温度レベルの異なる熱源に対応する複数温度帯同時蓄熱槽に関する研究

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04729
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 北野 博亮 三重大学, 工学研究科, 准教授 (80293801)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩田 剛 三重大学, 工学研究科, 技術専門員 (20636542)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 蓄熱 / 温度成層型 / 空気調和

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーや廃熱などを最大限利用するため，複数の熱源からの冷熱や温熱をその温度や熱量に応じて蓄熱し，冷暖房や給湯などの温度レベルの異なる複数の用途に利用することが可能な蓄熱システムの開発を最終目的としている。本研究課題では，蓄熱槽として、高さ方向に複数の流入出口を設けた温度成層型蓄熱槽を対象とし，蓄熱槽の基本性能の把握と槽内温度性状を予測するための槽内混合モデルの開発，多様な熱源で構成されたシステムを想定したシミュレーションによる性能評価を目的としている。
２０１９年度は、基本的な蓄熱性能の把握と数値流体解析および槽内混合モデルの精度検証のための比較データの収集のため，模型実験を行った。また、数値流体解析を行い、実験結果を用いて槽内温度の計算精度の検証を行っている。
模型実験では，円筒型の貯湯槽を改造し，容量０．１７ｍ３，水深１，２００ｍｍの模型蓄熱槽を作成し，槽の上部と中間高さ，下部の３か所に円盤型の流入出口を設置した。実験の流入出条件として，基本的な槽下部から取水し上部からの高温水入力する実験の他，蓄熱槽の上部，中間，下部にそれぞれ，１７℃，１２℃，７℃の水を流入出する実験を行った。実験の結果，一つの蓄熱槽内に二つ温度帯（７－１２℃，１２－１７℃）で良好な温度成層が形成されること，混合損失の少ない蓄熱が可能であること等が確認できた。
数値流体解析の結果，基本的な槽下部から取水し上部からの高温水入力する実験について，槽内温度の推移を精度よく予測できることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度予定していた実験はおおむね実施できた。

Strategy for Future Research Activity

今後は，以下の課題に取り組む。
模型実験：初年度に引き続き，種々の条件下での蓄熱槽性能や大温度差蓄熱時の混合損失の定量的な把握を行うとともに、CFDと槽内混合モデルの精度検証のための比較データを収集する。
数値流体解析：温度成層型蓄熱槽のような乱れの抑制効果が高い流れの解析に用いられている乱流モデルを用いた数値流体解析を行う。実験結果と比較して槽内温度についての計算精度の検証の後，実験では不可能な条件を含む，複数の温度帯の蓄熱を想定した解析を行う。
槽内温度を予測するための槽内混合モデルの開発：複数の温度成層が形成される蓄熱槽に任意の位置（高さ）において流入出がある場合の、槽内混合性状のモデル化を行う。流入水と槽内水との密度差に応じて、流入水と槽内水が混合する領域の位置と深さを決定する方法を提案し、流入条件で決まる入口アルキメデス数と混合域の深さの関係を実験式について検討する。

Causes of Carryover

実験装置の工夫や既存の機器の利用により，実験用資材等の費用を節減できた。次年度に行う実験のために，データ収録装置の計測ユニットの増設を予定している。