JP2006177614A - 太陽電池駆動式温冷熱ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】大地震等の災害地やキャンプ場等で有効に使用できるようにした太陽電池駆動式温冷熱ユニットを提供する。
【解決手段】ケーシング１内に冷凍サイクル３を構成する部材、貯湯タンク４、冷凍・冷蔵庫５等を収納し、ケーシング１の上面に折り畳み式パネル及び／又は巻き取り式パネルの太陽電池２を備える。冷凍サイクル３は太陽電池２の発電した直流電力で作動する圧縮機６と、ガスクーラ６と、減圧器８又は膨張弁と、蒸発器９とで構成し、冷媒として二酸化炭素冷媒を使用する。ガスクーラ６と貯湯タンク４とを接続し、ガスクーラ６で発生する温熱と、貯湯タンク４内の温水との間で熱交換させて温水を加熱する。蒸発器９と冷凍・冷蔵庫５とを接続し、蒸発器６で発生する冷熱と、冷凍・冷蔵庫５内の冷気との間で熱交換させて冷気を冷却する。夜間や雨天時にも使用できるように、蓄電池（図略）を設けて発電良好時における太陽電池２の余剰電力を充電させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大地震等の災害地やキャンプ場等で有効に使用できるようにした太陽電池駆動式温冷熱ユニットに関する。

従来、太陽電池で発電した電力を利用してヒートポンプを作動させ、ヒートポンプを構成するガスクーラに貯湯タンク内の水を循環させて昇温し、この温水を貯湯タンク内に溜めて給湯するようにした給湯装置が知られている（例えば、特許文献１）。
又、太陽電池を車載用冷凍・冷蔵庫の電源として利用するシステムも従来知られている（例えば、特許文献２）。この車載用冷凍・冷蔵庫は、蓄電池からの電力のみで圧縮機を運転するシステムを採用し、蓄電池への充電電源としてエンジン駆動の発電装置と太陽電池とを併用している。
特開２００２−２２２７０号公報 特開平６−１３５２２２号公報

大地震等の災害地において、電気、ガス等のライフラインが断たれた場合には、給水を受けてもお湯を沸かすことはできず、料理することは困難であり、飲食物等を冷やすことは更に困難なことである。このため、災害地の住民はライフラインが復活するまで避難所等での不自由な生活を余儀なくされる。又、キャンプ場等において、電源設備のないような場所では、携帯用コンロや薪等でお湯を沸かさねばならず、飲食物等を冷やすには氷を収納したクールボックス等を使用しなければならない。前記太陽電池による発電を利用した給湯装置や車載用冷凍冷蔵庫は、商用電源のない場所でも使用可能ではあるが、必ずしも大地震等の災害地やキャンプ場等で使用するのに適しているものとはいえない。

本発明は、このような従来の事態に鑑みてなされたものであり、電気、ガス等のライフラインが断たれた大地震等の災害地や電源設備のないキャンプ場等で給湯や冷却を簡便に且つ有効に行えるようにした、太陽電池駆動式温冷熱ユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、ケーシングの内部に冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルを構成する部材と、貯湯タンクと、冷凍・冷蔵庫とが収納され、前記ケーシングの外部には太陽電池を備え、この太陽電池で発電した電力により前記冷凍サイクルの圧縮機を作動し、ガスクーラで温熱を発生させて前記貯湯タンク内の温水を加熱し、蒸発器で冷熱を発生させて前記冷凍・冷蔵庫内を冷却することを特徴とする太陽電池駆動式温冷熱ユニットを要旨とする。

本発明の請求項２は、請求項１の太陽電池駆動式温冷熱ユニットにおいて、前記太陽電池は折り畳み式パネル及び／又は巻き取り式パネルであることを特徴とする。

本発明の請求項３は、請求項１又は請求項２の太陽電池駆動式温冷熱ユニットにおいて、蓄電池を備えたことを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、ケーシングの内部に冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルを構成する部材と、貯湯タンクと、冷蔵・冷凍庫とが収納され、ケーシングの外部には太陽電池を備えた構成であるため全体が小型コンパクトに形成されており、これを大地震等の災害地やキャンプ場等に運び込むことで容易に使用することができる。そして、貯湯タンクから給湯することができ、冷蔵・冷凍庫で医薬品や飲食物等を冷やすことができる。又、冷凍サイクルを構成する部材の圧縮機で圧縮される冷媒が二酸化炭素であるため、温熱と冷熱とを高効率に生成することができ、自然冷媒であるから環境に優しく、且つ毒性がなく、非可燃性であることから安全に使用することができる。

上記請求項２の発明によれば、太陽電池は折り畳み式パネル及び／又は巻き取り式パネルであるため、広げると大きな面積の太陽電池パネルを形成することができ、これにより、太陽電池の発電性能を高めることができる。又、太陽電池の収容時には小型コンパクトの形状になるため、ケーシングの移動時に邪魔にならず、且つ太陽電池パネルの表面を損傷から保護することができる。

上記請求項３の発明によれば、太陽電池駆動式温冷熱ユニットが蓄電池を備えているため余分の電力を蓄電できると共に、曇天や雨天時等に太陽電池の起電力が不足するような場合には、蓄電池から放電させることによりユニットを確実に作動させることができる。

次に、本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットの実施形態を添付図面により説明する。図１は、本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットの実施形態を示す概略構成図である。図２は、本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットの回路を示すブロック図である。

図１において、１は金属板等で形成されたケーシングであり、このケーシング１の上面には太陽電池２を備えている。太陽電池２は、使用時には大きな面積となり、不使用時には小さな面積となるように折り畳み式パネルとして構成することが好ましい。又、太陽電池２はケーシング１に対して着脱自在に形成すれば、不使用時にはケーシング内１に収容しておくことも可能である。更に、ケーシング１の上面に角度調整が可能な傾斜板（図略）を設ければ、太陽電池２を水平状態に載置するのみならず、日射方向に向けて傾斜状態に載置することが可能になる。尚、太陽電池２の設置箇所はケーシング１の上面に限定されない。

上記ケーシング１内には冷凍サイクル３を構成する部材、貯湯タンク４、冷凍・冷蔵庫５が収納される。冷凍サイクル３は、前記太陽電池２で発電した直流電力によって作動する圧縮機６と、この圧縮機６で圧縮した冷媒ガスを放熱するガスクーラ７と、ガスクーラ７から送られてくる冷媒を減圧する減圧器８(又は膨張弁)と、減圧器８で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器９とから構成され、蒸発器９で蒸発した冷媒ガスは圧縮機６に戻される循環回路が形成されている。冷媒は限定されないが、特に二酸化炭素冷媒を用いると高効率であり、自然冷媒であるから環境に優しく、且つ毒性がなく、非可燃性であることから安全に使用することができる。

前記貯湯タンク４は冷凍サイクル３のガスクーラ７と接続され、図２に示すように貯湯タンク４内にガスクーラ７が収納される。このガスクーラ７において冷媒ガスが放熱する際に発生する温熱（凝縮熱）と、貯湯タンク４内の温水との熱交換により温水が加熱される。そして、貯湯タンク４内で加熱された温水をケーシング１外に給湯できるように配管し、又貯湯タンク４にはケーシング１外から給水できるように配管してある。この貯湯タンク４は、所定の容量例えば１８リットル〜２０リットル程度とすることが望ましい。尚、図示は省略したが貯湯タンク４とガスクーラ７とを２本の管で接続し、一方の管によって貯湯タンク４内の温水をガスクーラ７に送り込み、このガスクーラ７で熱交換させた後に、他方の管により温水を貯湯タンク４内に戻すように構成してもよい。この場合には、温水を強制循環させるためにポンプが必要となる。このポンプの電源は太陽電池２とすることが可能である。

前記冷凍・冷蔵庫５は冷凍サイクル３の蒸発器９と接続され、図２に示すように冷凍・冷蔵庫５の内部の片隅に蒸発器９が収納される。この蒸発器９において液体冷媒が蒸発する際に発生する冷熱（蒸発熱）と、冷蔵・冷凍庫５内の冷気との熱交換により冷気が冷却される。そして、冷蔵・冷蔵庫５内に冷却物を出し入れできるように開閉扉（図略）が設けられ、且つこの開閉扉に対応させてケーシング１にも開閉部（図略）が設けられる。この冷凍・冷蔵庫５は、ケーシング１の大きさによって規制されるが、最大限大きな容量を有することが望ましい。尚、図示は省略したが冷蔵・冷蔵庫５と蒸発器９とを２本の管で接続し、一方の管によって冷凍・冷蔵庫５内の冷気を蒸発器９に送り込み、この蒸発器９で熱交換させた後に、他方の管により冷気を冷凍・冷蔵庫５内に戻すように構成してもよい。この場合には、冷気を強制循環させるためにファンが必要となる。このファンの電源は太陽電池２とすることが可能である。

又、夜間や雨天時等太陽電池２による発電が不可又は発電量が不足するような時でも使用できるように、ケーシング１内に蓄電池１０（図２参照）を設け、発電良好時における太陽電池２の余剰電力を蓄電しておくことが好ましい。蓄電池１０を設置することにより、夜間や雨天時等には蓄電池１０から放電させることで圧縮機６を確実に作動させることができる。更に、図示は省略したがケーシング１の下部に車輪、キャスタ等の移動手段を設け且つケーシング１の上部に把手を設けておけば、据置して使用するのみならず適所に移動して使用することが可能になる。

上記のように構成されている本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットは、例えば大地震の災害地で使用される。ライフラインが切断された避難所等に運び込み、その避難所の日当たりの良い箇所に設置すると共に、ケーシング１の上面に太陽電池２のパネル全面を広げる。水道ラインが切断されている場合には、給水車の到着を待って給水を受け、前記貯湯タンク４内に給水し、援助物資のうち冷蔵を必要とする物品は前記冷凍・冷蔵庫５に収納し保管する。

太陽電池２が日射を受けて発電すると、その直流電力は圧縮機６に供給されて圧縮機６の作動が開始する。圧縮機６が作動すると、二酸化炭素冷媒ガスを所定の圧力に圧縮してガスクーラ７に送り込み、このガスクーラ７での放熱により温熱を発生させる。この温熱と貯湯タンク４内の水との間で熱交換が行われて、貯湯タンク４内の水は加温される。ガスクーラ７で放熱した二酸化炭素冷媒は、減圧器８で減圧された後に蒸発器９に送り込まれ、この蒸発器９で蒸発する際に冷熱（蒸発熱）を発生させる。この冷熱と冷凍・冷蔵庫５内の空気との間で熱交換が行われて、冷凍・冷蔵庫５内の空気は冷却される。そして、蒸発器９で蒸発した二酸化炭素冷媒は圧縮機６に戻されて再び圧縮される。

このようにして、二酸化炭素冷媒が循環することにより冷凍サイクル３の運転が繰り返し行われ、前記貯湯タンク４内の水は徐々に加温されて温水となり、冷凍・冷蔵庫５内の空気は徐々に冷却されて冷気となる。そして、貯湯タンク４内の温水が所定の温度例えば８０℃以上になれば給湯することができ、給湯により減量した分は外部から給水することによって補充する。貯湯タンク４内の温水が異常高温にならないように、温度センサと警報装置を設けて設定温度以上になった時に警報音を発するようにすることが好ましい。同様に冷凍・冷蔵庫５内の冷気が異常低温にならないように、温度センサと警報装置を設けて設定温度以下になった時に警報音を発するようにすることが好ましい。更に、図示を省略した制御装置により太陽電池２から圧縮機６への給電を、前記蓄電池１０への充電に切り替えて上記のような異常事態を避けるように構成するとよい。

避難所等において給湯が行われると、温かい食事や飲み物が与えられ、乳幼児のミルク作りも容易となり、避難者の生活を大いに援助することができる。又、給湯のみならず冷凍・冷蔵庫５の使用も可能であることから、要冷蔵の医薬品や食品等を保管することができて好都合である。

前記のようにケーシング１に車輪やキャスタ等の移動手段を設け、且つ把手を設けておけば、他の避難所等に移動させて使用することが可能であり、避難所以外の場所に取り残されている人達に対しても役立てることができる。本実施形態の場合は、ケーシング１内に必要な構成部品が収納されて全体が小型コンパクトに構成されているため、車両等で運搬する場合にも適している。

本実施形態では、大地震等の被災地で使用する場合に付いて説明したが、これに限定されることなく、例えばキャンプ地等の電源設備のない場所においても同様に使用できるものである。又、本実施形態では、太陽電池は折り畳み式パネルで説明したが、太陽電池パネルとして巻き取り式のパネルを使用しても構わない。尚、折り畳み式パネルに、更に太陽電池パネルを併設することにより、大きな発電量を確保できるように構成することも可能である。

本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットは、特に大地震等の災害地やキャンプ場等で有効に使用できるものである。

本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットの実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る太陽電池駆動式温冷熱ユニットの回路を示すブロック図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 太陽電池
３ 冷凍サイクル
４ 貯湯タンク
５ 冷凍・冷蔵庫
６ 圧縮機
７ ガスクーラ
８ 減圧器
９ 蒸発器
１０ 蓄電池

Claims (3)

1. ケーシングの内部に冷媒として二酸化炭素を用いる冷凍サイクルを構成する部材と、貯湯タンクと、冷凍・冷蔵庫とが収納され、前記ケーシングの外部には太陽電池を備え、この太陽電池で発電した電力により前記冷凍サイクルの圧縮機を作動し、ガスクーラで温熱を発生させて前記貯湯タンク内の温水を加熱し、蒸発器で冷熱を発生させて前記冷凍・冷蔵庫内を冷却することを特徴とする太陽電池駆動式温冷熱ユニット。
2. 前記太陽電池は折り畳み式パネル及び／又は巻き取り式パネルであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池駆動式温冷熱ユニット。
3. 蓄電池を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池駆動式温冷熱ユニット。

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