JP6556565B2 - 貯湯タンクユニット - Google Patents

Description

本発明は電気温水給湯システムやヒートポンプ式給湯システム等に使用される貯湯タンクユニットに関するものである。

電気温水給湯システムやヒートポンプ式給湯システムに使用される貯湯タンクユニットは、貯湯タンクに貯められている温水の温度を維持するため、貯湯タンクの周囲を断熱材で覆う必要がある。

そして、従来では貯湯タンク自体にグラスウールなどの面状の断熱材を巻き付けていた。貯湯タンクに断熱材を巻き付けるものでは、専用の設備機械が必要か、または大型の貯湯タンクでは断熱材を巻き付けるのに作業者一人では効率的に作業することができず、製造組立時の工数がかかりコスト高であるという問題があった。

そこで、断熱性の高い発泡ポリスチレンを必要形状に成形、或いは切り取って貯湯タンクの外周囲に配置、固定することが行われている。これによれば、製造組立時にはこの複数の成型断熱材を適切な位置にはめ込むように取り付けるだけで、貯湯タンクの外側に成型断熱材が密着して貯湯タンクの保温、断熱性が向上し、製造組立の工数がかからず効率的な作業を行うことができコストを低く抑えることができる。

しかしながら、発泡ポリスチレンの成形断熱材を使用するものでは、成形断熱材と成形断熱材の接合部の隙間から熱漏洩が発生する現象がある。また、成形断熱材で真空断熱材を貯湯タンクの外周壁や外装ケース（外箱）の内側壁に押し付ける場合では、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現象がある。

このため、最近では、特開２０１５−３４６５４号公報(特許文献１)にあるように、貯湯タンクと外装ケースの間に液状ウレタンを注入し、液状ウレタンの流動、発泡を利用して、貯湯タンクと外装ケースの間にウレタンの発泡断熱材を充填することが行われるようになってきている。これによれば、成形断熱材の接合部が無いため熱漏洩を少なくでき、また真空断熱材との間に隙間が生じないので断熱性能の低下を抑制できる効果がある。

特開２０１５−３４６５４号公報

そして、特許文献１に記載されたような液状ウレタンの注入方法は、一般的には貯湯タンクユニットの外装ケースの前板が上を向くように載置し、外装ケースの前板の４隅に配置された４点の注入口を介して液状ウレタンを注入する。このとき、液状ウレタンの「合わせ目」(異なる位置に注入された液状ウレタンが発泡し、発泡進行面が互いに合流する部分)位置は、特に設定しない限り各注入口から等距離の前板の中央部付近に形成されるようになる。これは各注入口から注入した液状ウレタンを均等に流動させ気泡の密度バランスを維持するためであり、実際の製品においては発泡に伴うガスを抜くためのガス排出孔も前板の中央部付近の位置に形成、配置されている。

ところで、貯湯タンク内の温水の温度は、例えば、鉛直方向で下方から上方にいくにしたがって高くなる。すなわち、貯湯タンク内の下部から上部にかけて、相対的に低温、中温、高温の温度分布となっている。

ここで、概略的に貯湯タンクの構成を温度分布別に分割すると、外箱の天面板から底面板までの距離を均等に３分割し、この分割点を起点に貯湯タンクを周方向(貯湯タンクを据え付けた状態での水平方向)に輪切りにし、低温部を下部領域、中温部を中間領域、高温部を上部領域とに分けることができる。例えば、貯湯タンク内の上部領域での温度は約９０℃、中間領域での温度は約５０℃となっている。

そして、異なる注入口から注入された液状ウレタンが発泡、成長を開始し、この発泡したウレタンが合流する「合わせ目」、或いは、ウレタンの流動末期に反応を終える「最終充填部」には、ウレタン未充填部(以下、ボイドと称す)が発生しやすい。また、長い距離を流動してきた流動末期のウレタンの発泡倍率は、発泡初期、中期と比べ低いため樹脂成分が多く、この分でウレタンが高密度化（気泡が少なくなる）して熱伝導率が悪化する。

以上の理由から、ウレタンの「合わせ目」や「最終充填部」が貯湯タンクの中間領域で形成される従来の貯湯タンクユニットは、中間領域(約５０℃)から熱が漏洩し易いため、省エネ性能という観点において大きな課題があった。

本発明の目的は、貯湯タンクの中間領域からの熱漏洩量を低減することができる新規な貯湯タンクユニットを提供することにある。

本発明の特徴は、貯湯タンクユニットの低温側の下部領域に熱伝導率の高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させる構成にした、ところにある。

本発明によれば、熱伝導率が高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を貯湯タンクの中間領域から遠ざけて低温側の下部領域に形成するため、貯湯タンクの中間領域からの熱漏洩量を低減することができる。

本発明が適用されるヒートポンプ式給湯装置を示す全体構成図である。 図１に示す貯湯タンクユニットの内部を示す斜視図である。 図１に示す貯湯タンクユニットをウレタン注入口側から見た平面図である。 図１に示す貯湯タンクユニットを貯湯タンクの底側から見た断面図である。 液状ウレタン注入時の液状ウレタンの流れを説明する説明図である。 液状ウレタン注入時の液状ウレタンの発泡状態を説明する説明図である。 図１に示す貯湯タンクユニットの横断面であり、発泡後の断面図である。 本発明の各実施形態の断熱性能を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

まず、本発明が適用される貯湯タンクユニット１Ａを備えたヒートポンプ式給湯装置の構成について図１乃至図４を用いて説明する。

図１に示すように、ヒートポンプ式給湯装置Ｋは、貯湯タンクユニット１Ａ、ヒートポンプユニット１０を含んで構成されている。貯湯タンクユニット１Ａは、貯湯タンク２、外箱３Ａ、内脚（脚部）４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、真空断熱材５、発泡断熱材６を含んで構成されている。貯湯タンク２の下部には、水道水が導入される給水管１１（配管）が接続されている。貯湯タンク２の下部の水は、ポンプ（不図示）によって入水管１２（配管）を介してヒートポンプユニット１０に導入される。ヒートポンプユニット１０で加熱された温水は、出湯管１３を介して貯湯タンク２の上部に導入される。貯湯タンク２は胴板２ａ、上部鏡板２ｂ、下部鏡板２ｃから構成されている。

このような貯湯タンク２内の温水の温度は、例えば、鉛直方向で下方から上方にいくにしたがって高くなる。すなわち、貯湯タンク２内の下部から上部にかけて、相対的に低温、中温、高温の温度分布となっている。例えば、貯湯タンク２内の上部で約９０℃、中間部で約５０℃となっている。

ヒートポンプユニット１０は、貯湯タンク２から取り出した水を沸き上げるものであり、例えば、冷媒（例えば、二酸化炭素）を圧縮して高温・高圧にする圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒と貯湯タンク２からの水とを熱交換することによって貯湯タンク２からの水を加熱する凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧弁と、大気中の熱を吸熱して減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器と、を備えて構成されている。尚、本実施形態では、加熱手段として、ヒートポンプユニット１０を例に挙げて説明したが、加熱手段として、電気ヒータやガスで加熱するものであっても良いものである。

貯湯タンク２の上部から取り出された湯は、給湯管１４を通り、給水管１１に分岐して接続された分岐給水管（不図示）からの水と、混合弁１６を介して混合された後、給湯管１７を介して給湯端末１８から出湯される。尚、本実施形態では、貯湯タンク２内部の湯を給湯端末１８に使用する場合を例に挙げて説明したが、貯湯タンク２の湯を給湯端末の湯として使用せずに給水された水を熱交換（加熱）するための熱媒体として使用するタイプの貯湯タンクユニット（直圧給湯式）に適用するものであっても良いものである。

外装ケースを構成する外箱３Ａは、貯湯タンク２を収容する空間を有し、前方（正面側）に配管カバー３ｓが取り付けられている。配管カバー３ｓは、ヒートポンプユニット１０から貯湯タンク２に向かう出湯管１３、分岐給水管（不図示）、浴槽戻り管１５、混合弁１６、給湯管１７などを収容する空間を有している。更に外箱３Ａは前板３ａ、側板３ｂ、後板３ｃ、天板３ｄ、底板３ｅを備えている。

図２は、第１実施形態に係る貯湯タンクユニット１Ａの内部を示す斜視図である。尚、図２は、外箱３Ａの前面側を切り欠いた状態を示し、また各種配管の図示を省略している。図２に示すように、貯湯タンク２は、例えば、ステンレス鋼などの材料によって、円筒形状の胴板２ａ、胴板２ａの上部開口を覆う略半球状の上部鏡板２ｂ、胴板２ａの下部開口を覆う略半球状の下部鏡板２ｃ、の３部材を溶接することで構成されている。

また、貯湯タンク２は、３本の内脚４Ａ、４Ｂ、４Ｃを介して外箱３Ａの底板３ｅに支持されている。各内脚４Ａ、４Ｂ、４Ｃの下端は、ボルトなどで外箱３Ａの底板３ｅに固定されている。尚、内脚４の本数は、３本に限定されるものではなく、４本以上であっても良い。

また、貯湯タンク２の外面（前面）には、上下方向に間隔を置いて温度センサＴ１、Ｔ２（サーミスタ）が設けられている。上側の温度センサＴ１は、貯湯タンク２の上部の温度である沸き上げ温度を検出するものである。下側の温度センサＴ２は、貯湯タンク２の中間部の中温水の温度を検出するものである。尚、温度センサＴ１、Ｔ２の個数は、本実施形態に限定されるものではなく、貯湯タンク２の上部だけではなく、貯湯タンク２の上部から下部にかけて３個以上の温度センサが設けられる構成であってもよい。

外箱３Ａは、貯湯タンク２を収容する鋼板製のものであり、貯湯タンク２の前方に位置する前板３ａ（図１参照）、側方に位置する側板３ｂ、３ｂ、後方に位置する後板（背板）３ｃ（図１参照）、上方に位置する上板（天板）３ｄおよび下方（底側）に位置する底板３ｅによって縦長の四角箱状に構成されている。

配管カバー３ｓは、外箱３Ａの前方に設けられ、外箱３Ａの前板３ａ（図１参照）の上端から下端までの全体を覆う形状を有している。また、配管カバー３ｓの高さおよび幅（左右方向）は、外箱３Ａの高さおよび幅と同様に構成されている。これにより、外箱３Ａに配管カバー３ｓが取り付けられた状態では、外観視において縦長の直方体形状を呈するようになっている。

また、外箱３Ａの前板３ａの下部の側方端面には、発泡断熱材６（図１参照）を注入するための２個の注入口８Ａ、８Ｂが外箱３Ａの内部と連通するように前板３ａを貫通して形成されている。また、外箱３Ａの前板３ａの上部の側方端面にも、発泡断熱材６を注入するための２個の注入口９Ａ、９Ｂが外箱３Ａの内部と連通するように前板３ａを貫通して形成されている。なお、注入口８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂは、発泡断熱材６（図１参照）を注入する際に必要な孔であり、発泡断熱材６の注入・発泡後に図示しない内蓋（カバー）などで閉じられるものである。

発泡断熱材６は、発泡スチロールのような予め成形された断熱材（成形断熱材）ではなく、貯湯タンク２と外箱３Ａとの間の発泡断熱空間に液状の断熱材料を注入し、注入後に自身で発泡することで断熱材を構成するものである。この発泡断熱材６としては、例えば、硬質ポリウレタンフォームが用いられる。この硬質ポリウレタンフォームは、ポリオール成分とイソシアネート成分の２つのウレタン原液を、発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させることにより得られるものである。発泡剤としては、シクロペンタン、水、炭酸ガスなどがある。

尚、発泡断熱材６は、硬質ポリウレタンフォームに限定されるものではないが、一般的に硬質ポリウレタンフォームが主流となっている。したがって、以下では発泡断熱材、或いはウレタンと表記する場合もある。

内脚４Ａ〜４Ｃは、Ｌ字状に曲げ形成されたもの（いわゆるＬ型アングル）であり、下部鏡板２ｃの上方から底板３ｅに向けて貯湯タンク２の軸方向に沿って延在するように配置されている。また、内脚４Ａ〜４Ｃは、脚受部４ａを有し、この脚受部４ａが貯湯タンク２の外面に溶接によって固定されている。この脚受部４ａは、Ｌ字状に曲げ形成されたものであり、内脚４の上部が挿入されるように構成されている。内脚４Ａ〜４Ｃは、複数のボルトＢＴを介して脚受部４ａに固定されている。

また、各内脚４は、１２０度間隔で貯湯タンク２の周囲に配置されており、一の内脚４Ａが貯湯タンク２の前端部（最も前方に位置する部分）に配置され、他の内脚４Ｂ、４Ｃが貯湯タンク２の左右斜め後方を向くように配置されている。

底板３ｅの下面には、各内脚４に対応する位置に外脚７が固定されている。この外脚７は、アンカーボルト（不図示）などを介して設置箇所Ｇに固定されている。

真空断熱材５は、シート状のものであり、貯湯タンク２の胴板２ａの周囲に巻かれている。また、真空断熱材５は、グラスウールなどのガラス繊維からなるコア材、このコア材を包む外包材などで被覆して、外包材の内部が真空引きされることで構成されている。外包材は、ガスバリア性を有するアルミニウム製のラミネートフィルムなどで構成されている。

また、真空断熱材５は、その周方向の長さが貯湯タンク２の全周の長さよりも短く形成され、貯湯タンク２と重ならない非重ね部５ａに温度センサＴ１、Ｔ２が位置するようにして貯湯タンク２に巻かれている。このようにするのは、温度センサＴ１、Ｔ２に不具合が生じたときに、温度センサＴ１、Ｔ２の交換を容易にするためである。更に、真空断熱材５は外箱３Ａの内側にも貼られている。

図３は、貯湯タンクユニット１Ａを注入口側から見た平面図、図４は、第１実施形態に係る貯湯タンクユニット１Ａを貯湯タンクの底側から見たときの断面図である。尚、図３及び図４は、発泡断熱材６（図１参照）を注入する前の状態を示している。

図３に示すように、貯湯タンク２の下部においては、注入口８Ａ，８Ｂ側を通して外箱３Ａの後板３ｃを見たときに、内脚４Ａが幅方向の中央部に位置し、他の内脚４Ｂ、４Ｃが幅方向の略両端に位置している。また、給水管１１および入水管１２が、貯湯タンク２の中心側から外周側（図示鉛直方向の手前側）に向けて底板３ｅの近傍を通り、内脚４Ａに沿って上方に向けて配設されている。

また、外箱３Ａの側板３ｂと貯湯タンク２との間には、隙間ｓ１、ｓ１が形成されている。この隙間ｓ１、ｓ１にも発泡断熱材６が充填されるようになっている。ところで、貯湯タンク２が側板３ｂに直接に接していると、貯湯タンク２内の熱が外箱３Ａを通して貯湯タンクユニット１Ａの外部に逃げるおそれがある。しかし、外箱３Ａの側板３ｂと貯湯タンク２との間に隙間ｓ１を確保することで、熱の漏洩を抑制できるので、給湯装置としての効率が低下するのを抑制できる。なお、隙間ｓ１は、熱の漏洩を抑えることができる程度の最小限の距離に設定することで、貯湯タンクユニット１Ａをコンパクトに構成することが可能になる。

一方（図示左側）の注入口８Ａは、貯湯タンク２、内脚４Ｂ、入水管１２および内脚４Ａのすべてから外れた位置に形成され、注入口８Ａを介して外箱３Ａの後板３ｃ（奥）を見通すことができる位置に形成されている。換言すると、注入口８Ａから見たときの平面視において、注入口８Ａは、貯湯タンク２、内脚４Ｂ、入水管１２および内脚４Ａと重ならない位置に形成されている。

他方（図示右側）の注入口８Ｂについても同様に、貯湯タンク２、内脚４Ｃ、給水管１１および内脚４Ａのすべてから外れた位置に形成され、注入口８Ｂを介して外箱３Ａの後板３ｃ（奥）を見通すことができる位置に形成されている。換言すると、注入口８Ｂからみたときの平面視において、注入口８Ｂは、内脚４Ｃ、貯湯タンク２、給水管１１及び内脚４Ａと重ならない位置に形成されている。

貯湯タンク２の上部においては、注入口９Ａ、９Ｂ側から外箱３Ａ内を見たときに、出湯管１３および給湯管１４が、貯湯タンク２の中心側から外周側（図示鉛直方向の手前側）に向けて上部鏡板２ｂに沿って、正面側（配管カバー３ｓ側）に向けて延びている。また、給湯装置Ｋが浴槽（不図示）に接続されているものでは、貯湯タンク２内に追焚き用の熱交換器が設置され、その熱交換器に接続される浴槽戻り管１５が貯湯タンク２の上部に接続されている。この浴槽戻り管１５も、前記出湯管１３や給湯管１４と同様に、貯湯タンク２の中心側から正面側（配管カバー３ｓ側）に向けて延びている。

注入口９Ａ、９Ｂは、貯湯タンク２、出湯管１３、給湯管１４および浴槽戻り管１５から外れた位置に形成され、注入口９Ａ、９Ｂを通して外箱３Ａの後板３ｃを見通すことができる位置に形成されている。換言すると、注入口９Ａ、９Ｂから見たときの平面視において、注入口９Ａ、９Ｂは、貯湯タンク２、出湯管１３、給湯管１４および浴槽戻り管１５と重ならない位置に形成されている。

図４に示すように、注入口８Ａ、８Ｂを鉛直方向上向きにした状態で、注入口８Ａ、８Ｂから液状の発泡断熱材６が鉛直方向下方に向けて注入される。つまり、注入口８Ａ、８Ｂが鉛直方向の上側となり、外箱３の後板３ｃが底側となる。

ところで、注入口８Ａ、８Ｂから発泡前の発泡断熱材６（液状のもの）を注入したときに、発泡断熱材６が外箱３Ａの後板３ｃに到達する途中で内脚４Ａ〜４Ｃなどの他の部材に接触すると、内脚４Ａ〜４Ｃなどの他の部材において発泡が開始されることになり、他の部材の後ろ側に発泡断熱材６が行き渡らなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、注入口８Ａ、８Ｂから発泡前の発泡断熱材６（液状）を鉛直方向下方に向けて注入したときに、発泡断熱材６が貯湯タンク２、内脚４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、給水管１１および入水管１２に接触することなく、外箱３Ａの後板３ｃの内壁面３ｃ１に到達するようにしている。これにより、発泡断熱材６を底側から上方に向けて発泡させることができ、貯湯タンク２と外箱３Ａとの間の隙間全体に発泡断熱材６を行き渡らせることができる。

同様に、注入口９Ａ、９Ｂから発泡断熱材６を注入する場合においても、注入口９Ａ、９Ｂから注入された発泡断熱材６が、貯湯タンク２、出湯管１３、給湯管１４および浴槽戻り管１５に接触することなく、外箱３Ａの後板３ｃの内壁面３ｃ１に到達するようになっている。これにより、発泡断熱材６を底側から上方に向けて発泡させることができ、貯湯タンク２と外箱３Ａとの間の隙間全体に発泡断熱材６を行き渡らせることができる。

また、外箱３Ａの後板３ｃと貯湯タンク２との間には、隙間ｓ２が形成されている。この隙間ｓ２にも発泡断熱材６が充填されるようになっている。また、外箱３Ａの前板３ａと貯湯タンク２との間にも隙間ｓ３が形成されている。このように、隙間ｓ２、ｓ３を確保することで、熱の漏洩を抑制できるので、給湯装置としての効率が低下するのを抑制できる。尚、隙間ｓ２、ｓ３は、熱の漏えいを抑えることができる程度の最小限の距離に設定することで、貯湯タンクユニット１Ａをコンパクトに構成することも可能である。

次に、液状の発泡断熱材を注入して発泡させる場合の説明を行うが、図５Ａは注入時の発泡断熱材の流れを示す図であり、図５Ｂは、注入完了後の発泡途中の状態を示す図である。

図５Ａに示すように、配管カバー３ｓ（図１参照）を取り付ける前に、貯湯タンク２を内脚４Ａ、４Ｂ、４Ｃで外箱３Ａ内に固定したものを、外箱３Ａを横倒しにして、外箱３Ａの使用時の上下が水平方向、かつ、前板３ａを上向きとして、注入口８、９が上向きとなる状態にする。

外箱３Ａを横倒して載置した状態において、外箱３Ａの周囲を発泡管理治具（雇ともいう）３０で覆う（図５の二点鎖線参照）。発泡管理治具３０は、外箱３Ａの周囲全体を取り囲み、前板３ａ、側板３ｂ、３ｂ、後板３ｃ、上板３ｄ、底板３ｅのすべてを押し付ける板状の治具を備えている。そして、発泡管理治具３０の外側から、注入口８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂに対応する位置に予めセットされた４個の注入ノズル３１を注入口８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂに挿し込んで、注入口８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂから液状の発泡断熱材６を注入する。

これにより、注入口８Ａ、８Ｂから注入された液状の発泡断熱材６は、貯湯タンク２、内脚４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、給水管１１、入水管１２に邪魔されることなく、底側（後板３ｃ）の内壁面３ｃ１に到達する。同様に、注入口９Ａ、９Ｂから注入された液状の発泡断熱材６は、貯湯タンク２や各種配管に邪魔されることなく、底側（後板３ｃ）の内壁面３ｃ１に到達する。そして、発泡断熱材６は、後板３ｃの内壁面３ｃ１に沿って広がり、内壁面３ｃ１の一面に所定の深さで広がる。なお、発泡断熱材６を注入する深さは、発泡断熱材６の発泡倍率に応じて適宜変更することができる。

その後に発泡断熱材６が発泡を開始して、図５Ｂに示すように外箱３Ａの後板３ｃ側（図示下側）から前板３ａ側（図示上側）に向けて徐々に発泡する。そして、発泡断熱材６が前板３ａの内壁面３ａ１まで発泡し、外箱３Ａと貯湯タンク２との間の隙間全体が発泡断熱材６で満たされる。

このとき、発泡管理治具３０によって外箱３Ａの外面全体が抑えつけられているので、発泡断熱材６が発泡するときの発泡圧力によって外箱３Ａが膨らむ（変形する）のを防止することができる。そして、発泡断熱材６は、発泡が完了した後に硬化する。

ここで、図５Ｂに示しているように、外箱３Ａの天面板から底面板までに位置する貯湯タンク２の距離を均等に温度分布別に３分割（１：１：１の比）し、低温部を下部領域Ｕｎ、中温部を中間領域Ｍｄ、高温部を上部領域Ｕｐと分けることができる。

図６は、貯湯タンクユニット１Ａの横断面図である。図６において、発泡断熱材６は、貯湯タンク２に巻かれた真空断熱材５と外箱３Ａの内側に貼られた真空断熱材５との間に設けられている。また、貯湯タンクユニット１Ａの前部においては、外箱３Ａと該外箱３Ａに最も接近する貯湯タンク２との間に隙間ｓ３が形成され、この隙間ｓ３に発泡断熱材６が充填されている。また、貯湯タンク２の真空断熱材５が巻かれていない非重ね部５ａにも発泡断熱材６が充填されている。

また、貯湯タンクユニット１Ａ内の両側部においては、外箱３Ａと該外箱３Ａに最も接近する真空断熱材５との間に隙間ｓ１、ｓ１が形成され、各隙間ｓ１に発泡断熱材６が充填されるようになっている。同様に、貯湯タンクユニット１Ａの後部においては、外箱３Ａと該外箱３Ａに最も接近する真空断熱材５との間に隙間ｓ２が形成され、この隙間ｓ２に発泡断熱材６が充填されている。このように、貯湯タンク２と外箱３Ａとの間に隙間ｓ３、および真空断熱材５と外箱３Ａとの間に隙間ｓ１、ｓ１、ｓ２を形成することにより、貯湯タンク２内の熱が、真空断熱材５を通って外箱３Ａの外部に漏洩するのを抑制することができる。

以上のような構成を備える貯湯タンクユニット１Ａにおいては上述した通り、注入口８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ(２個の注入口の場合もある)から注入された液状の発泡断熱材６が発泡、成長を開始し、この発泡した発泡断熱材６が合流する「合わせ目」、或いは、発泡断熱材６の流動末期に合流して反応を終える「最終充填部」には、発泡断熱材６のボイドが発生しやすい。また、流動末期である最終充填部の発泡断熱材６の発泡倍率は、発泡初期、中期と比べ低いため、樹脂成分が多く高密度化（気泡が少ない）して熱伝導率が悪化する。したがって、発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」が貯湯タンク２の中間領域Ｍｄで形成されると、中間領域Ｍｄから熱が漏洩し易いという現象が生じる。

そこで、本実施形態においては、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域Ｕｎ(低温側)に熱伝導率の高い発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させる構成にした。これによれば、熱伝導率が高い発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を貯湯タンク２の中間領域Ｍｄから遠ざけて低温側の下部領域Ｕｎに形成するため、貯湯タンク２の中間領域Ｍｄからの熱漏洩量を低減することができるようになるものである。

そして、本実施形態では以下のような方法で、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域Ｕｎ(低温側)に熱伝導率の高い発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させるようにしたものである。

図５Ａ、５Ｂにおいて、下部領域Ｕｎに近い底板３e側に位置する注入口８Ａ、８Ｂから注入する発泡断熱材６の注入量と、上部領域Ｕｐに近い上板３ｄ側に位置する注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量の比率を調整することによって、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域Ｕｎ(低温側)に熱伝導率の高い発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させることができる。

例えば、本実施形態においては、貯湯タンク２の下部領域Ｕｎ側に配置された注入口８Ａ、８Ｂと、貯湯タンク２の上部領域Ｕｐ側に配置された注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量の比率を、「３（＝注入口８Ａ、８Ｂ）：７（＝注入口９Ａ、９Ｂ）」に設定して、注入、発泡させるものである。

この場合、貯湯タンク２の上部領域Ｕｐ側に配置された注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量が多いため、貯湯タンク２の下部領域Ｕｎ側に配置された注入口８Ａ、８Ｂからの発泡断熱材６に比べて、多くの発泡断熱材６が発泡を開始して成長していくことになる。したがって、入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の発泡進行面は、白抜きの矢印で示すように早い時間で下部領域Ｕｎ側に向かって進行するので、注入口８Ａ、８Ｂからの発泡断熱材６との発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」は、図５Ｂに示しているように下部領域Ｕｎ側に集中して形成されることになる。

このとき、発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」は外箱３Ａの内側に貼られた真空断熱材５と対向する位置に形成されている。真空断熱材５によって「合わせ目」、或いは「最終充填部」から漏れる熱を更に少なくすることができる。また、本実施形態では発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」と対向する外箱側には発泡過程において生じる発泡ガスと空気を貯湯タンクユニット１Ａの外へ排出するためのガス排出孔と、ガス排出孔に発泡断熱材６が漏れ出すことを防止するために、通気性のある連通化ポリウレタンが配置されている。

ここで、発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」は貯湯タンクユニット１Ａの下部領域Ｕｎに形成させることさえできれば、どのような位置に注入口を配置して発泡断熱材６の発泡を開始させてもよく、また、本実施形態のように発泡断熱材６であるウレタンを注入するウレタン注入機を用いて発泡する際は各注入口から注入するウレタンの量を調整しても構わない。

また、貯湯タンクユニット１Ａを正規の状態に対して上下に逆(貯湯タンク底側が上となる)にした状態での発泡や、貯湯タンクユニット１Ａを斜めに傾けた状態で発泡断熱材６を注入、発泡した場合においても、貯湯タンクユニット１Ａを正規に据え付ける状態に置いたときに、貯湯タンク２の下部領域Ｕｎに発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」が形成されていれば問題ないものである。

更に、本実施形態にあるような貯湯タンクユニット１Ａを前板３ａが上方を向くように載置して発泡断熱材６を注入するときについても、発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」は前板３ａ側で形成させなくても良く、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域の周上、例えば、側板側や後板側で形成されていても問題ないものである。

また、発泡断熱材６の発泡時に生じるガス(空気を含む)を排出するためのガス排出孔の位置に設けられる、発泡断熱材６の漏れ防止材としては、通気性があれば特に限定するものではないが、例えば不織布、連通化ウレタンや連通化ポリエチレン、グラスウール、段ボール、紙等を用いることができる。

次に、発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」位置における貯湯タンクユニット１Ａの断熱性能を測定するための測定方法と、本実施形態の断熱性能について説明する。

断熱性能評価試験は、０℃の低温恒温層内にて断熱性能試験用に作製された貯湯タンクユニット１Ａを稼働させ、貯湯タンク内の水温を出湯可能状態になるまで運転する。このとき貯湯タンク２の中間領域Ｍｄに予めセットしておいた熱電対により貯湯タンク２の中間領域Ｍｄでの温度を測定し、これを初期温度とおく。本貯湯タンクの場合５０℃であったので、このときの５０℃を初期値とした。

次に、０℃の低温環境下に放置すると貯湯タンクの温度は次第に低下するが、貯湯タンク２の中間領域Ｍｄの温度測定部にヒータを設置し、初期温度５０℃に保持するために必要なヒータ入力量を熱漏洩量として断熱性能の指標とすることとした。このとき、ヒータ入力量が小さいほど断熱性能の良い貯湯タンクユニット１Ａであるといえる。

従来の製品の断熱性能を前述した断熱性能評価試験で評価したときの数値を１００と置き、これを基準としたとき、本実施形態により作られた製品の断熱性能は９７であり、断熱性能が向上していることがわかる。

このように、本実施形態によれば、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域(低温側)に熱伝導率の高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させる構成にしたことにより、熱伝導率が高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を貯湯タンクの中間領域から遠ざけて低温側の下部領域に形成するため、貯湯タンクの中間領域からの熱漏洩量を低減することができるようになる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、貯湯タンク２の下部側に配置された注入口８Ａ、８Ｂと、貯湯タンク２の上部側に配置された注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量の比率を変更した点で異なっている。

尚、以下に説明するいくつかの実施形態においては、外箱３Ａの内側に貼り付けた真空断熱材５の構成や、ガス排出孔の構造等は基本的には実施例１と同様の構成を採用しているので、再度の説明は省略する。

本実施形態においては貯湯タンク２の下部側に配置された注入口８Ａ、８Ｂと貯湯タンク２の上部側に配置された注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量の比率を、「４（＝注入口８Ａ、８Ｂ）：６（＝注入口９Ａ、９Ｂ）」に設定して、注入、発泡した。この場合も実施例１と同様に、貯湯タンク２の上部側に配置された注入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の注入量が多いため、貯湯タンク２の下部側に配置された注入口８Ａ、８Ｂからの発泡断熱材６に比べて、多くの発泡断熱材６が発泡を開始して成長してくことになる。したがって、入口９Ａ、９Ｂから注入される発泡断熱材６の発泡進行面は、早い時間で下部領域Ｕｎ側に向かって進行するので、注入口８Ａ、８Ｂからの発泡断熱材６との発泡断熱材６の「合わせ目」、或いは「最終充填部」は、図５Ｂに示しているように下部領域Ｕｎ側に集中して形成されることになる。

本実施形態においても、実施例１と同様に断熱性能評価試験で行った。従来の製品を評価したときの数値を１００と置き、これを基準としたとき、本実施形態により作られた製品の断熱性能は９８であり、断熱性能が向上していることがわかる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、ウレタンの流動末期に反応を終える「最終充填部」を貯湯タンクの中間領域Ｍｄから遠ざけて低温側の下部領域Ｕｎに形成するための方法を提案するものである。本実施形態の場合は底板側だけから発泡断熱材６を注入するものである。

本実施形態では、貯湯タンクユニット１Ａを正規の状態に対して上下に逆にした位置で載置し、底板３e側(注入時は上面側)だけに注入口を配置し、底板３e側に配置した注入口から発泡断熱材６を注入して発泡することで、発泡断熱材６の「最終充填部」を貯湯タンク下部領域Ｕｎに形成することができる。

尚、注入口を１箇所、或いは２箇所の場合は発泡断熱材６の「合わせ目」が生じにくくなるので、この場合は発泡断熱材６の「最終充填部」が貯湯タンク下部領域Ｕｎに形成されることになる。ただ、２箇所の場合に「合わせ目」ができたとしても、貯湯タンク下部領域Ｕｎに形成される傾向が大きいので、問題となることは少ない。

本実施形態においても、実施例１と同様に断熱性能評価試験で行った。従来の製品を評価したときの数値を１００と置き、これを基準としたとき、本実施形態により作られた製品の断熱性能は９７であり、断熱性能が向上していることがわかる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態でも、ウレタンの流動末期に反応を終える箇所(最終充填部)を貯湯タンクの中間領域Ｍｄから遠ざけて低温側の下部領域Ｕｎに形成するための方法を提案するものである。

本実施形態では、貯湯タンクユニット１Ａの前板３ａが斜め上方を向き、しかも貯湯タンクユニット１Ａの上部領域Ｕｐが下側になるように斜めに傾けた状態で、貯湯タンクユニット１Ａの上部領域側、或いは下部領域側に配置された注入口から発泡断熱材６を注入して発泡させることで、発泡断熱材６の「最終充填部」或いは「合わせ目」を貯湯タンク下部領域Ｕｎに形成することができる。

本実施形態においても、実施例１と同様に断熱性能評価試験で行った。従来の製品を評価したときの数値を１００と置き、これを基準としたとき、本実施形態により作られた製品の断熱性能は９７であり、断熱性能が向上していることがわかる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態では、実施例１、実施例２における発泡断熱材６の注入口の位置を特定したものである。

実施例１と同様に貯湯タンクユニット１Ａを前板３ａが上方を向くように載置した状態で、前板３ａ上に発泡断熱材６を注入するための注入口を、発泡断熱材６の注入時に貯湯タンクユニット１Ａ内に配置される真空断熱材(貯湯タンクの外側と外箱の内側に貼り付けられた真空断熱材)と干渉しない位置に配置している。これによって、発泡断熱材６の「合わせ目」は外箱に貼られた真空断熱材と対向する位置に形成される。

尚、貯湯タンクユニット１Ａを前板３ａが上方を向くように載置した状態で、前板３ａ上に発泡断熱材６を注入するための注入口が、注入時に貯湯タンクユニット１Ａ内に配置される真空断熱材と干渉しない位置に配置されていれば、注入口の数や位置については制限されないものである。ただし、この場合も実施例１や実施例２と同様に貯湯タンクユニット１Ａの上部領域Ｕｐ側に多くの発泡断熱材６が注入されることが必要である。

本実施形態においても、実施例１と同様に断熱性能評価試験で行った。従来の製品を評価したときの数値を１００と置き、これを基準としたとき、本実施形態により作られた製品の断熱性能は９７であり、断熱性能が向上していることがわかる。

上述した各実施形態でわかるように、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域に、熱伝導率の高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させるためには次のような観点が重要である。

（１）貯湯タンクユニットを横倒しで注入する場合は、貯湯タンク２の上部領域Ｕｐ側の注入口９Ａ、９Ｂからの注入量を、下部領域Ｕｎ側の注入量よりも多くすることが必要である。このようにすれば、上部領域Ｕｐ側の注入口の数が下部領域Ｕｎ側より少ない構成でも問題ないものとなる。

（２）貯湯タンクユニットを横倒しで注入する場合は、注入口の設置位置は下部領域Ｕｎ側のみは好ましくない。逆に、上部領域Ｕｐ側のみは問題ないものである。発泡断熱材６が上部領域Ｕｐ側に多く供給され、下部領域Ｕｎ側の方に発泡していくことで、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域に、熱伝導率の高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させることができるからである。

（３）貯湯タンクユニットを下部領域Ｕｎ側が上になるようにして注入する場合は、下部領域Ｕｎに注入口を設けるだけでも良いものである。発泡断熱材は上部領域Ｕｐ側に溜まった状態から発泡を開始するので、貯湯タンクユニット１Ａの下部領域に熱伝導率の高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させることができるからである。

以上に説明した実施形態の断熱性能を図７にまとめて示している。各実施例の熱漏洩量は先に説明したが、これらの平均的な熱漏洩量は、従来製品（１００）に比べて９７.４であり、断熱性能が向上したことがわかる。

このように、熱伝導率が高い発泡断熱材の「合わせ目」、或いは「最終充填部」を貯湯タンクの中間領域から遠ざけて低温側の下部領域に形成するため、貯湯タンクの中間領域からの熱漏洩量を低減することができるようになる。

以上述べた通り、本発明においては、貯湯タンクユニットの下部領域(低温側)に熱伝導率の高いウレタン「合わせ目」、或いは「最終充填部」を形成させる構成にした。これによれば、熱伝導率が高いウレタン「合わせ目」、或いは「最終充填部」を貯湯タンクの中間領域から遠ざけて低温側の下部領域に形成するため、貯湯タンクの中間領域からの熱漏洩量を低減することができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１Ａ…貯湯タンクユニット、２…貯湯タンク、３Ａ…外箱、３ａ…前板、３ｂ…側板、３ｃ…後板、３ｄ…上板、３ｅ…底板、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…内脚、８、９…注入口、３ｓ…配管カバー、５…真空断熱材、６…発泡断熱材、１１…給水管、１２…入水管、１３…出湯管、１４…給湯管、１５…浴槽戻り管、Ｕｐ…貯湯タンクユニットの上部領域、Ｍｄ…貯湯タンクユニットの中間領域、Ｕｎ…貯湯タンクユニットの下部領域。

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収容する外箱と、前記貯湯タンクの下部に接続され水道水を導入する給水管と、前記貯湯タンクの下部に接続され前記貯湯タンク内の水をヒートポンプユニットに導入する入水管と、前記貯湯タンクの上部に接続され前記ヒートポンプユニットからの加熱された水を導入する出湯管と、前記貯湯タンクの上部に接続されて給湯端末から出湯するために前記貯湯タンクの上部の湯を取り出す給湯管と、前記貯湯タンクの下部に配置された３本の内脚とを備えた貯湯タンクユニットにおいて、
   前記外箱の下部に設けられた発泡断熱材を注入する下部側注入口であって、前記下部側注入口は、前記発泡断熱材を注入する時の注入方向に直交する平面から注入方向を見た平面視において、前記貯湯タンク、前記給水管、前記入水管、前記内脚と重ならない位置に設けられ、
   前記外箱の上部に設けられた前記発泡断熱材を注入する上部側注入口であって、前記上部側注入口は、前記発泡断熱材を注入する時の注入方向に直交する平面から注入方向を見た平面視において、前記貯湯タンク、前記出湯管、前記給湯管と重ならない位置に設けられ、
   前記貯湯タンクを高さ方向に均等に３分割し、下から下部領域、中間領域、上部領域と分け、
   前記下部側注入口及び前記上部側注入口が上方を向くように前記外箱を横倒しにした状態で前記発泡断熱材を注入する際に、前記発泡断熱材の「合わせ目」或いは「最終充填部」が前記下部領域に形成されるように、前記下部側注入口から注入される前記発泡断熱材の注入量及び前記上部側注入口から注入される前記発泡断熱材の注入量を調整した貯湯タンクユニット。
2. 請求項１に記載の貯湯タンクユニットにおいて、
   前記発泡断熱材の「合わせ目」或いは「最終充填部」が前記下部領域に形成されるように、前記下部側注入口から注入される前記発泡断熱材の注入量及び前記上部側注入口から注入される前記発泡断熱材の注入量の調整は、前記上部側注入口からの注入量が多くなるように調整した貯湯タンクユニット。

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