(57)【要約】  （Ａ）タンクと、（Ｂ）ポリウレタンフォーム等の断熱層と、（Ｃ）断熱層に巻きつけられたポリウレタン製の温水器用ジャケットと、を備え、ＡＢＳ製の温水器用ジャケットを含むことを除き、あらゆる側面において類似した温水器と比較して、単位長さ当たりの熱損失がより少ない温水器である。該温水器用ジャケットは、ＲＩＭ技術によって作成され得る。【選択図】図１
2015503080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）タンクと、（Ｂ）タンクの周囲に設けられた断熱層と、（Ｃ）断熱層の周囲に設けられたポリウレタン（ＰＵ）製の温水器用ジャケットと、を備える温水器。
【請求項２】
請求項１に記載の温水器であって、前記タンクは厚肉の鋼を含む、温水器。
【請求項３】
請求項２に記載の温水器であって、
前記鋼は５ｍｍ以上の厚さを有し、
前記断熱層は、前記タンクの周囲に巻きつけられ、かつ前記タンクに接触するＰＵフォーム断熱材である、温水器。
【請求項４】
請求項３に記載の温水器であって、
タンク容量は１０〜６０ガロンであり、
ＰＵフォームの厚さは１５ｍｍ以上であり、
前記ジャケットの厚さは１〜５ｍｍである、温水器。
【請求項５】
請求項４に記載の温水器であって、電気加熱システムを備える、温水器。
【請求項６】
請求項１に記載の温水器であって、
前記ジャケットが、配管と計装とのための適切な開口部を除いて前記タンクと前記断熱層とが覆われるよう互いに結合される２つの半部分を備える、温水器。
【請求項７】
請求項６に記載の温水器であって、
前記ジャケットの前記２つの半部分は、弾性バンド又は金属バンドによって結合される、温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器に関する。一の態様において、本発明は、温水器用ジャケットを含む温水器に関し、別の態様において、本発明は、反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＲＩＭ）によって製造される温水器用ジャケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
温水器は幅広い大きさ及び形状を有してよく、また有するが、多くは共通する構造及び稼動形態を有する。図１には、代表的な温水器１０の構造が図示される。円柱形のタンク１１が、ジャケット１３に覆われた断熱材１２に覆われている。タンク１１は幅広い種類の材料のいずれを含んでもよいが、一般的にタンク１１は、意図された稼動に必要な圧力に耐え得るよう比較的厚肉の鋼を含む。一般的な住居用用途において、稼動圧力は５０〜１００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）であるので、タンクは、１．５ミリメートル（ｍｍ）の鋼を用いて３００ｐｓｉの耐圧用に設計及び試験される。高温の硬水は鋼の錆の原因となるため、鋼のタンクはしばしばガラスの内張り（図示せず）を有する。
【０００３】
断熱材１２の組成も様々であり得るが、一般的には、ポリウレタンフォームを含む。フォームの厚さも様々であり得るが、主に、特定の用途で所望される断熱性の関数である。タンクがガラスで内張りされた鋼を含み、断熱材がポリウレタンである住居用用途においては、断熱層の厚さは３５ｍｍが一般的である。
【０００４】
ジャケット１３の代表的な組成は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、又は鋼（厚さ３ｍｍ）である。ジャケットは通常、断熱材を保護すると同時に、温水器に審美的外観を提供する。ＡＢＳ又はポリプロピレン又は鋼で構成されたジャケットにおいて、付加的な性質としては、表面の光沢仕上げ、耐衝撃性、及び耐ひっかき性が挙げられる。
【０００５】
図２は、タンクと、フォーム状断熱材と、ジャケットと、を有する温水器の上面模式図である。
【０００６】
温水器１０のその他の構成要素には、水を加熱する電力供給装置１４（ここでは、陽極ロッド１５と、上部加熱体１６と、下部加熱体１７と、を含む電力供給装置として示される）が含まれる。別の実施形態では、タンク１１内の水は他の熱源（天然ガス、太陽熱等）によって加熱され、エネルギーを熱に変換するバーナー（図示せず）等の適切な機器を含む。
【０００７】
冷水は冷水供給路１８を通じてタンク１１に流入し、温水は温水吐出路１９を通じてタンク１１から流出する。タンク１１は更に、水温を調節するための上部サーモスタット２０と、下部サーモスタット２１と、高温遮断器２２と、を備える。上部アクセスパネル２３と下部アクセスパネル２４とがそれぞれサーモスタット２０、２１を不測の衝撃から保護し、温水器に全般的な審美的価値を付加する。タンク１１は更に、圧力開放バルブ２５とドレーンバルブ２６とを備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
温水器の相手先商標製品製造会社（Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ、ＯＥＭ）は、温水器の効率及び外観の向上、そして当然ながら製造コストの削減に継続的な関心を有している。本発明が対象とする温水器の構成要素の一つは温水器用ジャケットである。ＯＥＭは特に、ＡＢＳ、ポリプロピレン、鋼の代替となり、加工コストが低く、開発時間が短く、表面仕上げ性が良く、機能面での追加の利益（より高い耐衝撃性や断熱性）を有する材料を発見することに関心を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の実施形態において、本発明は、ポリウレタンを含む温水器用ジャケットである。一の実施形態において、上記ポリウレタン製温水器用ジャケットは、反応射出成形によって製造される。一の実施形態において、本発明は温水器であって、（Ａ）タンクと、（Ｂ）タンクの周囲に位置する断熱層と、（Ｃ）断熱層の少なくとも一部に巻きつけられたポリウレタン製の温水器用ジャケットと、を備える温水器である。一の実施形態において、上記断熱層は、上記タンクとジャケットとの両方に接触するＰＵフォームである。一の実施形態において、上記フォーム断熱材はタンクと断熱材との間に注入される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気温水器の破断図である。
【図２】タンクと、断熱被覆材と、外装ジャケットと、を備える温水器の上面模式図である。
【図３Ａ】ＲＩＭ技術によって製造された温水器用ジャケットの一方の半部分の実施形態を模式的に示した図である。
【図３Ｂ】互いに結合され、タンクと断熱材とを覆う２つの半部分を備える温水器用ジャケットの実施形態を模式的に示した図である。
【図４】例示的な基準値と本発明のモデルとの、単位長さ当たりの熱損失の算出に用いられる温水器の寸法を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
定義
本開示内で用いられる数値範囲は概算値であり、したがって、異なる指定がない限り、その範囲外の値も含み得る。数値範囲は、下限値と上限値との間に２単位以上の開きがあることを前提として、１単位刻みで、下限値と上限値と、その間の全ての値を含む。例えば、厚さ等の組成的、物理的、又はその他の性質が１００〜１０００であった場合、１００、１０１、１０２等の個別の値と、１００〜１４４、１５５〜１７０、１９７〜２００等の部分範囲が明示的に列挙されるものとする。１未満の値、又は１よりも大きい小数部分を有する値（例：１．１、１．５等）を含む範囲については、１単位は、適宜０．０００１、０．００１、０．０１、又は０．１であると見なされる。１０未満の１桁の数字を含む範囲（例：１〜５）については、１単位は一般的に０．１であると見なされる。これらは具体的に意図されている内容の例示に過ぎず、列挙される下限値と上限値との間の考えうる全ての数値の組み合わせが、本開示に明示的に示されていると見なす。本開示において数値範囲は、他の要素についても示されるが、中でも、温水器の様々な構成部品の肉厚について示される。
【００１２】
「温水器」及び類似の用語は、タンクと、断熱層と、保護ジャケットと、を有し、水又はその他の液体を貯蔵し加熱する機器を意味する。
【００１３】
「タンク」及び類似の用語は、水又はその他の液体が貯蔵される容器を意味する。容量は大きく異なり得るが、便宜的に、１０〜６０ガロン、又は１５〜２０ガロンを含むサイズが例示される。
【００１４】
「断熱層」及び類似の用語は、タンクの外面とジャケットの内面との間の空間を意味する。この空間は、タンクから環境への熱損失を防止する任意の材料（個体、液体、気体）で満たされてよい。一の実施形態において、この空間は部分的又は完全に真空である。一の実施形態において、この空間は砂等の不活性材料によって満たされる。一の好ましい実施形態において、この空間はＰＵ断熱材によって満たされる。ＰＵ断熱材の厚さは多岐にわたり得るが、一般的には１５ｍｍ以上、より好ましくは３０又は３５ｍｍ以上である。
【００１５】
「ジャケット」及び類似の用語は、温水器の外側シェルを意味し、ジャケットは、タンクの壁面との間に断熱層を形成する。
【００１６】
反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＲＩＭ）
ＲＩＭ及びその類似の工程ＲＲＩＭ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）及びＳＲＩＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）は当該技術分野において周知である。これらの工程では、イソシアネート組成物を成分「Ａ」とし、成分「Ｂ」は、高分子ジオールを含む組成物を指すものであって任意でその他のイソシアネート反応性材料、例えば二官能性連鎖延長剤、を含んでよい。これらの試薬は適切な容器において混合され、Ｃｏｗｌｅｓ刃等の高剪断性の刃を用い、回転速度５０〜２５００回転毎分（ｒｐｍ）、温度２０℃〜１００℃で５〜６０分間撹拌される。好ましくは、成分Ｂは室温（２０℃）又はその付近で混合及び加工される。
【００１７】
成分「Ａ」及び「Ｂ」は、ＲＩＭ成形機の、一般的に撹拌機を備える別々の容器に収容され、ここで成分「Ａ」の温度は２０℃〜１２５℃である。好ましくは、イソシアネートを加工及び混合する際の温度は、特に該イソシアネートが、ジオールとイソシアネートとの反応用の触媒又は潜在触媒を含む場合は５０℃未満である。成分「Ｂ」の温度は２０℃〜８０℃の間であってよいが、好ましくは２０℃である。
【００１８】
成分「Ａ」及び「Ｂ」は、クラウス＝マッファイ社製混合ヘッド等の強制混合ヘッドにおいて衝突混合される。成分「Ａ」及び「Ｂ」は、例えばＶｉｋｉｎｇ  Ｍａｒｋ  ２１Ａ等の定量ポンプによって、吐出圧力７００〜５０００ｐｓｉで混合ヘッド内へ注入される。成分の流れ（Ａ及びＢ）をピストン（又はポンプ）、混合ヘッド、もしくはこれらの部材を接続する導管の中で、保管タンク内と同等の温度に維持することが求められる場合がある。これは、熱追跡及び／又は成分の独立した再循環によってしばしば実現される。
【００１９】
混合ヘッド内へ注入される成分「Ａ」及び「Ｂ」の量は、成分「Ａ」と成分「Ｂ」との重量比として計量され、その比は、用いる試薬と、所望のイソシアネートインデックスとに依存して、９：１〜１：９、好ましくは３：１〜１：３である。流れ（Ｂ）内のイソシアネート反応性官能基に対する流れ（Ａ）のイソシアネート当量の比が０．７０〜１．９０、好ましくは０．９０〜１．３０、より好ましくは０．９５〜１．１０になるような重量比が採用されることが好ましい。なお、この当量比は百分率である。「イソシアネート反応性官能基」という表現は、指標として定義され、しばしば、ヒドロキシル基、イミン基、１級及び／又は２級アミン基、メルカプト（ＳＨ−−）基、及びカルボン酸を含むものとされるがこれらに限定されず、これらの基は有機的に結合している。
【００２０】
流れ「Ａ」は、フィラー又は強化剤をその重量の４０％以下の量で含んでよい。好適な実施形態において、流れＡは７０重量％以上の芳香族イソシアネート類と、３０重量％以下のフィラー及び／又は強化剤と、１０重量％以下の任意の添加剤と、を含む。
【００２１】
流れ「Ａ」／「Ｂ」を衝突混合した混合物は、０．３ポンド毎秒（ｌｂ／ｓｅｃ）〜７０ｌｂ／ｓｅｃ、好ましくは５〜２０ｌｂ／ｓｅｃの速度で金型に注入される。金型は２０℃〜２５０℃に加熱される。適切な金型は、アルミニウム又は鋼等の金属製であるが、加工条件及び摩耗に耐え得るならば他の材料も用いてよい。通常、最初の成型に先立って、表面用離型剤が塗布される。離型剤は通常、採用される成型温度において個体である石鹸又はロウである。
【００２２】
衝突混合物が金型内で１秒〜３０秒、好ましくは５〜２０秒保持された後、高分子成型品が形成される。金型はその後開けられ、成型品が金型から取り出される。成型品は、５０℃〜２５０℃のオーブンに３０分〜３時間入れてポストキュアされてもよい。
【００２３】
ポリウレタン
本発明の実施において用いられるポリウレタン（ＰＵ）は、ジイソシアネートと、１以上の高分子ジオールと、任意で１以上の二官能性連鎖延長剤と、の反応生成物である。ＰＵはプレポリマー法、擬似プレポリマー法、又はワンショット法によって調製されてよい。ジイソシアネートはＰＵにおける硬質部分を形成し、芳香族、脂肪族、又は脂環式ジイソシアネート、又はこれらの化合物の組み合わせであってよい。ジイソシアネート（ＯＣＮ−Ｒ−ＮＣＯ）由来の構成単位の非限定的な一例を、式（Ｉ）で表す。
【化１】
2015503080.tif 000003
ここでＲはアルキレン、シクロアルキレン、又はアリーレン基である。これらのジイソシアネートの代表的な例が、米国特許第４，３８５，１３３号、４，５２２，９７５号、及び５，１６７，８９９号に示されている。適切なジイソシアネートの非限定的な例としては、４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、ｐ−フェニレンジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアナトメチル）−シクロヘキサン、１，４−ジイソシアナトシクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、２，４−トルエンジイソシアネート、４，４’ジイソシアナトジフェニルメタンが挙げられる。
【００２４】
高分子ジオールは、ＰＵにおける軟質部分を形成する。高分子ジオールは例えば、２００〜１０００ｇ毎モルの範囲の分子量（数平均）を有する。１以上の高分子ジオールが用いられてよい。適切な高分子ジオールの非限定的な例として、ポリエーテルジオール（ポリエーテルＰＵをもたらす）、ポリエステルジオール（ポリエステルＰＵをもたらす）、ヒドロキシ末端ポリカーボネート（ポリカーボネートＰＵをもたらす）、ヒドロキシ末端ポリブタジエン、ヒドロキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体、エチレンオキシド及びプロピレンオキシド等のジアルキルシロキサンとアルキレンオキシドのヒドロキシ末端共重合体、天然油ジオール、及びこれらの組み合わせが挙げられる。上記の高分子ジオールの１以上は、アミン末端ポリエーテル、及び／又はアミノ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体と混合されてよい。
【００２５】
二官能性連鎖延長剤は、鎖中に２〜１０の炭素原子を包括的に有する脂肪族直鎖又は分岐鎖ジオールであってよい。このようなジオールの代表例は、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキノンビス−（ヒドロキシエチル）エーテル、シクロヘキシレンジオール（１，４−、１，３−、及び１，２−異性体）、イソプロピリデンビス（シクロヘキサノール）、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、エタノールアミン、Ｎ−メチル−ジエタノールアミン等、及び上記の任意の組み合わせである。上述の通り、場合によっては、得られるＰＵの熱可塑性を損なうことなく、少量（約２０当量％未満）の二官能性延長剤が、三官能性延長剤によって代替されてよい。このような延長剤の例としては、グリセロール、トリメチルプロパン等が挙げられる。
【００２６】
連鎖延長剤は、特定の反応剤成分の組み合わせと、硬質部分と軟質部分との所望される量と、良好な機械的性質を提供するに十分な係数や引裂強度等の指標と、によって決定される量で、ポリウレタンに含まれる。ポリウレタン組成物は、例えば２〜２５、好ましくは３〜２０、より好ましくは４〜１８重量％の連鎖延長剤成分を含んでよい。
【００２７】
任意で、分子量を制御するために、しばしば「連鎖停止剤」と呼ばれるモノヒドロキシル官能性又はモノアミノ官能性化合物が少量用いられてよい。このような連鎖停止剤の例としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、及びヘキサノールが挙げられる。用いられる場合、連鎖停止剤は、ポリウレタン組成物を得るための反応混合物全体の０．１〜２重量％といった少量で存在するのが一般的である。
【００２８】
延長剤に対する高分子ジオールの相当割合は、得られるＰＵの所望される硬度に依存して大きく異なり得る。一般論として、相当割合は約１：１〜約１：２０の範囲内であり、好ましくは約１：２〜約１：１０である。同時に、活性水素含有材料の当量に対するイソシアネート当量の全体的比率は、０．９０：１〜１．１０：１の範囲内であり、好ましくは０．９５：１〜１．０５：１である。
【００２９】
温水器用ジャケット
本発明の温水器用ジャケットは、従来公知のＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭ技術によって、上述のイソシアネート、ジオール、及び延長剤を用いて作成される。ジャケットは任意の設計であってよいが、典型的には、配管と、サーモスタット等の計装とのための適切な開口部を有し、タンクと断熱層を包囲又は封入するような設計及び寸法とされる。ジャケットの厚さも大きく異なり得るが、一般的に１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、更に好ましくは３ｍｍ以上である。ジャケットの最大厚さは、一般的に１０ｍｍ以下、より一般的には７ｍｍ以下、更に一般的には５ｍｍ以下である。
【００３０】
一の実施形態において、図３Ａ及び３Ｂに示すとおり、ジャケットは２つの半部分を備える。この半部分は、タンクと断熱材の周囲で結合されると、タンクと断熱材とを完全に、又はほぼ完全に封入する。図３Ａは、ジャケットの一方の半部分を示し、図３Ｂは、互いに結合され、温水器タンクとタンクの周囲の断熱材とを包囲する２つの半部分を示す。２つの半部分は、任意の手段で結合されてよく、手段としては、メカニカルファスナー（１以上の金属又は弾性バンド）、接着剤、圧接又はスナップ方式（２つの半部分に設けられた連結縁部）等が挙げられるがこれらに限定されない。結合手段にかかわらず、ジャケットは、メンテナン及び修理のために断熱材及びタンクにすぐにアクセスできるよう、容易に分解可能であることが好ましい。
【００３１】
一の実施形態において、ジャケットは、温水器の製造中に、温水器の断熱層のすぐ外側にＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭ技術によって形成される。本実施形態において、ジャケットは本質的には、配管と計装とのための適切な開口を有する、タンクと断熱層のための一体型のカバーである。本実施形態は、小型（例えば、１５〜２０ガロン）の電気温水器用により適合されている。
【００３２】
ＡＢＳを含むことを除き、あらゆる側面において類似した温水器用ジャケットと比較した場合、ＲＩＭによって製造されたジャケットは（ｉ）より優れた機械的及び温度的性質を示し、（ｉｉ）より低い１時間当たりの熱損失を示し、より高いエネルギースター格付け（政府系認定機関による、システム及び機器のエネルギー効率を評価する格付け）を達成し、（ｉｉｉ）より高い耐衝撃性（例えば製造後の温水器が、輸送中に不測の衝撃にさらされる場合を想定した器具の落下試験において重要）を示し、（ｉｖ）より優れた光沢及び表面処理を示し、（ｖ）加工コストの削減を実現し、（ｖｉ）より短い製品開発サイクル（一般的には２〜３ヶ月）を可能にし、（ｖｉｉ）低い加工コストによるより短い製品ライフサイクルを実現し、（ｖｉｉｉ）製造上のエネルギー要件を低減し、（ｉｘ）同じサイクル時間を実現する。
【００３３】
本発明の温水器は、（Ａ）一般的に厚肉の鋼（例えば厚さ５ｍｍ以上）を含むタンクもしくは内部シリンダーと、（Ｂ）断熱層と、一般的にタンクの周囲にタンクに接触するよう巻きつけられた、一般的に厚さ３５ｍｍ以上のＰＵフォームを含むフォーム断熱材と、（Ｃ）ＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭによる、厚さ１〜５ｍｍのＰＵ製ジャケットと、を備える。断熱層はタンクを（配管と計装とのための適切な開口を有して）完全に包囲してもよいし、ジャケットを取り付けた際にタンクとジャケットとの間に１以上の空間が生まれるようタンクの表面積全体よりも少ない範囲を包囲してもよい。その他の断熱材フォームとしては、ポリスチレンとポリオレフィンが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
ジャケットの厚さは、他の要素にも依存するが、中でも、温水器の所望される質量と、断熱効率と、製造コストと、の関数である。ジャケットは幅広い（ｉ）高さ（例えば、２００ｍｍ〜１０００ｍｍ、又はそれ以上）、（ｉｉ）密度（例えば５００〜１２００キログラム毎立方メートル（Ｋｇ／ｍ３））、及び（ｉｉｉ）熱伝導性（例えば０．０２５〜０．０９ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ°Ｋ））を有し得る。ジャケットは、結合された際に、配管と計装とのための適切な開口を有してタンクと断熱層とを包囲する２つの半部分を有することが好ましいが、様々なデザインのうちいずれを有してもよい。半部分が接着剤によって結合される場合、好適な接着剤としては、アクリル、アクリル／エポキシ、発泡性エポキシが挙げられるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００３５】
古典的閉形式解を用いた熱損失の算出
熱損失の２次元熱量計算
ベースラインモデル
ベースラインモデルは、３ｍｍのＡＢＳ製ジャケットで覆われた３５ｍｍのＰＵフォームで覆われた、厚さ１．５ｍｍ、直径３０３ｍｍの鋼製タンクを含む。鋼製タンクの内壁の温度は７１℃、ＡＢＳ製ジャケットの外壁は２３℃である。表１に、ベースラインモデルの各層の材料特性と厚さの詳細を示す。表２に、ベースラインモデルの各材料の熱伝導性を示す。
【表１】
2015503080.tif 000004
【表２】
2015503080.tif 000005
【００３６】
図４は、ベースラインモデルの各層の限界寸法と、入力温度条件を示す図である。熱損失の算出は、伝導伝熱を求める古典的閉形式解を用いて行われる。算出用の温度入力は、内側の鋼面の温度７１℃と、外側の周囲温度２３℃である。以下の式Ｉは、伝導伝熱による、複合円柱を通じた熱伝達を求める古典的閉形式解である。
【数１】
2015503080.tif 000006
式Ｉ
ここでＱは複合円柱を通じた熱伝達を表し、
Ｌは複合円柱の長さを表し、
ｒ１はステンレス鋼の円柱の内半径＝１５１．５ｍｍを表し、
ｒ２はステンレス鋼の円柱の外半径＝１５３ｍｍを表し、
ｒ３はポリウレタンフォームの円柱の外半径＝１８８ｍｍを表し、
ｒ４はＡＢＳの円柱の外半径＝１９１ｍｍを表し、
Ｔ１はステンレス鋼の内壁の温度＝７１℃を表し、
Ｔ４はＡＢＳの外壁における周囲温度＝２３℃を表し、
ｋ１は鋼の熱伝導性＝４３Ｗ／ｍ°Ｋを表し、
ｋ２はポリウレタンの熱伝導性＝０．０２Ｗ／ｍ°Ｋを表し、
ｋ３はＡＢＳの熱伝導性＝０．３３Ｗ／ｍ°Ｋを表す。
計算に用いる単位：Ｗ＝ワット、ｍ＝メートル、°Ｋ＝ケルビン度
Ｑ／Ｌ（単位長さ当たりの熱伝達）＝２９．１３Ｗ／ｍ
【００３７】
ベースラインシステムの単位長さ当たりの熱損失は、２９．１３Ｗ／ｍである。
【００３８】
本発明のモデル
本発明の設計は、温水器用ジャケットの材料がＡＢＳからＲＩＭのＰＵに変更された点を除いてはベースラインの設計と同様である。本発明の、各層の限界寸法と入力温度条件は、図４に示したものと同一である。本発明のモデルの各層の材料特性と厚さの詳細を表３に、本発明のモデルの各材料の熱伝導性を表４に示す。
【表３】
2015503080.tif 000007
【表４】
2015503080.tif 000008
【００３９】
上記の式Ｉと、ＡＢＳの熱伝導性ｋ３（０．３３Ｗ／ｍ°Ｋ）をＰＵ−ＲＩＭの熱伝導性Ｋ３（０．０７Ｗ／ｍ°Ｋ）に変更したほかはベースラインモデルによる算出で用いられたものと同じ変数値を用いて、本発明のモデルの単位長さ当たりの熱損失は２８．６４Ｗ／ｍであると求められた。したがって、本発明のモデルは、ベースラインモデルと比較して、０．４９Ｗ／ｍの熱損失低減を実現する。
【図１】
2015503080.tif 000009
【図２】
2015503080.tif 000010
【図３Ａ】
2015503080.tif 000011
【図３Ｂ】
2015503080.tif 000012
【図４】
2015503080.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月7日(2013.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    温水器用ジャケット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水器に関する。一の態様において、本発明は、温水器用ジャケットを含む温水器に関し、別の態様において、本発明は、反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＲＩＭ）によって製造される温水器用ジャケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
温水器は幅広い大きさ及び形状を有してよく、また有するが、多くは共通する構造及び稼動形態を有する。図１には、代表的な温水器１０の構造が図示される。円柱形のタンク１１が、ジャケット１３に覆われた断熱材１２に覆われている。タンク１１は幅広い種類の材料のいずれを含んでもよいが、一般的にタンク１１は、意図された稼動に必要な圧力に耐え得るよう比較的厚肉の鋼を含む。一般的な住居用用途において、稼動圧力は５０〜１００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）であるので、タンクは、１．５ミリメートル（ｍｍ）の鋼を用いて３００ｐｓｉの耐圧用に設計及び試験される。高温の硬水は鋼の錆の原因となるため、鋼のタンクはしばしばガラスの内張り（図示せず）を有する。
【０００３】
断熱材１２の組成も様々であり得るが、一般的には、ポリウレタンフォームを含む。フォームの厚さも様々であり得るが、主に、特定の用途で所望される断熱性の関数である。タンクがガラスで内張りされた鋼を含み、断熱材がポリウレタンである住居用用途においては、断熱層の厚さは３５ｍｍが一般的である。
【０００４】
ジャケット１３の代表的な組成は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、又は鋼（厚さ３ｍｍ）である。ジャケットは通常、断熱材を保護すると同時に、温水器に審美的外観を提供する。ＡＢＳ又はポリプロピレン又は鋼で構成されたジャケットにおいて、付加的な性質としては、表面の光沢仕上げ、耐衝撃性、及び耐ひっかき性が挙げられる。
【０００５】
図２は、タンクと、フォーム状断熱材と、ジャケットと、を有する温水器の上面模式図である。
【０００６】
温水器１０のその他の構成要素には、水を加熱する電力供給装置１４（ここでは、陽極ロッド１５と、上部加熱体１６と、下部加熱体１７と、を含む電力供給装置として示される）が含まれる。別の実施形態では、タンク１１内の水は他の熱源（天然ガス、太陽熱等）によって加熱され、エネルギーを熱に変換するバーナー（図示せず）等の適切な機器を含む。
【０００７】
冷水は冷水供給路１８を通じてタンク１１に流入し、温水は温水吐出路１９を通じてタンク１１から流出する。タンク１１は更に、水温を調節するための上部サーモスタット２０と、下部サーモスタット２１と、高温遮断器２２と、を備える。上部アクセスパネル２３と下部アクセスパネル２４とがそれぞれサーモスタット２０、２１を不測の衝撃から保護し、温水器に全般的な審美的価値を付加する。タンク１１は更に、圧力開放バルブ２５とドレーンバルブ２６とを備える。
【０００７Ａ】
カナダ特許第８８５８３１号には、ポリウレタンフォームの層が鋼製タンクの外面に直接接着されている温水器が記載されている。該フォームは開放セル型であって、相対的に硬質で延性のある外表皮を備え、タンクに接着されたフォーム層の内面には実質的に表皮が存在しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
温水器の相手先商標製品製造会社（Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ、ＯＥＭ）は、温水器の効率及び外観の向上、そして当然ながら製造コストの削減に継続的な関心を有している。本発明が対象とする温水器の構成要素の一つは温水器用ジャケットである。ＯＥＭは特に、ＡＢＳ、ポリプロピレン、鋼の代替となり、加工コストが低く、開発時間が短く、表面仕上げ性が良く、機能面での追加の利益（より高い耐衝撃性や断熱性）を有する材料を発見することに関心を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の実施形態において、本発明は、ポリウレタンを含む温水器用ジャケットである。一の実施形態において、上記ポリウレタン製温水器用ジャケットは、反応射出成形によって製造される。一の実施形態において、本発明は温水器であって、（Ａ）タンクと、（Ｂ）タンクの周囲に位置する断熱層と、（Ｃ）断熱層の少なくとも一部に巻きつけられたポリウレタン製の温水器用ジャケットと、を備える温水器である。一の実施形態において、上記断熱層は、上記タンクとジャケットとの両方に接触するＰＵフォームである。一の実施形態において、上記フォーム断熱材はタンクと断熱材との間に注入される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気温水器の破断図である。
【図２】タンクと、断熱被覆材と、外装ジャケットと、を備える温水器の上面模式図である。
【図３Ａ】ＲＩＭ技術によって製造された温水器用ジャケットの一方の半部分の実施形態を模式的に示した図である。
【図３Ｂ】互いに結合され、タンクと断熱材とを覆う２つの半部分を備える温水器用ジャケットの実施形態を模式的に示した図である。
【図４】例示的な基準値と本発明のモデルとの、単位長さ当たりの熱損失の算出に用いられる温水器の寸法を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
定義
本開示内で用いられる数値範囲は概算値であり、したがって、異なる指定がない限り、その範囲外の値も含み得る。数値範囲は、下限値と上限値との間に２単位以上の開きがあることを前提として、１単位刻みで、下限値と上限値と、その間の全ての値を含む。例えば、厚さ等の組成的、物理的、又はその他の性質が１００〜１０００であった場合、１００、１０１、１０２等の個別の値と、１００〜１４４、１５５〜１７０、１９７〜２００等の部分範囲が明示的に列挙されるものとする。１未満の値、又は１よりも大きい小数部分を有する値（例：１．１、１．５等）を含む範囲については、１単位は、適宜０．０００１、０．００１、０．０１、又は０．１であると見なされる。１０未満の１桁の数字を含む範囲（例：１〜５）については、１単位は一般的に０．１であると見なされる。これらは具体的に意図されている内容の例示に過ぎず、列挙される下限値と上限値との間の考えうる全ての数値の組み合わせが、本開示に明示的に示されていると見なす。本開示において数値範囲は、他の要素についても示されるが、中でも、温水器の様々な構成部品の肉厚について示される。
【００１２】
「温水器」及び類似の用語は、タンクと、断熱層と、保護ジャケットと、を有し、水又はその他の液体を貯蔵し加熱する機器を意味する。
【００１３】
「タンク」及び類似の用語は、水又はその他の液体が貯蔵される容器を意味する。容量は大きく異なり得るが、便宜的に、１０〜６０ガロン（３８〜２２７リットル）、又は１５〜２０ガロン（５７〜７６リットル）を含むサイズが例示される。
【００１４】
「断熱層」及び類似の用語は、タンクの外面とジャケットの内面との間の空間を意味する。この空間は、タンクから環境への熱損失を防止する任意の材料（個体、液体、気体）で満たされてよい。一の実施形態において、この空間は部分的又は完全に真空である。一の実施形態において、この空間は砂等の不活性材料によって満たされる。一の好ましい実施形態において、この空間はＰＵ断熱材によって満たされる。ＰＵ断熱材の厚さは多岐にわたり得るが、一般的には１５ｍｍ以上、より好ましくは３０又は３５ｍｍ以上である。
【００１５】
「ジャケット」及び類似の用語は、温水器の外側シェルを意味し、ジャケットは、タンクの壁面との間に断熱層を形成する。
【００１６】
反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＲＩＭ）
ＲＩＭ及びその類似の工程ＲＲＩＭ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）及びＳＲＩＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）は当該技術分野において周知である。これらの工程では、イソシアネート組成物を成分「Ａ」とし、成分「Ｂ」は、高分子ジオールを含む組成物を指すものであって任意でその他のイソシアネート反応性材料、例えば二官能性連鎖延長剤、を含んでよい。これらの試薬は適切な容器において混合され、Ｃｏｗｌｅｓ刃等の高剪断性の刃を用い、回転速度５０〜２５００回転毎分（ｒｐｍ）、温度２０℃〜１００℃で５〜６０分間撹拌される。好ましくは、成分Ｂは室温（２０℃）又はその付近で混合及び加工される。
【００１７】
成分「Ａ」及び「Ｂ」は、ＲＩＭ成形機の、一般的に撹拌機を備える別々の容器に収容され、ここで成分「Ａ」の温度は２０℃〜１２５℃である。好ましくは、イソシアネートを加工及び混合する際の温度は、特に該イソシアネートが、ジオールとイソシアネートとの反応用の触媒又は潜在触媒を含む場合は５０℃未満である。成分「Ｂ」の温度は２０℃〜８０℃の間であってよいが、好ましくは２０℃である。
【００１８】
成分「Ａ」及び「Ｂ」は、クラウス＝マッファイ社製混合ヘッド等の強制混合ヘッドにおいて衝突混合される。成分「Ａ」及び「Ｂ」は、例えばＶｉｋｉｎｇ  Ｍａｒｋ  ２１Ａ等の定量ポンプによって、吐出圧力７００〜５０００ｐｓｉで混合ヘッド内へ注入される。成分の流れ（Ａ及びＢ）をピストン（又はポンプ）、混合ヘッド、もしくはこれらの部材を接続する導管の中で、保管タンク内と同等の温度に維持することが求められる場合がある。これは、熱追跡及び／又は成分の独立した再循環によってしばしば実現される。
【００１９】
混合ヘッド内へ注入される成分「Ａ」及び「Ｂ」の量は、成分「Ａ」と成分「Ｂ」との重量比として計量され、その比は、用いる試薬と、所望のイソシアネートインデックスとに依存して、９：１〜１：９、好ましくは３：１〜１：３である。流れ（Ｂ）内のイソシアネート反応性官能基に対する流れ（Ａ）のイソシアネート当量の比が０．７０〜１．９０、好ましくは０．９０〜１．３０、より好ましくは０．９５〜１．１０になるような重量比が採用されることが好ましい。なお、この当量比は百分率である。「イソシアネート反応性官能基」という表現は、指標として定義され、しばしば、ヒドロキシル基、イミン基、１級及び／又は２級アミン基、メルカプト（ＳＨ−−）基、及びカルボン酸を含むものとされるがこれらに限定されず、これらの基は有機的に結合している。
【００２０】
流れ「Ａ」は、フィラー又は強化剤をその重量の４０％以下の量で含んでよい。好適な実施形態において、流れＡは７０重量％以上の芳香族イソシアネート類と、３０重量％以下のフィラー及び／又は強化剤と、１０重量％以下の任意の添加剤と、を含む。
【００２１】
流れ「Ａ」／「Ｂ」を衝突混合した混合物は、０．３ポンド毎秒（ｌｂ／ｓｅｃ）〜７０ｌｂ／ｓｅｃ、好ましくは５〜２０ｌｂ／ｓｅｃの速度で金型に注入される。金型は２０℃〜２５０℃に加熱される。適切な金型は、アルミニウム又は鋼等の金属製であるが、加工条件及び摩耗に耐え得るならば他の材料も用いてよい。通常、最初の成型に先立って、表面用離型剤が塗布される。離型剤は通常、採用される成型温度において個体である石鹸又はロウである。
【００２２】
衝突混合物が金型内で１秒〜３０秒、好ましくは５〜２０秒保持された後、高分子成型品が形成される。金型はその後開けられ、成型品が金型から取り出される。成型品は、５０℃〜２５０℃のオーブンに３０分〜３時間入れてポストキュアされてもよい。
【００２３】
ポリウレタン
本発明の実施において用いられるポリウレタン（ＰＵ）は、ジイソシアネートと、１以上の高分子ジオールと、任意で１以上の二官能性連鎖延長剤と、の反応生成物である。ＰＵはプレポリマー法、擬似プレポリマー法、又はワンショット法によって調製されてよい。ジイソシアネートはＰＵにおける硬質部分を形成し、芳香族、脂肪族、又は脂環式ジイソシアネート、又はこれらの化合物の組み合わせであってよい。ジイソシアネート（ＯＣＮ−Ｒ−ＮＣＯ）由来の構成単位の非限定的な一例を、式（Ｉ）で表す。
【化１】
2015503080.tif 000014
ここでＲはアルキレン、シクロアルキレン、又はアリーレン基である。これらのジイソシアネートの代表的な例が、米国特許第４，３８５，１３３号、４，５２２，９７５号、及び５，１６７，８９９号に示されている。適切なジイソシアネートの非限定的な例としては、４，４’−ジイソシアナトジフェニルメタン、ｐ−フェニレンジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアナトメチル）−シクロヘキサン、１，４−ジイソシアナトシクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニルジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、２，４−トルエンジイソシアネート、４，４’ジイソシアナトジフェニルメタンが挙げられる。
【００２４】
高分子ジオールは、ＰＵにおける軟質部分を形成する。高分子ジオールは例えば、２００〜１０００ｇ毎モルの範囲の分子量（数平均）を有する。１以上の高分子ジオールが用いられてよい。適切な高分子ジオールの非限定的な例として、ポリエーテルジオール（ポリエーテルＰＵをもたらす）、ポリエステルジオール（ポリエステルＰＵをもたらす）、ヒドロキシ末端ポリカーボネート（ポリカーボネートＰＵをもたらす）、ヒドロキシ末端ポリブタジエン、ヒドロキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体、エチレンオキシド及びプロピレンオキシド等のジアルキルシロキサンとアルキレンオキシドのヒドロキシ末端共重合体、天然油ジオール、及びこれらの組み合わせが挙げられる。上記の高分子ジオールの１以上は、アミン末端ポリエーテル、及び／又はアミノ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体と混合されてよい。
【００２５】
二官能性連鎖延長剤は、鎖中に２〜１０の炭素原子を包括的に有する脂肪族直鎖又は分岐鎖ジオールであってよい。このようなジオールの代表例は、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキノンビス−（ヒドロキシエチル）エーテル、シクロヘキシレンジオール（１，４−、１，３−、及び１，２−異性体）、イソプロピリデンビス（シクロヘキサノール）、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、エタノールアミン、Ｎ−メチル−ジエタノールアミン等、及び上記の任意の組み合わせである。上述の通り、場合によっては、得られるＰＵの熱可塑性を損なうことなく、少量（約２０当量％未満）の二官能性延長剤が、三官能性延長剤によって代替されてよい。このような延長剤の例としては、グリセロール、トリメチルプロパン等が挙げられる。
【００２６】
連鎖延長剤は、特定の反応剤成分の組み合わせと、硬質部分と軟質部分との所望される量と、良好な機械的性質を提供するに十分な係数や引裂強度等の指標と、によって決定される量で、ポリウレタンに含まれる。ポリウレタン組成物は、例えば２〜２５、好ましくは３〜２０、より好ましくは４〜１８重量％の連鎖延長剤成分を含んでよい。
【００２７】
任意で、分子量を制御するために、しばしば「連鎖停止剤」と呼ばれるモノヒドロキシル官能性又はモノアミノ官能性化合物が少量用いられてよい。このような連鎖停止剤の例としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、及びヘキサノールが挙げられる。用いられる場合、連鎖停止剤は、ポリウレタン組成物を得るための反応混合物全体の０．１〜２重量％といった少量で存在するのが一般的である。
【００２８】
延長剤に対する高分子ジオールの相当割合は、得られるＰＵの所望される硬度に依存して大きく異なり得る。一般論として、相当割合は約１：１〜約１：２０の範囲内であり、好ましくは約１：２〜約１：１０である。同時に、活性水素含有材料の当量に対するイソシアネート当量の全体的比率は、０．９０：１〜１．１０：１の範囲内であり、好ましくは０．９５：１〜１．０５：１である。
【００２９】
温水器用ジャケット
本発明の温水器用ジャケットは、従来公知のＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭ技術によって、上述のイソシアネート、ジオール、及び延長剤を用いて作成される。ジャケットは任意の設計であってよいが、典型的には、配管と、サーモスタット等の計装とのための適切な開口部を有し、タンクと断熱層を包囲又は封入するような設計及び寸法とされる。ジャケットの厚さも大きく異なり得るが、一般的に１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、更に好ましくは３ｍｍ以上である。ジャケットの最大厚さは、一般的に１０ｍｍ以下、より一般的には７ｍｍ以下、更に一般的には５ｍｍ以下である。
【００３０】
一の実施形態において、図３Ａ及び３Ｂに示すとおり、ジャケットは２つの半部分を備える。この半部分は、タンクと断熱材の周囲で結合されると、タンクと断熱材とを完全に、又はほぼ完全に封入する。図３Ａは、ジャケットの一方の半部分を示し、図３Ｂは、互いに結合され、温水器タンクとタンクの周囲の断熱材とを包囲する２つの半部分を示す。２つの半部分は、任意の手段で結合されてよく、手段としては、メカニカルファスナー（１以上の金属又は弾性バンド）、接着剤、圧接又はスナップ方式（２つの半部分に設けられた連結縁部）等が挙げられるがこれらに限定されない。結合手段にかかわらず、ジャケットは、メンテナン及び修理のために断熱材及びタンクにすぐにアクセスできるよう、容易に分解可能であることが好ましい。
【００３１】
一の実施形態において、ジャケットは、温水器の製造中に、温水器の断熱層のすぐ外側にＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭ技術によって形成される。本実施形態において、ジャケットは本質的には、配管と計装とのための適切な開口を有する、タンクと断熱層のための一体型のカバーである。本実施形態は、小型（例えば、１５〜２０ガロン）（５７〜７６リットル）の電気温水器用により適合されている。
【００３２】
ＡＢＳを含むことを除き、あらゆる側面において類似した温水器用ジャケットと比較した場合、ＲＩＭによって製造されたジャケットは（ｉ）より優れた機械的及び温度的性質を示し、（ｉｉ）より低い１時間当たりの熱損失を示し、より高いエネルギースター格付け（政府系認定機関による、システム及び機器のエネルギー効率を評価する格付け）を達成し、（ｉｉｉ）より高い耐衝撃性（例えば製造後の温水器が、輸送中に不測の衝撃にさらされる場合を想定した器具の落下試験において重要）を示し、（ｉｖ）より優れた光沢及び表面処理を示し、（ｖ）加工コストの削減を実現し、（ｖｉ）より短い製品開発サイクル（一般的には２〜３ヶ月）を可能にし、（ｖｉｉ）低い加工コストによるより短い製品ライフサイクルを実現し、（ｖｉｉｉ）製造上のエネルギー要件を低減し、（ｉｘ）同じサイクル時間を実現する。
【００３３】
本発明の温水器は、（Ａ）一般的に厚肉の鋼（例えば厚さ５ｍｍ以上）を含むタンクもしくは内部シリンダーと、（Ｂ）断熱層と、一般的にタンクの周囲にタンクに接触するよう巻きつけられた、一般的に厚さ３５ｍｍ以上のＰＵフォームを含むフォーム断熱材と、（Ｃ）ＲＩＭ、ＲＲＩＭ、又はＳＲＩＭによる、厚さ１〜５ｍｍのＰＵ製ジャケットと、を備える。断熱層はタンクを（配管と計装とのための適切な開口を有して）完全に包囲してもよいし、ジャケットを取り付けた際にタンクとジャケットとの間に１以上の空間が生まれるようタンクの表面積全体よりも少ない範囲を包囲してもよい。その他の断熱材フォームとしては、ポリスチレンとポリオレフィンが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
ジャケットの厚さは、他の要素にも依存するが、中でも、温水器の所望される質量と、断熱効率と、製造コストと、の関数である。ジャケットは幅広い（ｉ）高さ（例えば、２００ｍｍ〜１０００ｍｍ、又はそれ以上）、（ｉｉ）密度（例えば５００〜１２００キログラム毎立方メートル（Ｋｇ／ｍ３））、及び（ｉｉｉ）熱伝導性（例えば０．０２５〜０．０９ワット毎メートル毎ケルビン（Ｗ／ｍ°Ｋ））を有し得る。ジャケットは、結合された際に、配管と計装とのための適切な開口を有してタンクと断熱層とを包囲する２つの半部分を有することが好ましいが、様々なデザインのうちいずれを有してもよい。半部分が接着剤によって結合される場合、好適な接着剤としては、アクリル、アクリル／エポキシ、発泡性エポキシが挙げられるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００３５】
古典的閉形式解を用いた熱損失の算出
熱損失の２次元熱量計算
ベースラインモデル
ベースラインモデルは、３ｍｍのＡＢＳ製ジャケットで覆われた３５ｍｍのＰＵフォームで覆われた、厚さ１．５ｍｍ、直径３０３ｍｍの鋼製タンクを含む。鋼製タンクの内壁の温度は７１℃、ＡＢＳ製ジャケットの外壁は２３℃である。表１に、ベースラインモデルの各層の材料特性と厚さの詳細を示す。表２に、ベースラインモデルの各材料の熱伝導性を示す。
【表１】
2015503080.tif 000015
【表２】
2015503080.tif 000016
【００３６】
図４は、ベースラインモデルの各層の限界寸法と、入力温度条件を示す図である。熱損失の算出は、伝導伝熱を求める古典的閉形式解を用いて行われる。算出用の温度入力は、内側の鋼面の温度７１℃と、外側の周囲温度２３℃である。以下の式Ｉは、伝導伝熱による、複合円柱を通じた熱伝達を求める古典的閉形式解である。
【数１】
2015503080.tif 000017
式Ｉ
ここでＱは複合円柱を通じた熱伝達を表し、
Ｌは複合円柱の長さを表し、
ｒ１はステンレス鋼の円柱の内半径＝１５１．５ｍｍを表し、
ｒ２はステンレス鋼の円柱の外半径＝１５３ｍｍを表し、
ｒ３はポリウレタンフォームの円柱の外半径＝１８８ｍｍを表し、
ｒ４はＡＢＳの円柱の外半径＝１９１ｍｍを表し、
Ｔ１はステンレス鋼の内壁の温度＝７１℃を表し、
Ｔ４はＡＢＳの外壁における周囲温度＝２３℃を表し、
ｋ１は鋼の熱伝導性＝４３Ｗ／ｍ°Ｋを表し、
ｋ２はポリウレタンの熱伝導性＝０．０２Ｗ／ｍ°Ｋを表し、
ｋ３はＡＢＳの熱伝導性＝０．３３Ｗ／ｍ°Ｋを表す。
計算に用いる単位：Ｗ＝ワット、ｍ＝メートル、°Ｋ＝ケルビン度
Ｑ／Ｌ（単位長さ当たりの熱伝達）＝２９．１３Ｗ／ｍ
【００３７】
ベースラインシステムの単位長さ当たりの熱損失は、２９．１３Ｗ／ｍである。
【００３８】
本発明のモデル
本発明の設計は、温水器用ジャケットの材料がＡＢＳからＲＩＭのＰＵに変更された点を除いてはベースラインの設計と同様である。本発明の、各層の限界寸法と入力温度条件は、図４に示したものと同一である。本発明のモデルの各層の材料特性と厚さの詳細を表３に、本発明のモデルの各材料の熱伝導性を表４に示す。
【表３】
2015503080.tif 000018
【表４】
2015503080.tif 000019
【００３９】
上記の式Ｉと、ＡＢＳの熱伝導性ｋ３（０．３３Ｗ／ｍ°Ｋ）をＰＵ−ＲＩＭの熱伝導性Ｋ３（０．０７Ｗ／ｍ°Ｋ）に変更したほかはベースラインモデルによる算出で用いられたものと同じ変数値を用いて、本発明のモデルの単位長さ当たりの熱損失は２８．６４Ｗ／ｍであると求められた。したがって、本発明のモデルは、ベースラインモデルと比較して、０．４９Ｗ／ｍの熱損失低減を実現する。
【０００６】
温水器１０のその他の構成要素には、水を加熱する電力供給装置１４（ここでは、陽極ロッド１５と、上部加熱体１６と、下部加熱体１７と、を含む電力供給装置として示される）が含まれる。別の実施形態では、タンク１１内の水は他の熱源（天然ガス、太陽熱等）によって加熱され、エネルギーを熱に変換するバーナー（図示せず）等の適切な機器を含む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）タンクと、（ｉｉ）タンクの周囲に設けられた断熱層（１２）と、（ｉｉｉ）断熱層の周囲に設けられたポリウレタン（ＰＵ）製の温水器用ジャケットと、を備える温水器（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の温水器（１０）であって、前記タンク（ｉｉ）は厚肉の鋼を含む、温水器（１０）。
【請求項３】
請求項２に記載の温水器（１０）であって、
前記鋼は５ｍｍ以上の厚さを有し、
前記断熱層（１２）は、前記タンク（１１）の周囲に巻きつけられ、かつ前記タンクに接触するＰＵフォーム断熱材である、温水器（１０）。
【請求項４】
請求項３に記載の温水器（１０）であって、
タンク容量は１０〜６０ガロン（３８〜２２７リットル）であり、
ＰＵフォーム（１２）の厚さは１５ｍｍ以上であり、
前記ジャケットの厚さは１〜５ｍｍである、温水器（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載の温水器（１０）であって、電気加熱システム（１７）を備える、温水器（１０）。
【請求項６】
請求項１に記載の温水器（１０）であって、
前記ジャケットが、配管と計装とのための適切な開口部を除いて前記タンク（１１）と前記断熱層（１２）とが覆われるよう互いに結合される２つの半部分を備える、温水器（１０）。
【請求項７】
請求項６に記載の温水器（１０）であって、
前記ジャケットの前記２つの半部分は、弾性バンド又は金属バンドによって結合される、温水器（１０）。
【国際調査報告】
2015503080.tif 000020
2015503080.tif 000021
2015503080.tif 000022