(57)【要約】【解決手段】  増補水ヒータータンク及びシステムは、外側ジャケットにより取り囲まれた内側容器を備えた増補タンクを特徴とする。内側容器と外側ジャケットとの間の空間は、内側容器が真空断熱されるように空気がほとんど抜き取られている。増補タンクは、水入口ポート及び水出口ポートを備える。水は、水ヒーター内で加熱され、水ヒータータンクの上側部分から、真空断熱された増補タンクの下側部分へと、断熱ラインと、水入口ポート及び内側容器の底部の間に延在する浸漬管とを通して輸送される。高温水は、家庭等で使用するため増補タンクの内側容器の上側部分から取り出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増補水ヒータータンクであって、
（ａ）  内側容器と、
（ｂ）  前記内側容器を全体的に取り囲む外側ジャケットであって、該内側容器と該外側ジャケットとの間に空間が形成され、該空間は、該内側容器が真空断熱されるように空気がほとんど抜き取られている、前記外側ジャケットと、
を備え、
（ｃ）  前記外側ジャケットは、水入口ポート及び水出口ポートを備え、該水入口ポートは、水ヒーターから加熱された水を受け取るように構成され、前記水出口ポートは、前記増補水ヒータータンクから高温水システムに高温水が提供されるように該高温水システムと連通するように構成される、増補水ヒータータンク。
【請求項２】
前記水入口ポートと前記内側容器の下側部分との間で延在する浸漬管を更に備える、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項３】
前記浸漬管と連通し、且つ、前記水ヒーターと連通するように構成された断熱増補タンク水入口ラインを更に備える、請求項２に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項４】
前記水出口ポートを通過し、一方の端部で前記内側容器の上側部分と連通し、別の端部で前記高温水システムと連通するように構成された、増補タンク水出口ラインを更に備える、請求項３に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項５】
前記出口ポートを通過し、一端部で前記内側容器の上側部分と連通し、別の端部で前記高温水システムと連通するように構成された増補のタンク水出口ラインを更に備える、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項６】
前記水入口ポート及び水出口ポートは、前記内側容器と前記外側ジャケットとの間に延在するネック管により形成される、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項７】
前記ネック管は、前記外側ジャケットの頂部表面と、前記内側容器の頂部表面との間に延在する、請求項６に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項８】
前記内側容器の底部表面を支持するための手段を更に備える、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項９】
前記内側容器は、エポキシで被覆された鋼鉄から構成されている、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項１０】
前記外側ジャケットは、アルミニウムから構成されている、請求項１に記載の増補水ヒータータンク。
【請求項１１】
水ヒーターシステムであって、
（ａ）  水供給システムから水を受け取るように構成され、該水供給システムから受け取った水を加熱するための手段を備える、水ヒーターと、
（ｂ）  真空断熱式増補水ヒータータンクと、
（ｃ）  前記水ヒーターからの高温水が前記増補水ヒータータンクに輸送されるように前記水ヒーター及び前記真空断熱式増補タンクと連通する増補タンク水入口ラインと、
（ｄ）  高温水が前記増補水ヒータータンクから前記高温水システムへ提供されるように、前記増補水ヒータータンクと連通し、且つ、高温水システムと連通するように構成された、増補タンク水出口ラインと、
を備える、水ヒーターシステム。
【請求項１２】
前記増補タンク水入口ラインは、断熱されている、請求項１１に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１３】
前記増補水ヒータータンクは、前記増補の水ヒータータンクの水入口ポートから前記増補水ヒータータンクの下側部分まで延在する浸漬管を備え、該浸漬管は、前記増補タンク水入口ラインと連通する、請求項１１に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１４】
前記増補タンク水入口ラインは、前記水ヒーターの上側部分と、前記増補水ヒータータンクとの間で延在する、請求項１３に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１５】
前記増補タンク水入口ラインは断熱されている、請求項１４に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１６】
前記増補タンク水出口ラインは、前記増補水ヒータータンクの上側部分と連通する、請求項１１に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１７】
前記真空断熱増補水ヒータータンクは、内側容器と、外側ジャケットと、を備え、該外側ジャケットが、該内側容器と該外側ジャケットとの間の空間が形成されるように該内側容器を取り囲み、該空間は、空気がほとんど抜き取られ、水入口ポート及び水出口ポートが形成されるようにネック管が前記内側容器を前記外側ジャケットに接続し、該水入口ポートは、前記増補タンク水入口ラインと、前記増補タンク水出口ラインと連通する前記水出口ポートとに連通する、請求項１１に記載の水ヒーターシステム。
【請求項１８】
高温水ヒーターの容量を増加させるための方法であって、
（ａ）  水入口ポート及び水出口ポートを有する、真空断熱式増補水ヒータータンクを設け、
（ｂ）  前記増補水ヒータータンクの水入口ポートを前記水ヒーターの高温水出口に接続し、
（ｃ）  前記増補水ヒータータンクの前記水出口ポートを高温水システムに接続し、
（ｄ）  前記水ヒーターに水を供給し、
（ｅ）  前記水ヒーターに供給された水を加熱し、
（ｆ）  前記加熱された水を前記水ヒーターから前記増補水ヒータータンクに輸送し、
（ｇ）  前記加熱された水を前記増補水ヒータータンク内に蓄え、
（ｈ）  前記増補水ヒータータンク内に蓄えられた加熱水を前記高温水システムに提供する、各工程を備える方法。  
【請求項１９】
前記工程（ｆ）は、前記加熱された水を、前記水ヒーターの上側部分から前記増補水ヒータータンクの下側部分に輸送する工程を備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記工程（ｈ）は、前記加熱された水を前記増補水ヒータータンクの上側部分から提供する工程を備える、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、水ヒーターに係り、より詳しくは、水ヒーターシステム用の断熱された増補水タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭で使用される種類の典型的な高温水ヒーターは、基本的には、通常、ガラス繊維又は発泡断熱材で断熱された水タンクから構成され、熱源は、その底端部に配置されている。水ヒーター用の熱源は、例えば、タンクの下方に配置された燃焼チャンバー内で燃焼される天然ガス等の燃焼可能燃料であってもよい。代替例として、熱源は、タンクの底部に配置された電気加熱要素であってもよい。
【０００３】
水ヒーターは、水がタンク内へとその下側部分を通って導入されるように、例えば都市水システム等の水源に接続される。水が熱源により加熱されるとき、水は密度が下がり、これにより、タンクの頂部まで上昇する。加熱された水は、水ヒータータンクの頂部から取り出されて、例えば蛇口、シャワーヘッド、皿洗い機及び洗濯機等の家庭内の使用箇所へと家庭高温水システムを介して供給される。
【０００４】
しかし、そのような構成の欠点は、高温水の使用の期間中に、熱源が水を加熱するよりも速く、その水が水ヒータータンクの頂部から取り出されるとき、水の温度がまちまちになり得るということである。極端な場合には、高温水が再度利用可能となる前に、水ヒーターに「取り戻す」ための時間を与えなければならないほどに高温水の全てが使用されかねない。このことは、大家族又は多人数のお客が泊まる家にとって非常に大きな問題となる。
【０００５】
そのような困難さの一つの回答が、水ヒータータンクのサイズ及び熱源を大きくして、水ヒーターがより大きい容量を持つようにすることである。しかし、このアプローチの欠点は、より大きい熱源によって、更に高いエネルギーを使用するようになることである。加えて、水ヒーターが設置されている部屋への出入り手段が、しばしばサイズが制限されるということである。家、建築物及び部屋は、典型的には、一般に、８１．３、９１．４、１２１．９又は１８２．９ｃｍ（３２、３６、４８又は７２インチ）の標準幅のドアを持ち、このことは、サイズを制限し、かくして設置し得る水ヒーターの容量を制限する。より大きい容量の水ヒーターは、コストを上昇させ、かくして、その交換に高価な費用がかかる。
【０００６】
追加の容量を提供することの代替のアプローチは、水ヒーターの数を増倍させることである。例えば、２つの完全な約１８９．３ｌ（約５０ガロン）の水ヒーターを提供することにより、約３７８．５ｌ（約１００ガロン）の容量を得ることができる。この回答は、そのようなアプローチがコスト及びシステムのメンテナンス要求量をほとんど２倍にするという点で望ましくない。加えて、二重の制御が要求され、設置及びメンテナンスのコストが更に追加される。
【０００７】
瞬間的な高温水を提供するため使用する場所に配置されたより小さい増補の水ヒーターを提供するシステムが、当該技術分野で知られている。そのようなシステムは、ボーガンに付与された米国特許番号１，５５５，３３８号、ローガンに付与された米国特許番号２，９６９，４５１号及びポストに付与された米国特許番号４，６８０，４４６号に記載されている。そのような増補の水ヒーターは、台所の流しの下又は他の使用箇所へに近接した場所等の、蛇口の近傍に配置されている。増補の水ヒータータンクは断熱されているが、断熱効率は、増補の水ヒータータンク内に配置された電気熱源の使用無しに水を暖かい状態に維持するには十分ではない。追加の熱源は、追加のエネルギーの使用と同様であり、メンテナンスの頻度及びコストを増大させる。そのようなシステムは、使用設置箇所により空間が制限されると、システムの高温水容量を有意には増大させない。
【特許文献１】米国特許番号１，５５５，３３８号
【特許文献２】米国特許番号２，９６９，４５１号
【特許文献３】米国特許番号４，６８０，４４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上より、本発明の目的は、高温水の容量を増加した水ヒーターシステムを提供することである。
本発明の別の目的は、使用箇所における水温の点でより一貫した水ヒーターシステムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、大きな追加のエネルギーを使用すること無しに、容量を増大させた水ヒーターシステムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、複雑さの追加を最小にした状態で容量を増大させた水ヒーターシステムを提供することである。
【００１０】
本発明のなお別の目的は、追加のメンテナンス要求量を最小にした状態で追加の容量を提供する水ヒーターシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、増補水ヒータータンク及びシステムに関する。増補水ヒータータンクは、内側容器と外側ジャケットとの間の空間が形成されるように、内側容器を取り囲む外側ジャケットを備える。この空間は、内側容器が真空断熱されるように空気がほとんど抜き取られている。水入口ポート及び水出口ポートは、外側ジャケット及び内側容器の間に延在する。浸漬管は、水入口ポートと、内側容器の下側部分との間に延在する。断熱増補タンク水入口ラインは、浸漬管と、水ヒーターの上側部分と連通している。増補タンク水出口ラインは、水出口ポートを通過し、一端部で増補タンクの内側容器の上側部分と、他端部で家庭等の高温水システムと、連通している。
【００１２】
水ヒーターは、水を受け取り、その水を、水ヒータータンクの底部の熱源を用いて加熱する。加熱された水は、水ヒータータンクの上側部分から増補水ヒータータンクの下側部分へと、断熱増補タンク水入口ライン及び浸漬管を通して、輸送される。本システムは、増補水ヒータータンクの上側部分から、増補タンク水出口ラインを通して高温水を提供する。真空断熱の高い効率に起因して、増補水ヒータータンクは、加熱水の上昇した温度を、長時間に亘って保持することができる。その結果、本システムの高温水容量は、増加し、より均一な温度が各使用箇所で利用可能となる。
【００１３】
添付した請求の範囲及び添付した図面と関連付けられた、本発明の実施例の次の詳細な説明は、本発明の本質及び範囲についてより完全な理解を提供する。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例に係る増補の水ヒータータンク及びシステムが、全体として図１の１０で示されている。本システムは、家庭での使用の観点で説明されるが、本発明は、工業又は商業用の建築物及び構造物にも同様に用いることができることが理解されるべきである。
【００１５】
当該技術分野で知られているように、全体として１２で示された高温水ヒーターは、ジャケット１５により取り囲まれた高温水ヒータータンク１４を備えている。断熱材料１６が、ジャケット１５及びタンク１４の間の空間に充填されている。ジャケット１５は、典型的には、アルミニウム１５から構成され、一方、断熱材料１６は、典型的には、ガラス繊維又は発泡断熱材料である。高温水ヒータータンク１４は、上側部分１８及び下側部分２０から構成される、高温水ヒーターチャンバーを形成する。電気加熱要素２２は、高温水ヒーターチャンバーの下側部分２０内に配置され、電線２４を介してパワーを受け取る。例えば天然ガス等の燃焼可能ガスを燃焼させる、タンク１４の下方に配置された燃料チャンバーが、電気加熱要素２２の代用となり得る。水ヒータータンク１４は、腐食に耐えるため被覆された鋼鉄から構成されるのが好ましい。
【００１６】
水ヒーター浸漬管２６は、典型的には銅製配管から構成されるのが好ましく、都市水システム又は井戸等々から水ヒータータンクのチャンバーの下側部分２０に水２８を提供する。この水２８は、加熱要素２２により加熱される。従来技術システムでは、高温水２８は、高温水出口２９を介して家庭の高温水システムに供給され、該システムで、高温水は、蛇口又はシャワーヘッドにより分配され、又は、例えば皿洗い機又は洗濯機等の電気製品により使用される。
【００１７】
しかし、本発明によれば、全体として３０で指し示された、増補の水ヒータータンクが提供される。増補タンク３０は、外側ジャケット３４により取り囲まれている内側容器３２を備えている。内側容器と外側ジャケットとの間の空間３８は、内側容器３２が真空断熱されるように空気がほとんど抜き取られている。
【００１８】
外側ジャケット３４がアルミニウムから構成されるのが好ましいのに対して、内側容器３２は、エポキシで被覆された鋼鉄から構成されるのが好ましい。内側容器３２は、外側ジャケット３４の頂部表面４６を内側容器３２の頂部表面４８に連結する、ネック管４２及び４４により外側ジャケット内で支持されている。ネック管４２及び４４は、水入口ポート５２及び水出口ポート５４を各々形成している。本質的ではないが、内側容器３２の底部表面５６は、外側ジャケット３４の底部表面５６に固定されているプラットフォーム５８により支持されていてもよい。フランジを特徴付ける中央ピン６４は、内側容器３２の底部表面５６に固定されている。中央ピンは、プラットフォーム５８内の孔に嵌合し、該フランジは、プラットフォームの頂部表面と係合する。
【００１９】
上記は、増補タンク３０を構成する好ましい方法であるが、真空断熱されたタンクの外側ジャケット内で内側容器を支持するため当該技術分野で知られている代替構成も使用することができる。
【００２０】
増補タンク水入口ライン７２は、水ヒータータンク１４のチャンバーの上側部分１９と連通し、増補タンク３０の、ネック部４２を通って、かくして、水入口ポート５２を通って延在し、内側容器３２により形成された増補タンクチャンバーの下側部分７４で終わっている浸漬管７３を形成する。周囲にさらされたライン７２の一部分には断熱材料７６が設けられている。ライン７２は、銅製配管から構成されるのが好ましく、断熱材料７６は、発泡又はガラス繊維断熱材料であるのが好ましい。
【００２１】
増補のタンク水出口ライン８２は、ネック管４４を通過することにより内側容器チャンバーの上側部分８４、かくして、増補タンクの水出口ポート５４と連通し、家庭用高温水配管システムと連通する。ライン８２は、銅管から構成されるのが好ましい。
【００２２】
作動中には、タンク１２内の水２８は、要素２２を加熱することにより約３２３Ｋ（約１２２°Ｆ）まで加熱される。都市又は他の水供給システムにより提供される水圧に起因して、加熱された水は、水ヒータータンクの上側部分１８から、増補タンク３０の内側容器チャンバーの下側部分７４まで、断熱ライン７２及び浸漬管７３を通って導かれる。加熱された水は、家庭で使用するためライン８２を介して内側容器チャンバーの頂部８４から取り出される。
【００２３】
真空断熱式内側容器３２は、内部に蓄えられた加熱水９２からの熱損失がほとんどない最小状態を提供する。より詳しくは、内部に３２４．８Ｋ（１２５°Ｆ）の水を蓄えた約４３５．３ｌ（約１５ガロン）の内側ジャケット３２に関して、本システムが未使用であるとき、２日間に亘ってほんの１．１Ｋ（２°Ｆ）の温度しか下降しないことを可能とする。増補のタンクの優れた断熱能力に起因して、追加の熱源が要求されない。これは、本システムの増補のタンク部を、事実上メンテナンス不要とし、作動しないおそれのある加熱システムが存在しないという点で非常に信頼性が高いものとなる。  
【００２４】
加えて、増補タンクに提供された水は、略均一な温度であるので、増補タンクの真空断熱に起因して、増補タンク内の水９２の温度が略均一となる。その結果、本発明の増補タンク及びシステムは、家庭中に亘る使用箇所において、より一貫した温度を提供する。
【００２５】
増補のタンク３０は、例えば流しの下等の使用箇所でそれを設置することを可能にするのに十分に小さいサイズを始めとして、様々なサイズで提供され得る。増補タンクのサイズは、本システムが今日の高温水の受容のためより大きい容量を提供するように洗濯されてもよい。一例として、増補タンク３０が約５６．８ｌ（約１５ガロン）の容量を持ち、高温水ヒーター１２が約１８９．３ｌ（約５０ガロン）の容量を持つ場合、本システムの要求に応じた容量は、約４２％（約１３２．５ｌ（約３５ガロン））まで増加される。
【００２６】
本システムが長期間（例えば、１ヶ月以上）に亘って使用されない場合、増補タンク内の冷却水は、洗濯機又は皿洗い機で、洗濯物又は１組の皿を洗う等、さほど高温水を要求しない態様で夫々使用することができる。
【００２７】
比較的小さいサイズの増補タンク３０は、設置及び交換を容易にする。加えて、本システムは、与えられた高温水の容量に対してより小さい水ヒーターを使用することを可能にする。より小さい水ヒーターは、交換がより容易であり、コストも少なくて済む。加えて、より小さい水ヒーターは、作動するのにより小さいエネルギーで済む。
【００２８】
増補タンク３０は、例えば、太陽水加熱システムを始めとして様々な高温水に容易に適合される。必要となるものの全ては、当該システムが、ライン７２を介して増補タンクに高温水を提供するということである。
【００２９】
本発明の好ましい実施例が示され、説明されたが、様々な変化及び変更を、請求の範囲により画定される本発明の精神から逸脱すること無くなし得ることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る増補の水ヒータータンク及びシステムの概略図である。
【図１】
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【外国語明細書】
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