JP6332123B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプユニット等の加熱装置によって水を加熱して得られた高温の湯を、貯湯ユニット内にある貯湯タンクに貯留し、この貯湯タンクから必要時に湯を取り出して給湯端末に供給する貯湯式給湯機が広く用いられている。貯湯タンクからの放熱ロスを抑えるために、貯湯ユニットの外郭ケースと、貯湯タンクとの間に断熱材が配置される。断熱材としては、発泡ポリスチレン等の発泡断熱材が一般的に用いられている。貯湯タンクの保温性能を更に向上させるために、より断熱性能の高い真空断熱材を用いる技術も提案されている。

真空断熱材は、発泡体、粉体、繊維体等をシート状に加工した芯材（コア材）を、ガスバリアー性フィルム（プラスチックフィルム、プラスチック金属ラミネートフィルム等）からなる袋状の外皮材で包んで内部を真空状態とし、外皮材の縁部を熱溶着して密封した構成となっている。

特許文献１の図１には、貯湯タンクの胴部に巻き付けた真空断熱材の両端部を、貯湯タンクの表面の接線方向に直線的に延びるよう成形し、当該両端部の内面と貯湯タンクとに接するように発泡断熱材を配置する構成が開示されている。

特許文献２には、貯湯タンクの外周に、真空断熱材と発泡断熱材とを配置し、真空断熱材の端部を発泡断熱材で外方から押さえつけることで、真空断熱材と発泡断熱材との接合部からの熱の漏洩を防ぐ構成が開示されている。

特開２００９−１９８１２９号公報 特開２００８−１５７５１６号公報

特許文献１の構成では、真空断熱材の上端部が貯湯タンクの上部に接触する。貯湯タンクの上部は、最も温度が高い。このため、特許文献１の構成では、真空断熱材の上端部の溶着部が、貯湯タンクの高温に常に晒されることで、経年的に劣化する。その結果、溶着部にピンホール等が形成されて空気が漏れ、真空断熱材の真空状態が破壊されるおそれがある。

特許文献２では、真空断熱材の端部を発泡断熱材で外方から押さえつけているので、真空断熱材の端部の溶着部が貯湯タンクの高温部分に密着する。その結果、真空断熱材の溶着部の劣化が促進され、真空断熱材の真空状態が破壊されるおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンクの断熱性能を向上させ、かつ、真空断熱材の真空破壊を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、円筒状の胴部と、胴部の上端を塞ぐ椀状の上鏡板とを有する貯湯タンクと、胴部を覆う真空断熱材と、上鏡板を覆う第一成形断熱材と、第一成形断熱材の外周側にある第二成形断熱材と、を備え、真空断熱材の上部は、胴部と上鏡板との境界部を超えて上方へ突出し、第一成形断熱材と第二成形断熱材とが真空断熱材の上部を間に挟み、第一成形断熱材は、第一外周面及び第二外周面を有し、第二成形断熱材は、第一内周面及び第二内周面を有し、第一外周面が真空断熱材の上部の内側の面に接触し、第一内周面が真空断熱材の上部の外側の面に接触し、第二外周面と第二内周面とが真空断熱材を挟まずに直接接触する貯湯式給湯機。

本発明の貯湯式給湯機によれば、貯湯タンクの断熱性能を向上させ、かつ、真空断熱材の真空破壊を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が備える貯湯ユニットの外観を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ断面図（縦断面図）である。 図２中のＢ−Ｂ断面図（横断面図）である。 図２中のＣ−Ｃ断面図（横断面図）である。 本発明の実施の形態１における真空断熱材の展開形状を示す外観図である。 図５中のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が備える真空断熱材の外観を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明は、図面に示す形態のみに限定されるものではない。また、装置、器具及び部品等の材質、形状及び大きさについても、本発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が備える貯湯ユニットの外観を示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ断面図（縦断面図）である。図３は、図２中のＢ−Ｂ断面図（横断面図）である。図４は、図２中のＣ−Ｃ断面図（横断面図）である。

図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯機が備える貯湯ユニット１は、略直方体形の箱状を呈する外郭ケース１２を備える。外郭ケース１２の底部には、複数の脚１３が接続される。貯湯ユニット１は、これらの脚１３により、地面または台座に対して固定される。

図２に示すように、外郭ケース１２には、貯湯タンク３及び断熱材が収容されている。断熱材は、貯湯タンク３を覆う。本実施の形態では、貯湯タンク３を覆う断熱材は、第一成形断熱材４、第二成形断熱材５、第三成形断熱材７、及び真空断熱材８を有する。

貯湯タンク３の形状は、略円筒形である。貯湯タンク３は、円筒状の胴部３ｂと、胴部３ｂの上端を塞ぐ上鏡板３ａと、胴部３ｂの下端を塞ぐ下鏡板３ｃとを有する。上鏡板３ａの概略形状は、逆さまにした椀状を呈する。下鏡板３ｃの概略形状は、椀状を呈する。胴部３ｂの軸を通る平面で上鏡板３ａを切断した断面の形状は、略半円形または略楕円形である。胴部３ｂの軸を通る平面で下鏡板３ｃを切断した断面の形状は、略半円形または略楕円形である。胴部３ｂと、上鏡板３ａ及び下鏡板３ｃとは、溶接により接合される。

貯湯式給湯機が使用開始された後は、貯湯タンク３内は常に満水状態に維持される。貯湯タンク３内は、上側が高温の湯になり、下側が低温の水になる。上層の湯と、下層の水とは、比重差により、混じり合うことなく維持される。

本貯湯式給湯機は、貯湯タンク３の水を加熱して湯にする加熱装置を備える。当該加熱装置は、いかなる構成のものでも良く、例えば、貯湯ユニット１と別体のヒートポンプユニット、あるいは、貯湯タンク３内に設置される電気ヒータなどである。当該加熱装置は、本発明の特徴部分ではないため、本明細書では図示及び詳細な説明を省略する。また、貯湯ユニット１内には、外郭ケース１２と貯湯タンク３との間に形成される空間に、給水配管、給湯配管、混合弁等のバルブ類、水循環ポンプ、熱交換器などの機器が備えられていても良い。本明細書では、これらの機器についても図示及び詳細な説明を省略する。

第一成形断熱材４は、貯湯タンク３の上鏡板３ａの外面を覆う。第一成形断熱材４は、上鏡板３ａの外面の凸面に対応した形状の凹面を有する。第一成形断熱材４の凹面が上鏡板３ａの外面に対して隙間無く接触することが望ましい。第二成形断熱材５は、第一成形断熱材４の外周側にある。第三成形断熱材７は、貯湯タンク３の下鏡板３ｃの外面を覆う。第三成形断熱材７は、下鏡板３ｃの外面の凸面に対応した形状の凹面を有する。第三成形断熱材７の凹面が下鏡板３ｃの外面に対して隙間無く接触することが望ましい。第一成形断熱材４、第二成形断熱材５、及び第三成形断熱材７は、例えば発泡ポリスチレンで構成された発泡性成形断熱材、または発泡ポリスチレン以上の断熱性能を有する材料で構成された発泡性成形断熱材であることが望ましい。

真空断熱材８は、貯湯タンク３の胴部３ｂの外周面を覆う。本実施の形態では、真空断熱材８が胴部３ｂの外周面に接触する。図４に示すように、本実施の形態では、２枚の真空断熱材８が、貯湯タンク３の胴部３ｂを半周ずつ覆う。本発明は、このような構成に限定されない。１枚の真空断熱材８で貯湯タンク３の胴部３ｂを覆っても良い。３枚以上の真空断熱材８を用いて貯湯タンク３の胴部３ｂを覆っても良い。

図２に示すように、真空断熱材８の上部８ａは、貯湯タンク３の胴部３ｂと上鏡板３ａとの境界部３ｄを超えて上方へ突出する。第一成形断熱材４は、下方へ向かって突出する円環状の突出部４ａを有する。突出部４ａの外周面は、円柱面となる。第二成形断熱材５は、第一成形断熱材４の外周を全周に渡って覆う。第二成形断熱材５の内周面は、円柱面となる。真空断熱材８の上部８ａは、第一成形断熱材４の突出部４ａの外周面と、第二成形断熱材５の内周面との間に挟まれる。第一成形断熱材４の突出部４ａの外周面は、真空断熱材８の上部８ａの内側の面に接触する。第二成形断熱材５の内周面は、真空断熱材８の上部８ａの外側の面に接触する。

第一成形断熱材４と第二成形断熱材５とは、直接接触する接触部６を有する。接触部６では、第一成形断熱材４の外周面と第二成形断熱材５の内周面とが、真空断熱材８を挟まずに、直接接触する。第一成形断熱材４と第二成形断熱材５とが接触部６で直接接触することで、第一成形断熱材４と第二成形断熱材５とを確実に固定できる。

図３に示すように、本実施の形態における第二成形断熱材５は、平面部５ａを有する。平面部５ａは、外郭ケース１２の側面の内壁に対して面接触する。第二成形断熱材５に平面部５ａを備えたことで、貯湯タンク３を外郭ケース１２の内部で固定及び位置決めすることを補助できる。第二成形断熱材５に平面部５ａを備えたことで、地震で揺れたときにも、貯湯タンク３と外郭ケース１２とが別々に揺れることを抑制でき、耐震性を向上できる。本実施の形態では、第二成形断熱材５が平面部５ａを三方に有する。このように、第二成形断熱材５の平面部５ａを複数の方向に設けることで、上記効果をより確実に奏することができる。

図５は、本実施の形態の貯湯式給湯機が備える真空断熱材８の展開形状を示す外観図である。図６は、図５中のＤ−Ｄ断面図である。図５及び図６に示すように、真空断熱材８は、シート状の芯材８ｂと、芯材８ｂを包む外皮材８ｃとを有する。芯材８ｂは、例えば、発泡体、粉体、繊維体等をシート状に加工したものである。外皮材８ｃは、ガスバリアー性フィルム（例えば、プラスチックフィルム、プラスチック金属ラミネートフィルム等）で構成される。外皮材８ｃで包まれた内部は、真空状態（減圧状態）になっている。真空断熱材８は、発泡性成形断熱材に比べて、高い断熱性能を有する。

図５に示すように、本実施の形態における真空断熱材８の展開形状は、長方形である。本実施の形態における真空断熱材８は、次のようにして製造される。真空断熱材８は、溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆと、最終溶着部８ｇとを有する。溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆは、それぞれ、真空断熱材８の四辺のうちの三辺にある。最終溶着部８ｇは、真空断熱材８の四辺のうちの残りの一辺にある。

図６に示すように、溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆ、及び最終溶着部８ｇは、芯材８ｂを挟む２枚の外皮材８ｃの縁部同士を熱溶着することで封止した部分である。溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆの熱溶着は、真空引きをしていない状態で行われる。２枚の外皮材８ｃの間に芯材８ｂを挟んだ状態で溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆの熱溶着を行っても良い。あるいは、２枚の外皮材８ｃの縁部に溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆを形成することで外皮材８ｃを袋状に形成した後、その袋状の外皮材８ｃの内側に芯材８ｂを挿入しても良い。

最終溶着部８ｇは、溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆを有する外皮材８ｃで芯材８ｂを包んだ状態で内部を真空引きすることで真空状態にしながら熱溶着を行った部分である。真空引きしながら熱溶着を行った最終溶着部８ｇは、他の溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆに比べて、熱劣化が生じやすい。真空断熱材８を貯湯タンク３に組み付けたとき、最終溶着部８ｇは、真空断熱材８の上端に位置する。

前述したように、本実施の形態では、真空断熱材８の上部８ａは、第一成形断熱材４の突出部４ａの外周面と、第二成形断熱材５の内周面との間に挟まれる。真空断熱材８の上部８ａの縁に最終溶着部８ｇがある。最終溶着部８ｇと貯湯タンク３の上鏡板３ａとの間には、第一成形断熱材４がある。このため、最も高温になる貯湯タンク３の上鏡板３ａの熱が最終溶着部８ｇに伝わることを抑制できる。最終溶着部８ｇは、他の溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆに比べて、熱劣化が生じやすい。しかしながら、最終溶着部８ｇに熱が伝わることを上記のようにして抑制できるので、最終溶着部８ｇの熱劣化を確実に抑制できる。その結果、最終溶着部８ｇにピンホール等が形成されるような経年劣化を確実に抑制でき、真空断熱材８の真空状態が破壊されることを長期間に渡って確実に抑制できる。

本実施の形態では、真空断熱材８の他の溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆも、貯湯タンク３の上鏡板３ａに近接しない。このため、最も高温になる貯湯タンク３の上鏡板３ａの熱が他の溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆに伝わることを抑制できる。よって、他の溶着部８ｄ，８ｅ，８ｆの熱劣化を確実に抑制でき、真空断熱材８の真空状態が破壊されることを長期間に渡って確実に抑制できる。

図４に示すように、貯湯タンク３の胴部３ｂを覆う部分の真空断熱材８の溶着部８ｄ，８ｆは、貯湯タンク３の胴部３ｂに押し付けられることはない。このため、貯湯タンク３の胴部３ｂの熱が溶着部８ｄ，８ｆに伝わることを抑制できる。よって、溶着部８ｄ，８ｆの熱劣化を確実に抑制でき、真空断熱材８の真空状態が破壊されることを長期間に渡って確実に抑制できる。図４のように、真空断熱材８の溶着部８ｄ，８ｆは、貯湯タンク３の胴部３ｂの表面に対して非接触であることが望ましい。これにより、溶着部８ｄ，８ｆの熱劣化をより確実に抑制できる。貯湯タンク３の胴部３ｂの温度は、上鏡板３ａの温度に比べて、低い。また、溶着部８ｄ，８ｆは、最終溶着部８ｇに比べて、熱劣化しにくい。これらのことから、貯湯タンク３の胴部３ｂの熱が溶着部８ｄ，８ｆに多少伝わったとしても、溶着部８ｄ，８ｆは熱劣化しにくい。

前述したように、本実施の形態では、真空断熱材８の上部８ａが、貯湯タンク３の胴部３ｂと上鏡板３ａとの境界部３ｄを超えて上方へ突出する（図２参照）。このため、真空断熱材８の上部８ａは、貯湯タンク３の上鏡板３ａの外周を囲む。最も高温になる貯湯タンク３の上鏡板３ａの外周が、断熱性能の高い真空断熱材８で囲まれることで、貯湯タンク３からの放熱ロスを有効に抑制できる。さらに、第一成形断熱材４及び第二成形断熱材５も、貯湯タンク３の上鏡板３ａの外周を囲む。これにより、貯湯タンク３からの放熱ロスをさらに有効に低減できる。

本実施の形態では、貯湯タンク３の胴部３ｂは、真空断熱材８のみで覆われる。図２に示すように、貯湯タンク３の胴部３ｂを覆う部分の真空断熱材８と、外郭ケース１２の側面の内壁との間には、空間１４がある。空間１４には、給水配管、給湯配管、混合弁等のバルブ類、水循環ポンプ、熱交換器などの機器（図示省略）を配置できる。このように、貯湯タンク３の胴部３ｂの少なくとも一部を真空断熱材８のみで覆うことで、外郭ケース１２を大きくせずに、上記機器を配置する空間１４を確保できる。ただし、本発明は、このような構成に限定されない。本発明では、貯湯タンク３の胴部３ｂの一部または全部を覆う成形断熱材を設けても良い。

図７は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機が備える真空断熱材８の外観を示す斜視図である。真空断熱材８は、貯湯タンク３の胴部３ｂの外面の円柱面に沿うようにして配置される。図７に示すように、本実施の形態における真空断熱材８は、貯湯タンク３の胴部３ｂの外面の円柱面に沿う曲面を形成するように成形されている。これにより、本実施の形態では、貯湯タンク３の胴部３ｂと真空断熱材８との間に隙間が生じることをより確実に防止できる。その結果、貯湯タンク３の断熱性能をより向上することができる。本発明では、上記の構成に限らず、平板状に成形された真空断熱材８を貯湯タンク３の胴部３ｂに巻き付けることで真空断熱材８を円筒状に固定しても良い。

貯湯タンク３の全体に高温の湯を貯えた場合には、貯湯タンク３の下鏡板３ｃも高温になる。図２に示すように、本実施の形態では、貯湯タンク３の下鏡板３ｃを覆う第三成形断熱材７を備えたことで、貯湯タンク３の下鏡板３ｃからの放熱ロスを抑制できる。このため、貯湯タンク３の断熱性能がさらに高まる。本実施の形態における第三成形断熱材７は、平面部７ａを有する。平面部７ａは、外郭ケース１２の側面の内壁に対して面接触する。第三成形断熱材７に平面部７ａを備えたことで、貯湯タンク３を外郭ケース１２の内部で固定及び位置決めすることを補助できる。第三成形断熱材７に平面部７ａを備えたことで、地震で揺れたときにも、貯湯タンク３と外郭ケース１２とが別々に揺れることを抑制でき、耐震性を向上できる。本実施の形態では、第三成形断熱材７が平面部７ａを複数の方向に有する。このように、第三成形断熱材７の平面部７ａを複数の方向に設けることで、上記効果をより確実に奏することができる。

第一成形断熱材４は、高温になる貯湯タンク３の上鏡板３ａに直接接触する。このため、第一成形断熱材４は、耐熱性に優れた材料で構成されることが望ましい。第二成形断熱材５は、貯湯タンク３の上鏡板３ａに直接接触しない。このため、第二成形断熱材５の耐熱性は、第一成形断熱材４の耐熱性に比べて、低くても良い。第二成形断熱材５の耐熱性を、第一成形断熱材４の耐熱性に比べて、低くすることで、第二成形断熱材５を安価に構成できる。なお、第一成形断熱材４の構成材料と第二成形断熱材５の構成材料との間で、例えば熱収縮率、融点、ガラス転移点、荷重たわみ温度などを比較することで、上記耐熱性を比較できる。

放熱ロスを少なくする観点からは、高温になる貯湯タンク３の上鏡板３ａに接触する第一成形断熱材４の熱伝導率がなるべく低いことが望ましい。貯湯タンク３の上鏡板３ａに直接接触しない第二成形断熱材５の熱伝導率は、多少高くても、放熱ロスへの影響は少ない。このため、第二成形断熱材５の熱伝導率は、第一成形断熱材４の熱伝導率に比べて、高くても良い。第二成形断熱材５の熱伝導率を、第一成形断熱材４の熱伝導率に比べて、高くすることで、第二成形断熱材５を安価に構成できる。

１ 貯湯ユニット、 ３ 貯湯タンク、 ３ａ 上鏡板、 ３ｂ 胴部、 ３ｃ 下鏡板、 ３ｄ 境界部、 ４ 第一成形断熱材、 ４ａ 突出部、 ５ 第二成形断熱材、 ５ａ 平面部、 ６ 接触部、 ７ 第三成形断熱材、 ７ａ 平面部、 ８ 真空断熱材、 ８ａ 上部、 ８ｂ 芯材、 ８ｃ 外皮材、 ８ｄ，８ｅ，８ｆ 溶着部、 ８ｇ 最終溶着部、 １２ 外郭ケース、 １３ 脚、 １４ 空間

Claims (5)

1. 円筒状の胴部と、前記胴部の上端を塞ぐ椀状の上鏡板とを有する貯湯タンクと、
   前記胴部を覆う真空断熱材と、
   前記上鏡板を覆う第一成形断熱材と、
   前記第一成形断熱材の外周側にある第二成形断熱材と、
   を備え、
   前記真空断熱材の上部は、前記胴部と前記上鏡板との境界部を超えて上方へ突出し、
   前記第一成形断熱材と前記第二成形断熱材とが前記真空断熱材の前記上部を間に挟み、
   前記第一成形断熱材は、第一外周面及び第二外周面を有し、
   前記第二成形断熱材は、第一内周面及び第二内周面を有し、
   前記第一外周面が前記真空断熱材の前記上部の内側の面に接触し、
   前記第一内周面が前記真空断熱材の前記上部の外側の面に接触し、
   前記第二外周面と前記第二内周面とが前記真空断熱材を挟まずに直接接触する貯湯式給湯機。
2. 前記貯湯タンク、前記真空断熱材、前記第一成形断熱材、及び前記第二成形断熱材を収容する外郭ケースを備え、
   前記第二成形断熱材は、前記外郭ケースの内壁に対して面接触する平面部を有する請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記第二成形断熱材の耐熱性は、前記第一成形断熱材の耐熱性に比べて、低い請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
4. 前記第二成形断熱材の熱伝導率は、前記第一成形断熱材の熱伝導率に比べて、高い請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
5. 前記真空断熱材は、芯材と、前記芯材を包む外皮材と、前記外皮材で包まれた内部を真空状態とした後に前記外皮材の縁部を溶着した最終溶着部とを有し、
   前記最終溶着部は、前記真空断熱材の上端部にある請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。

Images