G
I
700， 1000kg/m2s p トマ: 1.47MPa 0: 2.45MPa GI
209， 700kg/m2sPト0: 0.20MPa 2
105
5
104 2
2. 1.4システム特性
1:4j熱過れでは， q気(-t力11烈'IÜ)jを1dAmi-J-ることによって . jj_jlIlUQで1HJifA;711にわ(L人ι せることができる。 したがって， 許熱;'flSU)烈�q ，11↑'1:(士他ぴ〉十lijjjjLliiJぷと(tJJIj fl，I，1にflifi初r11 f能 である。 11者熱(本の1hll交分イIîは， 式(2.6)からょに(2.10)を人1Iから1[11 1_1までの必然 体の各れんがに順次巡UIJして求められる。11ff熱(本Il\ 1 Iの平:%がケR54刊行政ブアンとん矢先L 発生部を通って加熱部に流入するが， 115熱ilJMIllではぷなけCIl�. ;'flS -c-の熱交換はないので，
空気を指定された況LJJrに加熱するための}}Jr'民lUノJはl汁引で求められた必然;'mlu 1I ìlllL 度によって決まる。
放熱過程では， 蒸気発生部の人11宅3<\泊lU主-がJgf熱tflSl1\11シ足以行IrU交と1[11じになるJILLと，
蓄熱部人口空気温度が蒸気発生部出fl空気温度と|μlじになるJJAを除いて， 抗熱;'mの熱 特性解析は蓄熱過程での解析と同様のノJ法で行える。 ツ巨�ti市id:が与えられたときの熱 放出量あるいは指定された熱放出量を件るための雫�t流Jltは， ぷ(2.6)からよ(2.20) までを解くことで求められる。
2. 2解析結果
前節で述べた方法により， 者熱システムの熱特性のWI�析を行ったoJJ熱材には料îL:
質!耐火れんがを用いるものとし， その物性仰として次のイ11'(を)IJし1た(.15)。
密度 2，150 kg/m:3
比熱 0.879 kJlkgK
熱伝導率 1.51 W/mK
2.2. 1蓄熱過程における蓄熱部の特性 (1 )蓄熱休と空気の温度分布
菩熱体のれんがの厚さJ)=40 mm， 空気通路IIJrl� .)' = 7.5 mm，訪す%H本のllliさλ=2.5 m J害熱体初期温度2000Cの場介に， 1列のシ正気通路についてI?<I2.1の紙1('ÎにIr�[I'(必)Jlrij の単位長さあたりの空気流泣Wa/Z二18 kg/mhで8000Cの常気が供給されたliJ介の れんが中心と空気の温度分布を悩2.5示す。
最初は蓄熱体入口付近で熱交換が行われ， 空気混度は流れノJ向に急速に低ドする。
しかし， 時間の経過とともに入り口付近の蓄熱体の温度がと舛-してこの部分の熱交換 量が減少するため， 空気温度が急速に低下する領域は下流似IJに移動し， 温度勾配も時
ハ可りつ臼
1000 900 800 700 àJ 600 世話 500 国司 400 300 200 100
。。
D = 40.0mm Wal Z二18kg/mh
一一一 空気九
一一ー 蓄熱体 Ts 0.2
Tah二8000C T.çQ = 200"C
0.4 0.6
無次元距離 x/L
流れ方向
ーー一ーー..
時間
0.8
図2.5 蓄熱過程の温度分布挙動
1.0
問の経過とともに次第に緩やかになる。JZ熱{本の1/UU文は空気より少し巡れて!こがする が， 空気温度との差はあまり大きくない。
苔熱量は蓄熱体温度分布曲線と座標II�uで凶まれたIÚÎft'Jに比例し， JfJ7抗体の1/IIUJtが 8000Cで一様になったときに最大となる。 しかし， このシステムでは必然体UH I O)?�
気温度はファンの許符温度で制限される。仮にそのれ二作品J)交を3500Cとすると，じ(] 2.5 の蓄熱過程は8時間で終了しなければならない。 このような制約のもとで、前熱{止をで、
きるだけ大きくするには， 温度勾配は念、11唆であることが引去しし u
(2)空気流量の影響
1笠熱体、J-法は(1 )のままで， 空気流iJW{/ / Zを9"-'27 kg/mhの純Ur-Iで変化させた ときの6時間蓄熱後の出度分布を凶2.6示す。 この行Y54L11iJIM沌[Jr-!で、はJill�名戸、!の流れの レイノノレズ、数は100"-'600で層流の領域であり， 熱伝達率は流btに無関係で、ある。 こ のため， 低空気流量では流れβ向の温度低ドが大きく， 1}1よ皮分イIjは急勾配になる。 し かし， 空気流量13.5kg/mh以下では出U部の蓄熱体温度は6B寺間長熱ではまだ上昇 しておらず， 空気流量が少ないほど蓄熱に要する時間は長くなる。 空気流泣が多いと 蓄熱は早く完了するが， 温度分布は緩やかになる。
-ao
-1000 900 800 700
� 600 住区 500 国司 400 300
200
一一一 空気Ta 蓄熱体Ts
。 0.2 0.4 0.6
無次元距離 x/L
図2.6 空気流量の影響
流れ方向
一ーー・争』
0.8 1.0
� 2.6からわかるように， 蓄熱体の|同さを低くすれば少ない明会LUでも女\lIL'J-qn 1で訴 熱を完了することができ， 急峻な温度分布が件られて1昨今持続)�はIí， J 1-_する。 しかしな がら， 蓄熱密度が高くなっても所定の詐熱蛙をねるための詐熱体のJil;は111iさの低ド分 ほどには減少しないので， 高さを低くするとよりJl�し\設iitI�スペースが必叫になる。
したがって， 決められた蓄熱時間内で者熱を完rでき， できるだけ急峻なY/"L皮勾配 を得られるように， 設置スペースも巧慮、して訴熱体、「法と常気流J止をiTjtkiごしなければ ならない。
(3)空気通路幅の影響
、� 2.7は， 空気流量Wa / Z = 18 kg/mhで， ツ巨:'xtiillliD 11'1，1;が5 mm， 7.5 mmおよび10
mmのときの6時間蓄熱後の空気温度分イIîを比l校したものである。11î]じシ足気流lit-cq 気通路幅を狭くすると急峻な温度分布が符られる。|司 -q気流Jitのもとで、は通路II'h�が 狭いほど流速は速くなるが， 屑流領域ではヌセルト数は常気流速によっては変わらな い。 したがって， 通路幅が狭いほど等価直径が小さいので、熱伝達率は向くなり， 熱交 換量が増加して温度分布が急勾配になる。
-:� 1
-1000 I 900ト S.J 800
� 700
制EaH z 500
�H 400 300 200 100
。
。 0.2
(4)蓄熱体厚さの影響
図2.7
蓄熱時間t= 6.0h Wα/Z = 18kg/mh
D = 40.0mm Tah = 8000C
L = 2.5m 1\0 = 2000C
、ミ、
流れ方向ーー一一ー�0.4 0.6 0.8
無次元距離 x/L 空気通路幅の影響
1.0
、�2.8は， 空気通路It屈が7.5mmで，れんがの惇さを20mmから50mmまで変え たときの蓄熱6時間後の空気温度分布を比l絞したものである。もし占!?熱存IS全体の、「法 を一定に保つならば， 空気通路の数はれんがの厚さによって変わり， オ�気の全力先立を 一定とするときは各通路あたりの空気流量も変化する。 このことを巧仮して， 空気と 蓄熱体の熱容量比WaCa1/ MsCsが一定の条1fl二で比l肢を行った。
図から， れんがが務いほど流れノゴ向に大きな温度勾配が形成されることがわかる。
これは次のような耳目出によるものである。 すなわち， シ足気通路11'11�が -Jl・-('あることか ら屑流域では空気流量に無関係に熱伝達率は 一定であり， 出jjLTj三が[I ïJじ似合空気から れんがへの伝熱量も同じになる。 したがって， れんががì�，れ\ほどれんがのIluL皮は'，Lく
上昇し， 各通路あたりの空気流量が少ないことから流れノjlíl]の明会\11rd.)Jtの低ドは台、に なる。
-3 2
-1000
Wa ('(1 I/Ms Cs = ('011S1
蓄熱時間t=6.0h
900卜 S = 7.5mm Tah = 800"C
L = 2.5m 7\0 = 2000C
800
f，.J
、、x
流れ方向� 600 ーーー一ー・ー
悩唄l則原
500
20
300 30
40
200 1- 50
100
。。 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
無;欠元距離 x/L 図2.8 蓄熱体厚さの影響
(5)最適条件
上述の解析結果から， 空気通路を合まない帯熱体のみの料相が -Ji:のもとでの抗熱 容量は， 空気流量が少なく， 空気通路|隔が記長く， かつれんが)ltさが薄いほど大きくな ることが明らかになった。 しかし， 苔熱{相手さをあまりに抗手くすると宅気通路を合む 蓄熱部全体の単位容積あたりの蓄熱量はかえって減少する。 これについての応日的汗 価は次項で述べる。
2. 2. 2蓄熱有効度と蓄熱密度
蓄熱体に実際に蓄熱される熱量は， Jijj然体内ì'fISに形成されるY}IILJi分イ11に依イj吋-るu ここで， 蓄熱体全体が一保な制度� TEの場介の必然iJt�Qsoに刈ーする:)ミl僚の必然II(Q.\.O) 比を蓄熱有効度&sと定義する。 蓄熱体人rl�気YlrJ.J交が8000C '人iごで詐熱を行う以-介，
TE = 8000Cである。 &sは時間の関数であり， 次式で、Lじみされる。
ι 二Qs 二
- f
Cs(T一九)dm
.) Qso
f
Cs(ら一九)dm
(2.22)
-;-3:3-主熱{本の微小TI-;it122:ぷを芯i床する 円)は基Yf�i昆皮 ， dml
14Ji熱;'ilj Ji子熱過f\�においてJfJ熱イ1・効f芝Esが11，'1'I/Ijによって変化する十美子を，
|ヌ12.9は，
1:flJ171L(小;の11.Jiさ2.5 n1，
こjしI;t，
1:1-\ �l空気侃度7んの変化とともにぶしたものであるけ
tJ;Y5djJfi }sit 111JJ17具体人1 Iツ沢弘UjilljE8000C ，
Tq;;熱{本初JJり!;lU主2000C，
れんがの坪さ40 mlTI ，
18 kg/mhの場合で ， 空気通路I!W;Sを5 ， 7.5 ， 10 mmの3iWりにう変えて比'1佼している。
ここ-Ct士
う条件を�-1必:して ， シ巨気循環'ファンの作動1ful)交の1:限を350oC'こ抑えるとし
JF?熱部山II空気出度'j�cが3500C�こ述ーしたときの14jj烈イ1・効j史-をJl立大峠熱イ(�JJ)定乙\ーrnax このlil-31条件 し1方が大きく必る(ば( 1('1がみられ，
ん-maxは空気通路|隔Sが小 とする。
Xが小さし\);
ではSが5 mmのとき長熱開始から 8 時 1 1\120 分 後に82.5%に述すとり
sの減少に{、!�う熱伝iliユネ:
|ヌ12.7の説 明で述べたよ うに，
がん-maxが大きくなるのは，
告も�nll度分イlíが忽勾配になって11\ rl ��気 が増加し，
の増大によって蓄熱体への伝熱
蓄熱時間をその分長くとれるからである。
するため，
温度九cが低
どの形状、J-l1-�や空気流 長熱{本0)I{':] f
{; s-maxは空気通路11癌のほか， れんがの厚さ，
などの運転条件によっても変化する。
1000 100
ρ
Mm叫関紙剣 話rN
800
400
200
10 0 600 εs-m似
2
図2.9
Sm作1
5 7.5 10
8 6
蓄熱有効度の時間変化
A句。ο
間 h
時
4
Dニ40.0mm
L = 2.5m Wa/Z
=
18kg/mhTαh
=
8000CTso
=
2000C80
20
。
。 60
40 bぞ
ω
川m授陣核抑
l�述の蓄熱有効度は，J害熱体の熱特性IfIîかららた11fj熱件;/ltをJ<こすーっのJ行以である が，J害熱{本と空気通li-0を合んだ、書熱背15全体を与えると，必然体光Júキも11ff熱情j支を大;
配する重要な要因である。告熱(本光成本E::"は，訴熱{本のみの谷村IHJ'.、とツ円以Jlli�名を�t 蓄熱部全体の容積Vs。の比Vs / V.Wとして定持され，#;熱{本の)�状I��i?，�だけで決まる ここで対象としている蓄熱部形状の場合，1!??熱体充民不/:;，.(:t次点で、IJ-えられ00
E二一一一D (2.23)
V D+S
εEとんの積は，次式のように，仮忽的に空気通路にも誌熱体があるものとして片足 温度で蓄熱された場合の蓄熱量仏。/8v と，空気通路を有し1M}交分イ11がある14与す渋;'fI)のx
|療の蓄熱量Qsの比を意味しており，これを総合詩熱イ]効&E::0/1と|卜Fぶことにする。
o.
80A -εsεv 二 コこ27一
Çlぬ/8v (2.24)
80A を用いると，要求される蓄熱量Q，.eqが与えられた場合に，空気通路も7TむJ??熱rf15 全体の所要容積んは次式で表される。
Vso二Q，.eq qvεOA
また， 蓄熱部容積ん の蓄熱密度は，
(2.25)
そ二川 (2.26)
である。このように， 80Aは蓄熱部の実質的な蓄熱密度を決める，TI �菱な折原となる。
なお，式(2.25)，(2.26)中のqvは，一様温度らで喜子熱された場介の空気通路をつ;
まない蓄熱体単位容積あたりの蓄熱量であり，次点で、よーされる。
qv =イCsdT (2.27)
、� 2.10は，空気通路IIJ高Sを5， 7.5， 10 mmと変えたときの諒烈体充出ヰ�8"，およ
び蓄熱開始から6時間後の蓄熱有効度εs と総合誌熱有効度εοノiをれんがのj平さDに対 して示したものである。図では，れんがの厚さDが変わっても書熱た15全体の宅気流J止 が一定となるように，空気の熱容量と蓄熱体の熱容量の比WaC)/ MsCsが-:J:の条件 で比較しているo 8"， 8s' 80.バのいずれも空気通路幅が小さいほど大きいが，εsは