JP2012167919A - 環境配慮型熱音恒温水槽 - Google Patents

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豐克 梶山
Katsuhisa Ota
勝久 太田
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P80/20Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Abstract

【課題】 農業・水産業業・工業用の水の温度調整に一般的にはフロンガス媒体の冷凍サイクルやクーリングタワーなどでポンプやコンプレッサーを使い気化熱を利用して熱交換を行い水温の制御を行っているが、地球上の主に化石燃料を使って行っているため、地球環境保護の流れに逆行している。
【解決手段】 本発明は、地球環境保護と安全な生鮮食品の生産を配慮して、主なエネルギー源に太陽光熱を使い、集光レンズとファイバーを活用し、外気温高い場合の水温制御には環境にやさしい熱音響冷却現象を使った冷却装置、外気温の低い場合は太陽高熱集光レンズからの熱光線を集熱管にあて、暖められた熱媒体を循環させる方法
【選択図】図1

Description

本発明は、一般工業・農業・水産業の栽培養殖装置に関するもの
従来、一般的な農業・水産業業・工業用の温度制御にフロンガス媒体の冷凍サイクルや水を使った方式やクーリングタワーなど水の気化熱を使って熱交換を行い水温の制御を地球上の主に化石燃料を使って行っている。冬場と夏場の日射量と管理して省エネルギーにするため制御が必要である。これらに関する技術で特許申請中(特願2010−233035)の熱音響冷却技術と集光レンズと光ファイバーを使った技術
熱音響効果を利用した熱交換装置や従来技術に関しては下記に記載されるものが存在する。
特許第3015786号 特許広報第4443971号 特許第4253191号
特願2010−233035号
これからの農業や水産業で地球環境保護しながら水槽の温度調整を実現しなければならない。
旬の食材を求めるとき、例えば、当地以外、南方で北国の食材を求めたり、時期外れで夏に冬の食材を得る場合、一般的に温室や冷水確保に光熱費と運搬費が加算され、収穫配送までの総合エネルギーは通常の10倍かかるといわれている。
現在一般的な水耕・養殖栽培では養殖目的の動植物をハウスの中の専用槽に配置し、LED又は太陽光をガラスやビニルシート越しに導いて温室状態にするが寒冷地や低温の時期では石油ストーブや電熱ヒータなどで室内温度維持や水耕槽内の培養液の温度管理を行わなければならないこれにより培養液の温度管理に化石燃料を多く使う。
適切な温度の水の環境がない熱帯地域や極寒の地域で水耕栽培など農業水産業を行う場合に、温度管理には極力地球の化石燃料を使わないで温度管理を行うことが今後の課題である。
温度管理の熱源に太陽光熱エネルギーを主に使う環境配慮型水槽を構築する。
水槽であるが水に限らず、液体肥料などにも応用する。
環境が高温の時期は、熱音響冷却技術を応用し、その熱源に太陽光熱エネルギーを導いて冷熱を発生させる。
太陽光熱1aを集光レンズ1bなどのフラットなレンズを使って太陽光を一点に集光後平行光線変換ユニット1cで変換し直下型導光ファイバー1d−1または横方向からの導光ファイバー1d−2を通して光熱を一部透明の採光管1hを透過してループ状熱音響冷却装置の高温側1j熱源として導き、反対側で、冷熱源を得る。その冷熱エネルギーを水槽準備槽2aに送り循環ポンプ2dで循環させて、一定の冷温域になった水を養殖や栽培槽に送り込み水温を制御する。
このときの熱移動の方法としてパソコンの冷却などに使われているヒートパイプ1iを用い、ループ管の熱源部に密着させ、機能ユニット間の位置ズレ修正や位置合わせの難しい作業を軽減させて、熱エネルギーの移動を効率よく行う構造をとる。
一方寒冷時期の加熱要求時時期はフラットなリニアー集光レンズ1fからの熱光線を集熱管1eにあて、暖められた熱媒体を循環パイプ1gで準備槽2a内に廻らせ水の温度を上昇させ一定の温域になった調整用水を水槽2bに送り込み液温を制御する。
環境が寒冷の時期で加熱要求時に、極寒地で集熱パネル表面に積雪で集光リニアーレンズからの光がさえぎられる場合、初期にパネル表面に融雪ヒータ2cを設けて雪を溶かして太陽光熱の吸収を早める。
上記の構成で一定温度の水槽を構築することで、例えば養殖・水耕栽培システムにおいて、成育の良い野菜や魚などの食物を場所や悪天候の影響を受けにくい状態で効率よく地球環境保護しながら収穫することが出来る。
又、天候不良時は電気エネルギーを補足し年間通じて安定した環境で養殖・栽培を行うことで、漁業・農業の食品コストの安定化と事業の安定化が図れる。
魚介の養殖・葉野菜の水耕栽培などこれらにより槽内の水温管理による藻や雑菌の繁殖防止し、動植物の活性力を高め、地球環境にやさしい仕組みで水温安定槽を実現させることが出来る。
太陽光熱を集光レンズ及び導光ファイバーでエネルギーとして導き、主に自然エネルギーを中心にした冷却と加熱を組み合わせて行うことで安定した水の温度を必要とするシステムを構成する。
ループ状熱音響冷却装置において使用する熱移動の方法としてパソコンの冷却などに使われているヒートパイプ1iを用い、ループ管の熱源部に密着させ、機能ユニット間の位置ズレ修正や位置合わせの難しい作業を軽減させることが出来るとともに、循環ポンプを使わず熱エネルギーの移動を効率よく実現できる。
たとえば太陽光エネルギーを安定して取りやすい砂漠地帯や赤道直下でみずみずしい野菜類を無農薬で効率よく収穫できる。同じく北海で取れるタラバガニや毛蟹や鮭などを養殖できる。一方北国で設置すればマンゴーやパパイヤなど南国果物・野菜類や魚を安定して無農薬で収穫できる。
例えば、常時20℃〜25℃の低温保持が必要な水槽に対して冷・温熱供給の仕組みとして、この環境配慮型熱音響冷却式養殖栽培・魚介成育システムを採用することで、常夏の地域で北海の魚を又逆に寒冷地で南海の魚を養殖することができる。
又、野菜では温度に敏感な種類のものを猛暑や寒冷の環境から守り効率よく収穫できる、地球環境にもやさしいエネルギー消費で実現させる。
制御を調整することで地球上の旬の食物をどこでも安定してしかも省エネルギーで獲得できるため、食料自給率の低い国や自然環境の厳しい地方でもの食物獲得の手段として有効になる。又、太陽光熱が厳しい赤道直下の熱帯地帯や高温砂漠地帯での物流や生鮮食品などの単純な保管鮮魚の生け簀の温度管理に対してCOを極力出さない設備が出来る。
又、熱制御部を小型にすることで一般家庭でも一定の範囲の温度が必要な冷蔵や冷房の機器の補助としても応用できる。
環境配慮型熱音響冷却式水温制御槽の構成 システムフロー図
1a; 太陽光熱 1b; 集光レンズ
1c; 平行光線変換ユニット 1d−1; 直下型導光ファイバー
1d−2; 導光ファイバー 1e; 集熱管
1f; リニアー集光レンズ 1g; 熱循環パイプ
1h; 透明の採光管 1i; ヒートパイプ
1j; ループ状熱音響冷却装置の高温側 2a; 準備槽
2b; 水槽 2c; 融雪ヒータ
2d; 循環ポンプ

Claims (7)

  1. 太陽光と集光レンズを使った自然エネルギーを中心にした循環熱源を用いる水温制御型水槽。熱音響工学の技術を活用したループ状熱音響冷却装置(特許申請中特願2010−233035)を使った
  2. 環境が高温の時期で冷却要求時は、ループ状熱音響冷却装置の高温側熱源に太陽熱光線をリニアー集光レンズと屈折レンズで平行光線に変換後、導光ファイバーでループ管の被加熱部に直接当て冷熱を発生させ槽内の水温を下げる方法。
  3. 環境が寒冷の時期で加熱要求時は、太陽光をリニアー集光レンズを通して暖められた水又は加熱用熱媒体をパイプで循環させて槽内の水温を上げる方法。
  4. 自然エネルギーのため曇天や夜間には補助熱源に電気ヒータ等を使う、これによって省エネルギーで年間安定した水温を保つ方法。
  5. ループ状熱音響冷却装置において使用する熱移動の方法としてパソコンの冷却などに使われているヒートパイプを用い、ループ管の熱源部に密着させ、機能ユニット間の位置ズレ修正や位置合わせの難しい作業を軽減させることが出来るとともに、循環ポンプを使わず熱エネルギーの移動を効率よく行う方法。
  6. 環境が寒冷の時期で加熱要求時に、極寒地で集熱パネル表面に積雪で集光リニアーレンズからの光がさえぎられる場合、初期にパネル表面にヒータを設けて雪を溶かして太陽光熱の吸収を早める。
  7. 太陽光エネルギーを利用して水槽の温度制御管理を外気温と水温を比較し一連自動で総合的に制御を行う方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103548761A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 无锡同春新能源科技有限公司 太阳能制冷冻水应用在向龙虾养殖沟中喷冷水的降温装置
CN105941301A (zh) * 2016-06-23 2016-09-21 浙江大学 适用于水产养殖的太阳能集热系统
JP2016194381A (ja) * 2015-03-31 2016-11-17 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 熱音響機関冷水製造装置及び熱音響機関冷水製造装置付き船舶
CN108547746A (zh) * 2018-03-30 2018-09-18 中国科学院理化技术研究所 一种便携式小型太阳能利用装置
WO2019026217A1 (ja) * 2017-08-02 2019-02-07 北海道特殊飼料株式会社 熱音響システム

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