JP5710305B2

JP5710305B2 - 熱交換器付貯湯タンク

Info

Publication number: JP5710305B2
Application number: JP2011027498A
Authority: JP
Inventors: 恵英岡田; 正章齋藤; 高橋　俊昭; 俊昭高橋
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012167837A

Description

本発明は、浴槽水や暖房用循環水等の外部流体を加熱するための熱交換器を内側上部に備えた貯湯タンクに関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯装置においては、図５に示されるように、給湯用の貯湯タンク１０１の上部鏡板１０２の内側に、浴槽水等の外部流体を加熱するための蛇管より成る熱交換器１０３を備えたものがあった（特許文献１）。

特開２００３−２１４７１１号公報

ところが、この従来のものでは、熱交換器１０３の出入口を上部鏡板１０２に貫通させて固定する継ぎ手部１０４は、図５に拡大して示されるように、上部鏡板１０２にバーリング部１０５を有した接続口１０６を開口し、継ぎ手部１０４の先端とバーリング１０５を端面溶接したものであったため、上部鏡板１０２の内側でバーリング１０５の屈曲部１０７と継ぎ手部１０４の外周との間に隙間が生じ、ここにエア溜まりやゴミおよび貯湯水のカルキ成分が付着し、隙間腐食が生じる可能性がある。

また、上部鏡板１０２はほとんど球面で構成されているため、継ぎ手部１０４の上端の高さとバーリング１０５の上端の高さを全周にわたって揃えることが難しく、端面溶接が困難となる。

そこで、本発明は隙間腐食の発生を防止し、かつ確実な溶接を容易に行える間接熱交換器付貯湯タンクを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達するため、覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、外部流体を加熱するための熱交換器とを備え、前記上部鏡板内の側周面あるいは上面に前記熱交換器の出入口端部がそれぞれ接続され、前記上部鏡板下端部と前記胴体上端部とが溶接された熱交換器付貯湯タンクにおいて、前記上部鏡板内方に突出する平坦なエンボス部を形成し、このエンボス部にバーリングのない円形の抜き穴を形成し、前記熱交換器の出入り口端部の先端に、前記抜き穴よりもわずかに大径な根本部と前記抜き穴よりもわずかに小径な先端部を有した先細円筒状で前記抜き穴からわずかに突出する高さを有した溶け代部を形成し、この溶け代部を前記抜き穴から前記上部鏡板外部へ突出させ、前記溶け代部の側周面と前記抜き穴の開口端面を前記上部鏡板の外方から溶接した。

また、請求項２では、前記熱交換器の出入り口端部に、前記抜き穴よりもわずかに大径で前記抜き穴周囲と当接して突出高さを規制する載置面を形成し、前記載置面には前記抜き穴よりもわずかに小径の薄肉円筒状で前記抜き穴からわずかに突出する高さを有した溶け代部を形成し、この溶け代部を前記抜き穴から前記上部鏡板外部へ突出させ、前記溶け代部の側周面と前記抜き穴の開口端面を前記上部鏡板の外方から溶接した。

本発明によれば、熱交換器の出入口端部外周と抜き穴の周囲との間に不要な隙間が生じず、隙間腐食の発生を防止でき、平坦なエンボス部に抜き穴を開口するため、抜き穴と熱交換器の出入口端部の溶接寸法の管理が容易で、上部鏡板の内面側から溶接部の目視が容易で、出入口端部と上部鏡板の適切で確実な溶接作業が行え、熱交換器の保持強度が向上すると共に、溶接部の入熱による歪みが発生しても、エンボス部の外部には影響せず、上部鏡板の歪みによる下端部の波打ちや開きの発生を防止し、その後の上部鏡板と胴体との円周溶接が確実に行える。

また、熱交換器の出入口端部を先細円筒状に形成したので、熱交換器の出入口端部が抜き穴に対して傾いていた場合や、抜き穴の寸法が多少大きくなったような場合であっても、先細円筒状の出入口端部が円形の抜き穴に対して挿入されると、抜き穴の端面と出入口端部の外周とが全周当接し、溶接が確実に行えると共に、寸法管理が容易となり低コストに製造できる利点がある。

また、熱交換器の出入口端部には、この出入口端部の先端の外径よりも大径で抜き穴周囲と当接して突出高さを規制する載置面を形成しているので、出入口端部先端の突出高さを常に一定に規制することができ、溶接が確実に行えると共に、低コストに製造できる利点がある。

本発明の一実施形態の貯湯式給湯風呂装置の概略構成図同一実施形態の貯湯タンクの一部断面図同一実施形態の熱交換器出入口端部一端側付近の断面図別実施形態の熱交換器出入口端部一端側付近の断面図従来の貯湯タンクの断面図

次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯風呂装置を図面に基づいて説明する。
１はステンレス製で約３００Ｌ程度の容量を有して温水を貯湯する貯湯タンク、２はこの貯湯タンク１内の温水を循環させて加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、３は浴槽である。

４は貯湯タンク１とヒートポンプユニット２を循環可能に接続する加熱循環回路で、加熱循環ポンプ５を有し貯湯タンク１の下部に接続されたヒーポン往き管４ａ及び貯湯タンク１上部に接続されたヒーポン戻り管４ｂより構成され、貯湯タンク１下部の冷水をヒーポン往き管４ａを介してヒートポンプユニット２で加熱し、加熱された高温の温水を貯湯タンク１上部に戻して貯湯タンク１内に上から温水を貯湯していくものである。なお、貯湯タンク１の外周面には縦に複数個の貯湯温度センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを有しており、この貯湯温度センサが所定温度以上を検出することで貯湯量を検知するものである。

７は貯湯タンク１に水を供給する給水管、８は貯湯タンク１内の温水を出湯する出湯管、９は給水管７からの冷水と出湯管８からの温水を設定温度になるように混合する混合弁、１０は混合された設定温度の温水を給湯する給湯管、１１は給湯管１０の端部に設けられる蛇口である。１２は混合弁９の下流に設けた給湯温度センサ、１３は給湯量をカウントする給湯流量センサである。なお、１４は水道圧を所定の圧力に減圧する減圧弁、１５は加熱されることによる過圧を逃す圧力逃し弁である。これらによって給湯回路１６を構成しているものである。

１７は風呂循環回路で、貯湯タンク１内に設けられた熱交換器としての蛇管１８と浴槽３とを風呂往き管１７ａ及び風呂戻り管１７ｂとで循環可能に接続するものである。１９は風呂循環回路１７に設けられた風呂循環ポンプ、２０は流水の有無を検出する流水センサ、２１は風呂循環回路１７を流れる浴槽水の温度を検出する風呂温度センサ、２２は浴槽水の水圧から浴槽３内の水位を検出する水位センサである。

２３は蛇管１８をバイパスして風呂往き管１７ａと風呂戻り管１７ｂとを接続するバイパス管で、三方弁よりなる流路切換弁２４がバイパス管２３と風呂戻り管１７ｂの接続部に設けられており、風呂循環回路１７を流れる温水を蛇管１８に流すか否かを選択的に切り換えるものである。

２５は給湯管１０途中から分岐されて風呂循環回路１７に接続され浴槽３への湯張りを行うための湯張り管、２６はこの湯張り管２５に設けられ浴槽３への湯張りの開始、停止を行う湯張り弁、２７は浴槽３への湯張り量をカウントする風呂流量センサである。なお、２８は湯張り管２５と水位センサ２２との間に設けられる二方弁で、湯張り時に一旦開弁して風呂戻り管１６ｂの湯張り管２５の接続位置から浴槽３までの配管のエアパージを行った後、閉弁して水位センサ２２で正確な水位を監視しながら湯張りを行えるようにするものである。

２９はヒートポンプユニット２の加熱制御を行う加熱制御部、３０は給湯及び風呂の制御を行う給湯風呂制御部である。

ここで、前記貯湯タンク１について図２に示した断面図に基づいて詳述すると、ステンレス板を深絞り加工により形成した覆椀状で頂部に温水取出し用の開口部１１１を有した上部鏡板１１２と、ステンレス板を筒状に形成した胴体１１３と、ステンレス板を深絞り加工により形成した椀状の下部鏡板１１４より構成されているものである。

前記上部鏡板１１２には、その側周面に側周面接続穴１１５と、その上部に上面接続穴１１６とが設けれている。

貯湯タンク１内に設けられる熱交換器としての前記蛇管１８はステンレス製管材をコイル状に巻いたものであり、その一端側は上部鏡板１１２の側周面に略直行する方向に蛇管１８の出入口端部としての側周面継手１１７が設けられて前記側周面接続穴１１５に挿入固定されていると共に、他端側は上部鏡板１１２の上面に直行する方向に蛇管１８の出入口端部としての上面継手１１８が設けられて前記上面接続穴１１６に挿入固定されているものである。

そして、この貯湯タンク１の組み立て方を説明すると、先ず、側周面接続穴１１５に蛇管１８の側周面継手１１７を差し込み、側周面接続穴１１６のバーリング端面と側周面継手１１７を溶接固定する。そして、上部鏡板１１２の上面接続穴１１６に蛇管１８の上面継手１１８を差し込み、上面接続穴１１６のバーリング端面と上面継手１１８とを溶接固定する第１の工程を行う。

また、第１の工程とは別に、下部鏡板１１４と胴体１１３とを横倒しにして、下部鏡板１１４の側周面端部と胴体１１３の一端部と突合わせ、胴体１１３の開放端側から入れ込んだ溶接用トーチ（図示せず）により内側から溶接する第２の工程を行う。

そして、第１の工程により蛇管１８が接続固定された上部鏡板１１２の側周面端部と、第２の工程により下部鏡板１１４が接続固定された胴体１１３の開放端の端部とを突合わせ、上部鏡板１１２の開口部１１１から溶接用トーチを蛇管１８より奥側の突合わせ面まで入れ込んで内側から溶接する第３の工程により貯湯タンク１が組み立てられる。

このように、蛇管１８を接続固定する工程と、上部鏡板１１２と胴体１１３とを接続固定する工程とを完全に分離したので、組み立てが容易になり工数が減ると共に蛇管１８を接続するのに特殊な治具を必要とせずに製造コストを下げることができる。

また、一端を側周面、他端を上面に接続して蛇管１８を上部鏡板１１２内に収めるようにしたので、貯湯タンク１に貯められた温水の最も温度が高い最上部に配設することができ、貯湯タンク１内の熱を有効利用することができるものである。

ここで、この蛇管１８と上部鏡板１１２とを接続する部位の詳細を図３に基づいて説明する。なお、ここでは上面側について図示して説明するが、側面側においても同一構造であるので、その説明を省略する。

上面接続穴１１６の外周には、上部鏡板１１２の内方に突出した円形の平坦面１１９を有するエンボス部１２０がプレス加工により設けられている。このエンボス部１２０の中心には、バーリングのない円形の抜き穴より構成された上面接続穴１１６が開口されている。

上面継手１１８は、蛇管１８に連通した穴部１２１の内表面に風呂循環回路１７と接続するためのネジ部１２２が設けられていると共に、上面継手１１８の外周部先端には薄肉で先細円筒状の溶け代部１２３が設けられている。

そして、前記第１の工程において、上面継手１１８を上面接続穴１１６からその溶け代部１２３が外側に突出するように挿入し、この時、上面継手１１８が上面接続穴１１６に対して傾いていた場合であっても、上面接続穴１１６の開口端面と上面継手１１８の先細円筒状の溶け代部１２３の側周面は確実に全周が当接する。そのため、蛇管１８と上面継手１１８との取り付け角度精度に余裕が生じ、製造コストを抑制できる。

また、上面接続穴１１６の穴径または溶け代部１２３の外径にバラツキが生じても、上面接続穴１１６の開口端面と上面継手１１８の先細円筒状の溶け代部１２３の側周面は確実に全周が当接し、上面接続穴１１８の穴径、または、上面継手１１８の溶け代部１２３の外径の寸法精度に余裕が生じ、製造コストを抑制できる。

そして、突出した溶け代部１２３の側周面と上面接続穴１１６の開口端面付近を上部鏡板１１２の外側から円周溶接し、蛇管１８を上部鏡板１１２に固定するようにしている。

この溶接作業時においては、曲面形状の上部鏡板１１２に平坦面１１９を有するエンボス部１２０を形成し、この平坦面１１９に上面接続穴１１６を開口しているため、上面接続穴１１６から溶け代部１２３を均等に突出させることができ、上面接続穴１１６の全周を均一に溶接することができるものである。

また、溶け代部１２３が溶け切ったことを目視することで上部鏡板１１２の外側から溶接が確実に行われたことを確認できると共に、上部鏡板１１２の内側から上面継手１１７の周囲に溶接による裏波が適切に生じているかを確認でき、確実な溶接作業を容易に行えると共に、蛇管１８の保持強度を確保できる。さらには、溶接部近辺に不要な隙間が生じないため、隙間腐食の発生も防止できる。

さらには、溶接時の入熱によってエンボス部１２０の平坦面１１９に歪みが生じても、エンボス部１２０は上部鏡板１１２から段付きに形成されているため、エンボス部１２０の外部に歪みは影響せず、上部鏡板１１２の変形を防止する。

なお、側周面継手１１７の溶接時においては、溶接部位の近傍に上部鏡板１１２の下端部が存在するが、側周面継手１１７の溶接時の熱影響による歪みは、エンボス部１２０によってその外部への変形が阻止されて、上部鏡板１１２の下端部の波打ちや開きが発生することなく、その後の工程の上部鏡板１１２と胴体１１３との円周溶接において確実な溶接が行える。

次に、本発明の別の一実施形態について図４に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同一のものについては同一の符号を付し、その説明を省略すると共に、ここでは上面側について図示して説明するが、側面側においても同一構造としてもよいものである。

ここでは、上面継手１１８の形状が変更されており、上面継手１１８の端部に上部接続穴１１６の周囲と当接する載置面１２４が形成され、この載置面１２４の外径よりも小径の薄肉円筒状の溶け代部１２５がこの載置面１２４より突出して形成されている。

そして、前記第１の工程において、上面継手１１８を上面接続穴１１６からその溶け代部１２５が外側に突出するよう、上面接続穴１１６の周囲が載置面１２４に当接するまで挿入し、突出した溶け代部１２５の側周面と上面接続穴１１６の開口端面付近を上部鏡板１１２の外側から円周溶接し、蛇管１８を上部鏡板１１２に固定するようにしているので、溶け代部１２５の突出高さを常に一定に規制することができ、溶接の品質を一定にすることができる。

次に、この貯湯式給湯風呂装置の作動について説明する。
前記給湯風呂装置３０に接続された風呂リモコン（図示せず）にて風呂の追焚きあるいは保温が指示されると、給湯風呂装置３０は流路切換弁２４を蛇管１８側に切り換えて風呂循環ポンプ１９を駆動し、浴槽３内の浴槽水を貯湯タンク１内に設けられた間接熱交換器としての蛇管１８に流通させ、貯湯タンク１内の貯湯温水の熱を利用して浴槽水を加熱するものである。貯湯タンク１の温水を用いて浴槽３内の温水を追焚きあるいは保温可能にしたため、追焚きあるいは保温専用の電熱ヒーターが不要となり、コストの低減及び電力消費量の低減を計れるものである。

また、給湯を行うと貯湯タンク１内の高温の温水が出湯管８から流出していき、貯湯タンク１の底部から冷たい水道水が流入し、総給湯量が多くなると貯湯タンク１内の残りの高温湯が少なくなる。この時、風呂の追焚きあるいは保温が指示されると、蛇管１８内に浴槽水が流入して貯湯タンク１内の残りの高温湯と熱交換して加熱されて流出していくもので、蛇管１８の取付けられた高さ位置が貯湯タンク１内の最上部であるため、給湯により貯湯量が減ったとしても、貯湯タンク１内に残った高温湯を浴槽の追焚きあるいは保温に最後まで利用することが可能となるものである。

本発明はこの一実施形態に限定されることはなく、発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能なものであり、例えば、貯湯タンク１の上部鏡板１１２と胴体１１３および胴体１１３と下部鏡板１１４の溶接方法として隙間腐食の発生しにくい内面溶接を用いたが、作業の簡単な外側からの溶接を採用してもよいものである。

また、例えば、蛇管１８を別方式の熱交換器としたり、熱交換器を風呂循環回路ではなく温水暖房端末器と接続された暖房循環回路に接続した貯湯式給湯暖房装置に用いることもできる。

１貯湯タンク
１８蛇管（熱交換器）
１１２上部鏡板
１１３胴体
１１５側周面接続穴（抜き穴）
１１６上面接続穴（抜き穴）
１１７側周面継手（出入口端部）
１１８上面継手（出入口端部）
１１９平坦面
１２０エンボス部
１２３溶け代部
１２４載置面
１２５溶け代部

Claims

覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、外部流体を加熱するための熱交換器とを備え、前記上部鏡板内の側周面あるいは上面に前記熱交換器の出入口端部がそれぞれ接続され、前記上部鏡板下端部と前記胴体上端部とが溶接された熱交換器付貯湯タンクにおいて、
前記上部鏡板内方に突出する平坦なエンボス部を形成し、このエンボス部にバーリングのない円形の抜き穴を形成し、
前記熱交換器の出入り口端部の先端に、前記抜き穴よりもわずかに大径な根本部と前記抜き穴よりもわずかに小径な先端部を有した先細円筒状で前記抜き穴からわずかに突出する高さを有した溶け代部を形成し、
この溶け代部を前記抜き穴から前記上部鏡板外部へ突出させ、前記溶け代部の側周面と前記抜き穴の開口端面を前記上部鏡板の外方から溶接したことを特徴とする熱交換器付貯湯タンク。
覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、外部流体を加熱するための熱交換器とを備え、前記上部鏡板内の側周面あるいは上面に前記熱交換器の出入口端部がそれぞれ接続され、前記上部鏡板下端部と前記胴体上端部とが溶接された熱交換器付貯湯タンクにおいて、
前記上部鏡板内方に突出する平坦なエンボス部を形成し、このエンボス部にバーリングのない円形の抜き穴を形成し、
前記熱交換器の出入り口端部に、前記抜き穴よりもわずかに大径で前記抜き穴周囲と当接して突出高さを規制する載置面を形成し、前記載置面には前記抜き穴よりもわずかに小径の薄肉円筒状で前記抜き穴からわずかに突出する高さを有した溶け代部を形成し、
この溶け代部を前記抜き穴から前記上部鏡板外部へ突出させ、前記溶け代部の側周面と前記抜き穴の開口端面を前記上部鏡板の外方から溶接したことを特徴とする熱交換器付貯湯タンク。