JP3022026B2 - 地下式高圧気体貯留槽の構築方法 - Google Patents

地下式高圧気体貯留槽の構築方法

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JP3022026B2 JP5030643A JP3064393A JP3022026B2 JP 3022026 B2 JP3022026 B2 JP 3022026B2 JP 5030643 A JP5030643 A JP 5030643A JP 3064393 A JP3064393 A JP 3064393A JP 3022026 B2 JP3022026 B2 JP 3022026B2
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吉弘 能勢
憲治 中山
英幸 田附
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

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  • Underground Structures, Protecting, Testing And Restoring Foundations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力エネルギを高圧気
体の圧縮エネルギに変換して蓄積するシステムに係り、
特に、シール性を保持させつつ内径の拡縮を許容し、且
つ高い内圧にも耐えられる地下式高圧気体貯留槽の構築
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CAES(Compressed Air Energ
y Storege System; 高圧空気によるエネルギ貯蔵システ
ムの略)が注目されている。CAESは、余剰の多い夜
間の電力を気体の圧縮エネルギに換えて蓄えておき、昼
間にこの気体の圧縮エネルギを電力に戻して使用するも
のである。これにより、電力需要の昼夜の差が平均化さ
れ、発電所の発電電力の利用効率が高められると共に昼
間に集中する電力需要のピークが緩和される。具体的に
は、CAESは、夜間の電力でコンプレッサを動かして
高圧の圧縮空気を作り、この高圧圧縮空気を蓄えてお
き、翌日、この高圧圧縮空気を払い出して燃料ガスと混
合させ燃焼させて発電用のタービンを回し、その電力を
消費先に供給するようになっている。即ち、空気という
入手容易な媒体を用い、余剰電力のエネルギをいったん
空気圧のエネルギに変換して蓄える経済的なシステムで
ある。
【0003】CAESでは、圧縮空気を蓄える場所とし
て、地下が利用される。地下の岩盤中に空洞を形成し、
空気を蓄えるための空間(貯留槽)とする。周囲が岩盤
であるから高圧にも耐えられる堅牢な貯留槽が容易に構
成できる。さらに、地下を利用することで、地上部の土
地の有効利用にもつながる。
【0004】これとは別に、プロパン、メタン等の燃料
ガスを蓄える目的で、地下の岩盤中の空洞を利用するこ
とが検討されている。このシステムは、サテライト基地
と呼ばれ、都市周辺の岩盤を利用した貯槽、或いは地下
に建造した貯槽に、燃料ガスを高圧で蓄えるものであ
る。
【0005】CAESやサテライト基地に選ばれる岩盤
は、もちろん十分な強度を有しているが、その構造を強
化すると共に気体圧を均等に受け止めるために、コンク
リート製等の内壁が設け得られる。また、岩盤はかなり
の気密性を持ってはいるが、小さな隙間が存在すること
もある。小さな隙間ではあっても、蓄えられる気体の圧
力が40〜100Kg/cm2 と高圧であるため、そこ
から気体が漏れることもあり得る。これを防ぐために、
シールを施すことになる。
【0006】このように堅牢な岩盤を利用するとはいっ
ても、所望の強度や気密性を得るためには、内壁やシー
ルを施す必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】内壁を構築するに当た
って、空洞を略円筒形とし、その内壁を周方向に複数に
分割して構成することが考えられる。即ち、その分割の
一つ一つをセグメントとし、セグメントを環状に並べて
内壁を構築する。その際、セグメント同士はルーズにつ
なぎ、内壁の径の拡縮を許容させておく。これにより、
内壁自体が気体圧を支えるのではなく、内壁の拡縮によ
って岩盤が気体圧を支えるようにできる。そして、同じ
ような形状のセグメントを工場等で製作し、これを空洞
内の現場に運び込んでつなぎ合わせるだけで内壁を容易
に構築できる。また、内壁をゴム製のシートで覆い、シ
ール性を持たせる。
【0008】ところで、今述べたような、セグメント構
成の内壁と、ゴムシートからなるシール材とにより貯留
槽を形成すると、セグメントの合わせ目の部分に問題が
生じる。即ち、貯留槽内の高圧により、各セグメントに
力がかかる。セグメントを支えている岩盤にも強いとこ
ろや弱いところがある。岩盤の弱いところでは、内壁の
径が拡がる。そうすると、セグメントの合わせ目が開い
てくる。結局、内圧による拡径の力と岩盤の強さとがつ
りあったところで合わせ目の間隔が決まる。合わせ目の
間隔は、0〜40mmの範囲内になる。しかし、このよ
うに合わせ目の間隔が拡がると、シール材がゴムシート
であるから、合わせ目において外側からの支えを失い、
内圧に耐えられなくなる。
【0009】そこで、本出願人は、セグメントの合わせ
目にはゴムの塊からなるバックアップ材を埋め込むこと
を考えた。バックアップ材がシール材の外側にあれば、
シール材が支えられるので、合わせ目の間隔が拡がって
も不具合を生じない。こうして、ゴムシートをシール材
に用いることの見通しが立った。
【0010】けれども、高圧気体の貯留槽においてゴム
シートをシール材に用いるという技術は前例がなく、ま
だ、信頼性に不安が残り、社会に広く認知されるには時
間を要する。そこで、本発明は、上記のセグメント構成
の内壁の利点を生かしつつ、シールの信頼性をより高い
ものとすることを目指すものである。
【0011】即ち、本発明の目的は、シール性を保持さ
せつつ内径の拡縮を許容し、且つ高い内圧にも耐えられ
る地下式高圧気体貯留槽の構築方法を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、地下の岩盤中に形成した空洞の内側に、複
数のセグメントを拡縮自在に継ぎ合わせ、これらのセグ
メントで形成される内壁の周囲に、コルゲーションを有
するメンブレンを張設すると共に、上記コルゲーション
と内壁との間にスペーサを介在させるものである。
【0013】
【作用】低温液の地下式タンク等の技術を応用し、内壁
の周囲に、径方向に弛ませたコルゲーションを有するメ
ンブレンを張設する。低温液の地下式タンク等における
内圧に比べて、高圧気体の貯留槽の内圧は著しく大きい
けれども、この貯留槽内の高圧に対しては、内壁を介し
て岩盤が支えているので、メンブレンは薄いものでよ
い。
【0014】セグメントの合わせ目の間隔が拡がると、
メンブレンにも拡がる力が及ぶ。この力によりコルゲー
ションが拡がる。これにより、メンブレンが引っ張られ
て破損することはない。
【0015】コルゲーションと内壁との間にスペーサが
介在している。スペーサがコルゲーションを外側から支
えているので、コルゲーションが押し潰されることはな
い。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
【0017】図1は、CAESのための岩盤を利用した
貯留槽の断面図である。この貯留槽1を構築するに際し
ては、まず地下の岩盤Sをシールド掘進工法等により略
円筒形に掘削し、空洞2を形成する。空洞2は、細長く
トンネル状に形成するが、水平、縦、或いは斜めにして
もよい。長手方向に数キロメートル、径は数メートルと
し、地上部より深さ数百メートルの位置に設ける。
【0018】この空洞2の周囲に、複数のセグメント3
をつなぎ合わせて張り巡らせる。この実施例では、セグ
メント3は、コンクリート製であり、空洞2の周囲を6
等分して形成されている。長手方向には適当な長さに形
成されている。セグメント3は、工場或いは地上部で製
作され空洞内の現場に運び込まれる。セグメント3をつ
なぎ合わせることにより、周方向に分割形成された内壁
4が構築される。
【0019】セグメント3の合わせ目5の詳細は、図2
に示されている。各セグメント3の両端(合わせ目にな
る側)は、セグメント3の側面のうち空洞2の内側にあ
たる側に切欠部6が形成されている。切欠部6は、セグ
メント3同士を突き合わせたときに、開口している側よ
り底が狭くなった溝7が形成されるように、セグメント
3の側面に対して傾斜した面と平行な面とを有してい
る。各セグメント3の両端の対向面8には、連結部9が
設けられており、連結部9同士がボルト・ナット10で
連結できるように構成されている。図は概念的に描かれ
ているが、両連結部9がボルトの頭部及びナットに掛合
されて互いに離脱しないようになっている。また、ナッ
トを締め付けることで両連結部9をぴったりと固定する
こともできる。この実施例では、合わせ目5の間隔が0
〜40mmで変動できるように、余裕をもたせてボルト
・ナット10を止める位置が決められる。図1に示され
る各セグメント3の合わせ目5は、全てこのようにルー
ズに継ぎ合わされる。内壁4は拡縮自在となる。
【0020】次に、セグメント3で構成された内壁4の
内側に、SUS板材からなるメンブレン11を張設す
る。メンブレン11はセグメント3に固定される。この
メンブレン11は、空洞2の径方向内方に向けて波型に
弛ませたコルゲーション12を有する。コルゲーション
12は、丁度セグメント3の合わせ目5に重なるように
設けられる。本実施例では、セグメント3が6分割で構
成されているので、コルゲーション12も6箇所とな
る。
【0021】メンブレン11を張設する際に、コルゲー
ション12の狭隘部12aと、上記2つの切欠部6の形
成する溝7との間に、弾性体13が充填される。弾性体
13の材料や充填方法は限定しないが、本実施例では、
弾性体13にはブチルゴムが用いられ、断面が台形状部
と波型の凸部とを有するゴム塊として供給され、このゴ
ム塊が上記狭隘部12aと溝7とに嵌合される。弾性体
13は、コルゲーション12と内壁4との間に介在する
スペーサ61である。
【0022】メンブレン11は、シール性を持たせるた
めに密閉される。こうしてメンブレン11の内側に高圧
気体を貯留することができるようになる。
【0023】地上部より貯留槽1内に、高圧気体移送管
(図示せず)を用いて高圧気体が送り込まれる。CAE
Sの稼働時には、この貯留槽1の内圧は40〜100K
g/cm2 で変動する。貯留槽1内の高圧により、各セ
グメント3が押し拡げられ、合わせ目5が開く。このと
き、メンブレン11が各セグメント3に張り合わせてあ
るので、合わせ目5の間隔が拡がると、コルゲーション
12が拡がる。これにより、メンブレン11が引っ張ら
れて破損することはない。
【0024】また、コルゲーション12の狭隘部12a
内に弾性体13が充填されている。弾性体13がコルゲ
ーション12を外側から支えているので、コルゲーショ
ン12が押し潰されることはない。
【0025】さらに、この実施例では、コルゲーション
12を合わせ目5に重ね合わせたので、合わせ目5の間
隔が拡がったときに、弾性体13がメンブレン11を外
側から支えるバックアップ材ともなる。弾性体13から
なるバックアップ材により、メンブレン11が合わせ目
5内に押し出されることがない。
【0026】以上説明したように、本発明は、メンブレ
ン11によって高いシール性を達成すると同時に、コル
ゲーション12の伸縮と、スペーサ61の介在により、
耐変形と耐圧力とを兼ね備えることができる。
【0027】次に、他の実施例を説明する。
【0028】図3は、図2に対応するセグメント3の合
わせ目5を示している。各セグメント3の両端の切欠部
6、連結部9及びメンブレン11の構成は同じである。
弾性体13は、各セグメント3の両端の対向面8に合わ
せて2個に分割形成されている。弾性体分割片13a同
士の間隔はセグメント3同士の間隔と略同じである。た
だし、貯留槽1内の高圧によりコルゲーション12が拡
がる際には、両弾性体分割片13aは変形してコルゲー
ション12を外側から支えるようになる。この構成にあ
っては、内壁4構築の際に、予めセグメント3毎に弾性
体分割片13aを取り付けておくことができ、メンブレ
ン張設の工程が簡素化される。
【0029】図4の実施例は、図1の例のコルゲーショ
ン12より小さいコルゲーション12をたくさん設けた
ものである。コルゲーション12は、セグメント3同士
の合わせ目5を中心に5個設けられる。これは、コルゲ
ーション12を大きくすると中の弾性体13が圧力に絶
えられないことを考慮したものである。弾性体13は各
々のコルゲーション12内に充填される。また、セグメ
ント12には溝が形成されていない。
【0030】図5の実施例は、コルゲーション12をセ
グメント3側に凸とした例である。各セグメント3の両
端には、角型の切欠部6が形成されている。弾性体13
は、この切欠部6による溝7とコルゲーション12の外
側との間に充填される。
【0031】図6の実施例は、スペーサ61に弾性体1
3を使用せず、パイプ62を使用したものである。ま
た、合わせ目5の補強には鉄板63を使用している。パ
イプ62は、圧力に耐えられるだけの径と肉厚が有り、
場合によっては丸棒でもよい。パイプ62は、コルゲー
ション12と鉄板63との間に介在する。鉄板63は、
所定の厚さが有り、セグメント3には鉄板63の厚さ程
度の溝7が形成されている。鉄板63は、合わせ目5を
覆っているが、合わせ目5の大きさに応じて溝7の一部
が隙間になる。このために鉄板63は一方のセグメント
3に対してはボルト64で固定され、反対のセグメント
3に対しては固定されない。
【0032】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0033】(1) メンブレンによるシールを用いた
ので、シールの信頼性が高い。
【0034】(2) 貯留槽のシールが耐変形と耐圧力
とを兼ね備えているので、貯留気体を高圧にすることが
でき、エネルギを蓄える容量が大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す貯留槽の断面図であ
る。
【図2】本発明の一実施例におけるセグメントの合わせ
目の詳細図である。
【図3】本発明の他の実施例におけるセグメントの合わ
せ目の詳細図である。
【図4】本発明の他の実施例におけるセグメントの合わ
せ目の詳細図である。
【図5】本発明の他の実施例におけるセグメントの合わ
せ目の詳細図である。
【図6】本発明の他の実施例におけるセグメントの合わ
せ目の詳細図である。
【符号の説明】
1 貯留槽 2 空洞 3 セグメント 4 内壁 11 メンブレン 12 コルゲーション 13 弾性体 61 スペーサ S 岩盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 憲治 東京都江東区豊洲三丁目2番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 田附 英幸 東京都江東区豊洲三丁目2番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (56)参考文献 特開 昭56−151685(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B65G 5/00 B65D 88/00 - 88/78 B65D 90/00 - 90/66 E02D 29/00 E02D 29/04 - 37/00 H02J 15/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地下の岩盤中に形成した空洞の周囲に、
    複数のセグメントを拡縮自在に継ぎ合わせ、これらのセ
    グメントで形成される内壁の内側に、コルゲーションを
    有するメンブレンを張設すると共に、上記コルゲーショ
    ンと内壁との間にスペーサを介在させることを特徴とす
    る地下式高圧気体貯留槽の構築方法。
JP5030643A 1993-02-19 1993-02-19 地下式高圧気体貯留槽の構築方法 Expired - Fee Related JP3022026B2 (ja)

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