JP3578973B2

JP3578973B2 - Thermal storage tank

Info

Publication number: JP3578973B2
Application number: JP2000165012A
Authority: JP
Inventors: 武杉山; 宜己岩田; 美成岩田; 和伸相良
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: JP2001343193A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱槽等に好適に用いることができる分配器及びその分配器を用いた蓄熱槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力負荷平準化のために空調機等に供給する冷水または温水を蓄える温度成層型の蓄熱槽が用いられている。温度成層型の蓄熱槽は、槽内の水の温度の違いによる密度差を利用し、温度が高く密度の小さい水を槽内の上部に、温度が低く密度が大きい水を槽内の下部に蓄えるものである。
この温度成層型の蓄熱層を用いた空調設備の概略図を図１１に示す。図１１に示す空調設備は、蓄熱槽５０、ヒートポンプ等の冷却／加熱装置５４、空調機５５等により構成されている。蓄熱槽５０には、上部及び下部に給水／取水部５１、５２が設けられている。
【０００３】
蓄熱槽５０に蓄えられた冷水を空調機５５で使用する場合には、開閉弁５８−ａ及び５８−ｂを開ける。そして、ポンプ５９によって、給水／取水部５２を介して蓄熱槽５０の下部から低温の冷水を空調機５５に供給する。空調機５５で熱交換されて高温になった冷水は、給水／取水部５１から蓄熱槽５０の上部に戻される。このようにして、空調機５５によって冷房を行う。一方、夜間等の電力需要が少ない時間帯には、開閉弁５６−ａ及び５６−ｂを開ける。そして、ポンプ５７によって、給水／取水部５１を介して蓄熱槽５０の上部から高温の冷水を冷却／加熱装置５４に供給する。冷却／加熱装置５４によって冷却された低温の冷水は、給水／取水部５２から蓄熱槽５０の下部に戻される。蓄熱槽５０内では、密度の差によって低温の冷水は下部に、高温の冷水は上部に分かれるため、温度成層が形成される。
蓄熱槽に蓄えられた温水を空調機５５で使用する場合には、開閉弁５８−ａ及び５８−ｂを開ける。そして、ポンプ５９によって、給水／取水部５１を介して蓄熱槽５０の上部から高温の温水を空調機５５に供給する。空調機５５で熱交換されて低温になった温水は、給水／取水部５２から蓄熱槽５０の下部に戻される。このようにして、空調機５５によって暖房を行う。一方、夜間等の電力需要が少ない時間帯には、開閉弁５６−ａ及び５６−ｂを開ける。そして、ポンプ５７によって、給水／取水部５２を介して蓄熱槽５０の下部から低温の温水を冷却／加熱装置５４に供給する。冷却／加熱装置５４によって加熱された高温の温水は、給水／取水部５１から蓄熱槽５０の上部に戻される。蓄熱槽５０内では、密度の差によって高温の温水は上部に、低温の温水は下部に分かれるため、温度成層が形成される。
給水／取水部５１、５２には、外周に複数の孔を設けた円筒型の流出入管からなる分配器がそれぞれ設けられている。
なお、温水使用時と冷水使用時とで異なるポンプを用いることもある。また、冷水のみあるいは温水のみを蓄える場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の給水／取水部に設けられている上記分配器は、外周に設けた複数の孔から冷水もしくは温水を放射状に流入もしくは流出させる構造であるため、流入速度もしくは流出速度が不均一となりやすい。このため、流入速度もしくは流出速度が速くなる部分で高温と低温の冷水もしくは温水の混合が起こりやすくなり、良好に温度成層を形成することができず、蓄熱性能が低下する。また、蓄熱槽の深さが浅い場合には、より蓄熱性能が低下する。
そこで、本発明は、流体の流入速度もしくは流出速度を遅くし、水深の浅い蓄熱槽においても均一な温度成層を形成することができ、蓄熱性能を向上させた蓄熱槽及び分配器を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の温度成層型の蓄熱槽は、分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径より小さく形成して流入量、流出量を均一化し、分岐パイプに複数の孔が形成された分配器が接続された構成になっているので、各供給部からの流体の供給量及び各排出部からの流体の排出量を均一化すると共に、ヘッダーパイプに設けられた各供給部からの流体の供給速度及び各供給部からの流体の排出速度を遅くすることができる。このため、高温と低温の流体の混合が起りにくくなり、水深の浅い場合でも温度成層を形成させることができる。
請求項２の発明は、分岐パイプの直径がヘッダーパイプの直径の１／３〜１／６に設定してあるので、各ヘッダーパイプに設けられた各供給部からの流体の供給量及び各排出部からの流体の排出量を一層均一化することができる。
請求項３に記載の蓄熱槽は、複数の孔が分岐パイプとの接続部に対向する側に形成されているので、流体を効率よく各孔から供給もしくは排出することができる。
また、請求項４の蓄熱槽は、分岐パイプで絞られた流体は分岐パイプとの接続部に対向する個所に衝突して勢いが弱められ、さらに複数の孔で減速されるため、流体の供給速度を一層遅くすることができる。また、流体の排出速度も一層遅くすることができる。
また、請求項５の蓄熱槽は、分岐パイプに設けられた各分配器からの流体の供給量もしくは排出量をより均一化することができる。
請求項６の蓄熱槽は、多槽の蓄熱槽を簡単に構成することができる。
請求項７の蓄熱槽は、各槽の温度分布を均一にするための連通口を用いてヘッダーパイプを配設することができるため、多槽の蓄熱槽を一層簡単に構成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１及び図２に、本発明の蓄熱槽の一実施の形態の概略構成図を示す。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢示図である。本実施の形態では、耐震構造の建物の地下に設けられている二重スラブ空間を利用して２つの蓄熱槽１０、２０を並列に配置した多槽温度成層型の蓄熱槽を構成している。
耐震構造の建物の地下には二重スラブ空間を形成するための地中梁１、２、３が設けられている。この地中梁１〜３と基礎コンクリート４を利用して、地中梁１と２の間に蓄熱槽１０が形成され、地中梁２と３の間に蓄熱槽２０が形成されている。
地中梁２には、蓄熱槽１０及び蓄熱槽２０内の水の温度分布を均一にするための連通口７及び８が形成されている。この地中梁２の連通口７を通して、蓄熱槽１０及び２０の上部にヘッダーパイプ５が配設されている。また、地中梁２の連通口８を通して、蓄熱槽１０及び２０の下部にヘッダーパイプ６が配設されている。
ヘッダーパイプ５の上部側（蓄熱槽１０及び２０の上部側）には、蓄熱槽１０内に分岐パイプ１１−１〜１１−６が設けられ、蓄熱槽２０内に分岐パイプ２１−１〜２１−６が設けられている。また、ヘッダーパイプ６の下部側（蓄熱槽１０及び２０の下部側）には、蓄熱槽１０内に分岐パイプ１５−１〜１５−６が設けられ、蓄熱槽２０内に分岐パイプ２５−１〜２５−６が設けられている。
分岐パイプ１１−１〜１１−６、２１−１〜２１−６には、ヘッダーパイプ５との接続部と反対側（蓄熱槽１０、２０の上部側）に分配器（ディフュザー）１２−１〜１２−６、２２−１〜２２−６が接続されている。また、分岐パイプ１５−１〜１５−６、２５−１〜２５−６には、ヘッダーパイプ６との接続部と反対側（蓄熱層１０、２０の下部側）に分配器１６−１〜１６−６、２６−１〜２６−６が接続されている。
【０００７】
ヘッダーパイプ５、６、分岐パイプ１１−１〜１１−６、１５−１〜１５−６、２１−１〜２１−６、２５−１〜２５−６、分配器１２−１〜１２−６、１６−１〜１６−６、２２−１〜２２−６、２６−１〜２６−６は、例えば塩ビ等によって、中空の筒状体に形成されている。
蓄熱槽１０及び２０には、分配器１２−１〜１２−６、２２−１〜２２−６の配設位置より高い位置まで水が給水される。
なお、蓄熱槽１０、２０の水面の水位を検出する水位センサ、給水管及びオーバーフロー管を設け、水面の水位が第１設定水位以下になると給水管より給水し、水面の水位が第２設定水位以上になるとオーバーフロー管より排水することにより蓄熱槽１０及び蓄熱槽２０の水面の水位を所定水位に保持するように構成することもできる。
【０００８】
図１のＨ部の拡大図を図３に示す。また、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図を図４に示す。なお、図３には、分岐パイプ１１−１、分配器１２−１のみを示しているが、他の分岐パイプ及び分配器も同様の構成である。
分配器１２−１は、例えば中空の筒状体で形成されており、両端にキャップ１３−１が取付けられている。図４に示すように、分配器１２−１には、分岐パイプ１１−１が、ほぼ中央部の筒壁に連通するように接続されている。また、分配器１２−１の、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する側の筒壁には、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する部分を除く個所に複数の孔１４−１が形成されている。複数の孔１４−１は、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する側の軸方向の線（図３では、分配器１２−１の上部の軸方向の線）の両側にほぼ４５度の位置に、軸方向に沿って列状に形成されている。孔１４−１の分配器１２−１の長さ方向の間隔は、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する個所の近傍において広くすることが各孔１４−１における流速を均一にする上で好ましい。分配器１２−１の内周の直径は、ヘッダーパイプ５の内周直径と同等か、それより大きい。
【０００９】
ヘッダーパイプ５は、一端が閉鎖され、他端は空調機の給水側あるいは取水側等に接続される。また、ヘッダーパイプ６は、一端が閉鎖され、他端は空調機の取水側あるいは給水側等に接続される。例えば、図１１に示したように、冷水使用時には、下部に設けられたヘッダーパイプ６の他端には空調機の取水側（流入側）が接続され、上部に設けられたヘッダーパイプ５の他端には空調機の給水側（流出側）が接続される。夜間等の電力負荷が少ない時には、上部に設けられたヘッダーパイプ５の他端には冷却器の取水側が接続され、下部に設けられたヘッダーパイプ６の他端には冷却器の給水側が接続される。また、温水使用時には、上部に設けられたヘッダーパイプ５の他端には空調機の取水側が接続され、下部に設けられたヘッダーパイプ６の他端には空調機の給水側が接続される。夜間等の電力負荷が少ない時には、下部に設けられたヘッダーパイプ６の他端には加熱器の取水側が接続され、上部に設けられたヘッダーパイプ５の他端には加熱器の給水側が接続される。
なお、従来の温度成層型の蓄熱槽は、確実に温度成層を形成するためには、ある程度の水深が必要である。しかしながら、例えば、建物の地下二重スラブ空間を利用した温度成層型の蓄熱槽等では、水深を深くすることができない。このため、このような蓄熱槽の蓄熱効率を向上させるには、水の流入速度及び流出速度を遅くし、蓄熱槽内に水を全体に分配して均一な温度成層を形成することができる分配器が必要である。本発明では、このような水深が浅い場合でも確実に温度成層を形成させることができる。
【００１０】
ヘッダーパイプに複数の分岐パイプを設け、ヘッダーパイプの一端を閉鎖し、他端に給水／取水手段を接続した場合、各分岐パイプにおける水の流入量あるいは流出量を均等化することによって蓄熱槽の蓄熱効率を向上させることができる。特に、本実施の形態のように、多槽温度成層型の蓄熱槽を構成する場合には、各分岐パイプにおける水の流入量あるいは流出量を均一化するのが好ましい。分岐パイプの内周の直径をヘッダーパイプの内周の直径より小さくすることにより、ヘッダーパイプに設けられている各分岐パイプにおける水の流入量あるいは流出量を均一化することができる。
ヘッダーパイプの内周の直径に対する分岐パイプの内周の直径の比が異なる場合の、各分岐パイプにおける水の流入量及び流出量を測定した結果を図５〜図１０に示す。図５〜図１０に示す測定は、１０個の分岐パイプを設けたヘッダーパイプについて行った。
なお、図５〜図１０において、（ａ）はヘッダーパイプの直径を７５ｍｍ、分岐パイプの直径を７５ｍｍに設定した場合、（ｂ）はヘッダーパイプの直径を７５ｍｍ、分岐パイプの直径を５０ｍｍに設定した場合、（ｃ）はヘッダーパイプの直径を７５ｍｍ、分岐パイプの直径を４０ｍｍに設定した場合、（ｄ）はヘッダーパイプの直径を７５ｍｍ、分岐パイプの直径を２５ｍｍに設定した場合、（ｅ）はヘッダーパイプの直径を７５ｍｍ、分岐パイプの直径を１３ｍｍに設定した場合、（ｆ）はヘッダーパイプの直径を５０ｍｍ、分岐パイプの直径を１５ｍｍに設定し、複数の孔を有する分配器を分岐パイプに設けた場合を示している。
図５〜図１０の横軸は分岐パイプの番号を示している。分岐パイプの番号は、給水／取水部と接続されるヘッダーパイプの接続部から最も近い位置に設けられている分岐パイプに番号１を、最も遠い位置に設けられている分岐パイプに番号１０を付している。図５〜図１０の縦軸は各分岐パイプにおける水の流入流速あるいは流出流速を平均流速で無次元化した値を示している。流出流速（流入流速）とは、各分岐パイプ個所における流出（流入）する水の流速をいう。また、平均流速とは、各分岐パイプにおける流出（流入）流速を合計し、分岐パイプ数で除して１分岐パイプ当たりの平均流速として求めたものをいう。縦軸は、各分パイプにおける流出（流入）流速と平均流速との比［流出（流入）流速／平均流速］をとったものである。また、グラフの各数値は、平均流速とのずれを示している。なお、流出方向の流速の場合を［＋］表示し、流入方向の流速の場合を［−］表示している。
図５、図７、図９はヘッダーパイプからの水を各分岐パイプを介して蓄熱槽内に流出（給水）させる場合を示し、図６、図８、図１０は蓄熱槽内の水を分岐パイプを介してヘッダーパイプに流入（取水）させる場合を示している。図５及び図６はヘッダーパイプの流量を６２５ｃｃ／ｓとした場合、図７及び図８はヘッダーパイプの流量を１２５０ｃｃ／ｓとした場合、図９及び図１０はヘッダーパイプの流量を２５００ｃｃ／ｓとした場合を示している。
【００１１】
図５〜図１０に示されているように、各分岐パイプ１〜１０を介して蓄熱槽内に流出させる場合には、ヘッダーパイプの直径７５ｍｍに対して分岐パイプの直径を２５ｍｍより細く（分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径の１／３以下に設定）すると、各分岐パイプ１〜１０から均一に水を流出させることができる。また、ヘッダーパイプの流量が多いほど、すなわちヘッダーパイプ内の流速が速いほど流出量が均一化されているが、大きな差はみられない。
各分岐パイプ１〜１０を介して蓄熱槽内からヘッダーパイプに水を流入させる場合には、分岐パイプの直径が太いと給水手段に接続されたヘッダーパイプの給水手段との接続部に近い位置に設けられている分岐パイプ１、２からの流入量が多い。しかしながら、分岐パイプの直径が２５ｍｍより細く（分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径の１／３以下に設定）すると、各分岐パイプ１〜１０から均一に水を蓄熱槽内からヘッダーパイプに流入させることができる。
一方、分岐パイプの直径が細すぎると、各分岐パイプから流出（あるいは各分岐パイプに流入）する流出量（あるいは流入量）は均等であるが、流速が速くなり、良好に温度成層を形成することができない。分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径の１／６以下とするとこの傾向が現れてくる。また、分岐パイプの直径が細すぎると、分岐パイプの製造も困難になる。
以上のことから、分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径の１／３〜１／６に設定することにより、各分岐パイプにおける流入量あるいは流出量を均一化することができる。これにより、本実施の形態のように、複数の蓄熱槽を並列に設置して多槽温度成層型の蓄熱槽を構成する場合には、各蓄熱槽内に配設されている各分岐パイプから各蓄熱槽内に水を均一に流入させることができ、あるいは各蓄熱槽内に設けられている各分岐パイプから各蓄熱槽内の水を均一に流出させることができる。したがって、蓄熱効率が向上する。
【００１２】
一方、分岐パイプにおける流入量あるいは流出量を均一化するために分岐パイプの直径をヘッダーパイプの直径より小さくすると、分岐パイプ内の水の流速が速くなる。このため、各分岐パイプから直接に蓄熱槽内に水を流入させると高温側と低温側の冷水あるいは温水の混合が起り、蓄熱効率が低下する。
そこで、本実施の形態では、各分岐パイプ１１−１〜１１−６、１５−１〜１５−６、２１−１〜２１−６、２５−１〜２５−６に複数の孔１４−１が形成された分配器（マルチポートディフュザー）１２−１〜１２−６、１６−１〜１６−６、２２−１〜２２−６、２６−１〜２６−６を接続している。なお、図５〜図８の（ｆ）で示されているように、分配器が取り付けられた場合には、流入量、流出量の均一化がより図られている。分配器の詳細は、図３及び図４に示されている。本実施の形態では、複数の孔１４−１は、分配器１２−１の、分岐パイプ１１−１との接続部と反対側に、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する筒壁部を除く部分に形成されている。また、複数の孔１４−１は、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する側の軸方向の線の両側に、ほぼ４５度の位置に軸方向に沿って列状に形成されている。
複数の孔１４−１を、分岐パイプ１１−１との接続部の反対側に形成することにより、分岐パイプ１１−１から給水される水が効率よく孔１４−１から流出される。
また、複数の孔１４−１を、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する筒壁部を除いた部分に形成することにより、分岐パイプ１１−１から給水される水が分岐パイプ接続部と対向する部分の筒壁内面に衝突し、水の流速が低下する。
また、複数の孔１４−１を、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する側の軸方向の線の両側にほぼ４５度の位置に軸方向に沿って列状に形成することにより、水の流速をさらに低下させることができる。すなわち、分岐パイプ１１−１との接続部と対向する部分の筒壁面に衝突して流速が低下した水は、筒壁面に沿って効率よく複数の孔１４−１に分散し、孔１４−１から流出する。これにより、水の流速はさらに低下する。
【００１３】
以上のように、本実施の形態では、ヘッダーパイプに設けられた複数の分岐パイプの内面の直径をヘッダーパイプの内面の直径より小さくすることによって各分岐パイプにおける流入量あるいは流出量を均一化することができる。また、各分岐パイプに複数の孔が形成された分配器を接続する。ここで、複数の孔は、分岐パイプとの接続部と反対側の（分岐パイプとの接続部と対向する）筒壁部を除いた部分に、軸方向に沿った線の両側に列状に形成している。これにより、各孔における流速を低下させることができ、蓄熱槽内の高温と低温の温水あるいは冷水の混合を防止することができる。したがって、蓄熱槽の蓄熱効率が向上する。そして、ヘッダーパイプに設けられた各分岐パイプにおける流量を均一化することができるため、深さが浅い蓄熱槽を複数並列に設置した多槽温度成層型の蓄熱槽の蓄熱効率を向上させることができる。
また、各蓄熱槽の上部及び下部に配設されるヘッダーパイプを各蓄熱槽で共用している。これにより、各蓄熱槽毎にヘッダーパイプを設けなくてよいため、多槽温度成層型の蓄熱槽の構造が簡単になる。
また、並列に設置された複数の蓄熱槽内の水の温度分布を均一にするための連通口を通してヘッダーパイプを配設している。これにより、各蓄熱槽に配設するヘッダーパイプを挿通する穴を開ける必要がないため、多槽温度成層型の蓄熱槽の構造が簡単となる。
【００１４】
以上の実施の形態では、２槽式の多槽温度成層型の蓄熱槽について説明したが、本発明は２槽以上の多槽温度成層型の蓄熱槽として構成することもできる。さらに、１槽の蓄熱槽としても構成することができる。
また、給水／取水部を用いて温水あるいは冷水を蓄える蓄熱槽について説明したが、給水部あるいは取水部を用いて温水のみあるいは冷水のみを蓄える蓄熱槽として構成することもできる。
また、分配器に形成する複数の孔の形成位置、数、形状等は実施の形態に限定されず種々変更可能である。
また、本発明は、分配器単体としての特徴を有しており、種々の温度成層型の蓄熱槽の分配器として適用することができる。この場合には、複数の孔における流入速度あるいは流出速度を低減することができる。
また、蓄熱槽内に水を給水したが、蓄熱槽内に供給する流体としては水に限定されない。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１に記載の蓄熱槽を用いれば、ヘッダーパイプに設けられた各供給部からの流体の供給量及び各排出部からの流体の排出量を均一化することができると共に、ヘッダーパイプに設けられた各供給部からの流体の供給速度及び各供給部からの流体の排出速度を遅くすることができるため、高温と低温の流体の混合が起りにくくなり、温度成層型蓄熱槽の蓄熱性能が向上する。
また、請求項２に記載の蓄熱槽を用いれば、流体の供給量及び排出量を一層均一化することができる。
また、請求項３に記載の蓄熱槽を用いれば、流体を効率よく各孔から供給もしくは排出することができる。
また、請求項４に記載された蓄熱槽を用いれば、流体の供給速度あるいは流体の排出速度を一層遅くすることができる。
また、請求項５に記載の蓄熱槽を用いれば、分岐パイプに設けられた各分配器からの流体の供給量もしくは排出量をより均一化することができる。
また、請求項６に記載の蓄熱槽を用いれば、多槽の蓄熱槽を簡単に構成することができる。
また、請求項７に記載の蓄熱槽を用いれば、多槽の蓄熱槽を一層簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢示図である。
【図３】図１のＨ部の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線矢示図である。
【図５】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流出速度との関係を示す図である。
【図６】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流入速度との関係を示す図である。
【図７】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流出速度との関係を示す図である。
【図８】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流入速度との関係を示す図である。
【図９】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流出速度との関係を示す図である。
【図１０】分岐パイプとヘッダーパイプとの直径比に対する流入速度との関係を示す図である。
【図１１】蓄熱槽を用いた空調設備の概略図である。
【符号の説明】
１、２、３地中梁
５、６ヘッダーパイプ
７、８連通口
１０、２０蓄熱槽
１１、１５、２１、２５分岐パイプ
１２、１６、２２、２６分配器
１４−１孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a distributor which can be suitably used for a heat storage tank and the like, and a heat storage tank using the distributor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a temperature stratified heat storage tank that stores cold water or hot water supplied to an air conditioner or the like for power load leveling has been used. Temperature-stratified heat storage tanks use the density difference due to the difference in the temperature of the water in the tank, so that high-temperature, low-density water is placed at the top of the tank, and low-temperature, high-density water is placed at the bottom of the tank. It is something to store.
FIG. 11 is a schematic diagram of an air conditioner using this thermal stratification type heat storage layer. The air conditioner shown in FIG. 11 includes a heat storage tank 50, a cooling / heating device 54 such as a heat pump, an air conditioner 55, and the like. The heat storage tank 50 is provided with water supply / water intake units 51 and 52 at the upper and lower parts.
[0003]
When the cold water stored in the heat storage tank 50 is used by the air conditioner 55, the on-off valves 58-a and 58-b are opened. Then, low-temperature cold water is supplied to the air conditioner 55 from the lower part of the heat storage tank 50 through the water supply / water intake unit 52 by the pump 59. The high-temperature cold water that has undergone heat exchange in the air conditioner 55 is returned from the water supply / water intake unit 51 to the upper part of the heat storage tank 50. In this way, cooling is performed by the air conditioner 55. On the other hand, in a time zone such as at night when power demand is small, the on-off valves 56-a and 56-b are opened. Then, high-temperature cold water is supplied to the cooling / heating device 54 from the upper part of the heat storage tank 50 through the water supply / water intake unit 51 by the pump 57. The low-temperature cold water cooled by the cooling / heating device 54 is returned from the water supply / water intake unit 52 to the lower part of the heat storage tank 50. In the heat storage tank 50, the low-temperature cold water is divided into the lower part and the high-temperature cold water is divided into the upper part due to the density difference, so that a temperature stratification is formed.
When the hot water stored in the heat storage tank is used by the air conditioner 55, the open / close valves 58-a and 58-b are opened. Then, high-temperature hot water is supplied from the upper part of the heat storage tank 50 to the air conditioner 55 via the water supply / water intake unit 51 by the pump 59. The hot water that has been cooled by the heat exchange in the air conditioner 55 is returned from the water supply / water intake unit 52 to the lower part of the heat storage tank 50. In this way, heating is performed by the air conditioner 55. On the other hand, in a time zone such as at night when power demand is small, the on-off valves 56-a and 56-b are opened. Then, low-temperature hot water is supplied to the cooling / heating device 54 from the lower part of the heat storage tank 50 via the water supply / water intake unit 52 by the pump 57. The high-temperature hot water heated by the cooling / heating device 54 is returned to the upper part of the heat storage tank 50 from the water supply / water intake unit 51. In the heat storage tank 50, the high-temperature hot water is divided into the upper part and the low-temperature hot water into the lower part due to the difference in density, so that a temperature stratification is formed.
Each of the water supply / water intake sections 51 and 52 is provided with a distributor composed of a cylindrical inflow / outflow pipe provided with a plurality of holes on the outer periphery.
It should be noted that different pumps may be used when using hot water and when using cold water. In some cases, only cold water or only hot water is stored.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned distributor provided in the conventional water supply / water intake unit has a structure in which cold water or hot water flows radially in or out from a plurality of holes provided on the outer periphery, so that the inflow velocity or the outflow velocity tends to be non-uniform. For this reason, mixing of high-temperature and low-temperature cold water or hot water is likely to occur in a portion where the inflow speed or the outflow speed is high, so that a temperature stratification cannot be favorably formed and the heat storage performance deteriorates. In addition, when the depth of the heat storage tank is shallow, the heat storage performance is further reduced.
Therefore, the present invention provides a heat storage tank and a distributor that can reduce the inflow velocity or the outflow velocity of a fluid, form a uniform temperature stratification even in a heat storage tank having a small depth of water, and improve heat storage performance. As an issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the temperature stratified type heat storage tank according to claim 1 is configured such that the diameter of the branch pipe is formed smaller than the diameter of the header pipe to make the inflow and outflow uniform, and a plurality of holes are formed in the branch pipe. Since the formed distributors are connected, the supply amount of fluid from each supply unit and the discharge amount of fluid from each discharge unit are made uniform, and each supply unit provided in the header pipe is provided. The speed of supplying the fluid from the supply unit and the speed of discharging the fluid from each supply unit can be reduced. For this reason, mixing of high-temperature and low-temperature fluids does not easily occur, and a temperature stratification can be formed even when the water depth is shallow.
According to the second aspect of the present invention, since the diameter of the branch pipe is set to 1/3 to 1/6 of the diameter of the header pipe, the supply amount and discharge of the fluid from each supply section provided in each header pipe are set. The discharge amount of the fluid from the section can be made more uniform.
In the heat storage tank according to the third aspect, since the plurality of holes are formed on the side facing the connecting portion with the branch pipe, the fluid can be efficiently supplied or discharged from each hole.
Further, in the heat storage tank according to the fourth aspect, the fluid throttled by the branch pipe collides with a portion facing the connection portion with the branch pipe to weaken the momentum and is further decelerated by the plurality of holes. The speed can be further reduced. Further, the discharge speed of the fluid can be further reduced.
In the heat storage tank according to the fifth aspect, the supply amount or discharge amount of the fluid from each distributor provided in the branch pipe can be made more uniform.
In the heat storage tank according to the sixth aspect, a multi-storage tank can be easily configured.
In the heat storage tank according to the seventh aspect, since the header pipe can be provided using the communication port for making the temperature distribution of each tank uniform, a multi-storage heat storage tank can be configured more easily.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show schematic configuration diagrams of an embodiment of the heat storage tank of the present invention. FIG. 2 is a view taken along line II-II of FIG. In this embodiment, a multi-tank temperature stratified type heat storage tank in which two heat storage tanks 10 and 20 are arranged in parallel using a double slab space provided under the base of a building having an earthquake-resistant structure is configured. .
Underground beams 1, 2, and 3 for forming a double slab space are provided in the basement of a building having an earthquake-resistant structure. By using the underground beams 1 to 3 and the foundation concrete 4, a heat storage tank 10 is formed between the underground beams 1 and 2, and a heat storage tank 20 is formed between the underground beams 2 and 3.
In the underground beam 2, communication ports 7 and 8 for forming a uniform temperature distribution of water in the heat storage tank 10 and the heat storage tank 20 are formed. The header pipe 5 is disposed above the heat storage tanks 10 and 20 through the communication port 7 of the underground beam 2. In addition, a header pipe 6 is disposed below the heat storage tanks 10 and 20 through the communication port 8 of the underground beam 2.
On the upper side of the header pipe 5 (upper side of the heat storage tanks 10 and 20), branch pipes 11-1 to 11-6 are provided in the heat storage tank 10, and the branch pipes 21-1 to 21- in the heat storage tank 20. 6 are provided. On the lower side of the header pipe 6 (the lower side of the heat storage tanks 10 and 20), branch pipes 15-1 to 15-6 are provided in the heat storage tank 10, and the branch pipes 25-1 to 25-1 are formed in the heat storage tank 20. 25-6 are provided.
In the branch pipes 11-1 to 11-6, 21-1 to 21-6, distributors (diffusers) 12-1 to 12-1-1 are provided on the side opposite to the connection with the header pipe 5 (upper side of the heat storage tanks 10 and 20). 12-6, 22-1 to 22-6 are connected. The branch pipes 15-1 to 15-6 and 25-1 to 25-6 have distributors 16-1 to 16-16 on the side opposite to the connection with the header pipe 6 (the lower side of the heat storage layers 10 and 20). -6, 26-1 to 26-6 are connected.
[0007]
Header pipes 5, 6, branch pipes 11-1 to 11-6, 15-1 to 15-6, 21-1 to 21-6, 25-1 to 25-6, distributors 12-1 to 12-6, 16-1 to 16-6, 22-1 to 22-6, 26-1 to 26-6 are formed in a hollow cylindrical body by, for example, PVC or the like.
Water is supplied to the heat storage tanks 10 and 20 to a position higher than the arrangement positions of the distributors 12-1 to 12-6 and 22-1 to 22-6.
A water level sensor for detecting the water level of the water surfaces of the heat storage tanks 10 and 20, a water supply pipe and an overflow pipe are provided, and when the water level of the water surface falls below the first set water level, water is supplied from the water supply pipe, and the water level of the water surface becomes the second set water level. In this case, the water level of the heat storage tank 10 and the heat storage tank 20 can be maintained at a predetermined water level by draining water from the overflow pipe.
[0008]
FIG. 3 is an enlarged view of a portion H in FIG. FIG. 4 is a view taken along the line IV-IV in FIG. Although FIG. 3 shows only the branch pipe 11-1 and the distributor 12-1, other branch pipes and distributors have the same configuration.
The distributor 12-1 is formed of, for example, a hollow cylindrical body, and caps 13-1 are attached to both ends. As shown in FIG. 4, a branch pipe 11-1 is connected to the distributor 12-1 so as to communicate with a substantially central cylindrical wall. In addition, a plurality of holes 14-are formed on the cylindrical wall of the distributor 12-1 on the side facing the connection with the branch pipe 11-1 except for the portion facing the connection with the branch pipe 11-1. 1 is formed. The plurality of holes 14-1 are substantially 45 degrees on both sides of an axial line on the side facing the connection with the branch pipe 11-1 (in FIG. 3, an axial line on the upper side of the distributor 12-1). Are formed in a row along the axial direction. The interval between the holes 14-1 in the length direction of the distributor 12-1 should be increased in the vicinity of the portion facing the connection portion with the branch pipe 11-1 in order to make the flow velocity in each hole 14-1 uniform. Is preferred. The inner diameter of the distributor 12-1 is equal to or larger than the inner diameter of the header pipe 5.
[0009]
One end of the header pipe 5 is closed, and the other end is connected to a water supply side or a water intake side of the air conditioner. The header pipe 6 has one end closed and the other end connected to an intake side or a water supply side of the air conditioner. For example, as shown in FIG. 11, when cold water is used, the other end of the header pipe 6 provided at the bottom is connected to the intake side (inflow side) of the air conditioner, and the other end of the header pipe 5 provided at the top is provided. The water supply side (outflow side) of the air conditioner is connected to the end. When the power load is small at night or the like, the intake side of the cooler is connected to the other end of the header pipe 5 provided at the upper part, and the water supply side of the cooler is connected to the other end of the header pipe 6 provided at the lower part. You. When using hot water, the other end of the header pipe 5 provided at the top is connected to the intake side of the air conditioner, and the other end of the header pipe 6 provided at the bottom is connected to the water supply side of the air conditioner. When the power load is low at night or the like, the intake side of the heater is connected to the other end of the header pipe 6 provided at the lower part, and the water supply side of the heater is connected to the other end of the header pipe 5 provided at the upper part. You.
The conventional thermal storage tank of the temperature stratification type needs a certain depth of water in order to surely form the temperature stratification. However, for example, in a thermal stratification-type heat storage tank or the like utilizing a double slab space under the building, the water depth cannot be increased. For this reason, in order to improve the heat storage efficiency of such a heat storage tank, the inflow speed and the outflow speed of the water are slowed, and the water can be distributed throughout the heat storage tank to form a uniform temperature stratification. Vessel is required. According to the present invention, the temperature stratification can be reliably formed even when the water depth is shallow.
[0010]
When a plurality of branch pipes are provided on the header pipe, one end of the header pipe is closed, and water supply / water intake means is connected to the other end, the amount of inflow or outflow of water in each branch pipe is equalized so that the heat storage tank is formed. Heat storage efficiency can be improved. In particular, when a multi-tank temperature stratification type heat storage tank is configured as in the present embodiment, it is preferable that the inflow or outflow of water in each branch pipe is made uniform. By making the diameter of the inner circumference of the branch pipe smaller than the diameter of the inner circumference of the header pipe, the inflow or outflow of water in each branch pipe provided in the header pipe can be made uniform.
FIGS. 5 to 10 show the results of measuring the inflow and outflow of water in each branch pipe when the ratio of the inner diameter of the branch pipe to the inner diameter of the header pipe is different. The measurements shown in FIGS. 5 to 10 were performed on a header pipe provided with ten branch pipes.
In FIGS. 5 to 10, (a) sets the diameter of the header pipe to 75 mm and the branch pipe to 75 mm, and (b) sets the diameter of the header pipe to 75 mm and the diameter of the branch pipe to 50 mm. (C), when the header pipe diameter is set to 75 mm and the branch pipe diameter is set to 40 mm, (d) when the header pipe diameter is set to 75 mm and the branch pipe diameter is set to 25 mm, (e) When the diameter of the header pipe is set to 75 mm and the diameter of the branch pipe is set to 13 mm, (f) sets the diameter of the header pipe to 50 mm, the diameter of the branch pipe to 15 mm, and connects the distributor having a plurality of holes to the branch pipe. Is shown.
The horizontal axis in FIGS. 5 to 10 indicates the number of the branch pipe. The branch pipes are numbered with number 1 for the branch pipe provided closest to the connection of the header pipe connected to the water supply / water intake section, and numbered 10 for the branch pipe provided at the furthest position. are doing. The vertical axes in FIGS. 5 to 10 show values obtained by dimensioning the inflow velocity or outflow velocity of water in each branch pipe by an average velocity. The outflow velocity (inflow velocity) refers to the velocity of water flowing out (inflow) at each branch pipe location. The average flow velocity is obtained by summing outflow (inflow) flow rates in each branch pipe, dividing the total flow rate by the number of branch pipes, and obtaining the average flow velocity per one branch pipe. The vertical axis represents the ratio of the outflow (inflow) flow velocity and the average flow velocity in each pipe [outflow (inflow) flow velocity / average flow velocity]. Each numerical value in the graph indicates a deviation from the average flow velocity. The flow velocity in the outflow direction is indicated by [+], and the flow velocity in the inflow direction is indicated by [-].
FIGS. 5, 7, and 9 show a case where water from the header pipe flows out (water supply) into the heat storage tank via each branch pipe. FIGS. 6, 8, and 10 show a case where the water in the heat storage tank is branched. It shows a case in which the water flows into the header pipe (takes water) through the pipe. 5 and 6 show the case where the flow rate of the header pipe is 625 cc / s, FIGS. 7 and 8 show the case where the flow rate of the header pipe is 1250 cc / s, and FIGS. 9 and 10 show the case where the flow rate of the header pipe is 2500 cc / s. Is shown.
[0011]
As shown in FIGS. 5 to 10, in the case of flowing out into the heat storage tank through each of the branch pipes 1 to 10, the diameter of the branch pipe is set to be smaller than 25 mm with respect to the header pipe of 75 mm (branch). When the diameter of the pipe is set to 1/3 or less of the diameter of the header pipe), water can be uniformly discharged from each of the branch pipes 1 to 10. In addition, the larger the flow rate of the header pipe, that is, the higher the flow velocity in the header pipe, the more uniform the outflow amount, but there is no significant difference.
When water flows into the header pipe from inside the heat storage tank through each of the branch pipes 1 to 10, when the diameter of the branch pipe is large, the header pipe connected to the water supply means is located at a position close to the connection with the water supply means. The inflow from the provided branch pipes 1 and 2 is large. However, when the diameter of the branch pipe is smaller than 25 mm (the diameter of the branch pipe is set to 1/3 or less of the diameter of the header pipe), water is uniformly flowed from each of the branch pipes 1 to 10 into the header pipe from inside the heat storage tank. be able to.
On the other hand, if the diameter of the branch pipe is too small, the amount of flow (or the amount of flow) flowing out (or flowing into each branch pipe) from each branch pipe is uniform, but the flow velocity is high, and a temperature stratification is favorably formed. I can't. This tendency appears when the diameter of the branch pipe is 1/6 or less of the diameter of the header pipe. If the diameter of the branch pipe is too small, it is difficult to manufacture the branch pipe.
From the above, by setting the diameter of the branch pipe to 1/3 to 1/6 of the diameter of the header pipe, the inflow or outflow in each branch pipe can be made uniform. Thereby, as in the present embodiment, when a plurality of heat storage tanks are installed in parallel to form a multi-tank temperature stratified type heat storage tank, each of the branch pipes arranged in each heat storage tank is Water can be made to flow uniformly into each heat storage tank, or water in each heat storage tank can be made to flow uniformly from each branch pipe provided in each heat storage tank. Therefore, the heat storage efficiency is improved.
[0012]
On the other hand, if the diameter of the branch pipe is made smaller than the diameter of the header pipe in order to equalize the inflow or outflow in the branch pipe, the flow velocity of water in the branch pipe increases. For this reason, if water flows directly into the heat storage tank from each branch pipe, mixing of cold water or hot water on the high temperature side and the low temperature side occurs, and the heat storage efficiency decreases.
Therefore, in the present embodiment, a plurality of holes 14-1 are formed in each of the branch pipes 11-1 to 11-6, 15-1 to 15-6, 21-1 to 21-6, and 25-1 to 25-6. The formed distributors (multi-port diffusers) 12-1 to 12-6, 16-1 to 16-6, 22-1 to 22-6, 26-1 to 26-6 are connected. As shown in FIGS. 5 to 8F, when the distributor is attached, the inflow amount and the outflow amount are made more uniform. Details of the distributor are shown in FIGS. In the present embodiment, the plurality of holes 14-1 are provided on the side of the distributor 12-1 opposite to the connection with the branch pipe 11-1, and the cylindrical wall portion facing the connection with the branch pipe 11-1. It is formed in the part except. The plurality of holes 14-1 are formed in a row along the axial direction at approximately 45 degrees on both sides of the axial line on the side facing the connection with the branch pipe 11-1. .
By forming the plurality of holes 14-1 on the side opposite to the connection with the branch pipe 11-1, water supplied from the branch pipe 11-1 flows out of the hole 14-1 efficiently.
Further, by forming the plurality of holes 14-1 in a portion excluding a cylindrical wall portion facing a connection portion with the branch pipe 11-1, water supplied from the branch pipe 11-1 can be connected to the branch pipe connection portion. Collides with the inner surface of the cylindrical wall facing the portion, and the flow velocity of water decreases.
Further, by forming the plurality of holes 14-1 in a row along the axial direction at approximately 45 degrees on both sides of the axial line on the side facing the connection with the branch pipe 11-1, The flow rate of water can be further reduced. That is, the water whose flow velocity has been reduced by colliding with the cylindrical wall surface of the portion facing the connection portion with the branch pipe 11-1 is efficiently dispersed along the cylindrical wall surface into the plurality of holes 14-1, and the holes 14-1. Spill out of. This further reduces the flow rate of the water.
[0013]
As described above, in the present embodiment, the inflow or outflow in each branch pipe is made uniform by making the diameter of the inner surface of the plurality of branch pipes provided in the header pipe smaller than the diameter of the inner surface of the header pipe. be able to. A distributor having a plurality of holes is connected to each branch pipe. Here, the plurality of holes are formed in a row on both sides of a line along the axial direction in a portion excluding the cylindrical wall portion opposite to the connection portion with the branch pipe (facing the connection portion with the branch pipe). Has formed. Thereby, the flow velocity in each hole can be reduced, and the mixture of high and low temperature hot or cold water in the heat storage tank can be prevented. Therefore, the heat storage efficiency of the heat storage tank is improved. And since the flow rate in each branch pipe provided in the header pipe can be made uniform, it is possible to improve the heat storage efficiency of a multi-tank temperature stratified type heat storage tank in which a plurality of shallow heat storage tanks are installed in parallel. it can.
In addition, the header pipes arranged above and below each heat storage tank are shared by each heat storage tank. This eliminates the need to provide a header pipe for each heat storage tank, thereby simplifying the structure of a multi-tank temperature stratified heat storage tank.
In addition, a header pipe is provided through a communication port for making the temperature distribution of water in a plurality of heat storage tanks installed in parallel uniform. Accordingly, since it is not necessary to make a hole for inserting a header pipe provided in each heat storage tank, the structure of the multi-tank temperature stratified type heat storage tank is simplified.
[0014]
In the above embodiment, the description has been given of the two-tank type multi-tank temperature stratification type heat storage tank. However, the present invention may be configured as a two or more-tank multi-tank temperature stratification type heat storage tank. Furthermore, it can also be constituted as one heat storage tank.
Although the heat storage tank that stores hot water or cold water using the water supply / water intake section has been described, it may be configured as a heat storage tank that stores only hot water or only cold water using the water supply section or the water intake section.
Further, the formation position, the number, the shape, and the like of the plurality of holes formed in the distributor are not limited to the embodiments and can be variously changed.
Further, the present invention has a feature as a distributor alone, and can be applied as a distributor of various temperature stratified heat storage tanks. In this case, the inflow velocity or the outflow velocity in the plurality of holes can be reduced.
Although water was supplied into the heat storage tank, the fluid supplied into the heat storage tank is not limited to water.
[0015]
【The invention's effect】
By using the heat storage tank according to claim 1, the supply amount of fluid from each supply unit provided in the header pipe and the discharge amount of fluid from each discharge unit can be made uniform, and the heat storage tank is provided in the header pipe. Since the fluid supply speed from each supply unit and the fluid discharge speed from each supply unit can be reduced, mixing of high-temperature and low-temperature fluids is less likely to occur, and the heat storage performance of the temperature-stratified heat storage tank is reduced. improves.
Further, the use of the heat storage tank according to claim 2 makes it possible to further uniform the supply and discharge of the fluid.
In addition, by using the heat storage tank according to the third aspect, the fluid can be efficiently supplied or discharged from each hole.
Further, if the heat storage tank described in claim 4 is used, the supply speed of the fluid or the discharge speed of the fluid can be further reduced.
Further, the use of the heat storage tank according to the fifth aspect makes it possible to more evenly supply or discharge the fluid from each distributor provided in the branch pipe.
Further, if the heat storage tank described in claim 6 is used, a multi-storage tank can be easily configured.
Further, by using the heat storage tank described in claim 7, a multi-tank heat storage tank can be configured more easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion H in FIG. 1;
FIG. 4 is a view taken along the line IV-IV in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a diameter ratio between a branch pipe and a header pipe and an outflow velocity.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a diameter ratio of a branch pipe and a header pipe and an inflow velocity.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a diameter ratio between a branch pipe and a header pipe and an outflow velocity.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a diameter ratio of a branch pipe and a header pipe and an inflow speed.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a diameter ratio between a branch pipe and a header pipe and an outflow velocity.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a diameter ratio of a branch pipe and a header pipe and an inflow velocity.
FIG. 11 is a schematic diagram of an air conditioner using a heat storage tank.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Underground beam 5, 6 Header pipe 7, 8 Communication port 10, 20 Heat storage tank 11, 15, 21, 25 Branch pipe 12, 16, 22, 26 Distributor 14-1 hole

Claims

A temperature stratified type including a header pipe provided at an upper portion and a lower portion in a tank, a plurality of supply portions provided at one of the header pipes provided at an upper portion and a lower portion, and a plurality of discharge portions provided at the other. a of the heat storage tank,
Supply unit and the discharge unit, et al provided in the header pipe is, inflow and smaller than the diameter of the diameter of the header pipe, a branch pipe to equalize the outflow is connected to the branch pipe, a plurality of holes formed Heat storage tank having a distributed distributor.

The heat storage tank according to claim 1 , wherein the diameter of the branch pipe is set to 1/3 to 1/6 of the diameter of the header pipe.

3. The heat storage tank according to claim 1 , wherein the plurality of holes are formed on a side facing a connection portion with the branch pipe. 4.

The heat storage tank according to any one of claims 1 to 3 , wherein the plurality of holes are formed at locations other than a portion facing a connection portion with the branch pipe.

5. The heat storage tank according to claim 4 , wherein the plurality of holes are formed on both sides of an axial line on a side facing the connection with the branch pipe. 6.

The heat storage tank according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of heat storage tanks are provided, and a header pipe is provided over each tank.

7. The heat storage tank according to claim 6 , wherein the header pipe is inserted into a communication port connecting the tanks.