寒冷地における塩水太陽池の熱特性評価

A one-dimensional numerical model which simulates the dynamic thermal performance of stratified salt-gradient solar pond is described. The model simulates the thermal performance in the upper convective layer, the nonconvective layer and the lower convective layer in a cold climate. In addition to the energy flux in the solar pond, the model simulates the varying ice thickness appearing in the upper convective layer during the winter season. From the results, it is noticed that it is important to maintain the optimum thickness of the nonconvective layer and the clearness of the upper convective layer for the high thermal efficiency of the salt-gradient solar pond.

太陽池（ソーラポンド）は、広い池に塩水や水などの熱容量の大きな液体を溜めて置き、降り注ぐ太陽エネルギーを低温集熱（最大100℃くらい）すると同時にその液体の大きな熱容量を利用して、それ自体を蓄熱装置とするものである。太陽池は通常の太陽熱利用システムに比してその大きな蓄熱能力にもかかわらず装置が簡単で、種々の地域で容易に利用可能な技術である。また、その蓄熱容熱の大きさより、太陽エネルギーの日単位での変化の影響をほとんど受けず、太陽池の蓄熱水温度は、日射の季節的変化により比較的長周期の変化をするために長期の太陽エネルギー蓄熱が可能となる。近年太陽池は、太陽熱エネルギーの蓄積ばかりでなく、各種低温廃熱の蓄熱場としての利用も考えられ始めている。太陽池には、蓄熱部より大気への熱対流による熱損失防止のための種々の方策が提案され、種類も多岐にわたる。本研究は、図1（a）に示すように無機塩濃度を太陽池底部に向かうに従って増大した安定な非対流層（Non-Convective Layer）を設けて、蓄熱層（下部対流層、Lower Convective Layer）よりの熱対流を抑上し、上部熱損失を軽減する塩水太陽池を対象とする。すなわち、下部対流層である蓄熱層へ入射した太陽エネルギーは、非対流層を通して伝導伝熱による損失、太陽熱側面および底面より土壌を経ての地下および大気への熱損失を差し引いた残りの熱エネルギーが蓄熱層に順次蓄積されることになる。非対流層の塩分濃度こう配は下方に従って塩分濃度が増大するように、濃度C、密度ρおよび温度Tの関係で熱、物質拡散を考慮して次のように与えられる。

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