JP6129088B2

JP6129088B2 - 貯湯式給湯装置

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Publication number: JP6129088B2
Application number: JP2014012256A
Authority: JP
Inventors: 高橋　俊昭; 俊昭高橋; 佐藤　元泰; 元泰佐藤; 伊藤　隆; 伊藤　　隆; 正紀樋口
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: JP2015140934A

Description

本発明は貯湯タンクと水熱交換器とを備えた貯湯式給湯装置に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯装置においては、貯湯タンクの上部あるいは下部に貯湯タンク内の湯水と熱交換する水熱交換器が備えられ、この水熱交換器の外側に配置された発泡成形材よりなる保温材と固定金具にて水熱交換器が保持されているものであった（特許文献１参照）。

また、このような貯湯式給湯装置に用いられる水熱交換器としては、二重管等の熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器が知られている（特許文献２参照）。

特開２０１３−３６７３９号公報特開２０１１−１２７８２３号公報

ところが、この従来の貯湯式給湯装置は、全高が高いために横倒し輸送を行う場合があるため、重量物である水熱交換器を保持する保温材にも、横倒し輸送を考慮した強度が必要となる。しかし、特許文献２のような熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器では、外形寸法に精度が出せないため、水熱交換器を収容する保温材を水熱交換器の外形寸法バラツキを考慮して大きい内寸とする必要があったが、そのために、水熱交換器と保温材との間に大きな隙間が生じ、輸送に伴う水熱交換器の振動によって保温材が破損することが想定される。

一方で、水熱交換器が振動しないように水熱交換器を保持する保温材の内寸を水熱交換器の外径寸法と略同一とすることが考えられるが、上記したように熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器では、外径寸法に精度がでないため、そのバラツキによって水熱交換器が保温材内に収容できない恐れがある。

そのため、輸送に伴う水熱交換器の振動による保温材の破損を防止するためには、保温材を十分な強度を有した材料とするか、材厚を十分に厚くする必要があり、さらに固定金具も併用するため、コストが掛かるという問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材は、前記水熱交換器収容時の螺旋状の前記水熱交換器の中央の中空部に対応した位置に突起部が設けられていると共に、この突起部の外寸は、前記水熱交換器の螺旋の内寸より僅かに小さい大きさとした。

また、前記突起部の外寸と前記水熱交換器の内寸の寸法差よりも、前記熱交保温材の内寸と前記水熱交換器の外寸の寸法差を大きくした。

また、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材には、前記水熱交換器収容時の螺旋状の前記水熱交換器の中央の中空部に対応した位置に突起部を設け、前記突起部は、予め定められた方向に横倒しした際の垂直方向を所定方向として、前記突起部の前記所定方向の外寸の中心が、前記熱交保温材の前記所定方向の内寸の中心よりも前記所定方向の下側に位置するように設けた。

また、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材は、予め定められた方向に横倒しした際の垂直方向下となる面の強度を他の面の強度よりも高くした。

本発明によれば、寸法精度が比較的高い螺旋状の熱交換器の内寸に合わせて水熱交換器の移動を阻止する突起部を設けているため、水熱交換器の振動を簡易かつ安価に抑制することができる。

また、水熱交換器の外周と熱交保温材の内周との間の隙間が、水熱交換器の内周と突起部の外周との隙間よりも大きくなるために、水熱交換器を熱交保温材内に確実に収容することができると共に、水熱交換器が振動しても熱交保温材の内壁に水熱交換器が衝突することがなく、熱交保温材の強度を過剰に高くする必要がなくなり、熱交保温材の材厚を保温性能に応じた適切な材厚とすることができる。

また、突起部を所定方向に偏芯して配置しているため、予め定められた方向に横倒しした際に、突起部の上になる面と、熱交保温材の下になる内面とで分散して水熱交換器の荷重を支えることができるようになり、輸送によって水熱交換器が振動した時の衝撃を緩和することができると共に、水熱交換器の振幅を規制できるため衝撃を低減することができる。

また、熱交保温材の横倒しした際に水熱交換器の荷重が掛かる面の強度を他の面の強度より高くしたので、水熱交換器の振動による熱交保温材の破損を抑制できると共に、他の面では熱交保温材の材厚を保温性能に応じた適切な材厚とすることができ、安価かつ必要十分な強度を持った熱交保温材とすることができる。

本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置の概略構成図同一実施形態の分解斜視図同一実施形態の熱交保温材の上面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）別の一実施形態の横倒し状態での熱交保温材の上面図さらに別の一実施形態の横倒し状態での熱交保温材の上面図

次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置１を図１に基づいて説明する。
２は湯水を貯湯するステンレス製の貯湯タンク３を有した貯湯タンクユニット、４は貯湯タンク３内の湯水を主に深夜時間帯等に沸き上げる加熱手段を構成するヒートポンプユニット、５は給湯設定温度を変更する等の操作を行うためのリモコンである。

貯湯タンクユニット２には、貯湯タンク３底部に市水を給水する給水管６と、貯湯タンク３上部から出湯する出湯管７と、給水管６から分岐された給水バイパス管８と、出湯管７からの湯と給水バイパス管８からの水とを給湯設定温度になるように混合する給湯混合弁９と、給湯混合弁９で混合された湯を蛇口１０へ給湯するための給湯管１１と、給湯管１１途中に設けられ給湯温度を検出する給湯温度センサ１２と、給湯管１１途中に設けられ給湯流量を検出する給湯流量センサ１３と、貯湯タンク２の側面上下に複数設けられてそれぞれ貯湯温度を検出する貯湯温度センサ１４と、給水管６に設けられ市水の給水圧を一定の圧力に減圧する減圧弁１５と、貯湯タンク２内の過圧を逃がす過圧逃がし弁１６とが設けられている。

また、貯湯タンクユニット２には、貯湯タンク３の下部と上部とを接続する加熱循環回路１７と、加熱循環回路１７の貯湯タンク３下部寄りに設けられ、貯湯タンク３の下部から取り出した湯水を貯湯タンク３の上部に循環させる循環ポンプ１８と、加熱循環回路１７の循環ポンプ１８の下流側に設けられ、貯湯タンク３内の湯水を沸き上げる加熱手段を構成する水熱交換器１９と、加熱循環回路１７の水熱交換器１９よりも下流側に設けられ、水熱交換器１９から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ２０と、ヒートポンプユニット４からの冷媒を水熱交換器１９の一次側に循環させるための機内冷媒回路２１と、機内冷媒回路２１と外部冷媒配管２２とを接続するための冷媒管接続口２３ａ、２３ｂとが設けられている。

ヒートポンプユニット４には、冷媒を圧縮する圧縮機２４と、水熱交換器１９で放熱された冷媒を減圧する膨張弁２５と、低温低圧の冷媒を蒸発する蒸発器２６と、圧縮機２４、膨張弁２５、蒸発器２６を環状に接続するための冷媒配管２７と、冷媒配管２７と貯湯タンクユニット２内の機内冷媒配管２１とを外部冷媒配管２２で接続するための冷媒管接続口２８ａ、２８ｂと、蒸発器２６に熱源となる外気を送風する送風機２９とが設けられている。

３０は貯湯タンクユニット２内に設けられ、給湯温度センサ１２、給湯流量センサ１３、貯湯温度センサ１４、沸き上げ温度センサ２０の検出値が入力され、給湯混合弁９、循環ポンプ１８の作動を制御すると共に、ヒートポンプユニット４およびリモコン５と必要な情報を送受信可能に接続された貯湯制御手段である。ここで、貯湯制御手段３０は、ＭＰＵ等の論理回路を有してメモリを参照しつつ予め記憶されているプログラムに従って作動を制御するものである。

３１はヒートポンプユニット４内に設けられ、図示しない各種センサの検出値が入力され、圧縮機２４、膨張弁２５、送風機２９の作動を制御すると共に、貯湯制御手段３０と必要な情報を送受信可能に接続された加熱制御手段である。ここで、加熱制御手段３１は、ＭＰＵ等の論理回路を有してメモリを参照しつつ予め記憶されているプログラムに従って作動を制御するものである。

リモコン５には、給湯機に関する各種の情報（給湯設定温度、残湯量、給湯機の作動状態等）を表示する表示部３２と、給湯設定温度を設定操作するための設定スイッチ等の操作スイッチ３３と、操作スイッチ３３の操作信号や貯湯制御手段３０からの信号を受け、表示部３２に予め定められた必要な表示を行わせると共に、貯湯制御手段３０に操作信号に基づく信号を送信するリモコン制御手段３４とが設けられているものである。ここで、リモコン制御手段３４は、ＭＰＵ等の論理回路を有してメモリを参照しつつ予め記憶されているプログラムに従って作動を制御するものである。

ここで、貯湯制御手段３０と加熱制御手段３１とリモコン制御手段３４は互いに必要な情報を授受して、互いに連携して貯湯式給湯機１の作動を制御する制御手段として振る舞うものである。

次に、沸き上げ動作について説明すると、深夜時間帯となると、貯湯制御手段３０は、加熱制御手段３１に沸き上げ開始の指令を出力した後に、循環ポンプ１８を駆動し、沸き上げ開始指令を受けた加熱制御手段３１は圧縮機２４と膨張弁２５と送風機２９を駆動して、沸き上げ温度センサ２０が検出する温度が沸き上げ目標温度となるように、貯湯制御手段３０と加熱制御手段３１が協調して沸き上げ動作を行う。

この沸き上げ動作では、圧縮機２４で高温高圧にされた冷媒が、水熱交換器１９の一次側を流通し、二次側の水と熱交換を行い、次いで膨張弁２５で減圧されて低温低圧の気液二相状態となり、低温低圧の冷媒が蒸発器２６で送風機２９によって供給される外気の熱を受けて蒸発し、圧縮機２４に吸入される冷凍サイクルによって貯湯タンク３内の水が加熱される。

そして、貯湯温度センサ１４で検出する貯湯量が所定の目標貯湯量に達したことを検出すると、貯湯制御手段３０は加熱制御手段３１に沸き上げ停止の指令を出力した後に、循環ポンプ１８を停止し、沸き上げ停止指令を受けた加熱制御手段３１は圧縮機２４と膨張弁２５と送風機２９を停止して、沸き上げ動作を停止する。

次に、図２を参照して貯湯タンクユニット２の構造について説明する。図２は貯湯タンクユニット２の分解斜視図である。
５１は貯湯タンク３の略全面を覆って貯湯の保温を行う発泡成形材よりなるタンク保温材で、貯湯タンク３の前面を覆う前面保温材５１ａ、貯湯タンク３の背面を覆う背面保温材５１ｂ、貯湯タンク３の底面を覆う底部保温材５１ｃ、貯湯タンク３の上面を覆う上部保温材５１ｄ、貯湯タンク３の出湯管７の引き出し開口部を覆う天部保温材５１ｅに分割して構成されている。

５２は貯湯タンクユニット２の筐体で、前面パネル（図示せず）と、右側面板５２ａ、左側面板５２ｂ、背面板５２ｃ、底板５２ｄ、天板５２ｅにより構成され、底板５２ｃの下部に貯湯タンク３を支える支持脚５２ｆが設けられている。

５３は貯湯タンク３の上部に配置され水熱交換器１９を保温する発泡成形材よりる熱交保温材で、天面側が開口されて水熱交換器１９を収容する箱状の熱交保温材本体５３ａ、熱交保温材本体５３ａの上面開口を塞ぐ熱交保温材蓋５３ｂ、熱交保温材蓋５３ｂを上から押さえつけるための蓋押さえ部材５３ｃから構成されている。

ここで水熱交換器１９は、水が流通する外管の内部に冷媒が流通する内管を備えた二重管等の熱交換管１９ａを角筒螺旋状に巻回したもので、角柱形状の芯状冶具に熱交換管１９ａを巻きつけた後、芯状冶具から離脱させて形成されるものである。

図３は水熱交換器１９を収容した熱交保温材本体５３ａを簡略化した上面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）で、Ａ−Ａ断面図（ｂ）には上面図（ａ）で表れない熱交保温材蓋５３ｂを追加して記載している。

ここで、熱交保温材本体５３ａの内寸（熱交保温材本体５３ａの図３（ａ）における上下方向の幅および左右方向の幅）は、水熱交換器１９の外寸（水熱交換器１９の図３（ａ）における上下方向の外径および左右方向の外径）よりも大きい余裕を持った大きさとして、外径寸法の精度が出せない水熱交換器１９を熱交保温材本体５３ａ内に確実に収容可能としている。ここで上記余裕の程度は、水熱交換器１９の外寸のバラツキに応じて設定されるものである。

そして、熱交保温材本体５３ａの内底面には、水熱交換器１９収容時の螺旋状の水熱交換器１９の中央の中空部に対応した位置に底面から突出する突起部５３ｄが一体に設けられて、水熱交換器１９の移動を阻止するようにしている。

この突起部５３ｄの外寸（突起部５３ｄの図３（ａ）における上下方向の幅および左右方向の幅）は、水熱交換器１９の螺旋の内寸（水熱交換器１９の図３（ａ）における上下方向の内径および左右方向の内径）よりも僅かに小さい大きさとしている。ここで上記僅かの程度は、水熱交換器１９の内寸のバラツキに応じ、内寸がばらついても確実に水熱交換器１９を熱交保温材本体５３ａに収容できる大きさとして設定されるものであり、水熱交換器１９の内寸のバラツキは水熱交換器１９の外寸のバラツキに比べて小さいため、上記余裕の程度の大きさに比べて僅かの程度の大きさは小さいものとなる。突起部５３ｂの突出高さは、熱交保温材本体５３ａの深さの半分程度としている。

また、熱交保温材蓋５３ｂの底面からも突起部５３ｄに対応する位置に突起部５３ｄと同等の蓋側突起部５３ｅが一体に設けられており、この蓋側突起部５３ｅの突出高さは、熱交保温材本体５３ａに熱交保温材蓋５３ｂを取り付けた際に、蓋側突起部５３ｅが突起部５３ｄの上面に接触する程度としている。

ここで、突起部５３ｄおよび蓋側突起部５３ｅの外寸は、熱交保温材本体５３ａの内寸の大きさに比べて小さいため、原理的に突起部５３ｄおよび蓋突起部５３ｅは熱交保温材本体５３ａの周壁よりも強度が高いものである。

このように寸法精度が比較的高い螺旋状の水熱交換器１９の内寸に合わせて水熱交換器１９の移動を阻止する突起部５３ｄを設けているため、水熱交換器１９の内周と突起部５３ｄの外周と間に適切な隙間距離Ｘを確保することができ、水熱交換器１９の移動を隙間距離Ｘに抑えることで、縦置きや横倒しでの輸送等による水熱交換器１９の振動を簡易かつ安価に抑制することができる。

また、突起部５３ｄの外寸を寸法精度の比較的高い水熱交換器１９の内寸の寸法精度に応じて水熱交換器１９の内寸より僅かに小さい大きさとすると共に、熱交保温材本体５３ａの内寸を寸法精度の比較的低い水熱交換器１９の外寸の寸法精度に応じた余裕を持った大きさとしているので、水熱交換器１９の内寸の寸法精度よりも外寸の寸法精度が低いことに起因して水熱交換器１９の外周と熱交保温材本体５３ａとの間の隙間距離Ｙが、水熱交換器１９の内周と突起部５３ｄの外周との間の隙間距離Ｘよりも大きくなる、すなわち、突起部５３ｄの外寸と水熱交換器１９の内寸の寸法差よりも、熱交保温材本体５３ａの内寸と水熱交換器１９の外寸の寸法差が大きくなる。

そのため、水熱交換器１９が振動しても水熱交換器１９の内径側が先に突起部５３ｄおよび蓋側突起部５３ｅに接触するため、熱交保温材本体５３ａの内壁に水熱交換器１９が衝突することがなく、熱交保温材本体５３ａの強度を過剰に高くする必要がなくなり、熱交保温材本体５３ａの材厚を保温性能に応じた適切な材厚とすることができる。

なお、ここでは突起部５３ｄと蓋側突起部５３ｅとで水熱交換器１９の移動を規制する構成としたことで、それぞれの突出高さを低く抑えて強度を容易に確保できるため、突起部５３ｄおよび蓋突起部５３ｅを肉抜きしてコストダウンを行うことも可能であって好ましいが、突起部５３ｄあるいは蓋側突起部５３ｅのどちらか一方を、熱交保温材本体５３ａの深さ寸法と同じ程度まで突出させる構成としてもよいものである。

次に、本発明の別の一実施形態を図４に基づいて説明する。この図４は貯湯式給湯装置１を横倒し姿勢とした状態における図３（ａ）に対応する上面図である。なお、先の一実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

この実施形態では、突起部５３ｄを、突起部５３ｄの所定方向（図４の上下方向）の外寸の中心が、熱交保温材本体５３ａの所定方向の内寸の中心よりも所定方向の下側に位置するように設けられているものである。ここで、所定方向は貯湯式給湯装置１の背面を横倒し時の接地面とした時の垂直方向としている。

このように、横倒し時に突起部５３ｄを熱交保温材本体５３ａの熱交収容空間に対して重力方向下側になるように偏芯して配置しているため、予め定められた方向に横倒しした際に、突起部５３ｄの上になる面と、熱交保温材本体５３ａの下になる内面とで分散して水熱交換器１９の荷重を支えることができるようになり、輸送によって水熱交換器１９が振動した時の衝撃を緩和することができると共に、水熱交換器１９の振幅を規制できるため衝撃を低減することができる。

次に、本発明のさらに別の一実施形態を図５に基づいて説明する。この図５は貯湯式給湯装置１を横倒し姿勢とした状態における図３（ａ）に対応する上面図である。なお、先の一実施形態と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

この実施形態では、熱交保温材本体５３ａの予め定められた方向に横倒しした際の垂直方向下となる面５３ｆの材厚を他の面の材厚よりも厚くして強度を高くしたもので、垂直方向下となる面５３ｆには強度を確保した状態でコストダウンするために肉抜き部５３ｇが設けられている。

このように、熱交保温材５３の横倒しした際に水熱交換器１９の荷重が掛かる面５３ｆの強度を他の面の強度より高くしたので、水熱交換器１９の振動による熱交保温材５３の破損を抑制できると共に、他の面では熱交保温材５３の材厚を保温性能に応じた適切な材厚とすることができ、安価かつ必要十分な強度を持った熱交保温材５３とすることができる。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものであり、例えば、ヒートポンプユニット４を貯湯タンクユニット２とは別体で構成しているが、これを一体としてもよく、また、貯湯タンク３内の湯水を熱源として外部流体を加熱する水熱交換器を収容する熱交保温材に適用してもよいものである。

１貯湯式給湯装置
３貯湯タンク
１９水熱交換器
１９ａ熱交換管
５３熱交保温材
５３ａ熱交保温材本体
５３ｄ突起部

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材は、前記水熱交換器収容時の螺旋状の前記水熱交換器の中央の中空部に対応した位置に突起部が設けられていると共に、この突起部の外寸は、前記水熱交換器の螺旋の内寸より僅かに小さい大きさとしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記突起部の外寸と前記水熱交換器の内寸の寸法差よりも、前記熱交保温材の内寸と前記水熱交換器の外寸の寸法差を大きくしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材には、前記水熱交換器収容時の螺旋状の前記水熱交換器の中央の中空部に対応した位置に突起部を設け、前記突起部は、予め定められた方向に横倒しした際の垂直方向を所定方向として、前記突起部の前記所定方向の外寸の中心が、前記熱交保温材の前記所定方向の内寸の中心よりも前記所定方向の下側に位置するように設けたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水と外部流体とを熱交換する熱交換管を螺旋状に巻回した水熱交換器と、前記水熱交換器を収容する熱交保温材とを備え、前記熱交保温材は、予め定められた方向に横倒しした際の垂直方向下となる面の強度を他の面の強度よりも高くしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。