JPH06117665A - 蓄熱槽構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蓄熱性能が良いので大型の蓄熱槽を建設する場
合にも省スペース化及び設備費低減のできる蓄熱槽構造
を提供する。 【構成】一端に熱媒体の入口が形成され他端に出口が形
成された蓄熱槽１０は、仕切板１４で各縦型貯留槽に仕
切られている。そして、隣接する各縦型貯留槽１２Ａ、
１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ同志を連通する連通管１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃが高温側に位置する前記縦型貯留槽内の
底部と低温側に位置する前記縦型貯留とを連通してい
る。これにより、高温度側入口配管１８から温熱保有熱
媒体を縦型貯留槽に流入させて蓄熱槽１０に温熱源を貯
留する場合、全ての縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、１２Ｄにおいて、常に上層に比重の軽い温水層が形
成され、下層には比重の重い冷水層が形成される。従っ
て、温熱保有熱媒体層と冷熱保有熱媒体層の境界面を理
想的な成層状態に維持しながら冷熱保有熱媒体を温熱保
有熱媒体に置き換えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱槽構造に係わり、
特に空調用に用いられる連通式の蓄熱槽の蓄熱槽構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電力需要の季節的格差、日変動格
差が益々大きくなる傾向があり、これの大きな要因とし
てオフィスビル等の空調の為の電力需要の変動がある。
この為、電力需要の平準化を図る目的から空調システム
に備える大型の蓄熱槽が要望されている。

【０００３】従来の連通式の蓄熱槽構造としては、オフ
ィスビル等の二重床構造等を利用した「もぐりぜき」が
ある。この構造は、図８に示すように、蓄熱槽１内は仕
切板２、２…により多数の貯留槽に分割され、各貯留槽
は各仕切板２に設けられた連通口３、３…により連通し
ている。また、この連通口３は仕切板２の上部又は下部
に交互に設けられ、熱媒体として通常使用される水の長
い流路を形成している。また、高温側に位置する貯留槽
１Ａには高温側入口配管４が設けられ、低温側に位置す
る貯留槽１Ｅには低温側入口配管５が設けられている。

【０００４】そして、蓄熱槽１に温熱源としての温水を
貯留して蓄熱する時は、高温側入口配管４から温水を流
入させる。これにより、蓄熱槽１内に貯留されていた冷
水は温水に押し出されるように低温側入口配管５から排
出され、蓄熱槽１内には温水が貯留される。即ち、連通
式の蓄熱槽構造は、温水と冷水の比重差による成層効果
を利用したものである。

【０００５】尚、冷熱源としての冷水を貯留する場合
は、上記と逆の流れで低温側入口配管５から冷水を流入
し、高温側入口配管４から温水を排出する。そして、こ
のような連通式の蓄熱槽構造において蓄熱性能を向上さ
せるには、熱媒体の流れが均一で死水域（流れの滞留部
分）がないこと、ショートサーキットが起こらないこ
と、蓄熱槽１内の流れと連通口３の部分の流れが適切で
あること（死水域の発生防止）、等により温水と冷水と
が反転する部分（流路の一部）において混合しないよう
にすることが重要なポイントである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の連通式の蓄熱槽構造の場合、以下の欠点があ
る。 （１）高温側入口配管４から温水を流入させて蓄熱槽１
に温熱源を貯留する場合、高温側入口配管から流入して
形成される温水層は冷水層を押しながら１番目の貯留槽
１Ａの下部に形成された連通口から２番目の蓄熱槽１Ｂ
に流入して２番目の蓄熱槽１Ｂを満たしていく。この
時、２番目の貯留槽１Ｂには温水と冷水との境界面６を
境として下層に比重の軽い温水層が形成され、上層に比
重の重い冷水層が形成される。この為、下層の比重の軽
い温水層は上昇し、上層の比重の重い冷水層は下降する
ので、温水と冷水の混合作用が生じ蓄熱性能を低下させ
る。この温水と冷水との位置の逆転現象は４番目の貯留
槽１Ｄでも生じる。このことは低温側入口配管５から冷
水を流入させて蓄熱槽１に冷熱源を貯留する場合も同様
である。 （２）従来の蓄熱槽構造はその構造上から死水域が発生
し易く、特に図９に示すように蓄熱槽１を流れる熱媒体
の流れ７方向が変わる貯留槽８、８において死水域が発
生し易く、この貯留槽８、８は蓄熱機能を殆ど有しない
という欠点がある。一般に蓄熱槽１は流れ方向が何回も
変わる、所謂蛇行を繰り返す構造であるから、損失（ス
ペースのロス）は大変大きくなる。

【０００７】このように、従来の蓄熱槽構造は上記のよ
うな欠点があるので、多数の貯留槽を設ける大型の蓄熱
槽１では蓄熱性能の著しい低下を招く。この為、必要な
熱量を蓄積する為には極めて大型の蓄熱設備を建設しな
くてはならず、大きな設置スペースと多大な設備費を必
要とする問題がある。本発明はこのような事情に鑑みて
なされたもので、蓄熱性能が良いので大型の蓄熱槽を建
設する場合にも省スペース化及び設備費低減のできる蓄
熱槽構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
る為に、一端に熱媒体の入口が形成され、他端に前記熱
媒体の出口が形成された蓄熱槽を縦方向の仕切板で複数
の容器に分割し、隣接する前記各容器は連通管で連通さ
れると共に、各連通管は隣接する容器の間で高温側に位
置する容器の底部と低温側に位置する容器の上部とで連
通されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の蓄熱槽構造によれば、一端に熱媒体の
入口が形成され、他端に前記熱媒体の出口が形成された
蓄熱槽が縦方向の仕切板で複数の容器に分割されてい
る。そして、隣接する前記各容器は連通管で連通される
と共に、各連通管は隣接する容器の間で高温側に位置す
る容器の底部と低温側に位置する容器の上部とで連通さ
れている。これにより、蓄熱槽の高温側から温熱保有熱
媒体を流入させて蓄熱槽に貯留されていた冷熱保有熱媒
体を押し出すことにより蓄熱槽に温熱源としての温熱保
有熱媒体を貯留する場合、又は、蓄熱槽の低温側から冷
熱保有熱媒体を流入させて蓄熱槽に冷熱源としての冷熱
保有熱媒体を貯留する場合ともに、全ての容器におい
て、常に上層に比重の軽い温熱保有熱媒体層が形成さ
れ、下層には比重の重い冷熱保有熱媒体層が形成され
る。従って、温熱保有熱媒体層と冷熱保有熱媒体層とが
混合されることがないので、前記２層の境界面を理想的
な成層状態に維持しながら蓄熱槽内の冷熱保有熱媒体を
温熱保有熱媒体に（又は、温熱保有熱媒体を冷熱保有熱
媒体に）置き換えることができる。また、前記連通管を
用いて容器内の熱媒体を移動させることにより、容器内
の熱媒体全体を移動させることができるので、容器内に
死水域ができにくい。

【００１０】このように、本発明の蓄熱槽構造の特徴は
各容器が隣接した構造となっているが、恰も１本の縦型
蓄熱槽であるかのような構造を有している。これによ
り、容積効率を高くすることができると共に、死水域の
ない理想的な成層状態を維持できるので温熱保有熱媒体
と冷熱保有熱媒体とが混合することによる温度ロスをな
くすことができ、単位容積当たり高い蓄熱性能を達成す
ることができる。

【００１１】また、前記各容器内底部及び／又は上部に
整流板を設けたので、熱媒体流の流れの向きが変わる際
に成層状態を乱すことがない。これにより、温熱保有熱
媒体と冷熱保有熱媒体とが更に混合されにくくなるの
で、蓄熱槽の蓄熱性能を益々向上させることができる。

【００１２】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る蓄熱槽構
造の好ましい実施例について詳説する。図１及び図２に
示すように本発明の蓄熱槽１０構造は、仕切板１４で分
割された４個の縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１
２Ｄが横一列に設けられ、各縦型貯留槽１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの水平断面は正六面体の形状を有し
ている。また、略クランク形状を有する円筒状の連通管
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが、熱媒体の流路順に隣接する
縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ同志の前記
仕切板１４、１４、１４を貫通して配設され、隣接する
縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ同志を連通
している。そして、この連通管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ
の一方の開口部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、前記熱媒体
流路の高温側に位置する縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１
２Ｃ内の底部中央に形成され、他方の開口部１６Ｄ、１
６Ｅ、１６Ｆは前記流路の低温側に位置する縦型貯留槽
１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ内の上部中央に形成されてい
る。また、前記各開口部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６
Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆはラッパ状に拡がっており、熱媒体
の流入及び流出の抵抗を少なくしている。

【００１３】また、熱媒体の流路順に多数設けられた縦
型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの両端に位置
する貯留槽１２Ａ、１２Ｄうち、高温度側に位置する縦
型貯留槽１２Ａには、その上部側壁を貫いて温熱保有熱
媒体を流入させる高温側入口配管１８（冷熱保有熱媒体
の出口を兼用する）が配設されている。一方、低温側に
位置する縦型貯留槽１２Ｄには、その下部側壁を貫いて
冷熱保有熱媒体を流入（温熱保有熱媒体の出口を兼用す
る）させる低温側入口配管２０が配設されている。

【００１４】また、各縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、１２Ｄには、前記連通管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの
一方の開口部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの位置に夫々整流
板２２、２２…が設けられていると共に、他方の開口部
１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆの位置にも夫々整流板２２、２
２…が設けられている。次ぎ、図３、図４、図５、図６
に従って、上記の如く構成された蓄熱槽１０構造の作用
について説明する。

【００１５】尚、熱媒体として水を使用し、高温側入口
配管１８から温水を流入させて各縦型貯留槽１２Ａ、１
２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに温熱源としての温水を貯留する
場合で説明する。先ず、高温側入口配管１８から１番目
の縦型貯留槽１２Ａに温水を流入すると、図３に示すよ
うに、流入した温水は貯留されていた冷水層を下方に押
していき、温水と冷水の境界面２４を境として上層には
温水層を形成し、下層には冷水層を形成する。また、流
入した温水と同体積の冷水が、連通管１４Ａを通って２
番目の縦型貯留槽１２Ｂに移動する。

【００１６】更に、１番目の縦型貯留槽１２Ａに温水を
流入していくと、図４に示すように、前記境界面は下が
り、１番目の縦型貯留槽１２Ａに温水が略満たされる。
更に、１番目の縦型貯留槽１２Ａに温水を流入していく
と、図５に示すように、１番目の縦型貯留槽１２Ａの温
水は、連通管１４Ａを通って２番目の縦型貯留槽１２Ｂ
に貯留されていく。この時、連通管１４Ａの一方の端開
口部１６Ａは１番目の縦型貯留槽１２Ａの底部中央に形
成され、他方の開口部１６Ｄは２番目の縦型貯留槽１２
Ｂの上部中央に形成されているので、温水は２番目の縦
型貯留槽１２Ｂの上部から順に溜まっていく。これによ
り、１番目の縦型貯留槽１２Ａと同様に２番目の縦型貯
留槽１２Ｂにおいても、温水と冷水の境界面２４を境と
して上層には温水層を形成し、下層には冷水層を形成す
ることができる。

【００１７】更に、１番目の縦型貯留槽１２Ａに温水を
流入していくと、図６に示すように、各縦型貯留槽１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに温水が貯留される一方、
冷水は低温側入口配管２０から排出されていき、蓄熱槽
１０への温水の貯留が完了する。このように、本発明の
蓄熱槽１０構造によれば、各縦型貯留槽１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄにおいて、常に上層に比重の軽い温
水層が形成され、下層には比重の重い冷水層が形成され
る。これにより、従来の蓄熱槽構造のように下層に比重
の軽い温水層が形成され、上層には比重の重い冷水層が
形成されることがないので、温水と冷水とが混合するこ
となく、温水と冷水の境界面２４を理想的な成層状態に
維持しながら冷水を温水に置き換えることができる。

【００１８】また、連通管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの一
方の開口部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、高温側に位置す
る縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内の底部中央に形
成され、他方の開口部１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆは低温側
に位置する縦型貯留槽１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ内の上部
中央に形成されている。これにより、縦型貯留槽１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ内の温水層及び冷水層の全
体が移動するので、縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、１２Ｄ内に死水域ができにくい。

【００１９】このように本発明の蓄熱槽１０構造の大き
な特徴は、各縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２
Ｄが隣接した構造となっているが、恰も１本の縦型蓄熱
槽であるかのような構造を有していることである。従っ
て、容積効率を高くすることができると共に、死水域の
ない理想的な成層状態を維持しながら全ての縦型貯留槽
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを温水で満たすことが
できるので温水層と冷水層とが混合することによる温度
ロスをなくすことができ、単位容積当たり高い蓄熱性能
を達成することができる。

【００２０】また、各縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ、１２Ｄには、前記連通管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの
一方の開口部１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの位置に夫々整流
板２２、２２…が設けられていると共に、他方の開口部
１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆの位置にも夫々整流板２２、２
２…が設けられている。これにより、水流が縦型貯留槽
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ内での下向流から連通
管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内での上昇流に変わる際、ま
た連通管１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内での上昇流から縦型
貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ内での下向流に
変わる際、成層状態を乱すことがない。

【００２１】また、前記縦型貯留槽１２Ａ、１２Ｂ、１
２Ｃ、１２Ｄの水平断面を１貯留槽毎に正六角形にする
ことにより、図７に示すように各縦型貯留槽１２Ａ、１
２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの配置及び容量のフレキシビリチ
ィー化が可能となり、且つ蓄熱槽１０の設置スペースを
小さくすることができる。上記の如く、本発明の蓄熱槽
構造は高い蓄熱性能が良く、且つ貯留槽１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの構造をフレキシビリチィー性な形
状としたので、大型の蓄熱槽１０を建設する場合にも省
スペース化及び設備費低減を図ることができる。

【００２２】尚、本実施例では４本の縦型貯留槽で説明
したが、この本数に限定されるものではない。また、縦
型貯留槽の水平断面形状を最も組み合わせ効率が良く、
且つ強度の大きい正六角形としたが、本発明の蓄熱槽構
造は円筒形等の全ての貯留槽に適用することができる。
また、本実施例では各縦型貯留槽を連通管で連通するよ
うにしたが、これに限定されるものではなく、各縦型貯
留槽の上層に温水層が形成され、下層に冷水層が形成さ
れるような連通方式であればよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る蓄熱
槽構造によれば、一端に熱媒体の入口が形成され、他端
に前記熱媒体の出口が形成された蓄熱槽が縦方向の仕切
板で複数の容器に分割されている。そして、隣接する前
記各容器は連通管で連通されると共に、各連通管は隣接
する容器の間で高温側に位置する容器の底部と低温側に
位置する容器の上部とで連通されている。これにより、
上層には常に比重の軽い温熱保有熱媒体層が形成され、
下層には常に比重の重い冷熱保有熱媒体層が形成され、
温熱保有熱媒体層と冷熱保有熱媒体層とが混合されるこ
とがないので、前記２層の境界面を理想的な成層状態に
維持しながら蓄熱槽内を冷熱保有熱媒体を温熱保有熱媒
体に（又は、温熱保有熱媒体を冷熱保有熱媒体に）置き
換えることができる。

【００２４】従って、本発明の蓄熱槽構造は温熱保有熱
媒体と冷熱保有熱媒体とが混合することによる温度ロス
がないので、高い蓄熱性能を維持することができる。ま
た、前記各容器内底部及び／又は上部に整流板を設けた
ので、熱媒体流の流れの向きが変わる際に成層状態を乱
すことがない。これにより、温熱保有熱媒体と冷熱保有
熱媒体とが更に混合されにくくなるので、蓄熱槽の蓄熱
性能を益々向上させることができる。

【００２５】このように、本発明の蓄熱槽構造は、蓄熱
性能が良いので、大型の蓄熱槽を建設する場合にも省ス
ペース化及び設備費低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蓄熱槽構造の断面図

【図２】本発明に係る蓄熱槽構造の上面図

【図３】本発明の蓄熱槽構造の作用を説明する断面図

【図４】本発明の蓄熱槽構造の作用を説明する断面図

【図５】本発明の蓄熱槽構造の作用を説明する断面図

【図６】本発明の蓄熱槽構造の作用を説明する断面図

【図７】本発明の貯留槽構造のフレキシビリチィー性を
示した上面図

【図８】従来の蓄熱槽構造の断面図

【図９】従来の蓄熱槽構造の概略図

【符号の説明】

１０…蓄熱槽 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…縦型貯留槽 １４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…連通管 １６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ…連
通管の開口部 １８…高温度側出入口配管 ２０…低温度側出入口配管 ２２…整流板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に熱媒体の入口が形成され、他端に
   前記熱媒体の出口が形成された蓄熱槽を縦方向の仕切板
   で複数の容器に分割し、 隣接する前記各容器は連通管で連通されると共に、各連
   通管は隣接する容器の間で高温側に位置する容器の底部
   と低温側に位置する容器の上部とで連通されていること
   を特徴とする蓄熱槽構造。
2. 【請求項２】 前記各容器の底部及び／又は上部には整
   流板が設けられていることを特徴とする請求項１の蓄熱
   槽構造。