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CO_2ヒートポンプ給湯システムにおける貯湯槽内温度分布の分析追い焚き運転時の分析

机译：CO_2热泵热水供应系统储罐温度分布分析

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日本の家庭部門におけるエネルギー需要の約1／3を給湯需要が占めているため，この部門での省エネルギーが重要な課題となっている．そこで，自然冷媒であるCO_2を用いたヒートポンプ給湯システムが開発·実用化され，高効率な給湯システムとして大きな期待が寄せられている．近年，システムの多機能化も進hでおり，その一つに風呂の追い焚き機能が挙げられる．追い焚き機能には，貯湯槽内に通した配管に温度の低下した浴槽内の温水を通すことで加熱する方法と，貯湯槽上部より取り出した高温水と外部で熱交換することで加熱する方法に大別される［1］．本研究では後者に着目する．CO_2ヒートポンプで生成された高温水は貯湯槽上部から流入するのに対し，給湯時には低温の給水が貯湯槽下部より流入するため，貯湯槽内には上部に高温水，下部に低温水が存在する温度成層が通常形成される．その結果，高温水と低温水の間には大きな温度勾配をもつ領域（以後，温度中間層）が存在し，この温度中間層が拡大すると，CO_2ヒートポンプの成績係数（以後，COP）などのシステム性能に大きな影響を及ぼす．しかし，風呂の追い焚きを行った場合には，貯湯槽より取り出した高温水が熱交換により中温水となって貯湯槽下部へと戻されるため，温度成層が崩れると考えられる．この時の熱流動を実験により明らかにするのは非常に困難である．これまでに著者らは，CO_2ヒートポンプと貯湯槽より構成される家庭用給湯システムを対象に数値シミュレーションによる性能分析を行い，環境条件，CO_2ヒートポンプの運転条件·制御条件，および給湯需要量がシステム性能に与える影響を明らかにしてきた［2］．一連の分析では，貯湯槽を鉛直方向に複数のコントロールボリュームに分割し，CO_2ヒートポンプの運転中および給湯中でも貯湯槽内で温度成層が常に保持されると仮定した一次元解析を行っている．よって，風呂の追い焚き時のシステム性能分析には現状の一次元解析を適用することができない．以上を踏まえて，本研究では三次元熱流体解析により追い焚き時の貯湯槽内温度分布を分析する．解析手法として，貯湯槽内全体の熱流動に着目した層流解析と中温水流入部の局所的な熱流動に着目した乱流解析をそれぞれ行う．その上で，貯湯槽外壁における測定温度との比較を通して両解析手法の妥当性を検証するとともに，追い焚き時の熱流動パターンを明らかにする．
机译：因为你是约三分之一由家庭部门的日本能源需求的热水需求占据，在这个领域节能已经成为一个重要的问题。因此，热泵热水系统开发与商品化CO_2自然制冷剂，具有很大的期望收到有效的热水供应系统。最近，多功能系统也关闭在前进小时，浴加热炉函数提及的是，一个。二次加热功能，通过使热水在浴缸加热的方法在温度降低到通过一个热水箱，通过用热水和热交换而加热的方法通过的管外部从所述热水箱顶部取出它大致分为[1]。在这项研究中注意力集中在后者。 CO_2热泵相反产生热水从热水罐顶流动，在热水冷却器给水的时间是用于从热水储存罐底部流动，低温水存在于上部的热水，下部热水箱温度分层通常形成。其结果是，具有热水和冷水（在下文中，温度中间层）之间的大的温度梯度的区域存在时，此温度下中间层膨胀，的热泵的性能（下文中COP）系统，诸如CO_2系数对性能有显著的影响。但是，执行再加热浴时，由于从储热水箱中取出的高温水进行热交换返回到热水箱底部成为中温水被认为是热分层丢失。这是非常困难的实验显示此时的热流。该作者直到CO_2热泵和热水箱，环境条件，CO_2热泵运行条件和控制条件和热水需求系统性能的影响组成的数值模拟目标家用热水系统进行性能分析on've一直明确[2]。在一系列分析的被分成多个在垂直方向上的热水箱的控制量的，它是进行一维分析，假定温度分层被热水箱内始终保持，即使是在与热水供给CO_2热泵操作。因此，不可能再加热洗澡时应用现状的一维分析系统中的性能分析。基于上述，在本研究中通过三维热流体分析再加热时来分析热水储存罐的温度分布。执行作为分析技术，湍流分析集中在局部热流量的层流分析分别入口集中在跨越热水储罐和中温水热流。最重要的是，阐明作为热水罐外壁的测量温度之间的比较再加热时，以验证两种分析方法的有效性，热流动模式。

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