JPS6034948Y2 - 密閉蓄熱槽 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は空気調和装置や太陽熱利用プラント等に用いる
密閉型の蓄熱槽に関する。

一般に、蓄熱槽の性能を向上させるには、導管から蓄熱
槽内に導入された熱源液体（例えば冷温水、以下水を例
として述べる）が槽内で混合を起さず、温度成層を保持
し、槽内で流れが一様押し出し流れとなること、及び槽
内に死水域が存在しないことが必要である。

従来の密閉蓄熱槽は、添付図面の第１図、第２図に示す
ように、蓄熱槽の上端中央部又は上部側方から熱源水を
導入していた。

しかしながらこれらの導入方法では、矢印及び想像線で
示すように、導入された水が槽内にあった水と混合を起
すために一様押し出し流れとはならず、また第２図の例
では死水域が大きいという欠点があった。

このため改良された例では、第３図に示すように、槽の
上部にそれぞれ吐出管１，４と吸入管２．３を設けてい
る。

しかしながらこの配管方法は後述するように多くの欠点
を有している。

本考案の目的は、内部での混合が少なく温度成層を保持
できる高性能の密閉蓄熱槽を提供することにある。

本考案に係る密閉蓄熱槽は、円筒状の中央胴部と、この
胴部の両側に接続された球面状の鏡板と、前記胴部と鏡
板との接続部付近に取付けられて蓄熱槽の内部を両端の
端部隔室と中央隔室とに分割する整流用の多孔板と、流
体用の２本の導管とを備え、各導管は前記中央隔室に侵
入してから蓄熱槽の鉛直中心軸線に沿って前記多孔板中
央を貫通し端部隔室内で終端しており、導管の端部は前
記鏡板の中心に向って開口していることを特徴としてい
る。

以下、添付図面に示した実施例を参照し、従来例と比較
しながら本考案をさらに詳細に説明する。

第４図には本考案に係る蓄熱槽が示されており、この蓄
熱槽は円筒状の中央胴部１１と、この胴部の両側に接続
された球面状の鏡板１２．１３と、胴部１１と鏡板１２
，１３との接続部付近に取付けられた整流用の多孔板１
４．１５と、流体導入導出用の２本の導管１６．１７と
を備えている。

多孔板１４．１５は蓄熱槽の内部を中央隔室２０と両端
の端部隔室２１．２２とに分割しており、その構造は第
５図に示す如く多数の孔２３が設けられている。

各導管１６．１７は中央隔室２０に侵入してから蓄熱槽
の鉛直中心軸線１８に沿って多孔板１４．１５の中央を
貫通し、端部隔室２１．２２内で終端しており、導管の
端部２５゜２６は鏡板１２．１３の中心に向って開口し
ている。

第４図の例では、蓄熱槽の上端中央に空気抜管２７が設
けられ、下端中央に排水管２８が設けられている。

第６図、第７図は鏡板に向かう流れの様子を表わしてい
る。

本考案において導管の吐出口２５゜２６を鏡板１２．１
３に向けて開口する目的は、吐出された流体を鏡板に衝
突させ、鏡板に沿った流れとすることによって流域面積
を増大せしめ、流速を徐々に減少させることにある。

本考案では第６図に示すように吐出口が中心軸線上にあ
るので、吐出された流体は鏡板の中心に衝突し、流れの
方向を変えた後同心円状に拡がっていく。

流れが中心部から離れるにつれて円の周長が長くなるた
め流速を減じ、鏡板の周辺部に達する時には蓄熱槽内の
平均流速とほとんど等しくなる。

このため、槽内にあった水との混合は鏡板のごく近傍の
みにとどまり、流れは槽の鉛直中心軸線に関して対称と
なって多孔板１４に衝突し、多孔板の孔を通って下方へ
向かう流れは完全な温度成層をなすようになる。

これに対し、第３図に示した従来例のように吐出管と吸
入管を別々に設け、吐出管の開口が槽の鉛直中心軸線か
ら外れている場合には、流れの様子は第７図に示すよう
になる。

すなわち、吐出された流体は鏡板に衝突して流れ方向を
変え、しばらくは同心円状に拡がるが、鏡板の周辺部に
早く達したところでは流速が十分に小さくなっていない
ため側板に沿って流れる。

ある程度側板に沿って流れた後流速が減少し、流体の慣
性力よりも浮力が上回るようになると流れは逆方向に転
じる。

この結果、槽内の激しく混合され、鏡板からかなり離れ
た領域までが混合域となって温度成層ができにくくなる
。

従って所期の性能を十分に発揮することができない。

次に、本考案に係る蓄熱槽の利点をさらに考察するため
に、′アルキメデス数ヨとｒＭＭ２Ｃついて簡単に説明
する。

アルキメデス数とは、流体工学において次元解析を行な
うための無次元数の一種であって、蓄熱槽においては次
式が用いられる。

ｋ＝峠び上尾 ２ ここに、ｄは流入口直径、ｇは重力加速度、Ｕは流入速
度、ρは槽内水の密度、Δρは槽内水と流入水の密度差
である。

Ｍ値とは、第８図に示すように、水槽の深さを１、槽内
平均流速を■、混合による熱輸送も含んだ温度伝導率を
Ｅとしたとき、 Ｖ、Ｉ Ｍ＝商 で表わされ、その物理的意味は、Ｍ＝槽内平均流速／混
合による熱輸送速度＝混合が全くない場合の熱輸送速度
／混合による熱輸送速度である。

混合が全くない場合の水の温度伝導率は ５．６ Ｘ １０−’ボ／ｈ （５０℃の時）であり、
槽内平均流速に比べて非常に小さい値である。

実際の槽内では混合による熱輸送が支配的であるため、
Ｅは混合によるみかけの温度伝導率である。

従って、Ｍ値は槽内での混合の程度を表わし、Ｍ＝０は
槽内が完全に混合した状態、Ｍ＝＞１０１は槽内で混合
がほとんどない状態ということができる。

第９図は、第１図に示した従来型の蓄熱槽と第４図に示
す本考案の蓄熱槽とについて、温度の応答特性からＭ値
を求める実験結果を表わすグラフである。

アルキメデス数は流入口における数値を基準とした。

白丸のプロットは従来型、黒丸のプロットは本考案のも
のを表わしており、本考案の蓄熱槽ではアルキメデス数
が３Ｘ１０−３以上の範囲でＭ値が５０以上となり高性
能となることが判明した。

第１０図は、Ｍ値による過渡応答の比較をインデイシャ
ル応答を表わしたグラフである。

Ｍ＝０は完全混合流れ、Ｍ＝ωは完全押出し流れである
。

蓄熱槽としてはＭ値が大きい程性能がよいと言えるが、
システムの性能としてはＭ値が５０以上あればほぼ完全
なものと言える。

本考案の蓄熱槽の利点について、さらに第１１図乃至第
１４図を参照しながら説明する。

第１１図は本考案の蓄熱槽に蓄熱回路と放熱回路を接続
した場合の回路を表わし、第１２図は第３図に示した従
来型の蓄熱槽の場合の回路を表わす。

第１１図の場合は、導管１６．１７がそれぞれ上部流出
入管及び下部流出入管として作用し、これらの流出入管
は吐出管と吸入管とを兼ねているため蓄熱槽に出入する
流量は蓄熱側回路と放熱側回路の流量の差の分だけであ
る。

これに対し、第１２図のように吐出管と吸入管を別個に
設けた場合には、蓄熱側回路の流量と放熱側回路の流量
とがそれぞれ各吐出口から槽内に流入するため、蓄熱側
と放熱側とを同時に運転している時は第１１図の場合と
比べて槽内への流入水量が多くなる。

第９図のグラフから理解されるように、槽内への流入速
度が小さい程、すなわち流入量が少ない程、Ａｒが大き
くなってＭ値が大となり、槽内での混合が少なくて温度
成層が良好に保持されるようになる。

従って、第１１図のように吐出管と吸入管を兼用した方
式の方が優れていることが判る。

第１３図、第１４図は、蓄熱側回路の熱源として太陽熱
集熱器を設けた場合の供給温度の比較を表わしている。

第１３図は本考案の蓄熱槽を含む回路、第１４は第３図
示の蓄熱槽を含む回路である。

蓄熱槽内は３０℃の冷えた水で満たされているとする。

太陽熱集熱器から５０℃の高温水が送られてきた時、第
１３図の回路では、集熱器出口温度とほぼ等しい温度の
水が放熱側に供給されるので補助加熱装置は作動しない
。

一方、第１４図の回路では、吐出管から槽内に流入した
５０℃の高温水は槽内にある３０°Ｃの冷水と少し混合
された後に吸入管を介して加熱側に送られるので、水温
は例えば４０℃程度まで下がってしまい、補助加熱装置
を作動させなければならない。

この結果余分にエネルギーを消費することになる。

従ってこの点でも吐出管と吸入管を兼用した方式の方が
優れていることが判る。

さらにまた、吐出管と吸入管を兼用させることによって
槽に取付ける主要配管は上下釜１本ずつとなり、吐出管
と吸入管を別個に設ける場合の半分で済むから、蓄熱槽
の構造が簡単になり製造が容易になる。

これに伴ない配管接続個所も少なくなり配管設備が単純
化される。

本考案の蓄熱槽は冷凍機の冷水槽、ヒートポンプの温水
槽、太陽熱利用の温水槽、給湯用の貯湯槽等の単槽で又
は複数を直列に連結して利用することができる。

以上詳細に説明した如く、本考案の蓄熱槽は、（ａ）
槽内でほとんど混合を起さない。

（ｂ） 温度成層を良好に保持する。

（Ｃ） 槽内での流れが一様押し出し流れとなる。

（ｄ） 槽内に死水域が存在しない。

（ｅ） 構造が簡単で製造が容易である。

等の多くの利点を備えており、その実用的価値には顕著
なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の蓄熱槽の概略図、第４図は本
考案の蓄熱槽の縦断面図、第５図は多孔板の平面図、第
６図、第７図は鏡板付近の流れを表わす概略図、第８図
は水槽の概略図、第９図はアルキメデス数とＭ値との関
係を表わすグラフ、第１０図は過渡応答を表わすグラフ
、第１１図乃至第１４図は蓄熱槽を含む配管回路図であ
る。 １１・・・・・・中央胴部、１２，１３・・・・・・鏡
板、１４．１５・・・・・・多孔板、１６，１７・・・
・・・導管、１８・・・・・・中心軸線、２０・・・・
・・中央隔室、２１，２２・・・・・・端部隔室、２５
，２６・・・・・・吐出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円筒状の中央胴部と、この胴部の両側に接続された球面
   状の鏡板と、前記胴部と鏡板との接続部付近に取付けら
   れて蓄熱槽の内部を両端の端部隔室と中央隔室とに分割
   する整流用の多孔板と、流体用の２本の導管とを備え、
   各導管は前記中央隔室に侵入してから蓄熱槽の鉛直中心
   軸線に沿って前記多孔板中央を貫通し端部隔室内で終端
   しており、導管の端部は前記鏡板の中心に向って開口し
   ていることを特徴とする密閉蓄熱槽。