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JPH0133746B2 - - Google Patents
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JPH0133746B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0133746B2
JPH0133746B2 JP56078238A JP7823881A JPH0133746B2 JP H0133746 B2 JPH0133746 B2 JP H0133746B2 JP 56078238 A JP56078238 A JP 56078238A JP 7823881 A JP7823881 A JP 7823881A JP H0133746 B2 JPH0133746 B2 JP H0133746B2
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JP
Japan
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tank
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temperature
layer
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Application number
JP56078238A
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JPS57192750A (en
Inventor
Takao Okada
Yoshiaki Shoji
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Takasago Thermal Engineering Co Ltd
Original Assignee
Takasago Thermal Engineering Co Ltd
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱利用の蓄熱水槽における還水操
作の改善に関する。
太陽熱利用の蓄熱水槽においては、集熱器から
の還水や、冷凍機または給湯用機器等の負荷側の
還水が流入し、同量の水が流出するように構造さ
れるのが通常であるが、この蓄熱水槽に流入する
還水の温度レベルは相互に異なるばかりではなく
時間的にも変動することが避けられない。このよ
うな還水温度の変動があつたとしても温度レベル
の異つた水が相互に混合しないで温度成層が常時
形成されるのが理想的であるが、この蓄熱水槽と
1次側および2次側とを配管で接続しただけの従
来方式では温度成層が形成されるような状態は維
持できない。
本発明は、相互に温度レベルが異なる2系統以
上の還水が流入し、かつ各還水の温度が経時変化
するような太陽熱利用蓄熱水槽の蓄熱特性の向上
を目的としてなされたもので、太陽熱集熱器と蓄
熱水槽との間を冷温水が循環するようにした1次
循環水回路系と、蓄熱水槽と負荷との間を冷温水
が循環するようにした2次循環水回路系と、から
なるソーラーシステムにおいて、連通孔を縦方向
に連設したほぼ垂直な仕切板であつて且つ槽底部
から液面上部まで達する仕切板によつて蓄熱水槽
内を小槽と主槽に分割し、太陽熱集熱器への往水
を該主槽の下部から取水し、そして負荷への往水
を該主槽の上部から取水すると共に、太陽熱集熱
器および/または負荷からの還水を前記の小槽内
に導入するようにしたことを特徴とする。
図面に従つて本発明を具体的に説明すると、第
1図は本発明に従うソーラーシステムの1例を示
す系統図であり、1は太陽熱集熱器、2は蓄熱水
槽、3は冷凍機や給湯機器などの負荷である。太
陽熱集熱器1と蓄熱水槽との間では還水管路4と
往水管路5によつて1次循環水回路系を形成して
おり、蓄熱水槽2と負荷との間では還水管路6と
往水管路7によつて2次循環水回路系を形成して
いる。蓄熱水槽2はほぼ垂直な仕切板8によつて
小槽9と主槽10に分割されており、この小槽9
と主槽10は仕切板8に設けられた連通孔11に
よつて連通している。この連通孔11は槽底部か
ら液面上部までの高さもつ垂直な仕切板8の底部
から液面近くまで列をなして多数穿孔されたもの
である。この連通孔11の形状および数は、小槽
9内で形成された温度差に基づく冷水および温水
の層がそのまま主槽10の側に平行移動できるよ
うなものであればよい。このような連通孔11を
有する仕切板8によつて形成された小槽9を還水
槽として使用する。したがつて以後、この小槽を
還水槽と呼ぶことがある。
太陽熱集熱器1および/または負荷3の還水は
前記還水槽9のほぼ中央に導入される。また太陽
熱集熱器への往水は主槽の下部から取水され、そ
して負荷への往水は主槽の上部から取水される。
これによつて、主槽10内では極めて望ましい温
度成層が形成される。以下にこの温度成層が形成
される状況を第3〜16図に示した実施例によつ
て具体的に説明しよう。
第3〜4図は実施した蓄熱水槽の構成を示して
おり、600×400×600(高さ)mmの槽内を仕切板8
で還水槽9(幅=170mm)と主槽10に区切つて
ある。仕切板8のほぼ中央には槽底面より高さ方
向に50mmピツチで直径25mmの円形の連通孔11を
9個設けてある。還水管6は還水槽9のほぼ中央
に浸漬し、多数の開口を有する水平な吐出管12
がこの還水管6の端部に接続されている。この吐
出管12は還水槽9内の液の高さ方向におけるほ
ぼ中央に位置しており、上向きの開口が多数設け
てある。また、この開口上部にはバツフアプレー
ト13が取付けてある。他方、主槽10において
は仕切板8と対応する壁面に、槽上部の液が取出
せるような箱型開口部14が取付けてあり、これ
は往水管7に連結している。なお図中の×印は熱
電対による測温位置を示している。
第5〜7図は、このように構成した槽内に、温
度35℃の高温層(TH層)と温度17℃の低温層
(TM層)との2層が形成されているところへ、温
度4℃の還水流(TL層)を還水管6から還水量
G=4.6/min,U=0.415m/Sで導入したと
きの槽内の様相を示しており、第5図は還水直前
の状態、第6図は還水初期のフロー状態、第7図
は還水15分後の様相である。また、第8図は第3
〜4図に示した測温位置での水温の経時変化を示
したものである。
この第5〜8図に見られるとおり、本発明法に
よると、低温水が流入した場合、槽内にある高温
水を効果的に取出すことができる。すなわち主槽
10内において温水層は乱されることなく冷水層
によつて順次押し上げられ、堅型ピストン流とな
つて温水が往水管に効果的に流出してゆく。
この様相をさらに詳述すると、流入水は還水管
吐出口の上部に設けられたバツフアプレートに衝
突した後、左右に分流し、バツフアタンク内の槽
壁面と仕切板に沿つて下降する。バツフアタンク
内を下降する流入水は初期水槽内TM水層を巻き
込みながら混合流となり、若干温度を上げ低温層
領域中にある仕切板の連通孔より集熱槽に吐出さ
れる。集熱槽内では密度差により下向きに流れ、
時間経過とともに槽底部から徐々に還水流の低温
層が形成される。還水管吐出口位置近傍では流入
水によつて高温層と低温層が混合され、その一部
がこの近傍の仕切板連通孔より集熱槽の高温層部
に流出するが、槽内では密度差により高温層部の
下側に沈む下向きの流れとなり、やがて密度差の
無くなる低温層域で水平流となる。したがつて槽
内の流れは還水管吐出口付近と温水層の境界付近
に若干の乱れを生じるが全般的に温水層は乱れる
ことなく、冷水層に順次押し上げられ水槽上部の
往水口から流出する堅型ピストン流れとなつて槽
内の高温水を効果的に取り出すことができる。
第9〜11図は、温度27℃の温水層(TM層)
と温度6℃の冷水層(TL層)との2層が形成さ
れているところへ、温度40℃の高温水(TH層)
を還水管6から、還水量G=4.6/min,U=
0.416m/Sで導入したときの様相を示しており、
第9図は還水直前の状態、第10図は還水初期の
フロー状態、第11図は還水15分後の様相であ
る。また第12図は第3〜4図に示した測温位置
での水温の経時変化を示したものである。
第9〜12図に見られるとおり、高温水が還水
する場合に、槽内の温度の低い水と混合すること
なくそのままこれを取り出すことができる。
この様相をさらに詳述すると、還水管から吐出
された流入水はバツフアプレートに衝突した後、
左右に分流し、バツフアタンク内壁面と仕切板に
沿つて槽内TM温水層を巻き込みながら上昇する。
従つて吐出初めはバツフアタンク内の流れは混合
流となりこの混合流がバツフアタンク内を上昇す
るにしたがい、その近傍の仕切板連通孔から集熱
槽内に流出する。連通孔からの流れは初め水平方
向に吐出されるが、噴流エネルギーの減少と密度
差により、ゆつくりと槽上部に向い、この流れに
よつて槽内温水層は若干乱される。時間経過とと
もに、バツフアタンク内の還水管吐出口から上部
は高温の還水流で置換され、還水流は仕切板上部
の連通孔から水平に槽内に流出し往水口に至る。
最終的に槽内は第11図に示すような3つの温度
層から構成される。すなわち還水流による槽内の
流れは、還水開始初めは若干乱れるが、時間経過
とともに還水流は槽内をバイパスして流れる形と
なる。したがつて、例えば太陽熱集熱器で集熱さ
れた高温水が還水された場合に、槽内の低い温度
の水と混合することなく、これを高温のまま負荷
側に供給できることになり、極めて効果的な運転
ができる。
第13〜第15図は、温度35℃の高温層(TH
層)と温度6℃の低温層(TL層)との2層が形
成されているところへ、温度23℃の還水流(TM
層)が還水管6から、還水量4.6/min,U=
0.416m/Sで導入したときの様相を示しており、
第13図は還水直前の状態、第14図は還水初期
のフロー状態、第15図は還水15分後の様相であ
る。また第16図は第3〜4図に示した測温位置
での水温の経時変化を示したものである。
第13〜16図に見られるとおり、槽下部の低
温水は死水域となり、これを混合することなく槽
内の高温水は温水によつて順次押し上げられ堅型
ピストン流を形成してこれを効果的に取り出すこ
とができる。
この様相をさらに詳述すると、バツフアタンク
内に還水管から吐出された流入水はバツフアプレ
ートに衝突した後、左右に分流し、バツフアタン
ク壁面と仕切板に沿つて温水及び冷水層を巻き込
みながら、上下に向う流れと、還水管位置付近の
仕切板連通孔から集熱槽に吐出する流れとに分け
られる。バツフアタンク内を上下に向う流れは、
上側が温水層と下側が冷水層と混合層を形成しな
がら上下に進行する。この混合層流は往水口の位
置関係で低温水層側にはあまり進行せず、高温層
側に層厚を増す。層厚が増すにつれて、その領域
中にある仕切板連通孔より集熱槽内に還水流は流
出し集熱槽内では高温水層と低温水層の間、すな
わち境界層付近に向つて流れる。従つて集熱槽内
の高温水層側に流出した還水流は下向きに、また
低温水層側に流出したものは上向きに流れ、温度
差の小さくなつたところで対向壁面に向う水平流
となる。一方、還水管吐出口近傍の仕切板連通孔
から集熱槽内に流出した還水流は還水吐出口が高
温水層と低温水層の境界付近に位置したため、ほ
ぼ水平に対向する壁面に向つて流れ、やがて壁面
で衝突して上下に反転する。このように水槽内の
流れは、バツフアタンク内の混合水層の進行に伴
う連通孔からの流れと還水吐出口近傍の連通孔か
らの流れの合体により還水流層を増しつつ、その
上部の高温水層を徐々に押し上げ往水口から流出
させる堅型ピストン流となる。この場合低温水層
は死水域に担当することになる。したがつて、こ
の場合においても槽内の高温水は低温水と混合す
ることなくこれを効果的に取り出すことができ
る。
以上説明したように、本発明によると、蓄熱水
槽に密度差によつて自然温度成層が形成され、こ
の槽内に低温水、高温水または中温水のいづれが
還水したときも高温水を効果的に取り出すことが
できる。したがつて、太陽熱集熱器および/また
は負荷側からの還水の温度が変動しても高温水だ
けを選択的に負荷に供給できることになり、ソー
ラーシステムの従来の給熱変動の問題が本発明に
よると簡単な構成でありながらこれを効果的に解
決することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のソーラーシステムの系統図、
第2図は第1図の蓄熱水槽の平面図、第3図は本
発明実施例の蓄熱水槽の断面図、第4図は第3図
の−線矢視図、第5〜7図は冷水の還水があ
つた場合の槽内の様相を示す図であり、第5図は
還水直前の状態、第6図は還水初期のフロー、第
7図は還水15分後の様相を示し、第8図は第5〜
7図の例における槽内水の温度の経時変化図、第
9〜11図は高温水の還水があつた場合の槽内の
様相を示す図であり、第9図は還水直前の状態、
第10図は還水初期のフロー、第11図は還水15
分後の様相を示し、第12図は第9〜11図の例
における槽内水の温度の経時変化図、第13〜1
5図は中温中の還水があつた場合の槽内の様相を
示す図であり、第13図は還水直前の状態、第1
4図は還水初期のフロー、第15図は還水15分後
の様相を示し、第16図は第13〜15図の例に
おける槽内の温度の経時変化図である。 1…太陽熱集熱器、2…蓄熱水槽、3…負荷、
4,6…還水管路、8…仕切板、9…小槽(還水
槽)、10…主槽、11…連通孔。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 太陽熱集熱器と蓄熱水槽との間を冷温水が循
    環するようにした1次循環水回路系と、蓄熱水槽
    と負荷との間を冷温水が循環するようにした2次
    循環水回路系と、からなるソーラーシステムにお
    いて、連通孔を縦方向に連設したほぼ垂直な仕切
    板であつて且つ槽底部から液面上部まで達する仕
    切板によつて蓄熱水槽内を小槽と主槽に分割し、
    太陽熱集熱器への往水を該主槽の下部から取水
    し、そして負荷への往水を該主槽の上部から取水
    すると共に、太陽熱集熱器および/または負荷か
    らの還水を前記の小槽内に導入するようにしたこ
    とを特徴とするソーラーシステムの還水法。
JP56078238A 1981-05-23 1981-05-23 Water returning method in solar system Granted JPS57192750A (en)

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JPS57192750A JPS57192750A (en) 1982-11-26
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