JP5744822B2 - 貯湯タンクユニット - Google Patents

Description

本発明は、例えば、給湯器及び温水設備に用いられる貯湯タンクユニットに関するものである。

従来、この種の貯湯タンクユニットは、貯湯タンクの外周表面に断熱具を設置することによって、放熱量を低減させている。
例えば、機器の省コスト、小型化を実現させるために、高価ながらも断熱性が高く、少容量で放熱を抑えられる真空断熱具を放熱量の高い部位のみに適用し、その他の部位には、その真空断熱具より安価で断熱性の劣る断熱具を適用することにより、コストと製品寸法を両立させる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、前述の真空断熱具を寸法制約のある部分のみに適用し、寸法的に余裕のある部分には、その真空断熱具より断熱性が劣るが安価な断熱具を適用することにより、コストと製品寸法を両立させる構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１５５２７４号公報 特開２００５−２２６９６５号公報

しかしながら、前述した特許文献１、２に記載の技術では、断熱性、省コスト、小型化については考慮されているが、貯湯タンクの安定した固定及び断熱構造となっておらず、貯湯タンクが大型タンク若しくは貯湯時のように高質量となる場合には、不安定な設置状態になる恐れがあり、実用化が難しいという課題がある。
また、仮に十分に強度が確保された金属製のベース板に貯湯タンクを直接固定したとしても、貯湯タンクから金属製のベース板へ熱が放熱され、熱ロスが大きくなることが懸念される。更には、貯湯タンクと金属製のベース板が異種金属同士である場合には、電食による腐食が懸念されるという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、貯湯タンクが高質量な状態であっても安定して固定でき、かつ電食による腐食を防止でき、更には貯湯タンク内の温水の熱漏洩を抑えることができる貯湯タンクユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯タンクユニットは、温水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの下部鏡板に設けられ、当該下部鏡板と対向する下方に開口を有する金属製の第１のタンク脚と、第１のタンク脚の外周面に周方向に複数設けられ、一辺が外方に延びる金属製の第２のタンク脚と、第１のタンク脚の開口内に位置する下部鏡板を覆うように設置された第１の断熱具と、第１及び第２のタンク脚とベース板との間に設けられた絶縁性を有する第２の断熱具とを備え、第１のタンク脚は、円筒状に形成され、第２のタンク脚は、Ｌ字状に形成され、第１のタンク脚の外周面から外方へ延びる一辺が第１のタンク脚の下端面と同一面となるように、もう一方の辺が第１のタンク脚の外周面に固定されている。

本発明によれば、貯湯タンクの下部鏡板に当該下部鏡板と対向する下方に開口を有する金属製の第１のタンク脚を設け、更に、第１のタンク脚の外周面に周方向に一辺が外方に延びる複数の金属製の第２のタンク脚を設け、そして、第１及び第２のタンク脚を絶縁性の第２の断熱具を介在してベース板に固定している。
この構成により、貯湯タンクが高質量状態であっても、その荷重が第２のタンク脚を介して分散されるので、設置状態が安定し、実用性の高い貯湯タンクユニットを提供できる。
また、金属製の第１及び第２のタンク脚と金属製のベース板との間に絶縁性の第２の断熱具を介在させているので、第１及び第２のタンク脚とベース板とが異種の金属製であっても、電食による腐食を防止でき、長期間の使用においても十分な強度を保つことができ、安全性が高く耐食性に優れている。
また、第２の断熱具の設置により、貯湯タンクの下部鏡板からの放熱を抑えることができる。更に、第１のタンク脚の開口内に位置する下部鏡板を第１の断熱具で覆うようにしているので、貯湯タンクの下部鏡板からベース板への放熱を抑えることができ、このため、断熱性が向上し、省エネ性の高い貯湯タンクユニットを提供できる。

本発明の実施の形態に係る貯湯タンクを室内ユニットに適用して示す空気調和システムの概略構成図である。 図１の室内ユニットの外観を示す斜視図である。 図２の室内ユニットの手前側の意匠パネルを取り外して示す室内ユニットの斜視図である。 図３の室内ユニットの上面及び片側の側面の意匠パネルを透視して示す室内ユニットの斜視図である。 図１の貯湯タンクに設けられた上部断熱具及び胴板断熱具を示す斜視図である。 図５に示す破線Ｘ−Ｘで囲んだ貯湯タンクの下部の縦拡大断面図である。 図５の貯湯タンクの下部鏡板を下方から見て示す斜視図である。 図７に示す下部鏡板を覆う鏡板断熱具の斜視図である。 図６に示すベース断熱具の斜視図である。

図１は本発明の実施の形態に係る貯湯タンクを室内ユニットに適用して示す空気調和システムの概略構成図である。
図１に示す空気調和システムは、空気調和機の室外ユニット（ヒートポンプユニット）１と、湯水を貯留する貯湯タンク７を有する貯湯タンクユニット等の機器を搭載した室内ユニット（シリンダーユニット）３０と、室内放熱器８とを備えている。室外ユニット１は、ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）の運転を行うことができるように構成されている。室内放熱器８は、床暖房パネルあるいはラジエータ等で構成されている。

この空気調和システムは、ヒートポンプの冷媒回路内の冷媒と水回路内の水との熱交換を行い、この水を循環させることによって、貯湯タンク７内に貯留された水を加熱したり、水回路に設けられた室内放熱器８により冷暖房を行うことのできる、ヒートポンプ式給湯システムとして構成されている。

室外ユニット１と室内ユニット３０は、冷媒配管１３及び電気配線を介して接続されている。室外ユニット１には、室外の空気と冷媒との熱交換を行う空気・冷媒熱交換器、冷媒を圧縮する圧縮機、膨張弁等で構成される冷媒回路を備えている。室内ユニット３０と室内放熱器８は、水配管１４及び電気配線を介して接続されている。

室内ユニット３０には、貯湯タンクユニットの他に、冷媒回路内の冷媒と水回路内の水との熱交換を行う水・冷媒熱交換器２と、水回路内の水を循環させるポンプ３と、暖房時に水・冷媒熱交換器２にて加熱された後の温水を更に補助的に加熱するブースタヒーター４と、水回路内の圧力を吸収する膨張タンク５と、本システムの運転制御を行う制御装置６と、水・冷媒熱交換器２にて熱交換された水の循環先を切り替える流路切替手段としての三方弁９とが搭載されている。水・冷媒熱交換器２は、冷媒配管１３を介して室外ユニット１に接続されている。三方弁９は、制御装置６からの制御信号に応じて水の循環先を切り替える。

なお、図１中の細い実線の矢印は暖房時の冷媒の流れる方向を示し、破線の矢印は冷房時の冷媒の流れる方向を示し、太い実線の矢印は水の流れる方向を示している。また、破線の枠内の部品は室内ユニット３０内の構成部品を示しており、細い実線は制御装置６への信号線（配線）を表している。

前述の貯湯タンクユニットは、後述するが、貯湯タンク７と、貯湯タンク７の下部鏡板に設けられた金属製の円筒型タンク脚（第１のタンク脚）と、円筒型タンク脚の外周面に周方向に設けられた複数の金属製のＬ型タンク脚と（第２のタンク脚）と、円筒型タンク脚の開口内に位置する下部鏡板を覆うように設置された鏡板断熱具（第１の断熱具）と、円筒型タンク脚及びＬ型タンク脚とベース板との間に設けられたベース断熱具（第２の断熱具）とを備えている。貯湯タンク７の内部には、水回路内の水と、貯湯タンク７内に貯留された水との熱交換を行うタンク内熱交換器７１が設置されている。

暖房運転時、あるいは貯湯タンク７内に貯留された水を加熱する加熱運転時には、室外ユニット１と水・冷媒熱交換器２との間で、細い実線の矢印方向に冷媒が流れる。この場合、ポンプ３で水・冷媒熱交換器２に送り込まれた水は、水・冷媒熱交換器２にて室外ユニット１からの冷媒により加熱されて温水（湯）となる。この温水は、ブースタヒーター４を経由して三方弁９に至り、室内放熱器８またはタンク内熱交換器７１の何れかに流れる。

三方弁９が室内放熱器８側に切り替えられていた場合は、その温水は室内放熱器８を循環し、室内放熱器８が設置された室内が暖房状態になる。また、三方弁９がタンク内熱交換器７１側に切り替えられていた場合には、その温水はタンク内熱交換器７１を循環し、貯湯タンク７内に貯留された水を加熱する。そして、室内放熱器８またはタンク内熱交換器７１の何れかを通過した温水は温度の低い水となり、その水は、ポンプ３を経由して水・冷媒熱交換器２に戻り、再び室外ユニット１からの冷媒によって加熱されて循環する。

冷房運転時には、室外ユニット１と水・冷媒熱交換器２との間で、図１中の破線の矢印方向に冷媒が流れる。この場合、ポンプ３で水・冷媒熱交換器２に送り込まれた水は、水・冷媒熱交換器２にて室外ユニット１からの冷媒により冷却されて冷水となる。この冷水を、上記と同様の経路で室内放熱器８に循環させることにより、室内が冷房状態となる。

貯湯タンク７は、略円筒形状をなしており、少なくともその外郭は例えばステンレス鋼等の金属材料で構成されている。貯湯タンク７の胴板の下部には、本システムの外部の水道等からの水を供給する給水配管１０が接続されている。給水配管１０から供給される水は、貯湯タンク７内に流入して貯留される。上述した加熱運転を行うことにより、貯湯タンク７内に貯留された水が加熱され、温水が生成される。貯湯タンク７内では、上側が高温で下側が低温となる温度成層が形成され湯水が貯留される。

貯湯タンク７の胴板の上部には、貯湯タンク７内に生成された温水を取り出すための出湯配管１１が接続されている。貯湯タンク７内に生成された温水は、出湯配管１１を通って本システムの外部に供給され、生活用水等として利用される。貯湯タンク７には、貯留された温水の放熱が抑制されるように、鏡板断熱具及びベース断熱具の他に、胴板断熱具、上部断熱具が用いられている。これらの断熱具については後述する。

図２は図１の室内ユニットの外観を示す斜視図、図３は図２の室内ユニットの手前側の意匠パネルを取り外して示す室内ユニットの斜視図、図４は図３の室内ユニットの上面及び片側の側面の意匠パネルを透視して示す室内ユニットの斜視図である。なお、図４は図３に示す制御装置６が取り外された状態を示している。

室内ユニット３０は、例えば、外観が図２に示すように略直方体状に形成され、板金材等に塗料を施して構成された意匠パネル１２によって覆われている。この室内ユニット３０の内部には、図３及び図４に示すように、前述した水・冷媒熱交換器２、ポンプ３、ブースタヒーター４、膨張タンク５、制御装置６、貯湯タンク７、三方弁９、配管類等の各機器が収納されている。室内ユニット３０の上面の意匠パネル１２ａには、図２及び図３に示すように、室外ユニット１との間を接続する冷媒配管１３、室内放熱器８との間を接続する水配管１４、本システムの外部から接続される給水配管１０及び出湯配管１１をそれぞれ通すための複数の孔が設けられている。

室内ユニット３０は、例えば、シャワー室を含む室内に据え付けられている。室内ユニット３０の近傍でシャワーが使用される等の使用環境においては、室内ユニット３０に水が飛散する場合があるが、室内ユニット３０内に配置されている各電気機器の充電部及び制御装置６には、防水処理が施されており、水の侵入による室内ユニット３０内の各機器の劣化や故障を防止している。

図５は図１の貯湯タンクに設けられた上部断熱具及び胴板断熱具を示す斜視図、図６は図５に示す破線Ｘ−Ｘで囲んだ貯湯タンクの下部の縦拡大断面図、図７は図５の貯湯タンクの下部鏡板を下方から見て示す斜視図、図８は図７に示す下部鏡板を覆う鏡板断熱具の斜視図、図９は図６に示すベース断熱具の斜視図である。

貯湯タンク７は、図５及び図６に示すように、円筒形状の胴板の上部に上部鏡板７ａ及びその胴板の下部に下部鏡板７ｂを有している。その円筒形状の胴板の上部外周面及び上部鏡板７ａの少なくとも一部には、例えば発泡ポリスチレン等の断熱材料が用いられた上部断熱具１７（第３の断熱具）が設けられている。その上部断熱具１７により、貯湯タンク７の上部からの熱漏洩が抑制されている。

また、貯湯タンク７の上部断熱具１７を除く胴板の外周面には、胴板断熱具１６（第４の断熱具）が巻き付けられている。胴板断熱具１６は、貯湯タンク７に装着していない状態では略長方形状に形成された１枚のシート状をなしている。胴板断熱具１６の貯湯タンク７の高さ方向の縦の長さは、上部断熱具１７の下端と貯湯タンク７の下部鏡板７ｂより下方に位置するベース断熱具２３（図６参照）との間の長さとほぼ同じである。これにより、胴板断熱具１６の上端は上部断熱具１７と接触しており、胴板断熱具１６の下端はベース断熱具２３と接触しており、隙間からの熱漏洩が確実に抑制されている。

また、胴板断熱具１６の貯湯タンク７の高さ方向と直交する横の長さは、貯湯タンク７の胴板の円周の長さとほぼ同じである。これにより、胴板断熱具１６は、貯湯タンク７に巻き付けられた状態では筒状をなし、貯湯タンク７の胴板の外周面をほぼ全周に渡って覆う。胴板断熱具１６を貯湯タンク７の胴板に巻き付けた際には、胴板断熱具１６の両端部が互いに対向して近接する状態となる。この状態で、胴板断熱具１６の両端部にそれぞれ設けられた連結孔１８に連結バンド１９を通して両端部を縫合する。連結バンド１９は、耐熱性を有する樹脂材が用いられており、特殊な工具を用いることなく、手作業にて縫合作業が可能である。このため、容易に胴板断熱具１６を貯湯タンク７の胴板の外周面に密着させた状態で固定することができる。

貯湯タンク７は、図６に示すように、下部鏡板７ｂに取り付けられ、下部鏡板７ｂと対向する下方に開口を有する金属製の円筒型タンク脚２０（第１のタンク脚）と、円筒型タンク脚２０の外周面に固定された金属製の複数のＬ型タンク脚２１（第１のタンク脚）と、ベース断熱具２３を介在させた状態で複数のＬ型タンク脚２１に固定された金属製のベース板１２ｂとによって、室内ユニット３０内で自立した状態で固定されている。ベース板１２ｂは、満水状態の貯湯タンク７を含む室内ユニット３０の重量に十分に耐えうる強度のある金属で構成されている。このベース板１２ｂは、両端部がＬ字状に形成され、中央部が下方に凹んでその面が両端部の水平部分と同一平面となっている。

円筒型タンク脚２０は、下部鏡板７ｂと溶接により接合されており、Ｌ型タンク脚２１は、図７に示すように、円筒型タンク脚２０の外周面に周方向に例えば４つ固定され、円筒型タンク脚２０の外周面にボルトあるいは溶接により接合されている。Ｌ型タンク脚２１は、円筒型タンク脚２０の外周面から外方へ延びる一辺２１ａが円筒型タンク脚２０の下端面２０ａと同一平面となるように配置されている。Ｌ型タンク脚２１の一辺２１ａと円筒型タンク脚２０の下端面２０ａを同一平面とすることにより、貯湯タンク７の荷重を分散でき、かつ転倒しにくい構造となっている。なお、円筒型タンク脚２０の形状は、貯湯タンク７を安定して自立させることができれば良く、円筒型に限定されるものではない。

円筒型タンク脚２０の開口内に位置する下部鏡板７ｂには、例えば図８に示すような形状（例えば円形）の鏡板断熱具２２（第１の断熱具）が下部鏡板７ｂの表面に密着するように設置されている。この鏡板断熱具２２の設置により、下部鏡板７ｂからその下部鏡板７ｂとベース板１２ｂとの間の空間２４への放熱を防ぐことができる。鏡板断熱具２２は、貯湯タンク７内の水温分布から、下部鏡板７ｂからの放熱量が比較的に低いため、例えばフェルト等の不織布が使用されている。このフェルト等の不織布は、胴板断熱具１６や上部断熱具１７よりも断熱性能は劣るものの、安価な材料である。

また、鏡板断熱具２２は、外郭寸法が円筒型タンク脚２０の開口の内径よりも大きい寸法となっているため、円筒型タンク脚２０の内壁に圧入された状態となっている。更には、下部鏡板７ｂが球面形状で構成されているため、円筒型タンク脚２０の内壁との接合部が鋭角となり、鏡板断熱具２２の外周端面２２ａを圧入でき、組立性の容易な鏡板断熱具２２の保持構造となっている。なお、鏡板断熱具２２は、外郭寸法が円筒型タンク脚２０の内径より大きい寸法となっていれば良く、図８のような円形状に限定されるものではない。

ベース断熱具２３（第２の断熱具）は、円筒型タンク脚２０及びＬ型タンク脚２１とベース板１２ｂとの間にボルトにより固定されており（図６参照）、例えば図９に示すようにリング状に形成されている。このベース断熱具２３は、Ｌ型タンク脚２１及び円筒型タンク脚２０からベース板１２ｂへの放熱を防止している。ベース断熱具２３は、Ｌ型タンク脚２１の水平部２１ａ及び円筒型タンク脚２０の端面２０ａを保持できる寸法であれば良く、図９のような形状に限定されるものではない。

また、ベース断熱具２３は、断熱性（保温性）だけでなく、弾力性や絶縁性を有する例えばゴムのような材料により構成することにより、室内ユニット３０の輸送時や運転時の振動を低減させることができる。更に、ベース板１２ｂとＬ型タンク脚２１あるいは円筒型タンク脚２０とが異種金属材である場合に起こる電食を防ぐことができ、長期間の使用においても十分な強度を保つことができる。なお、電食とは、異種金属が接触して通電性の液に浸された場合に、低電位な金属がプラス、高電位な金属がマイナスとなり、局部電池を構成して金属がイオン化し腐食する現象である。

以上のように実施の形態によれば、貯湯タンク７の下部鏡板７ｂに下部鏡板７ｂと対向する下方に開口を有する金属製の円筒型タンク脚２０を設け、更に、円筒型タンク脚２０の外周面に周方向に一辺２１ａが外方に延びる複数の金属製のＬ型タンク脚２１を設け、そして、円筒型タンク脚２０及びＬ型タンク脚２１を絶縁性と弾力性を有するベース断熱具２３を介在してベース板１２ｂに固定している。

この構成により、貯湯タンク７内が高質量状態であっても、その荷重がＬ型タンク脚２１を介して分散されるので、設置状態が安定し、実用性の高い貯湯タンクユニットを提供できる。

また、円筒型タンク脚２０及びＬ型タンク脚２１とベース板１２ｂとの間にベース断熱具２３を介在させているので、円筒型タンク脚２０及びＬ型タンク脚２１とベース板１２ｂとが異種の金属製であっても、電食による腐食を防止でき、長期間の使用においても十分な強度を保つことができ、安全性が高く耐食性に優れている。

また、ベース断熱具２３の設置により、貯湯タンク７の下部鏡板７ｂからの放熱を抑えることができる。更に、円筒型タンク脚２０の開口内に位置する下部鏡板７ｂを鏡板断熱具２２で覆うようにしているので、貯湯タンク７の下部鏡板７ｂからベース板１２ｂへの放熱を抑えることができ、このため、断熱性が向上し、省エネ性の高い貯湯タンクユニットを提供できる。また、鏡板断熱具２２の円筒型タンク脚２０の開口内への設置が手作業で済むため、低コストで組立性の良い。

また、円筒型タンク脚２０及びＬ型タンク脚２１とベース板１２との間に設置されたベース断熱具２３により、輸送及び運転時の振動を吸収され、このため、貯湯タンクユニットへのダメージを軽減させることができ、貯湯タンクユニットの運転時の静粛性を高めることができる。

更に、上部断熱具１７で貯湯タンク７の胴板の上部及び上部鏡板７ａの少なくとも一部を覆い、胴板断熱具１６で上部断熱具１７の下端からベース断熱具２３までの間の胴板を覆うようにしているので、隙間からの熱放熱を防止できる。

１ 空気調和機の室外ユニット、２ 水・冷媒熱交換器、３ ポンプ、４ ブースタヒーター、５ 膨張タンク、６ 制御装置、７ 貯湯タンク、７ａ 上部鏡板、７ｂ 下部鏡板、８ 室内放熱器、９ 三方弁、１０ 給水配管、１１ 出湯配管、１２ 意匠パネル、１２ａ 上面の意匠パネル、１２ｂ ベース板、１３ 冷媒配管、１４ 水配管、１６ 貯湯タンクの胴板断熱具、１７ 上部断熱具、１８ 連結孔、１９ 連結バンド、２０ 円筒型タンク脚、２０ａ 円筒型タンク脚の端面、２１ Ｌ型タンク脚、２１ａ Ｌ型タンク脚の一辺、２２ 鏡板断熱具、２２ａ 鏡板断熱具の外周端面、２３ ベース断熱具、３０ 空気調和機の室内ユニット、７１ タンク内熱交換器。

Claims (5)

1. 温水を貯留する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部鏡板に設けられ、当該下部鏡板と対向する下方に開口を有する金属製の第１のタンク脚と、
   前記第１のタンク脚の外周面に周方向に複数設けられ、一辺が外方に延びる金属製の第２のタンク脚と、
   前記第１のタンク脚の開口内に位置する下部鏡板を覆うように設置された第１の断熱具と、
   前記第１及び第２のタンク脚とベース板との間に設けられた絶縁性を有する第２の断熱具と
   を備え、
   前記第１のタンク脚は、円筒状に形成され、
   前記第２のタンク脚は、Ｌ字状に形成され、前記第１のタンク脚の外周面から外方へ延びる一辺が前記第１のタンク脚の下端面と同一面となるように、もう一方の辺が前記第１のタンク脚の外周面に固定されていることを特徴とする貯湯タンクユニット。
2. 前記第１の断熱具は、前記第１のタンク脚の開口内に圧入されて固定されていることを特徴とする請求項１記載の貯湯タンクユニット。
3. 前記第１の断熱具は、不織布で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の貯湯タンクユニット。
4. 前記第２の断熱具は、絶縁性に加えて弾力性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の貯湯タンクユニット。
5. 前記貯湯タンクの胴板の上部及び上部鏡板の少なくとも一部を覆うように装着された第３の断熱具と、
   前記貯湯タンクの胴板の上部を除く残りの胴板に巻き付けられた第４の断熱具とを備え、
   前記第４の断熱具は、前記第３の断熱具の下端から前記第２の断熱具までの前記胴板を覆っていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の貯湯タンクユニット。

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