JPH07253283A - エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

エネルギー貯蔵装置

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JPH07253283A
JPH07253283A JP6044398A JP4439894A JPH07253283A JP H07253283 A JPH07253283 A JP H07253283A JP 6044398 A JP6044398 A JP 6044398A JP 4439894 A JP4439894 A JP 4439894A JP H07253283 A JPH07253283 A JP H07253283A
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Kozo Kimura
興造 木村
Masahiro Matsushita
昌宏 松下
Kimiki Hatanaka
公樹 畑中
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Takenaka Komuten Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 巨大な架構を構成する大型柱の中空部を有効
に利用し、建物の利用面積を増大させる。 【構成】 超々高層ビル１０の架構を構成する大型柱１
２の中空部２０に水Ｗが充填されている。このように、
大型柱１２の中空部２０を蓄熱槽とすることで、大型柱
１２の中空部２０が有効に利用でき、また、建物の利用
面積を増大させることができる。さらに、地下に埋設さ
れる蓄熱槽のように、土圧や腐食の影響を考慮する必要
がなくなる。また、中空部２０を構成する極厚高張力鋼
管２４は高圧力にも耐えられ、また、耐火鋼管２２と二
重管構造となっているので、断熱性能が向上し、エネル
ギー損失が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、建物に備えられるエネ
ルギー貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エネルギーコストの低減や電力のピーク
カット等を目的として、エネルギー貯蔵装置を備えた建
物が建設されている。
【０００３】このエネルギー貯蔵装置では、熱源方式と
して水蓄熱システムが採用されている。しかし、この水
蓄熱システムは、大きな蓄熱槽を必要とするため、建物
内に大きな取付スペースを必要とする。このため、水に
換えて氷や化学変化物質等による潜熱を利用して蓄熱槽
の容積を小さくしたり、エネルギー貯蔵装置をユニット
化して屋上や地下のデットスペースに配置する等の工夫
がなされている。しかしながら、抜本的な解決策とはな
っておらず、近年建設が予想される超々高層ビルにおい
ては、深刻な問題となっている。
【０００４】そこで、地下の深部に蓄熱槽を設ける方式
も考えられているが、土圧によって蓄熱槽が潰れないよ
うに特別な処置を施す必要があり、また、蓄熱槽を設置
した縦穴の上部スペースが無駄になる。さらに、超々高
層ビルの場合、地中から高層階までエネルギーを搬送す
ると、その損失量が大きい。また、蓄熱槽が鉄製の場
合、腐食の問題が生じてくる。
【０００５】一方、近年建設が予想される地上５００〜
１０００ｍクラスの超々高層ビルでは、地震や風に対し
て揺れ難くするため、巨大な架構を組む構造方式が採ら
れる。この巨大な架構を構成する大型柱には、中空の円
柱または角柱が用いられるが、内径が１〜２ｍ程度の大
きさとなるため、この中空部を有効に活用することが望
まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は係る事実を考
慮し、巨大な架構を構成する大型柱の中空部を蓄熱槽と
して利用し、建物の利用面積を増大させることを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載のエネル
ギー貯蔵装置は、建物の架構を構成する大型柱の中空部
に充填された蓄熱物質と、前記蓄熱物質にエネルギーを
蓄えさせるエネルギー付与手段と、前記蓄熱物質からエ
ネルギー消費装置へエネルギーを搬送するエネルギー搬
送手段と、を有することを特長としている。
【０００８】請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置は、
耐火鋼管の中へ極厚高張力鋼管を挿入し、この耐火鋼管
と極厚高張力鋼管との間に超高強度コンクリートを充填
して構成された大型柱と、前記大型柱の中空部を高さ方
向において所定のブロック単位で仕切る仕切り手段と、
ブロック単位とされた前記中空部に充填された蓄熱物質
と、前記蓄熱物質に熱を蓄えさせる熱源手段と、前記蓄
熱物質から熱交換部へ熱を搬送する熱搬送手段と、を有
することを特徴としている。
【０００９】請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置は、
耐火鋼管の中へ極厚高張力鋼管を挿入し、この耐火鋼管
と極厚高張力鋼管との間に超高強度コンクリートを充填
して構成された大型柱と、前記大型柱の中空部を高さ方
向において所定のブロック単位に密閉する密閉手段と、
ブロック単位とされた前記中空部内の空気を圧縮する空
気圧縮手段と、前記中空部内に密閉された圧縮空気を利
用して発電する発電手段と、を有することを特徴として
いる。
【００１０】
【作用】請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置では、建
物の架構を構成する大型柱の中空部に蓄熱物質が充填さ
れている。このように、大型柱の中空部を蓄熱槽とする
ことで、大型柱の中空部が有効に利用でき、また、建物
の利用面積を増大させることができる。さらに、地下に
埋設される蓄熱槽のように、土圧や腐食の影響を考慮す
る必要がなくなる。
【００１１】この蓄熱物質には、エネルギー付与手段で
計画的に（主として夜間に）エネルギーが蓄えられる。
蓄えられたエネルギーは、必要なときに（主として昼間
に）必要な量だけ、エネルギー搬送手段で、エネルギー
消費装置に送られる。これによって、エネルギーコスト
の低減や電力のピークカット等が実現できる。
【００１２】請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置で
は、耐火鋼管の中へ極厚高張力鋼管を挿入し、この耐火
鋼管と極厚高張力鋼管との間に超高強度コンクリートを
充填して蓄熱槽として利用される大型柱が構成されてい
る。この中空部を構成する極厚高張力鋼管は高圧力にも
耐えられ、また、二重管構造となっているので、断熱性
能が向上し、蓄えられたエネルギーの損失が少ない。
【００１３】この大型柱の中空部は、仕切り手段で所定
のブロック単位に仕切られ、ブロック単位毎に蓄熱物質
が充填されている。この蓄熱物質には、熱源手段で熱が
蓄えられる。この蓄えられた熱は、必要に応じて熱搬送
手段で熱交換部へ搬送され、室内を冷暖房する。
【００１４】このように、大型柱の中空部をブロック単
位に分け、ブロック単位に熱源手段及び熱搬送手段を配
置することにより、建物の所定階へエネルギー貯蔵装置
を合理的に配置できる。また、ブロック単位とした中空
部を深くすることで、温度成層が形成され、蓄熱効率が
極めて高くなる。
【００１５】請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置で
は、蓄熱槽としての大型柱の中空部が密閉手段で、所定
のブロック単位に分けられている。密閉された中空部内
の空気は、空気圧縮手段で圧縮される。この中空部を構
成する極厚高張力鋼管の外周は、超高強度コンクリート
で補強されているので、大きな空気圧に耐えうることが
できる。この圧縮された空気は、発電手段へ送られ必要
に応じて電力を発生させる。
【００１６】
【実施例】図１〜図２には、第１実施例に係るエネルギ
ー貯蔵装置を備えた超々高層ビル１０が示されている。
この超々高層ビル１０は、大型柱１２、梁１４、及びブ
レース１６等の部材を組合わせた大型の架構で構築され
ている。架構で囲まれた空間は、図示しない居室に当て
られている。
【００１７】超々高層ビル１０には、所定階毎にスカイ
ロビー１８が形成されている。このスカイロビー１８の
下側に位置する大型柱１２の中空部２０が空気貯蔵タン
クとして利用されるようになっている。
【００１８】大型柱１２は、耐火鋼管２２の中へ極厚高
張力鋼管２４が挿入され二重管構造とされている。耐火
鋼管２２と極厚高張力鋼管２４との１には、超高強度コ
ンクリート２６が充填されている。この超高強度コンク
リート２６は、耐火鋼管２２と極厚高張力鋼管２４とで
拘束されているため、強度が上昇すると共に、脆性的な
破壊の発生がし難くなっている。また、大型柱１２は、
局部座屈が発生し難くなり、さらに、鋼管内に超高強度
コンクリート２６が充填されているので、熱容量が大き
く、高圧力にも耐えられる構造となっている。
【００１９】この耐火鋼管２２は、各階のスカイロビー
１８付近で圧力壁２８で仕切られ、空気貯蔵タンクを構
成している。このため、空気貯蔵タンクが高さ方向へ複
数個配設されることになり、超々高層ビルの上から下ま
で合理的にエネルギー貯蔵装置を配置することができ
る。
【００２０】スカイロビー１８には風力発電機３０が設
置されている。この風力発電機３０の風車は、風向きに
応じて旋回可能に配設されており、その風車の回転力で
発電機を回すようになっている。スカイロビー１８は横
方向に吹き抜けとなっており、また高所に設けられてい
るので、大きな風力を活用することができる。
【００２１】この風力発電機３０で発電された電気で、
圧縮機３２のモーター３４が駆動する。圧縮機３２で圧
縮された空気は、配管３６を通じて大型柱１２の中空部
２０へ送られ、ここに貯蔵される。なお、圧縮機３２の
モーター３４に電力を供給する方法として、夜間電力を
利用することも無論可能である。
【００２２】配管３６の中間部には、バルブ３８が配設
されている。このバルブ３８には、配管４０を通じて原
動機としての空気タービン４２が接続されている。これ
により、バルブ３８を開閉操作して、空気タービン４２
へ中空部２０に貯蔵された圧縮空気を必要に応じて送
り、発電機４４を回転させ発電するようになっている。
【００２３】なお、空気タービン４２に替えてガスター
ビンを使用し、圧縮空気でガスを燃焼させ高温高圧のガ
スでガスタービンを回して発電するようにしてもよい。
これにより、通常の３倍近い電力を発生させることがで
きる。また、このとき出る排熱で暖房や給湯を行うこと
もできる。また、配管３６と大型柱１２との接続部分に
は、図示しない鉢巻きが巻かれ、構造的な補強が施され
ている。
【００２４】次に、本実施例に係るエネルギー貯蔵装置
の作用を説明する。大型柱１２は、超高強度鋼管コンク
リート柱であるので、中空部２０は３０〜５０ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧縮空気を貯蔵することができる。この中空部２
０へ、自然エネルギーを利用した風力発電機３０で発電
された電力や夜間電力で圧縮機３２を駆動して、５０ｋ
ｇ／ｃｍ2 程度の圧縮空気を貯蔵する。
【００２５】この貯蔵された圧縮空気は、昼間の電力負
荷のピーク時等に必要に応じて取り出し、空気タービン
４２で発電機４４を回して、電力を発生させエネルギー
の有効利用を図る。このように、大型柱１２の中空部２
０を空気貯蔵タンクとして有効に利用できるので、超々
高層ビル１０の利用面積を増大させることができる。ま
た地下に埋設される空気貯蔵タンクのように、土圧や腐
食の影響を考慮する必要がなくなる。
【００２６】次に、第２実施例に係るエネルギー貯蔵装
置を説明する。第２実施例では、図３に示すように、大
型柱１２の中空部２０が水蓄熱槽として利用されてい
る。この中空部２０には、蓄熱材として水Ｗが貯水され
ている。水Ｗの水面付近には、水Ｗの逆流を防ぐフート
弁４６が付けられた吸水管４８が配設されている。この
吸水管４８は、循環ポンプ５０を介して冷凍機５２に接
続されている。冷凍機５２には、中空部２０の底壁５４
近くまで挿入された送水管５６が接続されている。
【００２７】一方、熱媒として直接利用できる水Ｗを循
環ポンプ５８を介して空調機６０へ送る吸水管６２が、
中空部２０の底壁５４近くまで挿入されている。この吸
水管６２の吸口には、水Ｗの逆流を防ぐフート弁６６が
付けられている。また、空調機６０で熱交換された水Ｗ
を中空部２０へ還流する送水管６４が、液面まで延設さ
れている。
【００２８】次に、本実施例に係るエネルギー貯蔵装置
の作用を説明する。昼間の空調に利用する冷房用の熱
を、冷凍機５２の運転により（主として夜間）水Ｗに蓄
える。ここで、水Ｗを貯水する中空部２０は、超高強度
コンクリート２６で被覆されているので、断熱性能が高
く熱エネルギーの損失が少ない。また、図１に示すよう
に、スカイロビー１８は、一般的に１００ｍ程度の間隔
で設けられるので、大型柱１２は長大となり、中空部２
０の水深が非常に深くなる。このため、温度成層が形成
され蓄熱効率が極めて高くなる。また、この水Ｗは火災
時に各階の消火用水として利用できる。
【００２９】次に、昼間必要に応じて、循環ポンプ５８
で水Ｗを空調機６０に送り冷房を行う。なお、冷凍機５
２に換えて加熱機を用いれば暖房を行うことができる。
【００３０】次に、第３実施例に係るエネルギー貯蔵装
置を説明する。第３実施例では、図４に示すように、大
型柱１２の中空部２０が氷蓄熱槽として利用されてい
る。この中空部２０には、蓄熱材としてシャーベット状
の氷Ａが貯蔵されている。
【００３１】この氷Ａは、スーパーチラー７０が冷却す
る熱交換部７２において連続的あるいは間欠的に製造さ
れる。スーパーチラー７０で蒸発された冷媒ガスは、圧
縮機７４で加圧されて高温高圧のガスとなり、凝縮器７
６で冷却されて液化し、循環ポンプ７８で熱交換部７２
を循環する水の熱を奪って蒸発するようになっている。
このような氷蓄熱システムでは、水が氷に変化する際の
融解（凝固）潜熱を利用できるので、中空部２０の蓄熱
容量が大きくなる。
【００３２】次に、第４実施例に係るエネルギー貯蔵装
置を説明する。第４実施例では、図５に示すように、大
型柱１２の中空部２０に相変化物質Ｍが充填されてい
る。この相変化物質Ｍとしては、単位体積当たりの潜熱
量が大きく、熱の吸収と放出が短時間にできる、例え
ば、芒硝（Ｎａ2 ＳＯ4 ・１０Ｈ2Ｏ）等が適用でき
る。
【００３３】また、本実施例では、空調機６０に媒体を
循環させる循環系と、相変化物質Ｍに熱を蓄熱させる熱
源設備８０の循環系が共用されており、三方弁８２を介
して切り換え可能となっている。これによって、エネル
ギー貯蔵装置がコンパクトに設計できる。
【００３４】なお、相変化物質Ｍに換えて、化学的に安
定し、人畜に無害な砕石、レンガ、砂等を使用すること
もできる。
【００３５】また、蓄熱方式として、第１実施例から第
４実施例で説明したものに限らず、大型柱１２の中空部
２０を蓄熱槽として利用できるものであれば、方式にこ
だわることはない。さらに、本実施例では、全ての大型
柱１２を蓄熱槽として利用したが、少なくとも１つの大
型柱１２を蓄熱槽とし、他はエレベータシャフト等に利
用してもよいことは無論である。
【００３６】
【発明の効果】本発明は上記構成としたので、巨大な架
構を構成する大型柱の中空部が有効に利用でき、建物の
利用面積を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るエネルギー貯蔵装置が備えら
れた超々高層ビルを示した斜視図である。
【図２】第１実施例に係るエネルギー貯蔵装置の概略図
である。
【図３】第２実施例に係るエネルギー貯蔵装置の概略図
である。
【図４】第３実施例に係るエネルギー貯蔵装置の概略図
である。
【図５】第４実施例に係るエネルギー貯蔵装置の概略図
である。
【符号の説明】
１２ 大型柱 ２０ 中空部 ２２ 耐火鋼管 ２４ 極厚高張力鋼管 ２８ 圧力壁（仕切り手段） ３２ 圧縮機（エネルギー付与手段） ４２ 空気タービン（発電手段） ３６ 配管（エネルギー搬送手段） ４４ 発電機（発電手段） ５２ 冷凍機（エネルギー付与手段） ７０ スーパーチラー（エネルギー付与手段） ８０ 熱源設備（エネルギー付与手段）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 建物の架構を構成する大型柱の中空部に
    充填された蓄熱物質と、前記蓄熱物質にエネルギーを蓄
    えさせるエネルギー付与手段と、前記蓄熱物質からエネ
    ルギー消費装置へエネルギーを搬送するエネルギー搬送
    手段と、を有するエネルギー貯蔵装置。
  2. 【請求項２】 耐火鋼管の中へ極厚高張力鋼管を挿入
    し、この耐火鋼管と極厚高張力鋼管との間に超高強度コ
    ンクリートを充填して構成された大型柱と、前記大型柱
    の中空部を高さ方向において所定のブロック単位で仕切
    る仕切り手段と、ブロック単位とされた前記中空部に充
    填された蓄熱物質と、前記蓄熱物質に熱を蓄えさせる熱
    源手段と、前記蓄熱物質から熱交換部へ熱を搬送する熱
    搬送手段と、を有するエネルギー貯蔵装置。
  3. 【請求項３】 耐火鋼管の中へ極厚高張力鋼管を挿入
    し、この耐火鋼管と極厚高張力鋼管との間に超高強度コ
    ンクリートを充填して構成された大型柱と、前記大型柱
    の中空部を高さ方向において所定のブロック単位に密閉
    する密閉手段と、ブロック単位とされた前記中空部内の
    空気を圧縮する空気圧縮手段と、前記中空部内に密閉さ
    れた圧縮空気を利用して発電する発電手段と、を有する
    エネルギー貯蔵装置。
JP04439894A 1994-03-15 1994-03-15 エネルギー貯蔵装置 Expired - Fee Related JP3568571B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013512410A (ja) * 2009-11-30 2013-04-11 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム用の熱エネルギー貯蔵装置及び本システムを形成するための対応する方法
US9121389B2 (en) 2012-09-24 2015-09-01 Jess Edward Baker Energy producing building structures
CN115711551A (zh) * 2022-11-16 2023-02-24 北京首创热力股份有限公司 一种高温土壤储能模块

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US9121389B2 (en) 2012-09-24 2015-09-01 Jess Edward Baker Energy producing building structures
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