JP2013242083A

JP2013242083A - ハイブリッド型太陽熱温水器システム

Info

Publication number: JP2013242083A
Application number: JP2012115516A
Authority: JP
Inventors: Toyoshi Kondo; 豊嗣近藤
Original assignee: Tatsumi Ryoki Co Ltd
Current assignee: Tatsumi Ryoki Co Ltd
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-05-21
Also published as: JP5851342B2

Abstract

【課題】本発明は、集熱管を利用したタイプの太陽熱温水器をさらに発展させたものであり、太陽熱温水器と共に、風力発電機や太陽光発電機を併設し、これらの発電電力を無駄なく、太陽熱温水器に使用できるシステムを構築すると共に、いかなる地域においても太陽熱温水器からの温熱水を安価なコストで供給できるハイブリッド型太陽熱温水器システムを提供することを目的とする。
【解決手段】集熱管を複数並設して構成され、太陽熱温水器と、電熱ヒーターと、電熱ヒーターの稼働を制御するコントローラと、蓄電池と、を備え、コントローラは、風力発電機の発電電力を電熱ヒーター側に切り替えて温熱水部内の温熱水を熱し、風力発電機からの発電電力及び／または蓄電池からの電力を電熱ヒーターに送出し、該電熱ヒーターが温熱水部内の温熱水を熱することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド型太陽熱温水器システムに関するものである。

従来より、太陽光による熱を利用して温熱水を生成するいわゆる太陽熱温水器は、一般に知られている。

その従来構成の概略を説明すると、いわゆるガラス管の外周に集熱材料を塗布して、集熱管とし、この集熱管を複数並設すると共に、並設した複数の集熱管で太陽熱を吸収して、前記集熱管内の水を熱し、先端側に連通部を設けて、集熱管内と連通した貯湯タンク内の水との間で、温水と冷水の重力差を利用して前記貯湯タンク内の水を循環させ、最終的に温熱水を生成するものである。

しかしながら、前記従来の太陽熱温水器は、前記貯湯タンク内の水によって熱交換を行うために熱交換効率が悪く、温熱水として使用するまで時間がかかるとの課題がある。

また、貯湯タンク内の水と集熱管内の水とが連通して直結しているため、温度が下がる夜間になると、集熱管が外気で冷やされ、熱が前記集熱管の部分から逃げやすいとの課題もある。

さらに、前記貯湯タンク内には水圧をかけられないため、温熱水の送出口となる出口側の水圧は高圧とすることが出来ず、もっていわゆる従来の太陽熱温水器は高所に設置しておき、この高所からの落水方式で温熱水を送出して使用する使用方法を採っているのが現状である。

また、前述した複数の集熱管のうち、例えば、１つの集熱管が割れてしまうなどで1つの集熱管が破損すると、貯湯タンク内と複数個の集熱管内とは連通しているため、内部の水は全部漏れて使えなくなってしまったり、従来温水器の長期間の使用により、集熱管の内部に大量な水垢が残り、そのため集熱効率が低下し、その水垢の清除が難しいとの課題があった。

よって、近年では、いわゆる真空型太陽熱温水器が主流となってきている。ここでいわゆる真空型太陽熱温水器の構成の概略について説明すると、まず、集熱管には内部が真空に形成されたヒートパイプ型集熱管を使用している。

すなわち、貯湯タンク内の水と集熱管内を連通させないタイプで、集熱管の端部を前記貯湯タンクの一端に当接させ、その部分で、いわゆる間接的に貯湯タンク内の水を熱する構造としている。

すなわち、本発明で採用する太陽熱温水器では、真空に形成された集熱管が太陽エネルギーを効率よく集熱し、伝熱効率が高いヒートパイプの原理に基づく熱交換により水を熱する構造を採用する。

真空に形成された集熱管は、いわゆる魔法瓶の原理と同様で、太陽光の弱い冬場でも外気温に影響されにくく、貯湯タンク内の熱水を冷やすこともない。

また、貯湯タンクは、水道管に直結できるためいわゆる高水圧が必要な給湯やシャワーなどにも利用可能となる。さらには、貯湯タンク内には空気が入らないため、温熱水は衛生的に管理できる。

まず、真空に形成された集熱管内には熱溶媒（例えば熱媒液）が密閉封入されている。そして、この熱媒液が、太陽の日射エネルギーによって、ガラス管である集熱管の内面から例えばアルミ伝熱フィンへ、そしてヒートパイプ、さらには銅管内熱媒、すなわち熱媒液の順に伝熱し、最終的に熱媒液は、気化して蒸気となる。

蒸気となった熱媒液は、貯湯タンク内の水と熱交換され、凝縮(再度液化)する。このときの凝縮熱によって貯湯タンク内の水を加熱することになる。

この現象を順次繰り返し行うことで、貯湯タンク内の水が加熱されるのである。

ところで、大気圧100℃の水の持つエネルギーは約100(kcal/kg)に対して、大気圧100℃の蒸気の持つエネルギーは約540(kcal/kg)であり、水に戻るときに、蒸気の持つエネルギーを凝縮熱として放出し加熱する。よって、「蒸気」対「水」の熱伝達は、「水」対「水」の熱伝達に比較して、約５倍程度の熱伝達係数があり、もって非常に熱伝達効率がよく、前記銅管の伝熱面積が小さくても、貯湯タンク内を充分に加熱することが可能とされているのである。

特開平０５−７９７０６号公報

かくして、本発明は前記真空に形成された集熱管を利用したタイプの太陽熱温水器をさらに発展させたものであり、太陽熱温水器と共に、風力発電機や太陽光発電機を併設し、これらの発電電力を無駄なく、前記太陽熱温水器に使用できるシステムを構築すると共に、例えば、寒冷地に設置され、太陽熱の取り込みが比較的不充分になりがちな地域にあっても、前記併設された各種発電機からの発電電力を予備的に使用して前記太陽熱温水器で温熱水を生成でき、もって、いかなる地域においても太陽熱温水器からの温熱水を安価なコストで供給できるハイブリッド型太陽熱温水器システムを提供することを目的とするものである。

本発明によるハイブリッド型太陽熱温水器システムは、
内部が真空とされたガラス管中に熱媒用管と集熱板とを設けて形成された集熱管を複数並設して構成され、太陽熱を集熱する集熱部と、該集熱部で集熱された太陽熱により、収納された水が温熱水化されて貯留される温熱水部と、により構成された太陽熱温水器と、前記温熱水部内に挿入され、内部の温熱水を熱する電熱ヒーターと、前記電熱ヒーターの稼働を制御するコントローラと、風力発電機により発電した電力が前記コントローラを介して蓄電される蓄電池と、
を備え、
前記コントローラは、前記風力発電機での発電電力により蓄電池がフル充電されたとき、風力発電機の発電電力を前記電熱ヒーター側に切り替えて前記温熱水部内の温熱水を熱し、太陽熱からの集熱が不充分で前記温熱水部の温熱水が充分熱しないときには、前記風力発電機からの発電電力及び／または蓄電池からの電力を前記電熱ヒーターに送出し、該電熱ヒーターが前記温熱水部内の温熱水を熱する、
ことを特徴とし、
または、
内部が真空とされたガラス管中に熱媒用管と集熱板とを設けて形成された集熱管を複数並設して構成され、太陽熱を集熱する集熱部と、該集熱部で集熱された太陽熱により、収納された水が温熱水化されて貯留される温熱水部と、により構成された太陽熱温水器と、前記温熱水部内に挿入され、内部の温熱水を熱する電熱ヒーターと、前記電熱ヒーターの稼働を制御するコントローラと、風力発電機及び太陽光発電機により発電した電力が前記コントローラを介して蓄電される蓄電池と、
を備え、
前記コントローラは、前記風力発電機及び太陽光発電機での発電電力により蓄電池がフル充電されたとき、風力発電機及び太陽光発電機の発電電力を前記電熱ヒーター側に切り替えて前記温熱水部内の温熱水を熱し、太陽熱からの集熱が不充分で前記温熱水部の温熱水が充分熱しないときには、前記風力発電機及び太陽光発電機からの発電電力及び／または蓄電池からの電力を前記電熱ヒーターに送出し、該電熱ヒーターが前記温熱水部内の温熱水を熱する、
ことを特徴とし、
または、
前記風力発電機及び／または太陽光発電機は複数設置されている、
ことを特徴とするものである。

本発明によるハイブリッド型太陽熱温水器システムであれば、太陽熱温水器と共に、風力発電機や太陽光発電機を併設し、これらの発電電力を無駄なく太陽熱温水器に使用できるシステムを構築すると共に、例えば、寒冷地に設置され、太陽熱の取り込みが比較的不充分になりがちな地域にあっても、前記併設された各種発電機からの発電電力を例えば予備的に使用できて太陽熱温水器で温熱水を生成でき、もって、いかなる地域においても太陽熱温水器からの温熱水を安価なコストで供給できるとの優れた効果を奏する。

本発明に係るハイブリッド型太陽熱温水器システムの概略構成を示す説明図である。本発明によるハイブリッド型太陽熱温水器の概略構成を説明する説明図である。本発明に係るハイブリッド型太陽熱温水器システムの概略構成を示すブロック図である。従来の太陽熱温水器の概略構成を説明する説明図である。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明の概略構成を説明する説明図である。

符号１は、本発明による集熱管を示し、該集熱管１の詳細については図示していないが、内部が真空とされたガラス管中に熱媒液が封入された熱媒用管と集熱板とが設けられて形成されている。

そして、この集熱管１を複数本並設して太陽熱を集熱する集熱部２が構成される。

また、符号３は、集熱部２で集熱された太陽熱の熱により、収納された水が温熱水化されて貯留される貯湯タンクである温熱水部であり、本発明の太陽熱温水器４は、基本的に前記集熱部２と温熱水部３とにより構成される。

また、符号５は、前記太陽熱温水器４に併設された風力発電機であり、図示されているいわゆる垂直軸型風車６が風を受けて回転することにより発電電力が生成される。なお、ここでは場所を取らずに設置でき、比較的微風でも回転して効率的に発電する前記垂直軸型風車６を使用しているが、この風車に限定されるものではなく、ほかの構成からなる風車を使用しても構わないものである。

符号７は、太陽光発電機を示し、太陽光パネルで太陽光を受光し、発電電力が生成できるものとされている。当該太陽光発電機７についても、近年では急速に普及しており、本発明のシステムにおいても太陽熱温水器４に近接して設置されることが多い。

符号８はコントローラを示し、該コントローラ８は、場合によっては内設されているＡＣ／ＤＣ変換器９を介して、前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電した電力を蓄電池１０に随時送出できるよう構成されている。

なお、前記蓄電池１０がフル充電の状態になったときには、前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力は蓄電池１０に送出しても充電されない。

しかし、このことは、折角発電した前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力が、全く無駄になってしまうことをも意味する。

従って、このような場合、コントローラ８は、折角発電した前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力が無駄にならないよう、これら発電機からの発電電力を太陽熱温水器４側に送出するよう構成されているのである。すなわち、前記太陽熱温水器４の温熱水部３内には図示するように電熱ヒーター１３が取り付けられており、例えば、蓄電池１０がフル充電の状態になったときには、前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力を前記電熱ヒーター１３に使用するよう構成するのである。

しかして、これらの制御はコントローラ８で行うものとなる。コントローラ８の構成につき図３を参照して説明すると、コントローラ８には前述したＡＣ／ＤＣ変換器９のほか、蓄電池１０からのフル充電状態を検出する検出信号１１を入力して蓄電池１０のフル充電状態を確認するフル充電状態確認部１２を有し、また前記フル充電状態確認部１２でフル充電状態確認がなされたとき、風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力の送出先を蓄電池１０側から前記電熱ヒーター１３側へ切り替える送出先切替部１４を有して構成されている。
例えば、強風時などのとき、垂直軸型風車６は急速に回転し、これにより風力発電機５は強力に発電稼働して、大量の発電電力が蓄電池１０へ送出される。すると、蓄電池１０は直ちにフル充電状態となり、その後は風力発電機５側から発電電力が送出されても充電されずに、その風力発電機５側からの発電電力が無駄になってしまう事態が生ずる。

したがって、このときフル充電確認部１２は、蓄電池１０のフル充電状態を検知し、発電電力の送出先をスムーズに切り替えるべく、切り替え信号を送出先切替部１４に送り、該送出先切替部１４では、発電電力の送出先を速やかに蓄電池１０側から電熱ヒーター１３側に切り替えて発電電力を送出するものとなる。

すると、電熱ヒーター１３は太陽熱温水器４の温熱水部３内の温熱水を熱する電力として使用されるものとなり、従来のように全く発電電力を無駄にすることがなくなる。

なお、符号１５は緊急状態確認部を示す。例えば、本発明にかかる太陽熱温水器４が大量に降雪する地域に設置されたときなど、太陽光が比較的少なくて太陽熱が多く獲得出来ない場合がある。

そのようなときに、温熱水部３に貯留されている温熱水部の温度が所定の温度、例えば略３６度前後を下回っているときなど、緊急状態を報知する確認信号１６を送信するよう構成しておく。

そして、緊急状態確認部１５が当該確認信号１６、例えば略３６度前後を下回っているとの確認信号１６を受信したとき、前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力を前記電熱ヒーター１３に切り替えて使用するよう送出先切替部１４に信号を送信するのである。

これにより、本発明による太陽熱温水器システムが大量に降雪する地域など、太陽光が比較的少なくて太陽熱が多く獲得出来ない地域に設置された場合にあっても、間断なく所望する高温の温水を提供できるものとなる。

なお、前記風力発電機５や太陽光発電機７からの発電電力でも足りない場合が想定されるが、そのような場合には、蓄電池１０からの電力を電熱ヒーター１３側に送出するように構成すればよい。

１集熱管
２集熱部
３温熱水部
４太陽熱温水器
５風力発電機
６垂直軸型風車
７太陽光発電機
８コントローラ
９ＡＣ／ＤＣ変換器
１０蓄電池
１１検出信号
１２フル充電状態確認部
１３電熱ヒーター
１４送出先切替部
１５緊急状態確認部

Claims

内部が真空とされたガラス管中に熱媒用管と集熱板とを設けて形成された集熱管を複数並設して構成され、太陽熱を集熱する集熱部と、該集熱部で集熱された太陽熱により、収納された水が温熱水化されて貯留される温熱水部と、により構成された太陽熱温水器と、前記温熱水部内に挿入され、内部の温熱水を熱する電熱ヒーターと、前記電熱ヒーターの稼働を制御するコントローラと、風力発電機により発電した電力が前記コントローラを介して蓄電される蓄電池と、
を備え、
前記コントローラは、前記風力発電機での発電電力により蓄電池がフル充電されたとき、風力発電機の発電電力を前記電熱ヒーター側に切り替えて前記温熱水部内の温熱水を熱し、太陽熱からの集熱が不充分で前記温熱水部の温熱水が充分熱しないときには、前記風力発電機からの発電電力及び／または蓄電池からの電力を前記電熱ヒーターに送出し、該電熱ヒーターが前記温熱水部内の温熱水を熱する、
ことを特徴とするハイブリッド型太陽熱温水器システム。
内部が真空とされたガラス管中に熱媒用管と集熱板とを設けて形成された集熱管を複数並設して構成され、太陽熱を集熱する集熱部と、該集熱部で集熱された太陽熱により、収納された水が温熱水化されて貯留される温熱水部と、により構成された太陽熱温水器と、前記温熱水部内に挿入され、内部の温熱水を熱する電熱ヒーターと、前記電熱ヒーターの稼働を制御するコントローラと、風力発電機及び太陽光発電機により発電した電力が前記コントローラを介して蓄電される蓄電池と、
を備え、
前記コントローラは、前記風力発電機及び太陽光発電機での発電電力により蓄電池がフル充電されたとき、風力発電機及び太陽光発電機の発電電力を前記電熱ヒーター側に切り替えて前記温熱水部内の温熱水を熱し、太陽熱からの集熱が不充分で前記温熱水部の温熱水が充分熱しないときには、前記風力発電機及び太陽光発電機からの発電電力及び／または蓄電池からの電力を前記電熱ヒーターに送出し、該電熱ヒーターが前記温熱水部内の温熱水を熱する、
ことを特徴とするハイブリッド型太陽熱温水器システム。
前記風力発電機及び／または太陽光発電機は複数設置されている、
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブリッド型太陽熱温水器システム。