(57)【要約】【課題】コンパクトな構成で、耐圧性を向上させるとともに、放熱を可及的に抑制することを可能にする。【解決手段】貯湯タンク１０を構成する扁平ケーシング２６の内部には、前記扁平ケーシング２６の膨張を抑制する複数枚の仕切り板３６が設けられる。各仕切り板３６は、厚さ方向の両側に配置される一対の貯湯タンク内壁面に固定されるとともに、前記仕切り板３６には、該厚さ方向の中心から外方に向かって表面積が大きくなるように、孔部３８が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に薄肉な扁平箱形形状を有する貯湯タンクであって、
前記貯湯タンクの内部には、該貯湯タンクの膨張を抑制する補強部材が設けられ、
前記補強部材は、前記厚さ方向の両側に配置される一対の貯湯タンク内壁面に固定されるとともに、
前記補強部材には、該厚さ方向の中心から外方に向かって表面積が大きくなるように、開口部が形成されることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項２】
請求項１記載の貯湯タンクにおいて、前記補強部材は、複数枚の仕切り板であり、
前記仕切り板には、前記開口部である複数個の円形状孔部が互いに近接して設けられることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項３】
請求項１記載の貯湯タンクにおいて、前記補強部材は、複数枚の仕切り板であり、
前記仕切り板には、前記開口部である複数個の楕円状孔部が互いに近接して設けられることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯タンクにおいて、前記貯湯タンクの外周は、前記扁平箱形形状に連続的に連なる断面半円形状を有することを特徴とする貯湯タンク。
【請求項５】
請求項２又は３記載の貯湯タンクにおいて、前記貯湯タンクは、重力方向に配置されて前記厚さ方向を水平方向に向けており、
複数の前記仕切り板は、前記重力方向に延在し且つ前記水平方向に沿って配列されるとともに、
複数の前記仕切り板の上端と前記貯湯タンクの上部内面との間には、複数の前記仕切り板の配列方向に沿って連通する上部空間部が形成されることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項６】
請求項２又は３記載の貯湯タンクにおいて、前記貯湯タンクは、重力方向に配置されて前記厚さ方向を水平方向に向けており、
複数の前記仕切り板は、前記重力方向に延在し且つ前記水平方向に沿って配列されるとともに、
複数の前記仕切り板の下端と前記貯湯タンクの下部内面との間には、複数の前記仕切り板の配列方向に沿って連通する下部空間部が形成されることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項７】
請求項２又は３記載の貯湯タンクにおいて、前記貯湯タンクは、重力方向に配置されて前記厚さ方向を水平方向に向けており、
複数の前記仕切り板は、前記水平方向に延在し且つ前記重力方向に沿って配列されるとともに、
複数の前記仕切り板の配列方向中央には、前記開口部を有さない閉塞板が配置され、
前記貯湯タンクは、前記閉塞板よりも上部に、加熱装置から湯が流入される湯流入口、及び前記湯を外部に取り出す湯流出口を設ける一方、
前記閉塞板よりも下部に、外部から水を流入させる水流入口、及び前記水を前記加熱装置に供給する水流出口を設けることを特徴とする貯湯タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚さ方向に薄肉な扁平箱形形状を有する貯湯タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）では、運転温度が比較的高温であり、発電反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを含む排ガスも高温になっている。このため、排ガスの有効利用を図ることが望まれている。
【０００３】
例えば、固体酸化物形燃料電池からの排ガスと水とを熱交換する熱交換器を備えるとともに、前記水が貯湯タンクに蓄えられている。貯湯タンク内の水は、熱交換により昇温されて所定の温度の湯が得られ、前記湯は、家庭内の給湯システムや暖房システムに供給されている。
【０００４】
貯湯タンクは、一般的に円筒形状のタンクが使用されている。しかしながら、全周方向で同一の寸法に設定されるため、設計自由度が低く、設備全体が大型化するという問題がある。そこで、設計自由度を向上させるため、扁平箱形形状を有する貯湯タンクが採用されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されている貯湯式電気温水器では、入水部、出湯部、貯湯部及び複数の仕切り壁部を有している。貯湯部は、入水部と出湯部との間に形成されるとともに、各仕切り壁部は、前記貯湯部の厚さ方向に対して略垂直な方向に蛇行する蛇行流路を、前記貯湯部の内部に形成するように、前記貯湯部の内部を仕切っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７１２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、扁平箱形形状を有する貯湯タンクでは、耐圧性を維持するための構造が必要になる。しかしながら、特許文献１では、貯湯タンクが２つの分割体に分割されており、一方の分割体と他方の分割体とに仕切り壁部が交互に設けられている。このため、仕切り壁部は、貯湯タンクの耐圧性を維持する機能を有しておらず、前記貯湯タンクの剛性が低下するという問題がある。
【０００８】
しかも、各仕切り壁部は、貯湯タンク内の蛇行流路を形成している。従って、蛇行流路を流通する湯は、仕切り壁部に接触するため、伝熱面積が大きくなり、放熱され易い。これにより、貯湯タンク内の湯温が不均一になり、良好な給湯性能を維持することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、コンパクトな構成で、耐圧性を向上させるとともに、放熱を可及的に抑制することが可能な貯湯タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、厚さ方向に薄肉な扁平箱形形状を有する貯湯タンクに関するものである。貯湯タンクの内部には、該貯湯タンクの膨張を抑制する補強部材が設けられている。補強部材は、厚さ方向の両側に配置される一対の貯湯タンク内壁面に固定されるとともに、前記補強部材には、該厚さ方向の中心から外方に向かって表面積が大きくなるように、開口部が形成されている。
【００１１】
また、補強部材は、複数枚の仕切り板であり、前記仕切り板には、開口部である複数個の円形状孔部が互いに近接して設けられることが好ましい。このため、仕切り板の伝熱面積を良好に小さくすることができ、放熱を抑制することが可能になる。しかも、流体（湯又は水）の流れを阻害することがなく、前記流体の円滑な流通が遂行される。
【００１２】
さらに、補強部材は、複数枚の仕切り板であり、前記仕切り板には、開口部である複数個の楕円状孔部が互いに近接して設けられることが好ましい。従って、仕切り板の伝熱面積を良好に小さくすることができ、放熱を抑制することが可能になる。しかも、流体（湯又は水）の流れを阻害することがなく、前記流体の円滑な流通が遂行される。
【００１３】
さらにまた、貯湯タンクの外周は、扁平箱形形状に連続的に連なる断面半円形状を有することが好ましい。これにより、扁平箱形形状の外周に応力が集中することを抑制することができ、貯湯タンクの損傷を可及的に阻止することが可能になる。
【００１４】
また、貯湯タンクは、重力方向に配置されて厚さ方向を水平方向に向けており、複数の仕切り板は、前記重力方向に延在し且つ前記水平方向に沿って配列されることが好ましい。その際、複数の仕切り板の上端と貯湯タンクの上部内面との間には、複数の前記仕切り板の配列方向に沿って連通する上部空間部が形成されることが好ましい。
【００１５】
上部空間部には、仕切り板が配置されておらず、前記上部空間部に導入された湯及び空気は、滞留することがなく、上部から流出することができ、前記湯や前記空気の滞留による腐食を確実に抑制することが可能になる。しかも、上部空間部には、仕切り板が配置されておらず、前記上部空間部を流通する流体の流れを妨げることがない。
【００１６】
さらに、複数の仕切り板の下端と貯湯タンクの下部内面との間には、複数の前記仕切り板の配列方向に沿って連通する下部空間部が形成されることが好ましい。従って、下部空間部は、塵埃等の溜まり部位として機能することができる。しかも、下部空間部には、仕切り板が配置されておらず、前記下部空間部を流通する流体の流れを妨げることがない。
【００１７】
さらにまた、貯湯タンクは、重力方向に配置されて厚さ方向を水平方向に向けており、複数の仕切り板は、前記水平方向に延在し且つ前記重力方向に沿って配列されることが好ましい。その際、複数の仕切り板の配列方向中央には、開口部を有さない閉塞板が配置されることが好ましい。そして、貯湯タンクは、閉塞板よりも上部に、加熱装置から湯が流入される湯流入口、及び前記湯を外部に取り出す湯流出口を設けることが好ましい。一方、閉塞板よりも下部に、外部から水を流入させる水流入口、及び前記水を加熱装置に供給する水流出口を設けることが好ましい。
【００１８】
すなわち、貯湯タンク内には、閉塞板の上部に、湯の貯湯室及び湯流通経路が設けられる一方、前記閉塞板の下部に、水の貯湯室及び水流通経路が設けられている。これにより、湯と水とを良好に分離することができ、放熱を有効に抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、貯湯タンクの内部において、補強部材は、厚さ方向の両側に配置される一対の貯湯タンク内壁面に固定されている。このため、貯湯タンク内の圧力に有効に耐えることができる。しかも、補強部材には、厚さ方向の中心から外方に向かって表面積が大きくなるように、開口部が形成されている。従って、補強部材の伝熱面積を良好に小さくすることが可能になる。
【００２０】
これにより、コンパクトな構成で、耐圧性を向上させるとともに、放熱を可及的に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る貯湯タンクを組み込むＳＯＦＣシステムの概略構成説明図である。
【図２】前記貯湯タンクの斜視説明図である。
【図３】前記貯湯タンクの内部構成を示す概略斜視説明図である。
【図４】前記貯湯タンクの断面側面説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る貯湯タンクの内部構成を示す概略斜視説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る貯湯タンクの内部構成を示す概略斜視説明図である。
【図７】前記貯湯タンクの断面正面説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る貯湯タンクの内部構成を示す概略斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る貯湯タンク１０は、ＳＯＦＣシステム１２に組み込まれる。ＳＯＦＣシステム１２は、発電ユニット（加熱装置）１４を備えるとともに、前記発電ユニット１４は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電するＳＯＦＣモジュール１６を設ける。
【００２３】
ＳＯＦＣモジュール１６は、図示しないが、固体酸化物形の燃料電池が積層される燃料電池スタックを備える。燃料電池スタックには、酸化剤ガスを予め加熱する熱交換器、炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器、及び前記混合燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器等が配設される。
【００２４】
熱交換器は、燃料電池スタックから排出される使用済み反応ガス（以下、排ガスともいう）と、被加熱流体である空気との間で熱交換を行う。熱交換後の排ガスは、排ガス管路１８を介して排熱交換器２０に供給される一方、前記排熱交換器２０には、水流出配管（水流出口）２２を介して水が供給される。排熱交換器２０では、排ガスと水との間で熱交換を行うとともに、前記水が昇温された湯は、湯流入配管（湯流入口）２４に排出される。
【００２５】
改質器は、都市ガス（燃料ガス）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）を含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。
【００２６】
貯湯タンク１０は、厚さ方向に薄肉な扁平箱形形状を有する扁平ケーシング２６を備える。図２に示すように、扁平ケーシング２６は、正面視で長方形状を有し、長手方向を重力方向（矢印Ａ方向）に沿って配置されて厚さ方向（矢印ｔ方向）を水平方向に向けている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、扁平ケーシング２６の下端縁部には、水道（外部）２８から水を流入させる水流入管路（水流入口）３０が接続される。扁平ケーシング２６の矢印Ａ方向の中央位置Ｏよりも下方近傍には、水流出配管２２が接続される。
【００２８】
扁平ケーシング２６の矢印Ａ方向の中央位置Ｏよりも上方近傍には、湯流入配管２４が接続されるとともに、前記扁平ケーシング２６の上部には、湯流出配管（湯出口）３２が接続される。図１に示すように、湯流出配管３２は、例えば、家庭用給湯装置（又は暖房装置等）３４に接続される。
【００２９】
図２に示すように、扁平ケーシング２６の外周は、扁平箱形形状に連続的に連なる断面半円形状の湾曲面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄにより構成される。扁平ケーシング２６は、湾曲面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄに周回されて２つの主面である第１平坦面２６Ｍ１と第２平坦面２６Ｍ２とを有し、前記第１平坦面２６Ｍ１と前記第２平坦面２６Ｍ２とは、互いに平行する。一方の側面である湾曲面２６ａには、水流入管路３０、水流出配管２２及び湯流入配管２４が接続される。上面である湾曲面２６ｂには、湯流出配管３２が接続される。
【００３０】
図３及び図４に示すように、扁平ケーシング２６の内部には、前記扁平ケーシング２６の膨張を抑制する補強部材、例えば、複数枚の仕切り板３６が設けられる。各仕切り板３６は、長方形状の薄板であり、開口部である複数個の円形状孔部３８が互いに近接して（独立して）設けられる。図４に示すように、仕切り板３６は、孔部３８が設けられることにより、厚さ方向（矢印ｔ方向）の中心Ｓから外方に向かって表面積が大きくなる。
【００３１】
各仕切り板３６は、第１平坦面２６Ｍ１の内壁面と第２平坦面２６Ｍ２の内壁面とに溶着等により固着される。各仕切り板３６は、重力方向に延在し且つ水平方向（矢印Ｂ方向）に沿って等間隔ずつ離間して配列される。
【００３２】
図３及び図４に示すように、複数枚の仕切り板３６の上端と扁平ケーシング２６を構成する湾曲面２６ｂの内面（上部内面）との間には、前記仕切り板３６の配列方向に沿って連通する上部空間部４０が形成される。複数枚の仕切り板３６の下端と扁平ケーシング２６を構成する湾曲面２６ｄの内面（下部内面）との間には、前記仕切り板３６の配列方向に沿って連通する下部空間部４２が形成される。
【００３３】
このように構成される貯湯タンク１０の動作について、ＳＯＦＣシステム１２との関連で、以下に説明する。
【００３４】
ＳＯＦＣモジュール１６では、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が改質された燃料ガス（改質ガス）と、酸化剤ガスである、例えば、空気との電気化学反応により発電が行われる。発電反応により生成された排ガスは、排ガス管路１８を介して排熱交換器２０に供給される一方、前記排熱交換器２０には、水流出配管（水流出口）２２を介して貯湯タンク１０から水が供給される。
【００３５】
排熱交換器２０では、排ガスと水との間で熱交換を行うとともに、前記水が昇温された湯は、湯流入配管２４に排出され、貯湯タンク１０に戻される。このため、貯湯タンク１０では、高温の湯が導入されて水と混在し、所望の温度の湯が貯留される。そして、家庭用給湯装置３４からの要求に応じて、貯湯タンク１０の湯は、湯流出配管３２から前記家庭用給湯装置３４に供給される。一方、貯湯タンク１０には、不足分の水が水道２８から水流入管路３０を介して補充される。
【００３６】
この場合、第１の実施形態では、図３及び図４に示すように、扁平ケーシング２６の内部において、複数枚の仕切り板３６は、厚さ方向の両側に配置される第１平坦面２６Ｍ１の内壁面と第２平坦面２６Ｍ２の内壁面とに固着されている。このため、扁平ケーシング２６は、内部の圧力に有効に耐えることができる。
【００３７】
しかも、各仕切り板３６には、図４に示すように、厚さ方向（矢印ｔ方向）の中心Ｓから外方に向かって表面積が大きくなるように、複数個の孔部３８が形成されている。従って、各仕切り板３６の伝熱面積を良好に小さくすることが可能になる。その上、流体（湯又は水）の流れを阻害することがなく、前記流体の円滑な流通が遂行される。
【００３８】
これにより、貯湯タンク１０では、コンパクトな構成で、耐圧性を向上させるとともに、放熱を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００３９】
また、扁平ケーシング２６の外周は、断面半円形状の湾曲面２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄにより構成されている。これにより、扁平ケーシング２６は、扁平箱形形状の外周に応力が集中することを抑制することができ、前記扁平ケーシング２６の損傷を可及的に阻止することが可能になる。
【００４０】
さらに、扁平ケーシング２６は、重力方向に配置されて厚さ方向を水平方向に向けており、複数の仕切り板３６は、前記重力方向に延在し且つ水平方向に沿って配列されている。その際、図３及び図４に示すように、複数の仕切り板３６の上端と扁平ケーシング２６を構成する湾曲面２６ｂの内面との間には、前記仕切り板３６の配列方向に沿って連通する上部空間部４０が形成されている。
【００４１】
そして、上部空間部４０には、仕切り板３６が配置されておらず、前記上部空間部４０の上部には、湯流出配管３２が設けられている。このため、上部空間部４０に導入された湯及び空気は、滞留することがなく、湯流出配管３２に流出することができる。従って、貯湯タンク１０全体のタンク容量を有効に活用することが可能になるとともに、空気溜まりによる水線腐食や、継続的な同一の流体の滞留による隙間腐食等を抑制することができる。さらに、上部空間部４０には、仕切り板３６が配置されておらず、前記上部空間部４０を流通する流体の流れを妨げることがない。
【００４２】
さらにまた、複数の仕切り板３６の下端と扁平ケーシング２６を構成する湾曲面２６ｄの内面との間には、前記仕切り板３６の配列方向に沿って連通する下部空間部４２が形成されている。従って、下部空間部４２は、塵埃等の溜まり部位として機能することができる。しかも、下部空間部４２には、仕切り板３６が配置されておらず、前記下部空間部４２を流通する流体の流れを妨げることがない。その上、下部空間部４２では、流体の滞留による腐食を良好に抑制することが可能になる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る貯湯タンク５０の内部構成を示す概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る貯湯タンク１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
貯湯タンク５０は、扁平ケーシング２６を備えるとともに、扁平ケーシング２６の内部には、前記扁平ケーシング２６の膨張を抑制する補強部材、例えば、複数枚の仕切り板５２が設けられる。各仕切り板５２は、長方形状の薄板であり、開口部である複数個の楕円状孔部５４が互いに近接して設けられる。
【００４５】
このように構成される第２の実施形態では、仕切り板５２には、複数個の楕円状孔部５４が互いに近接して設けられている。従って、仕切り板５２の伝熱面積を良好に小さくすることができ、放熱を抑制することが可能になる。しかも、流体（湯又は水）の流れを阻害することがなく、前記流体の円滑な流通が遂行される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
図６及び図７に示すように、本発明の第３の実施形態に係る貯湯タンク６０は、扁平ケーシング２６を備える。扁平ケーシング２６の内部には、前記扁平ケーシング２６の膨張を抑制する補強部材、例えば、複数枚の仕切り板６２が設けられる。各仕切り板６２は、長方形状の薄板であり、水平方向に延在し且つ重力方向に沿って配列される。
【００４７】
複数の仕切り板６２の配列方向中央には、孔部３８（開口部）を有さない閉塞板６４が配置される。図７に示すように、扁平ケーシング２６は、閉塞板６４よりも上部に、湯流入配管２４及び湯流出配管３２を設ける一方、前記閉塞板６４よりも下部に、水流入管路３０及び水流出配管２２を設ける。
【００４８】
このように構成される第３の実施形態では、貯湯タンク６０内には、閉塞板６４の上部に湯の貯湯室及び湯流通経路が設けられる一方、前記閉塞板６４の下部に水の貯湯室及び水流通経路が設けられている。これにより、湯と水とを良好に分離することができ、放熱を有効に抑制することが可能になるという効果が得られる。しかも、貯湯タンク６０の上部に至った湯及び空気は、滞留することがなく、湯流出配管３２に流出することができ、腐食の発生を良好に抑制することが可能になる。
【００４９】
図８に示すように、本発明の第４の実施形態に係る貯湯タンク７０は、扁平ケーシング２６を備える。扁平ケーシング２６の内部には、前記扁平ケーシング２６の膨張を抑制する補強部材、例えば、複数枚の仕切り板７２が設けられる。各仕切り板７２は、長方形状の薄板であり、水平方向に延在し且つ重力方向に沿って配列される。各仕切り板７２には、開口部である複数個の楕円状孔部５４が互いに近接して設けられる。
【００５０】
このように構成される第４の実施形態では、仕切り板７２には、数個の楕円状孔部５４が互いに近接して設けられている。従って、仕切り板７２の伝熱面積を良好に小さくすることができ、放熱を抑制することが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５１】
１０、５０、６０、７０…貯湯タンク  １２…ＳＯＦＣシステム
１４…発電ユニット                  １６…ＳＯＦＣモジュール
２０…排熱交換器                    ２２…水流出配管
２４…湯流入配管                    ２６…扁平ケーシング
３０…水流入管路                    ３２…湯流出配管
３４…家庭用給湯装置                ２６ａ〜２６ｄ…湾曲面
３６、５２、６２、７２…仕切り板    ３８…孔部
４０…上部空間部                    ４２…下部空間部
５４…楕円状孔部                    ６４…閉塞板
【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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