JP5760052B2 - 給湯システム、および、タンクユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タンクユニット、その製造方法及び給湯システムに関するものである。

従来のタンクユニットは、貯湯タンクと、貯湯タンクの周囲を覆う複数の成形断熱材と、成形断熱材の周囲を覆う外装材を備えている（例えば特許文献１）。また、タンクユニットの断熱材として発泡性断熱材を注入するものがある（例えば特許文献２）。タンクユニットは、一般的に風雨にさらされる屋外に設置される。

特開２０１１−１０６７９１号公報 特開昭５８−１６０７５８号公報

従来のタンクユニットは、グラスウール（熱伝導率０．０４２Ｗ／ｍ・Ｋ）やポリスチレン製（熱伝導率０．０３４Ｗ／ｍ・Ｋ）の複数の成形断熱材を勘合させて使用している。しかしながら、成形断熱材の勘合部の隙間により熱漏洩が大きくなり、想定した断熱性能が得られない場合があった。

また、断熱性の向上のため、真空断熱材を使用している例では、曲面である貯湯タンクの外壁に対し、板状の真空断熱材を貼り付けるため、真空断熱材の反発力による剥がれ防止のため、両面テープや接着剤の塗布などの多くの工数を要していた。成形断熱材で貯湯タンクの外壁や外装材の内壁に押し付ける構成では、柔軟性の低い真空断熱材と柔軟性の低い成形断熱材の間に空間が生じ、断熱性能を低下させる要因があった。

また、外装材は周端を曲げ加工した薄板を組み合わせたものであり、強度が十分なものではないという問題があった。

また、ウレタン（熱伝導率０．０２９Ｗ／ｍ・Ｋ）などの発泡性断熱材を注入した従来のタンクユニットでは、外装材の防水構造が十分にされていない問題があった。ウレタンなどの発泡性断熱材は水分を含むと断熱性能および強度の低下が進行する特性があり、発泡性断熱材と水分とが接触しないようには防水構造を十分にしなければならない問題があった。

本発明の目的は、強度、断熱性能及び防水性能に優れたタンクユニット、その製造方法及び給湯システムを提供することにある

上記目的は、水を内部に貯蔵するタンクユニットと、冷凍サイクルにより冷媒を加熱するとともに、水と前記冷媒との熱交換を行うヒートポンプユニットと、を備えた給湯システムであって、前記タンクユニットは、タンクと、該タンクを収納する箱体と、該箱体と前記タンクとの間に設けられた発泡断熱材と、前記箱体に設けられ、前記発泡断熱材に向かって遮られることなく開口する注入口と、前記注入口に面する外装材とを備え、前記注入口と前記外装材との間に前記発泡断熱材の無い空間が形成され、該空間に少なくとも制御装置、電装品、配管、温度センサー、流量センサー、フローセンサー、混合弁、三方弁、流量調整弁、電磁弁、減圧弁、逃し弁、ポンプ、熱交換器のいずれか１つが設置された給湯システムによって達成される。

また、上記目的は、水を内部に貯蔵するタンクユニットと、冷凍サイクルにより冷媒を加熱するとともに、水と前記冷媒との熱交換を行うヒートポンプユニットと、を備えた給湯システムであって、前記タンクユニットは、タンクと、該タンクを収納する箱体と、該箱体と前記タンクとの間に設けられた発泡断熱材と、前記箱体に設けられ、前記発泡断熱材に向かって遮られることなく開口する注入口と、前記注入口に面する外装材とを備え、前記注入口と前記外装材との間に前記発泡断熱材の無い空間が形成され、前記注入口は、前記箱体の底板の凹部に設け、前記外装材と前記凹部とにより前記空間を形成する給湯システムによって達成される。

また、上記目的は、水を内部に貯蔵するためのタンクを収納した箱体を押さえ型で押さえる第１のステップと、前記箱体に設けられた注入口から前記箱体と前記タンクとの間に発泡断熱材を注入する第２のステップと、外装材を装着することにより、前記外装材と前記注入口との間に前記発泡断熱材の無い空間を形成する第３のステップとを備えたことを特徴とするタンクユニットの製造方法によって達成される。

本発明によれば、強度、断熱性能及び防水性能に優れたタンクユニット、その製造方法及び給湯システムを提供することができる。

実施形態に係わるタンクユニットの正面図（ａ）、側面図（ｂ）、Ｘ−Ｘ断面図（ｃ）、Ｙ−Ｙ断面図（ｄ）である。 実施形態に係わるタンクユニットの展開図である。 実施形態に係わる図１に示すタンクユニットのＺ−Ｚ断面図である。 実施形態に係わる断熱箱体図である。 実施形態に係わる断熱箱体の横断面図である。 実施形態に係わる断熱箱体の真空断熱材適用例を示す図である。 実施形態に係わる断熱箱体の上面からの発泡性断熱材の注入例を示す図である。 実施形態に係わる断熱箱体の下面からの発泡性断熱材の注入例を示す図である。 実施形態に係わる断熱箱体の下面からの発泡性断熱材の注入例を示す図である。 実施形態に係わる仕切り板に注入口、ガス抜き口を設けた場合の構成例を示す図である。 実施形態に係わるタンクユニットの構成例を示す図である。 実施形態に係わる給湯システムの構成例を示す図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

まず先にヒートポンプ式の給湯システム７０について、図１２を用いて説明する。ヒートポンプ式の給湯システムはヒートポンプユニット４０と、ヒートポンプユニット４０に配管で接続されるタンクユニット３０で構成され、これら給湯システムは、リモコン４１を除き、屋外設置されることが多い。ヒートユニット３０内には、圧縮機４２、水冷媒熱交換器４３、膨張弁４４、空気用熱交換器４５などが冷媒配管にて環状に接続され、ヒートポンプサイクルを形成して収納されている。タンクユニット３０内には、貯湯タンク１と配管で接続された混合弁４６、三方弁４７、流量調整弁、電磁弁４９、減圧弁５０、逃し弁５１、ポンプ５２、熱交換器５３が収納され、各所に設けられた温度センサー、流量センサー、フローセンサー、サーミスタ、リモコン４１などの情報を制御装置５５にて集約し、給湯システムを制御している。ここで、流量センサーは流体の『量』を測るものであり、フローセンサーは流体が流れているか否かを検出するものである。給湯システム７０は、貯湯タンク１内の水をヒートポンプユニット４０内の水冷媒熱交換器４３により加熱し、湯をタンクユニット３０内のタンク１に貯湯し、必要に応じて、混合弁４６にて湯水を混合し、適温で湯水を供給する。

図１は、タンクユニット３０の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、Ｘ−Ｘ断面図（ｃ）、Ｙ−Ｙ断面図（ｄ）である。図２は、実施形態に係わるタンクユニット３０の展開図である。図３は、実施形態に係わる図１に示すタンクユニットのＺ−Ｚ断面図である。

図１〜３に示すように、タンクユニット３０は、外装板２、外装板３、外装板４、天板９、底板１０などから構成される外装箱体内に、ヒートポンプユニット４０により沸き上げられた湯を貯湯する貯湯タンク１を備え、貯湯タンク１の周囲には硬質発泡ウレタンなどの発泡性断熱材１６が充填されている。

ここで発泡性断熱材１６としては、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリイソシアヌレートフォーム等の合成樹脂発泡体からなる断熱材がある。但し、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、発泡ガラスなどは除く。

発泡性断熱材１６は、貯湯タンク１の外壁と、外装材２、外装材３、仕切り板５、天板補助板７、天板補助板８、底板１０で構成される箱体の内壁とで構成される空間で発泡、充填されている。外装材２、外装材３は、発泡性断熱材１６への水進入の可能性を低減するため、１枚で構成してもよい。天板補助板７、天板補助板８は１枚で構成してもよいし、天板９で代用することで、ない構成としてもよい。箱体の側板は、外装材２、外装材３、仕切り板５により構成される。

タンクユニット３０として必要な、各弁の動作を制御する制御装置、漏電遮断機、電線、端子台などの電装品、湯水の通る構成品を繋ぐ配管類、配管内の湯水温度やタンクユニット３０内外の空気温度を検出する温度センサー、配管内の湯水流量を検知する流量センサー、浴槽内の湯水の有無を検知するフローセンサー、浴槽内の水位を検知する水位センサー、湯と水を混合する混合弁、湯水の流れ方向を切り換える三方弁、湯水の流量を調整する流量調整弁、浴槽への注湯をや逆流防止を行う電磁弁、給水圧力をシステム許容圧力に減圧する減圧弁、タンク１内の圧力が設定圧力以上になった場合に開放し、圧力を逃がす逃し弁、浴槽水やタンク１内の湯水を加熱するために循環させるポンプ、浴槽水や給水を過熱するための熱交換器、タンク１内の湯水を排水する排水弁などの機能部品は、外装材４、仕切り板５、継手取付板６、天板９で構成される空間で、接続、構成されている。これら機能部品はメンテナンスが必要な部品であり、発泡性断熱材１６に埋設されない場所に設置する必要がある。

このように、タンクユニット３０の中を仕切り板５により、機械室１３と断熱室１６ａに分離し、機能部品を機械室１３内に集約することで、断熱室１６ａ内に発泡性断熱材１６以外のものが残るのを貯湯タンク１に直結の配管および貯湯タンク１の側面に取り付けられたサーミスタのみ（貯湯タンク１に直結の配管に付けたサーミスタを含む）にすることで、発泡性断熱材１６が充填されやすく、高い断熱性能を有するタンクユニットを得ることができる。

ここで、貯湯タンク１に直結の配管は、貯湯タンク１に溶接する構造とすれば、従来のＯリングやシールテープなどの部材によるシール構造でなくなるため、メンテナンスによる解体・交換作業が不要になる。貯湯タンク１の周囲に硬質発泡ウレタンなどの発泡性断熱材１６が充填する場合、断熱箱体２０の状態で充填する。

図４は、断熱箱体図である。断熱箱体２０は、貯湯タンク１、外装材２、外装材３、仕切り板５、天板補助板７、天板補助板８、底板１０で構成される。発泡性断熱材１６の充填時には発泡圧力により断熱箱体２０が膨張変形することを防ぐための押さえ型が必要であるが、このように断熱箱体２０の形状を簡素化することで、押さえ型の形状、構造が簡素化でき、設備費用の削減にも貢献できる。

また、断熱箱体２０を構成する板の一部または全部をタンクユニットの外装材とすることでコスト低減を図ることが可能である。断熱箱体２０の形状は、略６角形に限るものではなく、略５以上の角形、略円形、略楕円形となるよう構成されてもよい。

図５は、断熱箱体２０の横断面図である。断熱箱体２０は貯湯タンク１の全周囲を包む形状が望ましい。また、貯湯タンク１の外壁と断熱箱体２０の内壁で構成される発泡性断熱材１６の厚さが均一になるように構成することが望ましい。また、貯湯タンク１の形状に近い形状とすることで発泡性断熱材１６の充填時に断熱室１６ａ内を流れやすくなり、密度バランスの均一化などが期待できる。

貯湯タンク１は内脚１１により底板１０に固定される。発泡性断熱材１６の充填時に発泡材の中に埋設される形となるため、貯湯タンク１の地震などの揺れに対する耐力が向上し、内脚１１の挫屈や、溶接はがれなどが起き難くなり、耐震性の向上が見込める。また、発泡性断熱材１６は発泡後に接触する外装板２、外装板３などと密着状態になり一体化するため、タンクユニット３０の強度向上が見込める。発泡性断熱材１６は、外装箱体の一部に設けられる穴である注入口１４より注入され、断熱室１６ａ内の空気は、ガス抜き口１５より排出されることで充填される。ガス抜き口１５の大きさは注入口１４より小さいものでよい。発泡性断熱材１６は水分を含むと、断熱性能および強度の低下が進行する特性がありるため、発泡性断熱材と水分とが接触しないようにする必要がある。

外装材２、外装材３、天板９など、外気に直接触れる外装面に注入口１４、ガス抜き口１５を設けると、発泡性断熱材１６に水分が進入する恐れがあり得るため、複雑な防水構造が必要であるが、外形寸法が変わるなどの問題があり得策ではない。

図６は、断熱箱体２０の断熱性能を更に高めるための、真空断熱材適用例である。図６（ａ）は貯湯タンク１の外壁の一部または全周に真空断熱材２０を取り付けたものである。高温の貯湯タンク１に直接真空断熱材２０を取り付け可能なため、真空断熱材２０の効果をより高く発揮できる。また、発泡性断熱材１６の発泡圧力により、貯湯タンク１の外壁および発泡性断熱材１６に密着、固定されるため、空間ができにくく、断熱性能の低下を抑制できる。

図６（ｂ）は断熱箱体２０を構成する外装材の一部または全周に真空断熱材２０を取り貼り付けたものである。外装材２、３、５は平面の組み合わせであり、板状の真空断熱材２０でも取り付けが比較的容易である。また、発泡性断熱材１６の発泡圧力により、外装材２、３、５の内壁および発泡性断熱材１６に密着、固定されるため、空間ができにくく、断熱性能の低下を抑制できる。

図７、は断熱箱体２０の上面（天板補助板８）からの発泡性断熱材１６の注入例である。図７（ａ）は発泡性断熱材１６の注入時、図７（ｂ）は発泡性断熱材１６の注入後の状態である。注入口１４には一辺が接着された断熱材漏れ防止シール１７が内側に貼り付けられている。ガス抜き口１５には図７に示すような断熱材漏れ防止シール１７は不要である。

発泡性断熱材１６の注入時には、断熱材注入ノズル１９が断熱材漏れ防止シール１７を押しのけて断熱室１６ａに挿入され、断熱材注入ノズル１９より発泡性断熱材１６が注入、充填される。規定量の発泡性断熱材１６が注入されると、断熱材注入ノズル１９が抜かれるが、同時に発泡性断熱材１６の発泡圧力により断熱材漏れ防止シール１７が天板補助板８に押し付けられ、注入口１４が閉塞される。発泡性断熱材１６の発泡が進むと、発泡性断熱材１６により断熱材漏れ防止シール１７が断熱箱体２０の内壁に押し付けられて、発泡性断熱材１６の漏れを防止する。天板補助板８に注入口１４、ガス抜き口１５を設けると、組み立て時に天板９が上部に被さる構成となるため水進入の可能性を減らすことができる。

しかしながら、発泡性断熱材１６は注入口１４から離れた下部ほど密度が高くなり、断熱性能が高くなる傾向がある。タンクユニット３０では使用とともに、貯湯タンク１の上部に湯が残るため、断熱性能は貯湯タンク１の上部ほど高いほうが望ましい。

一般的に注入口に近い側は断熱性能が低くなる傾向があるため、天板補助板８に注入口１４、ガス抜き口１５を設ける注入方法は、貯湯タンク１の上部ほど断熱性能が低くなる傾向になりやすい。貯湯タンク１の上部ほど断熱性能が高くなるようにするためには、発泡性断熱材１６の注入時には断熱箱体２０を上下逆にし、底板１０に注入口１４、ガス抜き口１５を設ける方法がある。

タンクユニット３０としての据付状態では（上下正設置状態）、断熱箱体２０の下面（底板１０）は風雨に直接当たらないが、断熱箱体２０の側背面となる外装材２、外装材３は直接風雨にさらされるため、外装材２、外装材３を伝って断熱箱体２０の下面（底板１０）に水が流れ、注入口１４、ガス抜き口１５より発泡性断熱材１６に水が進入する恐れがある。

そこで、断熱箱体２０の下面（底板１０）に注入口１４、ガス抜き口１５を設ける場合、注入口１４、ガス抜き口１５へ水が流入しない構造とする必要がある。

図８は外装材２、外装材３に、図９は断熱箱体２０の下面（底板１０）に、それぞれ注入口１４、ガス抜き口１５への水分進入の可能性を極力低減することが可能となる構造の一例である。外装材２、外装材３を断熱箱体２０の下面（底板１０）の底面（設置面と最も近い部分）より設置面側に出すことにより、外装材２、外装材３にかかった水が断熱箱体２０の下面（底板１０）に回り込む可能性が低減される。また、注入口１４とガス抜き口１５は、断熱箱体２０の下面（底板１０）の底面（設置面と最も近い部分）段差を設けた位置に設け、更に注入口１４およびガス抜き口１５に水進入防止シール１８を貼り付けることにより、各口の外気への接触箇所がなくなるため、発泡性断熱材１６が水分に触れる可能性を低減でき、発泡性断熱材１６の断熱性能および強度の低下が進行することを低減することができる。

更に、単純な構成として、仕切り板５に注入口１４とガス抜き口１５を設ける方法がある。

図１０は、断熱箱体２０の一部を構成する仕切り板５に注入口１４、ガス抜き口１５を設けた場合の構成例である。発泡性断熱材１６の注入、充填は、注入口１４、ガス抜き口１５を設けた仕切り板５が上になるように断熱箱体２０を横置きにして行なう。

このとき図１０（ｂ）のように、断熱箱体２０と貯湯タンク１の配置は、発泡断熱材１６の厚さが、Ａ≒Ｂ≒Ｃ＜Ｄとなるようにするとよい。注入口１４が近い側（仕切り板５側）の断熱材厚さを厚くすることで、密度低下による断熱性能の低下を補うことが可能である。

密度バランスが崩れても、断熱性能が十分確保できる場合はこのような構成は必要ない。タンクユニット３０の中に設けられている仕切り板５は直接に風雨にさらされることがないため、注入口１４は図７（ｂ）のような最も簡素な構成でよく、安価に構成することが可能である。ガス抜き口１５も同様である。

ここで、箱体の断面は図１０（ｂ）の例では略８角形だが、略５以上の角形、略円形又は略楕円形でもよい。

注入口１４、ガス抜き口１５を設けた仕切り板５が上になるように断熱箱体２０を横置きにして発泡性断熱材１６の注入、充填を行なう場合の課程例を説明する。断熱箱体２０を横置きにした状態で、押さえ型で断熱箱体２０の前面を押さえる。押さえ形は発泡性断熱材１６の注入、充填時に発泡圧により、断熱箱体２０が膨張、変形しない強度、構成を持つもので慣れればならない。注入口１４より発泡性断熱材１６を注入する。複数個設けられた注入口１４から注入してもよく、温度、圧力、量などの諸条件が注入口によって違うものでもよい。断熱箱体２０の内部構成により発泡性断熱材１６の注入条件を変えてもよい。断熱性能の均一化や、場所により断熱性能の差異を付けることも可能である。更に外装板４を装着することにより、外装板４と注入口１４との間に発泡断熱材１６の無い空間を形成する。発泡性断熱材１６の充填後は、図１１のように、断熱箱体２０に、外脚１２、図示しない制御装置、電装品、配管類、温度センサー、流量センサー、フローセンサー、水位センサー、混合弁、三方弁、流量調整弁、電磁弁、減圧弁、逃し弁、ポンプ、熱交換器、排水弁などの機能部品、継手取付板６、天板９、外装材４などを取り付け、タンクユニット３０を構成する。本実施例によれば、注入口に雨水が直接かかるのを防止することができる。

更には、押さえ型で断熱箱体２０の前面を押さえる前に、真空断熱材をタンク１に装着しても良い。真空断熱材は箱体の方に装着しても良い。

箱体の長手方向が水平になるように、かつ、注入口１４を上に向けて、箱体を押さえ型で押さえ、発泡性断熱材１６を注入した後に、その箱体の長手方向が垂直になるように箱体を設置しても良い。

箱体の底板に設けられた注入口１４が上に向くように箱体の上下を逆にして、箱体を押さえ型で押さえ、発泡性断熱材１６を注入した後に、箱体の上下を正に設置してもよい。

１ 貯湯タンク
２ 外装板
３ 外装板
５ 仕切り板
７，８ 天板補助板
９ 天板
１０ 底板
１３ 機械室
１４ 注入口
１５ ガス抜き口
１６ 発泡性断熱材
１６ａ 断熱室
２０ 断熱箱体
３０ タンクユニット

Claims (15)

1. 水を内部に貯蔵するタンクユニットと、
   冷凍サイクルにより冷媒を加熱するとともに、水と前記冷媒との熱交換を行うヒートポンプユニットと、を備えた給湯システムであって、
   前記タンクユニットは、
   タンクと、
   該タンクを収納する箱体と、
   該箱体と前記タンクとの間に設けられた発泡断熱材と、
   前記箱体に設けられ、前記発泡断熱材に向かって遮られることなく開口する注入口と、
   前記注入口に面する外装材とを備え、
   前記注入口と前記外装材との間に前記発泡断熱材の無い空間が形成され、
   該空間に少なくとも制御装置、電装品、配管、温度センサー、流量センサー、フローセンサー、混合弁、三方弁、流量調整弁、電磁弁、減圧弁、逃し弁、ポンプ、熱交換器のいずれか１つが設置されたことを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１において、
   前記箱体と前記タンクとの間に、真空断熱材を備えたことを特徴とする給湯システム。
3. 請求項１において、
   前記タンクと前記箱体の前記注入口付近の距離が、前記タンクと前記箱体の他の部分との距離よりも大であることを特徴とする給湯システム。
4. 請求項１において、
   前記箱体の長手方向に垂直な断面が、略８角形、略５以上の角形、略円形又は略楕円形となるよう構成されたことを特徴とする給湯システム。
5. 請求項１において、
   前記タンクの温度を検出するサーミスタを備え、該サーミスタが前記発泡断熱材により覆われたことを特徴とする給湯システム。
6. 請求項１において、
   前記注入口の開口部分に筒材を備えたことを特徴とする給湯システム。
7. 請求項２において、
   前記タンクと前記真空断熱材との間に、前記発泡断熱材を配したことを特徴とする給湯システム。
8. 請求項２において、
   前記タンクと前記発泡断熱材との間に、前記真空断熱材を配したことを特徴とする給湯システム。
9. 水を内部に貯蔵するタンクユニットと、
   冷凍サイクルにより冷媒を加熱するとともに、水と前記冷媒との熱交換を行うヒートポンプユニットと、を備えた給湯システムであって、
   前記タンクユニットは、
   タンクと、
   該タンクを収納する箱体と、
   該箱体と前記タンクとの間に設けられた発泡断熱材と、
   前記箱体に設けられ、前記発泡断熱材に向かって遮られることなく開口する注入口と、
   前記注入口に面する外装材とを備え、
   前記注入口と前記外装材との間に前記発泡断熱材の無い空間が形成され、
   前記注入口は、前記箱体の底板の凹部に設け、前記外装材と前記凹部とにより前記空間を形成することを特徴とする給湯システム。
10. 水を内部に貯蔵するためのタンクを収納した箱体を押さえ型で押さえる第１のステップと、
    前記箱体に設けられた注入口から前記箱体と前記タンクとの間に発泡断熱材を注入する第２のステップと、
    外装材を装着することにより、前記外装材と前記注入口との間に前記発泡断熱材の無い空間を形成する第３のステップとを備えたことを特徴とするタンクユニットの製造方法。
11. 請求項１０において、
    前記第１のステップの前に、真空断熱材を前記タンクに装着することを特徴とするタンクユニットの製造方法。
12. 請求項１０において、
    前記第１のステップの前に、真空断熱材を前記箱体に装着することを特徴とするタンクユニットの製造方法。
13. 請求項１０において、
    前記第２のステップの後に、少なくとも制御装置、電装品、配管、温度センサー、流量センサー、フローセンサー、混合弁、三方弁、流量調整弁、電磁弁、減圧弁、逃し弁、ポンプ、熱交換器のいずれか１つを前記空間に設置するステップを備えたことを特徴とするタンクユニットの製造方法。
14. 請求項１０において、
    前記第１のステップでは、前記箱体の長手方向が水平になるように、かつ、前記注入口を上に向けて、前記箱体を押さえ型で押さえ、
    前記第２のステップの後に、前記箱体の長手方向が垂直になるように前記箱体を設置したことを特徴とするタンクユニットの製造方法。
15. 請求項１０において、
    前記第１のステップでは、前記箱体の底板に設けられた注入口が上に向くように前記箱体の上下を逆にして、前記箱体を押さえ型で押さえ、
    前記第２のステップの後に、前記箱体の上下を正に設置したことを特徴とするタンクユニットの製造方法。