(57)【要約】【課題】地下に低コストで蓄熱する蓄熱システムおよび建造物を提供すること。【解決手段】電力および熱量を生成する燃料電池と、燃料電池から電力および熱量を供給される建造物と、建造物の下方に設けられて建造物を支える地中杭と、地中杭の内部の外周近傍に設けられ、燃料電池が生成する熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、建造物よりも下方の地下部に蓄熱する蓄熱配管と、地中杭を囲み、少なくとも建造物の下方から不透水層にまで達する、帯水層よりも水を通しにくい山留めを備え、蓄熱配管は、不透水層よりも上方に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力および熱量を生成する分散型電源と、
前記分散型電源から電力および熱量を供給される建造物と、
前記建造物の下方に設けられて、前記建造物を支える地中杭と、
前記地中杭の内部の外周近傍に設けられ、前記分散型電源が生成する熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、前記建造物よりも下方の地下部に蓄熱する蓄熱配管と
を備える蓄熱システム。
【請求項２】
前記地下部は、水を通す帯水層と、前記帯水層よりも下方にあり前記帯水層よりも水を通しにくい不透水層を有し、
前記地中杭を囲み、少なくとも前記建造物の下方から前記不透水層にまで達する、前記帯水層よりも水を通しにくい地中壁
を更に備え、
前記蓄熱配管は、前記不透水層よりも上方に位置する請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記地中壁は、前記地下部を掘削するときに、掘削されてできる壁面が崩れることを防ぐ山留めである請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記地下部は、前記不透水層よりも堅牢で、前記不透水層よりも下方にある支持地盤を有し、
前記地中杭は、前記支持地盤にまで達しており、
前記蓄熱配管は、前記不透水層よりも上方に位置する請求項３に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記地中杭は、前記建造物の下方に複数設けられており、
前記蓄熱配管は、前記地中壁に隣接する地中杭よりも内側の地中杭に設けられる請求項４に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記分散型電源の生成する熱量が熱負荷によって消費さる熱量より多い場合に、前記分散型電源の生成する熱量によって加温された熱媒体を前記蓄熱配管に流すことによって前記地下部に蓄熱する制御部
を更に備える請求項５に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記分散型電源の生成する熱量が前記熱負荷によって消費される熱量より少ない場合に、前記分散型電源の熱量によって加温された熱媒体よりも温度の低い熱媒体を前記蓄熱配管に流して加温し、加温された熱媒体の熱量を前記熱負荷に供給する請求項６に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記熱負荷に熱量を供給すべく、前記分散型電源の生成する熱量によって加温された温水を貯湯する貯湯槽
を更に備え、
前記蓄熱配管は、前記貯湯槽と接続されており、
前記制御部は、前記貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、前記貯湯槽に貯湯された温水を前記蓄熱配管に流して前記地下部に蓄熱し、前記貯湯槽に蓄熱された熱量が前記熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、前記地下部に蓄積された熱量によって前記蓄熱配管を流れる水を加温し、加温して得られる温水を前記貯湯槽に供給する請求項７に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
前記蓄熱配管は、前記貯湯槽の温水を循環させるべく、前記貯湯槽の下部の温水を取り出す下部取出口と、前記下部よりも上方の温水を取り出す上部取出口とに接続されており、
前記制御部は、前記貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、前記上部取出口から取り出した温水を前記蓄熱配管に流して前記地下部に熱量を提供させた後に、前記下部取出口から前記貯湯槽に温水を戻し、前記貯湯槽に蓄熱された熱量が前記熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、前記下部取出口から前記蓄熱配管に温水を取り出して前記地下部に蓄積された熱量で加温し、加温した温水を前記上部取出口から前記貯湯槽に供給する請求項８に記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記熱負荷に熱量を供給すべく、前記分散型電源の生成する熱量によって加温された温水を貯湯する貯湯槽と、
前記蓄熱配管に接続され、前記蓄熱配管を流れる熱媒体と、前記貯湯槽に貯湯された温水との間で熱量を交換させる熱交換部と
を更に備え、
前記制御部は、前記貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、前記熱交換部を介して、前記貯湯槽の温水によって加温された熱媒体を前記蓄熱配管に流して前記地下部に蓄熱し、前記貯湯槽に蓄熱された熱量が前記熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、前記地下部に蓄積された熱量によって前記蓄熱配管を流れる熱媒体を加温し、前記熱交換部を介して、前記貯湯槽の温水を加温する請求項７に記載の蓄熱システム。
【請求項１１】
前記貯湯槽の下部の温水を取り出す下部取出口と、前記下部よりも上方の温水を取り出す上部取出口とを接続し、前記貯湯槽の温水を循環させる温水循環配管
を更に備え、
前記制御部は、前記貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、前記熱交換部を介して、前記上部取出口から温水循環配管に取り出された温水によって前記蓄熱配管を流れる熱媒体を加温し、前記貯湯槽に蓄熱された熱量が前記熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、前記熱交換部を介して、前記蓄熱配管を流れる熱媒体によって前記下部取出口から温水循環配管に取り出された温水を加温する請求項１０に記載の蓄熱システム。
【請求項１２】
前記分散型電源は、燃料電池である請求項１１に記載の蓄熱システム。
【請求項１３】
分散型電源から電力および熱量を供給される建造物であって、
前記建造物の下方に設けられて、前記建造物を支える地中杭と、
前記地中杭の内部の外周近傍に設けられ、前記分散型電源が生成する熱量によって加温された熱媒体を流す蓄熱配管と
を備える建造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システム、および建造物に関する。特に本発明は、建造物の地下に低コストで蓄熱する蓄熱システムおよび建造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電気併給装置から負荷に電力および温水を供給するコージェネレーションシステムとして、電力の消費状態および温水の消費状態に基づいて、複数の熱電気併給装置の運転台数を決定するシステムがある（例えば、特許文献１参照。）。このシステムでは、燃料電池の発電時に発生する熱によって温められた温水を貯湯タンクに貯湯して、貯湯された温水を給湯負荷に供給する。
【特許文献１】特開２００３-１９９２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
住宅における温水の消費量は、季節毎或いは一日の時間帯毎に大きく変動する。このような温水消費量の変動に対応すべく熱電気併給装置の運転台数、発電量の調整を繰り返すと、熱電気併給装置のエネルギー効率が低下してしまう。このようなエネルギー効率の低下を避けつつ温水の消費量の変動に対応すべく、大容量の貯湯槽、温水を生成するバーナ等を設置すると、貯湯槽、バーナ等の設備コストが増大してしまうので好ましくない。したがって、コージェネレーションシステムには、熱電気併給装置からの熱量を低コストでより多くの熱量を蓄熱することができる蓄熱システムが備えられることが望ましい。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができる蓄熱システムおよび建造物を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の形態における蓄熱システムは、電力および熱量を生成する分散型電源と、分散型電源から電力および熱量を供給される建造物と、建造物の下方に設けられて、建造物を支える地中杭と、地中杭の内部の外周近傍に設けられ、分散型電源が生成する熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、建造物よりも下方の地下部に蓄熱する蓄熱配管とを備える。
【０００６】
地下部は、水を通す帯水層と、帯水層よりも下方にあり帯水層よりも水を通しにくい不透水層を有し、地中杭を囲み、少なくとも建造物の下方から不透水層にまで達する、帯水層よりも水を通しにくい地中壁を更に備え、蓄熱配管は、不透水層よりも上方に位置する。地中壁は、地下部を掘削するときに、掘削されてできる壁面が崩れることを防ぐ山留めである。
【０００７】
地下部は、不透水層よりも堅牢で、不透水層よりも下方にある支持地盤を有し、地中杭は、支持地盤にまで達しており、蓄熱配管は、不透水層よりも上方に位置する。地中杭は、建造物の下方に複数設けられており、蓄熱配管は、地中壁に隣接する地中杭よりも内側の地中杭に設けられる。
【０００８】
分散型電源の生成する熱量が熱負荷によって消費さる熱量より多い場合に、分散型電源の生成する熱量によって加温された熱媒体を蓄熱配管に流すことによって地下部に蓄熱する制御部を更に備える。制御部は、分散型電源の生成する熱量が熱負荷によって消費される熱量より少ない場合に、分散型電源の熱量によって加温された熱媒体よりも温度の低い熱媒体を蓄熱配管に流して加温し、加温された熱媒体の熱量を熱負荷に供給する。
【０００９】
熱負荷に熱量を供給すべく、分散型電源の生成する熱量によって加温された温水を貯湯する貯湯槽を更に備え、蓄熱配管は、貯湯槽と接続されており、制御部は、貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、貯湯槽に貯湯された温水を蓄熱配管に流して地下部に蓄熱し、貯湯槽に蓄熱された熱量が熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、地下部に蓄積された熱量によって蓄熱配管を流れる水を加温し、加温して得られる温水を貯湯槽に供給する。
【００１０】
蓄熱配管は、貯湯槽の温水を循環させるべく、貯湯槽の下部の温水を取り出す下部取出口と、下部よりも上方の温水を取り出す上部取出口とに接続されており、制御部は、貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、上部取出口から取り出した温水を蓄熱配管に流して地下部に熱量を提供させた後に、下部取出口から貯湯槽に温水を戻し、貯湯槽に蓄熱された熱量が熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、下部取出口から蓄熱配管に温水を取り出して地下部に蓄積された熱量で加温し、加温した温水を上部取出口から貯湯槽に供給する。
【００１１】
熱負荷に熱量を供給すべく、分散型電源の生成する熱量によって加温された温水を貯湯する貯湯槽と、蓄熱配管に接続され、蓄熱配管を流れる熱媒体と、貯湯槽に貯湯された温水との間で熱量を交換させる熱交換部とを更に備え、制御部は、貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、熱交換部を介して、貯湯槽の温水によって加温された熱媒体を蓄熱配管に流して地下部に蓄熱し、貯湯槽に蓄熱された熱量が熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、地下部に蓄積された熱量によって蓄熱配管を流れる熱媒体を加温し、熱交換部を介して、貯湯槽の温水を加温する。
【００１２】
貯湯槽の下部の温水を取り出す下部取出口と、下部よりも上方の温水を取り出す上部取出口とを接続し、貯湯槽の温水を循環させる温水循環配管を更に備え、制御部は、貯湯槽に熱量を更に蓄熱できない場合に、熱交換部を介して、上部取出口から温水循環配管に取り出された温水によって蓄熱配管を流れる熱媒体を加温し、貯湯槽に蓄熱された熱量が熱負荷によって必要とされる熱量より少ない場合に、熱交換部を介して、蓄熱配管を流れる熱媒体によって下部取出口から温水循環配管に取り出された温水を加温する。
【００１３】
分散型電源は、燃料電池であってよい。
【００１４】
本発明の第２の形態によると、分散型電源から電力および熱量を供給される建造物であって、建造物の下方に設けられて、建造物を支える地中杭と、地中杭の内部の外周近傍に設けられ、分散型電源が生成する熱量によって加温された熱媒体を流す蓄熱配管とを備える。
【００１５】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、地下に低コストで蓄熱する蓄熱システムおよび建造物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、蓄熱システム１００の構成の一例を示す。蓄熱システム１００は、建造物１１０に設けられた電力負荷５４および熱負荷５６にそれぞれ熱量および電力を供給する。そして蓄熱システム１００は、燃料電池４０から排出される排熱を建造物１１０の下方の地下に熱量を蓄熱するとともに、当該地下から熱量を回収して、熱負荷５６に供給する。ここで建造物１１０とは、住宅、集合住宅、ビル、工場など一般的な建築物の他に、駅、タワー等を含む、建造された物を意味する。なお、建造物１１０は複数設けられてよく、燃料電池４０は建造物１１０のそれぞれに分散して設けられていてよい。この場合、燃料電池４０の各々は、いずれの建造物１１０の電力負荷５４に電力を供給するよう設けられてよい。なお、燃料電池４０は、この発明における分散型電源の一例であって、この発明の分散型電源とは例えばガスエンジン、ガスタービン等の、電力及び熱量を生成する装置であってよい。
【００１９】
蓄熱システム１００は、燃料電池４０、排熱配管８８、排熱ポンプ８０、貯湯用熱交換部７２、貯湯配管７６、貯湯ポンプ７８、貯湯槽５８、給湯配管５２、温水循環配管８６、温水循環ポンプ９８、熱交換部７０、蓄熱配管４４、熱媒体循環ポンプ９９、地中杭４６、地中壁４２、電力計９０、制御部５０、および建造物１１０を備える。燃料電池４０は、電力および熱量を生成する。燃料電池４０が発電した電力は電力負荷５４に供給される。電力負荷５４は、燃料電池４０の発電した電力を消費することによって動作する。
【００２０】
燃料電池４０は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）であってよい。また、燃料電池４０は、都市ガス、プロパンガス等を改質して水素ガスを生成する改質器から供給される水素ガスを燃料として発電してよく、また外部から供給される水素ガスを燃料として発電してもよい。燃料電池４０は、発電に伴って発電セルから熱量を排出する。また、燃料電池４０が改質器を有する場合には、燃料電池４０は改質器において利用されなかった熱を排出する。
【００２１】
貯湯槽５８は、熱負荷５６に熱量を供給すべく、燃料電池４０の生成する熱量によって加温された温水を貯湯する。具体的には、貯湯槽５８は、燃料電池４０の排熱を受け取ることによって加温された温水を貯湯する。燃料電池４０には、燃料電池４０の排熱を冷却する冷却水が内部を通流する排熱配管８８の両端が接続されている。排熱配管８８は貯湯用熱交換部７２に接続されており、燃料電池４０の排熱を受け取ることで加温された冷却水は、排熱ポンプ８０によって貯湯用熱交換部７２に供給されて冷却された後に、燃料電池４０を冷却する冷却水として燃料電池４０に再び供給される。また、貯湯槽５８には、貯湯槽５８の下部および上部を、貯湯用熱交換部７２を介して接続する貯湯配管７６が接続されている。貯湯配管７６には貯湯ポンプ７８が接続されており、貯湯槽５８の下部から取り出された温水は、貯湯ポンプ７８によって、貯湯用熱交換部７２に供給され、貯湯用熱交換部７２において燃料電池４０の排熱を受け取った冷却水から熱量を受け取って加温された後に、貯湯槽５８の上部から供給される。
【００２２】
貯湯槽５８に貯槽された温水は、給湯配管５２によって熱負荷５６に供給される。熱負荷５６は、例えば風呂、シャワー、洗面等を含む給湯器、空調装置等であってよく、給湯配管５２から供給される温水を消費する。なお、熱負荷５６は、温水を用いて床を温める温水床暖房装置等、温水から熱量を取り出して利用し、温度の低下した温水を排出するものであってよい。そして、熱負荷５６は、当該温度の低下した温水を貯湯槽５８の下部から貯湯槽５８に戻してもよい。
【００２３】
地中杭４６は、建造物１１０を支えるべく、建造物１１０の下方に設けられている。そして、地中杭４６の内部には蓄熱配管４４が設けられている。蓄熱配管４４は、燃料電池４０が生成する熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、建造物１１０よりも下方の地下部４８に蓄熱する。また、蓄熱配管４４は、地下部４８に蓄熱された熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、地下部４８から熱量を回収する。具体的には、蓄熱配管４４は、貯湯槽５８に貯湯された温水から熱量を受け取った熱媒体を地下部４８に流して地下部４８に蓄熱する。また、蓄熱配管４４は、地下部４８に蓄熱された熱量によって加温された熱媒体を流すことによって、貯湯槽５８に熱量を供給する。
【００２４】
より具体的には、貯湯槽５８には、貯湯槽５８の下部の温水を取り出す下部取出口８２と、下部よりも上方の温水を取り出す上部取出口８４とを有しており、下部取出口８２および上部取出口８４は、温水循環配管８６によって接続されている。そして、熱交換部７０は、温水循環配管８６および蓄熱配管４４に接続され、蓄熱配管４４を流れる熱媒体と、貯湯槽５８に貯湯された温水との間で熱量を交換させる。例えば温水循環配管８６に接続された温水循環ポンプ９８によって、貯湯槽５８に貯湯された温水が下部取出口８２から上部取出口８４への向きまたは上部取出口８４から下部取出口８２への向きに流れる。そして、熱交換部７０は、上部取出口８４から温水循環配管８６に取り出された温水によって蓄熱配管４４を流れる熱媒体を加温する。また、熱交換部７０は、下部取出口８２から温水循環配管８６に取り出された温水を、蓄熱配管４４を流れる熱媒体によって加温する。
【００２５】
そして、制御部５０は、燃料電池４０の生成する熱量が熱負荷５６によって消費さる熱量より多い場合に、燃料電池４０の生成する熱量によって加温された熱媒体を蓄熱配管４４に流すことによって地下部４８に蓄熱する。また、制御部５０は、燃料電池４０の生成する熱量が熱負荷５６によって消費される熱量より少ない場合に、燃料電池４０の熱量によって加温された熱媒体よりも温度の低い熱媒体を蓄熱配管４４に流して加温し、加温された熱媒体の熱量を熱負荷５６に供給する。
【００２６】
具体的には、制御部５０は、貯湯槽５８に熱量を更に蓄熱できない場合に、熱交換部７０を介して、貯湯槽５８の温水によって加温された熱媒体を蓄熱配管４４に流して地下部４８に蓄熱する。また、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合に、地下部４８に蓄積された熱量によって蓄熱配管４４を流れる熱媒体を加温し、熱交換部７０を介して貯湯槽５８の温水を加温する。
【００２７】
より具体的には、制御部５０は、貯湯槽５８に熱量を更に蓄熱できない場合に、上部取出口８４から温水循環配管８６に取り出された温水によって蓄熱配管４４を流れる熱媒体を、熱交換部７０を介して加温する。また、制御部５０は、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合には、蓄熱配管４４を流れる熱媒体によって下部取出口８２から温水循環配管８６に取り出された温水を、熱交換部７０を介して加温する。例えば、制御部５０は、温水循環ポンプ９８によって温水循環配管８６を流れる温水の方向を制御することによって、上部取出口８４から取り出した温水を熱交換部７０に供給して地下部４８に蓄熱する場合と、下部取出口８２から取り出した温水を熱交換部７０に供給して地下部４８から熱量を回収する場合とを選択する。
【００２８】
なお、蓄熱配管４４は複数設けられてよい。そして、複数の蓄熱配管４４に一の熱媒体循環ポンプ９９が設けられてよく、蓄熱配管４４のそれぞれに熱媒体循環ポンプ９９が設けられてもよい。また、地中杭４６には、地下部４８に熱量を蓄熱すべく設けられる蓄熱配管４４と、地下部４８から受け取った熱量を回収して貯湯槽５８に温水として蓄熱すべく設けられる他の蓄熱配管４４とが設けられてもよい。
【００２９】
なお、建造物１１０の下方の地下部４８には、水を通す帯水層６２と、帯水層６２よりも下方にあり帯水層６２よりも水を通しにくい不透水層６４とが存在する。また、地下部４８には、不透水層６４よりも堅牢で、不透水層６４よりも下方にある支持地盤６６が存在する。そして、地中杭４６は支持地盤６６にまで達している。なお、支持地盤６６は、不透水層６４よりも下方に存在する礫層等であってよい。
【００３０】
地中壁４２は、地中杭４６を囲み、少なくとも建造物１１０の下方から不透水層６４にまで達している。なお、地中壁４２は、帯水層６２よりも水を通しにくい。例えば、地中壁４２はコンクリートを材料としたものであってよい。そして、蓄熱配管４４は、地中杭４６の内部の、不透水層６４よりも上方に位置する。
【００３１】
このように、地中壁４２が不透水層６４にまで達しているので、地中壁４２と不透水層６４によって囲まれた地下部４８と、地中壁４２の外部の帯水層６２との間の水の出入りは遮断される。更に蓄熱配管４４が不透水層６４よりも上方に位置するので、地中壁４２によって地中杭４６が囲まれていない場合に比べて、帯水層６２の水によって地下部４８から地中壁４２の外部に運ばれてしまう熱量を低減することができる。したがって、地下部４８に熱量を長期間保持しておくことができる。
【００３２】
なお、地中壁４２は、地下部４８を掘削するときに、掘削されてできる壁面が崩れることを防ぐ山留めであってよい。例えば、建造物１１０の建造時に地下部４８を掘削したときに築く山留めを不透水層６４にまで到達させておく。そして、当該山留めを地中壁４２として利用することによって、地中壁４２を別途設置するコストを削減することができる。また、地中壁４２は、地面を掘削したときの山留めであると同時に、建造物１１０を支持するものであってよい。例えば、地面を削孔しながら流し込まれたコンクリートの中に建造物１１０を支持すべく鉄骨又は鉄筋が挿入されて築かれる地中壁４２を山留めとしても利用してもよい。この場合、地中壁４２は、不透水層６４よりも下方にある支持地盤６６にまで達していることが望ましい。
【００３３】
なお、建造物１１０の下部の基礎を二重床とし、二重床に囲まれた空間を貯湯槽５８としてもよい。また、二重床に囲まれた、複数の空間のそれぞれを貯湯槽５８としてもよい。そして、燃料電池４０からの排熱によって加温された温水を当該複数の貯湯槽５８に貯湯してもよい。そして、制御部５０は、一の貯湯槽５８に更に熱量を蓄熱することができなくなった場合に、他の貯湯槽５８に順次貯湯してもよい。
【００３４】
また、地中壁４２の建造物１１０よりも下方の内側の表面には断熱材が設けられていてもよい。これにより、地中壁４２から外部に損失する熱量を削減することができる。また、建造物１１０への伝熱によって地中壁４２から損失する熱量を削減することができる。また、建造物１１０の下方の地下部４８には、熱量を蓄熱する蓄熱体が設けられていてもよい。
【００３５】
給水配管６０は、貯湯槽５８に水を供給する。例えば熱負荷５６がシャワー等の給湯設備等であって、貯湯槽５８から供給される温水を利用した後に、利用後の温水を貯湯槽５８の外部に排出する場合に、排出された量の上水が給水配管６０を通流して貯湯槽５８に補給される。このとき、制御部５０は、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合に、上水を蓄熱配管４４の熱媒体により予熱してから貯湯槽５８に供給してよい。具体的には、給水配管６０は、蓄熱配管４４から分岐した予熱配管７５が接続されている給水用熱交換部７４を経由して、貯湯槽５８に上水を供給する。予熱配管７５は、蓄熱配管４４の熱媒体の通流経路を制御する予熱バルブ６８を介して、蓄熱配管４４に接続されている。そして、制御部５０は、上水を予熱して貯湯槽５８に供給する場合に、予熱バルブ６８を用いて蓄熱配管４４の熱媒体を予熱配管７５に導いて、給水用熱交換部７４において熱媒体と上水との熱交換により上水を加温する。なお、予熱バルブ６８には、予熱配管７５の熱媒体を熱交換部７０に供給せずに迂回するバイパス配管４３が接続されている。そして、蓄熱配管４４には、バイパス配管４３からの熱媒体が熱交換部７０に供給されるのを阻止する逆流阻止バルブ６９が、バイパス配管４３との接続部に設けられている。そして、制御部５０は、上水を予熱して貯湯槽５８に供給する場合に、逆流阻止バルブ６９を閉じてバイパス配管４３からの熱媒体を地下部４８に導いて、地下部４８に蓄熱された熱量により熱媒体を加温させる。これにより、例えば給湯需要が拡大する冬季において、上水を地下部４８に蓄熱された熱量によって予熱して貯湯槽５８に供給することができる。
【００３６】
以上説明した蓄熱システム１００によれば、熱負荷５６が必要とする熱量に比べて燃料電池４０の生成する熱量が多いとき、貯湯槽５８に更に温水として蓄熱できないような場合でも、余剰の熱量を地下部４８に蓄熱させることができる。また、燃料電池４０を冷却し続けることができるので、燃料電池４０を停止することなく安定して駆動し続けることができる。また、熱負荷５６が消費する熱量に比べて燃料電池４０の生成する熱量が少ないときには、地下部４８に蓄熱した熱量を貯湯槽５８に回収して熱負荷５６に提供することができる。
【００３７】
なお、制御部５０は、電力負荷５４の消費電力量および熱負荷５６の消費熱量の履歴を管理してもよい。制御部５０は、燃料電池４０から電力負荷５４に供給される電力量を電力計９０によって検出して、消費電力量の履歴として記憶しておく。また、制御部５０は、貯湯槽５８から熱負荷５６に供給される温水の量と、当該温水の温度とに基づいて、熱負荷５６が消費する熱量を計算して、消費熱量の履歴として記憶しておく。そして制御部５０は、消費電力量および消費熱量の履歴に基づいて、燃料電池４０が将来生成する熱量と熱負荷５６が将来消費する熱量を予測する。
【００３８】
また、制御部５０は、例えば貯湯槽５８に貯湯された温水の温度の空間分布を計測することによって、貯湯槽５８に現在貯湯される温水の持つ熱量を計算する。そして、制御部５０は、貯湯槽５８に現在貯湯される温水の持つ熱量、燃料電池４０が将来生成する熱量、および熱負荷５６が将来消費する熱量に基づいて、貯湯槽５８に温水として蓄熱される熱量を計算することによって、熱負荷５６の必要とする熱量を貯湯槽５８から供給することができるか否かを判断する。このようにして制御部５０は、燃料電池４０の生成する熱量が熱負荷５６によって消費される熱量より少ないか否かを予め判断することができる。そして制御部５０は、熱負荷５６の必要とする熱量を貯湯槽５８から供給することができないと判断した場合に、地下部４８から熱量を貯湯槽５８に回収すべく温水循環ポンプ９８を制御して、熱負荷５６が必要とする熱量を貯湯槽５８に蓄熱させる。
【００３９】
図２は、地中杭４６の断面の一例を示す。地中杭４６は、内部に蓄熱配管４４及び鉄筋９４を有しているコンクリートを含む。そして、蓄熱配管４４は、地中杭４６の内部の外周近傍に設けられる。具体的には、蓄熱配管４４は、建造物１１０を支持する強度を確保することができる領域９６よりも外側の領域９５に設けられる。このため、地中杭４６は、地中杭４６のより内側に蓄熱配管４４を設けた場合に比べて、より効率的に地下部４８に熱量を提供することができるとともに、建造物１１０を支持するための強度を確保することができる。
【００４０】
また、地中杭４６を築く時に、建造物１１０を支持することができる強度が確保される領域９６より広い、領域９５を含む領域を掘削する。そして、領域９６および領域９５にそれぞれ鉄筋９４および蓄熱配管４４を配置してコンクリート等を流しこむことによって地中杭４６を築く。このため、建造物１１０を支持する強度を確保しつつ、地中杭４６の内部に蓄熱配管４４を設置するコストを削減することができる。なお、蓄熱配管４４は、例えば、耐熱性、耐食性に優れる架橋ポリエチレン、塩化ビニル等を材料とする樹脂管であってよい。
【００４１】
なお、地中杭４６は、一の蓄熱配管４４ａを有してもよい。例えば、熱交換部７０を通過した熱媒体は、配管断面４５ａを通過して、地中杭４６の内部を不透水層６４よりも上部の位置で折り返して、配管断面４５ｂを通過して熱交換部７０に戻される。また、地中杭４６は、複数の蓄熱配管（４４ａおよび４４ｂ）を備えてもよい。例えば、蓄熱配管４４ｂを流れる熱媒体は、配管断面４５ｃを通過して地中杭４６の内部を不透水層６４よりも上部の位置で折り返して、配管断面４５ｄを通過する。また、制御部５０は、地下部４８に蓄熱すべき熱量、または地下部４８から回収すべき熱量に基づいて、熱媒体を流すべき蓄熱配管４４の数を決定してもよい。また、蓄熱配管４４は、地中杭４６の外周近傍において、地中杭４６の中央部を中心とした螺旋状に配置されていてもよい。
【００４２】
図３は、地中杭４６の配置の一例を示す。地中杭４６は、建造物１１０の下方に複数設けられている。そして、蓄熱配管４４は、地中壁４２に隣接する地中杭４６（例えば地中杭４６ｇ）よりも内側の地中杭（４６ａ〜４６ｆ）に設けられる。このため、地中壁４２よりも建造物１１０の外部へと地下部４８から損失していく熱量を削減することができる。
【００４３】
なお、地中壁４２は、建造物１１０の外周を取り巻く地中壁４２ａの他に、建造物１１０の下方の地下部４８を複数の部分領域に分割する地中壁４２ｂが設けられてもよい。図３の例では、建造物１１０の下方の地下部４８は更に、地中壁４２ｂによって、地中杭４６ａおよび地中杭４６ｂを含む部分領域９２ａ、地中杭４６ｃおよび地中杭４６ｄを含む部分領域９２ｂ、並びに、地中杭４６ｅおよび地中杭４６ｆを含む部分領域９２ｃに分割される。そして、制御部５０は、地中壁４２の建造物１１０よりも外部から最も断熱された部分領域９２ｂの地下部４８に、他の部分領域９２ａおよび部分領域９２ｃの地下部４８よりも優先的に燃料電池４０の熱量を蓄熱してもよい。なお、ここでいう優先的とは、他の部分領域９２よりも先に蓄熱配管４４を用いて蓄熱するという意味であってよく、他の部分領域９２よりも多くの熱量を蓄熱配管４４を用いて提供するという意味であってよい。
【００４４】
図４は、地下部４８への蓄熱および／又は地下部４８からの熱量の回収方法の他の一例を示す。図４の例では、蓄熱配管４４は貯湯槽５８と接続される。具体的には、蓄熱配管４４は、下部取出口８２と上部取出口８４とに接続される。そして、熱媒体循環ポンプ９９は、貯湯槽５８に貯湯された温水を熱媒体として蓄熱配管４４を通流させる。
【００４５】
そして、制御部５０は、貯湯槽５８に熱量を更に蓄熱できない場合に、貯湯槽５８に貯湯された温水を蓄熱配管４４に流して地下部４８に蓄熱する。また、制御部５０は、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合に、地下部４８に蓄積された熱量によって蓄熱配管４４を流れる水を加温し、加温して得られる温水を貯湯槽５８に供給する。
【００４６】
具体的には、制御部５０は、貯湯槽５８に熱量を更に蓄熱できない場合に、上部取出口８４から取り出した温水を蓄熱配管４４に流して地下部４８に熱量を提供させた後に、下部取出口８２から貯湯槽５８に温水を供給する。また、制御部５０は、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合に、下部取出口８２から蓄熱配管４４に温水を取り出して地下部４８に蓄積された熱量で加温し、加温した温水を上部取出口８４から貯湯槽５８に供給する。例えば、制御部５０は、熱媒体循環ポンプ９９によって蓄熱配管４４を流れる温水の向きを変更することによって、上部取出口８４から取り出した温水を地下部４８に供給することによる蓄熱と、下部取出口８２から取り出した温水を地下部４８に供給することによる地下部４８からの熱量の回収とを選択する。
【００４７】
なお、熱負荷５６がシャワー等の給湯設備等であって、貯湯槽５８から供給される温水を利用した後に、利用後の温水を貯湯槽５８の外部に排出する場合に、排出された量の上水が給水配管６０を通流して貯湯槽５８に補給される。このとき、制御部５０は、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が熱負荷５６によって必要とされる熱量より少ない場合に、上水を貯湯槽５８に直接供給せず、上水を蓄熱配管４４に導いて地下部４８に蓄熱された熱量によって予熱してから貯湯槽５８に供給してよい。具体的には、給水配管６０は、蓄熱配管４４に設けられた予熱バルブ６８に接続されており、制御部５０は、予熱バルブ６８を用いて給水配管６０からの上水を蓄熱配管４４に導く。このとき、制御部５０は、貯湯槽５８への上水が直接流入されるのを阻止する上水阻止バルブ６７を閉じるとともに、貯湯槽５８の温水の下部取出口８２からの取り出しを予熱バルブ６８を用いて停止させる。これにより、例えば給湯需要が拡大する冬季において、上水を地下部４８に蓄熱された熱量によって予熱して貯湯槽５８に供給することができる。なお、制御部５０は、貯湯槽５８の下部の温水の温度が上水の温度より高いことを更なる条件として、上水を貯湯槽５８に直接供給せず、上水を蓄熱配管４４に導いて地下部４８に蓄熱された熱量によって予熱してから貯湯槽５８に供給してよい。これにより、貯湯槽５８の貯湯効率を高めることができる。
【００４８】
例えば、貯湯槽５８に蓄熱された熱量が将来的に不足することが予測されるような場合には、貯湯槽５８にできるだけ多くの温水を貯湯しておく必要がある。そして、貯湯槽５８が温水で満杯になると、貯湯槽５８の下部の温水の温度が上水の温度より高くなることがある。このようなとき、熱負荷５６によって消費された量の上水を貯湯槽５８の下部に直接供給すると、貯湯槽５８の下部の温水と上水とが混ざり合って温度が低下しまうので、効率的に貯湯することができない。このような場合には、上水を地下部４８において一旦加温してから貯湯槽５８に供給することによって、より効率的に貯湯槽５８に貯湯することができる。
【００４９】
図５は、地下部４８に蓄熱する他の例を示す。熱交換部７０は排熱配管８８に接続されており、蓄熱配管４４を流れる熱媒体は排熱配管８８を流れる冷却水の熱量によって加温される。そして、蓄熱配管４４を流れる熱媒体は、加温された熱媒体の持つ熱量を地下部４８に提供することによって地下部４８に蓄熱する。なお、排熱配管８８は、排熱配管８８を通流する冷却水の経路において貯湯用熱交換部７２よりも後に熱交換部７０に冷却水を供給すべく貯湯用熱交換部７２および熱交換部７０に接続される。これにより、排熱配管８８の内部を通流する冷却水は、貯湯用熱交換部７２において貯湯槽５８に熱量を提供した後に、熱交換部７０において蓄熱配管４４を流れる熱媒体に熱量を提供する。したがって、例えば貯湯槽５８が温水で満杯になった場合等、貯湯槽５８に燃料電池４０の排熱を提供できない場合には、燃料電池４０の排熱は自動的に地下部４８に蓄熱されることになる。また、排熱配管８８を流れる冷却水が貯湯用熱交換部７２において十分に冷却されない場合でも、熱交換部７０において更に冷却水を冷却することができるので、燃料電池４０を安定的に運転することができる。
【００５０】
また、制御部５０は、貯湯槽５８に更に熱量を蓄熱することができない場合に、貯湯ポンプ７８を停止させてもよい。これにより、貯湯ポンプ７８を駆動するエネルギーが無駄に消費さずに済む。また、制御部５０は、地下部４８に熱量を蓄熱する必要がない場合に、熱媒体循環ポンプ９９を停止させてもよい。なお、排熱配管８８は、熱交換部７０を経由せずにバイパスする配管を有してもよい。そして、制御部５０は、地下部４８に熱量を蓄熱する必要がない場合に、冷却水を熱交換部７０に供給せず、当該配管を通過させてもよい。
【００５１】
なお、以上の説明においては、蓄熱システム１００の一例として、燃料電池４０の排熱を貯湯槽５８に一旦温水として蓄熱する形態について説明した。蓄熱システム１００の他の例では、貯湯槽５８を備えておらず、燃料電池４０の排熱を直接、或いは熱交換部７０によって、蓄熱配管４４を循環する熱媒体を加温することによって地下部４８に蓄熱してもよい。
【００５２】
以上説明した蓄熱システム１００によれば、熱負荷５６が消費しない余剰の熱量を燃料電池４０が生成する場合においては、当該余剰の熱量を地下部４８に低コストで蓄熱しておくことができる。そして、燃料電池４０から供給される熱量が熱負荷５６の消費する熱量に比べて不足した場合には、地下部４８から熱量を回収して利用することができる。したがって、建造物１１０に供給する温水が不足したときに予備的に加熱すべく設けられるバーナ等の設備コストを削減することができる。また、蓄熱システム１００においては、貯湯槽５８の容量をより小さくて済む、或いは貯湯槽５８を設置しないで済むので、貯湯槽５８の設備コストを削減すことができるとともに、貯湯槽５８の設置スペースを節約することができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、熱量および電力を供給する装置の一例として燃料電池４０を用いて説明したが、燃料電池４０に代えて、ガスエンジン、ガスタービン等の、化石燃料および／又は水素ガス等を燃料として発電する装置であってもよい。このような蓄熱システム１００の例においても、以上の説明において述べた効果と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】蓄熱システム１００の構成の一例を示す図である。
【図２】地中杭４６の断面の一例を示す図である。
【図３】地中杭４６の配置の一例を示す図である。
【図４】地下部４８への蓄熱および／又は地下部４８からの熱量の回収方法の他の一例を示す図である。
【図５】地下部４８に蓄熱する他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  蓄熱システム
１１０  建造物
４０  燃料電池
４２  地中壁
４３  バイパス配管
４４  蓄熱配管
４６  地中杭
４８  地下部
５０  制御部
５２  給湯配管
５４  電力負荷
５６  熱負荷
５８  貯湯槽
６０  給水配管
６２  帯水層
６４  不透水層
６６  支持地盤
６７  上水阻止バルブ
６８  予熱バルブ
６９  逆流阻止バルブ
７０  熱交換部
７２  貯湯用熱交換部
７４  給水用熱交換部
７５  予熱配管
７６  貯湯配管
７８  貯湯ポンプ
８０  排熱ポンプ
８２  下部取出口
８４  上部取出口
８６  温水循環配管
８８  排熱配管
９０  電力計
９８  温水循環ポンプ
９９  熱媒体循環ポンプ
【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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