JPS586393A - 多層型蓄熱槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽熱エネルギー、又は、工場排熱等を有効
Ｏこ蓄熱しようとする装置に関するものである。

一般に、太陽熱エネルギー又は工場排熱等を集熱して使
用する場合、天候・時間・又は熱源の稼動状況等（こよ
って様々番こ変動し、熱の供給が一定せず、これがため
需要側において非常（こ使いにくいものとなっていた。

そこで従来から、この様な問題を解消する方法として、
系統内に一時熱を蓄積する蓄熱槽を設けてき　ｊこ。

しかしながら、従来の蓄熱槽にあっては、集熱装置等よ
り、インプットされる温度が高温の場合でも、又低温の
場合でも、同−一蓄熱槽内に単一蓄熱方式で貯えるよう
にしているため、蓄熱温度が平均化されてしまい、せっ
かくの高温域での熱回収の場合、それを有効に生かすこ
とは出来なかった、３所で、最近の太陽熱エネルギーの
集熱装置は２次第に、高温熱回収の方向にイ６展をとけ
つつあり。

工場排熱等においても、高温熱回収技術が進展し。

一方、需要側の要１情も２発電又は大規模産業用リサイ
クル等えの高度利用のため２次第に蓄熱槽よりの熱のア
ウトプット 要求してくる様になると，これに対応出来る蓄熱槽の開
発が必要となってきた、、 り気で，この様な要請に応えるため，高温域での回収熱
エネルギーは，その高温の−１８までの蓄熱を。

低温域での回収の場合には，高温蓄熱（こ混入すること
なしに，低温蓄熱として別個（こ分配し，しかもそれが
同一蓄熱槽内（こおいて共存しながら，熱が蓄積されて
いる様な状態の蓄熱槽の開発が望まれている所である。

そうすれは、エクセルギー効率の向」―も図られ。

理想的な蓄熱槽となる。

この様な条件を満すものとして，本多層型蓄熱槽が考案
された訳である。

所で，現在までのこの様な熱分配の機能をもち。

高温部・低温部を別々に蓄熱しようとする考え方の蓄熱
装置では，ヒートパイプが用いられて来た。

そこでは、ヒ−　ドパイブは熱流ダイオード機能をもっ
た熱交換器としての役割を果すものであり。

ヒートパイプがいかに優れた熱移送能力をもつといえど
も，結果曲番こは熱の交換に，ヒートパイプという熱抵
抗を挿入したことになるのは間違いなく，高温と低温の
直接完全混合による熱交換より効率が低■；することに
なるのはやむをえない所である。

したがって、集熱循環熱媒体と蓄熱媒体とが同一とする
ならば（水と蒸気の場合を含む）直接の混合方式の方が
よいといえる。

そこで本発明は，熱の分配機構に，温度差による比重差
を利用し，それを直接混合方式によって熱交換をせしめ
，前記の概念をン＋：１３足させようとするものである
。

但し，ここでいう高温又は低温というのは，相互に相対
的な温度をさすものとする。

以下，主要な構成を図に示す実施例を用いて説明する。

第１図は本発明における多層型蓄熱槽本体の断面図及び
その熱利用の系統略図である。

多層型蓄熱槽本体の形式は，いわゆる、密封型と大気開
放型とが考えられるが，本発明はこのいづれζこも適用
される訳であり，ここでは密封型を実施例として説明す
る。

円筒形，多角柱形，又は球形等の本体枠１は，鉄板又は
、ＦＲＰ等を断熱材でよく保温したものであり，その槽
内中心底辺部に熱分配器１５を設置する。

熱分配器１５とは，符号５より符号１４迄により構成さ
れたものの総称である。

構内の中心底辺部において，熱分配器１５をとり囲んで
，断熱材のもぐりせき２、が、任意本数の支柱３に支へ
られ，本体枠１と適当な間隔を保って。

層Ａを形成して平行（こ直立し，本体枠ｌの上面部との
間には適当な距離ａをのこす。

次に，さらζこその内側に，断熱材のもぐりせき２２を
，本体枠Ｉの上面部より，もぐりせき２１と平行に，適
当な間隔を保って直下させ層Ｂを形成し熱分配器１５の
庇１３との間には適当な距離すをのこす。

直下するもぐりせき２２の上辺部には，空気溜，或いわ
，圧力差をなくすための細い連通管４を小数個設けてお
く。

蓄熱槽の大きさ，死水域をなくす等の目的をもって，お
互に適当な間隔を保って，もぐりせき２３。

２４・・・・・・２ｎ，とさらに増加させることが出来
る。

その時，もぐりせキ２３は，庇１３より直立させ，本体
枠１の上面部との間には適当な距離をのこし。

もぐりせき２４は，本体枠１の」１面部より直下させ。

庇１３との間Ｇこは適当な距離なのこす。

−のｍｖ−ｉ、どｈ壮キＬ十直ずｒ−直下か立方に？ｈ
返しながら、２ｎ迄、内側ζこ向かって任意数を平行（
こ設置していくものとする。

又、この時所望により、熱源の状況又は使用目的を考慮
して、もぐりせき２２より内側に設置するもぐりせき２
□１までは、断熱材の板状のものに替えて銅板等の間に
パラフィン、硫酸すトリウム１０Ｈ２０等の熱容量の大
きい潜熱］］をザンドウイノチ状に封入した適当な薄さ
の潜熱板として各もぐりせきを構成し、置替えることに
よって、　ｌ（十熱蓄熱の併用を図ることができる。

ここでもぐりせきによって分割せられる構内の層を、外
側より層Ａ２層Ｂ、・・・・・・・・中心槽Ｎ、と呼ぶ
こととする。

もぐりせき２１に囲まれた熱分配器１５とは５本体枠１
の水平断面形と同形の２例えば２本体枠１が円筒形なら
ば円形の耐熱性のある断熱（Ａの上板５と。

それと同形の下板６を平行におき、下板６の中心部番こ
は適当な大きさの流出口１２を設け、所望によりては流
出口１２を中心として、−１１板５と下板６との間に流
入する　流速を阻害する適当な形のバラ−１−板５の先
端部には、熱伝導性のよい金属等で適当な長さをもった
細管８を任意数おくか、又は。

金網等をもって代替させる。この時、もぐりぜき２、と
の間に空隙が残った場合は、断熱拐の補助板１１でもっ
て、その空隙をうめる。

下板６の先端部よりは、もぐりせき２饅こかけて。

適当な網目のプラスチック製又は金属製の網９及び、網
１０を張っておく。

もぐりせき２１の適当な位置又は補助板１１より、やや
士、向きの庇１３を適当な長さで中心槽Ｎ内に突出させ
、そして、断熱材の支柱筒１４がこれらを支え集熱循環
回路の復管口１６より送り込まれる熱流体を一時貯える
プールＰを形成する。

蓄熱媒体と集熱循環熱媒体とが異なる所謂ゆる。

工法式の蓄熱槽を所望する場合には、このプール構内に
在来型の熱交換器を設定すればよい。

以上の説明にかかる符号５より符号１４迄を総称して熱
分配器１５と呼称する。

この熱分配器１５の特徴とする所は、集熱装置２０のの
循環回路より、復管［１１６を通して送り込まれてくる
縦軸方向の速度をもった熱流体を、復管口１６の半径よ
りも格段に大きな半径をもった上板５と下板６の間でも
って、下板６の中心部の流出口１２より流出させる熱流
体を水平方向の円形波紋状に拡がる拡散現象に転換する
ことにより、プールＰ′に到達するときには、無限小の
等方向的低流速に消去することであり、これ番こよりプ
ールＦにおける運動エイ・ルギーζこよる撹乱、乱流等
の散乱の発生を阻止し、中心槽Ｎとの相対的な温度差に
よる比重差によって、細管８を上昇流となって中心槽Ｎ
側より加熱していくか、又は２重力下降流となって外側
の層Ａ側に排出されるか、という分配機能を発揮するこ
とである。

プールＰ′とは、上板５及び下板６の先端部と細管８の
下面、金網９．補助板１１．に囲まれた空間部をさす。

次Ｏこ、この様な構成よりなる多層型蓄熱槽の機能効果
、稼動状況及び残りの符号等について説明す井戸水又は
上水道２１等を一旦シスタンク２２に送り込むか、又は
直接ポンプ圧水道圧等によって蓄熱槽の本体枠１の下部
に設けられている注水口２３を通して用水を送りこみ、
槽内を満水とする。

稼動時における温度成層の現象を維持するために注水口
あの−４一部周辺にはバッフル列を設けておくことが望
ましい。

そして、集熱装置２０（こより太陽熱エイ・ルギー等が
集熱され、蓄熱槽の層Ａの下方部に設置された差温サー
モスタ１−１９が　（集熱装置２０の一端と結ばれてい
る）あらかじめ七ノドされた温度差以上低温用水を吸引
し、集熱装置２０によって加熱され復管口１６に送られ
、プール構内に噴入することになる。

プールＰに一旦貯えられた熱流体は、流出口１２より上
板５と下板６とにより水平方向をこ向きを変え流出し、
バッフル７による流速の阻害と、水平方より、プールＰ
′に到達するときには、はとんど０に近い等方的低流速
となり、運動エネルギーによる撹乱、乱流の発生は阻１
１・、されることとなる。

即ち、復管１１１６の半径をｒ２＋、板５又は１τ板６
の半径をｒｌとし、その間隔をｈとすれば、その切断面
積の比率は＋　）’：π：２ｒ１π１１　　であるから
、復管Ｉ−１１６から噴入する熱流体の流速は　’：／
２γ１ｈに板の先端部ではなることとなる。

ここで本蓄熱槽においては１本体枠１の高さと幅との関
係を変えることにより、即ち２幅を広くとっていけば手
板５又は１：板６の゛１′、径ｒ１はさら（こ拡大する
ことが出来るのであるから、ＩＺ想される噴入の最高流
速に応じて、全体の構造が許す範囲でｒｌの大きさを任
意（こ設定することができ、又２間隔１］についても同
様なことがいえ実質的に流速を０となすことが出来る。

したがって、プールＰ′に拡散されてくる熱流体が。

中心槽Ｎ部分より高温であれば、細管８は熱の良導体で
あり、中心槽Ｎと等温であると考えられるのであるから
、プールＰ′での熱流体の比重は、中心槽Ｎおよび細管
８内の用水より相対的Ｏこ軽−いため、細管８を昇って
中心槽Ｎ内へ浮上していくこととなる。重力にさからっ
て、又、温度成層現象をやぶって、金網９の網Ｌ１を通
りぬけ、下降流となることはない。

反対に、中心槽Ｎの温度より低い温度の熱流体がプール
Ｐ′に入ってぎた場合には、相対的（こ比重は重いとい
うこと番こなり、細管８を上昇することは不能であり、
金網９等の網［１を重力下降流となって通りぬけ、外側
の層Ａに排出されることとなる。

網９等は低温層との温度成層の境界を明確化するもので
あり、細管８は中心槽Ｎの高温用水がプールＶに対流に
より逆流入するのを防ぐ作用をなすためのものである。

この様に、熱分配器１５は、復管口１６より噴入する熱
流体の温度がプールＰ′点Ｏこおいて、中心槽Ｎの温度
より高ければ中心槽Ｎ内に流入し、中心槽Ｎの温度より
低ければ外側の層Ａ側に排出し１層Ａ側より加熱してい
く。又、中心槽Ｎの高温蓄熱の用水がプールＰ′を通っ
て、外側の層Ａに逆流することはない。以１＝−の様な
温度の分配機能をもつことを特徴とする。

この様に加熱された用水を熱利用機器２６に朗用がなさ
れるどきは５本体枠１の１面中央部Ｏこ設けられた送り
管「１２５より、加熱水が送り出され、その使用にした
がって、シスタンク２２より補充がなされ、槽内の用水
の動きは押出し型の温度成層の移動をとる。又、所望（
二より、果熱汗１°９２０よりの熱回収が少くなく熱利
用機器２６えの熱の供給が不足する場合（こそなえて、
捕助熱源汐を中心槽Ｎ内に挿入しておくことが出来る。

以上述べたるがごとく、＋多層型蓄熱槽は、高温の熱流
体がインプットされる場合は中心槽Ｎより。

相対的に低温の熱流体がインプットされる場合には、外
側の層Ａ側より加熱していくことを特徴とし２両者の混
入、平均化を防ぐ結果、中心槽Ｎの高温えの立上りが！
Ｌ＜、そして、連続的稼動時における槽内の温度分布は
、任意数のもぐりせきをこよりつくられた多重層を通し
ての温度勾配現象に・・・・・・・〈中間の層Ｍの温度
〈中心槽Ｎの温度、となり、中心槽部分は高温蓄熱部と
して温存される一方。アウトプット（・こともなう用水
の補充は外側の槽より押出し型の温度成層（こよるため
、ここでも中心槽部分は高温を温存される結果となり、
又。

各もぐりせきの断熱作用も加わった多重層断熱となり、
高温の熱の安定的供給体制が確立されることとなる。

この様な相乗効果を極めて簡潔な構成構造によってなし
得、極めて合理的Ｏこエクセルギー効率の向上を図かる
ことが出来る多層型蓄熱槽である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層型蓄熱槽の断面図、及び熱利用の系統略図
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　円筒形、多角柱形又は球形等の本体枠１は鉄
   板又はＦＲＰ等を断熱拐でよく保温したものであり、そ
   の槽内中心底辺部に熱分配器１５を設置する。
2. （２）槽内の中心底辺部の熱分配器１５をとり囲んで断
   熱ｖＪρもぐりせき２１が本体枠１との間に層Ａを形成
   して平行（こ直立し５本体枠１の干１面部との間には適
   当な距離ａをのこす。次にその内側に断熱材のもぐりせ
   き２□を本体枠１の−Ｉ−面部より、もぐりせき２１と
   の間に層Ｂを形成して平行に直下させ。 庇Ｉ３との間には適当な距離１）をのこず。 そして、もぐりせき２２の内側には中心槽Ｎを形成する
   。又、もぐりせき２２の十４辺部には細い連通管４を小
   数個設けておく。
3. （３）本体枠１の水平断面形と同形の耐熱、断熱性のあ
   る］−板５と、それと同形の下板６を平行におぎ。 下板６の中心部（こは流出「１１２を設ける。上板５の
   先端部には金属等の祁１管８を任意数おき、下板６の先
   端部よりはもぐりせキ２．（こかけて、網９等を張って
   おく。 もぐりせき２１の適当な位置よりやや上向きの庇１３を
   中心槽Ｎ内（・こ突出させ、そして、断熱拐の支柱筒１
   ４がこれらを支えブールＰを形成する。 以十、の構成Ｏこかかるものを熱分配器１５とする。