(57)【要約】【課題】電気機器を収容した室内の電気機器からの発生熱を効率的かつ経済的に除去することができる電気機器収容設備を得る。【解決手段】電気機器を設置するための収容室１０を有する建物１と、前記収容室を形成している内装部材（内壁材１３ｂ、天井材１４ｂ）と熱的に結合されて前記収容室を冷却するための冷却媒体を通流し得る冷媒通路２０と、地中に設けられた地中熱を利用する地中熱交換器４と、前記地中熱交換器、及び前記冷媒通路の双方を冷媒が循環するように接続された冷媒循環路２３と、前記冷媒循環路に介装された前記冷却媒体を循環させるための循環駆動装置５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器を設置するための収容室を有する建物と、前記収容室を形成している内装部材と熱的に結合されて前記収容室を冷却するための冷却媒体を通流し得る冷媒通路と、地中に設けられた地中熱を利用する地中熱交換器と、前記地中熱交換器及び前記冷媒通路の双方を冷媒が循環するように接続された冷媒循環路と、前記冷媒循環路に介装された前記冷却媒体を循環させるための循環駆動装置とを備えたことを特徴とする電気機器収容設備。
【請求項２】
前記内装部材は、内壁材と天井材との双方であることを特徴とする請求項１に記載の電気機器収容設備。
【請求項３】
前記冷媒通路はダクトからなり、前記冷却媒体として気体を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機器収容設備。
【請求項４】
前記冷媒通路はチューブ材からなり、前記冷却媒体として液体を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機器収容設備。
【請求項５】
前記冷媒循環路に冷熱を蓄える蓄熱槽を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電気機器収容設備。
【請求項６】
前記収容室を冷却する空気調和装置を付加したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電気機器収容設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプラント設備の運転制御に用いる配電盤、制御盤、変電機器等の電気機器を収容する電気機器収容設備に関し、特に電気機器の発熱除去に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の建物の空調を行う技術として、建物の下の地中に地下室を形成し、地下室の一部に水やその他の液体等の液体熱媒を装填し、ヒートポンプの室外機の凝縮器または蒸発器を液体熱媒体に配置した地熱利用システムがある（例えば特許文献１参照）。また、地中熱利用ヒートポンプに空気熱交換器を組み込み、夏季の冷房利用では、地中温度が（外気温度−α；αは正の定数）よりも高い場合に、冬季の暖房利用では、地中温度が（外気温度＋β；βは正の定数）よりも低い場合に、地中熱源側の循環を停止し、空気熱源ヒートポンプとして運転するようにした地中熱利用ハイブリッド空調システムがある（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３６６３７２号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開２００９−２５０５５５号公報（第１頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の地中熱を利用した冷却システムは、室内の機器発生熱量が比較的少ない場合でも空調設備が必要であり、一方では機器発生熱量が大きい場合、空調設備の容量アップ、設備台数を増やして対応する必要があり、設備費が増加して不経済になる問題があった。また、発電所等のプラント設備において空調設備を含めた所内動力は、プラント設備全体の効率に影響を与えるため、所内動力が増加することはプラント効率の低下につながるという問題点もあった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電気機器を収容した室内の電気機器からの発生熱を効率的かつ経済的に除去することができる電気機器収容設備を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電気機器収容設備は、電気機器を設置するための収容室を有する建物と、前記収容室を形成している内装部材と熱的に結合されて前記収容室を冷却するための冷却媒体を通流し得る冷媒通路と、地中に設けられた地中熱を利用する地中熱交換器と、前記地中熱交換器、及び前記冷媒通路の双方を冷媒が循環するように接続された冷媒循環路と、前記冷媒循環路に介装された前記冷却媒体を循環させるための循環駆動装置とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、収容室を形成する例えば内壁材や天井材などの内装部材を地中熱によって冷却し、電気機器からの発生熱を奪うようにしたので、地中の安定した熱を有効に活用することができるため、効率的であることに加えて、収容室の内装部材を冷却することで、熱吸収面積を広く確保することが容易となるので、高い効率で室内が冷却され消費電力も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図。
【図２】図１に示された電気機器収容設備の要部を示す平面図。
【図３】図１に示された電気機器収容設備の要部を示す側面図。
【図４】この発明の実施の形態２に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図。
【図５】図４に示された電気機器収容設備の要部を示す平面図。
【図６】図４に示された電気機器収容設備の要部を示す側面図。
【図７】この発明の実施の形態３に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図。
【図８】この発明の実施の形態４に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図、図２は図１に示された電気機器収容設備の要部を示す平面図であり、（ａ）は出入口部近傍の平面図、（ｂ）は図２（ａ）の円Ａ部の拡大図である。図３は図１に示された電気機器収容設備の要部を示す側面図である。図に示すように、パッケージ形で自己冷却式の電気機器収容設備は、例えば配電盤、制御装置、変電装置等の電気機器（図示省略）を収納する収容室１０を有する建物１を主要構造物の一つとしてなり、その建物１は、例えば発電プラントのコントロールルームなどを有し作業者等が常駐する主建屋とは別棟で設置される。収容室１０はフレーム構造で、この例では、床部材１１と、その床部材１１の上に立設されたフレーム１２を用いて一体的に組み付けられた側壁部材１３と屋根部材１４によって形成されている。
【００１０】
側壁部材１３は例えば耐候性や遮熱性等の加工が施された鋼板や石質系複合材料などからなる外壁材１３ａ、パネル状の内壁材１３ｂ、及びそれら外壁材１３ａと内壁材１３ｂの間に面方向に沿って介装された例えばグラスウールなどの断熱材（保温材）１３ｃからなっている。屋根部材１４も略同様の適宜に選択された材料からなる屋根材１４ａ、パネル状の天井材１４ｂ、及び屋根材１４ａと天井材１４ｂの間に介装された断熱材１４ｃからなっている。断熱材１３ｃ、及び断熱材１４ｃはともに外部からの熱を遮断して熱貫流率を小さくするため、十分な厚さで設置されている。所望により、床部材１１に断熱材を設備しても良い。そして、内装部材である内壁材１３ｂ及び天井材１４ｂの断熱材１３ｃ、断熱材１４ｃに対向された裏面側には電気機器から発生した熱を奪うための冷媒通路２０としての空気などの冷却媒体を通流するダクトが一体的に設けられており、冷媒通路２０と内装部材の内壁材１３ｂ及び天井材１４ｂとが熱的に結合されている。なお、内壁部のダクトを内壁部ダクト２１、天井部のダクトを天井部ダクト２２とする。
【００１１】
内壁部ダクト２１は、図２、図３に示すように隣り合うフレーム１２相互の間の空間部分に入り込むように幅方向に分割されたかたちで設けられている。そして、天井部ダクト２２は、図３に示すように内壁部ダクト２１と同一幅で同様に複数形成され、天井の両隅部Ｂで図１に示すように図の左右の内壁部ダクト２１とそれぞれ連通され、全体としてコ字形状に形成されている。なお、この例では電気機器収容設備の収容室１０は直方体状に形成され、内壁部ダクト２１は平面視長辺側の対向された双方の面に設けられ、短辺側には設けられていないが、短辺側に設けるようにしても良い。なお、短辺側の一方には図２に示すようにメンテナンス時などに作業者が出入りするための出入口扉１５が設けられている。上記電気機器収容設備は地上に設置された基礎３の上に固定され、その地中部分には地表面から深さ５ｍ程度またはそれ以上の深さにダクト式地中熱交換器からなる地中熱交換器４が埋設されている。地中熱交換器４は例えば鋳物やステンレス鋼など熱伝導の良好な材料によって構成され、地中に直接埋め込まれるが、地下の埋設部位の性状によって例えば地中熱交換器４の周囲に水分を含む砂層や土の層を設けて、地中熱交換器４の外表面と地層とが直接接触するように施工し、地中熱交換器４の外表面に設けられた地中熱交換器４の熱交換部と地層との間で熱交換作用が行われるようにすることが望ましい。
【００１２】
地中熱交換器４は、冷媒循環路２３としての循環ダクトによって前記内壁部ダクト２１、及び天井部ダクト２２とループ状に接続され、冷媒循環路２３には冷媒として用いる空気を循環させるための送風機からなる循環駆動装置５が設置されている。図３に示すように、地中部分から建物の床部材１１の中に引き込まれた冷媒循環路２３は床部材１１の内部を図の左右方向に延在する分岐（集合）ダクト２３１に接続され、分岐ダクト２３１は幅方向に複数に分割された各内壁部ダクト２１の下端部に連結ダクト２３２によってそれぞれ接続されている。なお、図１に示す収容室１０の右下側が冷媒の入口側とすると、左下側の冷媒の出口側についても同様に構成されており、循環駆動装置５によって冷媒としての空気が循環路内を循環されるように構成されている。なお、内壁部ダクト２１と地中熱交換器４を接続するダクト全体を、前記分岐ダクト２３１と連結ダクト２３２の部分を含めて冷媒循環路２３と呼び、さらに、冷媒循環路２３、内壁部ダクト２１、天井部ダクト２２、及び地中熱交換器４の冷媒が通流される部分を循環路と呼ぶものとする。
【００１３】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。電気機器収容設備の収容室１０内は、収納した配電盤、制御装置、変電装置等の電気機器から発生する熱により、室内温度が上昇する。一方、循環駆動装置５により、循環路内の冷媒としての空気は、循環駆動装置５⇒冷媒循環路２３⇒内壁部ダクト２１⇒天井部ダクト２２⇒内壁部ダクト２１⇒冷媒循環路２３⇒地中熱交換器４⇒冷媒循環路２３⇒循環駆動装置５の順に循環されている。室内温度の上昇に伴い、内装部材であるパネル状の内壁材１３ｂ及び天井材１４ｂが加熱されて内壁部ダクト２１、天井部ダクト２２も加熱され、内部に封入された冷却媒体（空気）は高温となり、地下の地中熱交換器４に導かれる。
【００１４】
地表面から深さ約５ｍ程度の地中内温度は、地上温度の影響を受けることなく年間を通して約１５℃の一定温度に保たれており、冷媒循環路２３を介して地中熱交換器４に導かれた高温の冷却媒体は、地中温度との温度差で熱交換が行われて低温の冷却媒体となり、循環駆動装置５である送風機により冷媒循環路２３を通して再び収容室１０の冷媒通路２０に戻り、収容室１０の内部の空気を冷却して電気機器の発生熱の冷却を行う。なお、例えば、外気温、収容室１０の室温、電気機器の温度、地中の温度などを検出する温度センサを設けると共に、その検出結果に基づいて循環駆動装置５の回転数などの稼働を制御するようにしても良い。
【００１５】
上記のように実施の形態１は、電気機器の収容室１０を形成している内装部材である内壁材１３ｂに冷媒通路２０としての内壁部ダクト２１を、天井材１４ｂには内壁部ダクト２１と連通した冷媒通路２０としての天井部ダクト２２を、それぞれ一体的に具備して内装部材と冷媒通路２０を熱的に結合させ、地下に設けたダクト式の地中熱交換器４と循環路を構成して空気からなる冷却媒体を循環駆動装置５としての送風機により循環させることにより、電気機器の収容室１０を冷却できるように構成したものであり、該構成により、室内の冷却に地中の安定した熱を有効に活用することができるため、より効率的に収容室１０内を冷却することができる効果が得られる。
【００１６】
また、収容室１０の壁面及び天井面を構成するパネル状の内壁材１３ｂ及び天井材１４ｂの広い範囲に冷却面を構成できるため、室内の熱吸収面積が広く確保でき、冷却効率が改善されて高効率の冷却システムが得られる。また、地中熱を利用した熱交換器を使用することにより、通常の空調設備に比べて所内動力（消費電力）が少なくて済むため、プラントの総合効率の改善効果が得られるなどの効果が得られる。また、冷媒通路２０をダクトによって構成したので、例えば板金加工で容易に構成することができるので組立も容易で安価に提供できる。
【００１７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図、図５は図４に示された電気機器収容設備の要部を示す平面図、図６は図４に示された電気機器収容設備の要部を示す側面図である。なお、この実施の形態２は、実施の形態１におけるダクト型の地中熱交換器４をチューブ式地中熱交換器からなる地中熱交換器４Ａに変更すると共に、冷媒通路２０を構成する内壁部ダクト２１及び天井部ダクト２２を、内壁部チューブ２１Ａ及び天井部チューブ２２Ａに、冷媒循環路２３を循環パイプ２３Ａにそれぞれ変更し、さらに冷却媒体として水などの液体を用いると共に、循環駆動装置５を送風機から循環ポンプに変更したものである。
【００１８】
図において、内壁材１３ｂの断熱材１３ｃに対向された裏面側には電気機器から発生した熱を奪うための冷媒通路２０Ａとしての水などの液体の冷却媒体を通流する内壁部チューブ２１Ａが設けられ、天井材１４ｂの断熱材１４ｃに対向された裏面側には同様の天井部チューブ２２Ａが設けられている。なお、内壁部チューブ２１Ａは隣り合うフレーム１２の間に複数本設置され、天井部チューブ２２Ａも同様に内壁部チューブ２１Ａと同数本設置されて１：１で相互に連結されている。内壁部チューブ２１Ａの下端部には、図６に示すようにヘッダー部材２３３が設けられ、循環パイプ２３Ａに対して分岐（集合）パイプ２３１Ａと連結管２３２Ａを介して接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１９】
上記のように構成された実施の形態２においては、収容室１０の冷却手段として、内壁部チューブ２１Ａと天井部チューブ２２Ａを含むチューブ状の冷媒通路２０Ａと、地下のチューブ式の地中熱交換器４Ａと、循環パイプ２３Ａと、循環ポンプからなる循環駆動装置５を用い、冷却媒体に水等の熱伝達効率の高い液体を利用するようにしたため、冷却媒体が気体の場合よりも更に効率良く地中熱を利用した冷却が可能となり、パッケージ室でなる収容室１０内に設置する電気機器の発生熱量が大きくなっても少ない所内動力で対応することができるという効果が得られる。
【００２０】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図である。なお、この実施の形態３は、収容室１０に収容された電気機器として、例えばガスタービン起動装置のように稼働時間はガスタービン式発電プラントのガスタービンを起動させる時の短時間に限られるものの、ガスタービン起動装置の運用中は非常に大量の熱が発生するため、短時間で大量の発生熱の処理が必要となる装置などが用いられている場合にも対応できるようにしたもので、図７に示すように実施の形態１の図１に示す地中熱交換器４と循環駆動装置５を接続する冷媒循環路２３の経路内に、蓄熱槽熱交換器６１を備えた蓄熱装置６を設けて、ダクト式の地中熱交換器４で冷温となった冷却媒体を蓄熱装置６で更に冷却できるように構成したものである。
【００２１】
なお、蓄熱装置６の構成は特に限定されるものではなく、例えば４℃程度の冷水や、砕石、金属塊などで比熱の高い材料を所要量貯留槽に蓄えて蓄熱する顕熱を利用した方式や、氷水や無機系共晶塩、有機系蓄熱材などで相変化を伴う潜熱を利用した蓄熱材を貯留槽に蓄えるものなど、何れも公知の技術から適宜選択して用いることができる。また、蓄熱槽熱交換器６１としては、ヒートポンプによる冷凍サイクルを利用したものなどを適宜用いることができる。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２２】
上記のように構成された実施の形態３においては、ガスタービン起動前の所内動力が少ない時間帯を利用して、蓄熱槽熱交換器６１で蓄熱装置６の内部を事前に冷蔵又は冷凍して冷却に必要な熱量を冷熱源として保存しておく。そして、ガスタービン起動装置の稼働時には、収容室１０の冷媒通路２０で図示省略しているガスタービン起動装置から大量に発生する熱によって通常状態の温度よりも高い温度に上昇し、地中に設置された地中熱交換器４では十分に温度が低下されない状態で冷媒の空気が循環駆動装置５に向けて戻ってくる場合でも、蓄熱装置６を経由することで、冷媒を所要の温度に下げることができ、収容室１０の室内を効率良く経済的に効率良く冷却することができる。また、収容室１０内に収納する電気機器の運転パターンを勘案して、蓄熱槽熱交換器６１を備えた蓄熱装置６を稼働させることで、大きな発生熱の処理をするため所内動力の集中を回避できる。
【００２３】
なお、この実施の形態３では、冷却媒体として気体を用いるようにした実施の形態１の構成に適用した例で説明したが、実施の形態２の冷却媒体が液体の場合でも良く、同様の効果が得られる。また、発熱機器はガスタービン起動装置に限定されるものではない。また、蓄熱装置６に対してバイパス流路を設けると共に、蓄熱装置６側の流路とバイパス流路を切替える切替弁を設け、蓄熱装置６を経由するかバイパスさせるかを必要に応じて切替えられるようにしても良い。また、循環駆動装置５、蓄熱槽熱交換器６１、図示していない前記切替弁などを遠隔制御ないしは自動制御するようにしても良い。
【００２４】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る電気機器収容設備を概念的に示す立面図である。図において、収容室１０の室内上部には空調装置７の室内機７１が設置され、建物１の外部には室外機７２が設置されて、室内機７１と室外機７２は冷媒配管と電源ケーブルを含む接続部材７３によって接続されている。なお、ドレン配管などは図示を省略している。前記空調装置７としては例えば市販されているものを好適に利用することができる。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態４においては、実施の形態１と同様の作用効果が得られることに加えて、収容室１０に設置した電気機器が、例えば連続して運転制御用に使用される機器で、大きな発生熱量がある場合に、地下に設けた地中熱交換器４の能力が不足する場合の補助冷却設備として、空調装置７を地中熱交換器４と併用して運転することで、収容室１０を少ない所内動力でより効率的に冷却することができるという効果が得られる。
【００２６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば建物１は直方体状に形成したがこれに限定されるものではなく、例えば蒲鉾型状やドーム型状の建物などであっても差し支えない。さらに、地中熱交換器４、４Ａは建物１の地下から外れた位置でもよい。また、冷媒通路２０、２０Ａは収容室１０に対向された表側に設置しても良いなど適宜変更しても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１  建物、１０  収容室、１１  床部材、１２  フレーム、１３  側壁部材、１３ａ  外壁材、１３ｂ  内壁材、１３ｃ  断熱材、１４  屋根部材、１４ａ  屋根材、１４ｂ  天井材、１４ｃ  断熱材、１５  出入口扉、２０、２０Ａ  冷媒通路、２１  内壁部ダクト、２１Ａ  内壁部チューブ、２２  天井部ダクト、２２Ａ  天井部チューブ、２３  冷媒循環路、２３Ａ  循環パイプ、２３１  分岐ダクト、２３１Ａ  分岐パイプ、２３２  連結ダクト、２３２Ａ  連結管、２３３  ヘッダー部材、３  基礎、４  地中熱交換器、４Ａ、５  循環駆動装置、６  蓄熱装置、６１  蓄熱槽熱交換器、７  空調装置、７１  室内機、７２  室外機、７３  接続部材、Ｂ  隅部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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