JP2002061961A - ソーラーコジェネレーション総合システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】従来のものは暖房については、直接熱空気が利
用でき、容易だが、冷房については、吸収冷凍器方式に
よる方法、潜熱冷房方式等あるが、問題点も多く、十分
に実用化されているとは言い難い。また、暖房にしろ、
冷房にしろ、太陽エネルギーの直接利用できる時間帯と
需要の時間帯とは必ずしも、一致しない点があり、又、
その出力についても不安定で不具合である。 【解決手段】太陽エネルギーより電力、および熱エネル
ギーを回収し、暖房用熱源および給湯用熱源とし、又、
水の蒸発潜熱を利用し、流通空気の温度降下を計り、冷
空気を生み出すことにより、冷房用空気として利用し、
かつ、暖房、冷房性能が不十分の場合、ヒートポンプの
バックアップにより所定の冷暖房性能を発揮させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】「発明の属する技術分野」本発明は、太陽
光発電に関し、さらに太陽熱の有効利用（冷暖房）をも
並行的に行い、太陽エネルギー利用コシ゛ェネレーショ
ン（熱電併給）を達成させるものであるが、もちろん太
陽電池コジェネレーション方式に限定するものではな
く、広く、発電を伴わない太陽熱利用方式にも適用され
る。 【０００２】「従来の技術」従来、太陽エネルギー利用
暖房としては、水または各種熱媒を受光パネルと、畜熱
タンク間を、循環させ、その熱媒を熱交換器を通して、
暖房を行ういわゆるソーラーシステムが一般的である。
また冷房については温水から吸収冷凍機方式を用いて、
冷空気を得る方法がある。 【０００３】「発明が解決しようとする課題」弊者出願
の太陽電池コジェネレーション方式（特願平１０−１０
６８７４）等では、太陽電池モジュールによる発電と熱
回収を同時に行わせるので、熱空気の流通により、熱回
収を行うシステムとなっているが、この場合、暖房につ
いては、直接熱空気が利用でき、容易だが、冷房につい
ては、吸収冷凍器方式による方法、潜熱冷房方式等ある
が、問題点も多く、十分に実用化されているとは言い難
い。また、暖房にしろ、冷房にしろ、太陽エネルギーの
直接利用できる時間帯と需要の時間帯とは必ずしも、一
致しない点があり、又、その出力についても不安定で不
具合である。 【０００４】「課題を解決するための手段」太陽熱回収
エネルキ゛ーを、必要に応じ、一旦、貯え適宜放出し、
有効利用できる様、上記畜熱装置を設置する。暖房につ
いては、温水およびレンガの昇温にて畜熱し、必要に応
じ、放熱する。ただし、温水については、給湯として利
用した場合、当然畜熱量は減少する。暖房熱不足時には
ヒートポンプによりバックアップし、いつでも不足分を
補足することができる。 【０００５】冷房については、給湯装置にて、高温エア
より温水を連続的に作り出す一方、高温エアの温度を大
気レベルまで下げ、冷房セクションの上部に設置された
水スプレー装置より、適宜、水をレンガに均等に振り掛
け、レンガの表面を常時濡れた状態に保つ事により、熱
空気に水が蒸発吸収されることにより、蒸発潜熱で熱空
気が冷やされ、冷空気となる原理を１次的には利用す
る。これによる冷空気の程度が、冷房として十分であれ
ば、そのまま、ヒートポンプ装置をバイパスして、室内
に導入するが、特に高温多湿の梅雨時等、潜熱冷房方式
では、不十分であることが予想され、その場合、ヒート
ポンプのバックアップ機能を利用する。即ち、潜熱冷房
装置からの冷空気を、ヒートポンプ装置の凝縮器冷却用
空気として利用し、別に、新たな大気をヒートポンプ装
置の蒸発器に導入し、低温の冷空気を作り出す。これに
より、必要時十分な冷房空気を得ることができる。 【０００６】「発明の実施の形態」以下、本発明の実施
の形態について図面に基ずいて具体的に説明する。図１
は本発明の全体システム概念図である。図において、１
は大気吸入系統、２は入り口空気ヘッダー、３は太陽電
池モジュール，４は出口空気ヘッダーを示す。５は透明
ガラス、６は熱空気ダクト、７はソーラーコジェネモジ
ュールを示す。通常運転においては、１・大気吸引系統
より７・ソーラーコジェネモジュールに導入された大気
は２・入り口空気ヘッダーよりモジュール幅方向に均等
に分布されながら３・太陽電池モジュールを上下に包む
形で４・出口空気ヘッダーの方へ、３・ソーラーモジュ
ールの高温表面を冷却しながら流れていく。同時に自ら
は高温エアとなって４・出口空気ヘッダーを経て、６・
熱空気ダクトに導入される。７・ソーラーコジェネモジ
ュールは、四周および底部を保温材で覆われ、上部は、
透明２重ガラスでカバーされているので、熱伝導による
放散熱量は、最少に抑えられる。 【０００７】保温材でカバーされた６・熱空気ダクトよ
り、熱空気は１０・通風機を経て、直接暖房用エアとし
て利用される場合は、１２・バイパスダクトおよび１３
・バイパス弁を経て、３３・エア室内吹き込み口より、
室内へ導入される。 【０００８】給湯・畜熱・冷房装置にて、エアが処理を
受ける場合は、１５・ヒートボックス導入ダクトより、
１６・ヒートボックス導入弁、１７・ヒートボックス導
入口を経て１８・温水発生装置に導入される。４６・ヒ
ートボックスは１８・温水発生装置と２０・冷房・畜熱
装置より構成される。１８・温水発生装置は長方形の水
タンクに多数の伝熱管を水平に貫通させた構造となって
いる。高温エアは伝熱管の内部を流れ、管外は、水で満
たされている。管内を流れる高温エアは伝熱管を通じ、
低温の水との熱交換を行いながら、出口部に達し、１９
・仕切り板に沿って流れ、２０・冷房・畜熱装置へと導
かれる。一方、水の流れは３７・給水系統より給水さ
れ、４３・水タンク仕切り板にて仕切られた各セクショ
ン毎に満水されているが、高温側セクションの水が最初
に所定の温度に達し、必要に応じ、３６・送水系統を経
て、送水される。この結果、高温側セクションの水位が
下がってくるが、ある設定水位を下回ると、給水弁が開
き給水を開始し、低温セクションをオーバーフローする
形で、高温セクションの水位を保つ。 【０００９】２０・冷房・畜熱装置へ導かれたエアは、
畜熱運転時には、スリット状に設置されたレンガまたは
セラミック等の間隙を通過しながら、レンガに熱を与
え、自らは、温度が低下する形で２３・ヒートボックス
出口至り、２４・ヒートボックス出口弁を経て、ヒート
ポンプ装置へと至る。放熱運転時は、熱の移動がレンガ
より空気へと流れ、空気は加熱されながら、同様にヒー
トポンプ装置へと至る。 【０００１０】冷房運転時は、レンガ層の上部に設けら
れた２１・スプレイ水装置より、水がレンガ層にスプレ
イされ、レンガ表面を常時、濡らした状態にしながら、
落下し、下部に設けられた貯水槽に溜まる。貯水槽には
２２・循環水ポンプが設けられており、貯水を再び、ス
プレイ水装置へと、循環させる。スプレイ水循環系統に
は、４０・補給水系統が設けられており、貯水槽の水位
が下がりすぎると、自動的に補給される。空気はレンガ
層の間隙を通過しながら、レンガ表面を流れる水と接触
し、水を蒸発吸収する。水は蒸発に際し、その蒸発潜熱
を奪ばわれ、自らの温度を下げ、同時に、周囲のレンガ
からも熱を奪い、低温側へ移行するが、同時に、高温エ
アの温度は自らの持つ顕熱により、一部相殺され、最終
的には両者の定量的バランスで温度低下度が決まってく
る。 【０００１１】いずれの場合も２０・畜熱・冷房装置を
出た処理済空気は、その時点で、暖房・冷房用空気とし
て、適正範囲に治まっていれば、後流のヒートポンプ装
置をバイパスして直接、３３・エア室内吹き込み口に導
入される。 【０００１２】２０・畜熱・冷房装置より出た処理済空
気が、冷房・暖房用エアとして不適切であれば後流のヒ
ートポンプシステムにて、さらに、必要な処理を行い、
適切な条件のエアを、確保した上で、室内に導入され
る。即ち、２０・畜熱・冷房装置を出た空気はヒートポ
ンプ装置の２５・冷媒凝縮器へと導かれる。 【０００１３】暖房対応の場合は、冷媒の凝縮熱を受け
取り、空気は適正温度まで、昇温され、３３・エア室内
吹き込み口へと導かれる。２６・冷媒蒸発器側には、３
５・送風機より、大気を送り込み、冷媒の断熱膨張によ
る吸熱作用を利用して、大気より熱を汲み上げる。２６
・冷媒蒸発器を出た大気はそのまま、大気へ放出され
る。 【０００１４】一方、ヒートポンプにおける冷媒の作動
は、以下の如くである。即ち、２８・圧縮機により断熱
圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは２５・冷媒凝縮器で
外部流体に熱を放出し、液体となって４１・受液器に溜
まり、さらに、２７・絞り弁を通り、減圧され断熱膨張
し、２６・冷媒蒸発器にて、周囲の大気から熱を奪い、
蒸発してガスとなる。冷媒としては、通常のＲ２２，Ｒ
１１その他、代替フロン等が使用される。 【０００１５】冷房対応の場合は、２０・畜熱・冷房装
置をでた低温エアは、２５・冷煤凝縮器に至り冷煤の冷
却を行い、自らは、高温となって、３４・大気放出系統
より、外部に放出される。一方、２６・冷媒蒸発器側に
は、３５・送風機より大気が供給され、冷媒の蒸発に伴
い、熱を奪われて、低温のエアとなり、冷房エアとし
て、３０・蒸発器出口通路変更弁を経て、３３・エア室
内吹き込み口より、室内へ吹き込まれる。 【０００１６】以上、上記（０００１３）より（０００
１５）に至る一連の作動は、ヒートポンプの後流に設置
された連絡ダクト及び切り換えダンパ（２９−３２）の
組み合わせにより達成される。 【０００１７】大気導入運転の場合９・熱空気止め弁を
閉め、８・大気導入弁を開き、大気を直接吸引すること
ができる。即ち、大気を直接、２０・冷房・畜熱装置へ
導入する場合等、４７・温水発生装置バイパス系統より
４８・温水発生装置バイパス弁を通り、４９・温水発生
装置バイパスエア導入口より、導入される。 【０００１８】発電については、３・太陽電池モジュー
ルにて発生した電力はケーブルを通じ、３８・接続箱、
３９・パワーコンデイショナーを経て、電力系統と系統
連携を行う。 【０００１９】「発明の効果」上記の如く、本装置で
は、太陽光エネルギーから発電、暖房、給湯、水の蒸発
潜熱を利用した冷房等、自然エネルギーを有効に回収す
ると共に、自然エネルギーの持つ、不安定さ、不確実さ
を補う為、いわゆる成績係数の高いヒートポンプと組み
合わせることにより、常時安定したコジェネレーション
システムが確立でき、年間を通じ、画期的高効率運用が
可能となる。地球温暖化防止の観点から、太陽エネルキ
゛ーの有効利用は広く求められるところであり、本方式
は、電気負荷と熱負荷を同時に必要とする一般家庭又は
事務所、病院等に適用すれば太陽エネルキ゛ー利用の画
期的手段となりうる。 【０００２０】

【図面の簡単な説明】 【図１】ソーラーコジェネレーション総合システム概念
図を示します。 【符号の説明】 １ 大気吸入系統 ２ 入り口空気ヘッダー ３ 太陽電池モジュール ４ 出口空気ヘッダー ５ 透明ガラス ６ 熱空気ダクト ７ ソーラーコジェネモジュール ８ 大気導入弁 ９ 熱空気止め弁 １０ 通風機 １１ ヒートボックス連絡ダクト １２ バイパスダクト １３ バイパス弁 １４ ヒートボックス連絡弁 １５ ヒートボックス導入ダクト １６ ヒートボックス導入弁 １７ ヒートボックス導入口 １８ 温水発生装置 １９ 仕切り板 ２０ 冷房・畜熱装置 ２１ スプレイ水装置 ２２ 循環水ポンプ ２３ ヒートボックス出口 ２４ ヒートボックス出口弁 ２５ 冷媒凝縮器 ２６ 冷媒蒸発器 ２７ 絞り弁 ２８ 圧縮機 ２９ 凝縮器出口通路変更弁 ３０ 蒸発器出口通路変更弁 ３１ 蒸発器出口弁 ３２ 凝縮器出口弁 ３３ エア室内吹き込み口 ３４ 大気放出系統 ３５ 送風機 ３６ 送水系統 ３７ 給水系統 ３８ 接続箱 ３９ パワーコンデイショナー ４０ 補給水系統 ４１ 冷媒受液器 ４２ ヒートポンプバイパス系統 ４３ 水タンク仕切り板 ４４ ヒートボックスバイパス弁 ４５ ヒートボックス架台 ４６ ヒートボックス ４７ 温水発生装置バイパス系統 ４８ 温水発生装置バイパス弁 ４９ 温水発生装置バイパスエア導入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２４Ｊ 2/42 Ｆ２５Ｂ 13/00 ３５１ Ｆ２５Ｂ 13/00 ３５１ 27/00 Ｈ 27/00 Ｆ２５Ｄ 7/00 Ｚ Ｆ２５Ｄ 7/00 Ｆ２４Ｊ 2/04 Ｅ Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 太陽エネルギーより電力、および熱エネルギーを回収
   し、暖房用熱源および給湯用熱源とし、又、水の蒸発潜
   熱を利用し、流通空気の温度降下を計り、冷空気を生み
   出すことにより、冷房用空気として利用し、かつ、暖
   房、冷房性能が不十分の場合、ヒートポンプのバックア
   ップにより所定の冷暖房性能を発揮できる以下の特長を
   有する総合的太陽エネルギー利用熱電併給システム。 １）保温材で四周および底部を内張りされた薄い箱型の
   密閉容器で、内部に太陽電池モジュールを設置され、容
   器の上下に空気の流通を図る空気ヘッダーを配置し、上
   面は、透明ガラス（空気層または真空層を含む２重ガラ
   ス）を設置したソーラーコジェネレーションモジュール
   および、このモジュールに大気を吸引し、内部を流通さ
   せ、後流に高温エアを送気させる為の空気配管、弁、通
   風機等を有する、ソーラーコジェネレーション装置と ２）上記、ソーラーコジェネレーション装置の後流に位
   置し、給湯、蓄熱、冷風発生の機能を有する給湯・畜熱
   ・冷房装置は長方形の水タンクに多数の伝熱管を水平方
   向に貫通させ、その管内を高温空気が流れ、貯水との熱
   交換を行う温水発生装置とその後流にある冷房・畜熱セ
   クションは、多数のレンガまたはセラッミクス板をスリ
   ット状に並べ、冬季はスリット間を通過する空気との接
   触熱交換により、高温空気の熱をレンガの温度上昇とし
   て貯える畜熱器として機能し、夏季は、レンガ層の上部
   に設置されたスプレイ水ノズルより水が、散布され、レ
   ンガ表面を濡らし、スリット間を通過する空気に、蒸発
   吸収されながら、蒸発潜熱を奪い、下部に設けられた貯
   水槽とスプレイノズルとの間に循環ポンプを設置した循
   環系統を有し、循環を繰り返し、レンガ層の温度を次第
   に下げる働きにより、最終的には、通過する空気の温度
   を下げる機能を有するセクションと ３）さらに、上記２）のセクションの後流に設置される
   ヒートポンプ装置は、２）の出口エア系統を冷媒凝縮器
   と連結し、冷媒蒸発器は別置きの送風機より送気される
   系統と連結され、冷房運転、暖房運転に応じ、後流の弁
   切り換え装置を含む系統により、適宜、切り換えて運転
   される機能を有する。冷媒の循環は、圧縮機より、凝縮
   器に至り、凝縮器を経て液化した冷媒は受液器に溜ま
   り、絞り弁装置を経て、減圧され、蒸発器にて、周囲よ
   り熱を奪い、蒸発し、ガスとなり、圧縮機にいたる。以
   後、その流れを繰り返す。