固定配列構造は、前記膨張タンクが前記貯湯槽および前記補助熱源機のそれぞれに直接または間接的に接触してこれら貯湯槽と補助熱源機との間に挟み込まれたサンドイッチ構造とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、サンドイッチ構造に配列された貯湯槽、補助熱源機、および膨張タンクの三者が一連に当接し合うために、これら三者を互いに分離させて外装ケース内に固定させる場合と比較すると、貯湯式温水ユニットの運搬時などにおいて前記三者にがたつきを生じることが抑制される。とくに、貯湯槽および補助熱源機はサイズおよび重量が大きく、これらの間に膨張タンクがスペーサとして介在した構造によれば、たとえば貯湯槽および補助熱源機を直接接触させてからその横に膨張タンクを配置させる場合よりも、外装ケース内における重量バラスンなどに大きな偏りを生じ難くして、前記三者をより安定させることができる。したがって、前記三者の固定強度を高めるための補強部を外装ケース内の多数箇所に設ける必要を無くし、または少なくし、貯湯式温水ユニットの全体構造の簡素化や製造コストの抑制を図りつつ、その耐震性を優れたものとすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記膨張タンクは、前記補助熱源機および前記貯湯槽に対向する前側壁部および後側壁部、ならびにこれらに交差して繋がった一対の横側壁部が金属板を用いて形成ささた構成とされ、かつ前記一対の横側壁部よりも前記前側壁部および後側壁部の方が、幅および面積が大きい偏平な略直方体状である。

このような構成によれば、膨張タンクの金属板により形成された部分の機械的強度を高くし、膨張タンクが貯湯槽と補助熱源機との間で変形するといった不具合を生じ難くすることができる。また、膨張タンクの幅および面積が大きい前側壁部および後側壁部を補助熱源機および貯湯槽に対向させているために、膨張タンクを補助熱源機および貯湯槽に対して広い面積で安定的に接触させるのに好ましいものとなる。その一方、膨張タンクの一対の横側壁部の幅は小さいために、補助熱源機と貯湯槽との間隔についても小さくすることができ、これらの機器の全体が大きく嵩張ることを抑制するのに有利となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記補助熱源機は、この補助熱源機の下方に空間スペースが形成されるように前記外装ケース内の上部寄りに取り付けられ、かつ前記補助熱源機の下部が前記膨張タンクに直接または間接的に接触しており、前記熱媒を利用して湯水を加熱するための熱交換器が、前記空間スペースに配されて、前記膨張タンクの外面に直接または間接的に接触している。

このような構成によれば、熱媒を利用して湯水を加熱するための熱交換器を補助熱源機の下方にスペース効率良く設けることができる。また、前記熱交換器は膨張タンクの外面に接触しているために、膨張タンクの固定状態がより安定し、さらには熱交換器も安定して固定させることができる。加えて、膨張タンクの外面が膨張タンクの内圧に起因して外方に撓むといったことも熱交換器の存在によって適切に抑制する効果が期待できる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明に係る貯湯式温水ユニットの一例を示す平面断面図であり、（ｂ）は、その側面断面図である。 図１に示す貯湯式温水ユニットの基本的構成を示す概略説明図である。 図１の要部斜視図である。 図３に示す部分の分解斜視図である。 図１に示す貯湯式温水ユニットに用いられている膨張タンクの分解斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明が適用された貯湯式温水ユニットの一例を示している。図２によく表われているように、本実施形態の貯湯式温水ユニットＵは、ソーラ集熱器１に配管部材７０を介して接続して使用される。ソーラ集熱器１は、本発明でいう主熱源機の一例に相当する。ただし、後述するように、主熱源機としてはソーラ集熱器以外の機器を用いることが可能である。

貯湯式温水ユニットＵは、貯湯槽２、膨張タンク３、熱交換器４、補助熱源機５、およびこれらを収容する外装ケース６を備えている。ソーラ集熱器１と貯湯式温水ユニットＵとが接続された状態においては、ポンプＰ１の駆動により、ソーラ集熱器１と貯湯式温水ユニットＵとの間で熱媒を循環させる熱媒循環経路７が構成される。この熱媒循環経路７には、膨張タンク３および熱交換器４が設けられている。なお、図２は、貯湯式温水ユニットＵの構成を模式的に示しているに過ぎず、同図における各構成機器の位置関係は、本発明の内容を正確に反映したものではない。

膨張タンク３は、熱媒の膨張を吸収して熱媒循環経路７内の圧力を安定させる役割を果たすものであるが、本実施形態においては、この膨張タンク３は、金属製とされている。ただし、その詳細は後述する。熱交換器４は、熱媒と湯水との熱交換を行なって湯水を加熱するためのものであり、その取り付け構造の詳細についても後述する。

貯湯槽２は、熱交換器４を用いて加熱された湯水を貯留しておくためのものであり、ポンプＰ２を駆動させて貯湯槽２内の湯水を下部配管２０から熱交換器４に送り込んで加熱させた後に、この加熱された湯水を貯湯槽２内にその上部配管２１から流入させて貯留させることが可能である。補助熱源機５は、貯湯槽２内の湯水温度が目標給湯温度に満たない場合に湯水を加熱するためのものであり、たとえば一般のガス給湯器と同様な構成を有している。貯湯槽２内の湯水温度が目標給湯温度以上である場合には、補助熱源機５を駆動させる必要はないため、この場合には、図２のバルブＶ１を閉じた状態において、入水口９０からの入水圧を利用して貯湯槽２の上部配管２１から湯水混合弁Ｖ２および出湯口９１に向けて湯水を流通させることとなる。これに対し、貯湯槽２内の湯水温度が目標給湯温度に満たない場合には、バルブＶ１を開いた状態において、ポンプＰ２を駆動させて補助熱源機５に湯水を供給して加熱し、この加熱された湯水を湯水混合弁Ｖ２および出湯口９１に向けて流通させることとなる。

図１に示すように、外装ケース６は、略直方体状であり、底板部６０から起立した複数の支柱６１ａ〜６１ｃ、貯湯槽２やその他の構成機器の周囲および上方を覆う複数のパネル６２、および前面扉６３を有している（図１の矢印Ｆｒは、貯湯式温水ユニットＵの前方を示している）。貯湯槽２は、外面部分の略全域が断熱材２２によって覆われ、外装ケース６内の奥部に配置されて、図示されないブラケットなどを用いて支持固定されている。補助熱源機５は、外装ケース６の前面寄りの一対の支柱６１ａ間に設けられた１または複数の水平ビーム５０にネジ止めなどの手段を用いて固定して取り付けられている。ただし、この補助熱源機５は、外装ケース６内の上部寄りに位置しており、この補助熱源機５の下方には、熱交換器４やその他の構成機器（図示略）を配置するための空間スペースＳが設けられている。

膨張タンク３は、補助熱源機５と貯湯槽２との間に挟まれる配置とされ、一対の支柱６１ｂ間に設けられた水平ビーム６４に当接するようにして取り付けられている（図３および図４も参照）。膨張タンク３は、扁平な略直方体状に形成されており、たとえば薄手のステンレス板を用いて構成された金属製である。より具体的には、図５に示すように、膨張タンク３の胴部３０を構成する前側壁部３０ａ、後側壁部３０ｂ、および一対の横側壁部３０ｃは、たとえば１枚のステンレス板を角筒状に折り曲げてその端縁部どうしを接合することにより形成されている。膨張タンク３の上板部３１および底板部３２も、ステンレス板を加工して形成され、これらは胴部３０の上部開口部および下部開口部を塞ぐように胴部３０に接合されている。一対の横側壁部３０ｃは、膨張タンク３の内圧に起因して容易に撓み変形を生じないように、それらの幅および面積は、前側壁部３０ａおよび後側壁部３０ｂよりも小さくされている。膨張タンク３には、取り付け用の一対のブラケット３３が設けられている他、膨張タンク３の本来の機能を発揮させるための熱媒流入出用部材３４ａ，３４ｂや、オーバフロー用部材３４ｃなども適宜組み付けられている。

図１（ａ）に示すように、膨張タンク３の後側壁部３０ｂには、貯湯槽２の断熱材２２が圧縮された状態で接触している。一方、補助熱源機５の下部と膨張タンク３の前側壁部３０ａの上部領域との間には、その隙間を埋める断熱材５２が圧縮された状態で介装されている。このことにより、外装ケース６内における貯湯槽２、補助熱源機５、および膨張タンク３の固定配列構造は、膨張タンク３が貯湯槽２および補助熱源機５のそれぞれに断熱材２２，５２を介して接触して貯湯槽２と補助熱源機５との間に挟み込まれたサンドイッチ構造となっている。

熱交換器４は、積層式熱交換器であり、たとえば略直方体状のハウジング４６内に複数の伝熱プレート（図示略）が積層して設けられた構成を有している。この熱交換器４は、図１（ｂ）に示すように、補助熱源機５の下方の空間スペースＳに配置されている。ただし、図３および図４によく表われているように、この熱交換器４は、膨張タンク３の前側壁部３０ａに対して、主ブラケット８Ａおよび補助ブラケット８Ｂを用いて固定して取り付けられている。より具体的には、これら２つのブラケット８Ａ，８Ｂは、ともにステンレス板などをプレス加工して形成されたものであり、主ブラケット８Ａは、膨張タンク３の前側壁部３０ａのうち、補助熱源機５や断熱材５２よりも下方の領域に、溶接またはろう付されている。この主ブラケット８Ａの上部および下部には、切欠き凹部８０ａ，８０ｂが形成されており、熱交換器４は、それらの切欠き凹部８０ａ，８０ｂに嵌入されて左右幅方向の位置決めが図られた状態で主ブラケット８Ａに当接している。補助ブラケット８Ｂは、平面視略Ｕ字状であり、熱交換器４が主ブラケット８Ａから脱落しないように、熱交換器４の一部を囲み込んだ状態で主ブラケット８Ａにネジ止めされている。熱交換器４は、この熱交換器４に連結されている配管部材４７によって重量の全部または一部が受けられた状態とされており、前側壁部３０ａに対して熱交換器４の重量が大きく作用しない構成とされている。

次に、前記した貯湯式温水ユニットＵの作用について説明する。

まず、サンドイッチ構造に配列された補助熱源機５、膨張タンク３、および貯湯槽２の三者は断熱材５２，２２を介して一連に当接し合っているために、これらを互いに分離させた配列で固定させる場合とは異なり、貯湯式温水ユニットＵの運搬時や設置使用状態での地震発生時などにおいて、前記三者が個々に振れ（がたつき）を生じることは抑制される。とくに、貯湯槽２および補助熱源機５は、貯湯式温水ユニットＵの構成機器のうち、最も重量が大きい構成機器であり、これらの間に膨張タンク３がスペーサとして介在しているために、たとえば本実施形態とは異なり、貯湯槽２と補助熱源機５を直接接触させて、その外側に膨張タンク３を配置させる場合よりも、外装ケース６内における重量バランスなどに大きな偏りを生じ難くし、前記三者をより安定させることができる。したがって、前記三者の固定を図るための手段として、その固定部分の肉厚を大きくしたり、あるいは多くの補強部材を設けるといった必要を無くしつつ、貯湯式温水ユニットＵの耐震性を優れたものとすることができる。

膨張タンク３は、金属製であり、たとえば合成樹脂製の場合と比較すると、この膨張タンク３の全体の機械的強度を容易に高めることが可能である。したがって、膨張タンク３が貯湯槽２と補助熱源機５との間で不用意に圧縮変形するといった不具合も好適に回避することができる。膨張タンク３は、面積が大きい前側壁部３０ａおよび後側壁部３０ｂを有する偏平状であり、これら前側壁部３０ａおよび後側壁部３０ｂが補助熱源機５および貯湯槽２に対向しているために、これらの対向接触面積についても大きくして、補助熱源機５、膨張タンク３、および貯湯槽２の三者をより安定させることができる効果も得られる。一方、膨張タンク３の一対の横側壁部３０ｃの幅は小さいために、これに伴って補助熱源機５と貯湯槽２との間隔も小さくすることが可能であり、それらが大きく嵩張った配置となることを防止するのにも有利となる。

膨張タンク３の胴部３０が薄肉金属製であると、本来的には、膨張タンク３の内圧に起因して膨張タンク３が外方に向けて撓み変形を生じ易くなる。ただし、本実施形態においては、次に述べるように、そのようなことも適切に抑制される。すなわち、膨張タンク３は、扁平状とされており、一対の横側壁部３０ｃの幅および面積は小さいために、これら一対の横側壁部３０ｃについては、とくに補強を行なわなくても、膨張タンク３の内圧に起因して大きく撓まないようにすることが可能である。これに対し、膨張タンク３の前側壁部３０ａについては、熱交換器４が固定して取り付けられており、この熱交換器４が前側壁部３０ａをその前方側から押し付けるようにして補強しているために、やはり前側壁部３０ａの撓み変形は抑制される。前側壁部３０ａには、断熱材５２を介して補助熱源機５も当接しているために、このことによっても撓み変形はより確実に抑制される。後側壁部３０ｂについては、水平ビーム６４や貯湯槽２の断熱材２２が接触していることにより、やはり容易に撓み変形を生じないようにすることが可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る貯湯式温水ユニットの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係る貯湯式温水ユニットは、ソーラシステム用のものに限らず、たとえばヒートポンプを用いた温水システム、ガスエンジンや燃料電池を利用したコージェネシステムなど、種々の用途に用いることができる。したがって、本発明でいう主熱源機としては、たとえばヒートポンプ、コージェネシステムにおけるガスエンジンあるいは燃料電池からの排熱回収加熱装置など、ソーラ集熱器以外の熱源機（加熱手段）を用いることができる。

貯湯槽、膨張タンク、および補助熱源機のサンドイッチ構造は、断熱材以外の部材（硬質部材あるいは適度な弾性を有する部材など）を介して間接的に接触した構成とすることが可能である。また、断熱材やその他の部材を介することなく、前記の機器類を直接接触させた構成とすることもできる。膨張タンクとしては、金属製のものに限らず、たとえば合成樹脂製のものを用いることもできる。膨張タンクの形状も、偏平な略直方体状に代えて、非偏平状、あるいは直方体以外の形状とすることが可能である。補助熱源機は、貯湯槽からの流出湯水温度が所定温度よりも低いときに湯水を加熱する機能を発揮するものであればよく、ガス燃焼式のものに限定されない。また、補助熱源機の加熱対象となる湯水は、必ずしも貯湯槽から流出する湯水でなくてもよく、たとえば所定の入水口から供給される湯水であってもよい。外装ケースは、貯湯槽や補助熱源機などの貯湯式温水ユニットの主要構成要素の保護などを図るように、これらを固定させた状態で内部に収容するものであればよく、やはりその具体的な構造は限定されない。貯湯槽の具体的な形状やサイズなども限定されない。なお、１つの貯湯式温水ユニット内に貯湯槽が複数設けられる場合、これらのうち少なくとも１つの貯湯槽が膨張タンクや補助熱源機との関係において本発明の構成要件を満たしていれば、本発明の技術的範囲に包摂されることとなる。

Claims (3)

1. 主熱源機において加熱された熱媒との熱交換によって加熱される湯水を貯留するための貯湯槽と、
   この貯湯槽からの流出湯水温度が所定温度よりも低いときに湯水加熱を行なうための補助熱源機と、
   前記熱媒を一定経路で循環させる熱媒循環経路に設けられ、かつ前記熱媒の膨張を吸収するための膨張タンクと、
   前記貯湯槽、前記補助熱源機、および前記膨張タンクを固定させた状態で内部に収容する外装ケースと、
   を備えている、貯湯式温水ユニットであって、
   前記外装ケース内における前記貯湯槽、前記補助熱源機、および前記膨張タンクの固定配列構造は、前記膨張タンクが前記貯湯槽および前記補助熱源機のそれぞれに直接または間接的に接触してこれら貯湯槽と補助熱源機との間に挟み込まれたサンドイッチ構造とされていることを特徴とする、貯湯式温水ユニット。
2. 前記膨張タンクは、前記補助熱源機および前記貯湯槽に対向する前側壁部および後側壁部、ならびにこれらに交差して繋がった一対の横側壁部が金属板を用いて形成ささた構成とされ、かつ前記一対の横側壁部よりも前記前側壁部および後側壁部の方が、幅および面積が大きい偏平な略直方体状である、請求項１に記載の貯湯式温水ユニット。
3. 前記補助熱源機は、この補助熱源機の下方に空間スペースが形成されるように前記外装ケース内の上部寄りに取り付けられ、かつ前記補助熱源機の下部が前記膨張タンクに直接または間接的に接触しており、
   前記熱媒を利用して湯水を加熱するための熱交換器が、前記空間スペースに配されて、前記膨張タンクの外面に直接または間接的に接触している、請求項１または２に記載の貯湯式温水ユニット。

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