JPS63115997A

JPS63115997A - 地中に設置されるガスタンク装置

Info

Publication number: JPS63115997A
Application number: JP26077486A
Authority: JP
Inventors: Masao Hayashi; 正夫林
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1988-05-20

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】（発明の利用分野）本発明は、ガスタンク装置に関するものであり、特に、
地中に設置されるガスタンク装置に関するものである。

（従来技術とその問題点）電力系流を構成する発電所の運用に当たっては、一般に
起動停止を度々行うことが好ましくない原子力発電所や
起動停止が容易ではない微粉炭火力発電所をベース運転
用とし用い、その不足電力分の補充を必要とする時、更
には昼間における電力需要の増大時には、起動停止が迅
速容易な石油火力発電所や、ＬＮＧ、ＬＰＧ火力発電所
、更には、ＬＮＧガスなどを燃料とするガスタービン発
電所を運転して、電力需要に対応することが行われてい
る。従って、ベース運転用以外の発電所は夜間その他に
おいて動作が停止されるものが多い。

そこで例えば従来のガスタービン発電所のように、空気
圧縮機により例えば１０気圧程度に加圧された空気を燃
焼用空気として燃料ガスとともに燃焼器に加えて作動ガ
スを作り、これによりガスタービンを駆動して発電機に
より発電するものにおいては、夜間その他における余剰
電力により、例えば発電機を電動機として空気圧縮機を
動作させ、これにより作られた加圧空気を地中に掘削し
た剛設計の蓄圧空気装置に貯溜しておき、発電時にこの
貯溜空気を燃焼用空気として使用する方式が提案されて
いる。

この方式によれば、０発電電力と同等以上、またはそれ
以上の電力を必要とする空気圧縮機の動力を、安価な余
剰電力によって賄いうろことから燃焼器を大きく低下す
ることができる。■また、この方式によれば従来方式、
即ちガスタービンの運転と同時に空気圧縮機を駆動して
燃焼用空気を作るものに比べて、実質的に空気圧縮機に
必要とされる動力分だけ発電設備が増大されたと同様に
なるすぐれた効果などが得られる。

しかし、従来の地下タンクは剛設計であり、鉄筋コンク
リート、鋼製などの構造物を大気圧下で地中に建造しよ
うとしたものである。従って、発電所が軟弱な地盤の湾
岸地帯に建設されることを考慮した場合、工事の安全、
地盤沈下、経済性。

立地の制約などから、深い地中空間を安全かつ経済的に
利用できる設計法ではない。

さらに、従来の蓄圧室は調圧機能を全くもっていない。

従って、貯溜空気の使用によって空気圧力が変化して定
圧に保つことができないため、燃料ガスの燃焼状態が変
化してガスタービンの運転状態が変動する難点がある。

（発明の目的）本発明の目的は、湾岸など掘削条件の悪い地質の所でも
建設できる気体漏れのおそれのない地中に設置されるガ
スタンク装置を提供することにある。

（発明の構成と原理）この目的を達成するために、本発明による地中に設置さ
れるガスタンク装置は、地中に埋設されたガスタンクに
導気管を介してガス供給装置から高圧ガスが蓄積され、
該導気管に接続された高圧ガス利用装置に前記の蓄積さ
れた高圧ガスを供給するように形成されたガスタンク装
置において、前記ガスタンクは前記導気管の下端に接続
された柔軟性断熱材料の幕袋よりなり、該幕袋は比重が
１以上で圧送できる調圧液を所定の静液圧力で充填した
液室内に保持されていることを特徴とする構成を有して
いる。

本発明の原理は、次のように要約することができる。

（１）地圧に対する対策：初期地圧Ｐ、に対し、空洞の坑壁の静液圧Ｐ。

を大きくすることによって掘削相当外力Ｐ、＝Ｐ−１”
、を減少ぎせ得る。充填液体の封圧Ｐ。

は比重γと液の水頭りの積でありＰｈ＝γｈである。そ
こで、比重が重く、人畜無害で、コストが廉く、ポンプ
で圧送できる重い液体を掘削空間に調圧液として充満さ
せる。この調圧液は、例えば、ベントナイト　フェロシ
リコン（酸化鉄ρ＝３程度）べんがら（ヘマタイト酸化
第２鉄ＦｅｚＯ：＋＋　　密度ｐ＃５．０）、黒鉄（四
三酸化鉄。

マグネタイト密度ρ＝４．９）、重晶石（パライトＢ　
ａ　Ｓ　Ｏａ　＋密度ρ＝４．５）、磁性流体（ρ＝３
〜７）、濃縮した海水などの適当な濃度の溶液を用いる
。その溶液の粘調度の調整にはグリセリン９　シリコン
などを適宜用いる。

充填された調圧液内の溶体の沈澱および地下施設を設置
した孔又は空洞の内壁の土砂の沈澱を防止するために、
圧縮空気を液管の下端から吐出させるエアリフト構造の
液撹拌循環装置を用いることができる。

（２）坑壁のフェーシング：調圧液の充満した空洞の凹凸のある掘削壁面を円滑に仕
上げるためと掘削した岩盤内に調圧液が浸透しにくくす
るためには、セメント、モルタルあるいは水中硬化性の
合成樹脂などをフェーシングするものとして、その内型
枠として水中型枠用の布引きの人造ゴム、ケプラのメソ
シュの入ったナイロン、などの合成樹脂製の可撓性幕袋
Ｂ１を空洞までまず下降し、この幕袋Ｂ、に充水し、岩
盤に圧着するまで加圧ガスを圧太し、その後フェーシン
グ材料をその幕袋Ｂ。

の外側すなわち岩盤との隙間に地上から圧送する。

（３）　　フェーシング材料：水中コンクリートあるいはセメント、モルタルあるいは
軽い合成樹脂などは水中での分離を避ける効果のあるセ
ルローズなどを混和剤として用いることが望ましい場合
がある。

（４）加圧気体の定圧保持：地上から加圧気体を圧入するときに、地中タンクでは液
室（幕袋Ｂ、）内の気液分離用の幕袋Ｂ２に加圧気体が
圧入される。その幕袋Ｂ２外側には充填液体の封圧Ｐｈ
が作用しているのでパスカルの原理によって幕袋Ｂ２の
中の加圧気体の圧力Ｐ、は原理上一定に保持できる。

加圧気体が地上で消費されるにつれ、幕袋Ｂ２の容積が
減少するので、幕袋Ｂ２の下面が上昇し、圧入ガスの圧
力Ｐ、が減少する。そこで、その圧力Ｐ、の減少ΔＰ１
に対応して液室（幕袋Ｂυ内の充填液体の封圧Ｐ５を上
昇させれば、幕袋Ｂ２内の加圧気体の圧力Ｐ、は一定に
保持される。

幕袋Ｂ１と８２は繰返し応力に長年月に耐える合成ゴム
を用いる。

（実施例）以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明によるガスタンク装置に接続される地
上利用設備の１例を示すものであり、１は空気圧縮機、
２は燃焼器、３はガスタービン、４は発電機、５ａ、　
５ｂ、　５ｃはバルブ、９は導気管である。

第２図は、本発明によるガスタンク装置の一実施例であ
り、導液孔６と、その下部先端に設けられた前記の幕袋
Ｂ、に相当する調圧用液室７と、導液孔６と同軸状にか
つ必要な間隔を保つように導液孔６内に位置される径の
細い導気管９と、その導気管９の下部先端に接続されか
つ液室７内に位置するように備えられたガス蓄圧用幕袋
（前記の幕袋Ｂ２に相当する）８とからなる。導液孔６
を介して調圧用液室７内に調圧液１０を導入すると、コ
ンプレッサ１．バルブ５ｂ、　５ｃ及び導気管９を介し
てガス蓄圧用幕袋８内に圧入されたガス８ａの圧力Ｐ３
と液１０の液圧Ｐｈとが平衡する。例えば、圧入時のガ
ス圧を２０気圧としたとき、２０気圧の液圧が得られる
ように調圧用液室７の深さはほぼ２００ｍ以上に選定さ
れる。なお、図において、１１はガス蓄圧用幕袋８が膨
らんだとき生ずる余剰液を溜める液室であって、これは
例えば第２図中に点線によって示された地上に設けたプ
ール１１ａ３又は導液孔６を海、河、湖沼又はプール等
の溜水源１２と結ぶことによって代用することもできる
。

以上のようにすれば、圧入されたガス８ａの利用の際に
、バルブ５ｂを閉じ、バルブ５ａ、　５ｃを開けたとき
、ガス蓄圧用幕袋８は、一定液圧により圧入ガス８ａの
使用量によって大きさを変えるが、幕袋８内の蓄圧ガス
の圧力Ｐ、を実質上一定に保つことができる。従って、
燃焼器２における燃焼状態が変わることがない。

以上の実施例は、導液孔６と導気管９を同軸の２重管構
造にしたものであるが、第３図のように導液孔６と導気
管９を挿込するための孔１３を平行に独立して設け、こ
れらを接続するように設けた調圧用液室７内にガス蓄圧
用幕袋８を位置させても実施することができる。

華管のシステムおよびＵ字管のシステムの他に、Ｗ字管
のシステムなども実施することができる。

以上の実施例において、幕袋８内の圧入ガス８ａが前記
のように地上で消費されるにつれて、幕袋°８の容積が
減少し、その幕袋８の下端面が上昇し、圧入ガス８ａの
圧力Ｐ３が減少する。これを防止するために、例えば、
第４図に示すように、導液孔６内と海、湖沼又はプール
等の溜水源１２との間に設置された温水管１６の中間に
可逆ポンプ装置１４を設置しておき、圧入ガス８ａの圧
力Ｐ、の変動に対応して可逆ポンプ装置１４を順又は逆
方向に運転すれば、導液孔６内の調圧液１０の上端液面
が変動して、幕袋８に加わる調圧液１０の圧力Ｐｈを変
化する圧力調節手段とすることができる。すなわち、幕
袋８の容積が減少して幕袋８の下端面が上昇することに
より、圧入ガス８ａの圧力Ｐつが低下したときには、溜
水源１２から導液孔６内に調圧液１０を送り込むように
する。圧入ガス８ａを再び圧入することにより幕袋８の
容積が再び増大したときには、導液孔６から溜水源１２
に調圧液１０を放出するように動作させる。可逆ポンプ
装置１４の運転起動と運転方向は、導気管９内の圧入ガ
ス８ａの圧力を所望の一定圧力値と比較した結果すなわ
ち再圧力値の差の極性を検知して制御する周知の自動制
御装置１７により可能である。必要ならば、温水管１６
にポンプ１４の運転中のみ開（逆流防止用のバルブ２０
を設けてもよい。

また、導液孔６及び調圧用液室７内での沈澱物の発生に
より調圧液１０の流動が妨害され調圧用液室７の容積の
減少を防止するために、第５図に示すように、コンプレ
ッサ１５から導液孔６内のパイプ１８を経由して圧縮空
気を調圧用液室７内に吐出させる調圧液１０の攪拌手段
を設ければよい。これにより、吐出された気泡１９の流
動に伴って、調圧液１０は充分攪拌され、調圧液１０に
含まれている溶体はその気泡１９の上昇に伴って、調圧
用液室７及び導液孔６内の調圧液１０にほぼ均一に分散
されて、その沈澱を防止することができる。

もちろん、第４図の圧力調節手段と第５図の調圧液の攪
拌手段をともに設置してもよい。

（発明の効果）以上詳細に説明のように、本発明によれば、軟質岩盤の
地中例えば２００ｍ〜１０００ｍに、地盤沈下がな（、
安全に、環境破壊がなく、しかも経済的なガスタンク装
置を実現することができる。

また、この蓄圧タンク装置は従来のように地中に乾式で
掘られた空洞内に蓄圧するものではなく、蓄圧に幕袋８
を使用して気体の逃散を防ぐと同時に地質が軟弱な場合
に空洞壁面に作用する液圧が幕袋８を介して支えとなり
空洞内の岩石その他が崩れることがなくタービンに入る
のを防ぐため、空洞壁面や温液孔壁面のコンクリート覆
工を大規模に行う必要がなくなる。また、調圧用液室７
は２００ｍ程度即ち一般に地盤の軟弱層を通過した成る
程度硬い地層に掘られる。従って、例えば導液孔６を広
く行われているポーリング技術により穿孔したのち、例
えば崩落防止などのための管を嵌め、次にボーリグ孔内
に例えば旋回式の掘削機を降下させて音波測量機により
空洞形状を監視しながら遠隔操作により調圧用液室７を
完成することができる。このため経費のかかるコンクリ
ート覆工を行ったり、人が内部に入って工事する危険を
伴うことなく完成できる。従って、地質のよ（ない湾岸
などにも建設でき、その費用も従来のものに比べて著し
く軽減される。

本発明による地中に設置されるガスタンク装置の利用分
野は、ａ）圧縮空気を夜間電力で製造し、蓄圧し、昼間
のガスタービン火力に利用する火力発電、ｂ）石炭・ガ
スの火力発電所における余剰ガスの貯蔵、Ｃ）化学工場
などでのＬＰＧ高圧ガスの貯蔵、ｄ）太陽光発電での蓄
電池の代りとしての加圧空気貯蔵、ｅ）波力発電の蓄電
のための加圧空気貯蔵、ｆ）プロパンガスなど都市ガス
・危険ガスなどの貯蔵、ｇ）都市衛生施設としての超深
層曝気槽、ｈ）一般の圧縮空気貯蔵、ｉ）放射性ガスな
どの危険ガスの貯蔵等である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる蓄圧によるガスタービン発電の
地上設備の一例を示す系統図、第２図は本発明の一実施
例を示す縦断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す
縦断面図、第４図及び第５図は本発明装置の付加装置を
説明するための系統図を含む断面略図である。 ■・・・コンプレフサ、　　２・・・燃焼器、　　３・
・・ガスタービン、　４・・・発電機、　５ａ、　５ｂ
、　５ｃ・・・バルブ、　６・・・導液孔、　７・・・
調圧用液室、　８・・・ガス蓄圧用幕袋、　８ａ・・・
圧入ガス、　９・・・導気管、　１０・・・調圧液、　
１１・・・余剰液貯溜用液室、１２・・・海、河、プー
ル、　１３・・・導気管挿込用孔、１４・・・ポンプ装
置、　１５・・・調圧液の攪拌循環用のコンプレッサ、
　１６・・・導水管、　Ｉ７・・・自動ホＩＪ　？１１
１装置、　１８・・・パイプ、　１９・・・気泡、　２
０・・・バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地中に設けられたガスタンクに導気管を介してガ
ス供給装置から高圧ガスが蓄積され、該導気管に接続さ
れた高圧ガス利用装置に前記の蓄積された高圧ガスを供
給するように形成されたガスタンク装置において、前記
ガスタンクは前記導気管の下端に接続された柔軟性断熱
材料の幕袋よりなり、該幕袋は比重が１以上で圧送でき
る調圧液を所定の静液圧力で充填した液室内に保持され
ていることを特徴とする地中に設置されるガスタンク装
置。
（２）前記液室は前記導気管が内部に配置されている導
液孔の下端部に位置していることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のガスタンク装置。
（３）前記液室は前記導気管と分離して配置されている
導液孔の下端部に位置していることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のガスタンク装置。
（４）前記導液孔の上端は海中または淡水に開放するよ
うに配置され途中に貯液室を有していることを特徴とす
る特許請求の範囲第２項又は第３項に記載のガスタンク
装置。
（５）地中に設けられたガスタンクに導気管を介してガ
ス供給装置から高圧ガスが蓄積され、該導気管に接続さ
れた高圧ガス利用装置に前記の蓄積された高圧ガスを供
給するように形成されたガスタンク装置において、前記
ガスタンクは前記導気管の下端に接続された柔軟性断熱
材料の幕袋よりなり、該幕袋は比重が１以上で圧送でき
る調圧液を所定の静液圧力で充填した液室内に保持され
、前記高圧ガスの圧力の変動に対応して前記液室内の調
圧液の圧力を調節することにより前記高圧ガスの圧力を
一定に保持する圧力調節手段を備えていることを特徴と
する地中に設置されるガスタンク装置。
（６）地中に設けられたガスタンクに導気管を介してガ
ス供給装置から高圧ガスが蓄積され、該導気管に接続さ
れた高圧ガス利用装置に前記の蓄積された高圧ガスを供
給するように形成されたガスタンク装置において、前記
ガスタンクは前記導気管の下端に接続された柔軟性断熱
材料の幕袋よりなり、該幕袋は比重が１以上で圧送でき
る調圧液を所定の静液圧力で充填した液室内に保持され
、前記液室内の調圧液内に圧縮空気の気泡を吐出させて
該調圧液を攪拌する攪拌手段を備えていることを特徴と
する地中に設置されるガスタンク装置。