JPH01291096A

JPH01291096A - 二重管構造をもつ地中蓄熱槽

Info

Publication number: JPH01291096A
Application number: JP63119574A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamazaki; 昭山崎
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1988-05-17
Publication date: 1989-11-22

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、太陽エネルギを効率よく蓄積するための二重
管構造をもつ地中蓄熱槽に関するものである。

（ロ）従来技術太陽エネルギは、無料で、クリーンで、無尽蔵である点
に特徴があるが、エネルギ密度が希薄で昼夜差、季節差
が大きいという欠点がある。

従来の太陽エネルギの蓄熱技術においては、多くの試行
錯誤により、昼夜間程度の短期蓄熱のためには、第２図
に示すように、蓄熱槽を地上に設置して少量の蓄エネル
ギにより数日分を確保するというものである。しかし、
季節にまたがって３〜６箇月もの長期蓄熱のためには、
地下に長い距離にわたって細いパイプを埋設し７、この
パイプに接する土に蓄熱してかつ回収するものであった
。

このような従来の太陽エネルギー蓄熱技術においては、
次のような問題点があった。

■　地上に蓄熱槽を設置するため、周辺を断熱祠で包ん
だ大きなタンクを必要とし、これを収容するスペースを
地上（場合によっては建築物の中に）につくらねばなら
ない。

■　地中に蓄熱槽を持ち込むのは、断熱性の点で「土」
の特徴を生かせる代り、タンクスペースを地下に掘ると
いうコストが発生する。

■　長期蓄熱のためには、どうしても大容量の蓄熱スペ
ースが必然化し、地中にこのスペースが求められる。こ
の点では、タンク状の容器でも、細いプラスチックパイ
プを埋設するものでも、同じ条件となる。しかし、プラ
スチックパイプの長距離敷設となると大量の土砂を掘り
起こし、埋設し、埋め戻さねばならない。

■　地下に鉄製のタンクを埋設した場合、または殻であ
る鋼の板をかいして土と熱媒（水、エチレングリコール
等）の熱伝導を行わせる場合、流速が遅いため鋼面に接
している熱媒の動きが小さく、熱交換が計算どおりにな
らないケースが多い。

これら従来技術の問題点を解消するためには、設置スペ
ース、掘削コスト、熱伝達効率の点を改良することが求
められる。

（ハ）発明が解決しようとする課題本発明が解決しようとする課題は、太陽エネルギを効率
よく、無駄なく蓄熱するとともに、蓄えられた熱を有効
に回収するために、保温性の高い地中を利用できる地中
蓄熱槽を得ることにある。

（ニ）課題を解決するための手段本発明の二重構造をもつ地中蓄熱槽は、太陽エネルギを
長期間にわたって地中に蓄熱する設備において、少なく
とも内面側に螺旋状突起を形成した鋼管製外殼管と、該
螺旋突起に近接して外殼管内に挿入配設される鋼管製内
殼管とからなり、前記内外殼管との間に画定される螺旋
空間内に熱媒を循環させ、−前記内殼管内部に蓄熱媒体
を備蓄する手段によって、上記課題を解決している。

（ホ）実施例図面を参照して、本発明の二重構造をもつ地中蓄熱槽の
実施例について説明する。

第１図は本発明の地中蓄熱槽の一部破断斜視図である。

地中蓄熱槽１は外殼管１１、内殻管１２、下降管１３、
排出管１４、利用管１５からできている。

外殼管１１は鋼管からできているが、内面または内外面
に螺旋状突起１１１が設けられている。

内殻管１２は鋼管からできていて、螺旋状突起１１１に
近接して外殼管１１内に挿入配設される。

このようにして内外殼管１２．１１との間に螺旋状の空
間１１２が画定される。この螺旋状の空間１１２は、第
３図に示すように、外殼管１１の内外面に螺旋状突起１
１１を設け、内面側に画定されるか（（Ａ）図）、外殼
管１１の内面に突起１１１を設けて内面側に画定される
かく（Ｂ）図）、内外殼管１２．１１の外内面側に突起
１１１．１２１を設けて両突起１１１．１２１によって
画定されるか（（Ｃ）図）、または内殻管１２の外面に
設けた螺旋状突起１２１によって画定される（（Ｄ）図
）。

（Ａ）図における外面の突起１１１は、地中への熱の放
出・吸収をするフィンの働きをする。

（Ａ）図の内外面突起１１１は蓄熱・回収効率の点で最
もすぐれているが、加工の手間がかかりコストアップに
つながる。製造コストの点では（Ｂ）図のものが最もす
ぐれている。

内外殼管１２．１１の間隙は４〜５ＩＩＩ１１程度、突
起の高さは２．５〜５１程度、螺旋の角度は水平にたい
して５〜４５°、内外殼管の直径は４００〜１０００ｍ
ｍ程度、突起と管壁との間隙は０〜０．５閣程度が好ま
しい。

水、不凍液、エチレングリコール等の熱媒が、地上の建
屋２の屋根上に設置された太陽熱吸収器３において加熱
され、ポンプ４によって地中蓄熱槽１の下降管１３に送
られる。

熱媒は、第１図および第６図に示すように、下降管１３
中を下降し、蓄熱槽１の底部に設けた共有室１６内に充
満し、そこから螺旋空間１１２内を螺旋上に上昇し、排
出管１４を通って太陽熱吸収器３に戻る。

内殻管１２の内部空間には、水等の蓄熱媒体を充填し、
蓄熱槽全体の熱容量を大きくするとともに、利用管１５
によって蓄熱媒体の補充および短期間利用を図ることが
できる。

本発明の地中蓄熱槽は、容器であるとともに鋼管杭とし
ても働く。

第４図に螺旋空間を有する二重管楕遣の本発明の実施例
Ａと平滑二重管の比較例Ｂとについて実験したときの各
寸法を示す。

外径６００■、肉厚１６ｍ、高さ４．５＋ｍｓの内面側
螺旋状突起を形成した鋼管の内側に５５９１の鋼管を挿
入し、全長の１７２に二重管の内側に螺旋空間を設ける
。二重管の間隙を５ｍとし、５０℃の温水を通過させた
。

第４図に示す位置の地中に２つの温度計５ａ、５ｂを設
置し、実施例Ａと比較例日とについて地中の熱伝達を調
べた。その結果を第５図に示す。

実施例Ａの方が比較例Ｂよりも効率よく熱を土に伝える
ことができ。

（へ）効果本発明の二重構造をもつ地中蓄熱槽によれば、次の効果
が得られる。

■　需要時と発生時に時間差の生ずることが避けられな
い太陽熱エネルギの利用においては、蓄熱は必須の装置
である。この装置を断熱・保温性に富む地中に埋設する
ことは、地上スペースを圧迫しない点で有意義である。

■　地下に熱エネルギの収納（蓄熱）をする場合、従来
は大量の土砂を動かす必要があったが、本発明によれば
、伝熱表面がまとまっているため。

扱うべき土量がコンパクトとなる。

■　蓄熱槽自体が鋼管杭と同様の外形をしており、杭と
同様の埋設工法が使えるため、工事費を削減できる。

■　熱の良導体である鋼をかいし、しかも、鋼に接する
熱媒（水等）が滞留しないため、熱媒と土との熱交換率
が高い、これは蓄熱とその回収の効率が良いことを示す
。

■　熱媒（水等）には鋼の腐食を抑制するため、薬品（
インヒビタ）を入れたり、水に代る不凍液（エチレング
リコール水溶液等）を用いるが、本発明では、大きな鋼
製タンクでありながら循環する熱媒の量はわずかなスパ
イラル隙間を充填するだけでよく、その点で熱媒量を抑
制できるため経済的である。

■　配管系統を別にするとか、切り替えることにより、
「下降管と二重管に挟まれた部分」に飲料水を溜めかつ
昇温することが可能である。これにより、昼間に蓄熱し
、夜間に湯として使用したり、曇天が続く日でも数日前
の太陽熱により給湯できるなどｒ短期蓄熱ｊ槽としても
使うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二重構造をもつ地中蓄熱槽の一部破断
斜視図、第２図は従来の地上蓄熱槽の説明図、第３図は
各種二重構造管の部分斜視図、第４図は本発明の蓄熱槽
の実施例と比較例とを示す説明図、第５図は第４図の実
施結果を示すグラフ。第６図は本発明の地中蓄熱槽の実施例の説明図。１：地中蓄熱槽　　　２：建屋３；太陽熱吸収器　　４：ポンプ１１：外殼管　　　　１２：内殻管１３：下降管　　　　１４：排出管１５：利用管　　　　１６：共有室１１１．１２１：螺旋状突起１１２：螺旋空間特許出願人　住友金属工業株式会社（，４）（Ｃ）第３図（Ｂ）ＣＤ’）

Claims

【特許請求の範囲】

太陽エネルギを長期間にわたって地中に蓄熱する設備に
おいて、少なくとも内面側に螺旋状突起を形成した鋼管
製外殼管と、該螺旋突起に近接して外殼管内に挿入配設
される鋼管製内殼管とからなり、前記内外殼管との間に
画定される螺旋空間内に熱媒を循環させ、前記内殼管内
部に蓄熱媒体を備蓄することを特徴とした二重管構造を
もつ地中蓄熱槽。