JP2007333296A - Heat storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱システムに関し、詳しくは、地中に形成され、水を浸透させた土壌を用いる蓄熱土壌槽を用いた蓄熱システムに関する。 The present invention relates to a heat storage system, and more particularly, to a heat storage system using a heat storage soil tank using soil formed in the ground and infiltrated with water.
自然エネルギーを利用する技術として、地中に蓄熱する蓄熱システムは、従来から知られている。これは、地表に近い地中と地表から離れた地中とでは、夏と冬等の季節間で、或いは、昼と夜等の時間帯間で、地中の温度変化が異なることを利用して、地表に近い地中と地表から離れた地中との間に配管すると共に、この配管内に熱媒体を循環させることによって、地中に蓄熱するものである(例えば、特許文献1、2参照)。この蓄熱システムは、特に積雪地帯において、融雪システムとして採用されている。 As a technique using natural energy, a heat storage system for storing heat in the ground has been conventionally known. This is due to the fact that the temperature change in the ground differs between the ground near the ground surface and the ground far from the ground surface during seasons such as summer and winter, or between time zones such as day and night. In addition, a pipe is provided between the ground close to the ground surface and the ground remote from the ground surface, and a heat medium is circulated in the pipe to store heat in the ground (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). This heat storage system is employed as a snow melting system, particularly in snowy areas.
このような蓄熱システムは、例えば、積雪地帯における融雪システムでは、夏季に、高い外気温で暖められた地表に近い地中の熱を地表から離れた地中に蓄熱すると共に、冬季に、地表から離れた地中に蓄熱された熱を地表に近い地中に放熱することにより、地表の積雪を融雪するものである。
しかし、上記の蓄熱システムは、融雪システムとしては、評価されてはいるものの、その他の用途向けでは、評価されているとは言いがたく、普及は進んでいない。これは、上記の蓄熱システムでは、施工コストが高い割には、蓄熱効率がよくないことが原因と考えられる。 However, although the above heat storage system has been evaluated as a snow melting system, it is difficult to say that it has been evaluated for other uses, and its diffusion has not progressed. This is considered to be because the heat storage efficiency is not good in the above heat storage system, although the construction cost is high.
即ち、上記のような蓄熱システムを構築しても、わが国の地下には、時間をかけて地中を循環している帯水層が存在し、この帯水層により地中に蓄熱された熱が散逸してしまい、そのため、最終的な蓄熱効率は30%程度に下がるといわれている。又、地中の土壌の容積比熱は、一般に、コンクリートよりは小さいが木材よりは大きく、蓄熱材としては必ずしも力不足ではない。しかし、地中の土壌は空隙率が大きく、約50%に達することもあるので、体積当りの熱容量としては必ずしも十分ではないことから、この点でも、実用上の障害となっている。 That is, even if the above heat storage system is constructed, there is an aquifer that circulates in the ground over time in the basement of Japan, and the heat stored in the ground by this aquifer It is said that the final heat storage efficiency is reduced to about 30%. In addition, the volume specific heat of the soil in the ground is generally smaller than concrete but larger than wood, and is not necessarily insufficient as a heat storage material. However, since the soil in the ground has a high porosity and may reach about 50%, the heat capacity per volume is not always sufficient, and this is also a practical obstacle.
そこで、この発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、蓄熱効率がよく、小型化可能で、又、体積当りの熱容量としても十分で、安定した蓄熱効果が得られる蓄熱システムを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and has a high heat storage efficiency, can be downsized, and has a sufficient heat capacity per volume, so that a stable heat storage effect can be obtained. It is intended to provide a heat storage system.
本発明は、水の容積比熱が、土壌の容積比熱の2〜3倍であることに着目してなされたものであって、この容積比熱が土壌よりも高い水を、土壌の空隙に浸透させると共に、この水を浸透させた土壌を用いて蓄熱しようとするものである。この本発明の蓄熱システムは、水浸透手段、蓄熱土壌槽、閉管路、集熱装置、及び、熱媒体循環ポンプを少なくとも備えて構成されている。 The present invention has been made by paying attention to the fact that the volume specific heat of water is 2 to 3 times the volume specific heat of soil, and the water whose volume specific heat is higher than that of soil is permeated into the soil voids. At the same time, it is intended to store heat using the soil infiltrated with water. The heat storage system of the present invention is configured to include at least water infiltration means, a heat storage soil tank, a closed pipe line, a heat collecting device, and a heat medium circulation pump.
この内、水浸透手段は、土壌中に水を浸透させる機能を有する。蓄熱土壌槽は、地中に形成され、上記の水浸透手段により水が浸透される土壌を備えた槽である。閉管路は、内部に該内部を流れる熱媒体が充填されたパイプで構成されると共に、該パイプの一部が蓄熱土壌槽の土壌中に埋没するように敷設されて形成された主経路と、該主経路以外の部分である副経路とからなる。集熱装置は、該閉管路の副経路の途中に挿入されて接続されると共に熱媒体が内部を流れる装置である。そして、熱媒体循環ポンプは、熱媒体を閉管路及び集熱装置内に循環させる機能を有している。 Among these, the water permeation means has a function of permeating water into the soil. The heat storage soil tank is a tank provided with soil that is formed in the ground and into which water is infiltrated by the water infiltration means. The closed pipe path is composed of a pipe filled with a heat medium flowing through the inside, and a main path formed by laying so that a part of the pipe is buried in the soil of the heat storage soil tank, It consists of a sub route that is a part other than the main route. The heat collecting device is a device that is inserted and connected in the middle of the sub-path of the closed pipe and that the heat medium flows inside. The heat medium circulation pump has a function of circulating the heat medium in the closed pipe line and the heat collecting device.
上記の蓄熱システムは、熱媒体が集熱装置の内部を流れる際に熱媒体が吸熱し、吸熱した該熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、該パイプを介して蓄熱土壌槽の土壌に放熱することにより、該土壌に蓄熱されることを特徴としている。 In the above heat storage system, the heat medium absorbs heat when the heat medium flows through the inside of the heat collector, and the heat storage soil tank passes through the pipe when the heat medium that has absorbed the heat flows through the pipe constituting the main path. The heat is stored in the soil by radiating heat to the soil.
上記の蓄熱システムによれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、上述したように、水の容積比熱は、土壌の容積比熱の2〜3倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られる。そのため、安定した蓄熱効果を得ることが出来、小型化可能である。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。 According to the above heat storage system, soil that has been infiltrated with water is used as a substance to be stored, and as described above, the volume specific heat of water is 2 to 3 times the volume specific heat of the soil, Higher heat storage efficiency can be obtained than when the material to be stored is simply soil. Therefore, a stable heat storage effect can be obtained and the size can be reduced. Moreover, since it is rainwater etc. to infiltrate into the soil which is the substance to be stored, there is an advantage in terms of operation cost.
又、蓄熱材として、土壌の2〜3倍の容積比熱を有する水を浸透させた土壌を用いているので、小型の蓄熱システムであっても、実用的に使用可能であり、後述するような蓄熱システムの利用形態により、蓄熱された熱を、家庭で利用することも不可能ではない。 Moreover, since the soil which infiltrated the water which has 2 to 3 times the volume specific heat of soil as a heat storage material is used, even if it is a small heat storage system, it can be used practically and is mentioned later. Depending on how the heat storage system is used, it is not impossible to use the stored heat at home.
上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の底面及び側面を遮水シートで覆うのが好ましい。このようにすることにより、蓄熱土壌槽の土壌に含まれた水が、蓄熱土壌槽の外側に漏れ出るのを防止することができる。又、帯水層からの水が蓄熱土壌槽に浸入するのを防ぐことができ、蓄熱された熱が、帯水層により散逸するのを防止することができる。従って、これらにより、蓄熱システムにおける蓄熱効率を高めることができる。 In said heat storage system, it is preferable to cover the bottom face and side face of the heat storage soil tank with a water shielding sheet. By doing in this way, it can prevent that the water contained in the soil of a thermal storage soil tank leaks outside the thermal storage soil tank. Further, it is possible to prevent water from the aquifer from entering the heat storage soil tank, and it is possible to prevent the stored heat from being dissipated by the aquifer. Therefore, the heat storage efficiency in the heat storage system can be increased by these.
又、上記の蓄熱システムにおいて、水浸透手段として、雨水等の水を貯留すると共に、貯留した該水が底部から下方に向かって浸透する地下貯水槽を用いるのが好適である。この場合、この地下貯水槽は、地中に形成されると共に、この地下貯水槽の下方に、この地下貯水槽と重ねて上記の蓄熱土壌槽が形成される。 In the heat storage system described above, it is preferable to use an underground water storage tank that stores water such as rain water and the stored water permeates downward from the bottom as the water infiltration means. In this case, the underground water storage tank is formed in the ground, and the heat storage soil tank is formed below the underground water storage tank so as to overlap with the underground water storage tank.
上記の地下貯水槽は、梅雨期や台風襲来時等に、雨水や下水溝等から溢れ出た水を貯留することにより、洪水等を防止すると共に、貯留した貯留水を地下貯水槽の周りの土壌に浸透させることにより徐々に排出するものである。この地下貯水槽を水浸透手段として利用するために、蓄熱システムの蓄熱土壌槽を、この蓄熱土壌槽の上面が地下貯水槽の底面に接するようにして、地下貯水槽の下にこの地下貯水槽と重ねて形成する。又、この地下貯水槽は、地下貯水槽に貯留した水が、この地下貯水槽の底部から下方に向かって徐々に浸透するように形成される。そのため、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を安定して浸透させることができ、安定した蓄熱効果を得ることができる。 The above-mentioned underground water storage tank prevents flooding by storing the water overflowing from rainwater and sewers during the rainy season and typhoon, and also stores the stored water around the underground water storage tank. It is gradually discharged by permeating into the soil. In order to use this underground water tank as a water infiltration means, the heat storage soil tank of the heat storage system is placed under the underground water tank so that the upper surface of the heat storage soil tank is in contact with the bottom surface of the underground water tank. Overlapping and forming. Moreover, this underground water tank is formed so that the water stored in the underground water tank gradually permeates downward from the bottom of the underground water tank. Therefore, water can be stably infiltrated into the soil voids of the heat storage soil tank, and a stable heat storage effect can be obtained.
この地下貯水槽を水浸透手段として利用する上記の蓄熱システムによれば、地下貯水槽は、地下貯水槽本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽の構築コストは、蓄熱システムの構築コストとは別会計で計上することができる。そのため、上記のようにして、蓄熱システムを構築することにより、蓄熱システムを合理的に構築することができる。 According to the above heat storage system that uses this underground water tank as a water infiltration means, the underground water tank is constructed for the original purpose of the underground water tank, so the construction cost of the underground water tank is the construction of the heat storage system. It can be accounted for separately from costs. Therefore, a heat storage system can be rationally constructed by constructing a heat storage system as described above.
又、上記の蓄熱システムにおいて、地下貯水槽の底面に、蓄熱土壌槽の上面を覆うと共に透水性を有するアンカーボードを固定するのが好ましい。蓄熱土壌槽の土壌には水が浸透されるので、蓄熱土壌槽は水を含んだ土壌で満たされることから、この土壌の表面は軟弱な状態となるので、このような状態の蓄熱土壌槽の上に地下貯水槽を設けると、この地下貯水槽が蓄熱土壌槽の土壌内に沈み込むおそれが生じる。このおそれは、地下貯水槽の底面が、蓄熱土壌槽の上面の広さよりも狭い場合は、特に著しい。又、洪水等で、地下貯水槽の周りの土壌に水が浸潤することで浮力により地下貯水槽が浮上しようとするおそれも皆無ではない。 Moreover, in said heat storage system, it is preferable to fix the anchor board which has water permeability while covering the upper surface of a thermal storage soil tank to the bottom face of an underground water storage tank. Since water is infiltrated into the soil of the heat storage soil tank, the surface of this soil is in a soft state because the heat storage soil tank is filled with water-containing soil. If an underground water storage tank is provided above, this underground water storage tank may sink into the soil of the thermal storage soil tank. This fear is particularly remarkable when the bottom surface of the underground water storage tank is narrower than the area of the top surface of the heat storage soil tank. In addition, there is no risk that the underground water storage tank will float due to buoyancy due to water infiltrating into the soil around the underground water storage tank due to flooding or the like.
そこで、地下貯水槽の底面に、蓄熱土壌槽の上面を覆うと共に透水性を有するアンカーボードを固定することにより、地下貯水槽から蓄熱土壌槽に対する浸透は確保しつつ、地下貯水槽を蓄熱土壌槽の上に固定することができ、地下貯水槽が蓄熱土壌槽の土壌内に沈み込むのを防止することができる。又、洪水等で、地下貯水槽の周りの土壌に水が浸潤して浮力により地下貯水槽が浮上しようとするのを防止することができる。 Therefore, by fixing an anchor board that covers the upper surface of the thermal storage soil tank and has water permeability on the bottom surface of the underground water storage tank, the underground water storage tank is stored in the thermal storage soil tank while ensuring penetration from the underground water storage tank to the thermal storage soil tank. The underground water tank can be prevented from sinking into the soil of the heat storage soil tank. In addition, it is possible to prevent water from infiltrating into the soil around the underground water storage tank due to flooding and the like, and the underground water storage tank from floating due to buoyancy.
又、上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の土壌中に蓄熱部材を混入するようにしてもよい。この蓄熱部材は、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、このようにすることにより、蓄熱効率をさらに向上させることが出来る。 Moreover, in said heat storage system, you may make it mix a heat storage member in the soil of a thermal storage soil tank. Since this heat storage member has a larger volume specific heat than soil containing water, the heat storage efficiency can be further improved by doing in this way.
又、上記の蓄熱システムにおいて、蓄熱土壌槽の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。この円柱状の蓄熱部材も、上記の蓄熱部材と同様、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、このようにすることにより、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。 In the above heat storage system, a columnar heat storage member may be provided in the soil of the heat storage soil tank. Since this columnar heat storage member also has a larger volume specific heat than water-containing soil, the heat storage efficiency can be further improved by doing so.
又、上述したように、蓄熱土壌槽の土壌中には、主経路を構成するパイプが埋没するように敷設される。この敷設の際に、パイプは一般に蛇行させて敷設されるが、このため、パイプを屈曲する必要がある。そこで、この敷設の際に、蓄熱土壌槽の土壌中に設けられた円柱状の蓄熱部材を利用することで、パイプの屈曲を容易に行うことができる。 Moreover, as above-mentioned, in the soil of a thermal storage soil tank, it lays | lays so that the pipe which comprises the main path | route may be buried. At the time of this laying, the pipe is generally laid in a meandering manner. For this reason, it is necessary to bend the pipe. Therefore, when laying, the pipe can be bent easily by utilizing a columnar heat storage member provided in the soil of the heat storage soil tank.
又、上記の蓄熱システムにおいて、集熱装置は、熱媒体が内部を流れるパイプで構成すると共に、該パイプは、地表から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽の位置よりも浅い位置である地表近くの地中に埋設するのが好適である。集熱装置は、蓄熱するための熱を集める役割を担っているが、太陽の熱は地表に注がれるので、地表近くの地中は、地中内では太陽の熱により最も温まりやすい場所である。そのため、地表近くの地中に埋設されたパイプに熱媒体を流すことによって、集熱を効率よく行うことができるからである。 In the above heat storage system, the heat collecting device is constituted by a pipe through which a heat medium flows, and the pipe is shallower than the position of the heat storage soil tank formed in the ground away from the ground surface. It is preferable to embed in the ground near a certain surface. The heat collector plays the role of collecting heat to store heat, but the sun's heat is poured onto the ground surface, so the underground near the surface is the place where it is most likely to be warmed by the sun's heat. is there. For this reason, heat can be collected efficiently by flowing a heat medium through a pipe buried in the ground near the ground surface.
又、この蓄熱システムでは、上述したように、後述するような蓄熱システムの利用形態により蓄熱された熱を利用することができるほか、次のような利用が行える。即ち、地表近くの地中に埋設されたパイプを集熱装置として用いることにより、夏季には、地表近くの地中を冷やすことができ、ヒートアイランド現象を抑制することができる。 Further, in this heat storage system, as described above, the heat stored by the use form of the heat storage system as described later can be used, and the following use can be performed. That is, by using a pipe buried in the ground near the ground surface as a heat collecting device, the ground near the ground surface can be cooled in summer, and the heat island phenomenon can be suppressed.
又、上記の蓄熱システムに使用される集熱装置としては、具体的には、太陽光集熱パネル、又は、ヒートポンプを用いることができる。 Moreover, specifically, a solar heat collecting panel or a heat pump can be used as the heat collecting device used in the heat storage system.
又、上記の蓄熱システムにおいて、複数の集熱装置を備えるようにしてもよく、この場合は、これらの複数の集熱装置は、相互に並列に副経路の途中に挿入されて接続される。このように複数の集熱装置を用いることにより、蓄熱システムの蓄熱効率を向上することが出きる。 In the above heat storage system, a plurality of heat collecting devices may be provided. In this case, the plurality of heat collecting devices are inserted and connected in the middle of the sub-path in parallel with each other. Thus, the heat storage efficiency of the heat storage system can be improved by using a plurality of heat collecting devices.
上記の蓄熱システムで蓄熱された熱は、次のようにして使用することができる。即ち、上記の蓄熱システムにおいて、副経路の途中に挿入されて接続されると共に熱媒体が内部を流れる蓄熱利用装置を備える。そして、熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、蓄熱された貯留水からパイプを介して吸熱し、該吸熱した該熱媒体が蓄熱利用装置の内部を流れる際に、熱媒体が放熱することにより蓄熱利用を行うようにするのである。 The heat stored in the above heat storage system can be used as follows. That is, the above heat storage system includes a heat storage utilization device that is inserted and connected in the middle of the sub-path and through which the heat medium flows. Then, when the heat medium flows through the pipe constituting the main path, the heat medium absorbs heat from the stored stored water through the pipe, and when the heat medium that has absorbed the heat flows inside the heat storage utilization device, the heat medium Heat storage is used by radiating heat.
このようにすることにより、蓄熱システムのよく知られた利用方法である以下に述べる融雪以外の目的にも、蓄熱システムを利用することができる。 By doing in this way, a heat storage system can be utilized also for the objectives other than the snow melting described below which is a well-known utilization method of a heat storage system.
上記の蓄熱システムは、冬季の融雪システムとして、使用することができる。この場合、この蓄熱システムの集熱装置が設けられる場所の地表は、冬季に積雪する路面である。この蓄熱システムでは、冬季には、熱媒体が主経路を構成するパイプ内を流れる際に、冬季以外の季節に蓄熱された貯留水からパイプを介して吸熱し、吸熱した該熱媒体が、集熱装置の内部を流れる際に、集熱装置を構成するパイプを介して地中に放熱することにより、集熱装置が融雪機能を果たすようにするのである。 The above heat storage system can be used as a snow melting system in winter. In this case, the ground surface where the heat collecting device of the heat storage system is provided is a road surface on which snow is accumulated in winter. In this heat storage system, in the winter, when the heat medium flows through the pipes constituting the main path, the heat medium that absorbs heat from the stored water stored in the season other than the winter through the pipe collects the heat medium. When flowing inside the heat device, heat is dissipated into the ground through the pipes that constitute the heat collector, so that the heat collector performs the snow melting function.
上記の蓄熱システムによれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、水の容積比熱は土壌の容積比熱の2〜3倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、単なる土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、蓄熱システムを小型化することができる。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは、雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。 According to the above heat storage system, the soil into which water is infiltrated is used as the target substance to store heat, and the volume specific heat of water is 2 to 3 times the volume specific heat of the soil. Higher heat storage efficiency can be obtained than when using simple soil, and a stable heat storage effect can be obtained. Therefore, a heat storage system can be reduced in size compared with the case where only mere soil is used as the heat storage material. Moreover, since it is rainwater etc. to infiltrate into the soil which is a substance to be stored, there is an advantage in terms of operation cost.
又、雨水等の水を貯留すると共に、貯留したこの水が下方に向かって少しずつ浸みだすように形成された地下貯水槽の下方に、この地下貯水槽と重ねて蓄熱土壌槽を形成することにより、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を浸透させることができる。そのため、蓄熱土壌槽の土壌の空隙に水を安定して浸透させることができ、安定した蓄熱効果を得ることができる。 In addition to storing water such as rainwater, a thermal storage soil tank is formed below the underground water tank formed so that the stored water gradually bleeds downward. By this, water can be permeated into the voids in the soil of the heat storage soil tank. Therefore, water can be stably infiltrated into the soil voids of the heat storage soil tank, and a stable heat storage effect can be obtained.
又、地下貯水槽は、地下貯水槽本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽の構築コストは、蓄熱システムの構築コストとは別会計で計上することができることから、蓄熱システムを合理的に構築することができる。 In addition, since the underground water tank is built for the original purpose of the underground water tank, the construction cost of the underground water tank can be accounted for separately from the construction cost of the heat storage system. Can be built.
又、集熱装置を、地表近くの地中に埋設されたパイプで構成することにより、夏季にはヒートアイランド現象を抑制することができると共に、冬季には融雪システムとして、使用することができる。 Further, by configuring the heat collecting device with pipes buried in the ground near the ground surface, the heat island phenomenon can be suppressed in the summer, and it can be used as a snow melting system in the winter.
又、集熱装置として太陽光集熱パネルやヒートポンプ等を併用することにより、更に蓄熱効率を高めることができる。又、蓄熱利用装置を備えることにより、蓄熱を利用することができる。 Moreover, the heat storage efficiency can be further increased by using a solar heat collecting panel or a heat pump together as a heat collecting device. Moreover, heat storage can be utilized by providing the heat storage utilization apparatus.
以下、本発明の実施の形態における蓄熱システムについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a heat storage system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1における蓄熱システム1の構成を示した概略図である。図1において、実施の形態1における蓄熱システム1は、主として、地下貯水槽21、蓄熱土壌槽11、閉管路12、集熱装置13、及び、熱媒体循環ポンプ14で構成される。この内、地下貯水槽21及び蓄熱土壌槽11は、共に地中に形成され、地下貯水槽21が蓄熱土壌槽11の上に載置されている。尚、図1では、地下貯水槽21及び蓄熱土壌槽11は、断面が表示されている。この蓄熱システム1は、融雪システムとして使用され、次のようにして形成される。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a heat storage system 1 in the first embodiment. In FIG. 1, the heat storage system 1 in the first embodiment mainly includes an underground
冬季に積雪のある地方で、まず、地表18を、長さ3m、幅2.5m、深さ2.5mで掘削して、地中19に空間を形成する。そして、この空間の底面及び側面で底面からの高さが1mの側面に、遮水シート11aを敷設する。この遮水シート11aとしては、厚さが0.1〜0.2程度の合成ゴムシート又は樹脂シートを用いる。
In a region where there is snow in the winter, first, the
この遮水シート11aが敷設された空間の内部には、パイプを蛇行させて敷設して、主経路12aと副経路12bとで構成される閉管路12の内の主経路12aを形成する。このパイプの太さは、内径10〜20mmとし、長さは、蓄熱土壌槽11の容積1m3あたり10m程度とすると共に、このパイプは、熱伝導率が1.0W/mK程度の継ぎ目のないロング管を用いるのが好ましい。又、このパイプの材質としては、鉄やステンレス、合成樹脂等が用いられるが、金属強化された架橋ポリエチレンを用いるのが好ましい。このパイプが敷設された空間に、掘削した土壌が埋め戻されて、長さ3m、幅2.5m、高さ1mの蓄熱土壌槽11が形成される。
Inside the space where the water-
この蓄熱土壌槽11の上面には、蓄熱土壌槽11の上面を完全に覆う長さ3m、幅2.5m、厚さ5cmのアンカーボード24を配設する。このアンカーボード24は、硬質の発泡樹脂で形成されており、図2に示すように、表裏を貫通する穴24aが設けられている。
On the upper surface of the heat
アンカーボード24の上には、地下貯水槽21が形成される。即ち、蓄熱土壌槽11と地下貯水槽21とがアンカーボード24を介して重ねて形成される。この地下貯水槽21としては、例えば、特開2003−155762号公報に記載されている「雨水等の貯留及び/又は浸透施設」における雨水等の貯留浸透施設等が用いられる。実施の形態1における蓄熱システム1では、この地下貯水槽21は、長さ2m、幅1.5m、高さ1mで、地下貯水槽21の底面は、蓄熱土壌槽11の上面の大きさよりも小さい。
An underground
この地下貯水槽21は、図3に示すような充填部材22を積重ねて構成する。即ち、充填部材22は、図3に示すように柱部22aと平板部22bとを備えており、平板部22bの底面には、柱部22aの頂部が嵌合する凹部22cが形成されている。この充填部材22を平面状に並べると共に、柱部22aの頂部を凹部22cに嵌合して充填部材22を積重ねることにより充填部材群を構成する。そして、この充填部材群の底面及び側面を透水シート21aで覆って地下貯水槽21を形成する。この透水シート21aには、ポリエステルとポリプロピレンとを複合貼合せしたもの等を使用する。又、透水シート21aで覆われた充填部材群は、アンカーボード24にワイヤー等で固定される。又、地下貯水槽21の上は、被覆部材23で覆われる。そして、地下貯水槽21の周囲に、掘削した土壌が埋め戻される。
This
この地下貯水槽21は、図示されていない導水管や泥溜め桝を介して、道路の側溝等に結合されており、地下貯水槽21には、この導水管や泥溜め桝を介して雨水等が流れ込んで貯水される。このように構成された地下貯水槽21は、梅雨期や台風襲来時等に、雨水や下水溝等から溢れ出た水を貯留することにより、洪水等を防止すると共に、貯留した貯留水25を、透水シート21aを介して地下貯水槽21の周りの土壌に浸透させることにより徐々に排出するものである。
The underground
又、地下貯水槽21は、蓄熱土壌槽11とアンカーボード24を介して重ねて形成されていると共に、アンカーボード24には、図2に示すように、表裏を貫通する穴24aが設けられている。そのため、地下貯水槽21の貯留水25は、地下貯水槽21の周りの土壌に浸透するのみならず、地下貯水槽21の底部からアンカーボード24の穴24aを介して蓄熱土壌槽11の土壌15に浸透するので、蓄熱土壌槽11の土壌15は、水を浸透させた土壌となる。
The underground
水は、その容積比熱が土壌の容積比熱の2〜3倍であることから、蓄熱材としては、水を浸透させた土壌は、そうでない単なる土壌よりも容積比熱が大きい。従って、蓄熱する対象の物質として、水を浸透させた土壌を用いることにより、単なる土壌を用いる場合よりも高い蓄熱効率を得ることができる。 Since the volume specific heat of water is 2 to 3 times the volume specific heat of soil, as a heat storage material, water infiltrated with water has a larger volume specific heat than mere soil that is not. Therefore, by using soil infiltrated with water as a substance to be stored, higher heat storage efficiency can be obtained than when using simple soil.
又、上記の地下貯水槽21の下には上述した蓄熱土壌槽11形成されているが、この蓄熱土壌槽11の土壌15内に敷設されたパイプで構成される主経路12aには、副経路12bが接続される。この副経路12bは、主経路12aと同様のパイプで構成され、この副経路12bの途中には、図1に示すように、熱媒体循環ポンプ14と集熱装置13とが直列に接続される。
In addition, the above-described heat
又、閉管路12の内部には、熱媒体が充填される。この熱媒体としては、自動車のエンジン等の冷却用に用いられる不凍液、或いは、これに準ずる熱容量の大きい液体が用いられる。又、副経路12bの途中に接続される熱媒体循環ポンプ14は、地上に設置され、閉管路12の内部に充填された熱媒体を閉管路12内に循環させるのに用いられる。即ち、この熱媒体循環ポンプ14により、熱媒体が、集熱装置13と閉管路12とを循環する。
The
又、閉管路12の途中に接続される集熱装置13は、集熱パイプ13aで構成される。この集熱パイプ13aは、熱媒体が内部を流れるパイプで構成され、このパイプは、地表18から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽11の位置よりも浅い位置である地表18近くの地中19に埋設される。又、この地表18は、冬季に積雪する路面で、融雪を行う場所でもある。この集熱パイプ13aも、閉管路12を構成するパイプと同様のパイプで形成される。このパイプは、熱伝導率が1.5W/mK程度の樹脂菅で継ぎ目のないロング管を用いるのが好ましい。この集熱装置13は、夏季等に、太陽の熱で地表18が温められることにより、暖められた地表18近くの土壌の有する熱を、集熱装置13を構成する集熱パイプ13aの内部を流れる熱媒体に供給する機能を有している。そのため、この集熱パイプ13aは、地表18から0.5〜1.0m程度の深さに埋設される。
Further, the
次に、上記の融雪システムとして使用される蓄熱システム1の働きについて説明する。上述したように、夏季等には、太陽の熱で地表18が温められるので、地表18近くの土壌も暖められるが、冬季には、地表18が積雪で覆われるため、地表18が冷されて地表18近くの土壌も冷される。一方、地中に設けられた蓄熱土壌槽11の土壌15に対しては、この土壌15は、地表18からかなり離れているため、夏季等には、太陽の熱で暖められた地表18の熱は伝わりにくいので直接は暖められにくく、逆に、冬季には、地表18の積雪によっては直接は冷されにくい。即ち、蓄熱土壌槽11の土壌15の温度と地表18近くの土壌の温度とを比較すると、夏季等は、蓄熱土壌槽11の土壌15の温度は地表18近くの土壌の温度よりも低いが、冬季は、蓄熱土壌槽11の土壌15の温度は地表18近くの土壌の温度よりも高い。
Next, the operation of the heat storage system 1 used as the snow melting system will be described. As described above, the
そこで、上記の蓄熱システム1では、夏季等に、熱媒体が集熱装置13の内部を流れる際に熱媒体が吸熱し、この吸熱した該熱媒体が主経路12aを構成するパイプ内を流れる際に、該パイプを介して蓄熱土壌槽11の土壌15に放熱することにより、この蓄熱土壌槽11の土壌15に蓄熱される。そして、冬季には、熱媒体が主経路12aを構成するパイプ内を流れる際に、夏季に蓄熱された蓄熱土壌槽11の土壌15からパイプを介して吸熱し、吸熱したこの熱媒体が、集熱装置13の内部を流れる際に、この集熱装置13を構成するパイプを介して地表18近くの土壌に放熱することにより、地表18近くの土壌が暖められて、地表18である路面上の積雪を融雪する。
Therefore, in the heat storage system 1 described above, when the heat medium flows through the
上記の蓄熱システム1によれば、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、上述したように、水の容積比熱は、土壌の容積比熱の2〜3倍であることから、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、蓄熱システムを小型化することができる。又、蓄熱する対象の物質である土壌に浸透させるのは雨水等であることから、運用コスト上もメリットがある。 According to said heat storage system 1, the soil which made water penetrate | infiltrate is used as a substance of the object to store heat, and as mentioned above, the volume specific heat of water is 2 to 3 times the volume specific heat of soil. Higher heat storage efficiency can be obtained than in the case where the substance to be stored is simply soil, and a stable heat storage effect can be obtained. Therefore, compared with the case where only soil is used as the heat storage material, the heat storage system can be downsized. Moreover, since it is rainwater etc. to infiltrate into the soil which is the substance to be stored, there is an advantage in terms of operation cost.
又、上記の蓄熱システム1は、上述したように、融雪システムとして使用できるほか、地表18近くの地中19に埋設されたパイプを集熱装置13として用いるので、夏季には、地表18近くの地中19を冷やすことができ、ヒートアイランド現象を抑制することができる。
Further, as described above, the heat storage system 1 can be used as a snow melting system, and since a pipe embedded in the underground 19 near the
又、上記の蓄熱システム1では、蓄熱土壌槽11の底面及び側面を遮水シート11aで覆っているので、蓄熱土壌槽11の土壌15に含まれた水が、蓄熱土壌槽11の外側に漏れ出るのを防止することができる。又、帯水層からの水が蓄熱土壌槽11に浸入するのを防ぐことができ、蓄熱された熱が、帯水層により散逸するのを防止することができる。従って、これらにより、蓄熱システムにおける蓄熱効率を高めることができる。
Moreover, in said heat storage system 1, since the bottom face and side surface of the thermal
又、上記の蓄熱システム1では、地下貯水槽21は、地下貯水槽21本来の目的のために構築されるので、地下貯水槽21の構築コストは、蓄熱システム1における地下貯水槽21を除いた部分の構築コストとは別会計で計上することができる。そのため、上記の蓄熱システム1によれば、蓄熱システムを合理的に構築することができる。
In the above heat storage system 1, the
又、上記の蓄熱システム1では、地下貯水槽21の底面に、アンカーボード24を固定しているので、地下貯水槽21から蓄熱土壌槽11に対する貯留水25の浸透は確保しつつ、地下貯水槽21を蓄熱土壌槽11の上に固定することができ、地下貯水槽21が蓄熱土壌槽11の土壌内に沈み込むのを防止することができる。又、洪水等で、地下貯水槽21の周りの土壌に水が浸潤して浮力により地下貯水槽が浮上しようとするのを防止することができる。
In the above heat storage system 1, the
上記の蓄熱システム1では、蓄熱土壌槽11は水が浸透している土壌15だけで構成されているが、更に、蓄熱土壌槽11の土壌15の中に、水よりも容積比熱が大きい物質で構成された蓄熱補助部材を混入するようにしてもよい。この蓄熱補助部材は、例えば、直径が10〜50mm程度の球状とする。
In the heat storage system 1 described above, the heat
この蓄熱補助部材の材質としては、ナトリウム無機酸塩系やパラフィン系のもの等が知られているが、15〜5℃で、固体と液体との間における相変化、或いは、水和水の着脱による相変化を生じ、一定の温度で熱の放出/吸収を行ういわゆる潜熱蓄熱材が好ましい。具体的には、例えば、12℃でスラリー中の微粒子が融解し、7度で再び析出する臭化n-ブチルアンモニウム等を使用する。又、蓄熱土壌槽11の土壌15の温度が20℃を超えるようであれば、23―19℃で相転移する硫酸ナトリウムを使用することができる。このような蓄熱補助部材を用いることにより、蓄熱効率をさらに向上させることができる。
As a material of this heat storage auxiliary member, sodium inorganic acid salt type or paraffin type material is known, but at 15 to 5 ° C., phase change between solid and liquid, or attachment / detachment of hydrated water A so-called latent heat storage material that causes phase change due to the above and releases / absorbs heat at a constant temperature is preferable. Specifically, for example, n-butylammonium bromide or the like in which the fine particles in the slurry melt at 12 ° C. and precipitate again at 7 degrees is used. Further, if the temperature of the
又、上記の蓄熱システム1において、蓄熱土壌槽の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。この円柱状の蓄熱部材も、上記の蓄熱補助部材と同じ材質で形成されたものを用いる。従って、この円柱状の蓄熱部材は、上記の蓄熱補助部材と同様、水を含んだ土壌よりも容積比熱が大きいので、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。 Moreover, in said heat storage system 1, you may make it provide a column-shaped heat storage member in the soil of a thermal storage soil tank. This columnar heat storage member is also made of the same material as the heat storage auxiliary member. Therefore, since this columnar heat storage member has a volumetric specific heat larger than that of the soil containing water, as in the case of the heat storage auxiliary member, the heat storage efficiency can be further improved.
又、上述したように、蓄熱土壌槽の土壌中には、主経路を構成するパイプが埋没するように敷設される。この敷設の際に、パイプは上述したように蛇行させて敷設されるが、このため、パイプを屈曲する必要がある。そこで、この敷設の際に、蓄熱土壌槽の土壌中に設けられた円柱状の蓄熱部材を利用することで、パイプの屈曲を容易に行うことができる。 Moreover, as above-mentioned, in the soil of a thermal storage soil tank, it lays | lays so that the pipe which comprises the main path | route may be buried. At the time of this laying, the pipe is laid meandering as described above. For this reason, it is necessary to bend the pipe. Therefore, when laying, the pipe can be bent easily by utilizing a columnar heat storage member provided in the soil of the heat storage soil tank.
又、上記の蓄熱システム1において、集熱装置13以外に集熱を行う装置として、集熱装置13と併存して使用される別の集熱装置を用いるようにしてもよい。この別の集熱装置は、閉管路12の副経路12bの途中に集熱装置13と並列に挿入して接続される。この別の集熱装置としては、例えば、太陽光集熱パネルやヒートポンプ等を用いることができる。このようにすることにより、集熱量を増加させることができ、特に寒冷地等ではシステム全体の蓄熱効率を高めることができる。又、この別の集熱装置としては、太陽光集熱パネルやヒートポンプには限られず、蓄熱システム1における熱媒体が吸熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
Further, in the heat storage system 1 described above, another heat collecting device used in combination with the
又、上記の蓄熱システム1では、上述したように、地下貯水槽21を蓄熱土壌槽11の上に重ねて形成することによって、地下貯水槽21に貯留された貯留水25を、地下貯水槽21の底部から蓄熱土壌槽11の土壌15に浸透させている。この蓄熱土壌槽11の土壌15に水を浸透させる方法としては、上記のような地下貯水槽21を利用する方法のほか、このような地下貯水槽21を用いない方法も考えられる。
Moreover, in said heat storage system 1, as above-mentioned, the
例えば、地中に、上述したような蓄熱土壌槽11を形成すると共に、蓄熱土壌槽11が形成されている地中の地表の表面に散水することにより、蓄熱土壌槽11の土壌15に水を浸透させる方法である。この場合、上記の地表に花壇等を設け、この花壇に散水した水が、蓄熱土壌槽11の土壌15に浸透するようにするのである。この散水は、手動で行うことができるが、散水機等を用いて、自動的に行うようにすることもできる。
For example, the heat
<実施の形態2>
図4は、実施の形態2における蓄熱システム2の構成を示した概略図である。上記の実施の形態1における蓄熱システム1は、融雪システムとして使用されるものであるが、実施の形態2における蓄熱システム2は、融雪以外の目的に使用されるものの例である。又、実施の形態2における蓄熱システム2は、実施の形態1における蓄熱システム1の集熱装置13に代えて、太陽光集熱パネル32を用いたものである。
<
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the
即ち、実施の形態2における蓄熱システム2は、実施の形態1の蓄熱システム1において、閉管路12の副経路12bの途中に、集熱装置13に代えて、太陽光集熱パネル32を挿入して接続すると共に、太陽光集熱パネル32と並列に、蓄熱利用装置として給湯用加熱装置31を挿入して接続したものである。尚、図4では、図1と同様、地下貯水槽21及び蓄熱土壌槽11は、断面が表示されている。
That is, in the
太陽光集熱パネル32は、熱媒体が流れるパイプを平面上に蛇行させて配置した構造をしており、太陽熱により、パイプの中を流れる熱媒体が温められることにより、集熱するものである。この太陽光集熱パネル32としては、一般的には、年間集熱量7000MJ/年以上の集熱効率を有し、住宅の屋根等に設置されて使用されるものが用いられる。
The solar
この太陽光集熱パネル32は複数個を用いるようにしてもよい。この場合は、これらの複数の太陽光集熱パネル32は、相互に並列に副経路12bの途中に挿入されて接続される。又、太陽光集熱パネル32の設置場所としては、住宅の屋根等以外に、ビルの屋上や、その他、太陽光集熱パネル32が設置できる場所であれば、いかなる場所でもよい。
A plurality of solar
給湯用加熱装置31は、一般家庭等で使用される給湯システムの一部を構成するもので、給湯用加熱装置31の内部には、給湯加熱用パイプが備えられており、この給湯加熱用パイプ内には、蓄熱システム3の閉管路12内を流れる熱媒体が流れる。この給湯用加熱装置31では、家庭等で使用される水を加熱してお湯にするに際し、まず、第1段階で、上記の給湯加熱用パイプ内を流れる熱媒体の熱により、加熱する水を温めた後、この暖められた水を、第2段階で、通常の湯沸かし器等と同じように、ガス等を用いて更に加熱するものである。従って、第1段階で水が温められた分、第2段階での加熱を少なくすることができるので、省エネルギー化を図ることができる。
The hot-water
上記の実施の形態2における蓄熱システム2によれば、上述した実施の形態1における蓄熱システム1の有する効果の内、融雪システムとしての効果を除き、全ての効果を得ることができる。
According to the
上記の実施の形態2における蓄熱システム2では、集熱に太陽光集熱パネル32を用いているが、これに代えて、ヒートポンプを用いるようにしてもよく、或いは、太陽光集熱パネルとヒートポンプの双方を用いるようにしてもよい。ヒートポンプは、一般に、空調機や冷蔵庫等で使用されるが、上記の実施の形態2における蓄熱システム2で使用する場合は、ヒートポンプが動作することにより、蓄熱システム2の熱媒体が加熱されるような作用となるようにして使用する。又、集熱するのに用いる装置としては、太陽光集熱パネルやヒートポンプには限られず、蓄熱システム2における熱媒体が吸熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
In the
又、上記の実施の形態2における蓄熱システム2では、蓄熱利用装置として、給湯用加熱装置31を用いているが、給湯用加熱装置31と同様の利用の仕方で、空調装置を用いることもできる。又、蓄熱利用装置としては、給湯用加熱装置や空調装置には限られず、蓄熱システム2における熱媒体により加熱可能であれば、どのようなものでも利用することができる。
In the
又、上記の実施の形態2における蓄熱システム2において、上述した実施の形態1における蓄熱システム1と同様、蓄熱土壌槽11の土壌15の中に、水よりも容積比熱が大きい物質で構成された蓄熱補助部材を混入するようにしてもよい。このようにすることにより、蓄熱システム1と同様、蓄熱効率をさらに向上させることが出来る。
In addition, in the
又、同様に、蓄熱土壌槽11の土壌中に円柱状の蓄熱部材を設けようにしてもよい。このようにすることにより、上述した実施の形態1における蓄熱システム1で説明したのと同様、蓄熱土壌槽11におけるパイプの施工を容易にすると共に、蓄熱効率を更に向上させることが出来る。
Similarly, a columnar heat storage member may be provided in the soil of the heat
上記の実施の形態2における蓄熱システム2において、集熱効率を向上させるため、閉管路12の副経路12bの途中に太陽光集熱パネル32と並列に、上述した実施の形態1における蓄熱システム1で用いられている集熱装置13を挿入して接続するようにしてもよい。上述したように、この集熱装置13は熱媒体が内部を流れるパイプで構成され、このパイプは、地表18から離れた地中に形成されている蓄熱土壌槽11の位置よりも浅い位置である地表近くの地中19に埋設される。図5は、このような蓄熱システムの構成を示した概略図である。尚、図5では、図4と同様、地下貯水槽21及び蓄熱土壌槽11は、断面が表示されている。このシステムにおいても、蓄熱する対象の物質として水を浸透させた土壌を用いており、蓄熱する対象の物質を単なる土壌とする場合よりも高い蓄熱効率が得られ、安定した蓄熱効果を得ることが出来る。そのため、土壌のみを蓄熱材とした場合に比べて、このシステムは、蓄熱システムの小型化を図ることができるので、家庭で利用することも不可能ではない。
In the
1 蓄熱システム
2 蓄熱システム
11 蓄熱土壌槽
11a 遮水シート
12 閉管路
12a 主経路
12b 副経路
13 集熱装置
13a 集熱パイプ
14 熱媒体循環ポンプ
15 土壌
18 地表
19 地中
21 地下貯水槽
21a 透水シート
22 充填部材
22a 柱部
22b 平板部
22c 凹部
23 被覆部材
24 アンカーボード
24a 穴
25 貯留水
31 給湯用加熱装置
32 太陽光集熱パネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (11)
地中に形成され、前記水浸透手段により水が浸透される土壌を備えた蓄熱土壌槽と、
内部に該内部を流れる熱媒体が充填されたパイプで構成されると共に、該パイプの一部が前記蓄熱土壌槽の前記土壌中に埋没するように敷設されて形成された主経路と該主経路以外の部分である副経路とでなる閉管路と、
該閉管路の前記副経路の途中に挿入されて接続されると共に前記熱媒体が内部を流れる集熱装置と、
前記熱媒体を前記閉管路及び前記集熱装置内に循環させる熱媒体循環ポンプと、を少なくとも備えており、
前記熱媒体が前記集熱装置の内部を流れる際に前記熱媒体が吸熱し、吸熱した該熱媒体が前記主経路を構成する前記パイプ内を流れる際に、該パイプを介して前記蓄熱土壌槽の前記土壌に放熱することにより、該土壌に蓄熱されることを特徴とする蓄熱システム。 Water infiltration means for infiltrating water into the soil;
A heat storage soil tank comprising soil that is formed in the ground and into which water is infiltrated by the water infiltration means;
A main path formed by a pipe filled with a heat medium flowing through the inside, and a part of the pipe laid so as to be buried in the soil of the heat storage soil tank, and the main path A closed channel composed of a sub route that is a part other than
A heat collecting device that is inserted and connected in the middle of the sub-path of the closed pipe and the heat medium flows through the inside;
A heat medium circulation pump that circulates the heat medium in the closed pipe line and the heat collecting device, and
The heat medium absorbs heat when the heat medium flows inside the heat collecting device, and the heat storage soil tank passes through the pipe when the heat medium that has absorbed heat flows through the pipe constituting the main path. A heat storage system characterized in that heat is stored in the soil by radiating heat to the soil.
前記蓄熱土壌槽は、前記地下貯水槽の下方に該地下貯水槽と重ねて形成されている請求項1又は2記載の蓄熱システム。 The water infiltration means is an underground water storage tank that stores water such as rainwater, and the stored water penetrates downward from the bottom and is formed in the ground.
The heat storage system according to claim 1 or 2, wherein the heat storage soil tank is formed to overlap the underground water storage tank below the underground water storage tank.
前記熱媒体が前記主経路を構成する前記パイプ内を流れる際に、蓄熱された前記土壌から前記パイプを介して吸熱し、該吸熱した該熱媒体が前記蓄熱利用装置の内部を流れる際に、前記熱媒体が放熱することにより蓄熱利用が行われる請求項1〜9のいずれか1項に記載の蓄熱システム。 A heat storage utilization device that is inserted and connected in the middle of the sub-path and the heat medium flows inside;
When the heat medium flows through the pipe constituting the main path, it absorbs heat from the heat-stored soil through the pipe, and when the heat medium that has absorbed heat flows through the heat storage utilization device, The heat storage system according to any one of claims 1 to 9, wherein the heat storage is performed by radiating heat from the heat medium.
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