JPH02263026A

JPH02263026A - 深層式蓄熱槽

Info

Publication number: JPH02263026A
Application number: JP1083300A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fukutake; 福武　日出夫; Toshihiro Fukuda; 福田　俊弘; Sotomasa Maeda; 前田　外政
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0816536B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は地中の竪穴を利用した深層式蓄熱槽に関する。

〔従来の技術〕

従来から既に提案されている蓄熱槽は、建物の地下に設
けられた二重床内の空間を利用して配設されるようにな
っており、第１０図に示すように、建物の構造に合せて
数多くの水槽１〜３を平面的に並設し、該水槽１と２、
及び２と３をそれぞれ連通管４で連結した構成となって
いる。なお、第１０図において、左端側の水槽１は低温
水槽であり、かつ右端側の水槽３は高温水槽である。こ
れら水槽１．３は配管５で連結されていると共に、該配
管５の途中位置にはポンプ６、冷凍機７が配設されてお
り、水の流れは矢印で示す方向に流れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような平型水槽群の構成では、高温
水と低温水が混合し、また死水域が生じて、蓄熱槽８内
に十分に熱を蓄えることができなかったり、あるいは蓄
えた熱をくまなく利用できないという欠点があった。ま
た、建物の地下の二重床内の空間を利用しているので、
大規模な蓄熱槽を設けられないという欠点があった。

このため、上述した平型構造に対してタワー型の蓄熱槽
が提案されているが、耐震性から大規模な高層タワーは
実用化されていない。また、上述した平型及びタワー型
蓄熱槽は構造体との接触面が多いため、膨大な断熱施工
を要するという欠点があった。

本発明は上述した欠点に鑑みなされたもので、高温水と
低温水の混合が少なく、内部に蓄えた熱を効率よく利用
でき、かつ狭いスペースに大容量のものを配置できるよ
うにした深層式蓄熱槽を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明に係る深層式蓄熱槽
は、地中竪穴内に埋設配置される深層水槽と、該深層水
槽の上部に設けられかつ深層水槽の内径より大径に形成
されたヘッドタンクとから成る構成としたものである。

〔作用〕

このように本発明にあっては、深層水槽が竪型に配置さ
れているので、該水槽内の温度差を利用することによっ
て、水槽の上部を高温水域、下部を低温水域とすること
ができ、これによって高い蓄熱効果を上げることができ
る。また、水槽が堅穴内に配置されているので、平型配
置に比べて省スペース化が図れ、さらに水槽は地中に埋
設されているので、耐震性、断熱施工性に優れ、地下の
有効利用を図ることができる。また、ヘッドタンクを設
けることによって液面変動を小さくでき、水槽上部の吸
上管の管端開口を極力上方位置に配置でき、運転安定に
寄与し得る。

〔実施例〕

以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明に係る深層式蓄熱槽の一実施例を示す断
面図である。深層水槽１０は内径に比べ高さ寸法がかな
り大きく形成されており、地中に深く掘られた竪穴内に
埋設配置された構成となっている。また、該深層水槽１
０の上部には、深層水槽１０の内径よりかなり大きな内
径を有するへラドタンク１１が連設されており、該ヘッ
ドタンク１１はその下半部が地中に埋設されかつ上半部
が地表面から上部に突出した構造となっている。

以上のように構成された蓄熱槽には冷凍機１２、冷熱負
荷（例えば変調機器）１３が接続されている。すなわち
、冷凍機１２は吸上管１４を介してヘッドタンク１１と
接続されると共に送水管１５を介して深層水槽１０の底
部と接続されてふり、一方冷熱負荷１３は吸上管１６を
介して深層水槽１０の底部と接続されていると共に送水
管１７を介してヘッドタンク１１と接続されている。な
お、蓄熱体としては水を用いている。

今、空調用冷熱の蓄熱を想定した場合、冷凍機１２は連
続運転又は低料金の深夜電力を利用した夜間運転とする
。冷熱負荷１３が０又は低い時の蓄熱時には、ヘッドタ
ンク１１から吸上管１４を介して高温水（例えば１０℃
の冷水）を冷凍機１２に導き、該冷凍機１２により低温
水（例えば５℃の冷水）に冷却し、送水管１５を通して
深層水槽１０の底部に注水する。

注水された低温水は高温水との密度の違いで深層水槽１
０の底部に溜まろうとしながら、注水量の増加で高温水
と混合することなく、高温水を押し上げる。したがって
、高低温水の境界域りが上昇し、Ｌ１近傍に達したとき
に温度センサ（図示せず）の信号により、冷凍機１２の
運転を停止するか又はインバータ等により低負荷運転と
する。

一方、冷熱負荷１３を必要とする昼間においては、吸上
管１６を介して冷熱負荷１３に低温水が供給され冷熱負
荷１３から深水槽１０に高温水が供給されるため、前記
境界域りは徐々にＬ１→Ｌ２へと降下する。以下、この
繰返しくＬ２−Ｌ１→Ｌ２→Ｌ１　・・・）となる（第
２図参照）。

なお、該第２図は上述した深層式蓄熱槽の運転パターン
と境界域りの変動パターン例（夏期冷房）を示すもので
ある。同図から明らかなように、蓄熱時には境界域りは
Ｌ２→Ｌ１へと上昇し、負荷時にはＬｌ−＋Ｌ２へと徐
々に降下する。

深層式蓄熱槽は、深層水槽１０が堅穴内に配置されて竪
型になっているので、平型配置に比べて省スペース化を
図ることができるばかりか、水温の温度密度差を利用す
ることによって深層水槽１０内を高温水域、低温水域に
区画できるので、高い蓄熱効果を得ることができる。ま
た、蓄熱槽はその殆どが地中に埋設されているので、耐
震性、断熱施工性に優れ、地下の有効利用を図ることが
できる。

一方、地中の竪穴に埋設された深層水槽１０のみでは、
蓄熱用液体である水の総量変動に比例して水面が上下に
大きく変動する。しかしながらヘッドタンク１１を設け
ることによって、該液面変動を小さく抑えることができ
、深層水槽ｌＯの上部の吸上管１４の管端開口１４ａを
極力上方位置に配置でき、運転の安定化を図ることがで
きる。

また、ヘッドタンク１１に蓋（図示せず）を被せた構造
とすれば、該蓋上に冷凍機１２等の蓄熱用機器群を載置
できるので、スペースを有効に活用できるとという利点
もある。なお、このヘッドタンク１１を設けたことによ
る効果は、地上置きの竪型蓄熱槽では得にくい。

また、上述した実施例は冷熱蓄熱の場合について述べた
が、温熱蓄熱の場合は、第３図に示すように、逆の配管
構成となる。すなわち、第３図において、蓄熱用温水器
１８は吸上管１９を介して深層水槽１０の底部に接続さ
れていると共に送水管２０を介してヘッドタンク１１と
接続されており、一方温熱負荷２１は吸上管２２を介し
てヘッドタンク１１に接続されていると共に送水管２３
を介して深層水槽ｌＯの底部と接続されている。

また、第４図は蓄熱機器として温水ボイラ２４と冷凍機
２５を用いた場合の実施例を示しているが、夏の冷房時
には第２、第７、第８、第３のバルブ２６〜２９を開と
し、第１、第４、第６、第５のバルブ３０〜３３を閉と
し、かつ冬の暖房時にはバルブ開閉を上記と逆にする。

なお、符号３４は揚水ポンプを示す。また温熱負荷側に
ついても同様に切換えればよい。

第５図は本発明に係る深層式蓄熱槽の他の実施例を示す
も９で、深層水槽１０、ヘッドタンク１１の中心位置に
断熱中空シャフト３６を配設しである。該断熱中空シャ
フト３６の上端開口部３６ａは液面より上側に配置され
ており、かつ断熱シャフト中空３６の外周には断熱層３
７が設けられている。なお、該断熱層３７は断熱中空シ
ャフト３６の外周に断熱材を配置するか、又は断熱中空
シャフト３６を２重構造とし、管と管の間を大気あるい
は真空状態とすることによって構成されている。本実施
例構造にあっては、断熱中空シャフト３６内を上昇又は
下降する途中での熱の相互移動の防止を図ることができ
るという利点を有する。

なお、第６図（ａ）、（ｂ）は深層式蓄熱槽の平面視構
造を示す。第６図（ａ）は深層水槽１０が平面視形状が
円形状を呈していると共に、該深層水槽１０と同心円の
状態でヘッドタンク１１が設けられた構造となっている
。第６図（ｂ）は、ヘッドタンク１１の平面視形状が長
方形を呈していると共に、深層水槽１０が該ヘッドタン
ク１１の左端部側に設けられた構造となっている。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、深層
水槽１０内に境界フロート３８を設けた構成としたもの
である。すなわち、該境界フロート３８は深層水槽１０
内の冷温水の境界域に自然に浮遊するように構成されて
おり、該境界フロート３８のみかけ比重を冷温水の中間
値に設定している。なお、深層水槽１０内の上端部及び
下端部近傍にはそれぞれストッパ３９．４０が設けられ
ており、境界フロート３８のストッパ３９．４０より上
方側、下方側への移動を規制している。本実施例のよう
に境界フロート３８を設けた構成とすれば、冷温水境界
域での熱移動を防止することができる。

第８図は本発明の他の実施例を示すもので、蓄熱量の向
上を図るべく深層水槽１０内の所定位置に潜熱蓄熱ゾー
ン４１を設けたものである。該潜熱蓄熱ゾーン４１は水
の流通が可能なようになっており、潜熱材の選定には慎
重を要している。この第８図の槽構造にすれば、第９図
に示すように、竪穴同一径のとき竪穴の深さをＨだけ節
減することができる。また、本実施例にあっては総蓄熱
量を面積Ａ１潜熱蓄熱ゾーン４１を設けたときの面積を
Ｂとした場合、槽容量をＢ／Ａの比で縮少できる。

なお、上述した各実施例においては蓄熱体として水を用
いたが、これに限定されるものではなく、例えばヘッド
タンク１１に氷を入れた場合には、氷の溶解水と高温水
の温度による密度差を利用した冷熱蓄熱としての効果が
得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る深層式蓄熱槽によれば
、地中竪穴内に埋設配置される深層水槽と、該深層水槽
の上部に設けられたヘッドタンクとから成る構成として
おり、深層水槽が竪型に配置されているので、該水槽内
の温度差を利用することによって、水槽の上部を高温水
域、下部を低温水域と区画することが可能となり、これ
によって従来の平型配置構造のものに比べて蓄熱容量を
大幅に増大させることができるという優れた効果を奏す
る。また、深層水槽が竪型に配置されているので、平型
配置のものに比べて設置スペースを著しく低減できると
いう効果も有する。さらに、深層水槽は地中に埋設され
ているので、地下を有効に利用でき、しかも平型及びタ
ワー型蓄熱槽に比べ耐震性、断熱施工性に優れていると
いう利点も有する。したがって、大規模な蓄熱槽の設置
も可能である。

また、深層水槽の上部に、該深層水槽の内径より大径に
形成されたヘッドタンクを設けることによって、水槽内
における液面変動を小さくでき、これによって水槽上部
の吸上管の管端開口を極力上方位置に配置できるので、
安定した運転が行える。さらに、該ヘッドタンクに蓋を
すれば該蓋上に冷凍機等の蓄熱用機器群を載置できるの
で、スペースの有効活用に寄与し得るという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る深層式蓄熱槽の一実施例を示す断
面図、第２図は運転パターンと境界域りの変動パターン
例を示す図、第３図、第４図はそれぞれ本発明に係る深
層式蓄熱槽の使用例を示す概略構成図、第５図は本発明
に係る深層式蓄熱槽の他の実施例を示す断面図、第６図
は（ａ）、（ｂ）は本発明に係る深層式蓄熱槽の平面図
、第７図は同深層式蓄熱槽のさらに他の実施例を示す断
面図、第８図は同深層式蓄熱槽の他の実施例を示す断面
図、第９図は第８図の蓄熱槽における時刻と境界域との
関係を示す図、第１０図は従来の平型蓄熱槽の一例を示
す概略構成図である。１０・・・深層水槽、１１・・・ヘッドタンク、３６・・・断熱中空シャフト、３８・・・境界フロート、４１・・・潜熱蓄熱ゾーン。代理人　弁理士　中　島　　　淳医イ（ａ）（ｂ）に二］ −１九界フロート

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地中竪穴内に埋設配置される深層水槽と、該深層
水槽の上部に設けられかつ深層水槽の内径より大径に形
成されたヘッドタンクとから構成されたことを特徴とす
る深層式蓄熱槽。
（２）深層水槽、ヘッドタンクの中心位置に断熱中空シ
ャフトを配設して成る請求項（１）記載の深層式蓄熱槽
。
（３）深層水槽内に所定の比重を有する境界フロートを
配置したことを特徴とする請求項（１）記載の深層式蓄
熱槽。
（４）深層水槽内に潜熱蓄熱ゾーンを設けたことを特徴
とする請求項（１）記載の深層式蓄熱槽。