JP2021001462A

JP2021001462A - 蓄熱槽の保温構造

Info

Publication number: JP2021001462A
Application number: JP2019114860A
Authority: JP
Inventors: 淳司澤井; Junji Sawai
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP7221815B2

Abstract

【課題】地下水の地下水位の状態によることなく、蓄熱槽の設置場所の選択肢を広げることができ、蓄熱槽の施工コストを抑制すると共に、所定の供用期間中に必要な保温機能を維持することができる蓄熱槽の保温構造を提供する。【解決手段】地盤Ｇ内の遮水層１１と、地表ＧＬから前記遮水層１１に向けて貫入される遮水壁１２と、前記遮水層１１及び前記遮水壁１２によって区画される遮水地盤１３を有し、前記遮水地盤１３は、前記地盤Ｇを掘削して形成した蓄熱槽１と、前記蓄熱槽１と遮水地盤１３との間に配置される遮水部１４と、前記遮水地盤１３内の地下水３１を汲み出す地下水位低下手段２０を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄熱槽の保温構造に関し、特に蓄熱槽の設置場所を選定する際に、地下水位の低い場所を選定することなく、蓄熱槽の設置場所を選定することができる蓄熱槽の保温構造に関する。

従来、地盤内に蓄熱槽を構築し、当該蓄熱槽に温水や冷水を貯水して当該温水や冷水を必要に応じて熱源として利用する蓄熱槽が知られている。このような蓄熱槽は種々の構成が知られているが、例えば、特許文献１に記載されているように、帯水層を有する地層中にその帯水層の下層を形成している不透水層に達する地中連続壁を設け、これにより地下水の流動が抑止された人工的帯水層を地中に形成し、かかる人工的帯水層に地下温水層及び地下冷水層を形成した蓄熱槽や、特許文献２に記載されているように、構造物を構築する際に地盤を根切りして山留めとして設けられる連続地中壁の下端部を地盤の不透水層にまで延設させて構造物の下部の土層を囲繞し、周囲を連続壁でそして上下方向では構造物の地下躯体と不透水層とで囲まれた土層に、熱源設備及び空調機に連通された吐出管と吸水管の一端部を貫入せしめた地下貯水槽が知られている。

このような特許文献１に記載された蓄熱槽によれば、地中における十分な量の地下水の有無や地下水流速の大小にかかわらず人工的帯水層を容易に形成することができ、地下水の有無や流速の大小などの地下水の現況に起因する施工の地理的限定条件を解消し、帯水層蓄熱法の適用地域を広範なものへと拡大することができる。さらに、特許文献２に記載された地下貯水槽によれば、熱源設備に使用される熱媒体が使用温度に近い状態で地下に大量蓄積され且つ使用することができるので、冷暖房設備が小さく済むという効果を奏する。

特開２０００−２７１７７号公報特開平５−１１８５８９号公報

しかし、特許文献１に記載された帯水層蓄熱法を用いた蓄熱槽によると、地下温水層及び地下冷水層を地下水流が抑止された人工的帯水層内に形成しているため、これら地下冷水層や地下温水層が地下水と接することで地下水に熱が伝導して蓄熱槽の温度が低下するという問題が生じる。また、これを防止するために特許文献２に記載された地下貯水槽のように、地盤の土層を有効に蓄熱層として利用するために、連続地下壁に断熱層を形成して断熱を行う必要がある。

このような問題を解決するには、地下水の水位が低い場所を選定し、蓄熱槽の底板と地下水位の離隔を所定の距離（例えば３ｍ）以上確保することで、地下水と蓄熱槽とが近接することによる地盤への熱の電導を抑制することで蓄熱効果を高める必要がある。

しかしながら、このような地下水位の低い場所を選定することは容易ではなく、熱源を利用する場所の近傍に蓄熱槽を設置することは困難であるという問題があった。また、熱源の利用場所と蓄熱槽とが離れている場合には、蓄熱槽から熱源の利用場所まで温水を供給する際に温度が低下しないような断熱処置などを行う必要があり、これも施工コストの抑制を阻害するという問題を有している。また、このような蓄熱槽は供用期間が数十年と長期間に渡って供用されるため、この供用期間中に保温機能が維持される必要があるという要望もある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、地下水の地下水位の状態によることなく、蓄熱槽の設置場所の選択肢を広げることができ、蓄熱槽の施工コストを抑制すること共に、所定の供用期間中に必要な保温機能を維持することができる蓄熱槽の保温構造を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄熱槽の保温構造は、地盤内の遮水層と、地表から前記遮水層に向けて貫入される遮水壁と、前記遮水層及び前記遮水壁によって区画される遮水地盤を有し、前記遮水地盤は、前記地盤を掘削して形成した蓄熱槽と、前記蓄熱槽と地盤との間に配置される遮水部と、前記遮水地盤内の地下水を汲み出す地下水位低下手段を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る蓄熱槽の保温構造において、前記遮水地盤は、地下水位監視手段を備えると好適である。

また、本発明に係る蓄熱槽の保温構造において、前記地下水位監視手段は、複数設けられると好適である。

また、本発明に係る蓄熱槽の保温構造において、前記蓄熱槽は、蓄熱槽底部と前記蓄熱槽底部と前記地表とを連絡するのり面を備え、断熱蓋によって閉塞されていると好適である。

また、本発明に係る蓄熱槽の保温構造において、前記蓄熱槽底部は、前記遮水層から所定の距離だけ離間して配置されると好適である。

また、本発明に係る蓄熱槽の保温構造において、前記地下水位低下手段は、ディープウエルであると好適である。

また、本発明に係る蓄熱層の保温構造において、前記遮水層は、粘性土からなる層又は地盤改良工事によって遮水性を有する層であると好適である。

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明に係る蓄熱槽の保温構造によれば、従来は地下水位が低い場所を選定する必要があるという蓄熱槽の設置場所の制約を除去し、地下水位の状態によらずに蓄熱槽を設置することができる蓄熱槽の保温機構を提供することが可能となる。

本実施形態に係る蓄熱槽の保温機構を有する蓄熱槽の斜視図。本実施形態に係る蓄熱槽の保温機構を示す断面図。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る蓄熱槽の保温機構を有する蓄熱槽の斜視図であり、図２は、本実施形態に係る蓄熱槽の保温機構を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る蓄熱槽１は、一辺が略９０ｍ程度の上面が矩形状の蓄熱槽であり、当該蓄熱槽１に温水を供給する温水生産部としての熱プラント２が併設されている。この熱プラント２は、温水を生産することができればどのような構成を採用しても構わないが、例えば太陽熱パネルを用いた太陽熱プラントとして構成すると好適である。

本実施形態に係る蓄熱槽１は、熱供給事業において、熱源を必要とする場所へ温水を供給して当該温水を熱源として利用するために用いられるものであるが、通常、温水を生産するタイミングと消費するタイミングとに時間的な差が生じるため、この時間内に適切に生産した温水の温度を維持する保温機構が必要となる。

ここで、本実施形態に係る蓄熱槽の保温機構は、図２に示すように地下水位３０が高い場所であっても地下水に接することによる温水の温度低下を抑制している。具体的には、地盤Ｇ内の遮水層１１と、地表ＧＬから遮水層１１に向けて貫入される遮水壁１２と、遮水層１１及び遮水壁１２によって区画される遮水地盤１３を有し、遮水地盤１３は、地盤Ｇを掘削して形成した蓄熱槽１と、蓄熱槽１と地盤Ｇとの間に配置される遮水部１４と、遮水地盤１３内の地下水を汲み出す地下水位低下手段２０を備えている。

遮水層１１は、遮水性を有する層であればどのような層であっても構わないが、例えば粘性土などからなる遮水層を用いると好適である。また、このような粘性土が所定の深さ内にない場合には、深層混合処理工法などを用いて人工的な地盤改良工事を行って遮水層１１を形成しても構わない。

遮水壁１２は、図１に示す蓄熱槽１の四辺に対応して地盤Ｇに貫入され、蓄熱槽１の周辺に鋼矢板を打設したり、ＳＭＷ連続壁を構築して止水性を有して構成されており、地表ＧＬから遮水層１１まで貫入させて構築されている。この遮水層１１及び遮水壁１２によって地盤Ｇ内に遮水地盤１３が区画されている。

遮水地盤１３には、上述したように蓄熱槽１が掘削されて形成されており、この蓄熱槽１は、蓄熱槽底部１５とのり面１６とからなる概略逆ピラミッド型の形状となっている。なお、のり面１６は、蓄熱槽底部１５と地表ＧＬとを連絡する斜面として形成されており、当該斜面は、水平方向と鉛直方向の比率が概略２：１となるように構成されているとのり面１６の崩落などを防ぐことができるため好適である。なお、このようにのり面１６を形成することで蓄熱槽１の掘削作業を容易に行うことができることに加え、遮水壁１２との水平方向の距離も確保することができるので、遮水壁１２外の地下水による温水の温度低下も抑制することができる。

なお、蓄熱槽１の蓄熱槽底部１５及びのり面１６には、遮水シートが被覆されており、蓄熱槽１と地盤Ｇとの間に遮水部１４を構成している。遮水シートは、蓄熱槽１内の温水が遮水地盤１３内に漏水することを防止するために設置されており、遮水性を有するシートであればポリエチレンシートなど種々の素材を採用することができる。

また、蓄熱槽１の上面は、地盤Ｇを掘削することで地表ＧＬに開口を有しているが、当該開口は断熱性を有する断熱蓋１７によって閉塞されている。断熱蓋１７は、蓄熱槽１内に貯水した温水を保温することができればどのような材質を適用しても構わないが、例えば従来周知の断熱材などが好適に用いられる。

なお、蓄熱槽１は、蓄熱槽１の内部に温水を供給する供給管１８と蓄熱槽１から温水を取水する取水管１９とを備えており、これらの供給管１８及び取水管１９によって熱プラント２で生産された温水の供給や熱源使用場所への温水の供給を行っている。

遮水地盤１３には、地下水位低下手段２０を有しており、地下水位低下手段２０は、ディープウエルを採用すると好適である。地下水位低下手段２０は、蓄熱槽１の蓄熱槽底部１５を貫通し、遮水地盤１３の下端付近まで貫入された管部２２と管部２２の下端から地下水を組み上げるポンプなどの揚水手段２３を備えている。図２に示すように、管部２２の下端は遮水層１１まで至っており、遮水地盤１３を流動する地下水を揚水手段２３によって遮水地盤１３から汲み出すことができる。ここで、遮水地盤１３の下端付近とは、地下水位低下手段２０の下端から蓄熱槽底部１５までの距離が概略３ｍ以上隔離されていれば好適であり、遮水層１１に地下水位低下手段２０が貫入又は接触していなくても構わない。

また、遮水地盤１３には地下水位監視手段としての間隙水圧計２１が設置されており、遮水地盤１３に貫入した鋼管内に当該間隙水圧計２１を配置して遮水地盤１３内の間隙水圧を連続的又は定期的に測定している。

次に、本実施形態に係る蓄熱槽の保温構造の施工方法について説明を行う。第１に、蓄熱槽周囲の地盤Ｇに鋼矢板などを遮水層１１まで貫入して遮水壁１２を構築する。このとき、地盤Ｇに粘性土などの遮水層１１が存在しない場合には、人工的に深層混合処理工法などを用いて遮水層を形成しても構わない。遮水壁１２は遮水層１１とによって遮水地盤１３を区画するように蓄熱槽１の外周と所定の間隔をもって一連に形成される。これにより、蓄熱槽１の周囲の地下水は遮水壁１２及び遮水層１１より外（遮水地盤１３の外）の地下水と遮断される。

次に、地下水位低下手段の構築及び稼働を行う。地下水位低下手段は、上述したようにディープウエルを適用すると好適であり、遮水地盤１３にΦ５００程度の鋼管からなる管部２２を下端が遮水地盤１３の下端付近に至るまで貫入し、当該管部２２内に揚水手段２３を設置する。同時に管部２２に間隙水圧計を設置して遮水地盤１３の地下水位を観測する。その後、間隙水圧計２１を遮水地盤１３に設置する。この結果、遮水地盤１３の地下水位が蓄熱槽１の蓄熱槽底部１５から鉛直方向に概略３ｍ以上の離隔距離を形成できない程度に高い場合には、揚水手段２３を駆動して遮水地盤１３内の地下水を揚水して遮水地盤１３の地下水位３１を蓄熱槽底部１５からの離隔距離が３ｍ以上となる位置まで低下させる。この遮水地盤１３の地下水位３１を下げることで、遮水地盤１３の保温効果を高めるほか、後述する蓄熱槽の掘削作業を容易にしている。

次に、遮水地盤１３を地表ＧＬから掘削して蓄熱槽底部１５とのり面１６とを有する概略逆ピラミッド型の蓄熱槽１を構築する。このとき、貯水容量を確保するため、または遮水層１１からの離間距離を確保するために蓄熱槽１の外縁部に盛土をしても構わない。盛土をすることで、掘削によって生じた土砂を廃棄する手間を省くことができ、土砂の有効に利用することができる。

次に、掘削した蓄熱槽１に供給管１８及び取水管１９を設置する。このとき、取水管１９には図示しない外部への給水設備が同時に設置される。その後、蓄熱槽底部１５及びのり面１６を遮水シートで覆い遮水部１４を形成する。

その後、蓄熱槽１に水を張り貯水した後、該貯水した水を覆うように断熱蓋１７を構築する。断熱蓋１７は、複数に分割された分割体を貯水後の蓄熱槽１周辺の岸で組み合わせながら水面に引き出すようにして蓄熱槽１の開口全面を覆うように構築される。

次に、施工時に稼働していた地下水位低下手段２０を遮水地盤１３内の地下水位３１が蓄熱槽底部１５から所定の離隔距離（例えば３ｍ）以上であることを確認し、所定の離隔距離を確保している場合には、地下水位低下手段２０を停止する。間隙水圧計２１は、鋼管内の地下水位を監視し、蓄熱槽１の遮水部１４から漏れる貯水あるいは遮水層１１又は遮水壁１２から侵入する地下水により地下水位が上昇した場合に地下水位低下手段２０を稼働する。

このように構成された本実施形態に係る蓄熱槽の保温構造によれば、図２に示すように地盤Ｇの地下水位３０が高い場合であっても、遮水層１１及び遮水壁１２によって区画された遮水地盤１３の地下水位３１を地下水位低下手段２０によって所定の離隔距離が確保できる程度まで低下させているので、地下水に蓄熱槽１に貯水された温水の温度が伝導することによる保温機能の低下を抑制して遮水地盤１３の保温機能を確保している。

また、本実施形態に係る蓄熱槽の保温構造によれば、間隙水圧計２１によって定期的に遮水地盤１３内の地下水位３１を監視しているので、何らかの要因によって遮水地盤１３内の地下水位３１が上昇した場合であっても、再度地下水位低下手段２０を稼働させることで遮水地盤１３内の地下水位３１を適切な位置まで適宜下げる事が可能となる。供用前にこの間隙水圧計２１と管部２２に設置した間隙水圧計により、遮水壁１２と遮水層１１及び遮水部１４の欠陥部を特定して、適切な対策を講じることが可能となる。

なお、本実施形態に係る蓄熱槽の保温構造を採用した蓄熱槽１は、万が一地下水位低下手段２０がストレーナなどの目詰まりなどにより機能しなくなった場合には、蓄熱槽１の端部の遮水地盤１３に別のディープウエルを追加構築して引き続き遮水地盤１３内の地下水位３１を所定の位置以下に抑え、遮水地盤１３の保温機能を確保してもよい。

さらに、間隙水圧計２１は遮水地盤１３に複数設けても構わない。この場合、例えば蓄熱槽１の対角線上に間隙水圧計２１を設置すると好適である。このように複数の間隙水圧計２１によって遮水地盤１３の地下水位を監視することで、遮水地盤１３の地下水位３１状態をより正確に監視し、かつ必要があれば適切な対策手段を講じることが可能となる。

また、上述した本実施形態に係る蓄熱槽の保温構造は、蓄熱槽１の開口が略矩形状の逆ピラミッド型に形成した場合について説明を行ったが、蓄熱槽１の形状はこれに限らず、例えば逆円錐状に形成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１蓄熱槽，２太陽熱プラント，１１遮水層，１２遮水壁，１３遮水地盤，１４遮水部，１５蓄熱槽底部，１６のり面，１７断熱蓋，１８供給管，１９取水管，２０地下水位低下手段，２１間隙水圧計，２２管部，２３揚水手段，３０地下水位，３１遮水地盤の地下水位，Ｇ地盤，ＧＬ地表。

Claims

地盤内の遮水層と、
地表から前記遮水層に向けて貫入される遮水壁と、
前記遮水層及び前記遮水壁によって区画される遮水地盤を有し、
前記遮水地盤は、前記地盤を掘削して形成した蓄熱槽と、前記蓄熱槽と地盤との間に配置される遮水部と、前記遮水地盤内の地下水を汲み出す地下水位低下手段を備えることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項１に記載の蓄熱槽の保温構造において、
前記遮水地盤は、地下水位監視手段を備えることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項２に記載の蓄熱槽の保温構造において、
前記地下水位監視手段は、複数設けられることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項１から３の何れか１項に記載の蓄熱槽の保温構造において、
前記蓄熱槽は、蓄熱槽底部と前記蓄熱槽底部と前記地表とを連絡するのり面を備え、断熱蓋によって閉塞されていることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項４に記載の蓄熱槽の保温構造において、
前記蓄熱槽底部は、前記遮水層から所定の距離だけ離間して配置されることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項１から５の何れか１項に記載の蓄熱槽の保温構造において、
前記地下水位低下手段は、ディープウエルであることを特徴とする蓄熱槽の保温構造。
請求項１から６の何れか１項に記載の蓄熱層の保温構造において、
前記遮水層は、粘性土からなる層又は地盤改良工事によって遮水性を有する層であることを特徴とする蓄熱層の保温構造。