日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2003年 9 月 41601 並列式温度成層型蓄熱槽の連通口に関する研究連通口抵抗の影響正会員 ○岩田連通口Ａ並列温度成層１．はじめに剛*1 正会員北野博亮*2 正会員相良和伸*3 Ｂ槽三方弁 F 流量計既報 1〜2）では、槽間の連通口を有する並列式温度成層 F F 連通口型蓄熱槽の基本的な性能を把握するために、その実験槽Ｄ槽Ｃ槽を製作し、入力・取水条件が各槽においてばらついている条件を主とした実験を行い、隔壁に設けた連通口が各 F 槽の蓄熱量に与える影響について検討した結果を報告しＡ槽 F Ａ‘ た。２，８８４また、別報 3〜4）では、槽内混合モデルを検討し、実験との比較を行い、シミュレーション結果とよく一致することを示したが、実際の蓄熱槽では、地中梁に連通口を設けるために、これまで行ってきた実験槽の連通口より３，１１０その３ 1,000 ９６２１，０１２１，０９０図 1 実験槽の概要（タイプ 2）低下するために周囲水温と同じ温度になった所で上昇が停止し、その周囲と混合して水平方向に槽全体に広がる。その後は、槽全体として流入量に応じた下向きの流れとも奥行があり、その分抵抗が大きいと予想される。本報では、実際の連通口を想定して、実験槽の隔壁に長さ１ｍの塩ビ製連通口を設置して実験を行い、連通口抵抗の影響について検討した結果を報告する。拡散によって槽内の温度分布が形成されると考えられる。このような槽内の温度分布形成過程を、槽上部の高温水入力による完全混合域と連通口からの流入水がプリュームを形成してある高さで周囲と混合するまでと、その後２．実験概要実験は、冷水槽２次側運転を想定して行った。実験に用いた蓄熱槽の概要を図１に示す。それぞれの槽には、円管の入力・取水口が２カ所づつ設けてあり、その口径は１０ｃｍである。入力流量と取水流量は、配管途中に設けたそれぞれの３方弁によってＡ・Ｂ槽への配分量を任意に設定できる。また、Ａ・Ｂ槽間に設置した隔壁中央部に直径３０ｃｍの円形連通口を設けた。実験条件の一覧を表１に示す。実験は、2 タイプの連通口で行い、タイプ１は、これまでの 22 ケースの実験について報告してきたシミュレーションの結果とよく一致していた条件で、単に断熱材で作られた７ｃｍ厚の隔壁に穴をあけただけのものである。タイプ２は、タイプ１の穴に１ｍの塩ビ製パイプを両槽へ均等に突き出た状態で設置した場合である。蓄熱量の差が、連通口によってどの程度解消の槽全体の流れによる温度分布形成の三段階に分けて、それぞれＲ値モデル、プリュームモデル 7）と一次元拡散モデルの併用による槽内混合モデルを考えるものとする。連通口内の流速分布は、換気計算に利用される次式の流速モデルを適用した。 u (h ) = α 2 ρ ∆P( h ) = ∆Pm − ∫ {ρ A ( z ) − ρ B ( z )}g d z h 0 できるとしているが、槽底部での基準圧力差ΔPm は未知なので、連通口での正味流量が槽間流量と一致するように収束計算して求めることとする。また、流量係数αは、これまでの実験で用いてきたタイプ１の場合、連通口全表1 実験（データ名）量の配分を 1：0、1：2、2：3 として実験を行った。３．槽内混合モデルと計算条件連通口流速分布の概念図を示したものである。槽内水位の中間付近の連通口から槽内水温より高温の入力がある場合に、その入力水は槽内に流入した直後に浮力の効果により上昇流（プリューム）となると考えられ、上昇とともに周囲の水を巻き込んでプリュームの水温が徐々に（１）圧力差ΔP は、連通口両側の槽内垂直温度分布から計算されるかを検討するために、Ａ槽、Ｂ槽の入力・取水流図 2 は、連通口位置から形成されるプリューム 5〜6）と， ∆ P (h ) 初期温度(゜C ) 入力温度(゜C ) A槽入力流量(L/min B槽入力流量(L/min A槽取水流量(L/min B槽取水流量(L/min 連通口の長さ連通口の種類実験条件の一覧実験１実験23 実験24 実験25 (H990317) (H030120) (H030121) (H030122) 8.5 14.9 51.5 51.5 7ｃｍタイプ1 6.6 6.2 6.3 11.7 12.6 12.9 55 14.7 16.7 28.1 25.7 54.9 14.5 17.3 28.9 25.6 100ｃｍ 100ｃｍ 100ｃｍタイプ2 タイプ2 タイプ2 Study on Parallel Type of Temperature-stratified Thermal Storage Tank with Connecting Hole through Tank Partition. Part 3 Flow Resistance of Connecting Hole through Tank Partition IWATA Takeshi, KITANO Hiroaki, and SAGARA Kazunobu. ̶1241̶ 面に渡って一定値（α＝0.7）と仮定し、シミュレーショプリュームン結果とよく一致した。４．計算結果と考察図 3 から 5 に実験とモデルによる槽内温度分布の比較仮想点熱源を示した。なお、図 3,4,5,中Ｂ槽の計算結果は、上部入 ↓ 中性帯連通口内流速分布力がまったくないため、連通口からの入力流量のみによるプリュームモデルの計算結果と考えられ、連通口に関連したモデルを検討する上で都合がよい。図 3 は、比較的連通口抵抗が小さい場合（タイプ１）の結果であるが、プリューム実験結果は、連通口での流れに影響する流量係数を 0.7 図2 でシミュレーションした結果と非常によく一致している。プリューム流の概念図次に、図 3 と同様な入力条件で、連通口をタイプ２とした場合の結果を図 4 に示したが、図中Ｂ槽の計算結果は実験結果よりも蓄熱量が多めに計算された結果となった。これは、連通口抵抗が大きくなったにもかかわらず、流量係数を 0.7 として計算したためと考えられ、流量係数を 0.5 として再計算した結果を図 5 に示す。図中Ｂ槽については、ほぼ一致したが、Ａ槽の連通口付近の温度分布に若干差異が生じた。そこで連通口が両槽に突き出た状態になっているので、連通口自身の容積を考慮して再度計算したが、ほとんど変化が見られず、この原因につ連通口内流速分布（計算）いては、今後検討する必要があると考えている。図3 ５. おわりに α＝0.7 温度分布の推移（実験 1）18 分毎に図示蓄熱量の評価などを目的に、連通口の影響が大きい並列式温度成層型蓄熱槽の槽内温度分布を予測するための槽内混合モデルを示し、実験結果によりモデルの妥当性の検討を行った。その結果、実際の連通口を想定した比較的連通口抵抗の大きい場合でも、モデルの流量係数を変えるだけで対応できることがわかった。［文献］ 1) 侯他：並列式温度成層型蓄熱槽の連通口特性に関する実験的研究、日本建築学会学術講演梗概集、1999 2) 岩田他：並列式温度成層型蓄熱槽の連通口特性に関する研究、日本建築学会学術講演梗概集、2000 3) 侯他：並列式温度成層型蓄熱槽の連通口に関する研究その 1 〜3、日本建築学会東海支部研究報告集、2000、2003 4) 岩田他：並列式温度成層型蓄熱槽の連通口に関する研究その１〜3、空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集、’99〜’00 5) 玉井信行：密度流の水理（新大系土木工学２２）、技報堂、1980.3 6) Chia-Shun Yih：Free Convection due to a Point Source of Heat、U. S. National Congress of Applied Mechanics、pp.941〜947、1951 7) 相良他：浮力の影響が大きい連結型蓄熱槽の槽内混合モデルに関する研究、日本建築学会計画系論文集、No.475，1995.9 ［記号］ g：重力加速度 [m/s2]，h：高さ [m]，u：連通口内部流速 [m/s]，z：高さ [m]，Δz：計算における垂直分割幅 [m]， α：連通口の流量係数，ρ：水の比重量 [kg/m3]，ρＡ・ρ Ｂ：連通口の両側の槽中央垂直温度分布に対応した水の比重量 [kg/m3]，ΔP：連通口両側圧力差 [Ｎ/m2]，ΔP m：連通口両側基準圧力差 [Ｎ/m2] *1 *2 *3 三重大学工学部建築学科技官三重大学工学部建築学科助手・工修大阪大学大学院工学研究科建築工学専攻教授・工博連通口内流速分布（計算）図4 連通口内流速分布（計算）図5 α＝0.5 温度分布の推移（実験 23）12 分毎に図示 Research Engineer, Dept. of Architecture, Faculty of Eng., Mie University Research Assoc., Dept. of Architecture, Faculty of Eng., Mie University, M. Eng. Prof., Dept. of Architectural Eng. ,Graduate School of Eng., Osaka University, Dr. Eng. ̶1242̶ α＝0.7 温度分布の推移（実験 23）12 分毎に図示