(57)【要約】【課題】 成層界面での混合、層内での液みちの発生を防止した成層型蓄熱槽装置を提供することを目的とする。【解決手段】  水和物を生成するゲスト化合物を包含する水溶液と水和物スラリを受入れ貯蔵しそして払い出す成層型蓄熱槽装置において、水溶液と水和物スラリを成層状態で収容する槽本体１内の水溶液層位置に配された水溶液分配ユニット２及び水和物スラリ層位置に配されたスラリ分配ユニット２を有し、水溶液分配ユニットとスラリ分配ユニットは、いずれも、対応ヘッダ管３に接続された分配管４と、該分配管に対して上方そして下方に位置して該分配管４を挟むように設けられた上水平板５そして下水平板６とを有し、上記分配管４はその長手方向の複数位置で水平方向に開口せる通孔４Ａが形成され、上記上水平板５そして下水平板６の間に、上記分配管の通孔４Ａに対峙する障壁部材７，８が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水和物を生成するゲスト化合物を包含する水溶液と水和物スラリを受入れ貯蔵しそして払い出す成層型蓄熱槽装置において、水溶液と水和物スラリを成層状態で収容する槽本体内の水溶液層位置に配された水溶液分配ユニット及び水和物スラリ層位置に配されたスラリ分配ユニットを有し、水溶液分配ユニットとスラリ分配ユニットは、いずれも、対応ヘッダ管に接続された分配管と、該分配管に対して上方そして下方に位置して該分配管を挟むように設けられた上水平板そして下水平板とを有し、上記分配管はその長手方向の複数位置で水平方向に開口せる通孔が形成され、上記上水平板そして下水平板の間に、上記分配管の通孔に対峙する障壁部材が設けられていることを特徴とする成層型蓄熱槽装置。
【請求項２】
障壁部材は、上水平板そして下水平板の少なくとも一方に取り付けられていることとする請求項１に記載の成層型蓄熱槽装置。
【請求項３】
障壁部材は、分配管の各通孔に対して、該通孔を流出入する水溶液または水和物スラリの流れに抵抗を与える障壁部と、隣接する障壁部同士の間で流れを通過させる流通部とを形成していることとする請求項１に記載の成層型蓄熱槽装置。
【請求項４】
障壁部材は分配管の半径方向で、該分配管から離れる方向に間隔をもって複数列設けられ、一つの列の障壁部材に対して隣接せる他の列の障壁部材は、障壁部同士そして流通部同士が千鳥状に位置していることとする請求項２に記載の成層型蓄熱槽装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水和物を生成するゲスト化合物を包含する水溶液と水和物スラリを受入れ貯蔵しそして払い出す成層型蓄熱槽装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビル空調や地域冷暖房における冷熱媒体及び蓄熱材として、冷水、氷スラリ、水和物スラリ等が用いられている。これらの冷熱媒体、蓄熱材は、夜間電力の有効利用及び電力負荷平準化を図るために、夜間に冷熱を製造して冷熱媒体等を貯蔵タンクに貯蔵しておき、昼間に貯蔵タンクから取り出して冷熱源として利用するという蓄熱式空調方法が用いられている。
【０００３】
従来、冷熱媒体として水和物スラリを用いた蓄熱空調装置として添付図面の図６のごとくの冷熱媒体循環系をもつ蓄熱空調装置が知られている。
【０００４】
この図６の装置では、夜間に、蓄熱槽としての貯蔵タンク１０１内の水和物を生成するゲスト化合物の水溶液（以下「水溶液」という）を水和物スラリ製造機１０３に移送して、冷凍機（図示せず）からの冷媒により冷却して水和物を生成させ水和物粒子が水溶液に分散した水和物スラリを上記水和物スラリ製造機１０３で製造し、製造された水和物スラリをポンプ１０２によって再び貯蔵タンク１０１に戻して貯蔵しておく。
【０００５】
翌日の昼間に、貯蔵タンク１０１内の水和物スラリはポンプ１０４によって冷房負荷である空調機１０５に送られ、室内の空気等の媒体と熱交換されて冷熱を放出し、水和物スラリ自身は暖められて水溶液となり、再び貯蔵タンク１０１に戻される。
【０００６】
このような装置では、水溶液と水和物スラリが混在する貯蔵タンク１０１から水和物スラリを払い出そうとする際に、水和物スラリと水溶液の粘性が異なるため、水和物スラリよりも粘性が低く流動性の良い水溶液のみが払い出されてしまうという事態が生ずる。すなわち、水和物スラリの層内に水溶液の液みちが形成されてこの液みちを経て水溶液のみが払い出され、水和物スラリがタンクから払い出せないという問題があった。
【０００７】
このように水和物スラリと水溶液を混在させる貯蔵タンクでは液みちが形成されてしまうという問題があるため、水和物スラリと水溶液の混合を防止する仕切材を上下移動可能に設けた貯蔵タンクが特許文献１で開示されている。しかし、この特許文献１のように、上下移動可能な仕切材を設けると、貯蔵タンクの構造が複雑となり、保守に手間がかかり、設備費が嵩むという問題がある。
【０００８】
そこで、水和物スラリと水溶液を一つの槽内で分離成層する蓄熱槽が提案されている。すなわち、特許文献１のような仕切材を用いることなく、水和物スラリと水溶液の密度差と温度差により、水和物スラリが下部に水溶液が上部に位置するように分離成層する。このように温度差による密度差により分離成層された蓄熱槽は一般に成層蓄熱槽と呼ばれている。
【０００９】
特許文献２では、このような水和物スラリと水溶液の成層を形成する成層蓄熱槽が開示されている。そして、この特許文献２では、蓄熱槽に吸入孔、流出孔が複数形成された管を設けることによって分離界面を乱さないようにしている。
【００１０】
また、特許文献３〜５では、蓄熱媒体として冷水、温水を用いた成層蓄熱槽で、特に、蓄熱槽内に熱媒体を流出入させ蓄熱槽の内部で広範囲に分配させ円滑に成層させるために、管や箱に複数の開孔を設けた分散器を設けたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３０４７７９
【特許文献２】特開２００２−３３３１６５
【特許文献３】特開２００３−０５００９３
【特許文献４】特開２００３−２３２５４４
【特許文献５】特開２００３−３４３９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１では、既述の通り、移動可能な仕切材を設けることになるので、これにより、構造が複雑になり、保守に手間がかかったり、設備費が嵩む。
【００１２】
また、引用文献２〜５では、流量を大きくすると孔や開口からの流速が大きくなり成層界面が乱れて水溶液と水和物スラリとの混合が生じる問題がる。
【００１３】
本発明の目的は、可動部分を備えずに簡単な構造のもとで、成層界面での混合を防止し、液みちの発生を防止し、さらに蓄熱槽に受け入れた水和物スラリを広範囲に分配することができる成層型蓄熱槽装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成層型蓄熱槽装置は、水和物を生成するゲスト化合物を包含する水溶液と水和物スラリを受入れ貯蔵しそして払い出すようになっている。
【００１５】
かかる成層型蓄熱槽装置において、本発明は、水溶液と水和物スラリを成層状態で収容する槽本体内の水溶液層位置に配された水溶液分配ユニット及び水和物スラリ層位置に配されたスラリ分配ユニットを有し、水溶液分配ユニットとスラリ分配ユニットは、いずれも、対応ヘッダ管に接続された分配管と、該分配管に対して上方そして下方に位置して該分配管を挟むように設けられた上水平板そして下水平板とを有し、上記分配管はその長手方向の複数位置で水平方向に開口せる通孔が形成され、上記上水平板そして下水平板の間に、上記分配管の通孔に対峙する障壁部材が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成の本発明では、分配管の通孔を流出入する水溶液あるいは水和物スラリは、通孔に対峙する障壁部材によって流れが大きく抵抗を受け周囲に広範囲で分配される。
【００１７】
このように、通孔を流出入する水溶液または水和物スラリの流れが、障壁部材で大きな抵抗を受けて分配されるので、分配管での水溶液または水和物スラリの流出入流量そして流速が大きくても、流速が緩和される結果、成層界面での攪拌混合が防止される。
【００１８】
また、上方と下方の水平板で挟まれた空間に水和物スラリが存在し、障壁部材により水溶液または水和物スラリの流れを分配しているので、粘性の低い水溶液が水和物スラリの空隙を通って水溶液だけが流出入する液みちを形成することがなくなる。
【００１９】
本発明では、障壁部材は、上水平板そして下水平板の少なくとも一方に取り付けられているようにすることができる。こうすることにより、装置組立時の手間が省ける。
【００２０】
また、本発明では、障壁部材は、分配管の各通孔に対して、該通孔を流出入する水溶液または水和物スラリの流れに抵抗を与える障壁部と、隣接する障壁部同士の間で流れを通過させる流通部とを形成しているようにすることができる。
【００２１】
さらに、本発明において、障壁部材は分配管の半径方向で該分配管から離れる方向に間隔をもって複数列設けられ、一つの列の障壁部材に対して隣接せる他の列の障壁部材は、障壁部同士そして流通部同士が千鳥状に位置していることとするならば、さらに分配効果を向上させる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明では、分配管の通孔を流出入する水溶液あるいは水和物スラリの流れが、通孔に対峙する障壁部材によって大きく抵抗を受けるように形成したので、上記水溶液または水和物スラリの流れが、障壁部材に当って大きな抵抗を受ける結果、分配管での水溶液または水和物スラリの流出入時の流量そして流速が大きくても、流速が緩和される結果、成層界面での攪拌混合が防止される。
【００２３】
また、上方と下方の分配板で挟まれた空間に水和物スラリが存在し、障壁部材により水溶液または水和物スラリの流れを分配しているので、粘性の低い水溶液が水和物スラリを通って水溶液だけが流出入する液みちを形成することがなくなる。したがって、水和物スラリだけを効果的に払い出せて、蓄熱槽を用いる設備の冷熱供給性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面の図１ないし図５にもとづき、本発明の一実施形態装置を説明する。
【００２５】
本実施形態の蓄熱槽装置は、図１に示されるごとく、密閉された形状の槽本体１の内部に、上部位置そして下部位置に、それぞれ二つの分配ユニット２が二段を構成するように配置されている（図３をも参照）。この蓄熱槽が運転される際には、上記槽本体１の内部空間は水和物を生成するための化合物を包含する水溶液と水和物スラリとで充満しており、比重の差によって、水溶液Ａが上方の上層そして水和物スラリＢが下層を占めて両者間に成層界面Ｃが形成されるようになる。したがって、上部位置に配された二つの分配ユニット２は、上層の水溶液中にあって水溶液分配ユニットとして機能し、下部位置に配された二つの分配ユニット２は、下層の水和物スラリ中にあって、スラリ分配ユニットとして機能する。上段における二つの水溶液分配ユニット２と下段における二つのスラリ分配ユニット２の合計四つの分配ユニットは、いずれも同じ構成の分配ユニットとなっているので、以下、分配ユニット２として説明する。  
【００２６】
分配ユニット２は、図２及び図５に見られるように、槽本体１の槽外に配設されたヘッダ管３に接続され槽内に進入配置された分配管４と、該分配管４に対し上下に配置された上水平板５及び下水平板６と、これらの上水平板５及び下水平板６の間に配された障壁部材７，８とを有している。
【００２７】
上記分配管４は、一端が上記ヘッダ管３に連通して接続され、槽本体１の一方の側壁から槽内に進入しており、他端が閉塞されていて槽本体１の他方の対向側壁近くまで延びている。この分配管４は、該分配管４の長手方向で複数箇所に適宜間隔をもって水平方向に開口する通孔４Ａが形成されている。
【００２８】
上記下水平板６は、図２に見られるように、上記分配管４が槽内で及ぶ範囲よりも大きい範囲にひろがっており、分配管４の長手方向では該分配管４の先端よりも若干先の位置まで、そして分配管４の半径方向では十分に先方まで及ぶ位置まで及んでいる。
【００２９】
上記上水平板５は、本実施形態では、図１そして図３に示されるごとく、上記下水平板６と平行な面を形成し、板面に対し投影した大きさそして形状は下水平板６と同じとなっている。本実施形態では、該下水平板６上で上記分配管４が支持されているが、分配管４は下水平板６により支持されている必要はなく、上水平板５の下面で支持されていても、あるいは上下水平板５，６により支持されることなく上下水平板５，６の間に位置してもよい。上記下水平板６の上面には、上記分配管４を二重にとり囲むように、障壁部材７，８が配設されている。勿論、この障壁部材７，８は、分配管４と同様、必ずしも下水平板６に取り付けられていることを要せず、上水平板５の下面に取り付けられていても、あるいは上下水平板５，６に支持されることなく他の部材で支持されていてもよく、要は、上記分配管４をとり囲むように配置されていれば良い。
【００３０】
上記障壁部材７，８は、図３そして図５に見られるように、枠状に形成された板材の上縁に、上方に開放された溝７Ａ，８Ａが所定間隔で形成されている。隣接せる溝７Ａ，８Ａ同士間は障壁部７Ｂ，８Ｂを形成し、該溝７Ａ，８Ａが流通部を形成している（以下、流通部７Ａ，８Ａという）。分配管４に近い方の内側の障壁部材７は、その障壁部７Ｂが分配管４の通孔４Ａに対応して位置しており、外側の障壁部材８はその障壁部８Ｂが内側の障壁部材７の流通部７Ａに対応して位置している。すなわち、図４に見られるように、障壁部７Ｂ，８Ｂそして流通部７Ａ，８Ａはそれぞれ千鳥状に位置している。
【００３１】
このような障壁部材７，８が分配管４を囲むように設けられている結果、上記分配管４の通孔４Ａを流出入する水溶液あるいは水和物スラリは、例えば、分配管４からの流出の場合、内側の障壁部材７の障壁部７Ｂに当って両側に分かれて流通部７Ａを通って外側に流れ、次に、外側に障壁部材８の障壁部８Ｂに当って両側に分かれて流通部８Ａから外方へ流出する。かくして、通孔４Ａから流出する水溶液あるいは水和物スラリはその流れが広い範囲に分配して均等な緩やかなものとなり、いわゆる液みちを槽内に形成せず、そして分配ユニット２の周囲の水溶液あるいは水和物スラリの状況を乱すことがない。
【００３２】
槽本体１内で上層を形成する水溶液Ａ中に存在する二つの分配ユニット２の分配管４が接続されている上方のヘッダ管３と、下層を形成する水和物スラリＢ中に存在する二つの分配ユニット２の分配管４が接続されている下方のヘッダ管３のそれぞれは、切換弁（図示せず）そしてポンプを介して、例えば熱負荷としての冷房設備そして水和物スラリ製造機（いずれも図示せず）に接続されている。上記切換弁は、上方そして下方のヘッダ管３が共に、冷房設備と水和物スラリ製造機のいずれか一方と接続されるように切り換えられるようになっていて、上記いずれか一方での循環路を形成する。
【００３３】
このような本実施形態装置においては、槽本体内で水和物スラリは次のように生成され使用される。
【００３４】
例えば、日中は水和物スラリは冷熱媒体として冷房設備で使用されるので、切換弁は上方そして下方のヘッダ管３は共に冷房設備の方に切り換えられている。すなわち、水和物スラリが下方のヘッダ管３から冷房設備へ送られ、ここで冷熱を供給して自らは昇温して水溶液となって上記ヘッダ管３を経て槽本体１内へ戻される。次に、夜間は、これと逆に水和物スラリ製造機の方に切り換えられ、水溶液が上方のヘッダ管３から水和物スラリ製造機で冷却されて水和物スラリとなり、下方のヘッダ管３を経て槽本体１内へ戻される。
【００３５】
水溶液あるいは水和物スラリがヘッダ管３と分配管４を経て槽本体１内に対して流出入する際、分配管４の通孔４Ａを流出入する水溶液あるいは水和物スラリの流れは、内側の障壁部材７の障壁部７Ｂで一旦抵抗を受け、隣接する流通部７Ａを通過し、さらに千鳥状に設けられた外側の障壁部材８の障壁部８Ｂで再び抵抗を受け、しかる後、隣接する流通部８Ａを通過して上下水平板５，６の周囲から広範囲に分配される。
【００３６】
上記分配管４の通孔４Ａを流出入する水溶液あるいは水和物スラリの流れが、障壁部材７，８で抵抗を受けるので、水溶液あるいは水和物スラリの流出入流量そして流速が大きくても、流速は分配により大幅に緩和されるので、成層界面での攪拌混合を防止できる。
【００３７】
また、上下水平板５，６で挟まれた空間に水和物スラリが存在し、複数の障壁部材により水溶液あるいは水和物スラリの流れを分配しているので、粘性の低い水溶液が水和物スラリを通って水溶液だけが流出入する液みちを形成することがない。その結果、下層側では効果的に水和物スラリのみが槽本体に対して流出入する。
【００３８】
本発明は、図示した形態以外にも変形可能である。例えば、障壁部材は図示のごとく障壁部と流通部とが一つの部材で交互に形成されていなくとも、各障壁部を個々の部材として分離設置してもよい。また、障壁部材は、多孔板、網板等であってもよく、要は、流れを許容しつつ流れに対して大きい抵抗を与える形態のものであれば十分である。また、下水平板を省いて蓄熱槽本体の底板に障壁部材を設けたり、上水平板に障壁部材を設けて底板に対峙するように設けてもよい。
【００３９】
また、上記の実施形態では蓄熱槽本体内部で、水溶液が上層そして水和物スラリが下層を占めているが、水溶液と水和物スラリの密度によって上下逆に成層されても、同様の効果が得られる。
【００４０】
また、上記の実施形態ではヘッダ管３のそれぞれは、切換弁により冷房設備と水和物スラリ製造機のいずれか一方と接続されるようになっていて、一つのヘッダ管により水溶液または水和物スラリの受入れと払い出しを切換えて行うようになっているが、受入れと払い出しを別のヘッダ管と分配ユニットにより行うようにしてもよい。また、ヘッダ管３は槽本体１の槽内に配設されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図を示す、分配管に対して直角な面での縦断面図である。
【図２】図１装置の一部についての横断面図である。
【図３】図１装置についての、槽本体を省略して示す斜視図である。
【図４】図２についての一部を拡大して示す図である。
【図５】図１の装置に分配ユニットを拡大して分配管に平行な面で示す断面図である。
【図６】従来装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  槽本体
２  分配ユニット
３  ヘッダ管
４  分配管
４Ａ  通孔
５  上水平板
６  下水平板
７  障壁部材
８  障壁部材
７Ａ，８Ａ  流通部
７Ｂ，８Ｂ  障壁部
【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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