JPS6034031B2 - 太陽熱のような熱の大地貯蔵法 - Google Patents

太陽熱のような熱の大地貯蔵法

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JPS6034031B2
JPS6034031B2 JP52129535A JP12953577A JPS6034031B2 JP S6034031 B2 JPS6034031 B2 JP S6034031B2 JP 52129535 A JP52129535 A JP 52129535A JP 12953577 A JP12953577 A JP 12953577A JP S6034031 B2 JPS6034031 B2 JP S6034031B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、周囲の大地と直接熱接続された、以後大地部
分と呼称する部分に熱ェネルギを貯蔵する方法に関する
ものである。
該ェネルギは、復数の流路および熱吸収装置を含んでい
る回路中を流体を循環させることによって、太陽熱吸収
装置のような熱吸収装置から該部分へ伝達され、該方法
により大地部分に貯蔵された熱ェネルギは該循環流体に
よって大地部分から取り出され、そしてさらに流路およ
び熱放出装置を含んでいるさらに別の回路内にある対象
物中を該流体を循環させることによって建物のような対
象物を加熱するために該ェネルギを使用するものである
。蓄熱は多くのェネルギ供給分野において必要なことで
ある。
現在関０を呼んでいる一つの特定例は、鰭射されそして
吸収された太陽熱を貯蔵する必要性である。例えば、建
物が太陽ェネルギによって加熱されるとき、日照時に熱
の形で取得されたェネルギは太陽がそれ程輝やかない時
期になる迄貯わえ得ることが必要である。例えば、太陽
熱を一年のうち夏期から冬期へ亘って貯わえ得ることが
望ましい。同様の熱貯蔵の要求は、地域的な加熱目的の
ために風力ェネルギを使用するにも見出される。
例えばセントラルヒーティングの目的に使用‐し得るよ
うな多量の熱が比較的低温で得られる数多〈の産業があ
る。この熱を必要とするまで貯蔵するための経済的な可
能性が全くなかったことは、多量のェネルギが無駄にさ
れていたことを意味している。このような熱貯蔵の可能
性は、例えば、電力需要の大幅な変動が熱生産の合理的
利用を不可能にするような発電所の場合にも望まれる。
安価な熱貯蔵方法に組み合わされた廃棄物の燃焼は、今
日使用されていないェネルギ源を利用し得るようにする
であろう。
小規模に適用し得る安価なそして簡単なェネルギ貯蔵方
法はまた、さもなくは利用されない廃棄物を合理的かつ
効果的な方法で大衆が利用することを奨励するであろう
。
今日、熱貯蔵に関して幾つかの方法が用いられている。
熱を貯わえる目的で種々の材料が使用されている。一つ
の方法はその材料を加熱することによる該材料のロゼ熱
を利用する方法である。他の方法はその材料をそれぞれ
の融点や沸点に加熱することによる該材料の融解熱もし
くは気化熱を利用する方法である。さらに他の方法は、
ある種の材料の再結晶時に放出されたェネルギを加熱の
目的に使用する方法である。ある種の方法は今日開発済
のシステムで使用されており、他の方法は依然として開
発段階である。
これ等の方法のどれを使用するかは所望の作動温度範囲
、使用されるシステムの簡潔性、熱損失が許容される範
囲、重量／容積当りの出力およびシステムの原価等によ
る。上述の方法における一つの共通した欠点は、それ等
の方法のどれもが年間のある時期から他のある時期に亘
つて熱を貯えることを意図していないし、またそれに適
していないことである。
前述の方法の最良方法によって熱を貯えることができる
最長期間はせし、ぜし、数週間である。太陽熱吸収装置
から得られたェネルギを水中に貯蔵する方法は熱貯蔵の
一例である。
貯わえられた熱はセントラルヒーティングのために使用
されるであろう。もしも日中得られた太陽熱を２錨時間
中使用し、かつ温度を６０〜９５℃にしようとすれば、
良好に絶縁された２乃至３あの水槽が必要になる。太陽
があまり表出しない場合には、水は何等かの付加的手段
によって加熱されねばならない。もしもこの不利益が除
去されれば、一層大型の太陽熱吸収装置と一層大容量の
熱貯蔵ユニットを建設することができる。しかしながら
これに含まれる原価は、今日のェネルギ原価に対抗でき
ない。 ・最近興味ある熱貯蔵方法が提案
されている。
この方法は最初に記載したように、周囲の大地と直接熱
接続された大地部分を必要とする。一つの提案によれば
、大地部分に配置された流路は大地に設けられた穿孔よ
りなり、該孔のおのおのにはそれを通って流体が流れる
コイル状の管が沈設されている。他の提案によれば、流
路は、所定の模様に従い、かつ穿孔によって一体に接続
された、山地もしくは丘陵に打ち込まれた軸管よりなる
。両方式において、流路を流通する流体は高温（通常の
鰭射器温度は少なくとも５００○である）に加熱されね
ばならず、また熱ヱネルギの入力と出力を制御するため
の複雑な制御システムを設けねばならない。例えば、周
囲の大地が一層低温（ストックホルムで８００）である
ため、高温度にすると、周囲の大地への損失や該回路を
流体が循環する時に起こる損失は極めて大きくなる。も
しも太陽熱吸収装置を使用すると、このような装置の効
率は高温度では著しく低下する。これらの欠点はこの方
法を現実的かつ経済的に対抗し得る条件で適用するのを
不可能にする程実際上大きなものである。目的とすると
ころは、極度の高原価をもたらすことなく、十分な高貯
蔵能力を持ち、それによって損失を経済的に補償するこ
とができ、例えば太陽熱吸収面を持ち、簡単な技術を応
用し、簡単な材料を使用することのできる熱貯蔵システ
ムである。本発明によれば、前述の大地部分から外側へ
向ってすべての方向で測定して、流路の最外側上の位置
または点から、距離、ｓ２＝布 （ここにａ＝ず；であり・■‘ま温度変動の周波数（周
期的）であり、Ｃｐ＝大地部分の比熱、入＝大地部分の
熱伝導度、ｐ＝大地部分の密度）をもって前記大地部分
を取り囲む区切り面が最高温度３５℃のオーダに達し、
そしてェネルギの供給および取り出いこ依存する時間的
な温度変動が最大ｌｏｏ０となるような本数、寸法およ
び分布で、長期間例えば１年間に供給されそして取り出
される熱ェネルギの計算値に応じて流路を配置すること
によって前述の目的が達成される。
本発明は、従来提案された方法と比較して、大地部分を
取り囲む区切り面が約３６０という低い温度を使用する
という根本的な相違を基礎としている。
太陽熱吸収装置を使用する場合に、該装置から出て行く
流体の温度が最高４ｙｏ、望ましくは３５Ｃ０に制限さ
れるならば有利であり、それによって極めて簡単な構造
であるが１００ｑ０迄の流体温度で作動する最も精巧な
鱒点式太陽熱吸収装置よりさえも高能率なものに太陽熱
吸収装置をすることができる。
特に低温型の熱放出装置と組み合わせにおいて高い全効
率が得られる。以下は本発明方法によって達成される利
点の例示である。
ａ 高原価をもたらすことなくシステムの容量を必要な
だけ高めることができる。
ｂ 熱漏洩損失が少ないので、例えば太陽熱吸収装置の
吸収面積を増加することによって熱漏洩損失は経済的に
補償される。
ｃ 現在の技術が適用可能であり、複雑な部品を必要と
しない。
ｄ 高い効率を維持しながら簡単な太陽熱吸収装置を使
用することができる。
ｅ 大地部分に大きな熱応力や疲労現象を生起させない
。
ｆ 大地部分の最高外部温度が低いので、生態学的な損
傷が起らない。
熱放出システムは、加熱すべき場所の温度と１０℃以上
違わない流体温度において流体から該場所へ必要量の熱
が伝達されるような寸法としなければならないことが理
解されるであろう。
システムが設置される大地の面積は、主として内城乙（
第３ａ図および第３ｂ図参照）よりなり、該内域には熱
供給用の流路もしくはダクトが鯨設されている。
前記の内城を限定する面Ｙ，は、大地内の活動するダク
トを包囲する面を構成する。前記の大地面積の貯蔵容量
の計算に際して、上に定義した区域は、もしも該ダクト
のどれからも最大Ｓ．の距離だけ該大地部分の体積の各
個のェレメントが離れて横たわるならば、該ダクト内で
生起する温度に完全に適応するものと想定することがで
きる。
ジェイコブ著「熱伝導」第６版（１９＄年３月）第３０
３頁は、下記のことを教えている。
Ｓ机７鷺も布 入 ここにａ＝；Ｚ，の＝温度変動（周期的）の周波数入＝
大地部分の熱伝導度 ｐ＝大地部分の密度 Ｃｐ＝大地部分から放出される比熱 従って２本の隣接するダクト間の距離は、る，よりも小
さくなければならない。
この区域の区切り面における周期的な温度変動とともに
、熱は周囲の大地から外側および内側へ向って移動する
。
このようにして周囲の大地へ周期的に供給され、そして
取り出される熱は、ジェイコブ著「熱伝導」第２９３頁
によれば、下記のように記述することができる。・ Ｑ＝Ｙ．・２８ａ・茂・−−ゾ不 ここに２８ａは温度変動（第３ｃ図参照）技ニノｐ・Ｃ
ｐ・入 この熱量Ｑは大地表面の外側区域Ｚに貯わえることがで
き、そしてＺ２は区域Ｙ，の温度変動２８ａに完全に参
加（一致）する。
この外側区域Ｚ２の体積は、Ｙ，一Ｓ２として表示する
ことができ、ここにおいてＳ２は区域Ｚ，の外側の大地
における「同等浸透深さ」と解釈することができる。前
記の大地区域の体積は、このようにして区域Ｚ，および
Ｚ２の和と、表面で，から距函総２の点に位置する区切
り面Ｙ２とから計算することができる。従って・Ｑ＝Ｙ
・・２８ａ・史・方＝ｓ２．Ｙ，．２８ａ．ｐ．ｃｐＳ
２＝広淵られ・こ似化してＳ，＝Ｓ２となることが理解
される。
ここに提案した熱貯蔵方法に使用される大地を最適条件
で使用するためには、この方法に寄与する大地の各体積
が、水分が極めて多い大地の場合には、約１メートル、
花穂岩のような比較的乾燥したあるいは岩状の大地の場
合には約３メートルと各流路に対する最大の距離を持つ
ように流路を配設する。
最高に到達し得る効果を現実化するこの熱貯蔵方法に寄
与する大地体積を最適化するため、流路の全利用可能性
表面積は、流路の有効長さとその直径を調節することに
よって最適値に与えられる。必要な流路は、特許請求の
範囲第５項もしくは第６項に記載された本方法の特徴を
利用するならば極めて簡単につくることができる。
本発明は一層容易に理解し、そのそれ以上の特徴を明ら
かにするため、本発明の具体例を添付の図面を参照しな
がら以下に説明する。
第１図は穿孔によって形成された簡単なダクトシステム
の具体例を示し、第２図は家屋の下方に位置し、そして
本発明の熱貯蔵システムに関係する大地部分を略図的に
示す。
第３ａ図および第３ｂ図は、異なった二視点で大地部分
を略図的に示し、また第３ｃ図は大地部分の断面での温
度変動区域を示す。
第１図は大地部分１に設けられた流路もしくはダクトを
示し、該ダクトは例えば長さ３ｍの最初開ロと、例えば
２．５肌の直径を有する１血の深孔２よりなり、該孔は
導管を形成する例えばアルミニューム箔製のホース３で
裏打ちされ、その内側には管４が同Ｄ状に配設されてい
る。
孔２の側面と密着するように押出されたラィニング３は
、管５に密閉状に接続され、同機に管４は他の管６に接
続されている。これ等の管は、例えば太陽熱吸収手段の
ような熱供Ｖ給手段７ならびに例えばラジェータのよう
な熱放出手段８とともになって、水のような流体の密閉
回路を形成する。大地の温度が熱貯蔵システムによって
不当に影響されないように、導管の上方部分はＳ２で示
す距離に沿って絶縁されている。
穿孔２は、最高距離＄だけ離れて配設され、該距離の大
きさは下記のように孔を堀設する大地の種類に依存する
。
第２図は、岩盤上に建てられた長さ×幅＝１５×８ｈで
、年間ェネルギ必要量２６０００ＫＷ時を有する普通の
家屋１０を示し、該家屋には屋根に面積４０あの実質的
に水平な太陽ェネルギ吸収装置１１が建設されている。
太陽ェネルギを使用してこの家屋の年間ェネルギ必要量
を１００％まかなうためには、体積２３００のを有する
本発明による大地部分Ｉ２を必要とする。このような大
地部分は、深さが１仇ｈでかつ相互に約６ｍ（＄，＝ａ
ｈ）だけ間隔を置いた２列の孔を穿設することによって
容易に設けることができる。容易に理解し得るように、
穿孔は必ずしも垂直である必要はなく、水平面に対して
傾斜させることもできる。大地部分は２列の穿孔から横
方向および下方向へ（そしてもしも穿孔の上方部分が絶
縁されているならば上方向へも）外側に向って約３ｍ延
びて、２３００〆以上の体積を含んでいる。第３ａ図は
、５列の垂直流路もしくはダクト２によつ形成された大
地部分１２を通る縦断面を示す。
限定面ｒ．は流路２を園みそして最外側の稀路とその端
面を通過する。流路間の距離は最大る，であり、そして
限定両日，によって囲まれた区域はＺで示されている。
区域乙の周囲の外側に区域Ｚがあり、該区域は限定面Ｙ
２までＳ２の距離を有する。
これらの区域と面は、第３ｂ図に平面図で示されている
。第３ｃ図は、大地本体の水平面における広がり１２′
における温度分布と、大地へ熱ェネルギを供給し、それ
からェネルギを取り出したときの２８ａの大きさの温度
の振幅を図示する。第３ａ図および第３ｂ図に示す限定
面Ｙ，およびＹ２の位置と、そしてまた外側限定面Ｙ２
の外側の温度分布とが第３ｃ図に示されている。大地部
分の温度を例えば２５ｏ○あるいは３０ＱＯの水準に上
昇させるためには、最初に比較的多量のェネルギを必要
とする。
このェネルギは、例えば複数の太陽熱吸収装置を家屋敷
地に一時的に直立させることによって得ることができる
。太陽熱吸収装置だけがこの目的に使用し得る装置では
なく、他の熱源も勿論可能である。どんな装置を使用し
ようとも、当初の費用は投資と考えるべきである。普通
の家屋に関して記載したのと同様の方法によって、以下
記載するように各ブロックへ低温加熱設備を供給するた
めの大地部分と組み合わた例えば太陽熱吸収装置によっ
て高層建物を加熱することができる。経済的な利益は、
当然この方法で高層建物の熱必要量を１００％まかなう
ことによって得ることができる。
多くの場合、、特に大地温度が２０００をこえる国々に
おいては同じ原理に従って、常に望ましくない熱にさら
されている建物を冷却する目的で、温度約１０乃至ｌｙ
ｏの一層低温の大地部分を代替または併用して設けるの
が適当であろう。本発明による熱貯蔵方法は、水泳プー
ルの熱制御にも使用することができる。本発明は、一般
に、太陽熱吸収装置、風力発電機（機械的水ブレーキも
しくは電気的加熱器を経る）、廃棄熱および変動的また
は定常的熱ェネルギ出力からの変動的供給に対して応用
でき、また一時的に供給よりも大きくなる変動的出力か
ら熱ェネルギを定常的に供給する場合にも応用すること
ができる。
大地部分に与えられるべき寸法ならびにそこに流路を配
設する方法については、ある場合には複雑な計算を必要
とする。
これ等の計算は言う迄もなくデータ処理技術を応用する
ことによって著しく容易化することができる。既に説明
したように、熱放射装置またはラジェータは広い放熱面
積と、室温より例えば５℃高い低い表面温度を持ってい
なければならない。このような装置をもって室の一また
はそれ以上の壁面または天井を覆う。放熱面は、例えば
薄いパネルで構成することができ、その背後に約２５ｑ
ｏの空気をゆっくりと流す。空気は空気の流れを横切り
、パネルの背後にあるチューブによって加熱される。該
チューブは、例えば２７０の温度を持つ循環する液体を
流す。空気流の一部は小さいファンによって供給される
新鮮な空気からなってもよい。もつと耐侯性のパネル、
例えばアルミニウム板を使う場合さえも、熱吸収装置を
同じような簡単な方法で製作することができる。本発明
は記載されあるいは図示された具体例に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲内で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は穿孔によって形成された簡単なダクトシステム
の具体例を示し、第２図は家屋の下方に位置し、そして
本発明の熱貯蔵システムに関係する大地部分を略図的に
示す。 第３ａ図および第３ｂ図は、異なった視点で大地を略図
的に示し、また第３ｃ図は大地部分の断面における温度
変動区域を示す。１：大地部分、２：深孔、３：ラィニ
ング、４：管、５：管、６：管、７：熱供給手段、８：
熱放出手段。 年・ゾ く多‐２ 年れ 年‐弘 ２夕．そ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 太陽熱吸収装置のような熱吸収装置から周囲の大地
    へ直接熱接続している大地部分へ複数の流路および該熱
    吸収装置を含んでいる回路に流体を循環することによつ
    て伝熱し、該大地部分に貯えられた熱エネルギを該流体
    の循環によつて取り出し、そしてさらに別の流路および
    熱放出装置を含んでいる別の回路内において建物のよう
    な対象物中を該加熱流体を循環することによつて該対象
    物の熱を制御するために使用するところの熱エネルギを
    周囲の大地と直接熱接触している大地部分に貯蔵する方
    法であつて、該大地部分から外側へ向つてすべての方向
    で測定して、該流路の最外側上の位置または点から、距
    離Ｓ＿２＝√（ａ／ω） （ここにａ＝λ／（ρ・Ｃ＿ｐ）であり、ωは温度変
    動の周波数（周期的）であり、Ｃ＿ｐ＝大地部分の比熱
    、λ＝大地部分の熱伝導度、ρ＝大地部分の密度）をも
    つて前記大地部分を取り囲む区切り面が最高温度３５℃
    のオーダとなりかつエネルギの供給および取り出しに応
    じて長期間例えば１年間における変動が最大１０℃とな
    るような本数で該流路を配置し、かつ例えば１年間の長
    期間にわたつて供給され、取り出される熱エネルギの計
    算量に応じ該流路の寸法および分布が与えられることを
    特徴とする前記の方法。 ２ 流体が建物の意図した室温から１０℃以上、さらに
    望ましくは５℃以上相違しない温度で熱放出装置へ供給
    されることよりなる建物の温度を制御するための特許請
    求の範囲第１項の方法。 ３ 太陽熱吸収装置を出る流体が、最高４５℃望ましく
    は３５℃の温度である熱吸収装置が太陽熱吸収装置であ
    る特許請求の範囲第１項もしくは第２項の方法。 ４ エネルギ貯蔵に前記大地部分を最も効率よく利用す
    るため、本方法に関与する大地部分が距離Ｓに等しいそ
    の流路への最長距離を持つように該流路を配設する特許
    請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの方法。 ５ 大地部分中の流路は、大地の表面から多数の孔を穿
    設し、おのおのの該穿孔に必要とする機械的強度を有す
    るライニング、望ましくは金属製ライニングを挿入して
    形成し、該流路には該孔と同心状に、かつその底部を開
    口にした管が配設されており、該管ならびに該ライニン
    グは熱放出ならびに熱吸収装置を含んでいる少なくとも
    １つの密閉回路を形成するように他のパイプに接続する
    特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの方法。 ６ 流路は、軟質の大地部分内に押圧されその端部を閉
    鎖した多数の管によつて形成され、該流路内には該管の
    閉鎖した端部に開口を有する内管がおのおの前記の管と
    同心状に配設されており、そして該外管と内管とは熱放
    出ならびに熱吸収装置を含んでいる少なくとも一つの密
    閉回路に接続されている特許請求の範囲第１項乃至第４
    項のいずれかの方法。
JP52129535A 1976-11-01 1977-10-28 太陽熱のような熱の大地貯蔵法 Expired JPS6034031B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7612143A SE7612143L (sv) 1976-11-01 1976-11-01 Marklagring av verme t.ex. solverme
SE7612143-3 1976-11-01
SE7710748A SE408087B (sv) 1977-09-26 1977-09-26 Sett att i en markkropp lagra termisk energi
SE7710748-0 1977-09-26

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Publication Number Publication Date
JPS5363634A JPS5363634A (en) 1978-06-07
JPS6034031B2 true JPS6034031B2 (ja) 1985-08-06

Family

ID=26656752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP52129535A Expired JPS6034031B2 (ja) 1976-11-01 1977-10-28 太陽熱のような熱の大地貯蔵法

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US (1) US4445499A (ja)
JP (1) JPS6034031B2 (ja)
AT (1) AT372515B (ja)
AU (1) AU513327B2 (ja)
BE (1) BE860338A (ja)
BR (1) BR7707287A (ja)
CA (1) CA1110939A (ja)
CH (1) CH626978A5 (ja)
CS (1) CS251756B2 (ja)
DD (1) DD132204A5 (ja)
DE (1) DE2748727A1 (ja)
DK (1) DK150249C (ja)
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