JP7300583B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。

この種の貯湯式給湯装置は、加熱装置によって貯湯タンクの底部から供給される水を高温に加熱し、断熱材で被覆された貯湯タンクの上部へ貯留するサイクルを繰り返すことにより、貯湯タンクの全体または一部に高温の湯を蓄える。

そして、使用者が湯を使用する給湯時には、加熱されていない水と混合することで所定温度にして給湯端末で使用する。

そして、貯湯タンクに被覆する断熱材として真空断熱材が用いられているものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図４において、真空断熱材は、シリカ等の繊維材からなる芯材１００をアルミニウム等の上部外皮材１０１、下部外皮材１０２で包装して内部を真空にした後に、外周部端面１０３、１０４を熱溶着加工等で密閉処理した断熱材であり、その熱伝導率はウレタンの５分の１から１０分の１と非常に高性能な断熱材である。

また、この真空断熱材を二重巻きとしているものも開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９－１９２０９３号公報 特開２０１７－９６５３９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、この真空断熱材を貯湯タンクに被覆した場合、真空断熱材に、外皮材が熱溶着している部分に熱が回り込むヒートブリッジ現象が生じるため、特に外皮材としてアルミ箔を用いた場合には、その影響は大きく、貯湯タンクの保温性能が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れた真空断熱材を用いた貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと前記貯湯タンクの側部の少なくとも一部を覆う第一真空断熱材と、前記第一真空断熱材に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材と、を備え、前記第一真空断熱材、前記第二真空断熱材は、芯材と前記芯材の全周を覆う外皮材とから形成されており、前記第二真空断熱材の前記外皮材は、前記第一真空断熱材の前記外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されていることを特徴とするものである。

これにより、第一真空断熱材に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材の外皮材が、第一真空断熱材の外皮材よりも熱伝導率の小さい値の材料から形成されているため、貯湯タンクの径方向（法線方向）の最外方に位置する第二真空断熱材の外皮材におけるヒートブリッジ現象による放熱を抑制できる。

このため、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れた真空断熱材を用いた貯湯式給湯装置を提供できる。

本発明によれば、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れた真空断熱材を用いた貯湯式給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成図 （ａ）本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの側断面図（ｂ）図２（ａ）のＡ－Ａ断面図 （ａ）本発明の実施の形態１における貯湯タンクの上部詳細図（ｂ）本発明の実施の形態１における貯湯タンクの断熱構成の展開図 従来の真空断熱材の構成図

第１の発明は、貯湯タンクと前記貯湯タンクの側部の少なくとも一部を覆う第一真空断熱材と、前記第一真空断熱材に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材と、を備え、前記第一真空断熱材、前記第二真空断熱材は、芯材と前記芯材の全周を覆う外皮材とから形成されており、前記第二真空断熱材の前記外皮材は、前記第一真空断熱材の前記外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されていることを特徴とする貯湯式給湯装置である。

これにより、第一真空断熱材に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材の外皮材が、第一真空断熱材の外皮材よりも熱伝導率の小さい値の材料から形成されているため、貯湯タンクの径方向（法線方向）の最外方に位置する第二真空断熱材の外皮材におけるヒートブリッジ現象による放熱を抑制できる。

このため、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れた真空断熱材を用いた貯湯式給湯装置を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記貯湯タンクの側部は、前記第一真空断熱材と前記第一真空断熱材に対して周方向に配置されている成形断熱材とで覆われており、前記第一真空断熱材の周方向の端部は、前記成形断熱材で覆われていて、前記第二真空断熱材の周方向の端部は、少なくとも前記成形断熱材と接していることを特徴とするものである。

これにより、第一真空断熱材の外皮材の周方向の端部におけるヒートブリッジ現象による放熱を抑制できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記貯湯タンクは、前記側部と、前記側部に上下方向から接合されている外面略半球状の上部と下部とから構成されており、前記側部と前記上部との接合部である第一接合部は、前記第一真空断熱材では覆われておらず、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材にて覆われており、前記繊維系断熱材または前記発泡プラスチック系断熱材に対して径方向（法線方向）の外側には、前記第二真空断熱材が配置されていることを特徴とするものである。

これにより、第一真空断熱材の外皮材の前記第一接合部との接触による破損を防止できるとともに、前記第一接合部は、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材にて覆われていて、その外側に第二真空断熱材が配置されているため、第二真空断熱材の外皮材の前記第一接合部との接触による破損も防止できる。さらには、前記第一接合部からの放熱も抑制できる。

第４の発明は、特に、第１～第３のいずれかの発明において、前記第一真空断熱材の前記外皮材は、前記第二真空断熱材の前記外皮材より耐熱温度の高い材料から形成されていることを特徴とするものである。

これにより、高温湯が貯湯されている貯湯タンクに直接接している第一真空断熱材の外皮材の方が、第二真空断熱材の外皮材より耐熱温度の高い材料から形成されているため、貯湯タンクの断熱材として総合的に耐久性を向上できる。

第５の発明は、特に、第１～第４のいずれかの発明において、前記第二真空断熱材の厚みは、前記第一真空断熱材の厚みよりも小さいことを特徴とするものである。

これにより、第二真空断熱材の外皮材は、第一真空断熱材の外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されているため、第一真空断熱材の厚みより小さくても断熱性能は維持でき、また、貯湯式給湯装置の小型化も実現できる。

第６の発明は、特に、第１～第５のいずれかの発明において、前記第一真空断熱材の前記外皮材をアルミ箔から形成し、前記第二真空断熱材の前記外皮材を蒸着フィルムから形成したことを特徴とするものである。

これにより、第二真空断熱材の外皮材を、第一真空断熱材の外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成することを実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置の構成を示す図である。

図１において、貯湯式給湯装置は、貯湯タンク１と、この貯湯タンク１の水を加熱する加熱装置２であるヒートポンプ装置と、貯湯タンク１の上部に接続された第１の出湯管３と、貯湯タンク１の下部に接続された給水管５と、第１の出湯管３と給水管５とが接続された位置の間、すなわち、高さ方向において貯湯タンク１の側部略中央部に接続された第２の出湯管４と、給水管５から分岐された給水分岐管１０と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とが入口側に接続された第１の混合弁６と、この第１の混合弁６の出口側に接続された出湯管合流管８と給水分岐管１０とが入口側に接続された第２の混合弁７と、この第２の混合弁７の出口側に接続された混合水管９とを備えている。

さらに、この混合水管９に接続された給湯口１１と、第２の出湯管４を流れる湯温を検知する中温検知手段１２と、出湯管合流管８を流れる湯温を検知する合流温検知手段１３と、混合水管９を流れる湯温を検知する給湯温度検知手段１４と、貯湯タンク１の上部に接続された熱利用出湯管２１と、熱利用出湯管２１に接続された熱交換器２０と、貯湯タンク１上部と貯湯タンク１と第２の出湯管４とが接続された位置の間に接続された熱利用戻り管２２と、熱交換器２０に接続された熱利用端末２３と、熱利用戻り管２２に流れる湯量を調整するポンプ２５と、熱利用端末２３に流れる湯温を検知する熱利用温度検知手段２４と、を備えている。

さらに、貯湯式給湯装置の運転動作を制御する制御装置２６を備えている。なお、加熱装置２であるヒートポンプ装置や熱利用端末２３以外は、貯湯タンクユニット３３内に配置されている。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

基本的な動作としては、沸き上げ前は貯湯タンク１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、貯湯タンク１の水が、沸き上げ管１６を介して、ヒートポンプ装置２に送出され加熱されて、高温の湯が貯湯タンク１に戻される。これによって貯湯タンク１には高温の湯が貯えられていく。

貯湯タンク１には高温の湯が貯えられた後、給湯利用の際には、第１の出湯管３と第２の出湯管４を通じて出湯される貯湯タンク１の湯を第１の混合弁６によって混合された出湯管合流管８内の湯と、給水分岐管１０からの給水を第２の混合弁７によって給湯設定温度に混合されて給湯口１１へ供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が給水管５を通じて貯湯タンク１下部から流入する。

また、風呂等の熱利用端末２３の水を熱交換器２０にて加熱する場合は、ポンプ２５の運転により、貯湯タンク１の上部に接続された熱利用出湯管２１から熱交換器２０、熱交換器２０から熱利用戻り管２２へと、加熱後の中温水が貯湯タンク１に戻る。

その後、給湯が発生した場合、第２の出湯管４が熱利用戻り管２２よりも下の位置に接続されているため、熱利用戻り管２２により生じた中温水が、優先的に利用され、熱利用戻り管２２による温度分布変化の影響を取り除くことができる。

また、熱利用戻り管２２は貯湯タンク１の上部に接続されており、貯湯タンク１の下部の温度は給水温度に保たれているため、沸き上げ時に加熱装置に中温水が循環して効率が低下することは無くなる。

このように、熱利用戻り管２２の貯湯タンク１との接続位置を第２の出湯管４の貯湯タンク１との接続位置よりも高い位置にする構成により、熱利用戻り管２２によって生じる中温水の影響を取り除き、沸き上げ時の効率低下を防ぐことができるので、良好な使い勝手と高い省エネルギー性とを実現できる。

さらに、ヒートポンプ装置２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできる。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの側断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

また、図３（ａ）は本発明の実施の形態１における貯湯タンクの上部詳細図である。図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における貯湯タンクの断熱構成の展開図である。

以下、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて、貯湯タンク１の断熱構成について説明する。

貯湯タンク１は、貯湯タンク上部１ａ、貯湯タンク側部１ｂ、貯湯タンク下部１ｃから構成されており、それぞれ溶接されて、貯湯タンク１を形成している。

そして、貯湯タンク上部１ａは、タンク上部断熱材２９にて覆われ、貯湯タンク下部１ｃは、タンク下部断熱材３１にて覆われている。

また、貯湯タンク側部１ｂで、第２の出湯管４および熱利用戻り管２２が接続している部位には、タンク側部断熱材３０が配置されており、第２の出湯管４および熱利用戻り管２２が、タンク側部断熱材３０を貫通する構成となっている。

なお、タンク上部断熱材２９、タンク側部断熱材３０、タンク下部断熱材３１は、加工の容易な発泡スチロールまたは発泡ウレタンから形成されている。

一方、貯湯タンク側部１ｂで、第２の出湯管４および熱利用戻り管２２が接続していない部位には、貯湯タンク１の周方向において、第２の出湯管４と熱利用戻り管２２との一端側から他端側まで、あるいは、その近傍まで、第一真空断熱材２７が配置されており、さらに、第一真空断熱材２７に対して径方向（法線方向）の外側には、第二真空断熱材２８が配置されている。

ここで、第一真空断熱材２７、第二真空断熱材２８は、芯材と、芯材の全周を覆う外皮材とから形成されている。

そして、第一真空断熱材２７の外皮材はアルミ箔から形成され、第二真空断熱材２８の外皮材は蒸着フィルムから形成されている。

すなわち、第二真空断熱材２８の外皮材は、第一真空断熱材２７の外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されている。

参考までに、外皮材の熱伝導率として、第一真空断熱材２７のアルミ箔は約２３８［Ｗ／ｍ・Ｋ］、第二真空断熱材２８のアルミ蒸着フィルムは約２０．６［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。

これにより、第一真空断熱材２７に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材２８の外皮材が、第一真空断熱材２７の外皮材よりも熱伝導率の小さい値の材料から形成されているため、貯湯タンク１の径方向（法線方向）の最外方に位置する第二真空断熱材２８の外皮材におけるヒートブリッジ現象による放熱を抑制できる。

また、第二真空断熱材２８の外皮材のうち、少なくとも第一真空断熱材２７に接する面のみが蒸着フィルムであれば、ヒートブリッジによる放熱抑制の効果は得られる。

また、第一真空断熱材２７の上方向の端部は、貯湯タンク１の側部と第二真空断熱材２８とタンク上部断熱材２９とで覆われている。また、第一真空断熱材２７の下方向の端部は、貯湯タンク１の側部と第二真空断熱材２８とタンク下部断熱材３１とで覆われていている。

また、第一真空断熱材２７の周方向の両端部も、タンク側部断熱材３０にて覆われており、第二真空断熱材２８の周方向の両端部は、少なくともタンク側部断熱材３０と接している。

これにより、第一真空断熱材２７の外皮材の高さ方向および周方向の端部、すなわち外皮材の全周が、断熱されているので、第一真空断熱材２７の外皮材におけるヒートブリッジ現象による放熱を抑制できる。

貯湯タンク１は、貯湯タンク側部１ｂと貯湯タンク上部１ａとの接合部である第一接合部３４、貯湯タンク側部１ｂと貯湯タンク下部１ｃとの接合部である第二接合部３５を備えている。

なお、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置は、温度成層式なので、上方部の方が高温になる場合が多い。そのため、貯湯タンク側部１ｂの外周に貯湯タンク上部１ａを被せてから溶接しているので、第一接合部３４は貯湯タンク１の外表面より突出している。

そのため、貯湯タンク側部１ｂと貯湯タンク上部１ａとの接合部である第一接合部３４は、第一真空断熱材２７では覆わず、タンク溶接部断熱材３２である繊維系断熱材（例えば、グラスウール）または発泡プラスチック系断熱材（例えば、発泡スチロールまたは発泡ウレタン）にて覆われており、タンク溶接部断熱材３２である繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材に対して径方向（法線方向）の外側には、第二真空断熱材２８が配置されている。

これにより、第一真空断熱材２７の外皮材の第一接合部３４との接触による破損を防止できるとともに、第一接合部３４は、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材にて覆われていて、その外側に第二真空断熱材２８が配置されているため、第二真空断熱材２８の外皮材の第一接合部３４との接触による破損も防止できる。

また、第一接合部３４は、タンク溶接部断熱材３２である繊維系断熱材（例えば、グラスウール）または発泡プラスチック系断熱材（例えば、発泡スチロールまたは発泡ウレタン）にて覆われていることで、貯湯タンク１の外表面より突出していることで、断熱材の配置の困難な貯湯タンク側部１ｂと貯湯タンク上部１ａとの接合部である第一接合部３４からの放熱を抑制できる。

また、高温湯が貯湯されている貯湯タンク１に直接接している第一真空断熱材２７の外皮材の方が、第二真空断熱材２８の外皮材より耐熱温度の高い材料から形成されているため、貯湯タンクの断熱材として総合的に耐久性を向上できる。

参考までに、外皮材がアルミ箔から形成されている第一真空断熱材２７の耐熱温度は約２４０℃、外皮材が蒸着フィルムから形成されている第二真空断熱材２８の耐熱温度は約１８０℃である。

また、第二真空断熱材２８の厚みは、第一真空断熱材２７の厚みよりも小さいが、第二真空断熱材２８の外皮材は、第一真空断熱材２７の外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されているため、第一真空断熱材２７の厚みより小さくても断熱性能は維持でき、また、貯湯式給湯装置の小型化も実現できる。

なお、本発明の実施の形態１における第一真空断熱材２７は、上下方向に複数枚に分割されているが、一枚でも良い。

以上のように、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置によれば、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れた真空断熱材を実現できる。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯装置は、貯湯タンクに被覆する断熱材として、保温性に優れ真空断熱材を用いているので、家庭用の貯湯式給湯装置のみならず、業務用などの貯湯式給湯装置にも適用できる。

１ 貯湯タンク
１ａ 貯湯タンク上部
１ｂ 貯湯タンク側部
１ｃ 貯湯タンク下部
２ 加熱装置（ヒートポンプ装置）
３ 第１の出湯管
４ 第２の出湯管
５ 給水管
６ 第１の混合弁
７ 第２の混合弁
８ 出湯管合流管
９ 混合水管
１０ 給水分岐管
１１ 給湯口
１２ 中温検知手段
１３ 合流温検知手段
１４ 給湯温度検知手段
１６ 沸き上げ管
２０ 熱交換器
２１ 熱利用出湯管
２２ 熱利用戻り管
２３ 熱利用端末
２４ 熱利用温度検知手段
２５ ポンプ
２６ 制御装置
２７ 第一真空断熱材
２８ 第二真空断熱材
２９ タンク上部断熱材
３０ タンク側部断熱材
３１ タンク下部断熱材
３２ タンク溶接部断熱材
３３ 貯湯タンクユニット
３４ 第一接合部
３５ 第二接合部

Claims (6)

1. 貯湯タンクと
   前記貯湯タンクの側部の少なくとも一部を覆う第一真空断熱材と、
   前記第一真空断熱材に対して径方向（法線方向）の外側に配置されている第二真空断熱材と、
   を備え、
   前記第一真空断熱材、前記第二真空断熱材は、芯材と前記芯材の全周を覆う外皮材とから形成されており、
   前記第二真空断熱材の前記外皮材は、前記第一真空断熱材の前記外皮材よりも、熱伝導率の小さい値の材料から形成されていることを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記貯湯タンクの側部は、前記第一真空断熱材と前記第一真空断熱材に対して周方向に配置されている成形断熱材とで覆われており、前記第一真空断熱材の周方向の端部は、前記成形断熱材で覆われていて、前記第二真空断熱材の周方向の端部は、少なくとも前記成形断熱材と接していることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記貯湯タンクは、前記側部と、前記側部に上下方向から接合されている外面略半球状の上部と下部とから構成されており、前記側部と前記上部との接合部である第一接合部は、前記第一真空断熱材では覆われておらず、繊維系断熱材または発泡プラスチック系断熱材にて覆われており、前記繊維系断熱材または前記発泡プラスチック系断熱材に対して径方向（法線方向）の外側には、前記第二真空断熱材が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記第一真空断熱材の前記外皮材は、前記第二真空断熱材の前記外皮材より耐熱温度の高い材料から形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置
5. 前記第二真空断熱材の厚みは、前記第一真空断熱材の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記第一真空断熱材の前記外皮材をアルミ箔とし、前記第二真空断熱材の前記外皮材を蒸着フィルムとしたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。

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