(57)【要約】【課題】蓄熱時の死水域の減少および放熱時の死水影響の回避を可能とする温度成層型蓄熱槽を提供することにある。【解決手段】低温側水槽と高温側水槽との間に、複数の水槽を設けるとともに、各水槽間をもぐりぜきを介して連通して成る温度成層型蓄熱槽において、もぐりぜきに水位の変動に応じて上下する浮子装置を設けた。浮子装置は、浮子と、浮子の上下時の動きを支持するガイド部材と、ガイド部材をもぐりぜきに取り付ける固定部材とで構成される。浮子は、板状の浮き体と、浮き体に紐状体を介して連結する複数の浮きとで構成され、ガイド部材は、一対の枠部材と、複数の球体を回動自在に取り付けるとともに浮子の前後左右面の全域に球体が回転自在に当接する間隔で前記一対の枠部材間に配される複数の棒状体とで構成される。もぐりぜきは、浮子装置を設ける部位に、開口を設けている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温側水槽と高温側水槽との間に、複数の水槽を設けるとともに、各水槽間をもぐりぜきを介して連通して成る温度成層型蓄熱槽において、
前記もぐりぜきに水位の変動に応じて上下する浮子装置を設けて成る
ことを特徴とする温度成層型蓄熱槽。
【請求項２】
請求項１記載の温度成層型蓄熱槽において、
前記浮子装置は、浮子と、前記浮子の上下時の動きを支持するガイド部材と、前記ガイド部材を前記もぐりぜきに取り付ける固定部材とで構成されていることを特徴とする温度成層型蓄熱槽。
【請求項３】
請求項２記載の温度成層型蓄熱槽において、
前記浮子は、板状の浮き体と、前記浮き体に紐状体を介して連結する複数の浮きとで構成され、
前記ガイド部材は、一対の枠部材と、複数の球体を回動自在に取り付けるとともに前記浮子の前後左右面の全域に前記球体が回転自在に当接する間隔で前記一対の枠部材間に配される複数の棒状体とで構成され
ていることを特徴とする温度成層型蓄熱槽。
【請求項４】
請求項１記載の温度成層型蓄熱槽において、
前記もぐりぜきは、前記浮子装置を設ける部位に、開口を設けていることを特徴とする温度成層型蓄熱槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温側水槽と高温側水槽との間に、複数の水槽を設けるとともに、各水槽間をもぐりぜきを介して連通して成る温度成層型蓄熱槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、改良もぐりぜき方式は、温度成層効果を用いた死水域の少ない蓄熱槽方式である（例えば、非特許文献１参照）。
しかし、改良もぐりぜき方式を構造体で作製した場合、防水槽との収まりが複雑であり、せきの倒壊防止対策も必要となる（例えば、非特許文献２参照）。
そこで、実用的には、Ｓ字管を用いた連通方式があり、実用化されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００３】
ところで、蓄熱槽における水面変動は、蓄熱あるいは放熱運転時に連通部の圧力損失に起因して発生する。
一般的な連通方式では、水面変化を５００ｍｍ以内に設定して連通管サイズが決定される（例えば、非特許文献３参照）。
ただし、改良もぐりぜき方式では、連通管内はピストン流を期待して０．３ｍ／ｓ以上の水速とし、槽内は温度成層による押し出し流れを維持するため、０．２ｍ／ｓ以下の流速で決定されるのが一般的である（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照）。すなわち、連通管の流出入部は、水流を遅くして混合（温度）を避けている。
【０００４】
また、各流出入口の混合に起因して水槽数は、１０槽程度とされている（例えば、非特許文献２参照）。
図９は、従来の改良もぐりぜき方式の蓄熱槽を示す。
低温槽１０Ｃと高温槽１０Ａとの間に、複数の蓄熱槽１０Ｂが連接されている。各槽には、開口１５を設けた仕切壁１４と対向してもぐりぜき１１が設けてある。
【０００５】
低温槽１０Ｃと高温槽１０Ａとの間に、ポンプ１３Ｂ、冷凍機１３Ｃを備えた管路１３Ａと、ポンプ１２Ｂ、空調機などの熱交換器１２Ｃを備えた管路１２Ａとが設けてある。
【特許文献１】
特許第３２２５６７１号公報
【非特許文献１】
「第１１版  空気調和・衛生工学便覧  ＩＩ巻」（発行  ２００１年１１月、編集・発行  社団法人空気調和・衛生工学会、発売元  株式会社オーム者（第６編  空気設備設計  ｐＩＩ−１５８）
【非特許文献２】
「第１３版  空気調和・衛生工学便覧」（２汎用機器・空調機器篇、発行  ２００１年１１月、編集・発行  社団法人空気調和・衛生工学会、発売元  丸善株式会社（第３章  蓄熱装置  ｐ４９３−ｐ４９５）
【非特許文献３】
「蓄熱式空調システム」（発行  平成７年初版、編集・発行  社団法人空気調和・衛生工学会、発売元  丸善株式会社（ｐ６−ｐ１７、ｐ９０−ｐ９３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示す蓄熱槽を用いて冷熱蓄熱運転を行う場合について説明する。
夜間蓄熱など、蓄熱運転時には、図１１に示すように、水槽内では、管路１３Ａを介して、低温槽１０Ｃから高温槽１０Ａ側への一方向流れが生じ、水面差が発生する。低温槽１０Ｃ側にハッチングで示すように、大きな死水域（高温水残留域）を生じることになる。
蓄熱完了後、放熱運転に転じた場合、図１０に示すように、水槽内では、管路１２Ａを介して、高温槽１０Ａ側から低温槽側１０Ｃ側への流れが生じ、蓄熱時と逆の水面差を生じる。低温槽１０Ｃ側ほど死水域が大きく、かつ水面が低下するため、水位変動が大きい場合には、もぐりぜき１１の上部側１１ａに、低温水が高温残留水と混合し、低温度が維持できない場合がある。
【０００７】
ここで、蓄熱時の死水域の発生について、図１２により、検証する。
改良もぐりぜき方式では、死水域は全体の槽容量全体に発生するものではなく、もぐりぜき上辺から上部の一部で発生する。連通口のレベル、下部口には、ほぼ一様に押し出し流れが期待できる。ここで、もぐりぜき上辺から水面までの距離をｈ１とする。
【０００８】
想定死水域は、水面移動量ｈ１×３０〜６０％程度と想定される（例えば、非特許文献３、ｐ１５、表２．２参照）。ここで、有効容積率ｐは０．４〜０．７である。
図１３（ａ）に示すように、初期もぐりぜき上辺から水面までの距離を８０ｍｍ、水面移動量ｈ２を１００ｍｍと想定した場合（ｈ１＝１８０ｍｍ）、死水域を５０％とすると、図１３（ｂ）に示すように、死水域は、１８０ｍｍ×０．５＝９０ｍｍとなる。そして、蓄熱完了後に放熱を開始すると、図１３（ｃ）に示すように、水面低下時に死水域が流出入口近傍まで８０ｍｍ低下し、放熱時の冷水温度上昇を起こしてしまう。
【０００９】
ここで、水面移動量ｈ２の上辺（＝最低水位）を大きくすれば、回避可能となるが、水槽全体の蓄熱効率を低下させてしまうという問題がある。
なお、特許文献１には、連通口の開口面積を可変することにより連通口から流出する水の流速を小さくして乱流の発生を防止し、冷水層と温水層との境界面に形成される温度成層境界面を良好に維持する改良もぐりぜき方式の蓄熱槽が開示されている。
【００１０】
特許文献１では、流速を計測する装置からの信号に基づいて、蓄熱槽内を高温側から低温側へ流れる熱媒体の流速が大きくなった時に、モータなどでスライド量を制御して連通口の開口面積を可変しており、死水域の発達を防止する技術に関する開示はない。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、蓄熱時の死水域の減少および放熱時の死水影響の回避を可能とする温度成層型蓄熱槽を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、低温側水槽と高温側水槽との間に、複数の水槽を設けるとともに、各水槽間をもぐりぜきを介して連通して成る温度成層型蓄熱槽において、前記もぐりぜきに水位の変動に応じて上下する浮子装置を設けて成ることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の温度成層型蓄熱槽において、前記浮子装置は、浮子と、前記浮子の上下時の動きを支持するガイド部材と、前記ガイド部材を前記もぐりぜきに取り付ける固定部材とで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の温度成層型蓄熱槽において、前記浮子は、板状の浮き体と、前記浮き体に紐状体を介して連結する複数の浮きとで構成され、前記ガイド部材は、一対の枠部材と、複数の球体を回動自在に取り付けるとともに前記浮子の前後左右面の全域に前記球体が回転自在に当接する間隔で前記一対の枠部材間に配される複数の棒状体とで構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１記載の温度成層型蓄熱槽において、前記もぐりぜきは、前記浮子装置を設ける部位に、開口を設けていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１および図２は、本実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の要部を示す。
本実施形態に係る温度成層型蓄熱槽は、もぐりぜき１１に水量の変動に応じて上下する浮子装置３０を設けた点で、図９に示す従来の改良もぐりぜき方式の蓄熱槽と相違する。従って、本実施形態に係る温度成層型蓄熱槽は、図９に示す従来の改良もぐりぜき方式の蓄熱槽と同様に、低温側水槽１０Ｃと高温側水槽１０Ａとの間に、複数の水槽１０Ｂを設けるとともに、各水槽間をもぐりぜき１１を介して連通するように構成されているので、これらの詳細説明は省略する。
【００１５】
本実施形態において、もぐりぜき１１は、コンクリート、鋼板、塩化ビニール樹脂板などで構成され、従来のもぐりぜき１１に対して、上部側に開口部２１を形成している。開口部２１を設ける部位は、もぐりぜき１１より下流側にコの字型に突出している。
この開口部２１に、浮子装置３０を設けている。
【００１６】
浮子装置３０は、樹脂ボードなどの板状の浮き体３２と、浮き体３２に樹脂製の紐状体３４を介して連結するゴム製または樹脂製の複数の浮き３３とで構成される浮子３１と、浮子３１の上下時の動きを支持するガイド部材３５と、ガイド部材３５をもぐりぜき１１の開口部２１の周囲に取り付ける固定部材４２とで構成されている。
【００１７】
ガイド部材３５は、ＳＵＳ板またはＳＵＳ棒から成る一対の枠部材３６と、金属製球または樹脂製球から成る複数の球体３８を回動自在に取り付けるとともに浮子３１の浮き体３２の前後面３２ａ，３２ｂの全域に球体３８が回転自在に当接する間隔で一対の枠部材３６間に配される複数の棒状体３７と、金属製球または樹脂製球から成る複数の球体３８を回動自在に取り付けるとともに浮子３１の浮き体３２の左右面３２ｃの全域に球体３８が回転自在に当接する間隔で複数の棒状体３７間に配される複数の棒状体３９と、一対の枠部材３６に溶接により固着され、複数の棒状体３７の端部を溶接により固着するＳＵＳ製の２本の棒４０と、最下段の棒状体３７間に配される浮子落下防止枠４１とで構成されている。
【００１８】
本実施形態では、枠部材３６を１枚のＳＵＳ板で構成した例を示したが、４本のＳＵＳ棒を溶接で結合しても良い。また、板状の枠部材３６間に、浮き体３６の前後左右にそれぞれ等間隔で当接できるように、４組の棒状体３７，３９を配置した例を示す。
球体３８は、浮子装置３０が水位の変動に応じて上下する際に、その動きに伴って自転し浮子装置３０の上下動を円滑にすることができる個数あれば良く、特に限定するものではない。また、球体３８の中心に設けた孔３８ａは、棒状体３７，３９に対して自由に回転できるように棒状体３７，３９の外径より大きくなっている。
【００１９】
次に、斯くして構成された本実施形態に係る温度成層型蓄熱槽２０の作用を説明する。
各もぐりぜき１１に取り付けられた浮子装置３０は、冷熱蓄熱運転時および放熱運転時における温度成層型蓄熱槽２０の水量変動（水面の高さ）に応じて浮き３３が上下し、浮き３３の動きに伴って浮き体３２がガイド部材３５の球体３８によって案内されながら上下動する。
【００２０】
例えば、図２に示すように、水量（ｖｍ３／ｓ）変動があると、浮き体３２がガイド部材３５の球体３８をスライドするので、浮き３３と浮き体３２との間の一定面積部分を冷水が通過し、槽内の成層を保持する。
図５は、蓄熱時の死水域の減少を示す。
例えば、図２に示すように、水量（ｖｍ３／ｓ）変動があると、浮き体３２がガイド部材３５の球体３８をスライドして上昇し、死水域が矢印で示すように、移動し、冷水が死水域との混合を行うことなく、次の槽へ向かって移動する。その結果、槽内の成層を保持することができる。
【００２１】
図６は、放熱時の死水影響の回避を示す。
放熱時には、水位が下がり、それに伴って浮子３１が下方へ移動し、死水域の水を流動させることなく、槽内を通過する冷水を次の槽へ向かって移動させることができる。その結果、槽内の成層を保持することができる。
以上のように、本実施形態によれば、運転状況に応じて変動する水位に浮子装置３０が追随して上下動し、常に一定量の流量を次の槽へ移動させることができる。
【００２２】
また、浮子装置３０には、浮子落下防止枠４１が設けてあるので、各もぐりぜき１１への取り付け時、あるいは、槽内の水の排水時などのように、浮き３３による浮力を利用できない場合には、浮き体３２が浮子落下防止枠４１上に保持され、落下を防止することができる。
図７は、本発明の別の実施形態に係る温度成層型蓄熱槽５０を示す。
【００２３】
本実施形態では、従来のもぎりぜき１１に開口部２１を設けた例を示す。
本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
図８は、本発明の別の実施形態に係る温度成層型蓄熱槽６０を示す。
本実施形態では、ガイド部材３５として、金属製のコの字型のレール６１を用いた。レール６１には、最下端部に落下防止用の突起６２が設けてある。
【００２４】
本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、二次側（流入）負荷変動により水量変動が生じ、槽へ流入する量が変化しても、それに応じて浮子装置の浮子が上下動し、常に一定の流量を次の槽へ移動させることができるので、蓄熱の効率化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の要部を示す断面図である。
【図３】図１に示す温度成層型蓄熱槽に用いる浮子装置の分解斜視図である。
【図４】図３に示す浮子装置の球体と棒状袋を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の作用を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の作用を示す説明図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の要部を示す斜視図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係る温度成層型蓄熱槽の要部を示す斜視図である。
【図９】従来の温度成層型蓄熱槽を示す概念図である。
【図１０】図９に示す温度成層型蓄熱槽の冷熱蓄熱運転時を示す概念図である。
【図１１】図９に示す温度成層型蓄熱槽の放熱運転時を示す概念図である。
【図１２】図９に示す温度成層型蓄熱槽における死水域を示す概念図である。
【図１３】図９に示す温度成層型蓄熱槽における死水域を示す概念図である。
【符号の説明】
１０Ａ  高温側水槽
１０Ｂ  水槽
１０Ｃ  低温側水槽
１１  もぐりぜき
２０  温度成層型蓄熱槽
２１  開口部
３０  浮子装置
３１  浮子
３２  浮き体
３２ａ  浮き体３２の前面
３２ｂ  浮き体３２の後面
３２ｃ  浮き体３２の左右面
３３  浮き
３４  紐体
３５  ガイド部材
３６  枠部材
３７，３９  棒状体
３８  球体
４０  棒
３８ａ  孔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004177026.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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