JPH0223782B2 - - Google Patents
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- JPH0223782B2 JPH0223782B2 JP61025942A JP2594286A JPH0223782B2 JP H0223782 B2 JPH0223782 B2 JP H0223782B2 JP 61025942 A JP61025942 A JP 61025942A JP 2594286 A JP2594286 A JP 2594286A JP H0223782 B2 JPH0223782 B2 JP H0223782B2
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/10—Solar heat collectors using working fluids the working fluids forming pools or ponds
- F24S10/13—Salt-gradient ponds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はソーラポンドにおける線形の塩分濃度
勾配層を形成する方法の改良に関するものであ
る。
勾配層を形成する方法の改良に関するものであ
る。
ソーラポンドとは太陽熱の有効利用を計るため
の広く浅い塩水池であり、一様な塩分濃度（約
20wt％）の下部塩水層の上部に、上部程塩分濃
度が低い濃度勾配層を形成し、最上部には清水層
を形成したものである。
の広く浅い塩水池であり、一様な塩分濃度（約
20wt％）の下部塩水層の上部に、上部程塩分濃
度が低い濃度勾配層を形成し、最上部には清水層
を形成したものである。
第７図は標準的なソーラポンドの仕様を示すも
ので、ａはその断面図、ｂはポンド深さと塩水濃
度との関係、ｃはポンド深さと温度との関係を示
す線図で、下部塩水層２、濃度勾配層３の厚さは
それぞれ1.2〜２ｍ、清水層４は0.2ｍ程度であ
る。
ので、ａはその断面図、ｂはポンド深さと塩水濃
度との関係、ｃはポンド深さと温度との関係を示
す線図で、下部塩水層２、濃度勾配層３の厚さは
それぞれ1.2〜２ｍ、清水層４は0.2ｍ程度であ
る。
下部塩水層の温度は、太陽からの輻射熱により
70℃以上になる。下部塩水層２から上方への熱損
失を押さえる役割を果すのが濃度勾配層３であ
り、この断熱性能は、塩分濃度分布が線形な場合
に理想的なものになる。なお、濃度勾配層が断熱
の役割を果たす理由は、濃度勾配があれば、下部
の温度が高くなつても、下部程密度が大きい状態
を維持できるので、対流が発生せず対流による熱
損失が発生しないためである。線形の濃度勾配を
形成する方法として良く知られているものに
Zangrando（人名）の方法がある。この方法に関
し第８図について説明する。
70℃以上になる。下部塩水層２から上方への熱損
失を押さえる役割を果すのが濃度勾配層３であ
り、この断熱性能は、塩分濃度分布が線形な場合
に理想的なものになる。なお、濃度勾配層が断熱
の役割を果たす理由は、濃度勾配があれば、下部
の温度が高くなつても、下部程密度が大きい状態
を維持できるので、対流が発生せず対流による熱
損失が発生しないためである。線形の濃度勾配を
形成する方法として良く知られているものに
Zangrando（人名）の方法がある。この方法に関
し第８図について説明する。
第８図ａに示すように、形成したい濃度勾配
層の厚さ2Lの1/2のところまで、一様な濃度の
塩水を満たす。
層の厚さ2Lの1/2のところまで、一様な濃度の
塩水を満たす。
次に第８図ｃに示すように、下部塩水層２と
濃度勾配３の境界となるべき位置ZBに、上方へ
移動可能なノズル５を設置する。
濃度勾配３の境界となるべき位置ZBに、上方へ
移動可能なノズル５を設置する。
このノズル５から清水６を吐出させながら、
液面の上昇速度Ｕの２倍の速度2Uでノズルを
上昇させる。なお、清水６の供給流量をQN、
容器（ポンド）１の水平断面積をＳとするとＵ
＝QN／Ｓである。
液面の上昇速度Ｕの２倍の速度2Uでノズルを
上昇させる。なお、清水６の供給流量をQN、
容器（ポンド）１の水平断面積をＳとするとＵ
＝QN／Ｓである。
ノズル５のレベルが、液面のレベルに等しく
なつたときに清水６の供給を停止する。
なつたときに清水６の供給を停止する。
以上の作業により、ZBＺZB＋2Lの区間に
濃度勾配が形成される。
濃度勾配が形成される。
ところでこうして得られた濃度勾配も、仔細に
みるとその濃度分布は上下で異なり、第９図にみ
るように下半分では目標値より濃度が高くなり、
上半分では目標値より濃度が低くなる傾向があ
る。第９図ａは円板ノズルの隙間Ｔが0.04ｍの場
合、ｂは0.02ｍの場合である。又濃度勾配層とな
るべく部分の最下部に、一様な高濃度の塩水層が
形成されてしまう。この結果Zangrandoの方法で
は、線形の濃度勾配が得られないことが判る。す
なわち上記のようにこの方法では、濃度勾配層の
下半分では目標値よりも濃度が高くなり、上半分
では目標値よりも濃度が低くなるのである。
みるとその濃度分布は上下で異なり、第９図にみ
るように下半分では目標値より濃度が高くなり、
上半分では目標値より濃度が低くなる傾向があ
る。第９図ａは円板ノズルの隙間Ｔが0.04ｍの場
合、ｂは0.02ｍの場合である。又濃度勾配層とな
るべく部分の最下部に、一様な高濃度の塩水層が
形成されてしまう。この結果Zangrandoの方法で
は、線形の濃度勾配が得られないことが判る。す
なわち上記のようにこの方法では、濃度勾配層の
下半分では目標値よりも濃度が高くなり、上半分
では目標値よりも濃度が低くなるのである。
又濃度勾配層となるべく部分の最下部に、一様
な高濃度の塩水層が形成されてしまうのである。
な高濃度の塩水層が形成されてしまうのである。
この原因を以下に説明する。ノズルから噴出し
た清水は、周囲の塩水を連行しながら液表面に達
し、水平方向に拡がる。このときの連行流に伴
い、噴流以外の部分のポンド内液は第１０図にみ
るようにゆつくりと下降する。この一種の循環流
を以後「ポンド内循環流」と呼ぶ。ポンド内循環
流はノズル出口レベルよりも上部でおこる。
Zangrandoの方法では、清水の供給と同時にノズ
ルを上昇させている。このため、液面で拡がつた
塩分濃度の低い液体が、ポンド内循環流によりノ
ズル位置まで下降する以前にノズルが上方へ移動
してしまつている。このために、濃度勾配層の下
部の塩分濃度は目標値よりも大きくなつてしまう
のである。
た清水は、周囲の塩水を連行しながら液表面に達
し、水平方向に拡がる。このときの連行流に伴
い、噴流以外の部分のポンド内液は第１０図にみ
るようにゆつくりと下降する。この一種の循環流
を以後「ポンド内循環流」と呼ぶ。ポンド内循環
流はノズル出口レベルよりも上部でおこる。
Zangrandoの方法では、清水の供給と同時にノズ
ルを上昇させている。このため、液面で拡がつた
塩分濃度の低い液体が、ポンド内循環流によりノ
ズル位置まで下降する以前にノズルが上方へ移動
してしまつている。このために、濃度勾配層の下
部の塩分濃度は目標値よりも大きくなつてしまう
のである。
本発明はZangrandoの方法における上記問題点
を解消し、線形の濃度勾配層が得られる方法を提
供しようとするものである。
を解消し、線形の濃度勾配層が得られる方法を提
供しようとするものである。
上記目的を達成するため、第１図に示す
Zangrandoの方法と同じように、形成したい濃度
勾配層３の厚さ（＝2L）の1/2のところまで、一
様な濃度の塩水を満たし、濃度勾配層の最下部
（高さZB）に清水供給ノズル４を設置する。
Zangrandoの方法と同じように、形成したい濃度
勾配層３の厚さ（＝2L）の1/2のところまで、一
様な濃度の塩水を満たし、濃度勾配層の最下部
（高さZB）に清水供給ノズル４を設置する。
ここで、ノズルの高さを一定に保持して清水を
供給すると、ノズルより上部の上下方向の濃度分
布曲線Drの時間的変化は第２図に示すａ，b2つ
のタイプのいずれかになる。即ち濃度分布曲線
Drは、時間の経過とともに，，と移行す
る。なおDoは目標とする濃度分布である。
供給すると、ノズルより上部の上下方向の濃度分
布曲線Drの時間的変化は第２図に示すａ，b2つ
のタイプのいずれかになる。即ち濃度分布曲線
Drは、時間の経過とともに，，と移行す
る。なおDoは目標とする濃度分布である。
そこで、線形に近い濃度分布を得るには第３図
に示すようにすればよい。
に示すようにすればよい。
(1) タイプの場合（第３図ａ）
一定の時間キザミ△ｔごとに濃度分布を理論計
算する。時間の経過とともに濃度が低下し、濃度
分布曲線Drが目標の濃度分布直線Doとクロス
し、２つの分布線で囲まれる部分の上、下の面積
Ａ及びＢが等しくなつたときに、ノズルを２つの
分布線の上部交点Z2まで移動させる。移動後のノ
ズル位置を新たな初期ノズル位置として以上の操
作を繰り返し、ノズルを間欠的に上昇させてい
く。
算する。時間の経過とともに濃度が低下し、濃度
分布曲線Drが目標の濃度分布直線Doとクロス
し、２つの分布線で囲まれる部分の上、下の面積
Ａ及びＢが等しくなつたときに、ノズルを２つの
分布線の上部交点Z2まで移動させる。移動後のノ
ズル位置を新たな初期ノズル位置として以上の操
作を繰り返し、ノズルを間欠的に上昇させてい
く。
(2) タイプの場合（第３図ｂ）
△ｔごとに濃度分布を計算し、濃度分布曲線
Drの一部が目標の濃度分布直線Doを下まわるよ
うになつたときに、ノズルを２つの分布線の交点
Z2まで移動させる。移動後のノズル位置を新たな
初期ノズル位置として以上の操作を繰り返し、ノ
ズルを間欠的に上昇させていく。
Drの一部が目標の濃度分布直線Doを下まわるよ
うになつたときに、ノズルを２つの分布線の交点
Z2まで移動させる。移動後のノズル位置を新たな
初期ノズル位置として以上の操作を繰り返し、ノ
ズルを間欠的に上昇させていく。
ノズルを上昇させていく過程で、液面の上昇に
つれて濃度分布曲線Drの形がタイプからタイ
プへ変わることがある。この場合は以後の操作
は、上記(1)タイプの場合と同様である。
つれて濃度分布曲線Drの形がタイプからタイ
プへ変わることがある。この場合は以後の操作
は、上記(1)タイプの場合と同様である。
なお、以上の方法で求まる時間とノズル高さの
関係を直線で近似し、ノズルを初期位置にある時
間保持した後、ノズルを上記の近似直線に従つて
連続的に上昇させても、目標に近い線形な濃度分
布が得られる。
関係を直線で近似し、ノズルを初期位置にある時
間保持した後、ノズルを上記の近似直線に従つて
連続的に上昇させても、目標に近い線形な濃度分
布が得られる。
第４図ａは本発明に係る濃度勾配層形成の一実
施例であるノズル上昇を示す線図である。使用し
たソーラポンドは2.34ｍ×1.34ｍの長方形で、厚
さ0.91ｍの下部塩水層上に0.79ｍ厚さの濃度勾配
層を形成した。その後表面に清水を静かに流しこ
み0.12ｍ厚さの清水層を形成した。使用した円板
ノズルの隙間Ｔは0.013ｍで、清水供給流量QNは
1.33×10-4m3／Ｓである。
施例であるノズル上昇を示す線図である。使用し
たソーラポンドは2.34ｍ×1.34ｍの長方形で、厚
さ0.91ｍの下部塩水層上に0.79ｍ厚さの濃度勾配
層を形成した。その後表面に清水を静かに流しこ
み0.12ｍ厚さの清水層を形成した。使用した円板
ノズルの隙間Ｔは0.013ｍで、清水供給流量QNは
1.33×10-4m3／Ｓである。
第４図ｂは上記方法により形成された塩分濃度
勾配を塩水密度勾配に換算した線図で、黒点が示
す実験値Drが目標曲線Doに一致していることが
判る。なお塩分濃度と密度とはリニヤな関係にあ
る。
勾配を塩水密度勾配に換算した線図で、黒点が示
す実験値Drが目標曲線Doに一致していることが
判る。なお塩分濃度と密度とはリニヤな関係にあ
る。
第５図ａ，ｂは他の実施例のノズル上昇の線図
と形成された濃度勾配層の濃度分布を示す線図で
ある。第５図ｂにおいて〇印は実測値で目標値
Doとよく一致している。
と形成された濃度勾配層の濃度分布を示す線図で
ある。第５図ｂにおいて〇印は実測値で目標値
Doとよく一致している。
本実施例は直径44ｍのソーラポンドに厚さ1.5
ｍの下部塩水層、厚さ1.3ｍの濃度勾配層及び厚
さ0.2ｍの清水層を形成したものである。使用し
た円板ノズルの隙間Ｔは0.003ｍであり、清水供
給量QNは5.36×10-3m3／Ｓである。
ｍの下部塩水層、厚さ1.3ｍの濃度勾配層及び厚
さ0.2ｍの清水層を形成したものである。使用し
た円板ノズルの隙間Ｔは0.003ｍであり、清水供
給量QNは5.36×10-3m3／Ｓである。
なお前述したように時間とノズル高さの関係を
直線で近似し、ノズルを該近似直線に従つて連続
的に上昇させても目標に近い濃度分布が得られ
る。第６図はZangrandoの方法に関する実験と同
一の条件においてて、線形の濃度分布を得るため
に間欠的にノズルを上昇させた実施例の結果を示
すものである。第６図ａはノズルの上昇法を、同
ｂは濃度分布を示す線図である。線形に近い濃度
分布が得られることが判る。
直線で近似し、ノズルを該近似直線に従つて連続
的に上昇させても目標に近い濃度分布が得られ
る。第６図はZangrandoの方法に関する実験と同
一の条件においてて、線形の濃度分布を得るため
に間欠的にノズルを上昇させた実施例の結果を示
すものである。第６図ａはノズルの上昇法を、同
ｂは濃度分布を示す線図である。線形に近い濃度
分布が得られることが判る。
本発明は上記方法によりソーラポンドの濃度勾
配層を形成したので、線形の濃度勾配層が確実に
形成されソーラポンドの断熱性能が向上し、熱効
率の向上に寄与するという優れた効果を上げるこ
ととなつた。
配層を形成したので、線形の濃度勾配層が確実に
形成されソーラポンドの断熱性能が向上し、熱効
率の向上に寄与するという優れた効果を上げるこ
ととなつた。
第１図は濃度勾配形成方法の構成図、第２図は
ノズル出口近傍の濃度分布の経時変化を示すａは
タイプ、ｂはタイプの場合の線図、第３図は
本発明の構成を示すノズル上昇法のａはタイプ
、ｂはタイプの場合の線図、第４図は本発明
の実施例を示すａはノズル上昇法、ｂは濃度分布
を示す線図、第５図は他の実施例を示すａはノズ
ル上昇法、ｂは濃度分布を示す線図、第６図はさ
らに他の実施例を示すａはノズル上昇法、ｂは濃
度分布を示す線図、第７図はソーラポンドの構成
を示すａは断面図、ｂはポンド深さと濃度との関
係を、ｃは同深さと温度との関係を示す線図、第
８図ａ，ｃ，ｅ，ｇは従来の濃度勾配形成方法を
示す断面図、同ｂ，ｄ，ｆ，ｈはポンド深さと濃
度分布を示す線図、第９図は従来の方法により形
成した濃度勾配層の濃度分布を示す線図、第１０
図は循環流の説明図である。図中１はソーラポン
ド、２は塩水層、３は濃度勾配層、４は清水層、
５はノズル、６は清水、Doは目標とする濃度分
布曲線、Drは濃度分布曲線である。
ノズル出口近傍の濃度分布の経時変化を示すａは
タイプ、ｂはタイプの場合の線図、第３図は
本発明の構成を示すノズル上昇法のａはタイプ
、ｂはタイプの場合の線図、第４図は本発明
の実施例を示すａはノズル上昇法、ｂは濃度分布
を示す線図、第５図は他の実施例を示すａはノズ
ル上昇法、ｂは濃度分布を示す線図、第６図はさ
らに他の実施例を示すａはノズル上昇法、ｂは濃
度分布を示す線図、第７図はソーラポンドの構成
を示すａは断面図、ｂはポンド深さと濃度との関
係を、ｃは同深さと温度との関係を示す線図、第
８図ａ，ｃ，ｅ，ｇは従来の濃度勾配形成方法を
示す断面図、同ｂ，ｄ，ｆ，ｈはポンド深さと濃
度分布を示す線図、第９図は従来の方法により形
成した濃度勾配層の濃度分布を示す線図、第１０
図は循環流の説明図である。図中１はソーラポン
ド、２は塩水層、３は濃度勾配層、４は清水層、
５はノズル、６は清水、Doは目標とする濃度分
布曲線、Drは濃度分布曲線である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高濃度の溶液中に低濃度の溶液を吐出するノ
ズルを上昇させて容器またはポンド内に鉛直方向
濃度勾配を形成する方法において、 下記理論計算により濃度分布の経時変化を予測
し、その予測値と目標値との差から定まる位置
へ、ノズルを間欠的に上昇させることにより、上
記濃度勾配を形成する ことを特徴とする濃度勾配形成法。 ただし上記理論計算とは、周囲の重い流体を連
行しながら上昇するノズルからの噴流と、該噴流
に連行されることによりゆつくりと下降する周囲
流体の流れとから形成されるポンド内の循環流に
基き、濃度分布を計算することを意味し、この計
算では噴流部分を除けば水平方向には濃度分布が
一様であり、かつノズル出口高さよりも下部にあ
る流体の濃度は噴流の影響を受けないものと仮定
する。また初期状態は原則として形成したい濃度
勾配層の厚さの1/2の高さまで高濃度溶液を満た
し、濃度勾配層の最下部に低濃度溶液をほぼ上向
きに噴出するノズルを設置した状態であり、ノズ
ルの口径や噴流の流量の値については特に制限は
ない。 また予測値と目標値との差から定まる位置へノ
ズルを間欠的に上昇させるとは、計算で求めた濃
度と目標濃度との差を時々刻々ノズル位置から両
濃度分布が交差する最上点まで積分し、その積分
値が負になつた時刻に、ノズルを交差する最上点
まで上昇させることをいう。 ２ 上記方法で求める時間とノズル高さとの関係
を直線で近似し、ノズルを初期位置にある時間保
持した後、上記近似直線に従つてノズルを上昇さ
せることにより、上記濃度勾配を形成する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の濃
度勾配形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61025942A JPS63163734A (ja) | 1986-02-10 | 1986-02-10 | 濃度勾配形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61025942A JPS63163734A (ja) | 1986-02-10 | 1986-02-10 | 濃度勾配形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63163734A JPS63163734A (ja) | 1988-07-07 |
| JPH0223782B2 true JPH0223782B2 (ja) | 1990-05-25 |
Family
ID=12179808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61025942A Granted JPS63163734A (ja) | 1986-02-10 | 1986-02-10 | 濃度勾配形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63163734A (ja) |
-
1986
- 1986-02-10 JP JP61025942A patent/JPS63163734A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63163734A (ja) | 1988-07-07 |
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