JP2009085496A - Latent heat storage device and method of designing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、200℃以下の低温廃熱を潜熱蓄熱材(PCM:Phase Change Material)に蓄え、熱を必要としている施設へトラック等の車両でオフライン輸送し、再利用するようにした潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法に関するものである。 The present invention relates to a latent heat storage device in which low-temperature waste heat of 200 ° C. or less is stored in a latent heat storage material (PCM: Phase Change Material), transported offline to a facility in need of heat by a vehicle such as a truck, and reused. And a method for designing the latent heat storage device.
近年、未利用エネルギを活用した「エネルギの有効利用」として、例えば、発電プラントや化学プラント等の工場、下水汚泥焼却プラント、ごみ焼却炉プラント等の熱源から発生する200℃以下の低温廃熱を潜熱蓄熱材(PCM)に蓄え、熱を必要している病院やオフィス、公共施設等へ車両でオフライン輸送し、利用するようにした潜熱蓄熱装置が提案されており、本願出願人も平成18年1月6日付けで、潜熱蓄熱装置及びその運転方法について出願を行なった(特願2006−1532号)。而して、この潜熱蓄熱装置の概要は図4、図5に示されている。 In recent years, as an “effective use of energy” utilizing unused energy, for example, low-temperature waste heat of 200 ° C. or less generated from heat sources such as power plants and chemical plants, sewage sludge incineration plants, waste incinerator plants, etc. A latent heat storage device that has been stored in a latent heat storage material (PCM) and transported offline to a hospital, office, public facility, etc. that requires heat has been proposed. On January 6, an application was filed for the latent heat storage device and its operating method (Japanese Patent Application No. 2006-1532). Thus, the outline of this latent heat storage device is shown in FIGS.
すなわち、潜熱蓄熱装置1は横置き型で、潜熱蓄熱槽2を備えている。潜熱蓄熱槽2は、断面円筒形(正円)で長手方向両端を側板により閉塞された潜熱蓄熱槽本体3を備えており、潜熱蓄熱槽本体3内には、下部左右に位置して潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向へ平行に延在する2本の熱媒供給配管4が収納されていると共に、上部左右に位置して熱媒供給配管4と平行に延在する2本の熱媒回収配管5が収納されている。2本の熱媒供給配管4は略同じ高さに位置しており、2本の熱媒回収配管5も略同じ高さに位置している。
That is, the latent
熱媒供給配管4の一端部は盲板により閉塞されていると共に、熱媒供給配管4の下端には長手方向へ一定間隔で、複数の孔4aが穿設されており、熱媒供給配管4の他端に接続された配管6は、潜熱蓄熱槽本体3の一側の側板を貫通して潜熱蓄熱槽本体3の外部に延在し、他端にはカップリング継手7が接続されている。
One end of the heat
熱媒回収配管5の一端部は盲板により閉塞されていると共に、熱媒回収配管5の天端には長手方向へ一定間隔で、複数の孔5aが穿設されており、熱媒回収配管5の他端にフレキシブル管8を介して接続した配管9には、カップリング継手10が接続されている。
One end portion of the heat
潜熱蓄熱槽本体3内には、境界面11が潜熱蓄熱槽本体3の略中心近傍位置で且つ常時熱媒供給配管4の上方となるよう、潜熱蓄熱材12が収納されていると共に、上面13が熱媒回収配管5の上端よりも常時上方となるよう、潜熱蓄熱槽本体3内の潜熱蓄熱材12の上部には熱媒14が収納されている。
In the latent heat
又、熱媒14の上面13と潜熱蓄熱槽本体3内周の天端との間には、潜熱蓄熱材12と熱媒14との間で、蓄熱、放熱が行なわれて潜熱蓄熱材12、熱媒14の温度が変化し、その結果、潜熱蓄熱材12と熱媒14の比重が変化して、潜熱蓄熱材12の境界面11や熱媒14の上面13が昇降し、高さが変化しても、熱媒14上面と潜熱蓄熱槽本体3内周の天端との間には、常時空気層15が確保されるようになっている。
In addition, between the
潜熱蓄熱材12としては、例えば、酢酸ナトリウム3水化物(融点58℃)があり、熱媒としては、例えば、工業用白油がある。
Examples of the latent
又、図4中、16は例えば、ごみ焼却プラント、下水汚泥焼却プラント、発電プラント、化学プラント、製鉄所等の熱源プラント、又は、病院、オフィス、公共施設等の熱利用側である。而して、熱源プラント又は熱利用側16は、熱交換器17、熱交換器17に接続される熱媒ポンプ18、熱媒ポンプ18に接続される配管19、配管19に接続されて熱源プラント又は熱利用側16を潜熱蓄熱装置1と接続する際に、潜熱蓄熱槽本体3側のカップリング継手10と連結する配管20を備えている。又、熱源プラント又は熱利用側16は、熱交換器17に接続される配管21、配管21に接続されて、熱源プラント又は熱利用側16を潜熱蓄熱装置1と接続する際に、潜熱蓄熱槽本体3側のカップリング継手7と連結する配管22を備えている。
In FIG. 4,
例えば、16が熱源プラントであって、潜熱蓄熱材12に潜熱を蓄熱する場合は、熱媒ポンプ18を駆動して、熱媒14を、潜熱蓄熱槽本体3と熱交換器17との間に循環させ、熱源プラント16から発生する低温廃熱(蒸気、温水、高温空気、排ガス等の廃熱)を、熱交換器17を介して熱媒14に伝える。
For example, when 16 is a heat source plant and latent heat is stored in the latent
すなわち、潜熱蓄熱槽本体3内から複数の孔5aを通して熱媒回収配管5内へ回収された熱媒14は、熱媒回収配管5、配管9、20、19等を通って熱媒ポンプ18を介し熱交換器17に供給され、熱交換器17おいて熱エネルギを取得し、熱エネルギを得た熱媒14は、配管21、22等を通って、熱媒供給配管4の下端の複数の孔4aから固体状の潜熱蓄熱材12内に供給される。
That is, the
このため、熱媒14は潜熱蓄熱材12との比重差により潜熱蓄熱材12内を上昇し、潜熱蓄熱材12を上昇する間に、熱媒14は潜熱蓄熱材12との直接接触により熱交換して潜熱蓄熱材12に熱を付与する。固体状の潜熱蓄熱材12は熱を与えられると徐々に液状化し、この相変化により潜熱蓄熱材12には潜熱が蓄熱される。
For this reason, the
比重差により上昇して潜熱蓄熱材12から潜熱蓄熱槽本体3上部へ分離された熱媒14は、複数の孔5aから熱媒回収配管5内へ回収されて再び熱交換器17へ供給され、前述した手順で循環する。而して、潜熱蓄熱材12全てが液状化した時点で潜熱蓄熱材12に対する蓄熱は完了する。
The
16が熱利用側の場合には熱媒ポンプ18を駆動して、熱媒14を、潜熱蓄熱槽本体3と熱交換器17との間に循環させ、潜熱蓄熱材12に蓄えられていた潜熱により熱媒14を直接接触により加熱する。このため、熱を与えられた熱媒14は、熱交換器17に供給されてその熱は熱利用側16の熱媒体(水、空気、ガス等)に伝えられ、空調(暖房・冷房)・給湯用熱源として利用される。このときの熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3と熱交換器17との間の流れは16が熱源プラントの場合と同様であるが、熱媒14は潜熱蓄熱材12から熱を受ける点で、熱源プラントの場合と異なる。潜熱蓄熱材12は、熱媒14に潜熱を放出して温度降下すると共に固体化し、放熱を完了する。
When 16 is on the heat utilization side, the
一方、未利用エネルギを活用した「エネルギの有効利用」として、例えば、発電プラントや化学プラント等の工場、下水汚泥焼却プラント、ごみ焼却プラント等の熱源から発生する低温廃熱(200℃)を、潜熱蓄熱材(PCM)に蓄え、熱を必要としている病院やオフィス、公共施設等へ車両でオフライン輸送し、利用することができる潜熱蓄熱装置が提案されている(特許文献1)。
図4に示す潜熱蓄熱装置1の場合は、横置き型で、潜熱蓄熱槽本体3の断面形状は円筒形であるため、以下に述べるように、楕円形状のものに比べて熱媒14の絶対量が多くなり非経済的であるうえ、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱量も多くできない。なお、特許文献1は潜熱蓄熱装置であるという点では、図4に示すものと共通するが、熱媒の量や蓄熱量については特に考慮を払ったものではない。
In the case of the latent
本発明は、斯かる実情に鑑み、潜熱蓄熱槽本体の断面形状が円筒形(正円)の場合よりも熱媒の量が少なくてすみ、経済的で、しかも、蓄熱量も増大させ得るようにした潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法を提供することを目的としてなしたものである。 In view of such circumstances, the present invention requires less heat medium than the case where the cross-sectional shape of the latent heat storage tank body is cylindrical (circular), is economical, and can also increase the amount of heat storage. The purpose of the present invention is to provide a latent heat storage device and a design method for the latent heat storage device.
本発明の請求項1の潜熱蓄熱装置は、軸線が水平方向に延在するよう配置された潜熱蓄熱槽本体を備え、該潜熱蓄熱槽本体は、比重差により下部に潜熱蓄熱材が溜まり、該潜熱蓄熱材の上面に熱媒が溜まるように構成されており、しかも、熱媒が潜熱蓄熱材を通って上昇する際に、熱媒と潜熱蓄熱材との直接接触により熱の授受が行なわれるよう構成されており、更に、潜熱蓄熱材の蓄熱完了時においても、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間に空気層が形成されるよう構成した横置き型の潜熱蓄熱装置であって、前記潜熱蓄熱槽本体の縦断面形状は、所定の径の正円を縦軸が長軸で、水平軸が短軸の楕円形状となるよう変形させた形状で、且つ、正円の周長と楕円の周長は略等しくなるよう構成されているものである。
The latent heat storage device according to
本発明の請求項2の潜熱蓄熱装置は、空気層厚さ比x'3/x3>1(ここで、x3は蓄熱完了後の熱媒上面と、円筒形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ、x'3は蓄熱完了後の熱媒上面と、周長が前記円筒形状の潜熱蓄熱槽本体縦断面正円周長と等しい縦断面楕円形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ)とするものである。
The latent heat storage device according to
本発明の請求項3の潜熱蓄熱装置においては、前記潜熱蓄熱槽本体内の下部には、熱媒を潜熱蓄熱材内に供給するための熱媒供給配管が、潜熱蓄熱材内に位置するよう配置され、前記蓄熱槽本体内の上部には、蓄熱時においても放熱時においても熱媒内に位置するよう、熱媒回収配管が配置されており、しかも、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから熱媒回収配管の中心までの高さh'pipeは、(III)式及び(IV)式により決定されるよう構成されており、前記空気層の厚さx'3は(X)式により決定されるよう構成されているものである。
In the latent heat storage device according to
ここで、式は以下の通りである。
Here, the formula is as follows.
上記式中、h'pcm(l)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面までの高さ、x1は蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、h'oil(s)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さ、x2は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、bは潜熱蓄熱槽本体の中心Oから潜熱蓄熱槽本体の内周天端までの高さ、h'oil(l)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、蓄熱完了時の熱媒上面までの高さである。 In the above formula, h 'pcm (l) from the center O of the latent heat storage tank body, the heat storage completion time of phase change material upper surface to a height, x 1 is the heat medium recovery pipe diameter from the latent heat storage material upper surface when the heat storage completion In the actual design, h ′ oil (s) is the center of the latent heat storage tank body so that it is the height to the center of the direction and the lower end of the heat medium recovery pipe is higher than the upper surface of the latent heat storage material from O, height to the heat transfer medium the upper surface of the heat radiation completion, x 2 is the height from the heat medium recovery pipe radial center to the heating medium upper surface of the heat radiation completion, the upper end of the heat medium recovery pipe is the heating medium top In the actual design, the numerical value is appropriately determined, b is the height from the center O of the latent heat storage tank body to the inner peripheral top of the latent heat storage tank body, and h'oil (l) is the latent heat storage tank body The height from the center O to the top surface of the heat medium when heat storage is completed.
本発明の請求項4の潜熱蓄熱装置の設計方法は、
請求項1に記載の潜熱蓄熱装置の設計方法であって、第一のステップから第六のステップよりなり、
第一のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さh'pcm(l)を(II)式により算出するステップであり、
第二のステップは、
第一のステップで算出した、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さh'pcm(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Oから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管中心までの高さh'pipeを(III)式により算出するステップであり、
第三のステップは、
第二のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから熱媒回収配管中心までの高さh'pipeを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(s)を(IV)式により算出するステップであり、
第四のステップは、
第三のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(s)、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(s)を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)を(VI)式により算出するステップであり、
第五のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(l)、及び、第四のステップで求めた、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから導出した熱媒の単位長さ当たりの重量と、蓄熱完了時の熱媒の密度とから導出した蓄熱完了時の熱媒の、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Oから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(l)を(IX)式により算出するステップであり、
第六のステップは、
第五のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体中心Oから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(l)を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さx'3を(X)式により算出するステップである。
The method for designing a latent heat storage device according to
The method for designing a latent heat storage device according to
The first step is
Latent heat storage tank body axial direction derived from the amount of heat storage per unit length of the latent heat storage material, the density of the latent heat storage material when the latent heat storage material has completed heat storage, and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material The height h from the center O of the latent heat storage tank body to the boundary surface, which is the upper surface of the latent heat storage material at the completion of heat storage, based on the volume Spcm (l) per unit length of the latent heat storage material at the time of completion of heat storage 'is a step of calculating pcm (l) by equation (II),
The second step is
Based on the height h ′ pcm (l) from the center O of the latent heat storage tank body calculated in the first step to the boundary surface, which is the upper surface of the latent heat storage material when the heat storage is completed, the center O in the latent heat storage tank body Calculating the height h ′ pipe from the center of the heat storage tank to the center of the heat medium recovery pipe located above the interior of the heat storage tank body by the formula (III),
The third step is
Based on the height h ' pipe from the center O of the latent heat storage tank body to the center of the heat medium recovery pipe obtained in the second step, from the center O of the latent heat storage tank body to the top surface of the heat medium when the heat release is completed Calculating the height h ′ oil (s) by the formula (IV),
The fourth step is
The height h ′ oil (s) from the center O of the latent heat storage tank body to the upper surface of the heat medium when heat release is completed , and the amount of heat stored per unit length of the latent heat storage material, determined in the third step, Per unit length of the latent heat storage material at the completion of heat dissipation in the axial direction of the latent heat storage tank body, derived from the density of the latent heat storage material when the heat release from the latent heat storage material is completed and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material A volume S ′ oil (s) per unit length with respect to the axial direction of the latent heat storage tank body upon completion of heat dissipation of the heat medium based on the volume S pcm (s) of
The fifth step is
Latent heat storage tank body axial direction derived from the amount of heat storage per unit length of the latent heat storage material, the density of the latent heat storage material when the latent heat storage material has completed heat storage, and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material The volume per unit length Spcm (l) of the latent heat storage material at the time of completion of heat storage with respect to the unit length per unit length with respect to the axial direction of the latent heat storage tank main body at the time of completion of heat dissipation of the heat medium, determined in the fourth step The weight per unit length of the heat medium derived from the volume S ′ oil (s), the density of the heat medium at the completion of heat dissipation and the volume per unit length of the heat medium at the time of heat dissipation, and Based on the volume S'oil (l) per unit length of the heat medium at the time of completion of the heat storage derived from the density of the heat medium with respect to the axial direction of the latent heat storage tank body, the heat storage from the center O of the latent heat storage tank The height h'oil (l) to the top surface of the heat medium is changed to the formula (IX) Is a step of calculating
The sixth step is
Based on the height h'oil (l) from the center O of the latent heat storage tank body to the top surface of the heat medium when the heat storage is completed, obtained in the fifth step, the heat medium upper surface when the heat storage is completed and the inner peripheral top of the latent heat storage tank body Is the step of calculating the thickness x ′ 3 of the air layer between and (1) by the equation (X).
ここで、式は以下の通りである。
Here, the formula is as follows.
各式中、aは潜熱蓄熱槽本体の短軸側(水平方向)の半径(短軸半径)、bは潜熱蓄熱槽本体の長軸側(縦方向)の半径(長軸半径)、πは円周率、x1は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、x2は熱媒回収配管中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。 In each formula, a is a radius (short axis radius) on the short axis side (horizontal direction) of the latent heat storage tank body, b is a radius (long axis radius) on the long axis side (vertical direction) of the latent heat storage tank body, and π is In the actual design, x 1 is the height from the top surface of the latent heat storage material to the center of the heat medium recovery pipe when the heat storage is completed, and the lower end of the heat medium recovery pipe is higher than the top surface of the latent heat storage material. figures to be determined appropriately, x 2 is the height from the heat medium recovery pipe center to the heating medium upper surface of the heat radiation completion, so that the upper end of the heat medium recovery pipe becomes lower than the heating medium top, in actual design Is a numerical value determined as appropriate.
本発明の請求項5の潜熱蓄熱装置の設計方法においては、潜熱蓄熱槽本体の水平方向の半径と垂直方向の半径が等しいrであり、且つ、水平方向の半径がaで垂直方向の半径がbの楕円と周長が等しい正円について、(II)式、(VI)式、(IX)式のa、bはrとして請求項4のステップに従って計算を行い、断面円形状の潜熱蓄熱槽本体において、潜熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さx3を
を求めるものである。
In the method for designing a latent heat storage device according to
本発明の請求項6の潜熱蓄熱装置の設計方法は、断面円形状の潜熱蓄熱槽本体において、潜熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さをx3とし、周長が前記断面円形状の蓄熱槽本体と等しい、断面形状が楕円形状の蓄熱槽本体において、熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さをx'3とした場合、x'3/x3>1とするものである。 In the latent heat storage device design method according to claim 6 of the present invention, in the latent heat storage tank main body having a circular cross section, the air layer between the upper surface of the heat medium and the inner peripheral top of the latent heat storage tank main body after heat storage for the latent heat storage material is completed. the thickness of the x 3, the circumferential length is equal to the circular cross section of the heat storage tank body, the heat storage tank body of the cross-sectional shape oval shape, after the heat storage completion to heat the heat storage material, the heat medium top and latent heat storage tank body When the thickness of the air layer between the inner peripheral top end is x ′ 3 , x ′ 3 / x 3 > 1.
本発明の請求項1〜6に記載の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法によれば、潜熱蓄熱槽本体の断面形状を縦長の楕円形状とすることにより、周長が等しい円筒形(正円)の場合よりも必要な熱媒の量を少なくすることができて経済的であり、しかも、体積効率を大きくできるため、投入可能な潜熱蓄熱材の量が増加し、その結果、蓄熱量が増加する等、種々の優れた効果を奏し得る。
According to the latent heat storage device and the design method of the latent heat storage device according to
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明を実施する形態の一例であって、潜熱蓄熱槽本体3の縦断面形状以外は、図4、図5に示すものと略同様の構成である。図1中、図4、図5と同一の符号のものは形状が異なっていても同一のものを示している。又、蓄熱、放熱も図4に示すものと同様にして行なわれるため詳細な説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an example of an embodiment for carrying out the present invention, and the configuration is substantially the same as that shown in FIGS. 4 and 5 except for the longitudinal sectional shape of the latent heat
而して、本図示例においては、潜熱蓄熱装置1は横置き型で、潜熱蓄熱槽2における潜熱蓄熱槽本体3の縦断面形状は、所定の径の正円を縦軸Yが長軸で、水平軸Xが短軸の楕円形状となるよう変形させた形状であり、正円の周長と楕円の周長は略等しいものである。
Thus, in the illustrated example, the latent
又、潜熱蓄熱装置1は、以下で述べるように、熱媒14と潜熱蓄熱材12が直接接触する潜熱直接接触型である。更に、以下の説明で「蓄熱」とは潜熱蓄熱槽本体3内の潜熱蓄熱材12に流入した高温の熱媒14が、潜熱蓄熱材12と熱媒14との比重差(熱媒14の比重<潜熱蓄熱材12の比重)により上昇しつつ潜熱蓄熱材12を加熱し、熱媒14の熱が潜熱として潜熱蓄熱材12に蓄えられることをいい、「放熱」とは、潜熱蓄熱材12に蓄熱されていた潜熱が、潜熱蓄熱材12内を上昇する熱媒14に与えられて熱媒14が加熱されることをいう。「蓄熱完了」とは、熱媒14から潜熱蓄熱材12へ蓄熱の結果、当該潜熱蓄熱材12が液状化し、融点以上のある決められた温度、例えば、酢酸ナトリウム3水和物(融点58℃)の場合70℃に加熱されることをいい、「放熱完了」とは、潜熱蓄熱材12から熱媒4へ放熱の結果、当該潜熱蓄熱材12が固体化し、融点以下のある決められた温度、例えば、酢酸ナトリウム3水和物の場合50℃になることをいう。
The latent
更に又、潜熱蓄熱槽本体3において、熱媒14(常時液状)が潜熱蓄熱材12(蓄熱完了時は液状、放熱完了時は固体状)の上方に溜まるのは、上述のように、熱媒14の比重が潜熱蓄熱材12の比重よりも小さいため、比重差により熱媒14が浮上するためである。具体的には、潜熱蓄熱材12としては、例えば、酢酸ナトリウム3水和物(融点58℃)を使用し、熱媒14としては、例えば、工業用白油とする。密度は、酢酸ナトリウム3水和物で、蓄熱完了時において、1.28t/m3、放熱完了時において、1.45t/m3であり、工業用白油で、蓄熱完了時において、0.8t/m3、放熱完了時において、0.85t/m3である。
Furthermore, in the latent heat
而して、本実施例では、以下に詳説するように、潜熱蓄熱槽本体3の断面形状が縦長の楕円形状の場合、潜熱蓄熱槽本体3が楕円と周長が等しい正円の場合と比較して、潜熱蓄熱槽本体3内に貯留する熱媒14の量を低減できる結果、熱媒14全体の価格を安価にすることができ、又、楕円率a/b(後述)が所定の範囲の場合は、潜熱蓄熱槽本体3上部の空気層15の面積効率を正円の場合より大きくできるため、潜熱蓄熱槽本体3へ投入することができる潜熱蓄熱材12が増加し、その結果潜熱の蓄熱量が増加する。
Thus, in the present embodiment, as will be described in detail below, when the cross-sectional shape of the latent heat
次に、本図示例において潜熱蓄熱槽本体3の断面形状を縦長(縦軸Yが長軸で水平軸Xが短軸)の楕円形状にすると、周長が等しい正円の場合よりも熱媒14の量や蓄熱量が有利となる理由について、潜熱蓄熱槽本体3が円筒形状(正円)である図6をも参照しつつ数式を使用して説明する。なお、以下の説明では、図1、図6の何れの場合においても、蓄熱時の状態は縦軸Yの右側に示され、放熱時の状態は縦軸Yの左側に示されている。又、以下の説明において、「潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向」とは、潜熱蓄熱槽本体3の長手方向(図4の紙面と平行な方向)であって、図1、図6の紙面に対し直交する方向である。
Next, in the illustrated example, when the cross-sectional shape of the latent heat storage tank
先ず、図6に示す正円の潜熱蓄熱槽本体3において、蓄熱完了時、放熱完了時の諸元の決定の仕方を説明する。
First, how to determine the specifications at the completion of heat storage and the completion of heat dissipation in the circular latent heat storage tank
i)潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(l)〔m3/m〕を(i)式により算出する。(i)式中、Qは、潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3における軸線方向の単位長さ当たりの蓄熱量〔MWh/m〕、ρpcm(l)は潜熱蓄熱材12に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材12の密度〔ton/m3〕、cは潜熱蓄熱材12の単位重量当たりの潜熱〔MJ/ton〕である。
i) The volume Spcm (l) [m 3 / m] per unit length with respect to the axial direction of the latent heat
ii)(i)式で求めた蓄熱完了時における潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(l)〔m3/m〕を基に、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから潜熱蓄熱材12の上面である境界面11までの高さhpcm(l)〔m〕を(ii)式により算出する。(ii)式中、rは潜熱蓄熱槽本体3の半径〔m〕、πは円周率である。
ii) When the heat storage is completed based on the volume Spcm (l) [m 3 / m] per unit length of the latent
iii)(ii)式で求めた、蓄熱完了時の潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから潜熱蓄熱材12の境界面11までの高さhpcm(l)〔m〕を基に、潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから潜熱蓄熱槽本体3の内部上方にある熱媒回収配管5の中心までの高さhpipe〔m〕を(iii)式により算出する。(iii)式中、x1は、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材12における境界面11から熱媒回収配管5の中心までの高さ〔m〕であり、熱媒回収管5の下端が潜熱蓄熱材12の上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
iii) Based on the height hpcm (l) [m] from the center O of the latent heat
iv)(iii)式で求めた潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒回収配管5の中心までの高さhpipe〔m〕を基に、潜熱蓄熱材12から熱媒14に対して放熱が完了した際の潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒14上面13までの高さhoil(s)〔m〕を(iv)式により算出する。(iv)中、x2は、熱媒回収配管5の中心から、潜熱蓄熱材12の放熱完了時の熱媒14の上面13までの高さ〔m〕であり、熱媒回収配管5の上端が熱媒14の上面13よりも低くなるように実際の設計において適宜決定される数値である。
iv) Based on the height h pipe [m] from the center O of the latent heat
v)潜熱蓄熱材12の熱媒14に対する放熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(s)〔m3/m〕を(v)式により算出する。(v)式中、Qは、潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体13における軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔MWh/m〕、ρpcm(s)は潜熱蓄熱材12が放熱を完了した際の潜熱蓄熱材12の密度〔ton/m3〕、cは潜熱蓄熱材12の単位重量当たりの潜熱〔MJ/ton〕である。
v) The volume Spcm (s) [m 3 / m] per unit length in the axial direction of the latent heat
vi)(iv)式で求めた放熱完了時の熱媒14の上面13までの、潜熱蓄熱槽本体3中心Oからの高さhoil(s)〔m〕及び(v)式で求めた放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する潜熱蓄熱材12の単位長さ当たりの容積Spcm(s)〔m3/m〕を基に、潜熱蓄熱材12の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの容積Soil(s)〔m3/m〕を(vi)式により算出する。(vi)式中、rは潜熱蓄熱槽本体3の半径〔m〕、πは円周率である。
vi) Height h oil (s) from the center O of the latent heat
vii)(vi)式で求めた放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの容積Soil(s)〔m3/m〕を基に、(vii)式により潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの重量Moil〔ton/m〕を算出する。(vii)式中、ρoil(s)は、潜熱蓄熱材12の放熱完了時の熱媒14の密度〔ton/m3〕である。
vii) Based on the volume S oil (s) [m 3 / m] per unit length of the
又、(vii)式で求めた潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの重量Moil〔ton/m〕を基に潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの容積Soil(l)〔m3/m〕を(viii)式により算出する。(viii)式中、ρoil(l)は、潜熱蓄熱材12に蓄熱が完了した際の熱媒14の密度〔ton/m3〕である。
Further, the latent heat storage tank when the heat storage of the latent
(i)式で求めた潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(l)〔m3/m〕及び(viii)式で求めた潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する熱媒14の単位長さ当たりの容積Soil(l)〔m3/m〕を基に、潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒14の上面13までの高さhoil(l)〔m〕を(ix)式により、算出する。(ix)式中、rは潜熱蓄熱槽本体3の半径〔m〕、πは円周率である。
The volume per unit length Spcm (l) [m 3 / m] with respect to the axial direction of the latent heat
次いで、(ix)式で求めた潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒14の上面までの高さhoil(l)を基に、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了時の熱媒14上面から潜熱蓄熱槽本体3内周天端までの空気層15の厚さx3〔m〕を(x)式により算出する。(x)式中、rは潜熱蓄熱槽本体3の半径〔m〕である。
Next, based on the height h oil (l) from the center O of the latent heat
(x)式を計算する際には、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了後の空気層15の厚さx3が、x3>0となるよう、潜熱蓄熱槽本体3の半径rを変えて計算する。
In calculating the (x) equation, the thickness x 3 of the
又、(ii)式、(vi)式、(ix)式における、容積と高さの関係は、円の方程式x2+y2=r2をxについて−rからhまで積分することにより得られた
更に、図6中、hpcm(s)は、潜熱蓄熱材12の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから潜熱蓄熱材12の上面である境界面11までの高さ〔m〕である。
Further, in FIG. 6, hpcm (s) is a height [m] from the center O of the latent heat
次に、潜熱蓄熱槽本体3の縦方向が長軸Yで水平方向が短軸Xである、断面形状が楕円形状の場合に、潜熱蓄熱槽本体3の諸元の決定の手順について、図1、図6を参照しつつ説明する。
Next, when the longitudinal direction of the latent heat
なお、以下の計算では、潜熱蓄熱槽本体3が正円の場合の内周の周長L1と、楕円形の場合の内周の周長L2は、L1=L2=Lとなるようにする。これは、槽の価格は槽の表面積に比例すると考えられるためである。
In the following calculation, the inner circumference L1 when the latent heat
I)潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(l)〔m3/m〕を(I)式により算出する。(I)式中、Qは潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔MWh/m〕、ρpcm(l)は潜熱蓄熱材12に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材12の密度〔ton/m3〕、cは潜熱蓄熱材12の単位重量当たりの潜熱〔MJ/ton〕である。
I) The volume Spcm (l) [m 3 / m] per unit length with respect to the axial direction of the latent heat
II)(I)式で求めた蓄熱完了時の潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する蓄熱量Spcm(l)〔m3/m〕を基に、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3における楕円の中心O(以下、単に中心Oという)から潜熱蓄熱材12の上面である境界面11までの高さh'pcm(l)〔m〕を(II)式により算出する。(II)式中、aは潜熱蓄熱槽本体3の短軸側(水平方向)の半径(短軸半径)〔m〕、bは潜熱蓄熱槽本体3の長軸側(縦方向)の半径(長軸半径)〔m〕、πは円周率である。
II) Based on the heat storage amount Spcm (l) [m 3 / m] of the latent
なお、(II)式の計算には、潜熱蓄熱槽本体3の短軸半径a〔m〕、長軸半径b〔m〕とした場合、潜熱蓄熱槽本体3の周長L〔m〕は、半径r〔m〕の円筒形の周長L〔m〕と等しくなるように設定する。周長Lの計算には、
III)(II)式で求めた、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから潜熱蓄熱材12の上面である境界面11までの高さh'pcm(l)〔m〕を基に、潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから潜熱蓄熱槽本体3の内部上方にある熱媒回収配管5の中心までの高さh'pipe〔m〕を(III)式により算出する。(III)式中、x1は、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材12における上面である境界面11から熱媒回収配管5の径方向中心までの高さ〔m〕であり、潜熱蓄熱材12の上面が、熱媒回収配管5の下端よりも下方となるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
III) Height h ′ pcm (l) from the center O in the latent heat
IV)(III)式で求めた潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒回収配管5の中心までの高さh'pipe〔m〕を基に、潜熱蓄熱槽本体3における中心Oから、潜熱蓄熱材12よりの熱媒14に対する放熱完了時の熱媒14の上面13までの高さh'oil(s)〔m〕を(IV)式により算出する。(IV)式中、x2は、熱媒回収配管5の径方向中心から、潜熱蓄熱材12の放熱完了時の熱媒14の上面13までの高さ〔m〕であり、熱媒回収配管5の上端が熱媒14の上面よりも低くなるように実際の設計において適宜決定される数値である。
IV) Based on the height h ′ pipe [m] from the center O of the latent heat
V)潜熱蓄熱材12の熱媒14に対する放熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(s)〔m3/m〕を(V)式により算出する。(V)式中、Qは潜熱蓄熱材12における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔MWh/m〕、ρpcm(s)は潜熱蓄熱材12が放熱を完了した際の潜熱蓄熱材12の密度〔ton/m3〕、cは潜熱蓄熱材12の単位重量当たりの潜熱〔MJ/ton〕である。
V) The volume Spcm (s) [m 3 / m] per unit length with respect to the axial direction of the latent heat
V1)(IV)式で求めた潜熱蓄熱材12よりの放熱完了時の熱媒14の上面13までの高さh'oil(s)及び(V)式で求めた潜熱蓄熱材12の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(s)〔m3/m〕を基に、潜熱蓄熱材12の放熱完了時における熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)を(VI)式により算出する。(VI)式中、aは潜熱蓄熱槽本体3の短軸側(水平方向)の半径(短軸半径)〔m〕、bは潜熱蓄熱槽本体3の長軸側(縦方向)の半径(長軸半径)〔m〕、πは円周率である。
V1) The height h'oil (s) to the
VII)(VI)式で求めた放熱完了時における熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)〔m3/m〕を基に、(VII)式により熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの重量M'oil〔ton/m〕を算出する。(VII)式中、ρoil(s)は、潜熱蓄熱材12の放熱完了時の熱媒14の密度〔ton/m3〕である。
VII) Based on the volume S ′ oil (s) [m 3 / m] per unit length of the latent heat storage tank
又、(VII)式で求めた熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3の軸線方向に対する単位長さ当たりの重量M'oil〔ton/m〕を基に、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了時の熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(l)〔m3/m〕を(VIII)式により算出する。(VIII)式中、ρoil(l)は、潜熱蓄熱材12に蓄熱が完了した際の熱媒14の密度〔ton/m3〕である。
Further, based on the weight M ′ oil [ton / m] per unit length of the latent heat
(I)式で求めた蓄熱完了時の潜熱蓄熱材12の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Spcm(l)〔m3/m〕及び(VIII)式で求めた潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了時の熱媒14の潜熱蓄熱槽本体3軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(l)〔m3/m〕を基に、潜熱蓄熱材12に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから熱媒14の上面13までの高さh'oil(l)〔m〕を(IX)式により算出する。(IX)式中、aは潜熱蓄熱槽本体3の短軸側(水平方向)の半径(短軸半径)〔m〕、bは潜熱蓄熱槽本体3の長軸側(縦方向)の半径(長軸半径)〔m〕、πは円周率である。
Volume per unit length Spcm (l) [m 3 / m] of latent
次いで、潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから潜熱蓄熱材12の蓄熱完了時の熱媒14の上面13までの高さh'oil(l)〔m〕を基に、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了時の空気層15の厚さx'3〔m〕を(X)式により算出する。(X)式中、bは潜熱蓄熱槽本体3の長軸側半径〔m〕である。
Next, the heat storage on the latent
潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了後の空気層15の厚さx'3が、x'3>0となるよう、潜熱蓄熱槽本体3の短軸半径a、長軸半径bを変えて計算を行なう。
Calculation is performed by changing the short axis radius a and the long axis radius b of the latent heat
なお、(II)式、(VI)式、(IX)式における、容積と高さの関係は、
又、図1中、h'pcm(s)は、潜熱蓄熱材12の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体3の中心Oから潜熱蓄熱材12の上面である境界面11までの高さ〔m〕である。
In FIG. 1, h ′ pcm (s) is the height [m] from the center O of the latent heat
上記(i)式〜(x)式、(I)式〜(X)式を用い計算を行なうに際し、潜熱蓄熱材12の単位長さ当たりの蓄熱量Q=0.25〔MWh/m〕、潜熱蓄熱槽本体3が正円の場合にその半径r=1.1〔m〕、潜熱蓄熱材12に対する蓄熱が完了した時点で境界面11が熱媒回収配管5の下端よりも下方となるよう決定した数値である、潜熱蓄熱材12上面から熱媒回収管5の径方向中心までの高さx1=0.1〔m〕、潜熱蓄熱材12からの放熱が完了した時点で熱媒14の上面13が熱媒回収配管5の上端よりも上方となるよう決定した数値である、熱媒回収配管5の径方向中心から熱媒14の上面13までの高さx2=0.2〔m〕を入力条件とし、楕円率a/bを1から小さくしていった際の熱媒14の油重量比M'oil/Moil及び潜熱蓄熱材12に対する蓄熱完了後の空気層15の厚さの比(空気層厚さ比)x'3/x3を求め、グラフに表示すると図2(a)、(b)のようになる。
When performing calculations using the formulas (i) to (x) and (I) to (X), the heat storage amount Q per unit length of the latent
なお、熱媒14の重量のMoilの計算は(i)式〜(vii)式を用い、熱媒14の重量M'oilの計算は(I)式〜(VII)式を用いた。更に、高さx3の計算は(i)式、(viii)式、(ix)式、(x)式と、Moilの計算結果を用い、高さx'3の計算は(I)式、(VIII)式、(IX)式、(X)式と、M'oilの計算結果等を用いた。
The calculation of the weight of M oil of the
又、計算に使用した潜熱蓄熱材12(酢酸ナトリウム3水和物)の物性値は、潜熱c=265MJ/ton、蓄熱完了時(温度70℃)の密度ρpcm(l)=1.28ton/m3、放熱完了時(温度50℃)の密度ρpcm(s)=1.45ton/m3とし、熱媒14の物性値は、蓄熱完了時(温度70℃)の密度ρoil(l)=0.80ton/m3、放熱完了時(温度50℃)の密度ρoil(s)=0.85ton/m3とした。
The physical property value of the latent heat storage material 12 (sodium acetate trihydrate) used in the calculation is as follows: latent heat c = 265 MJ / ton, density ρ pcm (l) = 1.28 ton / m 3 , density ρ pcm (s) at the time of completion of heat dissipation (
図2(a)のグラフから楕円率a/bが小さくなると油重量比M'oil/Moilが減少することが分かり、図2(b)のグラフの点イ'に示すように、空気層厚さ比x'3/x3を正円の場合と同じ1にすると、油重量比M'oil/Moilは図2(a)の点イに示すごとく約0.87となり、熱媒14の重量は約13%削減できる。 It can be seen from the graph of FIG. 2A that the oil weight ratio M ′ oil / M oil decreases as the ellipticity a / b decreases, and as shown by the point a ′ in the graph of FIG. When the thickness ratio x ′ 3 / x 3 is set to 1, which is the same as in the case of a perfect circle, the oil weight ratio M ′ oil / M oil becomes about 0.87 as shown by the point a in FIG. The weight of can be reduced by about 13%.
又、空気層厚さ比x'3/x3を更に少なくして、図2(b)の点ロ'のように0.5とすると、すなわち、潜熱蓄熱槽本体3が楕円形状の場合の空気層15の厚さを正円の場合の半分にすると、油重量比M'oil/Moilは図2(a)の点ロに示すごとく約0.8となり、熱媒14の重量は約20%削減できる。
Further, when the air layer thickness ratio x ′ 3 / x 3 is further reduced to 0.5 as indicated by a point b ′ in FIG. 2B, that is, when the latent heat
更に、空気層厚さ比x'3/x3は、図2(b)のハ'のように極大値(蓄熱量Q=0.25〔MWh/m〕で空気層厚さ比x'3/x3=1.14)を有する。これは潜熱蓄熱槽本体3を、空気層厚さ比x'3/x3が1以上の楕円形状にすると、潜熱蓄熱槽本体3が、楕円形状の蓄熱槽本体3と周長が等しい正円の場合よりも、楕円形状の蓄熱槽本体3の空気層15の厚さx'3が大きくなり、空気層15に余裕があることを意味する。このため、楕円形状の蓄熱槽本体3においては、空気層厚さ比x'3/x3が1以上の場合、すなわち、潜熱蓄熱槽本体3が楕円形状の場合の空気層15の厚さx'3が潜熱蓄熱槽本体3が正円の場合の空気層15の厚さx3よりも大きい場合、この空気層15厚さx'3が正円の場合の空気層の厚さx3と等しくなるように、すなわち、空気層厚さ比x'3/x3=1となるように、潜熱蓄熱材12の量を増加することが可能となる(空気層15の面積効率が良好となる)。
Furthermore, the ratio air layer thickness x '3 / x 3 is 2 Ha (b)' maxima as (amount of stored heat Q = 0.25 [MWh / m] in the air layer thickness ratio x '3 / X 3 = 1.14). When the latent heat
そこで、空気層厚さ比x'3/x3=1になるまで蓄熱量Qがどのように増加するかを、蓄熱量Qを入力値として種々代え、(I)式〜(X)式を用いて計算したところ、Q=0.2535〔MWh/m〕で、比x'3/x3=1となった。従って、空気層厚さ比x'3/x3=1.14(極大値)における蓄熱量Q対して空気層厚さ比x'3/x3=1の場合の蓄熱量Qは、0.2535÷0.25=1.014倍となり、楕円形状の蓄熱槽本体3においては正円の場合に比べて1.4%だけ潜熱蓄熱材12の蓄熱量Qを増加させることができる。すなわち、図2(b)の点ハ'における空気層厚さ比x'3/x3=1.14とx'3/x3=1.00の差0.14(図2(b)のニ'参照)が潜熱蓄熱材12を増加させて蓄熱量Qを1.4%増加させるスペースとなることを示す。図2(a)の点ハは空気層厚さ比x'3/x3が極大値を取る場合の油重量費M'oil/Moilである。
Therefore, how the heat storage amount Q increases until the air layer thickness ratio x ′ 3 / x 3 = 1 is changed in various ways using the heat storage amount Q as an input value, and the equations (I) to (X) are changed. As a result of calculation using Q = 0.2535 [MWh / m], the ratio x ′ 3 / x 3 = 1 was obtained. Therefore, the heat storage amount Q when the air layer thickness ratio x ′ 3 / x 3 = 1 is 0. 0 with respect to the heat storage amount Q at the air layer thickness ratio x ′ 3 / x 3 = 1.14 (maximum value). 2535 ÷ 0.25 = 1.014 times, and in the heat
なお、楕円の周長を正円と同一とし、楕円率a/b(短軸÷長軸)を1から減少させてゆくと、楕円と正円の面積比(楕円÷正円)は図3に示すように小さくなる。而して、本発明はこの原理を巧に利用している。 When the circumference of the ellipse is the same as that of the perfect circle and the ellipticity a / b (short axis / major axis) is decreased from 1, the area ratio of the ellipse to the perfect circle (ellipse / perfect circle) is as shown in FIG. It becomes small as shown in. Thus, the present invention takes advantage of this principle.
本図示例によれば、潜熱蓄熱装置1を横置き型とし、潜熱蓄熱槽本体3を軸線が水平に延在し且つ長軸が縦向きで短軸が水平な断面形状楕円形とし、しかも、周長は半径rの円の周長と等しくすることにより、熱媒14の重量を半径rの正円の蓄熱槽本体よりも削減することができ、経済的に有利となり、又、体積効率が大きくできるため、投入可能な潜熱蓄熱材の量が増加し、その結果、蓄熱量が増加する。
According to this illustrated example, the latent
なお、本発明の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The latent heat storage device and the design method of the latent heat storage device of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. is there.
1 潜熱蓄熱装置
3 潜熱蓄熱槽本体
4 熱媒供給配管
5 熱媒回収配管
12 潜熱蓄熱材
14 熱媒
15 空気層
x1 高さ
x2 高さ
x3 厚さ
x'3 厚さ
Spcm(l) 容積
Spcm(s) 容積
S'oil(s) 容積
S'oil(l) 容積
h'pipe 高さ
h'pcm(l) 高さ
h'oil(l) 高さ
h'oil(s) 高さ
a 水平方向の半径
b 垂直方向の半径
r 半径
π 円周率
O 中心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Latent
Claims (6)
ここで、式は以下の通りである。
上記式中、h'pcm(l)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面までの高さ、x1は蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、h'oil(s)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さ、x2は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、bは潜熱蓄熱槽本体の中心Oから潜熱蓄熱槽本体の内周天端までの高さ、h'oil(l)は潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、蓄熱完了時の熱媒上面までの高さである。 In the lower part in the latent heat storage tank body, a heat medium supply pipe for supplying a heat medium into the latent heat storage material is arranged to be located in the latent heat storage material, and in the upper part in the heat storage tank body, The heat medium recovery pipe is arranged so as to be located in the heat medium during heat storage and during heat release, and the height h ′ pipe from the center O of the latent heat storage tank body to the center of the heat medium recovery pipe is The air layer thickness x ′ 3 is configured to be determined by the formula (X), wherein the thickness x ′ 3 of the air layer is determined by the formula (X). Latent heat storage device.
Here, the formula is as follows.
In the above formula, h 'pcm (l) from the center O of the latent heat storage tank body, the heat storage completion time of phase change material upper surface to a height, x 1 is the heat medium recovery pipe diameter from the latent heat storage material upper surface when the heat storage completion In the actual design, h ′ oil (s) is the center of the latent heat storage tank body so that it is the height to the center of the direction and the lower end of the heat medium recovery pipe is higher than the upper surface of the latent heat storage material from O, height to the heat transfer medium the upper surface of the heat radiation completion, x 2 is the height from the heat medium recovery pipe radial center to the heating medium upper surface of the heat radiation completion, the upper end of the heat medium recovery pipe is the heating medium top In the actual design, the numerical value is appropriately determined, b is the height from the center O of the latent heat storage tank body to the inner peripheral top of the latent heat storage tank body, and h'oil (l) is the latent heat storage tank body The height from the center O to the top surface of the heat medium when heat storage is completed.
第一のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さh'pcm(l)を(II)式により算出するステップであり、
第二のステップは、
第一のステップで算出した、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さh'pcm(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Oから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管までの高さh'pipeを(III)式により算出するステップであり、
第三のステップは、
第二のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから熱媒回収配管までの高さh'pipeを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(s)を(IV)式により算出するステップであり、
第四のステップは、
第三のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Oから、放熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(s)、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(s)を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)を(VI)式により算出するステップであり、
第五のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Spcm(l)、及び、第四のステップで求めた、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(s)、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから導出した熱媒の単位長さ当たりの重量と、蓄熱完了時の熱媒の密度とから導出した蓄熱完了時の熱媒の、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積S'oil(l)を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Oから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(l)を(IX)式により算出するステップであり、
第六のステップは、
第五のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体中心Oから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さh'oil(l)を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さx'3を(X)式により算出するステップである
ことを特徴とする潜熱蓄熱槽の設計方法。
ここで、式は以下の通りである。
各式中、aは潜熱蓄熱槽本体の短軸側(水平方向)の半径(短軸半径)、bは潜熱蓄熱槽本体の長軸側(縦方向)の半径(長軸半径)、πは円周率、x1は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、x2は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。 The method for designing a latent heat storage device according to claim 1, comprising a first step to a sixth step,
The first step is
Latent heat storage tank body axial direction derived from the amount of heat storage per unit length of the latent heat storage material, the density of the latent heat storage material when the latent heat storage material has completed heat storage, and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material The height h from the center O of the latent heat storage tank body to the boundary surface, which is the upper surface of the latent heat storage material at the completion of heat storage, based on the volume Spcm (l) per unit length of the latent heat storage material at the time of completion of heat storage 'is a step of calculating pcm (l) by equation (II),
The second step is
Based on the height h ′ pcm (l) from the center O of the latent heat storage tank body calculated in the first step to the boundary surface, which is the upper surface of the latent heat storage material when the heat storage is completed, the center O in the latent heat storage tank body To calculate the height h ′ pipe from the heat storage tank main body to the heat medium recovery pipe located in the upper part of the heat storage tank body by the formula (III),
The third step is
Based on the height h ' pipe from the center O of the latent heat storage tank body to the heat medium recovery pipe obtained in the second step, the height from the center O of the latent heat storage tank body to the top surface of the heat medium when the heat release is completed Is the step of calculating h ′ oil (s) by the formula (IV),
The fourth step is
The height h ′ oil (s) from the center O of the latent heat storage tank body to the upper surface of the heat medium when heat release is completed , and the amount of heat stored per unit length of the latent heat storage material, determined in the third step, Per unit length of the latent heat storage material at the completion of heat dissipation in the axial direction of the latent heat storage tank body, derived from the density of the latent heat storage material when the heat release from the latent heat storage material is completed and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material A volume S ′ oil (s) per unit length with respect to the axial direction of the latent heat storage tank body upon completion of heat dissipation of the heat medium based on the volume S pcm (s) of
The fifth step is
Latent heat storage tank body axial direction derived from the amount of heat storage per unit length of the latent heat storage material, the density of the latent heat storage material when the latent heat storage material has completed heat storage, and the latent heat per unit weight of the latent heat storage material The volume per unit length Spcm (l) of the latent heat storage material at the time of completion of heat storage with respect to the unit length per unit length with respect to the axial direction of the latent heat storage tank main body at the time of completion of heat dissipation of the heat medium, determined in the fourth step The weight per unit length of the heat medium derived from the volume S ′ oil (s), the density of the heat medium at the completion of heat dissipation and the volume per unit length of the heat medium at the time of heat dissipation, and Based on the volume S'oil (l) per unit length of the heat medium at the time of completion of the heat storage derived from the density of the heat medium with respect to the axial direction of the latent heat storage tank body, the heat storage from the center O of the latent heat storage tank The height h'oil (l) to the top surface of the heat medium is changed to the formula (IX) Is a step of calculating
The sixth step is
Based on the height h'oil (l) from the center O of the latent heat storage tank body to the top surface of the heat medium when the heat storage is completed, obtained in the fifth step, the heat medium upper surface when the heat storage is completed and the inner peripheral top of the latent heat storage tank body A method for designing a latent heat storage tank, characterized in that it is a step of calculating the thickness x ′ 3 of the air layer between and by equation (X).
Here, the formula is as follows.
In each formula, a is a radius (short axis radius) on the short axis side (horizontal direction) of the latent heat storage tank body, b is a radius (long axis radius) on the long axis side (vertical direction) of the latent heat storage tank body, and π is pi, x 1 is the height from the latent heat storage material upper surface when the heat storage completion to the heat medium recovery pipe radial center so that the lower end of the heat medium recovery pipe is higher than the latent heat storage material upper surface, the actual numbers is appropriately determined in the design, x 2 is the height from the heat medium recovery pipe radial center to the heating medium upper surface of the heat radiation completion, so that the upper end of the heat medium recovery pipe becomes lower than the heating medium top, In actual design, it is a numerical value determined as appropriate.
を求める請求項4に記載の潜熱蓄熱装置の設計方法。 For a perfect circle whose circumference is equal to an ellipse having a horizontal radius and a vertical radius r equal to each other and a horizontal radius a and a vertical radius b b of the latent heat storage tank body, the formula (II) , (VI), and (IX) where a and b are calculated as r in accordance with the steps of claim 4, and in the latent heat storage tank body having a circular cross section, the upper surface of the heat medium after completion of heat storage for the latent heat storage material design method of latent heat storage device according to thickness x 3 of the air layer between the latent heat storage tank body peripheral crest to claim 4 seeking.
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