JP2002068371A - 開放型水槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温水又は温水溶液を貯留する開放型水槽にお
いて、通気管からの水蒸気漏出による貯水量の減少や水
溶液濃度の上昇を抑止する。 【解決手段】 通気管５により大気開放状態にした槽内
に温水又は温水溶液Ｌ１を貯留する開放型水槽におい
て、通気管５の外面又は内面に、その管内通過過程にあ
る水蒸気の管外への放熱を促進する多数の伝熱フィン１
２を設け、この放熱で通気管５の管内に生じた凝縮水を
その管内を自重降下させて槽内に戻す構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯槽や蓄熱槽あ
るいは膨張水槽などに用いる開放型水槽に関し、詳しく
は、通気管により大気開放状態にした槽内に温水又は温
水溶液を貯留する開放型水槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、開放型水槽の通気管は、雨水の侵
入を防止する先端屈曲部や異物の侵入を防止する網体を
槽外側の管端部に設けただけのほぼ直線状の単純な管材
で形成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の開
放型水槽では、温水や温水溶液を貯留する場合、それら
温水や温水溶液からの蒸発水分のうち一部は、通気管を
通じて槽外に漏出する際の管内通過過程で管壁を介する
外気への放熱により冷却されて凝縮し、凝縮水の形で管
内を自重降下して槽内に戻るが、蒸発水分のうちの多く
は管内通過過程で凝縮に至らず水蒸気の形のままで槽外
へ漏出してしまい、この為、その水蒸気漏出による貯水
量の減少や水溶液濃度の上昇に対し、適正貯水量を維持
するのに、また、適正な水溶液濃度を維持するのに頻繁
かつ大量の水補給が必要になる問題があった。

【０００４】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
通気管に対する合理的な改良により上記の如き問題を効
果的に解消する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、通気管により大気開放状態にした槽内に温水又
は温水溶液を貯留する開放型水槽を構成するのに、前記
通気管の外面又は内面に、その管内通過過程にある水蒸
気の管外への放熱を促進する多数の伝熱フィンを設け、
この放熱で前記通気管の管内に生じた凝縮水をその管内
を自重降下させて槽内に戻す構成にする。

【０００６】つまり、この構成によれば、槽内の貯留温
水や貯留温水溶液からの蒸発水分（水蒸気）が通気管を
通じて槽外に漏出することに対し、上記伝熱フィンによ
り通気管の管内通過過程にある水蒸気の管外への放熱
（すなわち、通気管周りの外気への放熱）を促進するこ
とで、その放熱により通気管の管内通過過程で凝縮に至
らせて管内降下凝縮水の形で槽内に戻す水分量を効果的
に増大させることができ、これにより、先述した従来の
開放型水槽に比べ、通気管を通じての水蒸気漏出による
貯水量の減少や水溶液濃度の上昇を効果的に抑止するこ
とができて、適正貯水量の維持や適正水溶液濃度の維持
に要する水補給の頻度及び水量を効果的に低減すること
ができる。

【０００７】〔２〕請求項２に係る発明では、通気管に
より大気開放状態にした槽内に温水又は温水溶液を貯留
する開放型水槽を構成するのに、前記通気管に、その管
内通過過程にある水蒸気の管外への放熱を促進するコイ
ル状部を形成し、この放熱で前記通気管の管内に生じた
凝縮水をその管内を自重降下させて槽内に戻す構成にす
る。

【０００８】つまり、この構成によれば、槽内の貯留温
水や貯留温水溶液からの蒸発水分（水蒸気）が通気管を
通じて槽外に漏出することに対し、上記コイル状部によ
り通気管の管内通過過程にある水蒸気の管外への放熱
（通気管周りの外気への放熱）を促進することで、その
放熱により通気管の管内通過過程で凝縮に至らせて管内
降下凝縮水の形で槽内に戻す水分量を効果的に増大させ
ることができ、これにより、請求項１に係る発明と同
様、先述した従来の開放型水槽に比べ、通気管を通じて
の水蒸気漏出による貯水量の減少や水溶液濃度の上昇を
効果的に抑止することができて、適正貯水量の維持や適
正水溶液濃度の維持に要する水補給の頻度及び水量を効
果的に低減することができる。

【０００９】〔３〕請求項３に係る発明では、通気管に
より大気開放状態にした槽内に温水又は温水溶液を貯留
する開放型水槽を構成するのに、前記通気管の管内に、
その管内通過過程にある水蒸気の管外への放熱を促進す
る通気性の伝熱材充填層を設け、この放熱で前記通気管
の管内に生じた凝縮水をその管内を自重降下させて槽内
に戻す構成にする。

【００１０】つまり、この構成によれば、槽内の貯留温
水や貯留温水溶液からの蒸発水分（水蒸気）が通気管を
通じて槽外に漏出することに対し、上記伝熱材充填層に
より通気管の管内通過過程にある水蒸気の管外への放熱
（通気管周りの外部空気への放熱）を促進することで、
その放熱により通気管の管内通過過程で凝縮に至らせて
管内降下凝縮水の形で槽内に戻す水分量を効果的に増大
させることができ、これにより、請求項１，２に係る発
明と同様、先述した従来の開放型水槽に比べ、通気管を
通じての水蒸気漏出による貯水量の減少や水溶液濃度の
上昇を効果的に抑止することができて、適正貯水量の維
持や適正水溶液濃度の維持に要する水補給の頻度及び水
量を効果的に低減することができる。

【００１１】ちなみに、通気管の管内通過過程における
水蒸気の凝縮量を増大させるには、先述した従来の開放
型水槽における通気管の直線状部分の長さを単純に大き
くしたり、通気管の管内通過過程にある水蒸気を外気よ
りも低温の冷却用媒体と熱交換させて冷却する方式も考
えられるが、前者の場合、管外への放熱量を十分に大き
く確保して凝縮量を大きく増大させるには通気管直線状
部分の長さが極めて大きくなって通気管の占有スペース
が大きくなることで通気管の装備が難しくなり、また、
後者の場合、冷却用媒体の導通面で装置構造が複雑にな
って装置コストが大きく増大する。

【００１２】この点、請求項１〜３に係る発明であれ
ば、前述の如き伝熱フィンやコイル状部あるいは伝熱材
充填層による放熱促進をもって管内凝縮量を増大させる
から、通気管の占有スペースの大型化を抑止（前記コイ
ル状部の場合はコイル形状化によるコンパクト化で占有
スぺースの大型化を抑止）することができて、通気管の
装備を容易にすることができ、また、外気への放熱を促
進するだけであることから、外気以外の冷却用媒体を用
いて水蒸気を冷却するに比べ、装置構造を簡略にして装
置コストを安価にすることができる。

【００１３】なお、請求項１〜３に係る発明の実施にあ
たっては、通気管における前記コイル状部の外面や内面
に伝熱フィンを設ける構成や、前記伝熱材充填層を管内
に設けた通気管の外面に伝熱フィンを設ける構成、ある
いはまた、通気管における前記コイル状部の管内に前記
伝熱材充填層を設ける構成や、通気管における前記コイ
ル状部の管内に前記伝熱材充填層を設けるとともに、そ
のコイル状部の外面に伝熱フィンを設ける構成など、請
求項１〜３に係る発明のうちの２つ又は３つを組み合わ
せた構成を採用してもよく、このような組み合わせ構成
を採れば、通気管の管内通過過程にある水蒸気の放熱促
進を一層効果的に達成できる。

【００１４】また、請求項１〜３に係る発明の実施にあ
たっては、槽内側から通気管に流入する水蒸気の全量を
槽外側開口部に至るまでの間に外気とほぼ等しい温度ま
で冷却するように、前記伝熱フィン、前記コイル状部、
前記伝熱材充填層を設計することが望ましい。

【００１５】〔４〕請求項４に係る発明では、請求項１
〜３のいずれか１項に係る発明の実施において、前記通
気管の槽外側の開口部に、槽外風による槽内水蒸気の誘
引を防止するカバー体又は通気性充填層を設ける。

【００１６】つまり、通気管の槽外側開口部において槽
外風による槽内水蒸気の誘引があると、水蒸気の通気管
通過が促進されて水蒸気が通気管の管内を素通り的に通
過する形態になることで、管内通過過程における水蒸気
の管外への放熱が阻害される。したがって、上記カバー
体や通気性充填層を通気管の槽外側開口部に設けて槽外
風による槽内水蒸気の誘引を防止すれば、前記伝熱フィ
ンや前記コイル状部あるいは前記伝熱材充填層による管
内通過水蒸気の放熱促進を一層効果的なものにすること
ができる。

【００１７】なお、誘引防止用の上記通気性充填層は伝
熱材の充填層である必要はないが、この誘引防止用の通
気性充填層を伝熱材の充填層で形成して請求項３に係る
発明の放熱促進用充填層を兼ねるものにしてもよい。

【００１８】〔５〕請求項５に係る発明では、請求項１
〜４のいずれか１項に係る発明の実施において、外部連
通管による接続で槽内水位と同一の水位を保つ付属タン
クを設けて、この付属タンクに槽内水位の上限を規定す
るオーバーフロー管を設け、前記外部連通管の外面に、
管内を通過する温水又は温水溶液の管外への放熱を促進
する多数の伝熱フィンを設ける。

【００１９】つまり、開放型水槽には一般に、オーバー
フローにより槽内水位の上限を規定するオーバーフロー
管が通気管とともに設けられるため、槽内の貯留温水や
貯留温水溶液からの蒸発水分（水蒸気）はオーバーフロ
ー管を通じても槽外に漏出するが、オーバーフロー管は
オーバーフロー水を流下により槽外へ排出するものであ
るため、通気管の場合と同様にオーバーフロー管の管内
通過過程で水蒸気を凝縮させたとしても、オーバーフロ
ー管への水蒸気漏出による貯水量の減少や水溶液濃度の
上昇は防止することができない。

【００２０】これに対し、上記構成では、外部連通管の
外面に設けた伝熱フィンによりその管内を通過する温水
や温水溶液の管外への放熱（すなわち、連通管周りの外
気への放熱）を促進することで、外部連通管による連通
において槽内から付属タンクに流入する温水や温水溶液
を効果的に冷却して、付属タンクにおける貯留水や貯留
水溶液の温度を低温化するようにし、これにより、付属
タンクの水面上空間部における水蒸気分圧を効果的に低
下させて槽内側の水面上空間部における水蒸気分圧より
も低く保つ。

【００２１】したがって、この付属タンクにオーバーフ
ロー管を設ける上記構成によれば、従前の如く槽内側に
オーバーフロー管を設けるに比べ、オーバーフロー管へ
の水蒸気漏出そのものを効果的に防止することができ、
これにより、請求項１〜４に係る発明による通気管側で
の蒸発水分の回収と相俟って、水蒸気漏出による貯水量
の減少や水溶液濃度の上昇を一層効果的に抑止すること
ができ、適正貯水量の維持や適正水溶液濃度の維持に要
する水補給の頻度及び水量を一層効果的に低減すること
ができる。

【００２２】なお、外部連通管の管内を通過する温水や
温水溶液の管外への放熱を促進するのに、外部連通管の
内面に多数の伝熱フィンを設けたり、外部連通管をコイ
ル状に形成したり、外部連通管の管内に通液性の伝熱材
充填層を設けるなどのことも考えられるが、外部連通管
では液体である温水や温水溶液を管内通過させることか
ら、外気への放熱効率を効果的に高める上で、また、外
部連通管の通過抵抗を小さくする上で、外部連通管の外
面に伝熱フィンを設ける上記構成の方が有利である。

【００２３】また、外部連通管の管内を通過する温水や
温水溶液を冷却水などの外気以外の冷却用媒体と熱交換
させて冷却することも考えられるが、これに比べ、外気
に対する伝熱フィンを外部連通管の外面に設ける上記構
成の方が、装置構造を簡略にして装置コストを安価にす
ることができる。

【００２４】〔６〕請求項６に係る発明では、請求項５
に係る発明の実施において、前記付属タンクに補給水装
置を設ける。

【００２５】つまり、この構成によれば、槽への水補給
の際、上記補給水装置により付属タンクに供給する低温
補給水をもって、付属タンクにおける貯留水や貯留水溶
液の低温化を促進することができ、これにより、オーバ
ーフロー管を設けた付属タンクにおける水面上空間部の
水蒸気分圧を一層低くすることができて、オーバーフロ
ー管への水蒸気漏出を一層効果的に防止することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は蓄熱槽を用いた熱電併給シ
ステムを示し、１は発電機、２は発電機１を駆動するタ
ービン、３はタービン２の排熱を用いてブラインＬ１
（すなわち、不凍水溶液）を加熱する排熱熱交換器であ
る。

【００２７】４は通気管５により大気開放状態にした槽
内にブラインＬ１を貯留して、その貯留ブラインＬ１の
保有熱として温熱を蓄熱する開放型の蓄熱槽、６は蓄熱
槽４と排熱熱交換器３との間で循環ポンプＰ１によりブ
ラインＬ１を循環させる一次側循環路であり、この一次
側循環路６を通じてのブライン循環において、排熱熱交
換器３により循環ブラインＬ１を加熱することで、ター
ビン２の排熱を蓄熱槽４に蓄熱する。４ａは蓄熱槽４の
槽壁に付設した保温材（断熱材）である

【００２８】一次側循環路６のうち蓄熱槽４から排熱熱
交換器３にブラインＬ１を送る往路部分６ａには、二次
側循環路７を通じて熱需要側に循環させる二次側熱媒Ｌ
２と蓄熱槽４からの取り出しブラインＬ１とを熱交換さ
せる送熱熱交換器８を設けてあり、この送熱熱交換器８
において、熱需要側に供給する二次側熱媒Ｌ２を蓄熱槽
４からの取り出しブラインＬ１により加熱することで、
蓄熱槽４に蓄熱した温熱を熱需要側に送給する。

【００２９】９は送熱熱交換器８から送出される二次側
熱媒Ｌ２の温度ｔを検出する温度センサ、１０は送熱熱
交換器８に対するバイパス路、１１は送熱熱交換器８と
バイパス路１０とに対するブライン分流比を調整する三
方弁装置であり、この三方弁装置１１は、温度センサ９
の検出温度ｔに基づき、送熱熱交換器８から熱需要側に
送る二次側熱媒Ｌ２の温度ｔを設定送給温度ｔｓに維持
するように、送熱熱交換器８とバイパス路１０とに対す
るブライン分流比を自動調整する。すなわち、この三方
弁装置１１により熱需要側の必要熱量の変動に応じて熱
需要側への温熱送給量が調整される。Ｐ２は二次側熱媒
Ｌ２の循環ポンプである。

【００３０】なお、熱需要側が温熱要求状態にないとき
には、送熱熱交換器８へのブライン供給を断ってバイパ
ス路１０のみにブラインＬ１を通過させる状態に三方弁
装置１１を保持し、これにより、蓄熱槽４と排熱熱交換
器３との間でのみブラインＬ１を循環させる。

【００３１】蓄熱槽４の通気管５は、図２に示す如く、
縦姿勢の直管状にして蓄熱槽４の天板部に設け、そし
て、その通気管５の外面には、管内通過過程にある水蒸
気（外気よりも高温の水蒸気）の管外への放熱を促進す
る多数の伝熱フィン１２を設けてあり、これにより、蓄
熱槽４における高温（例えば４０℃〜９０℃といった温
度）の貯留ブラインＬ１から蒸発した水分（水蒸気）の
うち通気管５を通じて槽外に漏出するものを、通気管５
の管内通過過程で通気管５周りの外気へ効率的に放熱さ
せて凝縮させ、その凝縮水を通気管５の管内を自重降下
させて蓄熱槽４内に戻すようにしてある。

【００３２】また、通気管４の槽外側開口部には、槽外
風による槽内水蒸気の誘引を防止するカバー体１３及び
通気性充填層１４を設けてあり、これにより、上記の如
く水蒸気を通気管５の管内通過過程で凝縮させてその凝
縮水を槽内に戻すことにおいて、槽外風による槽内水蒸
気の誘引で通気管５における水蒸気通過が促進されて通
気管５の管内通過過程における水蒸気の管外への放熱が
阻害されることを防止する。

【００３３】なお、カバー体１３は雨水の侵入を防止す
る機能も有し、また、通気性充填層１４は異物や虫の侵
入を防止する機能も有する。

【００３４】１５は蓄熱槽４のブライン水位と等しいブ
ライン水位を保つように外部連通管１６を通じて蓄熱槽
４に連通させた付属タンクであり、この付属タンク１５
には、蓄熱槽４におけるブライン水位の上限を規定する
オーバーフロー管１７、及び、蓄熱槽４のブライン水位
が設定水位によりも低下したとき給水管１８から水Ｗを
補給するボールタップ式の補給水装置１９を設けてあ
り、また、外部連通路１６の外面には、管内を通過する
ブラインＬ１（外気よりも高温のブライン）の管外への
放熱を促進する多数の伝熱フィン２０を設けてある。

【００３５】つまり、外部連通管１６の外面に放熱促進
用の伝熱フィン２０を設けることで、蓄熱槽４から付属
タンク１５に流入する高温ブラインＬ１を効果的に冷却
して、付属タンク１５におけるブラインＬ１の温度を低
温化し、また、補給水装置１９を付属タンク１５に設け
ることで、補給水Ｗによっても付属タンク１５における
ブライン温度の低温化を促進するようにし、これによ
り、付属タンク１５の水面上空間部における水蒸気分圧
を効果的に低下させて蓄熱槽４側の水面上空間部におけ
る水蒸気分圧よりも低く保つ。

【００３６】そして、このように水面上空間部における
水蒸気分圧を効果的に低下させる付属タンク１５に蓄熱
槽４用のオーバーフロー管１７を設けることで、蓄熱槽
４における高温貯留ブラインＬ１からの蒸発水分がオー
バーフロー管１７を通じて槽外に漏出することを防止す
る。

【００３７】２１は付属タンク１５の水面上空間部と蓄
熱槽４の水面上空間部とを連通させる渡り通気管であ
り、この渡り通気管２１の外面にも管内通過水蒸気の管
外への放熱を促進する多数の伝熱フィン２２を設けて、
蓄熱槽４の水面上空間部から付属タンク１５の水面上空
間部に流入する水蒸気を効果的に凝縮させるようにして
ある。

【００３８】〔別実施形態〕次に別実施形態を列記す
る。

【００３９】前述の実施形態では、通気管５の外面に伝
熱フィン１２を設けたが、これに代え、通気管５の内面
に伝熱フィンを設ける構成、あるいは、通気管５の外面
及び内面の両方に伝熱フィンを設ける構成を採用しても
よい。

【００４０】また、図３に示す如く通気管５に管内凝縮
水が自重降下により槽内に戻る姿勢のコイル状部２３を
形成して、そのコイル状部２３により管内通過過程にあ
る水蒸気の管外への放熱を促進するようにしたり、図４
に示す如く縦姿勢の通気管５の管内に通気性の伝熱材充
填層２４を設けて、その伝熱材充填層２４により管内通
過過程にある水蒸気の管外への放熱を促進するようにし
てもよい。

【００４１】通気管５の外面又は内面に設ける放熱促進
用の伝熱フィンには、種々の形状のものを使用でき、ま
た、通気管５に形成する放熱促進用のコイル状部２３の
具体的形状は、図３に示す如き螺旋形状に限られるもの
ではなく、蛇行形状などであってもよい。

【００４２】通気管５の管内に設ける放熱促進用の伝熱
材充填層２４には、三次元網構造のものや、網体を積層
した構造のものなど、種々の構造のものを使用でき、ま
た、その伝熱材充填層２４を形成する伝熱材にもステン
レス鋼を初め種々のものを使用できる。

【００４３】通気管５は１本に限られるものではなく、
上記の如き放熱促進用の伝熱フィン、コイル状部、伝熱
材充填層を設けた通気管５の複数本を並設してもよい。

【００４４】また、通気管５の姿勢は、管内で生じた凝
縮水をその管内を自重降下させて槽内に戻し得る姿勢で
あれば、どのような姿勢であってもよい。

【００４５】前述実施形態の図１に示す構成で通気管５
を省略するとともに、付属タンク１５に図中破線で示す
如き通気管５′を設けて、その付属タンク１５側の通気
管５′と渡り通気管２１とで蓄熱槽４に対する通気管を
構成する形態にし、この形態において、渡り通気管２１
に放熱促進用の伝熱フィンやコイル状部あるいは伝熱材
充填層を設けるようにして、請求項１〜３に係る発明を
実施するようにしてもよい。

【００４６】また、付属タンク１５における水面上空間
部の水蒸気分圧を一層効果的に低下させるために、付属
タンク１５のタンク壁外面に多数の伝熱フィンを設ける
ようにしてもよい。

【００４７】前述の実施形態では、温水溶液を貯留する
蓄熱槽に対し本発明を適用した例を示したが、本発明は
温水溶液を貯留する開放型水槽に限らず、温水を貯留す
る開放型水槽にも適用でき、また、本発明は、蓄熱槽に
限らず貯湯槽や膨張水槽など、どのような用途の開放型
水槽に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱電併給システムの構成図

【図２】通気管部分の拡大図

【図３】別実施形態を示す通気管部分の拡大図

【図４】他の別実施形態を示す通気管部分の拡大図

【符号の説明】

５ 通気管 １２ 伝熱フィン １３ カバー体 １４ 通気性充填層 １５ 付属タンク １６ 外部連通管 １７ オーバーフロー管 １９ 補給水装置 ２０ 伝熱フィン ２３ コイル状部 ２４ 伝熱材充填層 Ｌ１ 温水溶液

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通気管により大気開放状態にした槽内に
   温水又は温水溶液を貯留する開放型水槽であって、 前記通気管の外面又は内面に、その管内通過過程にある
   水蒸気の管外への放熱を促進する多数の伝熱フィンを設
   け、 この放熱で前記通気管の管内に生じた凝縮水をその管内
   を自重降下させて槽内に戻す構成にしてある請求項１記
   載の開放型水槽。
2. 【請求項２】 通気管により大気開放状態にした槽内に
   温水又は温水溶液を貯留する開放型水槽であって、 前記通気管に、その管内通過過程にある水蒸気の管外へ
   の放熱を促進するコイル状部を形成し、 この放熱で前記通気管の管内に生じた凝縮水をその管内
   を自重降下させて槽内に戻す構成にしてある開放型水
   槽。
3. 【請求項３】 通気管により大気開放状態にした槽内に
   温水又は温水溶液を貯留する開放型水槽であって、 前記通気管の管内に、その管内通過過程にある水蒸気の
   管外への放熱を促進する通気性の伝熱材充填層を設け、 この放熱で前記通気管の管内に生じた凝縮水をその管内
   を自重降下させて槽内に戻す構成にしてある開放型水
   槽。
4. 【請求項４】 前記通気管の槽外側の開口部に、槽外風
   による槽内水蒸気の誘引を防止するカバー体又は通気性
   充填層を設けてある請求項１〜３のいずれか１項に記載
   の開放型水槽。
5. 【請求項５】 外部連通管による接続で槽内水位と同一
   の水位を保つ付属タンクを設けて、この付属タンクに槽
   内水位の上限を規定するオーバーフロー管を設け、 前記外部連通管の外面に、管内を通過する温水又は温水
   溶液の管外への放熱を促進する多数の伝熱フィンを設け
   てある請求項１〜４のいずれか１項に記載の開放型水
   槽。
6. 【請求項６】 前記付属タンクに補給水装置を設けてあ
   る請求項５記載の開放型水槽。