JP2004163002A - 氷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】基礎杭を利用した有効な氷蓄熱システムを実現する。
【解決手段】建物の基礎杭としての鋼管杭１等の中空杭を氷蓄熱槽２として利用する氷蓄熱システムであって、中空杭の中空部内に、蓄熱媒体としての貯留水３を貯留するとともに、その貯留水を結氷させかつ解氷させるためのコイル４を設置する。杭頭部に装着される杭頭カバー９に、コイルに接続されるブライン管１１と、点検用スリーブ１２を設ける。コイルを杭頭部から吊り支持して中空部内に設置する。コイルを長尺の樹脂成形管により形成する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建物の冷房設備に適用する蓄熱システムに係わり、特に基礎杭としての中空杭を氷蓄熱槽として利用する氷蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、建物の冷房設備に適用される蓄熱システムとしては、建物の基礎部に設けられる地下ピットを利用して蓄熱槽を設け、そこに多量の冷水を貯留して循環させる構成のものが最も一般的であるが、たとえば特許文献１に示されるように、基礎杭の内部の空洞に防水加工と断熱加工を施して蓄熱水を貯留することで基礎杭の空洞を蓄熱槽として利用することも提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３５６６３６公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように基礎杭の空洞を蓄熱槽として利用することは、デッドスペースを有効に活用でき、かつ基礎杭の周囲地盤が自ずと断熱材として機能するので合理的であるが、そのような蓄熱槽に通常の蓄熱システムと同様に冷水を貯留することでは必ずしも充分な蓄熱能力を確保し得ず、基礎杭を利用したより有効な蓄熱システムの開発が望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑み、請求項１の発明は、建物の基礎杭としての中空杭を氷蓄熱槽として利用する氷蓄熱システムであって、中空杭の中空部内に、蓄熱媒体としての貯留水を貯留するとともにその貯留水を結氷させかつ解氷させるためのコイルを設置したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、杭頭部に装着される杭頭カバーに、コイルに接続されるブライン管と、点検用スリーブを設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、コイルを杭頭部から吊り支持して中空部内に設置したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１、２または３の発明において、コイルを長尺の樹脂成形管により形成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明の氷蓄熱システムは、建物の基礎杭として設けられる鋼管杭１をそのまま氷蓄熱槽２として利用するものとしている。すなわち、支持層まで打設された鋼管杭１はそれ自体で水密性を有する有底筒状の容器として機能するものであり、かつ鋼管杭１の周囲地盤はそれ自体で優れた断熱性能を有する断熱材として機能するので、本発明では通常の鋼管杭１に何等格別の構成を付加することなくそれをそのまま採用してその内部に蓄熱媒体としての貯留水３を貯留するとともに、その貯留水３を結氷させかつ解氷させるためのコイル４を鋼管杭１内に設置することで、その鋼管杭１を氷蓄熱槽２として有効に活用し、このような氷蓄熱槽２を必要数だけ並列もしくは直列に接続することで全体として所要の貯留水量を確保するものとしている。
【００１０】
図１は本発明の氷蓄熱システムにおける運転モードの一例を示す。これは、バルブ操作によりブラインの経路を矢印のように切り換えることで次のような３種の運転モードを任意に選択するものである。（ａ）は夜間等の非冷房時における蓄熱運転モード（製氷運転モード）であり、この場合は夜間電力の利用によって冷凍機（ブラインチラー）５から氷点温度以下のブラインを一次ポンプ６により氷蓄熱槽２内のコイル４に供給し、コイル４表面に結氷させて蓄熱を行う。（ｂ）は氷蓄熱を利用する冷房運転モード（解氷運転モード）であり、一次ポンプ６により氷点温度以上のブラインをコイル４に通してその表面の解氷を行いつつ、すなわちブラインを氷の融解熱により冷却しつつ、ブラインを二次ポンプ７により負荷側に供給して冷房を行う。（ｃ）はピーク負荷時の運転モードであり、冷凍機５により冷却したブラインをコイル４に通してさらに冷却しつつ負荷側に供給するものである。なお、負荷側の二次ポンプ７は省略することも可能である。
【００１１】
図２〜図３は氷蓄熱槽２の構造の一例を示すもので、符号８は鋼管杭１の杭頭部に設けられたフーチングであり、これら鋼管杭１とフーチング８により通常の建物と同様の杭基礎が構成されている。符号９は杭頭カバーであり、その外周面には杭頭部に装着するためのフック１０が溶接されているとともに、鋼管杭１内に設置されたコイル４に接続されるブライン管（往管および還管）１１と、点検用スリーブ１２が予め組み込まれ、この杭頭カバー９を鋼管杭１の杭頭部に装着してコンクリートを打設することでフーチング８を形成することにより、ブライン管１１と点検用スリーブ１２とが自ずとフーチング８に埋設されるようになっている。そして、ブライン管１１の上端にはフランジを介して負荷側の機器もしくは他の氷蓄熱槽２内のコイル４に接続されるブライン管１３が接続され、点検用スリーブ１２の上端にはキャップ１４が装着されるようになっている。符号１５は鋼管杭１の杭頭部に溶接された杭頭補強筋、１６はフーチング８内の鉄筋、１７は柱である。
【００１２】
図４は氷蓄熱槽２内に設置されるコイル４の一例を示す。これは、銅管等の管体２０をヘッダ（往ヘッダおよび還ヘッダ）２１間に多数（図示例のものは９サーキット）並列状態で往復させてフレーム２２により支持したもので、その全体が杭頭部から吊り支持された状態で鋼管杭１内に設置されるものである。そして、上述の蓄熱運転モード（製氷運転モード）では冷凍機５から各管体２０に氷点温度以下の低温のブラインが通されることで図４（ａ）に鎖線で示すように各管体２０の表面に氷２３が結氷し、冷房運転モード（解氷運転モード）では氷点温度よりも高温のブラインが各管体２０に通されることでその氷２３が解氷されるものとなっている。なお、管体２０の表面にフィンを設けても勿論良い。
【００１３】
上記のコイル４の全長は鋼管杭１の全長に対応してたとえば数十メートルにも及ぶものとなるので、コイル４としてはたとえば図５に示すような所定長さのコイルユニット４ａ〜４ｃを接続する構成とすることが現実的である。図５に示すものは、（ａ）に示すようにヘッダ２１を有する頂部のコイルユニット４ａと、（ｃ）に示すように管体２０の折り返し部を有する底部のコイルユニット４ｃと、（ｂ）に示すような中間部のコイルユニット４ｂとを予め製作しておき、頂部のコイルユニット４ａと底部のコイルユニット４ｃの間に必要台数の中間部のコイルユニット４ｂをフランジを介して接続するようにしたものである。
【００１４】
本発明の氷蓄熱システムによれば、氷の潜熱を利用することから、従来一般の冷水による蓄熱システムに較べて蓄熱効率に優れ、充分なピークカットを実現し得て熱源機器の容量を充分に軽減できるものである。たとえば、鋼管杭１として径６００ｍｍ、長さ５０ｍのものを採用した場合には、その鋼管杭１本につき１４ｍ^３程度の貯留水量を確保でき、それにより空調面積約１６００ｍ^２に対してピークカット２時間相当分、あるいは空調面積約８００ｍ^２に対してピークカット４時間相当分の蓄熱能力を有するものとなり、通常の冷水蓄熱の場合に較べて６〜８倍もの蓄熱能力を有するものとなる。勿論、氷蓄熱槽２として利用する鋼管杭１の本数は、建物の規模や諸条件に応じて適宜設定すれば良く、それにより最適な蓄熱能力を確保することができる。
【００１５】
そして、本発明によれば、鋼管杭１をそのまま利用して単なるデッドスペースであるその中空部を氷蓄熱槽２として活用するので、従来のように蓄熱槽を設置するための格別のスペースと手間、コストを一切必要とせず、極めて合理的である。勿論、鋼管杭１の施工は従来と何等変わるものではないし、ブライン管１１と点検用スリーブ１２を予め取り付けた杭頭カバー９を用いて、それを杭頭部に装着してフーチング８に埋設することにより、杭頭部やフーチング８の構造が複雑になったりその施工が面倒になることもない。
【００１６】
また、鋼管杭１内へのコイル４の設置は、図５に示したようなユニット４ａ、４ｂ、４ｃを連結しつつ鋼管杭１内に吊り下ろしていき、最終的にコイル４の頂部を杭頭部から支持してコイル４全体を吊り支持する状態で鋼管杭１内に設置すれば良いから、その施工は何等面倒なく容易に行い得る。
【００１７】
また、本実施形態の氷蓄熱槽２は施工後には格別のメンテナンスを必要としないが、点検用スリーブ１２を設けておくことで貯留水３の補給や交換等の必要最少限のメンテナンスは支障なく可能であるし、その点検用スリーブ１２を通して水位や水温等を検出するための各種のセンサ類や計測器類を槽内に支障なく挿入することができる。
【００１８】
なお、従来一般の蓄熱槽では貯留水を負荷側の機器との間で循環させるのであるが、本実施形態の氷蓄熱槽２では貯留水が単に槽内で結氷し解氷することを繰り返すだけで循環するものでなく、したがって貯留水は実質的に外気から遮断されるので水質変化が生じにくいし、外気から連続的な酸素の供給を受けることもないため鋼管内面に錆の発生が生じにくく、蒸発による減量も殆ど生じることがなく、この点においても保守が容易である。
【００１９】
さらに、製氷量を検出する場合には氷蓄熱槽２内の水位変動を検出することで行うことになるが、本実施形態の氷蓄熱槽２は縦長筒状の形態であるので、製氷量がわずかであってもにそれに伴う水位変化は顕著に生じ、したがって水位変化を検出することで製氷量を容易にかつ精度良く検出することができる。
【００２０】
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的な変更を任意に行い得るものである。たとえば、上記実施形態では基礎杭として鋼管杭１を採用したが、貯留水を貯留でき、かつコイル４を設置できるような中空杭であれば、鋼管杭１に限らず例えばＰＨＣ杭や、場所打ちＲＣ杭で中芯部を箱抜きにしたもの等、その他の構造の杭も採用可能であることは言うまでもない。なお、打設された鋼管杭１の支持層が透水性を有している場合は、鋼管杭１内の支持層上にコンクリート等を施工して止水することで、貯留水が漏れたり地下水が流入することを防止することができる。
【００２１】
また、上記実施形態ではコイルユニット４ａ〜４ｃを接続する構成のコイル４を採用したが、たとえば架橋ポリエチレン等の樹脂成形管からなる長尺で柔軟性を有する管体によってコイルを構成することも考えられ、そのようなコイルを採用すれば基礎杭内における管体の接続を省略することも可能であり、保守性や耐久性の点でより有利となる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、建物の基礎杭としての中空杭を氷蓄熱槽として利用することとして、その中空杭の中空部内に、蓄熱媒体としての貯留水を貯留するとともにその貯留水を結氷させかつ解氷させるためのコイルを設置するので、従来一般の冷水による蓄熱システムに較べて蓄熱能力に優れることはもとより、従来のように蓄熱槽を設置するための格別のスペースと手間、コストを一切必要とせず、極めて合理的である。
【００２３】
請求項２の発明は、杭頭部に装着される杭頭カバーに、コイルに接続されるブライン管と、点検用スリーブを設けるので、基礎杭やフーチングの施工を従来と同様に行うことができるとともに、フーチングへのブライン管と点検用スリーブの埋設を何等面倒なく行うことができる。
【００２４】
請求項３の発明は、コイルを杭頭部から吊り支持して中空部内に設置するので、基礎杭内へのコイルの設置を何等面倒なく容易に行うことができる。
【００２５】
請求項４の発明は、コイルを長尺の樹脂成形管により形成するので、基礎杭内におけるコイルの接続を省略することが可能であり、保守性や耐久性の点でより有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である氷蓄熱システムの系統図と運転モードを示す図である。
【図２】同、氷蓄熱槽の概要を示す図である。
【図３】同、杭頭部を示す図である。
【図４】同、コイルを示す図である。
【図５】同、コイルユニットの例を示す図である。
【符号の説明】
１ 鋼管杭（中空杭）
２ 氷蓄熱槽
３ 貯留水
４ コイル
４ａ〜４ｃ コイルユニット
５ 冷凍機
６ 一次ポンプ
７ 二次ポンプ
８ フーチング
９ 杭頭カバー
１０ フック
１１ ブライン管
１２ 点検用スリーブ
１３ ブライン管
１４ キャップ
１５ 杭頭補強筋
１６ 鉄筋
１７ 柱
２０ 管体
２１ ヘッダ
２２ フレーム
２３ 氷

Claims (4)

1. 建物の基礎杭としての中空杭を氷蓄熱槽として利用する氷蓄熱システムであって、中空杭の中空部内に、蓄熱媒体としての貯留水を貯留するとともにその貯留水を結氷させかつ解氷させるためのコイルを設置したことを特徴とする氷蓄熱システム。
2. 杭頭部に装着される杭頭カバーに、コイルに接続されるブライン管と、点検用スリーブを設けたことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱システム。
3. コイルを杭頭部から吊り支持して中空部内に設置したことを特徴とする請求項１または２記載の氷蓄熱システム。
4. コイルを長尺の樹脂成形管により形成したことを特徴とする請求項１、２または３記載の氷蓄熱システム。

Images