JP6435223B2 - 貯湯タンクユニット - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクユニットに使用している貯湯タンクに関する。

従来より、深夜電力等を利用してヒートポンプサイクルや電気ヒータを使用し、低温水を加熱して所望の温度の湯を貯湯タンクに貯える沸上げ機能を備えた貯湯式給湯機が知られている。ヒートポンプサイクルを使用した貯湯式給湯機では、貯湯タンクの下部に貯留される低温の湯水をヒートポンプサイクルを用いた熱源ユニットで加熱し、高温の湯水にして貯湯タンクの上部に戻すことで貯湯タンク内の湯水を沸き上げるようになっている。電気ヒータを使用した貯湯式給湯機では、貯湯タンク内に設けた電気ヒータにより貯湯タンク内の低温の湯水を加熱し、高温の湯水として貯湯タンクに蓄えるようになっている。この様に貯湯式給湯機は、ヒートポンプサイクルや電気ヒータで貯湯タンクの水を沸き上げ蓄えたお湯を家庭内等での給湯に用いるが、一般的な貯湯式給湯機では加熱能力が小さく沸き上げ運転終了までに時間を要するため、深夜時間内に沸き上げ運転を行い、貯湯したお湯を給湯に使用するシステムとなっている。このため、貯湯タンクを設けている貯湯ユニットの構造は、貯湯タンクの全周に発泡スチロール等で形成した断熱材を設け、貯湯ユニットと断熱材を覆うように外板を取り付ける構造が一般的である。

また貯湯式給湯機では、ユーザーの給湯使用量に応じて沸き上げ運転時の温度を変更し（例えば６５℃〜９０℃）、貯湯タンク内の蓄熱量を調節する機能を設けている。また家庭内等へ給湯を行うときには、貯湯タンクに蓄えた温水と水道水をミキシングして、使用者の所望する任意の温度として給湯端末から供給するシステムとなっている。

この様な貯湯式給湯機に用いられる貯湯タンクは、水道による水道圧が直接貯湯タンクに加わり、変形、破損することを防ぐために、水道の給水部と貯湯タンクの間に水圧を減圧するための減圧弁が設けられている。しかし、使用者が給湯するために給湯端末を開いた場合は、貯湯タンクに加わる圧力は大気圧に近い圧力となるが、給湯端末を閉じた場合には、貯湯タンクには、減圧弁にて設定した圧力が加わることになり、貯湯タンクは使用者の給湯利用に伴い、繰り返しの圧力変動を受ける事となる。また貯湯タンク内の水を沸き上げる場合、沸き上げに伴う水の膨張のため、貯湯タンクには圧力が加わり、この膨張に伴う圧力は、沸き上げ温度の変更により様々な値となる。このため、貯湯タンクに加わる繰り返しの圧力変動による貯湯タンクの破損を防ぐために、貯湯タンクへの給水口には水道水圧を減ずるための減圧弁を設け、また貯湯タンク内の圧力が上昇しすぎた場合に、タンク内の圧力を減ずるための圧力逃がし弁を設ける事で圧力の変動を抑えるとともに、貯湯タンクの材料であるステンレス板の板厚を厚くする構造としている。

特開２００９−２２８９８１号公報 特開２０１１−１１７６９４号公報

しかしながら、貯湯タンクのステンレス板の板厚を厚くすると、完成した貯湯ユニットの重量が重くなり、据付作業性が悪くなるうえ、板厚を厚くすることによる材料費のコストアップにつながってしまう問題があった。また、貯湯タンクの耐圧を低くするために、減圧弁にて設定する圧力を低くする方法もあるが、この場合、使用者が給湯端末で使用する際の水圧が減じてしまうため、シャワー圧などが低くなり、使用者の使い勝手が悪くなってしまう問題があった。

前記課題を解決する本発明は、胴板と、この胴板の上部開口を覆う上部鏡板と、この胴板の下部開口を覆う下部鏡板とから構成される貯湯タンクと、前板、側板、後板、上板および底板により構成され、前記貯湯タンクを収容する外箱と、前記前板の上部及び下部に、対面する前記後板が見通せる位置に設けられた充填孔から注入され、前記貯湯タンクの前記胴板、前記上部鏡板及び前記下部鏡板と前記外箱との間に隙間なく充填された発泡断熱材と、を有する貯湯タンクユニットにおいて、前記貯湯タンクは、下部から水道水が導入されて水圧が加わるものであり、前記貯湯タンクを構成する板材の板厚を０．７ｍｍ未満とすることを特徴とする。

また、前記課題を解決する本発明は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクを収容する外箱と、前記貯湯タンクと前記外箱との間に充填される発泡断熱材を有する貯湯タンクユニットにおいて、前記貯湯タンクを構成する板材の板厚を０．７ｍｍ未満とする貯湯ユニットにおいて、前記貯湯タンクと前記外箱が形成する最小隙間を５ｍｍ以上とすることを特徴とする。

本発明によれば、使用者が給湯端末で使用する際の水圧の減少を抑え、使い勝手の良い貯湯式給湯機を提供できるとともに、貯湯タンクのステンレス板の板厚を薄くすることによる材料費のコストダウンと貯湯ユニットの重量を低減した貯湯タンクユニットを提供することができる。

本実施形態に係る貯湯タンクユニットを備えた貯湯式給湯機を示す全体構成図である。 貯湯タンクユニットの内部を示す斜視図である。 発泡断熱材の充填方法の説明図である。 貯湯タンクユニットの横断面図である。 本実施例における貯湯タンク内の水圧による力に対する反力の模式図である。 従来からある貯湯ユニットにおける貯湯タンク内の水圧による力に関する模式図である。

本発明を実施するための貯湯タンクユニットの形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、貯湯タンクユニット１Ａを備えた給湯機１について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る貯湯タンクユニットを備えた給湯機を示す全体構成図である。図１に示すように、給湯機１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、真空断熱材４Ａ（図１では見えないため不図示）、発泡断熱材６（ドットで示す部分）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。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、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を放熱させるとともに貯湯タンク２からの水と熱交換することによって加熱する水−冷媒熱交換器と、水−冷媒熱交換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、を配管で管状に接続したヒートポンプサイクルを備えて構成されている。

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（不図示）を介して混合された後、給湯管１７を介して給湯端末１８から給湯される。

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を備えている。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）、混合弁（不図示）、給湯管１７などを収容する空間を有している。そして、底板３ｅにはタンク脚５と連結するように製品脚６０が設置されている。

図２は、本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。なお、図２では、配管カバー３ｓ（図１参照）の側を切断したときの外箱３Ａの内部の状態を示す。また、図２では、発泡断熱材６（図１参照）および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お椀状（半球状、器状）の上部鏡板２ｂ、胴板２ａの下部開口を覆う略お椀状（半球状、器状）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本のタンク脚５を備え、各タンク脚５の下端がボルトなどで外箱３Ａに固定されている。なお、タンク脚５の本数は、３本に限定されるものではなく、４本以上であってもよいが、貯湯タンク２の耐震性を考慮すると、３本の場合は全てのタンク脚５が接地するので浮きがなく安定して固定できる。また、この場合は４本以上設ける場合と比較してコストを低減することができるので、より好適であるといえる。

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８０ａ，８０ｂ（サーミスタ）が設けられている。上側の温度センサ８０ａ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８０ｂ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。なお、温度センサ８０ａ，８０ｂ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。この温度センサからの情報により、貯湯タンク２内部に蓄えられている温水の量を把握し、この情報より、使用者の給湯利用量等を推測して、蓄熱する熱量を決定し、ヒートポンプユニット１０による貯湯タンク２内部の温水の沸き上げ温度を決定する。

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、上方に位置する上板（天板）３ｄおよび下方に位置する底板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、例えば、前側に位置する前板、左右に位置する側板、上側に位置する上板、底側に位置する底板によって、外箱３Ａの前板３ａ（図１参照）を覆うように構成されている。

また、脚受部４は、タンク脚５を取り付けて外箱３Ａを横に寝かせ、発泡断熱材６の原液を充填口３ａ１，３ａ２（詳細は後記図３参照）から充填した際に、タンク脚５に直接かからないような位置に設置される。換言すると、発泡断熱材６の原液の充填口３ａ１，３ａ２からは、それぞれ対面する後板３ｃが直接見通せるようにして構成される。

図２に示すように、タンク脚５は、貯湯タンク２を支持するものであり、鉛直方向（図示上下方向）に沿って配置されている。また、タンク脚５は、板金を略Ｌ字状に曲げ加工するなどして構成したものであり、貯湯タンク２に接触しない程度の隙間を空けて、貯湯タンク２よりも径方向外側近傍に位置している。このように、タンク脚５を貯湯タンク２よりも径方向外側に配置することにより、タンク脚を下部鏡板に設ける場合よりも、貯湯タンク２を安定して支持できる。

製品脚６０は、貯湯タンク２が収容される外箱３Ａを支持するものであり、外箱３Ａの底板３ｅの下面に固定されている。また、製品脚６０は、上下方向から見たときにタンク脚５が製品脚６０と重なる位置、換言するとタンク脚５の鉛直方向下方に製品脚６０が位置するように構成されている。

外箱３Ａの底面を構成する底板３ｅは、略四角板状に形成され、貯湯タンク２の最下部よりも下方に位置している。なお、貯湯タンク２の下部（下部鏡板２ｃ）には、水道水が導入される給水管（不図示）、貯湯タンク２内の水をヒートポンプユニット１０（図１参照）に導入する配管などが接続されている。

また、底板３ｅは、例えば貯湯タンク２の輪切り断面よりも若干大きい面積を有する略四角板状に形成されている。底板３ｅの背面側（後面側）の角部には２本のタンク脚５，５が位置し、前側には１本のタンク脚５が位置している。

図３は、発泡断熱材の充填方法を示している。なお、図３に示す上下方向および前後方向の矢印は、貯湯タンク２の向きを示している。また、図３では、真空断熱材４Ａの図示を省略している。

図３に示すように、外箱３Ａの前板３ａには、発泡断熱材６の原液を充填する際の入口となる充填口３ａ１，３ａ２が形成されている。充填口３ａ１は、外箱３Ａの上部に形成され、充填口３ａ２は、外箱３Ａの下部に形成されている。

そして、配管カバー３ｓ（図１参照）を取り付ける前の状態において、貯湯タンク２を収容した外箱３Ａを、外箱３Ａの上下が水平方向、かつ、前板３ａが上向きとなるように寝かせた状態にする。

このように外箱３Ａを寝かせた状態において、外箱３Ａの周囲を発泡管理治具（やとい、ともいう）３０で覆う（図３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、ノズル３１を充填口３ａ１，３ａ２に挿入し、充填口３ａ１，３ａ２から発泡断熱材６の原液を注入する。

これにより、発泡断熱材６の原液が外箱３Ａ内において、まず貯湯タンク２の後側（図示下側）から溜まり始め、貯湯タンク２の前側（図示上側）に向けて上昇する。そして、発泡断熱材６の原液が外箱３Ａ内に注入されると、発泡断熱材６の原液の発泡が開始される。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。貯湯ユニット１Ａは、原液が発泡することで発泡断熱材６を形成するため、発泡断熱材６の未発泡部を設けないために、発泡断熱材６が充填される貯湯タンク２と外箱３Ａ、真空断熱材４Ａにより構成される空間の距離は５ｍｍ以上設け、貯湯タンク２全体が発泡断熱材６で被われるような構造となっている。この様な構造により、発泡断熱材６の原液が発泡すると、図１に示すように、貯湯タンク２と外箱３Ａの間の空間に隙間なく発泡断熱材６が充填される。このように、貯湯タンク２の周囲に隙間なく発泡断熱材６を充填することにより、貯湯タンク２の強度を向上することができる。

また貯湯タンク２には、缶体が内部の水の圧力により破壊しない様に保護するため、給水管１１に水の圧力を減ずる減圧弁（図示せず）と、減圧弁の後流側に、貯湯タンク２内の水の圧力が所定の値より高くならない様に圧力逃がし弁（図示せず）を設けている。

この減圧弁による減圧後の水の圧力が１７０ｋＰａとなる様に減圧弁を構成し、また圧力逃がし弁は水の圧力が１９０ｋＰａ以上となった場合に弁を開放する様に設定されているため、発泡断熱材６を充填しない従来型の貯湯タンクユニットでは、貯湯タンク２のステンレス板の板厚は最小でも０．７ｍｍ以上必要であり、これよりも薄い板厚とすると、水の圧力により、貯湯タンク２が変形・破損する恐れがある。

具体的には、図６に示すがごとく、従来型の貯湯タンク２の全周に設けられた断熱材９０と外箱３Ａの間には空間が存在しているため、貯湯タンク２に加わる水圧による力Ｆ１は、貯湯タンク２の構造のみで保持する必要があり、貯湯タンク２のステンレス板の板厚が必要となっていた。

しかし、本実施例では、図５に示すがごとく、貯湯タンク２と外箱３Ａの間の空間に隙間なく発泡断熱材６が充填されているため、貯湯タンク２内の水圧による力Ｆ１に対して、貯湯タンク２の構造のみではなく、外箱３Ａ、発泡断熱材６による力Ｆ２が加わるため、貯湯タンク２のステンレス板の板厚を薄く（例えば０．７ｍｍ未満）しても、水の圧力により貯湯タンク２が破壊されることを防ぐことができる。

以上のような本実施例に係る貯湯式給湯機によれば、使用者が給湯端末で使用する際の水圧の減少を抑え、使い勝手の良い貯湯式給湯機を提供できるとともに、貯湯タンク２のステンレス板の板厚を薄くすることによる材料費のコストダウンと貯湯ユニットの重量を低減した貯湯タンクユニットを提供することができる。

１Ａ 貯湯タンクユニット
１ 給湯機
２ 貯湯タンク
２ａ 胴板
２ｂ 上部鏡板
２ｃ 下部鏡板
２ｃ１ 突起部
３Ａ 外箱
３ａ 前板
３ｂ 側板
３ｃ 後板
３ｄ 上板
３ｅ 底板
３ａ１，３ａ２，３ｃ１，３ｃ２ 充填口
３ｓ 配管カバー
４ 脚受部（脚受部材）
４Ａ 真空断熱材
４ａ 縁部
４ｂ，５ｓ，６ｃ３ ボルト挿通孔
５ タンク脚
５ａ，５ｂ 脚体
５ａ２，５ｂ２ 内面
５ｃ 支持板
５ｃ１ 曲げ部
６ 発泡断熱材
１０ ヒートポンプユニット
１１ 給水管
１２ 入水管
１３ 出湯管
１４，１７ 給湯管
１８ 給湯端末
３０ 発泡管理治具
３１ ノズル
６０ 製品脚
７０，７１，７２ ガス抜き孔
８０ａ，８０ｂ 温度センサ
９０ 断熱材

Claims (4)

1. 胴板と、この胴板の上部開口を覆う上部鏡板と、この胴板の下部開口を覆う下部鏡板とから構成される貯湯タンクと、
   前板、側板、後板、上板および底板により構成され、前記貯湯タンクを収容する外箱と、
   前記前板の上部及び下部に、対面する前記後板が見通せる位置に設けられた充填孔から注入され、前記貯湯タンクの前記胴板、前記上部鏡板及び前記下部鏡板と前記外箱との間に隙間なく充填された発泡断熱材と、
   を有する貯湯タンクユニットにおいて、
   前記貯湯タンクは、下部から水道水が導入されて水圧が加わるものであり、前記貯湯タンクを構成する板材の板厚を０．７ｍｍ未満とすることを特徴と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、前記貯湯タンクと前記外箱が形成する最小隙間を５ｍｍ以上とすることを特徴とした貯湯タンクユニット。
3. 請求項１または２に記載の貯湯タンクユニットを使用することを特徴としたヒートポンプ式給湯機。
4. 請求項１または２に記載の貯湯タンクユニットを使用することを特徴とした電気ヒータ式給湯機。

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