JP2013213624A

JP2013213624A - 蓄熱槽構造

Info

Publication number: JP2013213624A
Application number: JP2012084393A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Ando; 一成安藤
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【課題】ディストリビュータからほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できる蓄熱槽構造を提供すること。
【解決手段】蓄熱槽１は、箱状の槽１０と、一直線上に配置された複数のディストリビュータ２０、３０と、これら複数のディストリビュータ２０、３０の並び方向に沿って延びるヘッダ配管２１、３１と、これらヘッダ配管２１、３１から略直交方向に分岐して各ディストリビュータ２０、３０にそれぞれ接続される分岐配管２２、３２と、ヘッダ配管２１、３１の一端側に接続された主配管２３、３３と、を備える。各分岐配管２２、３２は、それぞれ、１箇所で略直角に屈曲され、各分岐配管２２、３２内の流速は、０．５ｍ／ｓ以上となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱槽の構造に関する。

従来より、夜間の割安な電気を利用して、温水や冷水を蓄熱槽に蓄え、この蓄えた水を昼間の冷房や暖房に使用する空調システムが知られている。ここで、蓄熱槽としては、温度の違いによる水の密度差を利用して、一つの槽に温度が高く密度の小さい水と、温度が低く密度の大きい水とを極力混合させずに蓄える温度成層型の蓄熱槽がある（特許文献１参照）。

この温度成層型の蓄熱槽内の上部には、一直線上に配置された複数の高温側ディストリビュータと、これら高温側ディストリビュータの配置方向に沿って延びる高温側ヘッダ配管と、この高温側ヘッダ配管から分岐して各高温側ディストリビュータに接続された複数の分岐配管と、が設けられている。また、高温側ヘッダ配管の一端側には、高温側主配管が接続されている。

蓄熱槽内の下部には、一直線上に配置された複数の低温側ディストリビュータと、これら低温側ディストリビュータの配置方向に沿って延びる低温側ヘッダ配管と、この低温側ヘッダ配管から分岐して各低温側ディストリビュータに接続された複数の分岐配管と、が設けられている。また、低温側ヘッダ配管の一端側には、低温側主配管が接続されている。
高温側主配管および低温側主配管は、ヒートポンプや空調機などに接続されており、熱源として水が循環している。

蓄熱槽内に水を送り出す場合、主配管からヘッダ配管に水が流入し、この水は分岐配管を通って各ディストリビュータに分配され、各ディストリビュータの孔から蓄熱槽内に吐出される。
一方、蓄熱槽内の水を回収する場合、蓄熱槽内の水は、ディストリビュータの孔に吸引され、分岐配管およびヘッダ配管を通って、主配管に流入する。
このように、ディストリビュータを用いることにより、蓄熱槽内の水の流れをできる限り均一にして、温度成層を形成する。

特開２００２−２２３８２号公報

ところで、温度成層を形成するためには、ディストリビュータから水を均一に吐出あるいは吸引することが重要である。そのため、各分岐配管の末端までの配管抵抗をなるべく同一に合わせる必要がある。
しかしながら、各分岐配管の末端までの配管抵抗は、ヘッダ配管における分岐配管の分岐位置によって異なる、という問題があった。つまり、ヘッダ配管の最も主管寄りの分岐配管の末端までの配管抵抗は、最も主管から離れた分岐配管の末端までの配管抵抗よりも低くなってしまう。よって、実際には、ディストリビュータから水を均一に吐出したり、ディストリビュータから水を均一に吸引したりすることは困難であった。

この問題を解決するため、特許文献１では、ヘッダ配管の主配管との接続部から分岐配管の末端に至るまでの配管抵抗の最大値と最小値との差をなるべく小さくすることが提案されているが、具体的な手法は示されていない。

本発明は、ディストリビュータからほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できる蓄熱槽構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の蓄熱槽構造（例えば、後述の蓄熱槽１）は、箱状の槽（例えば、後述の槽１０）と、一直線上に配置された複数のディストリビュータ（例えば、後述の高温側ディストリビュータ２０および低温側ディストリビュータ３０）と、当該複数のディストリビュータの並び方向に沿って延びるヘッダ配管（例えば、後述の高温側ヘッダ配管２１および低温側ヘッダ配管３１）と、当該ヘッダ配管から略直交方向に分岐して前記各ディストリビュータにそれぞれ接続される分岐配管（例えば、後述の高温側分岐配管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃおよび低温側分岐配管３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ）と、前記ヘッダ配管の一端側に接続された主配管（例えば、後述の高温側主配管２３および低温側主配管３３）と、を備え、前記各分岐配管は、それぞれ、少なくとも１箇所で略直角に屈曲され、前記各分岐配管内の流速は、０．５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする。

この発明によれば、各分岐配管を少なくとも１箇所で略直角に屈曲させ、各分岐配管内の流速を０．５ｍ／ｓ以上とした。これにより、分岐配管の配管抵抗を大きくできるので、各分岐配管の末端までの配管抵抗同士の比が１に近くなり、ディストリビュータからほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できる。

請求項２に記載の蓄熱槽構造は、前記ヘッダ配管内の流速は、０．１ｍ／ｓ以下であることを特徴とする。

この発明によれば、ヘッダ配管内の流速を０．１ｍ／ｓ以下とした。流速が遅いと、ヘッダ配管の単位長さ当りの配管抵抗が小さくなり、ヘッダ配管の分岐位置による、各分岐配管の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。よって、ディストリビュータからより均一に水を吐出あるいは吸引できる。

請求項３に記載の蓄熱槽構造は、前記ヘッダ配管の他端から当該他端に最も近い分岐配管（例えば、後述の高温側分岐配管２２Ｃおよび低温側分岐配管３２Ｃ）までの寸法は、当該ヘッダ配管の内径の２倍以上であることを特徴とする。

この発明によれば、ヘッダ配管の他端からこの他端に最も近い分岐配管までの寸法を、ヘッダ配管の内径の２倍以上とした。よって、他端に最も近い分岐配管がヘッダ配管他端部の影響を受けるのを防いで、ヘッダ配管の分岐位置による、各分岐配管の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。

請求項４に記載の蓄熱槽構造は、前記ヘッダ配管の前記主配管との接続部（例えば、後述の接続部２１Ａ、３１Ａ）から当該接続部に最も近い分岐配管（例えば、後述の高温側分岐配管２２Ａおよび低温側分岐配管３２Ａ）までの寸法は、当該ヘッダ配管の内径の２倍以上であることを特徴とする。

この発明によれば、ヘッダ配管の主配管との接続部からこの接続部に最も近い分岐配管までの寸法を、ヘッダ配管の内径の２倍以上とした。よって、主配管の水流が分岐配管に与える影響を軽減でき、ヘッダ配管の分岐位置による、各分岐配管の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。

本発明によれば、各分岐配管を少なくとも１箇所で略直角に屈曲させ、各分岐配管内の流速を０．５ｍ／ｓ以上とした。これにより、分岐配管の配管抵抗を大きくできるので、各分岐配管の末端までの配管抵抗同士の比が１に近くなり、ディストリビュータからほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できる。

本発明の一実施形態に係る蓄熱槽構造が適用された蓄熱槽の長手方向の縦断面図である。前記実施形態に係る蓄熱槽の横断面図である。前記実施形態に係る蓄熱槽の短手方向の縦断面図である。前記実施形態に係る蓄熱槽のディストリビュータの斜視図である。図２の二点鎖線で囲まれた部分Ａの拡大図である。図２の二点鎖線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄熱槽構造が適用された蓄熱槽１の長手方向の縦断面図である。図２は、蓄熱槽１の横断面図である。図３は、蓄熱槽１の短手方向の縦断面図である。
蓄熱槽１は、箱状の槽１０と、この槽１０の内部の上層に設置された高温側ディストリビュータ２０、高温側ヘッダ配管２１、高温側分岐配管２２、および高温側主配管２３と、槽１０の内部の下層に設置された低温側ディストリビュータ３０、低温側ヘッダ配管３１、低温側分岐配管３２、および低温側主配管３３と、を備える。

高温側ディストリビュータ２０は、槽１０の長さ方向に沿って一直線上に複数ここでは３つ配置されている。各ディストリビュータ２０は、図４に示すように、多孔筒状であり、各ディストリビュータ２０の中心軸は同一直線上に位置している。本実施形態では、ディストリビュータ２０には、一直線上に並んだ孔４０が長さ方向に沿って３列形成されている。

高温側ヘッダ配管２１は、高温側ディストリビュータ２０の並び方向つまり槽１０の長さ方向に沿って配置されている。
高温側分岐配管２２は、高温側ヘッダ配管２１から略直交方向に分岐して各高温側ディストリビュータ２０の略中央部に接続される。この高温側分岐配管２２を、主配管２３側から順に２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃとする。
高温側主配管２３は、高温側ヘッダ配管２１の一端側に接続されている。高温側ヘッダ配管２１の高温側主配管２３との接続部を、接続部２１Ａとする。

低温側ディストリビュータ３０は、槽１０の長さ方向に沿って一直線上に複数ここでは３つ配置されている。
低温側ヘッダ配管３１は、低温側ディストリビュータ３０の並び方向つまり槽１０の長さ方向に沿って配置されている。
低温側分岐配管３２は、低温側ヘッダ配管３１から略直交方向に分岐して各低温側ディストリビュータ３０の略中央部に接続される。この低温側分岐配管３２を、主配管３３側から順に３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとする。
低温側主配管３３は、低温側ヘッダ配管３１の一端側に接続されている。低温側ヘッダ配管３１の低温側主配管３３との接続部を接続部３１Ａとする。

分岐配管２２、３２は、１箇所で略直角に折れ曲がっている。
図５は、図２の二点鎖線で囲まれた部分Ａの拡大図である。
高温側ヘッダ配管２１の高温側主配管２３との接続部２１Ａからこの接続部２１Ａに最も近い高温側分岐配管２２Ａまでの寸法は、高温側ヘッダ配管２１の内径Ｄの２倍以上となっている。
また、図示しないが、低温側ヘッダ配管３１の低温側主配管３３との接続部３１Ａからこの接続部３１Ａに最も近い低温側分岐配管３２Ａまでの寸法も、低温側ヘッダ配管３１の内径Ｄの２倍以上となっている。
図６は、図２の二点鎖線で囲まれた部分Ｂの拡大図である。
また、高温側ヘッダ配管２１の他端からこの他端に最も近い高温側分岐配管２２Ｃまでの寸法は、高温側ヘッダ配管２１の内径Ｄの２倍以上となっている。
また、図示しないが、低温側ヘッダ配管３１の他端からこの他端に最も近い低温側分岐配管３２Ｃまでの寸法も、低温側ヘッダ配管３１の内径Ｄの２倍以上となっている。

また、ヘッダ配管２１、３１内の流速は、０．１ｍ／ｓ以下となり、分岐配管２２、３２内の流速が０．５ｍ／ｓ以上となるように、ディストリビュータ２０、３０、分岐配管２２、３２、ヘッダ配管２１、３１、および主配管２３、３３の形状、長さ、管径を調整するとともに、水の供給時や吸引時における主配管２３、３３の圧力および流速を調整する。

次に、以上の蓄熱槽１を冷水槽として使用した場合の水の流れについて説明する。
まず、放熱時には、図１〜図３中矢印で示すように、高温側主配管２３から高温側ヘッダ配管２１に高温の水が流入し、この高温の水は高温側分岐配管２２を通って各高温側ディストリビュータ２０に分配される。分配された高温の水は、図４中矢印で示すように、高温側ディストリビュータ２０の孔４０から蓄熱槽１内にほぼ均一に吐出される。
また、図１〜図３中矢印で示すように、蓄熱槽１内の低温の水は、低温側ディストリビュータ３０の孔４０にほぼ均一に吸引され、低温側分岐配管３２を通って低温側ヘッダ配管３１に流入する。この低温側ヘッダ配管３１に流入した低温の水は、まとめて低温側主配管３３に回収される。

一方、蓄熱時には、蓄熱槽１内の高温の水は、高温側ディストリビュータ２０の孔４０にほぼ均一に吸引され、高温側分岐配管２２を通って高温側ヘッダ配管２１に流入する。この高温側ヘッダ配管２１に流入した高温の水は、まとめて高温側主配管２３に回収される。
また、低温側主配管３３から低温側ヘッダ配管３１に低温の水が流入し、この低温の水は低温側分岐配管３２を通って各低温側ディストリビュータ３０に分配される。分配された低温の水は、低温側ディストリビュータ３０の孔４０から蓄熱槽１内にほぼ均一に吐出される。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）分岐配管２２、３２を１箇所で略直角に屈曲させ、各分岐配管２２、３２内の流速を０．５ｍ／ｓ以上とした。これにより、分岐配管２２、３２の配管抵抗を大きくできるので、各分岐配管２２、３２の末端までの配管抵抗同士の比が１に近くなり、ディストリビュータ２０、３０からほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できる。

（２）ヘッダ配管２１、３１内の流速を０．１ｍ／ｓ以下とした。流速が遅いと、ヘッダ配管２１、３１の単位長さ当りの配管抵抗が小さくなり、ヘッダ配管２１、３１の分岐位置による分岐配管２２、３２の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。よって、ディストリビュータ２０、３０からより均一に水を吐出あるいは吸引できる。

（３）ヘッダ配管２１、３１の他端からこの他端に最も近い分岐配管２２Ｃ、３２Ｃまでの寸法を、ヘッダ配管２１、３１の内径Ｄの２倍以上とした。よって、分岐配管２２Ｃ、３２Ｃがヘッダ配管２１、３１の他端部の影響を受けるのを防いで、ヘッダ配管２１、３１の分岐位置による各分岐配管２２、３２の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。

（４）ヘッダ配管２１、３１の主配管２３、３３との接続部２１Ａ、３１Ａからこの接続部２１Ａ、３１Ａに最も近い分岐配管２２Ａ、３２Ａまでの寸法を、ヘッダ配管２１、３１の内径の２倍以上とした。よって、主配管２３、３３の水流が分岐配管２２Ａ、３２Ａに与える影響を軽減でき、ヘッダ配管２１、３１の分岐位置による、各分岐配管２２、３２の末端までの配管抵抗の差分を小さくできる。

（５）多孔筒状のディストリビュータ２０、３０を槽１０の長さ方向に沿って一直線上に配置しても、ディストリビュータ２０、３０からほぼ均一に水を吐出あるいは吸引できるので、細長く延びる水槽やＦＲＰ製の小規模な水槽を用いて蓄熱槽１を構成できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…蓄熱槽
１０…槽
２０…高温側ディストリビュータ
２１…高温側ヘッダ配管
２１Ａ…高温側ヘッダ配管の高温側主配管との接続部
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…高温側分岐配管
２３…高温側主配管
３０…低温側ディストリビュータ
３１…低温側ヘッダ配管
３１Ａ…低温側ヘッダ配管の低温側主配管との接続部
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…低温側分岐配管
３３…低温側主配管
４０…孔

Claims

箱状の槽と、
一直線上に配置された複数のディストリビュータと、
当該複数のディストリビュータの並び方向に沿って延びるヘッダ配管と、
当該ヘッダ配管から略直交方向に分岐して前記各でディストリビュータにそれぞれ接続される分岐配管と、
前記ヘッダ配管の一端側に接続された主配管と、を備え、
前記分岐配管は、それぞれ、少なくとも１箇所で略直角に屈曲され、
前記分岐配管内の流速は、０．５ｍ／ｓ以上であることを特徴とする蓄熱槽構造。
前記ヘッダ配管内の流速は、０．１ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱槽構造。
前記ヘッダ配管の他端から当該他端に最も近い分岐配管までの寸法は、当該ヘッダ配管の内径の２倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱槽構造。
前記ヘッダ配管の前記主配管との接続部から当該接続部に最も近い分岐配管までの寸法は、当該ヘッダ配管の内径の２倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱槽構造。