JP2011117686A

JP2011117686A - ディストリビュータ

Info

Publication number: JP2011117686A
Application number: JP2009276811A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kokubo; 吉章小久保; Masaya Tachibana; 雅哉橘
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】シンプルでローコストなディストリビュータを提供することを目的とする。
【解決手段】蓄熱槽２内に設けられ、この蓄熱槽２に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータ１０であって、蓄熱槽２に通じる開口部１２を有するチャンバーボックス１４と、このチャンバーボックス１４の内部に設けられ、蓄熱水を導く多孔管１６とからなる。チャンバーボックス１４を、Ｕ字状の断面形状とし、チャンバーボックス１４の断面寸法を、多孔管１６の径の２倍程度以上とする。また、多孔管１６の開孔２０を、チャンバーボックス１４の開口部１２とは反対側に向ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディストリビュータに関し、特に、蓄熱式空調システムなどに用いられる温度成層型の蓄熱槽に冷温水を流出入するためのディストリビュータに関するものである。

従来、夜間の余剰電力で熱エネルギーを冷水または温水として蓄熱槽に蓄え、この熱エネルギーを昼間の空調に利用する蓄熱式空調システムが知られている。この蓄熱式空調システムは、昼間の電力負荷の平準化に寄与し、省エネルギー、経済性、環境にやさしいといったメリットを有する優れた空調システムである。

この蓄熱式空調システムの蓄熱槽のなかで、温度成層型は、水の密度差により形成される温度成層の安定性を利用した蓄熱効率の高い蓄熱槽で、近年多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この蓄熱槽内において温度成層を形成・維持するには、蓄熱水の流出入時の水速をできるだけ遅く（例えば０．０４〜０．１ｍ／ｓ程度以下に）することが必要となる。この際に用いられる蓄熱水を蓄熱槽にできるだけ遅く流出入させるための流出口（吹出口）および流入口（吸込口）を有する装置をディストリビュータと称している。

このディストリビュータは、既製品や規格的なものはなく、設備仕様毎に形式や形状が異なる一品製作ものである。例えば、竪型等の単槽の温度成層型蓄熱槽において採用事例の多いディストリビュータの形式としては、円盤形式や多孔管形式などがある。円盤形式は、図５に示すように、配管５０の先端に２枚の薄型円盤５２を間隔をあけて設け、円盤５２の周面に円環状のスリット５４を形成し、これを吹出・吸込開口としたものである。多孔管形式は、図６に示すように、吹出・吸込のための多数の開孔を有するパイプ状のものである。いずれにしてもディストリビュータは吹出・吸込水速を低減させるためのものであり、設定水速を遅くすればする（開口面積を大きくとる）程にその形状はより大きなものとなる特徴を有する。

円盤形式のディストリビュータは、円周上に直径の約３倍の長さの開口がとれ、必要開口面積を確保する上で有利であり、接続配管接合部と吹出・吸込開口部が同心円上となるため各部の抵抗がほぼ等しくなって各部の吹出・吸込水速の均一化が図り易い形状である。その反面、円盤面積が大きくなることで通常はマンホール等からの一体（完成）状態のままでの蓄熱槽内搬入ができずに分割搬入されるため、分割補強費および組み立て作業費等により更なるコストアップの要因となる。

また、円形状（３６０°吹出）のため、設置される蓄熱槽の断面形状は円形または正方形に近い形状のものに限られる。図７（ａ）に示すように、蓄熱槽６４内に障害物がない場合には円盤形式のディストリビュータ６０を１箇所配置すれば足りるが、図７（ｂ）に示すように、障害物６２のある形状の蓄熱槽６４では２箇所にディストリビュータ６０ａを配置する必要が生じて分割が強いられるため、これも更なるコストアップの要因となる。

多孔管形式のディストリビュータは、直管の断面形状が小さいため（通常、１００〜３００φ程度が多い）、マンホール等からの蓄熱槽内への搬出入が容易である反面、開口可能な面が限定されるので必要開口面積（多くの孔の数）を確保する上で困難である。また、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、多孔管形式のディストリビュータ７０には多数の開孔７２が直管の長手方向（水の流れ方向）に並ぶために各開孔７２と水を送り出す循環ポンプとの離隔距離に差違（配管抵抗差）が生じて、各開孔７２間での吹出・吸込水速が不均一となる。

これを改善するために、主管を直接多孔管として利用せずに複数の枝管に分岐する改良多孔管形式のディストリビュータが採用されている。図９に示すように、改良多孔管形式のディストリビュータ８０は、ヘッダーパイプ８２の各分岐部８４にオリフィス機構を有する分岐パイプ８６を設け、その先に吹出・吸込口８８を有する短い多孔管９０を設置したものである。オリフィス機構の縮流部である程度大きな抵抗を付加することで各部の抵抗の差違を軽減している。

特公平６−１０５４７号公報

ところで、上記の多孔管形式は、最もシンプルで安価な形式であるが、各開孔での吹出・吸込水速は均等ではなく吹出・吸込性状に難がある。一方、改良多孔管形式は、吹出・吸込性状を改善した形式であるが、分岐管や吹出・吸込口等の細々した配管が増える分相当のコストアップとなる。このため、吹出・吸込水速の均等性を確保することができて、シンプルでローコストなディストリビュータの開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シンプルでローコストなディストリビュータを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るディストリビュータは、蓄熱槽内に設けられ、この蓄熱槽に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータであって、前記蓄熱槽に通じる開口部を有するチャンバーボックスと、このチャンバーボックスの内部に設けられ、前記蓄熱水を導く多孔管とからなることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るディストリビュータは、上述した請求項１において、前記チャンバーボックスを、Ｕ字状の断面形状としたことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るディストリビュータは、上述した請求項１または２において、前記チャンバーボックスの断面寸法を、前記多孔管の径の２倍程度以上としたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るディストリビュータは、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記多孔管の開孔を、前記チャンバーボックスの開口部とは反対側に向けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係るディストリビュータは、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記多孔管と前記チャンバーボックスの開口部との間に整流板を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係るディストリビュータは、上述した請求項１〜５のいずれか一つにおいて、前記チャンバーボックスの開口部の開口面積を、この開口部の流れのフルード数が１以下で、かつ、水速が０．１〜０．０４ｍ／ｓ程度の範囲となる面積に設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係るディストリビュータは、上述した請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記チャンバーボックスの開口部に、この開口面積を調整するための開口面積調整部材を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項８に係るディストリビュータは、上述した請求項１〜７のいずれか一つにおいて、前記チャンバーボックスとして、コンクリート製または樹脂製のＵ字溝を使用したことを特徴とする。

本発明によれば、蓄熱槽内に設けられ、この蓄熱槽に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータであって、前記蓄熱槽に通じる開口部を有するチャンバーボックスと、このチャンバーボックスの内部に設けられ、前記蓄熱水を導く多孔管とからなるので、吹出・吸込水速の均等性を確保することができて、シンプルでローコストなディストリビュータを提供することができる。

図１は、本発明に係るディストリビュータの実施例を示す断面図である。図２は、コンクリート製のＵ字溝の一例を示す斜視図である。図３は、樹脂製のＵ字溝の一例を示す斜視図である。図４は、本発明に係るディストリビュータの配置例を示す図であり、（ａ）は片面に配置した図、（ｂ）は左右に対向配置した図、（ｃ）は上下に対向配置した図、（ｄ）は中央に背向配置した図である。図５は、従来の円盤形式のディストリビュータを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は配管と接続した一例を示す斜視図である。図６は、従来の多孔管形式のディストリビュータを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は設置状況の一例を示す斜視図である。図７は、従来の円盤形式のディストリビュータの配置例を示す図であり、（ａ）は障害物のない蓄熱槽内に配置する場合の図、（ｂ）は障害物を有する蓄熱槽内に分割配置する場合の図である。図８は、従来の多孔管形式のディストリビュータからの吹出流況の一例を示す図であり、（ａ）は計測実験による吹出水速分布図、（ｂ）はインクによる可視化実験による図である。図９は、従来の改良多孔管形式のディストリビュータを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は配置状況図、（ｄ）は斜視図である。

以下に、本発明に係るディストリビュータの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明に係るディストリビュータ１０は、温度成層型の蓄熱槽２内に設けられ、この蓄熱槽２に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータであって、蓄熱槽２に通じる開口部１２を有するチャンバーボックス１４と、このチャンバーボックス１４の内部の略中央に設けられ、蓄熱水を導く多孔管１６とからなる。

チャンバーボックス１４は、開口部１２を吹出・吸込用開口として使用するので、一面が開口したＵ字状の断面形状としてある。チャンバーボックス１４のサイズは、内部設置する多孔管１６口径の約２倍程度の幅寸法のものである。例えば、多孔管１６が２００φの場合は内寸４００×４００程度のＵ字形状となる。材質的には耐水（防食）性のものを使用する。

このように、チャンバーボックス１４の内部に多孔管１６を設けることで、吹出・吸込水速の不均一性の改善を図っている。また、構成部材が直管である多孔管１６とＵ字断面のチャンバーボックス１４であり、これらはシンプルな形状なので、蓄熱槽２の建設時および更新時にマンホール等から蓄熱槽２への搬出入が容易となり、上記の従来形式のディストリビュータに対してローコスト化と施工性向上とを図ることができる。したがって、シンプルでローコストでありながら吹出・吸込水速の均一性が確保できるディストリビュータを提供することができる。

本発明に係るディストリビュータ１０は、蓄熱槽２内で最も安定した水流性状が得られるように、チャンバーボックス１４を水平方向の吹出・吸込用として使用すること、つまり開口面（開口部１２）を水平方向に向けて設置することを基本形としている。ただし、特殊なケースにおいては開口面を鉛直方向に向け、鉛直方向の吹出・吸込用としても使用可能である。

多孔管１６は、このチャンバーボックス１４内部の中心部付近に腐食性の金物１８等で固定し、多孔管１６の吹出（吸込）開孔２０はチャンバーボックス１４開口面（開口部１２）と反対方向に向けて、一次吹出（吸込）を行う。この場合、最も左側に位置する開孔２０とチャンバーボックス１４の対向壁との離間距離を、多孔管１６の径の半分程度以上の距離とすることが好適である。また、通常、温度成層型蓄熱槽への吹出（吸込）水速は０．０４ｍ／ｓ程度の極低速とする必要があるが、一次吹出（吸込）段階では多少水速を早めても支障がないため、ここでは多槽連結型の温度成層型蓄熱槽で用いられる「もぐり堰」の開口部水速設定の目安である０．１ｍ／ｓ程度で多孔管１６の開孔２０の面積を決定する。

多孔管１６から一次吹出（吸込）された時点での各開孔２０の吹出（吸込）水速は不均一な状態であるが、チャンバーボックス１４内部で圧力差が解消されると共に、吹出（吸込）口（開口部１２）の手前に設置したパンチングパネル２２（整流板）で更に整流化が図られ、均一な水流が吹出（吸込）口（開口部）より蓄熱槽２へ二次吹出（吸込）される。なお、パンチングパネル２２の開孔径ｄは６〜１０ｍｍ程度で開口率４０％程度とすることができる。パンチングパネル２２は、開口部１２から２０ｄ程度離れたチャンバーボックス１４の内側に設けることができる。

チャンバーボックス１４の開口面積（吹出・吸込用）は、開口部１２の流れのフルード数（Ｆｒ）が１以下で、水速が０．１〜０．０４ｍ／ｓ程度の範囲になるように設定する。また、開口部１２の幅Ｂは、２５０ｍｍ以下になるように設定する。なお、この幅Ｂが２５０ｍｍを超える場合には、開口部１２の縁に平板２４（開口面積調整部材）を設置し、開口面積を調整するようにしてもよい。

通常、チャンバーボックス１４自体を任意の形状、材質、強度にて注文して製作すると割高なものとなる。しかし、本発明では定めるべき仕様が開口部１２の“開口面積”のみと制約が少なく、チャンバーボックス１４形状もシンプルである。必要とするサイズおよび材質がある程度適合すれば、別用途の既製品でも比較的容易に転用ができ、コストダウンを図ることができる。ただし、チャンバーボックスは通常通り注文製作しても本発明は成立する。

このような既製品としては、例えば、敷地や道路のような外構の雨水排水に用いられる「Ｕ字溝」が挙げられる（ただし、開口幅は平板等で調整が必要である。）。材質的には、図２に示すようなコンクリート製のＵ字溝、図３に示すような樹脂製のＵ字溝が市販されている。蓄熱槽の下部に設置する場合には、浮き上がり防止を兼ねて重量のあるコンクリート製のＵ字溝を用い、上部に設置する場合には、軽量となる樹脂製のＵ字溝を用いる等の使い分けも可能である。

また、本発明のディストリビュータ１０は、機構的には塩ビ管を開孔しただけの「多孔管」と「Ｕ字溝」といった“既製品”のみの組み合わせで構成することが可能であり、シンプルでローコストなディストリビュータを提供することができる。

また、本発明のディストリビュータ１０は、従来の多孔管形式と同様に直管形状のディストリビュータであるため、設置する蓄熱槽の形状、障害物の有無等にあまり影響を受けない。蓄熱槽の形状に応じて長さ方向で分割等することにより、対応が容易である。

また、図４に示すように、蓄熱槽２内のディストリビュータ１０の設置位置を変えることによって、蓄熱槽形状に応じた所望の水流を形成することができる。例えば、図４（ａ）に示すように、ディストリビュータ１０を蓄熱槽２の片面に配置することで、片面一方向流れを形成することができる。また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、両面に対向配置することで、両面対向流を形成することができる。さらに、図４（ｄ）に示すように、中央に背向配置することで、両側振り分け流れ等を形成することができる。

また、本発明のディストリビュータ１０は、従来の円盤形式のディストリビュータと比べて吹出（吸込）性状の均一性は同等ながら機構がシンプルで安価であるとともに、設置する蓄熱槽の形状に制約がない。また、従来の多孔管形式、改良多孔管形式のディストリビュータと比べてスリット（面）状に開口が大きくとれるので吹出（吸込）水速を遅く設定でき、より均一な吹出（吸込）性状が確保できる。導入価格も改良多孔管形式と比べて機構がシンプルな分安価である。

以上説明したように、本発明によれば、蓄熱槽内に設けられ、この蓄熱槽に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータであって、前記蓄熱槽に通じる開口部を有するチャンバーボックスと、このチャンバーボックスの内部に設けられ、前記蓄熱水を導く多孔管とからなるので、吹出・吸込水速の均等性を確保することができて、シンプルでローコストなディストリビュータを提供することができる。

以上のように、本発明に係るディストリビュータは、蓄熱式空調システムなどに用いられる温度成層型の蓄熱槽に冷温水を流出入するディストリビュータに有用であり、特に、ディストリビュータをシンプルでローコストなものとするのに適している。

２蓄熱槽
１０ディストリビュータ
１２開口部
１４チャンバーボックス
１６多孔管
１８金物
２０開孔
２２パンチングパネル（整流板）
２４平板（開口面積調整部材）

Claims

蓄熱槽内に設けられ、この蓄熱槽に蓄熱水を流出入するためのディストリビュータであって、
前記蓄熱槽に通じる開口部を有するチャンバーボックスと、このチャンバーボックスの内部に設けられ、前記蓄熱水を導く多孔管とからなることを特徴とするディストリビュータ。
前記チャンバーボックスを、Ｕ字状の断面形状としたことを特徴とする請求項１に記載のディストリビュータ。
前記チャンバーボックスの断面寸法を、前記多孔管の径の２倍程度以上としたことを特徴とする請求項１または２に記載のディストリビュータ。
前記多孔管の開孔を、前記チャンバーボックスの開口部とは反対側に向けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のディストリビュータ。
前記多孔管と前記チャンバーボックスの開口部との間に整流板を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のディストリビュータ。
前記チャンバーボックスの開口部の開口面積を、この開口部の流れのフルード数が１以下で、かつ、水速が０．１〜０．０４ｍ／ｓ程度の範囲となる面積に設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のディストリビュータ。
前記チャンバーボックスの開口部に、この開口面積を調整するための開口面積調整部材を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のディストリビュータ。
前記チャンバーボックスとして、コンクリート製または樹脂製のＵ字溝を使用したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のディストリビュータ。