JP5788081B2 - 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機 Download PDF

Info

Publication number
JP5788081B2
JP5788081B2 JP2014507313A JP2014507313A JP5788081B2 JP 5788081 B2 JP5788081 B2 JP 5788081B2 JP 2014507313 A JP2014507313 A JP 2014507313A JP 2014507313 A JP2014507313 A JP 2014507313A JP 5788081 B2 JP5788081 B2 JP 5788081B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat insulating
insulating material
vacuum
heat
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014507313A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013145401A1 (ja
Inventor
俊雄 篠木
俊雄 篠木
俊圭 鈴木
俊圭 鈴木
稔則 杉木
稔則 杉木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2014507313A priority Critical patent/JP5788081B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5788081B2 publication Critical patent/JP5788081B2/ja
Publication of JPWO2013145401A1 publication Critical patent/JPWO2013145401A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/06Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18Water-storage heaters
    • F24H1/181Construction of the tank
    • F24H1/182Insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12Heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/08Storage tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00Thermal insulation; Thermal decoupling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
  • Details Of Fluid Heaters (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

本発明は、真空断熱材と発泡断熱材とを一体成形した複合断熱材及びそれを用いた保温タンク並びにヒートポンプ式給湯機に関する。
真空断熱材は、従来からのグラスウール断熱材などと比べて、熱伝導率を大幅に小さくできるため、省エネルギー意識の向上とともに断熱材として広く使われるようになってきた。
しかし、真空断熱材を構成する外被材は、アルミ箔からなる薄いラミネートフィルム、又は金属箔を使用するために、高温側から低温側へフィルム表面から熱移動が起こり、断熱性能を低下させることが課題となっている。このため、アルミ箔に代わってアルミ蒸着フィルムを用いるなどして、外被材を構成する金属を薄肉化することが図られてきている(例えば特許文献1参照)。
また、作業中に真空断熱材の外被材が破損することを防止するために、真空断熱材を発泡断熱材中に埋設する構造(例えば特許文献2参照)や、真空断熱材と発泡ポリスチレンとをホットメルト接着剤によって一体成形させ、真空断熱材を発泡ポリスチレンに全面埋設する構造及び片面に配設する構造(例えば特許文献3参照)が知られている。
特開2008−256125号公報(図3) 特開昭59−13187号公報(第3頁、図2) 特開2008−8431号公報(第5頁、図1、図3)
しかしながら、アルミ蒸着フィルムは、基材フィルムに50nm程度のアルミを蒸着させたもので、均一な蒸着層を形成することが困難であることから、アルミ箔と比べてバリア性が低い上に、曲げやねじりのみならず温度変化にも弱いことから、例えば貯湯タンクなどに適用した場合、蒸着層にクラックが発生して真空度が低下し、断熱性能が低くなるという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、貯湯タンクなどに適用する複合断熱材を構成する真空断熱材に、アルミ箔や厚い金属蒸着フィルムを含んだ包装材を用いても、断熱性能が高い複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、繊維シートを積層体構造にした芯材及び芯材を真空密閉して覆う外被材を有する真空断熱材と、真空断熱材と一体成形された発泡断熱材とを備え、発泡断熱材が、真空断熱材の高温側に面する真空断熱高温面の全面及び真空断熱材の低温側に面する真空断熱低温面の周縁部の少なくとも一部に配設されたことを特徴とする。
本発明によれば、真空断熱高温面から真空断熱低温面に向けて、アルミ箔外被材の表面からの熱移動を抑制でき、断熱性能が高い複合断熱材が得られ、これを用いた保温タンク及びヒートポンプ式給湯機では、保温性が高くなることから、熱効率が高くなるという効果を奏する。
図1は、本発明にかかる複合断熱材の実施の形態1に適用される真空断熱材の構成を示す断面模式図である。 図2は、実施の形態1にかかる複合断熱材を示す断面模式図である。 図3は、真空断熱材の周囲を覆うように発泡スチロールが設けられた複合断熱材の構造を示す図である。 図4は、真空断熱材の片側のみに発泡スチロールを設けた複合断熱材の構造を示す図である。 図5は、6μmの厚さのアルミ箔を含むラミネートフィルムを外被材とした条件で、真空断熱材が挿入された端部からの距離と外被材表面を移動する熱量との関係を示す図である。 図6は、実施の形態1にかかる複合断熱材の他の構成例を示す図である。 図7は、実施の形態1にかかる他の構成例の複合断熱材の断面図である。 図8は、本発明にかかる複合断熱材の実施の形態2の構成を示す模式図である。 図9は、実施の形態2にかかる複合断熱材の断面図である。 図10は、実施の形態2にかかる複合断熱材の他の構成例を示す図である。 図11は、実施の形態2にかかる他の構成例の複合断熱材の断面図である。 図12は、実施の形態4にかかるヒートポンプ式給湯機のシステムの構成を示す図である。 図13は、実施の形態4にかかるヒートポンプ式給湯機の別のシステム構成を示す図である。
以下に、本発明にかかる複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる複合断熱材の実施の形態1に適用される真空断熱材の構成を示す断面模式図である。図1において、真空断熱材1は、繊維シート2を積層体構造とした芯材3が外被材4によって覆われ真空密閉されて構成されている。
繊維シート2は、約90%が空間で、残りがガラス繊維で構成されており、断熱性能を向上させるために繊維自体は極力シート面と平行方向となるように配置されている。また、外被材4はアルミ箔6を複数の高分子シートで挟持したアルミラミネートシートである。
図2は、実施の形態1にかかる複合断熱材を示す断面模式図である。真空断熱材1における高温側面(真空断熱高温面)7には、全面に接するように発泡スチロール8aが設けられている。また、真空断熱材1の周囲部9にも、全面が接するように発泡スチロール8bが設けられている。一方、低温側面(真空断熱低温面)10には、その一部の面のみが接するように発泡スチロール8cが設けられている。低温側面10の周縁部に発泡スチロール8cが配設され、低温側面10の中央部は発泡スチロール8cによって覆われず、露出している。低温側面10の中央部が露出していることにより、低温側面10の全面が発泡スチロール8cに覆われる場合に比べて、覆われない領域を空間的に有効利用できる。なお、発泡スチロール8a,8b,8cは、実際には一つの部材(発泡スチロール8)で構成されており発泡断熱材をなす。
次に、本実施の形態における真空断熱材1の製造方法について説明する。
まず、抄紙法による繊維シート2の形成方法について説明する。始めに、直径が4〜13μm、長さ2〜15mmの太径繊維と、直径が1μm程度の細径繊維とを液体中に分散させる。次に、その液体を用いて自動送り式抄紙機などで抄紙した後に乾燥させ、厚さ0.5m程度の繊維シート原反を作製する。続いて、この繊維シート原反を、必要とする真空断熱材1の面積程度に裁断し、繊維シート2とする。このように抄紙して形成された繊維シート2の繊維の方向は、多くが繊維シート2の厚さ方向と垂直になっている。
次に、芯材3を形成する方法について説明する。所定のサイズに切断された繊維シート2を、大気圧と真空との圧力差による圧縮歪を想定して、所望の厚さとなるように積層して芯材3とする。
なお、繊維シート原反を切断せずにとぐろ状に巻き込んで積層体にしても良い。また、繊維シート原反の作製に抄紙法を用いる場合を例として説明したが、これに限定されることはない。例えば、遠心法を用いた乾式製造方法であってもよい。またこの場合、積層体の製造はグラスウールを作製する過程でガラス繊維を積層することによって作製する。
次に、芯材3を外被材4に挿入して真空断熱材1を製造する方法について説明する。まず、2枚の外被材シート(不図示)で予め製袋した(2枚の各々の3辺を接合した)外被材4を作製しておき、前述の方法などにより準備した芯材3を乾燥させてから外被材4に挿入した後に、真空チャンバ内に配置する。次に、真空チャンバ内を減圧して、所定の圧力、例えば0.1〜3Pa程度の真空圧にする。この状態で、外被材4の残りの開口部をヒートシールにより密閉する。真空チャンバ内を大気圧に戻し、真空チャンバ内から取り出すことで、実施の形態1にかかる真空断熱材1が得られる。
なお、2枚の外被材シートによって芯材3を挟み込むように真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内で減圧した後に、上下の外被材シートの周囲をヒートシールによって密閉するようにしてもよい。また、必要に応じて、外被材4で覆われた空間にガス吸着剤を挿入してもよい。
上記のようにして製造された真空断熱材1の内部空間は、真空に保持されている。
続いて、複合断熱材5を作製する方法について説明する。まず、原料粒子(ポリスチレン粒子)を加熱して予備発泡させ、発泡ポリスチレン粒子を作製する。次に、真空断熱材1を金型に挿入し、発泡ポリスチレン粒子を充填した上で、密閉する。そして密閉した金型を蒸気加熱することによって、発泡ポリスチレン粒子を発泡させて発泡スチロール8(発泡ポリスチレン)とし、最後にこれを金型から脱型することで、複合断熱材5が作製される。
なお、金型に真空断熱材1を配置するのに先だって、ホットメルト系接着剤を真空断熱材1に塗布して、発泡スチロール8と真空断熱材1とを接着しやすいようにしても良い。ホットメルト系接着剤としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体やポリオレフィン共重合体などがある。
従来、例えば、特許文献2及び特許文献3には、真空断熱材51の周囲を覆うように発泡スチロール58が設けられた構造が示されている。図3は、真空断熱材の周囲を覆うように発泡スチロールが設けられた複合断熱材の構造を示す図である。この構造は、アルミ箔56を複数の高分子シートで挟持した外被材54の表面に沿った熱移動を抑制する効果が得られるものの、発泡スチロール58の使用量が多く、複合断熱材55がコスト高になってしまう。また、複合断熱材55を製造する上で、真空断熱材51を金型内で浮かせるように設置しなければならず、そのために支持体が必要となる。支持体を設けた箇所には発泡ポリスチレン粒子が入り込まなくなるだけでなく、金型から脱型するときに特異点となって発泡スチロール58が割れやすくなる。
また、特許文献3には、真空断熱材の片側のみ発泡スチロールを設けた構造が示されている。図4は、真空断熱材51の片側のみに発泡スチロール58を設けた複合断熱材55の構造を示す図である。この構造は、図中での下方向を高温側面57、上方向を低温側面60とすると、アルミ箔56を複数の高分子シートで挟持した外被材54の表面に沿った熱移動が大きく、断熱性能が低下する。すなわち、周縁部の外被材54同士を貼り合わせた部分を介しての熱移動が大きくなる。
次に、実施の形態1にかかる複合断熱材5の性能評価結果について説明する。性能評価した複合断熱材5に用いた真空断熱材1は、平均繊維直径が6μmで長さが約12mmのチョップドガラス繊維と火炎法で製造された約0.8μmのマイクロガラスファイバ繊維とを抄紙して作製した厚さ約0.5mmの25枚の繊維シート2を積層して芯材3とし、芯材3をアルミラミネートシート[25μm−ONy(延伸ナイロン)/12μm−AL蒸着PET(ポリエチレンテレフタレート)/6μm−AL箔/50μm−PE(無延伸ポリエチレン)]の外被材4で真空密閉した。サイズは、縦横約600×600mmとし、大気圧と真空との圧力差による圧縮歪が生じた完成状態での厚さは8mmとした。作製した真空断熱材1の熱伝導率を測定した結果、0.0017W/mKであった。
次に、作製した真空断熱材1を型に挿入した。型は、縦横のサイズを800×800mmとし、型の中央下部の凸部(450×450mm)を設けたもので、この凸部に真空断熱材1を載せるように配置した後、発泡ポリスチレン粒子を充填して、発泡させて複合断熱材5とした。作製した複合断熱材5を貯湯タンクに4セット設置し、貯湯タンクに90℃のお湯を入れ、外気を4℃に設定して、放熱試験を実施したところ、8時間の平均放熱量は約52Wであった。
また、比較のために、同一の真空断熱材1を作製し、次に、前述のような凸部を有さず、片面が平面である金型に真空断熱材を配置して、図4に示した構造の複合断熱材を作製した。その他の手順は同様である。発泡スチロール8側を貯湯タンクに接するように配設し、同様の放熱試験を実施した結果、放熱量は約56Wであった。
通常、断熱材の熱伝導率測定は、断熱材の上面及び下面を異なる温度に制御し、その温度差における断熱材中央部の熱流束を測定する。真空断熱材の場合は、外被材表面からの熱が移動しやすいバイパス経路があっても、外被材を構成する金属を薄くして、平面方向の熱抵抗を大きくしていることから、中央部と端部との距離が十分であれば、この影響を受けない。一方、熱機器に適用する場合は、例えば真空断熱材の片側全面が保温対象となるため、真空断熱材の端部(周囲部)では、外被材表面を経由した熱移動が起こる。したがって、全体の放熱量で評価すると、断熱性能に差異が生じることになる。そこで、この現象を確かめるために、上記の実験の条件にて数値解析を実施した。図5は、6μmの厚さのアルミ箔を含むラミネートフィルムを外被材とした条件で、真空断熱材が挿入された端部からの距離と外被材表面を移動する熱量との関係を示す図である。芯材挿入端部から0〜50mmは外被材表面に大きな熱移動があることが分かる。この熱移動によって、断熱性能低下が起こり、放熱量の差が現れると考えられる。したがって、端部からの発泡スチロールは、50mm程度以上、好ましくは100〜150mmまで覆うことで、外被材表面の熱移動を抑制できる。
上記構成により、外被材4の表面から真空断熱材1の周囲を移動する熱量を抑制でき、断熱性能の向上を図れる。
図6は、実施の形態1にかかる複合断熱材の他の構成例を示す図である。図7は、実施の形態1にかかる他の構成例の複合断熱材の断面図であり、図6中のVII−VII線に沿った断面を示している。図中、真空断熱材1は、部分円筒形状になっている。その他は前出の構造と同じである。真空断熱材1を作製した後、金型に挿入する前に部分円筒形状に成形加工している。この加工には、例えば、3軸ロールベンダを用いることができる。この場合、部分円筒形状の複合断熱材5を作製でき、円筒形状のタンク等の周囲に配置できる。断熱効果は、平板形状の場合と同等の効果が得られる。
実施の形態1にかかる複合断熱材5は、真空断熱材1の外被材4の表面からの熱移動を抑制できるため、断熱性能を高くすることができる。また、低温側面10の一部のみに発泡スチロール8を設けることで、発泡材料を削減でき、金型で成形する際に真空断熱材1を支持する支持材が不要となることから、発泡スチロール8の部分を均一な形状で作製できる。したがって、成形した後、製品を取り付けるまでの工程での破損等は発生しにくくなる。さらに、高温側面7に発泡スチロール8aを配置することで、真空断熱材1の耐熱温度よりも高い温度領域での使用が可能となる。
本実施の形態においては、アルミラミネートシートを外被材4として用いているため、曲げ加工しても高いバリア性を維持することができ、真空断熱材1を部分円筒形状などに成形しても断熱性能を損なうことがない。
実施の形態2.
図8は、本発明にかかる複合断熱材の実施の形態2の構成を示す模式図である。図9は、実施の形態2にかかる複合断熱材の断面図であり、図8でのIX−IX線に沿った断面を示している。
部分円筒状に成形した真空断熱材1の周方向の接線11を想定し、発泡スチロール8は、接線11を軸方向に連続させた平面よりも概ね真空断熱材1側に限定して配置したものである。この構成により、矩形の容器12に入った円筒形状のタンクの周囲に複合断熱材5を設ける場合、この接線に平行になるように容器12の壁を配置することで複合断熱材5の有効な配置が実現でき、実施の形態1と同等の断熱性能を実現しつつ、容器12を小型化し、機器のスペース効率を向上させることができる。
図10は、実施の形態2にかかる複合断熱材の他の構成例を示す図である。図11は、実施の形態2にかかる他の構成例の複合断熱材の断面図であり、図10中のXI−XI線に沿った断面を示している。図9と同様に、部分円筒状に成形した真空断熱材1の周方向の接線11を想定し、発泡スチロール8は、接線11を軸方向に連続させた平面よりも概ね真空断熱材1側に限定して配置したものである。実施の形態2にかかる複合断熱材の他の構成例では、発泡スチロール8の縦方向にクランク形状の嵌合段差13を設けているため、発泡スチロール8同士が係合するように配置して貼り付け可能である。
この場合、組立作業中などに、複合断熱材5同士の接合部に隙間ができることを防止でき、より断熱性能の高い複合断熱材5を実現できる。さらに、大量生産による製品のバラツキを抑制できる。すなわち、図10のように発泡スチロール8の端部に嵌合段差13が設けられていると、複合断熱材5同士の接合部に隙間ができたとしてもラビリンス効果により隙間内での気体の動きが妨げられるため、断熱性能の低下を抑えられる。このため、製品のバラツキにより隙間が広くなったとしても所望の断熱性能を維持できる。
実施の形態3.
実施の形態3にかかる複合断熱材5は、真空断熱材1を挟んで配置される発泡スチロールについて、内部で発泡倍率が異なるようにしたものである。例えば、真空断熱材1を挟んで両側の面で、発泡倍率の異なる発泡ポリスチレン粒子を型に充填するようにする。一例として、真空断熱材1の高温側面7の側に、発泡倍率が低いためにコストが割高になるものの、高い保温性が得られる低発泡倍率用ポリスチレン粒子を充填し、低温側面10の側には、発泡倍率が高いものの保温性がやや劣る高発泡倍率用ポリスチレン粒子を充填して複合断熱材5を作製する。
この場合、金型に粒子を充填するタイミングをずらすことなどによって二種類の粒子の配置位置を分けることが可能となる。その結果、厚さが大きく取れるような構造体の部分は、高発泡倍率のポリスチレン粒子を使用することで、コスト低減を図れる。
また、上記の説明では、発泡倍率が異なる場合を例としたが、耐熱温度が異なる発泡ポリスチレン粒子を適用することも可能である。このようにすれば、耐熱性の必要な部位には、使用温度領域に応じた発泡スチロールを配置できるため、断熱効率の良い構造とすることができる。
実施の形態4.
図12は、実施の形態4にかかるヒートポンプ式給湯機のシステムの構成を示す図であり、システムフローを示している。図12において、ヒートポンプユニット31は、循環媒体が循環する冷媒循環系統36と、冷媒が流通する複数の機器とで構成されている。冷媒が流通する複数の機器として、大気との間で熱を授受し、循環冷媒に授与する空気熱交換器(空気−冷媒熱交換器)35と、循環媒体を加圧する圧縮機25と循環冷媒から熱を除去する熱交換器(冷媒−媒体熱交換器)29と循環媒体を体積膨張させる膨張弁(減圧器)26とを備える。また、熱交換器29で加熱された他の媒体は、三方弁28を経由して保温タンク22の上部と接続されている。また、保温タンク22の下部と熱交換器29との間には水ポンプ34aが設けられており、これらで媒体循環系統37を構成している。また、保温タンク22の上部には温水を取り出して市水32と混合弁27aで混合して給湯に用いる給湯系統38と、混合弁27bにて市水32と混合して浴槽33に供給する系統が設けられている。さらに、浴槽33からは、水ポンプ34bと風呂熱交換器30に接続する系統が設けられている。また、市水32は保温タンク22の下部に接続されている。
ヒートポンプユニット31を用いて保温タンク内部の水を加熱する動作について説明する。ヒートポンプユニット31は、例えばCOを冷媒として用い、冷媒循環系統36にて循環される。まず、COは、空気熱交換器35で大気中の熱を吸収する。次に、圧縮機25で圧縮されて百数十℃まで温度が上昇する。そして、熱交換器29で媒体循環系統37を通過する媒体(例えば水)との熱交換が行われる。熱を奪われたCOは、膨張弁26にてさらに温度が低下されて、再度空気熱交換器35に供給されて循環される。熱交換器29にて加熱された水は、例えば90℃強まで加熱され、保温タンク22の上部に供給される。またこの時、保温タンク22の下部からは温度の低い冷水が取り出され、水ポンプ34aにて、熱交換器29に供給される。この水循環が媒体循環系統37を構成している。このように、ヒートポンプユニット31を加熱源として用いて、保温タンク22内部の水を加熱させる。
加熱された温水は用途に応じて使用されるが、例えば、保温タンク22の上部から取り出した温水(保温タンク22の下部に市水32を供給することで水圧にて押し上げる)は、混合弁27aにて市水32と混合されて適切な温度になるように調整された後、給湯用として給湯系統38に供給される。また、同様に混合弁27bにて市水32と混合された温水が浴槽33に供給される。一方、浴槽33の追い焚きには、風呂熱交換器30にて、浴槽33内の温水と、保温タンク22内の温水とを熱交換させて利用する。
実施の形態2で示した保温タンク22に、複合断熱材5を適用し、家庭用の給湯機システムの性能を評価した。JIS C 9220に基づいて、給湯機システムの効率を評価した結果、年間給湯効率が約1.5%向上することが確認された。このため、本実施の形態に係る給湯システムは、省エネルギー性に優れる。
図13は、実施の形態4にかかるヒートポンプ式給湯機の別のシステム構成を示す図であり、システムフローを示している。図13において、媒体循環系統37は、三方弁28bによって、保温タンク22を循環する系統と、これと分岐して暖房端末としてのラジエータ39に接続する系統とが設けられている。また、保温タンク22を流通する循環系統は、保温タンク22内部の水とは幾何学的に分離されている。冷媒循環系統36の冷媒にはR410Aを用いている。その他の構成は図12と同様である。
ヒートポンプユニット31を構成する熱交換器29で加熱された媒体循環系統37を流通する約70℃弱の温水は、通常はラジエータ39に供給されて、部屋の暖房に用いられる。ラジエータ39で大気に熱を与えて温度が低下した水を、水ポンプ34aによって熱交換器29に戻すことによって媒体循環系統37を形成している。一方で、三方弁28bの切替により、ラジエータ39への温水の供給を停止し、保温タンク22に設けられた螺旋状の管を通過させることによって、保温タンク22に満たされた水を加温し、温水として貯える。保温タンク22に貯えられた温水は、シャワー等の給湯として利用される。
暖房を主目的とした給湯システムでは、暖房負荷の小さい時間帯に保温タンクに温水を貯え保温しておくことが必要あるが、上記実施の形態に複合断熱材5を適用することで、タンクからの放熱が低減され、より省エネルギー性に優れた給湯機システムを実現できる。これにより、ATW(Air to Water)システムにおいて年間給湯効率の向上を図れる。
なお上記の説明においては、保温タンク22の加熱方法や浴槽の追い焚きや給湯の一例を示したが、これに限定されることはなく、ヒートポンプの原理を利用してタンク内部の水を直接加熱するものや、媒体循環系統37を流通させる媒体とタンク内部の水を幾何学的に分離して間接的に加熱するものであっても良い。
また、冷媒循環系統36を循環させる冷媒としてCOやR401Aを利用した例を示したが、これに限定されることはなく、使用条件等によってイソブタンなどを利用することも可能である。
以上のように、本発明にかかる複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機は、断熱性が高く、装置を小型化できる点で有用である。
1,51 真空断熱材、2 繊維シート、3 芯材、4,54 外被材、5,55 複合断熱材、6,56 アルミ箔、7,57 高温側面、8,8a,8b,8c,58 発泡スチロール、9 周囲部、10,60 低温側面、11 接線、12 容器、13 嵌合段差、31 ヒートポンプユニット、32 市水、33 浴槽、34a,34b 水ポンプ、35 空気熱交換器、36 冷媒循環系統、37 媒体循環系統、38 給湯系統、39 ラジエータ。

Claims (9)

  1. 容器に入った円筒形状の保温タンクの周囲に配置される複合断熱材であって、
    繊維シートを積層体構造にした芯材及び該芯材を真空密閉して覆う外被材を有し、部分円筒状に成形された真空断熱材と、
    前記真空断熱材と一体成形された発泡断熱材とを備え、
    前記発泡断熱材が、前記真空断熱材の高温側に面する真空断熱高温面の全面及び前記真空断熱材の低温側に面する真空断熱低温面の周縁部に配設され
    前記真空断熱低温面の中央部は、前記真空断熱材が前記発泡断熱材で覆われておらず露出されており、
    前記発泡断熱材が、前記容器の壁と平行になる前記真空断熱材の部分円筒面の周方向の接線を軸方向に連続させた面よりも、前記真空断熱材側に形成されたことを特徴とする複合断熱材。
  2. 前記真空断熱低温面の周縁部に設けられた前記発泡断熱材は、芯材端部からの距離が50mmを超える部分まで前記真空断熱低温面を覆っていることを特徴とする請求項1に記載の複合断熱材。
  3. 前記外被材は、ラミネート加工されたアルミ箔を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の複合断熱材。
  4. 他の複合断熱材との接合部となる前記発泡断熱材の端部に、複合断熱材同士の間に隙間ができることを防止する嵌合段差が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の複合断熱材。
  5. 前記発泡断熱材は、前記真空断熱高温面側と前記真空断熱低温面側とで発泡倍率が異なることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の複合断熱材。
  6. 前記発泡断熱材が、発泡ポリスチレンで形成されたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の複合断熱材。
  7. 少なくとも一部が請求項1からのいずれか1項に記載の複合断熱材で覆われた保温タンク。
  8. 請求項に記載の保温タンクと、
    前記保温タンクに貯留される媒体を加熱する加熱源とを備え、
    前記加熱源は、空気と冷媒とを熱交換する空気−冷媒熱交換器、前記冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と前記媒体とを熱交換する冷媒−媒体熱交換器、及び前記冷媒を減圧する減圧器とを有するヒートポンプユニットであることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
  9. 前記保温タンクに接続され、前記媒体の熱で室内空気を加熱する暖房端末を備えることを特徴とする請求項に記載のヒートポンプ式給湯機。
JP2014507313A 2012-03-29 2012-10-30 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機 Active JP5788081B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014507313A JP5788081B2 (ja) 2012-03-29 2012-10-30 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012076742 2012-03-29
JP2012076742 2012-03-29
JP2014507313A JP5788081B2 (ja) 2012-03-29 2012-10-30 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機
PCT/JP2012/078048 WO2013145401A1 (ja) 2012-03-29 2012-10-30 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5788081B2 true JP5788081B2 (ja) 2015-09-30
JPWO2013145401A1 JPWO2013145401A1 (ja) 2015-12-10

Family

ID=49258741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014507313A Active JP5788081B2 (ja) 2012-03-29 2012-10-30 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5788081B2 (ja)
WO (1) WO2013145401A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6237455B2 (ja) * 2014-05-12 2017-11-29 三菱電機株式会社 貯湯式給湯機
CN105570620B (zh) * 2016-01-19 2017-11-03 南京航空航天大学 一种耐高温保冷双面复合真空绝热板

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4458046B2 (ja) * 2006-01-30 2010-04-28 株式会社デンソー 貯湯タンク
JP4745269B2 (ja) * 2007-02-28 2011-08-10 三菱電機株式会社 貯湯式給湯機の貯湯タンクユニット
JP2008267481A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Mag:Kk 真空断熱複合材の製造方法および真空断熱複合材
JP5624305B2 (ja) * 2009-11-11 2014-11-12 三菱電機株式会社 断熱容器
JP2011257012A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Mitsubishi Electric Corp 貯湯式給湯機
JP2012052674A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Hitachi Appliances Inc 給湯機

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013145401A1 (ja) 2015-12-10
WO2013145401A1 (ja) 2013-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013065162A1 (ja) 真空断熱材およびその製造方法、ならびにそれを用いた保温タンクおよびヒートポンプ式給湯機
JP6025969B2 (ja) 真空断熱材、及びそれを備えた保温タンク、保温体、並びにヒートポンプ式給湯機
JP4186835B2 (ja) 貯湯タンク
CA2539448C (en) Vacuum heat insulator, manufacturing method of the same, hot-insulation cold-insulation apparatus having the same, and heat insulation board
JP5624305B2 (ja) 断熱容器
JP5618756B2 (ja) 真空断熱材およびその製造方法
JP5363779B2 (ja) 給湯機
JP5788081B2 (ja) 複合断熱材、保温タンク及びヒートポンプ式給湯機
JP2009299760A (ja) 熱機器の断熱装置
JP2009299760A5 (ja)
JP4969436B2 (ja) 真空断熱材およびそれを用いた機器
JP6266162B2 (ja) 保温体、真空断熱材および真空断熱材の製造方法
CN102174974A (zh) 全纸板结构支撑的真空隔热板及制造方法
KR20120117336A (ko) 벤딩이 용이한 진공단열재 및 그 제조방법
JP2012092870A (ja) 真空断熱材及びそれを用いた断熱箱
JP2011117631A (ja) 貯湯式給湯機
JP2016529465A (ja) エネルギー貯蔵システム
JP6359087B2 (ja) 真空断熱材、及びそれを備えた保温体
JP2017053483A (ja) 複合断熱材の製造方法、給湯機の製造方法および複合断熱材
JP2009041648A (ja) 真空断熱材および真空断熱材を適用した建築部材
JP5216510B2 (ja) 真空断熱材およびそれを用いた機器
EP3141370B1 (en) Method for producing composite thermal insulator, method for producing water heater, and composite thermal insulator
US11174978B2 (en) Assembly and articulated panel with intermediate positioning portions, for thermal insulation
JP6016435B2 (ja) 真空断熱材および被断熱装置
KR102009866B1 (ko) 반사단열재를 이용한 단열 및 냉/난방 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5788081

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250