JP2011099665A - 冷温水製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽熱温水器とスカイラジエータの両者を狭いスペースに設置可能で、太陽熱温水器の角度変更が可能な冷温水製造装置を提供する。
【解決手段】太陽熱温水器6とスカイラジエータ7を一体化し、それを架台2に対して回動自在にシーソー状態で支持したため、一方を使用中は他方を折り畳んだ状態にすることができ、狭いスペースでも設置可能である。また、太陽熱温水器6の角度を太陽に応じて変更することができるため、太陽熱温水器6の吸熱効率の向上を図ることもできる。
【選択図】 図1

Description

本発明は自然現象を利用した冷温水製造装置に関するものである。
農業のビニールハウスなど温度を一定に保つ必要のある施設がある。このような施設は農作物の育成のために昼夜にわたり温度を一定に保つ必要がある。そのため、重油を燃焼させるボイラー装置や、電気冷凍機を搭載した冷水製造装置が使用されていた。
しかし、近年のエネルギー環境問題から、電気や化石燃料の使用を避けるために、温水を製造するために太陽熱温水器を使用し、冷水を製造するためにスカイラジエータを使用する提案がなされている。太陽熱温水器は太陽光により加温する構造で、スカイラジエータは大気放射放熱により冷却する構造である。このような自然現象を利用した方法により、温水と冷水を製造してタンクに溜め、それを必要に応じてビニールハウス等に循環して温度調整を行うシステムである(例えば、特許文献1参照)
特許第3336385号公報
しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽熱温水器とスカイラジエータを別々に設置するため広いスペースを必要とし、スペースを確保できない場所では設置できない。また、太陽熱温水器は固定設置型で太陽に向けて角度調整できないため吸熱効率の向上を図ることができなかった。
本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽熱温水器とスカイラジエータの両者を狭いスペースに設置可能で、太陽熱温水器の角度変更が可能な冷温水製造装置を提供することを目的としている。
請求項1記載の発明は、昼間に太陽光で温水を製造可能な太陽熱温水器と、夜間に大気放射冷却により冷水を製造可能なスカイラジエータと、太陽熱温水器及びスカイラジエータを互いに表面を外側に向けた所定角度で一体化する連結部材と、該連結部材の一部を回動自在に軸支して太陽熱温水器及びスカイラジエータをシーソー状態で支持する架台と、を備えたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、太陽熱温水器及びスカイラジエータを略90度の角度で一体化したことを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、太陽熱温水器とスカイラジエータを一体化し、それを架台に対して回動自在にシーソー状態で支持したため、一方を使用中は他方を折り畳んだ状態にすることができ、狭いスペースでも設置可能である。また、太陽熱温水器の角度を太陽に応じて変更することができるため、太陽熱温水器の吸熱効率の向上を図ることもできる。
請求項2記載の発明によれば、太陽熱温水器とスカイラジエータとが略90度の角度をなしているため、一方を真上に向けて水平にした状態で、他方を略垂直状態に折り畳んで収納することができる。
本発明の第1実施形態に係る冷温水製造装置を示す概略説明図。 太陽熱温水器の使用状態を示す概略図。 スカイラジエータの使用状態を示す概略図。 太陽熱温水器の内部構造を示す拡大断面図。 スカイラジエータの内部構造を示す拡大断面図。 本発明の第2実施形態に係る冷温水製造装置を示す概略説明図。
第1実施形態
図1〜図5は、本発明の第1実施形態を示す図である。以下において温度の単位はセ氏である。
この実施形態に係る冷温水製造装置1は中央に架台2を備えている。架台2は長手方向に約10m延びた構造で、両端に立設された台形状の支柱3と、その間に架設した支持バー4とから構成されている。支持バー4には複数箇所に連結バー(連結部材)5の中心部が回動自在に支持されている。支持バー4と連結バー5の間には図示せぬ駆動部が設けられていて、任意の回転位置に動かすことができる。
連結バー5の両端に太陽熱温水器6とスカイラジエータ7が固定され、該連結バー5を介して両者が一体化された状態になっている。連結バー5が支持バー4に対して回動自在であるため、太陽熱温水器6とスカイラジエータ7とは支持バー4を中心にしてシーソー状態で一体的に回動する。
太陽熱温水器6とスカイラジエータ7は両方とも幅が2mで長さが約10mの長尺箱形状をしている。両方とも表面を外側に向けた状態で、互いに角度(太陽温水器6の集熱面の法線方向とスカイラジエータ7の輻射面の法線方向とが成す角度)が約90度(90度よりも若干鋭角な状態)で連結バー5の先端にそれぞれ固定されている。
太陽熱温水器6の表面(集熱面)は透明ガラス8により形成されていて、内部には4本の熱吸収管9とリフレクタ10が設けられている。熱吸収管9はインナーパイプ11とアウターパイプ12から成る二重管構造である。アウターパイプ12は透明ガラスパイプで、インナーパイプ11は黒色塗装の金属パイプである。アウターパイプ12は両端がインナーパイプ11に対して封止され、アウターパイプ12とインナーパイプ11の間は真空になっている。
リフレクタ10は断面が放物面で、その焦点にインナーパイプ11が設置され、太陽光Lをインナーパイプ11に集光させることができる。
インナーパイプ11は両端が直列に連結され、内部に水W1が流される。この水W1は太陽熱温水器6で吸収された熱を取り出すための熱媒体として利用され、フレキシブルパイプ13にて温水タンク14の熱交換部15に循環される。温水タンク14内には水が保持されていて、その水が熱交換により温水Hになる。
スカイラジエータ7は、基本的には外側がアルミフレーム17製の発泡ウレタン(断熱材)18で形成され、表面側から凹部19が形成されている。凹部19の表面は二重ガラス20で覆われている。二重ガラス20の中間は真空になっている。凹部19の底部は高放射率の黒色塗装が施された金属パネル21が設けられている。そして、その金属パネル21に接触した状態で4本の銅パイプ22が設けられている。周囲が発泡ウレタン18や二重ガラス20等の断熱構造で囲まれているため、内部の金属パネル21や銅パイプ22が周囲温度からの伝熱により加温されるおそれはない。なお、凹部19が実質的な輻射面であり図5では輻射面は上向きである。
銅パイプ22は両端が直列に連結され、内部に水W2が流される。この水W2の温度が銅パイプ22から金属パネル21に伝達し、金属パネル21から輻射熱Rとして大気放射される。スカイラジエータ7は宇宙空間に向けて真っ直ぐに上向きにした状態で、且つ晴天時で湿度が低いほど良好な性能が得られる。大気放射による冷却能力は条件にもよるが1平方メートル当たり100W程度と言われている。
銅パイプ22内で冷却された水W2はフレキシブルパイプ23にて冷水タンク24の熱交換部25に循環される。冷水タンク24内には水が保持されていて、その水が熱交換により冷水Cになる。
温水タンク14及び冷水タンク24は、それぞれ循環パイプ26、27を介して、温度調整対象であるビニールハウス28に循環される。ビニールハウス28が最適温度よりも低い場合には温水タンク14から温水Hが循環され、最適温度よりも高い場合には冷水Cが循環される。
温水タンク14及び冷水タンク24の容量は、ビニールハウス28内の温度を24時間以上調整可能なように設定されている。また、温水タンク14及び冷水タンク24の容量に応じて、温水タンク14及び冷水タンク24に接続される冷温水製造装置1の数が設定される。
次に作用を説明する。
太陽熱温水器6で水W1を加温する場合は、昼間において、太陽熱温水器6を上向きになるように回動させる。太陽熱温水器6を上向きにすると、スカイラジエータ7は反対に下側に回動して、略垂直状態(輻射面が略水平方向を指向)で架台2側へ収納された状態となる。上向きとなった太陽熱温水器6の表面には太陽Sからの太陽光Lが当たり、熱吸収管9内の水W1が90度まで加温されて温水タンク14に循環する。温水タンク14内の水は90度に加温された水W1との熱交換により、約70度の温水Hとなる。
太陽熱温水器6は太陽Sの高さ位置に応じて図2中矢M方向に回動させ、太陽熱温水器6の表面を太陽Sに対して真っ直ぐに向けるように制御しても良い。そうするとことにより、太陽熱温水器6による吸熱効率が向上し、温水Hをより効率的に製造することができる。
スカイラジエータ7で水W2を冷却する場合は、夜間において、スカイラジエータ7の表面(輻射面)を上向きになるように回動させる。スカイラジエータ7を上向きにすると、今度は太陽熱温水器6が略垂直状態(集熱面が略水平方向を指向)で架台2側へ収納された状態となる。夜間にスカイラジエータ7を上向きにすると、スカイラジエータ7の銅パイプ22内の水W2の熱が金属パネル21による放射により輻射熱Rとして奪われて冷却される。スカイラジエータ7内の水W2は温度が7度程度の冷水となり冷水タンク24に循環する。冷水タンク24内は7度程度の水W2との熱交換により、約10度の冷水Cとなる。
このように昼に温水Hを製造して温水タンク14に溜め、夜に冷水Cを製造して冷水タンク24に溜めて、必要な方をビニールハウス28に循環することにより、ビニールハウス28内を最適温度に調整することができる。
この実施形態によれば、太陽熱温水器6とスカイラジエータ7を一体化し、それを架台2に対して回動自在にシーソー状態で支持したため、一方を使用中は他方を折り畳んだ状態にすることができ、狭いスペースでも設置可能である。
第2実施形態
図6は本発明の第2実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第1実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
この実施形態では、太陽熱温水器6の熱吸収管9内に熱媒体としてオイルEが循環される。オイルEはバルブ36を有するフレキシブルパイプ29にて外部に取り出される。フレキシブルパイプ29には2つの補助温水タンク30、31が途中に設けられている。一方の補助温水タンク30には熱交換部15を有するフレキシブルパイプ32が循環している。フレキシブルパイプ32の途中にはバルブ33が設けられ、水W1の循環を制御している。他方の補助温水タンク31にもバルブ34を有するフレキシブルパイプ35が設けられている。
夏期など太陽光Lのエネルギーが大きい場合には、フレキシブルパイプ29を介してオイルEを循環する。オイルEは約300度程度まで温度上昇しても状態変化を生じない。補助温水タンク30内の水W1はバルブ36によりオイルEの流れが制御されるため、約90度の温度が保たれるようになっている。温水タンク14内の温度はフレキシブルパイプ32内における水W1の流れをバルブ33で制御することにより約70度に保たれて、必要な時にビニールハウス28へ循環されるようになっている。
別の補助温水タンク31では、バルブ34で制御しながらフレキシブルパイプ35内に水W3を循環することによりスチームHSを得ることができる。このスチームHSを利用して別の場所を加熱することができる。
1 冷温水製造装置
2 架台
5 連結バー(連結部材)
6 太陽熱温水器
7 スカイラジエータ
L 太陽光
S 太陽
R 輻射熱
W1 太陽熱温水器内の水
W2 スカイラジエータ内の水
H 温水
C 冷水

Claims (2)

  1. 昼間に太陽光を集熱面から取り入れて温水が製造可能な太陽熱温水器と、
    夜間に輻射面からの大気放射冷却により冷水を製造可能なスカイラジエータと、
    太陽熱温水器の集熱面及びスカイラジエータの輻射面を互いに外側に向けた所定角度で一体化する連結部材と、
    該連結部材の一部を回動自在に軸支して太陽熱温水器及びスカイラジエータをシーソー状態で支持する架台と、
    を備えたことを特徴とする冷温水製造装置。
  2. 太陽熱温水器の集熱面及びスカイラジエータの輻射面を略90度の角度で一体化したことを特徴とする請求項1記載の冷温水製造装置。
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