JPH0816536B2 - 深層式蓄熱槽 - Google Patents

深層式蓄熱槽

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JPH0816536B2
JPH0816536B2 JP1083300A JP8330089A JPH0816536B2 JP H0816536 B2 JPH0816536 B2 JP H0816536B2 JP 1083300 A JP1083300 A JP 1083300A JP 8330089 A JP8330089 A JP 8330089A JP H0816536 B2 JPH0816536 B2 JP H0816536B2
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deep
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water tank
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日出夫 福武
俊弘 福田
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日立プラント建設株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

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
成されたヘツ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、深層水槽が堅型に配置
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、ヘツドタンクを
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を説明す
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10
の上部には、深層水槽10の内径よりかなり大きな内径を
有するヘツドタンク11が連設されており、該ヘツドタン
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を介してヘツドタンク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
ており、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を介してヘツド
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、ヘツドタ
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
10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L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L
は徐々にL1→L2へと降下する。以下、この繰返し(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L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L
はL2→L1へと上昇し、負荷時にはL1→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堅
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。しかしながらヘツドタンク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10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、ヘツドタンク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、このヘツドタンク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は吸上器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を介してヘツドタンク11と接続され
ており、一方温熱負荷21は吸上管22を介してヘツドタン
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
10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
すもので、深層水槽10、ヘツドタンク11の中心位置に断
熱中空シヤフト36を配設してある。該断熱中空シヤフト
36の上端開口部36aは液面より上側に配置されており、
かつ断熱シヤフト中空36の外周には断熱層37が設けられ
ている。なお、該断熱層37は断熱中空シヤフト36の外周
に断熱材を配置するか、又は断熱中空シヤフト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、
断熱中空シヤフト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)は深層式蓄熱層の平面視
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
態でヘツドタンク11が設けられた構造となっている。第
6図(b)は、ヘツドタンク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が該ヘツドタンク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
にはそれぞれストツパ39、40が設けられており、境界フ
ロート38のストツパ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A、潜熱蓄積ゾーン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、例えばヘツ
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ツ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
に形成されたヘツ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、該ヘツドタンクに
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L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……ヘツドタンク、 36……断熱中空シヤフト、 38……境界フロート、 41……潜熱蓄熱ゾーン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    径に形成されたヘツ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. 【請求項2】深層水槽、ヘツドタンクの中心位置に断熱
    中空シヤフトを配設して成る請求項(1)記載の深層式
    蓄熱槽。
  3. 【請求項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. 【請求項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。
JP1083300A 1989-03-31 1989-03-31 深層式蓄熱槽 Expired - Lifetime JPH0816536B2 (ja)

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JPH02263026A JPH02263026A (ja) 1990-10-25
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JP3301104B2 (ja) * 1992-03-27 2002-07-15 日揮株式会社 地下蓄熱槽
JPH06213482A (ja) * 1993-01-12 1994-08-02 Hitachi Ltd 蓄熱装置及び熱供給システム

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