(57)【要約】      （修正有）【課題】外装体の容積や貯湯缶体の容積を変えることなく、断熱効果および保温効果を従来のものよりも向上させた断熱材を備えた貯湯タンクを得る。【解決手段】貯湯缶体３と、貯湯缶体を収納する外装体と、貯湯缶体３と外装体との間の空間を埋める熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱体２０を備えた貯湯タンクにおいて、貯湯缶体３の周側面と断熱体２０の内面との間には空間部５０を形成する。好ましくは、空間部５０を仕切るための帯状スペーサ３０を設け、該帯状スペーサ３０の内周面を貯湯缶体３の周側面に密着させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯缶体と、貯湯缶体を収納する外装体と、貯湯缶体と外装体との間の空間を埋める熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材とを備えた貯湯タンクであって、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面との間には空間部が形成されていることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項２】
空間部は、断熱材の内面から内側に突出しかつその内周面を貯湯缶体の周側面に密接する水平方向の帯状スペーサにより２段以上に仕切られていることを特徴とする請求項１に記載の貯湯タンク。
【請求項３】
帯状スペーサは上下方向に２個以上設けられており、スペーサにより仕切られた空間部は、上位のものよりも下位のものが上下方向の幅が次第に狭くなっていることを特徴とする請求項２に記載の貯湯タンク。
【請求項４】
帯状スペーサと断熱材とは一体成形されていることを特徴とする請求項２または３に記載の貯湯タンク。
【請求項５】
帯状スペーサと断熱材とは別の部材で形成されており、帯状スペーサを構成する材料は断熱材を構成する材料よりも高い耐熱性を有することを特徴とする請求項２または３に記載の貯湯タンク。
【請求項６】
貯湯缶体の上面と底面と断熱材内面との間にも帯状スペーサと同程度の耐熱性を備えた皿状スペーサが介装されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の貯湯タンク。
【請求項７】
帯状スペーサまたは皿状スペーサを形成する材料は、発泡ポリフェニレンエーテル、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタレート、発泡α−メチルスチレン、発泡パラメチルスチレン、または発泡架橋ポリエチレンのいずれかであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の貯湯タンク。
【請求項８】
空間部の厚みは、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の貯湯タンク。
【請求項９】
請求項２〜７のいずれかに記載の貯湯タンクに備えられる熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材であって、その内面から内側に向けて突出する帯状スペーサ部を備えることを特徴とする貯湯タンク用断熱材。
【請求項１０】
断熱材本体と帯状スペーサ部とは別部材として構成され、両者は接着により一体化されていることを特徴とする請求項９記載の貯湯タンク用断熱材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気温水器やヒートポンプ式の給湯器のような貯湯式給湯器における貯湯タンク、特に、その断熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気温水器やヒートポンプ式の給湯器のような貯湯式給湯器は知られている（例えば、特許文献１：実開平６−６９６５１号公報、特許文献２：特開２００２−３１０５１１号公報、など参照）。図９は貯湯式給湯器１の一例であり、発熱源としてのヒートポンプ式加熱器２と、貯湯缶体３を収容する貯湯タンク１０とを備え、加熱器２で加熱した温水を貯湯缶体３に貯湯しておき、給湯要求があったときに給湯栓５から給湯するようにしている。
【０００３】
この形態の給湯器では、貯湯缶体に高い保温性が求められる。そのために、貯湯タンク１０の外装体６と収容した貯湯缶体３との間の空間には適宜の断熱材７が充填される。前記した特許文献１のものでは、耐熱温度の高い無架橋のポリプロピレン発泡シートにより貯湯缶体３の外周面を包んだ後、無架橋のポリプロピレン発泡シートよりも耐熱温度が低いビーズ状の無架橋ポリプロピレン発泡粒体を充填するようにしており、特許文献２では、貯湯缶体３と外装体６との間に、耐熱性発泡ポリスチレンのような熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材を、その内面が貯湯缶体の外周面に密着するようにして配置している。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−６９６５１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１０５１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の貯湯タンクでは発泡ポリプロピレンや発泡ポリスチレンのような発泡樹脂を断熱材として用い、所要の断熱効果および保温効果を上げている。この場合、さらに高い断熱効果を求める場合には、発泡樹脂層の厚みを厚くする必要がある。断熱材の厚みを厚くすることは、貯湯タンクの外装体６の容積が大きくなるか、貯湯缶体３の容積が小さくなる結果となる。通常、一般の住宅において、自由に使用できる空間が限られていることを考えると、貯湯タンク１０の外装体６の容積が大きくなることは好ましくない。貯湯缶体３の容積を小さくすることも、当然に好ましくない。
【０００６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、外装体の容積や貯湯缶体の容積を変えることなく、断熱効果および保温効果を従来のものよりもさらに向上させた、特に貯湯式給湯器における貯湯タンクとして用いるのに好適な、断熱材を備えた貯湯タンクを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による貯湯タンクは、貯湯缶体と、貯湯缶体を収納する外装体と、貯湯缶体と外装体との間の空間を埋める熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材とを備えた貯湯タンクであって、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面との間には空間部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
空気の熱伝導率は、熱可塑性樹脂発泡体の熱伝導率と比較して、種類により多少の違いがあるとしても、きわめて小さい。従って、本発明による貯湯タンクにおいて、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面との間に形成される空間部は、断熱効果のきわめて高い断熱層として機能する。そのために、そこが熱可塑性樹脂発泡体により満たされている場合、すなわち、断熱材がすべてなんらか熱可塑性樹脂発泡体で構成されている場合と比較して、同じ層厚み（空気層厚み＋熱可塑性樹脂発泡成形体である断熱材厚み）であっても、高い断熱効果が得られ、保温効果も向上する。従って、貯湯缶体の容量は同じであり、貯湯缶体を収納する外装体の容積が同じであっても、きわめて高い断熱効果および保温効果を備えた貯湯タンクを得ることができる。
【０００９】
空間部は貯湯缶体の全外周面に沿って形成されていることが好ましいが、周囲に配置する熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材の安定性を考慮すると、単に構造上の問題から、空間部は貯湯缶体の周囲にのみ形成し、上面と底面は熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材と直接あるいは他の部材を介して接するように構成することもでき、その場合でも、充分に断熱性能の向上が得られる。
【００１０】
空間部が上下方向に長いものである場合に、空気の対流現象が大きくなり、貯湯缶体内の温水の上下に温度差が生じるのを促進してしまうことが起こり得る。それにより、断熱性能が幾分低下する。それを回避するために、空間部を断熱材の内面から内側に突出しかつその内周面を貯湯缶体の周側面に密接する水平方向の帯状スペーサにより２段以上に仕切ることが好ましい。それにより、空気の対流を部分的なものとすることができ、断熱性能の低下は抑制される。
【００１１】
このような帯状スペーサの存在は、空間部の容積を小さくすると共に、空気より高い熱伝導率を持つ材料が貯湯缶体に直接接することとなるので、可能であれば、少ない方が望ましい。しかし、上記した空気の対流を抑制することとの兼ね合いで、２本以上の帯状スペーサを配置することが望ましい場合も起こり得る。その場合には、帯状スペーサにより仕切られた空間部が、上位のものよりも下位のものが上下方向の幅が次第に狭くなるような間隔をおいて帯状スペーサを配置することが望ましい。その理由は、温水の密度の関係で貯湯缶体内の温水温度は上方が高くなるので、その領域の保温性能をより確実に確保するためである。
【００１２】
本発明において、断熱材を構成する熱可塑性樹脂発泡体の種類および帯状スペーサを形成する材料の種類は、所要の断熱性能を備え、かつ貯湯缶体に収容される温水の温度（通常、最高で９５℃程度）により大きな変形などをすることなく形状を保持することのできる程度の耐熱性を備えていればよく、同種の材料であってもよく、異なっていてもよい。同種の熱可塑性樹脂発泡体の場合、両者は一体成形品であってもよい。異なる材料による場合には、別々に成形した後、接着剤や両面テープなどで一体に組み付けてもよい。
【００１３】
別々に成形する場合において帯状スペーサは直接貯湯缶体に接触するので高い耐熱性を備えたものであることが必要であるが、熱可塑性樹脂発泡体からなる断熱材は帯状スペーサを介して貯湯缶体と熱的接触を持つこととなるので、その耐熱性は帯状スペーサよりも低いもので充分である。一般に、耐熱性の高い熱可塑性樹脂材料は、耐熱性の低いものよりも高価であることから、帯状スペーサのみを耐熱性の高い材料で作り、熱可塑性樹脂発泡体からなる断熱材は耐熱性の低い材料で作ることにより、製造コストを低減することができる。
【００１４】
帯状スペーサのみを耐熱性の高い発泡あるいは非発泡の樹脂材料で作り、熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材を耐熱性の低い材料で形成するときに、熱可塑性樹脂発泡成形体である断熱材が直接貯湯缶体の上面と底面に接触すると、大きな熱変形を起こし、成形体の組み付け部に隙間が生じることが起こり得る。そのために、貯湯缶体の上面と底面と断熱材内面との間にも、帯状スペーサと同程度の耐熱性を持つ発泡あるいは非発泡の樹脂材料で作った皿状スペーサを介装させることはきわめて好ましい。皿状スペーサは部分的に空間領域を有していてもよい。当該空間領域は断熱空間として機能する。
【００１５】
断熱層として機能する空間部の厚みは、薄すぎると断熱空間として有効に機能せず、厚すぎると不必要な対流が起こり断熱性能が低下する。本発明者らの実験では、通常使用されている直径３００ｍｍ〜８００ｍｍ程度の貯湯缶体において、空間部は２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の厚みであれば、断熱空間として効果的であった。ほぼ５ｍｍ程度の厚みの空間部は、全体の容積効率を考慮すると最も効果的であった。
【００１６】
前記のように、本発明において、熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材を形成する樹脂材料は、貯湯タンクに予定される温水温度により大きな変形を伴わないことを条件に、すなわち、当該温度での所要の耐熱性を備えることを条件に、任意のものを用いうる。耐熱性の比較的低い熱可塑性樹脂材料としては、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレンなどが挙げられる。耐熱性の比較的高いものとしては、発泡ポリフェニレンエーテル、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタレート、発泡α−メチルスチレン、発泡パラメチルスチレン、発泡架橋ポリエチレンなどが挙げられる。上記したように、帯状スペーサあるいは皿状スペーサは、貯湯缶体に直接接するようにして用いられるものであり、上記した耐熱性の比較的高い材料、すなちわ、発泡ポリフェニレンエーテル、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタレート、発泡α−メチルスチレン、発泡パラメチルスチレン、または発泡架橋ポリエチレンのいずれかで製造することが好ましい。そのような樹脂材料の非発泡体であってもよい。中でも、帯状スペーサにおいては成形性、作業性が良好である理由から発泡架橋ポリエチレンは好ましい。
【００１７】
本発明による貯湯タンク用断熱材は、貯湯タンクに備えられる熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材であって、その内面から内側に向けて突出する帯状スペーサ部を備えることを特徴とする。このような構造とすることで、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面と間に空間部を確実に形成させることができる。また、断熱材本体と帯状スペーサ部とは一体に成形されていてもよく、両者は別部材として構成され接着により一体化されていてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は本発明による断熱材を備えた貯湯タンクの一実施の形態を分解して示しており、図２は組み立て後の断面図である。なお、図では貯湯タンクのみを示しており、加熱器との間の配管系や給湯栓への配管系は省略している。また、外装体も省略している。これらは、従来知られた貯湯タンクに準じて、適宜配置すればよい。
【００１９】
貯湯タンク１０は、貯湯缶体３と、その周囲に配される断熱体２０と、全体を包み込む外装体（不図示）とで構成される。貯湯缶体３と外装体は従来の貯湯タンクにおけるものと同じものであってよい。断熱体２０は、熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材群２１〜２４と、貯湯缶体３の周側面に密接する水平方向の帯状スペーサ３０と、貯湯缶体３の上面と断熱材内面との間および底面と断熱材内面との間に配置される皿状スペーサ４０ａ，４０ｂとを備える。なお、図で３ａは貯湯缶体３への給水口であり、通常は閉鎖されている。
【００２０】
熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材群は、内周面が貯湯缶体３の周側面に沿う形状に成形された第１と第２の周側面用断熱材２１，２２と、貯湯缶体３のの上面形状に沿うように成形された上面用断熱材２３と、貯湯缶体３の底面形状に沿うように成形された底面用断熱材２４とからなっている。第１と第２の周側面用断熱材２１，２２は、その左右の側縁に、互いに合決りできる形状の凸条２５と凹条２６を有している。また、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２の上縁にも凸条２５ａと凹条２６ａが形成されており、下縁にも凸条２５ｂと凹条２６ｂが形成されている。
【００２１】
上面用断熱材２３の下縁部には、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２とを合決り接合したときにその上縁に形成される凸条２５ａと凹条２６ｂからなる接合部と嵌り合うことのできる環状切り欠きが形成されており、また、底面用断熱材２４の上縁部にも、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２とを合決り接合したときにその下縁に形成される凸条２５ｃと凹条２６ｃからなる接合部に嵌り合うことのできる環状切り欠きが形成されている。従って、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２と上面用断熱材２３と底面用断熱材２４とは、貯湯缶体３を内部に収容した状態で、気密的に一体に組み込むことが可能であり、貯湯缶体３に対する断熱材としての機能を果たす。
【００２２】
本発明において、熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材群２１〜２４は、図２に示すように、貯湯缶体３を内部に収容した状態で一体に組み付けたときに、断熱材群２１〜２４の内面側と貯湯缶体３の外周面との間に２ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは５ｍｍ程度の空間部５０がほぼ一様に形成されるように設計されている。この空間部５０が断熱層（断熱空間）として機能する。
【００２３】
帯状スペーサ３０は、前記空間部５０の厚みとほぼ同じ厚みであり、好ましくは断熱材群２１〜２４を構成する材料よりも高い耐熱性を有する材料で形成される。この例では、４本の帯状スペーサ３０が用いられており、各帯状スペーサ３０は接着剤あるいは両面テープを用いて、互いにほぼ平行となるようにして第１と第２の周側面用断熱材２１，２２の内面側に一体に接着されている。図２に示すように、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２を貯湯缶体３の円筒部の周囲に組み付けた状態で、各帯状スペーサ３０の内周面は貯湯缶体３の周側面に密接した状態となる。
【００２４】
また、図１によく示すように、この例では、各帯状スペーサ３０・・は、それにより仕切られた３つの空間部が、その上下方向の幅が上位のものよりも下位のものが次第に狭くなるようにして配置されている。このようにすることにより、不必要に空間部５０内で空気が対流するのを防止でき、保温性能はより確実なものとなる。なお、図１において、３１は接着する帯状スペーサ３０の位置決め用の突起で、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２にそれぞれ帯状スペーサ３０を接着する際に、接着位置の目印となって作業性を向上させることができる。なお、この突起３１は、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２を成形するときに一体成形される。突起３１は、接着後の帯状スペーサ３０の安定化にも寄与することができ、例えば接着強度が低下したような場合に、帯状スペーサ３０の落下を防止して、貯湯缶体３と第１と第２の周側面用断熱材２１，２２との間の空間部を適切に維持することができる。もちろん、このような突起３１は省略することもできる。
【００２５】
貯湯缶体３の上面と上面用断熱材２３との間に形成される空間部５０には、前記した皿状スペーサ４０ａが介装され、また、貯湯缶体３の底面と下面用断熱材２４との間に形成される空間部５０には、皿状スペーサ４０ｂが介装される。皿状スペーサ４０ａ，４０ｂの厚さは、空間部５０の厚みとほぼ同じかあるいはやや厚みの厚いものであり、上面用断熱材２３と下面用断熱材２４とを、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２と共に、貯湯缶体３の上面と底面に組み付けた状態では、皿状スペーサ４０ａ，４０ｂの内面は貯湯缶体３の上面、底面に密接した状態となる。図示の例では皿状スペーサ４０ａ，４０ｂは中実のものとしているが、部分的に空間領域を形成してもよい。その場合、空間領域は断熱空間として機能する。図示しないが、図２に示した状態のものが外装体に収容されて貯湯タンクを構成する。
【００２６】
上記の構成であり、第１と第２の周側面用断熱材２１，２２は帯状スペーサ３０を間に挟んで貯湯缶体３の周囲に位置しており、安定した組み付け状態が得られると共に、その間には所要厚みの断熱空間が形成されるので、高い断熱性能と保温機能が確保される。一方、上面用断熱材２３と下面用断熱材２４とは、皿状スペーサ４０ａ，４０ｂを挟んで貯湯缶体３の上面、底面に密接しており、安定した組み付け状態が得られる。
【００２７】
図３、図４は他の実施の形態を示しており、前記した図１、図２にそれぞれ相当する。この例では、形成される空間部５０の中央近傍に帯状スペーサ３０を１箇所のみ配置した点で、図１、図２に示したものと相違している。空間部５０の仕切りが１箇所のみであり保温性能は幾分低下するが、構成を簡素化できる利点がある。使用環境によっては十分に実用に供することができる。図示しないが、帯状スペーサ３０をまったく使用しないで貯湯タンクを構成することも当然に可能である。また、所要の安定性と耐熱性が確保できる場合には、上面用断熱材２３と下面用断熱材２４の双方あるいは一方において皿状スペーサを省略することもできる。さらに、図示の例では、帯状スペーサ３０と第１と第２の周側面用断熱材２１，２２とを別部材として構成したが、一体成形してもよい。この場合には突起３１は当然に省略できる。
【００２８】
【実施例】
次に、上記の貯湯タンクを用いて断熱性能を試験した結果を比較例と共に説明する。実施例１、２として図１および図２に説明した形状の貯湯タンク（４本の帯状スペーサ）（実施例１）と、図３および図４に説明した形状の貯湯タンク（１本の帯状スペーサ）（実施例２）を用いた。比較例として図５に示すように、断熱体２０の外側寸法は実施例１、２のものと同じであるが、断熱材群２１〜２４の厚みをその内面が貯湯缶体３の周面に密接する寸法とした貯湯タンク、すなわち空間部５０を有しないものを用いた。各寸法は次のとおりとした。
【００２９】
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【００３０】
テストは、貯湯缶体に８５℃のお湯を約３００リットル（対缶体：１００％）入れ、外気温度５℃環境下で行った。図６に示すように、貯湯缶体の円筒部分を１０に等分し、１〜１０のセンサを張り付け、その表面温度を経時的に測定して断熱性能を評価した。また、実施例１については、最上位のセンサ１に近接する位置での断熱材内面温度（すなわち、貯湯缶体から５ｍｍの空間を置いた位置の温度）１１も測定して断熱性能を評価した。その結果を図７、図８に示した。なお、図７はセンサ１〜１０の平均温度と実施例１での断熱材内面温度１１（−□−）の経時変化を示しており、図８は最下部のセンサ１０での経時変化を示している。
【００３１】
図７からわかるように、実施例１、２は共に、比較例（空間部５０を形成しないもの）よりも高い保温性能を示しており、本発明品における空間部５０が断熱空間として効果的に機能していることがわかる。実施例２と比較して実施例１はさらに高い保温性能を示しているが、これは、複数本（４本）の帯状スペーサを間隔をおいて配置した結果と判断できる。一方、断熱材内面温度１１は、テスト開始時で７３℃程度、１３時間経過後で６６℃程度であり、発泡ポリスチレンのような耐熱性の低い材料（安価な材料）を断熱材として支障なく用い得ることもわかる。
【００３２】
図８に示すように、貯湯缶体の下部温度は平均温度（図７参照）よりも低い温度となっている。しかし、その下がり方は実施例１の場合が最も小さい。このことからも、本発明品において帯状スペーサ３０を多段に配置することの有効性が示される。
【００３３】
【発明の効果】
上記のようであり、本発明の貯湯タンクによれば、外装体の容積や貯湯缶体の容積を変えることなく、断熱効果および保温効果を従来のものよりも向上させた断熱材を備えた貯湯タンクを得ることができる。この種の貯湯タンクは、貯湯式給湯器における貯湯タンクとして用いるのに特に好適である。また、本発明による貯湯タンク用断熱材によれば、断熱効果および保温効果を向上させるための、貯湯缶体の少なくとも周側面と断熱材の内面との間の空間部を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による貯湯タンクの要部を分解して示す図。
【図２】図１に示す貯湯タンクの組み立てた状態での断面図。
【図３】本発明による貯湯タンクの他の実施の形態を分解して示す図。
【図４】図３に示す貯湯タンクの組み立てた状態での断面図。
【図５】比較例として用いた貯湯タンクを示す断面図。
【図６】実施例での測温部を説明する図。
【図７】実施例と比較例での断熱性能を示すグラフ。
【図８】実施例と比較例での断熱性能を示す他のグラフ。
【図９】ヒートポンプ式の給湯器の一例を示す図。
【符号の説明】
３…貯湯缶体、６…外装体、１０…貯湯タンク、２０…断熱体、２１〜２４…熱可塑性樹脂発泡成形体からなる断熱材群、２１，２２…第１と第２の周側面用断熱材、２３…上面用断熱材、２４…底面用断熱材、３０…帯状スペーサ、３１…突起、４０ａ，４０ｂ…皿状スペーサ、５０…空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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