JPH05272785A - 地下蓄熱槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱効果が高く、大規模な熱供給システムの
実現が容易な蓄熱槽を提供する。 【構成】 地下に埋設した縦型の円形断面をもつ蓄熱槽
の内部に、垂直方向の仕切板を配置して槽内を複数の細
長い蓄熱室に分割し、槽の上部および下部に、熱媒体を
各蓄熱槽に対して同じ速度で供給し、排出するための手
段を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下に設置する大規模
な縦型の蓄熱槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱供給プラントやビルの空調システム
に、蓄熱槽を使用することが試みられている。 この蓄
熱槽は、熱源機器で加熱または冷却された熱媒または冷
媒を槽内部に貯え、必要なときにとり出して使用し、使
用により温度が低下しまたは上昇した熱媒体を槽に戻す
サイクルを繰り返すものである。 （以下の記述におい
て、熱媒および冷媒を「熱媒体」で、またその加熱また
は冷却によるエネルギーの蓄積を「蓄熱」で、それぞれ
代表させる。） 従来既知のビルの地下などに設ける蓄熱槽は、プールや
タンク式のものである。 プール式蓄熱槽は、建物の地
下に設けた空間をいくつかの小室に区分し、各室を連通
管によって、流れが迂回するように直列に接続し、蓄熱
された熱媒体でもとの熱媒体が押し出されるようにした
ものである。 このタイプの蓄熱槽は、温度成層すなわ
ち温度の違いに起因する比重の差のために垂直方向に温
度の分布ができ、それが維持されるという現象を利用で
きず、高温の熱媒体と低温の熱媒体とが混合しやすく、
また槽内に液の流れないデッドゾーンが生じるため、蓄
熱効果が小さい。

【０００３】タンク式の蓄熱槽は、多くの場合、複数の
タンクをパイプで直列につないだ連結タンク式蓄熱槽で
ある。 この種の蓄熱槽は、温度成層を利用することは
できるものの、その構造上各タンクの出入口付近で高温
の熱媒体と低温の熱媒体とが混合しやすく、従って温度
成層ができても崩れやすく、やはり高い蓄熱効果は得ら
れない。

【０００４】上記したタイプの蓄熱槽は、大規模化のた
めには広大な敷地が必要であって、広域熱供給システム
の構築には適しない。

【０００５】大規模化の可能な蓄熱槽として、地中に掘
設した立穴内に水槽を埋設配置した深層式蓄熱槽が提案
されている（特開平２−２６３０２６号）。 温度成層
を利用する蓄熱槽では、槽断面を小さくして槽高を高く
とることが有利である（熱媒体の流れがピストンフロー
に近く、温度成層を維持しやすい）が、地上では槽高に
限界があるし、表面積が大きくなれば保温も容易でない
から、地中に蓄熱槽を設けることは原理的に有利であ
る。 ところが、細く深い穴を掘削するのは技術的に難
しいし、実現できる深さにも限度がある。 大規模化の
ためには、そのような穴を多数掘削しなければならず、
経済的な負担も大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような事情にかんがみ、容積効率、蓄熱効果が高い、
大規模な熱供給システムを、建設コストを高めることな
く実現できる地下蓄熱槽を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の地下蓄熱槽は、
図１に示すように、地下に埋設した縦型の円形断面をも
つ槽（１）の内部に垂直方向の仕切板（２）を配置して
槽内を複数の細長い蓄熱室（３，３，…）に分割し、槽
（１）の上部および下部に、各蓄熱室に熱媒体（５）を
同じ速度で供給し排出するための手段（４）を設けてな
る。

【０００８】槽（１）は、掘削した穴に鋼管（１２）を
嵌め込み、周囲の土（７）と鋼管（１２）との間をコン
クリート（１１）で埋めることによって建設できる。

【０００９】仕切板（２）の配置の仕方は任意である
が、分割により形成される各畜熱室（３）の横断面積が
ほぼ等しくなるように配置することが好ましい。 仕切
板の態様は、図３に示すような放射状や、図４に示すよ
うな格子状、さらには図５に示すような小径の円筒と放
射状の板との組み合わせなど、多種類ある。

【００１０】水を代表とする熱媒体の供給および排出
は、各蓄熱室とも同じ速度で行なわれるように、すなわ
ち温度成層のずれが各室の間で生じないように行なわな
ければならない。 これを実現する供給排出手段として
は、図１に示したような、各蓄熱室に対応した複数のノ
ズルを有するディストリビューター（４１）と、多孔板
や網のような整流板（４２）とを組み合わせたものを用
いるとよい。

【００１１】各蓄熱槽に、室上部にある熱媒体の比重と
室下部にある熱媒体の比重との中間の比重を有するフロ
ート（６）を配置することが好ましい。 フロートの形
状は、水圧に耐えるものとし、球形、円柱形など、各蓄
熱室の横断面の形状にほぼ合致させることが好ましい。

【００１２】異なる温度レベルの蓄熱槽が必要な場合、
たとえば空調用の温冷熱と給湯用の温熱が必要な場合に
は、図２に示すように、それぞれ蓄熱槽を１本の穴の中
に上下直列に配置するとよい。 この場合、ひとつの槽
を上下に分割し、上側の槽と下側の槽のそれぞれの上部
および下部に、熱媒体の供給排出手段（４）を設けるこ
とはいうまでもない。 このように１本の穴に複数の蓄
熱槽を配置する場合は、深い側に温度レベルの高い蓄熱
槽（１Ａ）を配置し、浅い側に温度レベルの低い蓄熱槽
（１Ｂ）を配置するとよい。 よく知られているよう
に、穴を深く掘り進むほど周囲の地盤の温度が高くなる
（地質にもよるが、一般に１００ｍ深くなると２〜３℃
上昇）からである。

【００１３】

【作用】本発明の蓄熱槽は、円形断面をもつ槽の内部を
垂直方向に分割して複数の蓄熱室を形成してあるので、
横断面積が小さく長い槽を多数設けた場合と同じ効果を
奏する。 すなわち、横断面積が小さく縦に長い槽にお
ける熱媒体の移動はほぼピストンフローとなり、槽内に
デッドゾーンができないため、高い容積効率が得られ
る。 また、温度成層が維持しやすく、高い蓄熱効果が
得られる。 蓄熱槽と周囲との間の熱の出入は、槽の周
囲と上下の端で起るだけであり、各蓄熱室の間では起ら
ない。 これを確実にするのが、各室への同じ速度での
熱媒体の供給および排出である。

【００１４】各蓄熱室内にフロートを置くと、熱媒体の
供給排出に伴う高温の熱媒体と低温の熱媒体の境界の移
動につれてフロートが上下し、両者の間の混合と熱の移
動を防ぐ。

【００１５】本発明によれば細長い穴を多数掘削する必
要がなく、大規模のエネルギ−供給システムを建設する
にも大径の穴を１本または少数本掘削すれば足りるか
ら、敷地に因るということはないし、建設費が比較的安
くて済む。

【００１６】

【発明の効果】本発明の蓄熱槽は、小さい敷地に大容量
の蓄熱が可能である。 このため、場所をえらばずに、
大規模なエネルギー供給システム、たとえば地域冷暖房
用のシステムが建設できる。 また、高い保温効果を有
しているため、長期間の畜熱が可能であり、昼夜間はも
ちろん、週間あるいは季節間の負荷平準化対策として利
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の蓄熱槽の一例について、その構造を
説明するための縦断面図。

【図２】 本発明の蓄熱槽の別の例について、その構造
を説明するための縦断面図。

【図３】 仕切板の配置の一例を説明するための槽の横
断面図。

【図４】 仕切板の配置の別な例を説明するための槽の
横断面図。

【図５】 仕切板の配置のさらに別な例を説明するため
の槽の横断面図。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 １Ａ 温度レベルの高い蓄熱槽 １Ｂ 温度レベルの
低い蓄熱槽 １１ コンクリート １２ 鋼管 ２ 仕切板 ３ 蓄熱室 ４ 熱媒体供給排出手段 ４１ ディストリビューター ４２ 整流板 ５ 熱媒体 ６ フロート ７ 土

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棟上 宏男 神奈川県横浜市南区別所一丁目14番１号 日揮株式会社横浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下に埋設した縦型の円形断面をもつ槽
   の内部に垂直方向の仕切板を配置して槽内を複数の細長
   い蓄熱室に分割し、槽の上部および下部に、熱媒体を各
   蓄熱室に対して同じ速度で供給し排出するための手段を
   設けてなる地下蓄熱槽。
2. 【請求項２】 熱媒体を供給し排出する手段が、各蓄熱
   室に対応して配置した複数のノズルを有するディストリ
   ビューターと整流板との組み合せである請求項１の地下
   蓄熱槽。
3. 【請求項３】 各蓄熱室内に、室上部にある熱媒体の比
   重と室の下部にある熱媒体の比重との中間の比重を有す
   るフロートを配置して、上下の熱媒体の混合を抑制した
   請求項１の地下蓄熱槽。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３の蓄熱槽を２個以上垂
   直方向に重ねて設け、温度レベルの高い蓄熱槽を深部
   に、温度レベルの低い蓄熱槽を浅部に配置して、温度レ
   ベルの異なる蓄熱を行なう地下蓄熱槽。