(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記中空部の外に設けられ、風力発電機で発電された電気や深夜電力で駆動して、ブロック単位とされた該中空部に圧縮空気を貯蔵する空気圧縮手段と、前記中空部の外に設けられ、該中空部内へ貯蔵された圧縮空気で回転する空気タービンで発電する発電手段と、を有するエネルギー貯蔵装置。
【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。
【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。
【００１５】
請求項１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には、風力発電機で発電された電気や深夜電力で駆動する空気圧縮手段によって圧縮空気が貯蔵される。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、大きな空気圧力に耐えうることができる。中空部内へ貯蔵された圧縮空気は、発電手段の空気タービンを回転させ、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／ｃｍ２  の圧縮空気を貯蔵することができる。この中空部２０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、５０ｋｇ／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２０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２０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５２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７６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  ・１０Ｈ２  Ｏ）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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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