JP2016211819A - 太陽熱利用システム - Google Patents

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Abstract

【課題】一年を通じて太陽熱の効率的な利用を可能にする太陽熱利用システムを提供する。
【解決手段】屋外に設置された太陽熱コレクター（１２）によって取得された熱エネルギーを利用する太陽熱利用システム（１０）であって、建物の下部の地中に配置された砕石層（１８）と、砕石層の上に配置されたコンクリート製の第１蓄熱層（２０）と、第１蓄熱層の上に配置された断熱層（２２）と、断熱層の上に配置されたコンクリート製の第２蓄熱層（２４）とを備え、太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを第１蓄熱層又は第２蓄熱層に選択的に蓄熱させるように構成されていることを特徴とするシステム。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般に、太陽熱利用システムに関する。より詳細には、本発明は、一年を通じて太陽熱の効率的な利用を可能にする太陽熱利用システムに関する。
太陽熱給湯装置など、太陽熱エネルギーを利用する種々のシステムが提案されており、特に東日本大震災に起因する原発事故を契機として、代表的な再生可能エネルギーである太陽熱エネルギーの利用は、ますます脚光を浴びている。
上述のように、太陽熱エネルギーは、いわゆるクリーンエネルギーであるという利点をもっているが、日照時間に左右される等、一年を通じて継続的に利用しにくいという課題を備えており、太陽熱エネルギーを効率的に利用することができるシステムが望まれている。
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、一年を通じて太陽熱の効率的な利用を可能にする太陽熱利用システムを提供することを目的としている。
本願請求項１に記載された、屋外に設置された太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを利用する太陽熱利用システムは、建物の下部の地中に配置された砕石層と、前記砕石層の上に配置されたコンクリート製の第１蓄熱層と、前記第１蓄熱層の上に配置された断熱層と、前記断熱層の上に配置されたコンクリート製の第２蓄熱層とを備え、前記太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを前記第１蓄熱層又は前記第２蓄熱層に選択的に蓄熱させるように構成されていることを特徴とするものである。
本願請求項２に記載された太陽熱利用システムは、前記請求項１のシステムにおいて、前記第１蓄熱層内に配置され、屋外のロードヒーティング層内まで延びた融雪用パイプをさらに備え、前記第１蓄熱層内に蓄熱された熱エネルギーを前記融雪用パイプ内を流れる熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給することにより、前記ロードヒーティング層に降り積もった雪を融雪するように構成されていることを特徴とするものである。
本願請求項３に記載された太陽熱利用システムは、前記請求項２のシステムにおいて、屋外に設置された降雪センサと、前記ロードヒーティング層内に埋設された地温センサとをさらに備え、前記降雪センサおよび前記地温センサの両方又はいずれか一方を介して降雪状態が検知されると、前記第１蓄熱層内に蓄熱された前記熱エネルギーが前記熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、長期的使用に供される熱エネルギーが蓄熱される第１蓄熱層２０と短期的使用（主として、冬期間の暖房）に供される熱エネルギーが蓄熱される第２蓄熱層２４の両方を設けたことにより、一年を通じて太陽熱の効率的な利用が可能になった。特に、第１蓄熱層２０は、砕石層１８と断熱層２２によって挟まれているので、蓄熱容量の大きなコンクリート製であることと相俟って、蓄熱された熱エネルギーが漏洩しにくく、熱エネルギーの長期的使用に好適である。また、切り換え弁３２を切り換えることにより、いずれの蓄熱層２０、２２の熱エネルギーを利用するのか、簡単に選択することができる。さらに、第１蓄熱層２０と屋外のロードヒーティング層５２との間に融雪用パイプ５４を配置することにより、屋外に設置されたロードヒーティング層５２の融雪を容易に行うことができる。
本発明の好ましい実施の形態に係る太陽熱利用システムの全体を示した模式図である。 図１の部分２の拡大図である。 図２の線３−３に沿って見た断面図である。 図２の線４−４に沿って見た断面図である。
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る太陽熱利用システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る太陽熱利用システムの全体を示した模式図、図２は、図１の部分２の拡大図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る太陽熱利用システムは、屋外に設置された太陽熱コレクター（太陽熱集熱器）１２と、屋内に設置された熱交換器１４とを備えている。
太陽熱コレクター１２は、公知の型式のものを使用してよい。太陽熱コレクター１２は、屋外の適当な箇所（例えば、屋根又は外壁）に堅固に取り付けられる。また、熱交換器１４は、プレート型などの任意の型式のものを使用してよい。
太陽熱コレクター１２と熱交換器１４の一次側流入口１４ａは、供給管１６ａによって連結されており、太陽熱コレクター１２と熱交換器１４の一次側流出口１４ｂは、戻り管１６ｂによって連結されている。
供給管１６ａおよび戻り管１６ｂの途中には、第１熱媒体（例えば、不凍液）を供給管１６ａと戻り管１６ｂとの間で循環させるポンプ３８ａを内蔵したポンプ制御ユニット３８が配置されており、ポンプ制御ユニット３８に隣接して膨張タンク４０および安全弁４２がそれぞれ配置されている。
太陽熱利用システム１０はまた、建物の下部の地中に配置された砕石層１８と、砕石層１８の上に配置された第１蓄熱層２０と、第１蓄熱層２０の上に配置された断熱層２２と、断熱層２２の上に配置された第２蓄熱層２４とを備えている。
第１蓄熱層２０および第２蓄熱層２４は、コンクリート又はモルタル（以下「コンクリート等」という）で形成されている。断熱層２２は、公知の断熱材（例えば、発泡系断熱材）で形成されている。なお、第１蓄熱層２０、第２蓄熱層２４および断熱層２２は、図示されるように、それぞれ同厚に形成されている（典型的には、第１蓄熱層２０が２５ｃｍ、断熱層２２が２０ｃｍ、第２蓄熱層２４が１４ｃｍであるが、これらの厚さに限定されるものではない）。
太陽熱利用システム１０はまた、第１蓄熱層２０内に配置された第１蓄熱パイプ２６と、第２蓄熱層２４内に配置された第２蓄熱パイプ２８とを備えている。図３は、第２蓄熱パイプ２８の平面配置形状を示した図であり、図４は、第１蓄熱パイプ２６の平面配置形状を示した図である。
第１蓄熱パイプ２６の供給側パイプ２６ａは、熱交換器１４の二次側流出口１４ｃに連結されており、第１蓄熱パイプ２６の戻り側パイプ２６ｂは、熱交換器１４の二次側流入口１４ｄに連結されている。また、第２蓄熱パイプ２８の供給側パイプ２８ａは、熱交換器１４の二次側流出口１４ｃに連結されており、第２蓄熱パイプ２８の戻り側パイプ２８ｂは、熱交換器１４の二次側流入口１４ｄに連結されている。さらに、第１蓄熱パイプ２６の供給側パイプ２６ａおよび第２蓄熱パイプ２８の供給側パイプ２８ａの途中には、二次側循環ポンプ３０および切り換え弁３２（例えば、電動三方弁）が配置されており、第１蓄熱パイプ２６の戻り側パイプ２６ｂおよび第２蓄熱パイプ２８の戻り側パイプ２８ｂの途中には、膨張タンク３４および安全弁３６が配置されている。熱交換器１４の二次側と第１蓄熱パイプ２６又は第２蓄熱パイプ２８との間には、第２熱媒体が流れている。
なお、図３および図４に示した第１および第２蓄熱パイプ２６、２８の平面配置形状は一例にすぎず、図示されている形状と異なる形状に配置してもよい。また、図1および図２において第１および第２蓄熱パイプ２６、２８の供給側パイプ２６ａ、２８ａと戻り側パイプ２６ｂ、２８ｂがそれぞれ異なる高さに位置するように図示されているが、これは供給側パイプと戻り側パイプの両方を図示するためであり、実際には、供給側パイプと戻り側パイプは通常、同一の高さに位置している。
第１蓄熱層２０内には、地温を計測する地温サーミスター４６が配置されている。地温サーミスター４６は、ポンプ制御ユニット３８を経由するコード４８を介して、太陽熱コレクター１２の温度サーミスター４４に接続されている。
太陽熱利用システム１０はまた、第１蓄熱層２０内に配置された融雪用パイプ５４を備えており、融雪用パイプ５４は、屋外まで延びてロードヒーティング層５２内に埋設されている。融雪用パイプ５４も、第１蓄熱パイプ２６と同様な形状に配置されており、供給側パイプ５４ａが屋外のロードヒーティング層５２まで延び、ロードヒーティング層５２まで延びたパイプが第１蓄熱層２０に戻る戻り側パイプ５４ｂになるような循環形態になっている。なお、図１では、ロードヒーティング層５２は、融雪用パイプ５４が埋設された保護コンクリート層５２ａの上面がアスファルト仕上げ５２ｂされている形態で図示されているが、ロードヒーティング層５２を他の形態（例えば、保護コンクリート層の上面をタイル貼りするタイル仕上げ、融雪用パイプ５４が埋設されたカラーモルタル層の上面をインターロッキング貼りするインターロッキング仕上げ）にしてもよい。
融雪用パイプ５４は、第１および第２蓄熱パイプ２６、２８と同様に、所望の形状に配置されている。また、融雪用パイプ５４も、供給側パイプ５４ａと戻り側パイプ５４ｂがそれぞれ異なる高さに位置するように図示されているが、供給側パイプ５４ａと戻り側パイプ５４ｂは通常、同一の高さに位置している。
融雪用パイプ５４の供給側パイプ５４ａの途中には、循環ポンプ５６が配置されており、融雪用パイプ５４の戻り側パイプ５４ｂの途中には、膨張タンク５８および安全弁６０が配置されている。融雪用パイプ５４には、第３熱媒体が流れている。
屋外には、降雪センサ６４が配置されており、ロードヒーティング層５２内には、地温センサ６６が埋設されている。降雪センサ６４で検知された降雪情報は、コード７２を介して降雪用センサユニット６２に送られ、降雪用センサユニット６２は、コード６８を介して循環ポンプ５６に接続されている。また、地温センサ６６で検知された温度情報は、コード７０を介して降雪用センサユニット６２に送られるようになっている。なお、ロードヒーティング層５２の下部には、砕石層５０が配置されている。
以上のように構成された太陽熱利用システム１０の作動について説明する。集熱により太陽熱コレクター１２の温度サーミスター４４が予め設定した温度範囲を超えると、ポンプ制御ユニット３８のポンプ３８ａが作動して、第１熱媒体が太陽熱コレクター１２と熱交換器１４との間で循環される。そして、ポンプ３８ａの作動と連動して、二次側循環ポンプ３０が作動して、第２熱媒体が熱交換器１４と第１蓄熱パイプ２６又は第２蓄熱パイプ２８との間で循環され、これにより熱エネルギーが第１蓄熱層２０又は第２蓄熱層２４に蓄熱される。なお、切り換え弁３２の切り換えにより、第１蓄熱層２０又は第２蓄熱層２４のいずれに蓄熱するか、所望のように選択することができる。
すなわち、第２熱媒体が第２蓄熱パイプ２８に供給されるように切り換え弁３２を切り換えておくと、熱交換器１４において熱エネルギーが付与された第２熱媒体は、第２蓄熱パイプ２８の供給側パイプ２８ａを介して第２蓄熱層２４に流れ、第２蓄熱層２４を構成しているコンクリート等が加温される。そして、加温されたコンクリート等から放射される熱により、第２蓄熱層２４の上に位置する室内が暖房される。コンクリート等は、蓄熱容量が大きいため、日射を得られない夜間や曇天時にも室内を暖房することができる。
これに対し、第２熱媒体が第１蓄熱パイプ２６に供給されるように切り換え弁３２を切り換えておくと、熱交換器１４において熱エネルギーが付与された第２熱媒体は、第１蓄熱パイプ２６の供給側パイプ２６ａを介して第１蓄熱層２０に流れ、第１蓄熱層２０を構成しているコンクリート等およびその下に位置する砕石層１８が加温される。一方、屋外に設置されている降雪用センサユニット６２において降雪センサ６４および地温センサ６６の両方又はいずれか一方を介して降雪状態が検知されると、降雪用センサユニット６２から循環ポンプ５６に作動開始信号が送られ、循環ポンプ５６が作動される。循環ポンプ５６が作動されると、第１蓄熱層２０および砕石層１８に蓄熱されている熱エネルギーが融雪用パイプ５４を介して屋外のロードヒーティング層５２に送られ、融雪が行われる。融雪が終了すると、降雪用センサユニット６２から循環ポンプ５６に作動停止信号が送られ、循環ポンプ５６の作動が停止される。
太陽熱利用システム１０において、第１蓄熱層２０に蓄熱された熱エネルギーは長期的使用（例えば、夏期の非暖房期間に熱エネルギーを蓄熱しておき、冬期に融雪に使用する）に供されるのに対して、第２蓄熱層２４に蓄熱された熱エネルギーは短期的使用（例えば、蓄熱された熱エネルギーを直ちに暖房に使用する、或いは蓄熱された熱エネルギーを夜間又は曇天・雨天時に暖房に使用する）に供される。これにより、一年を通じて太陽熱の効率的な利用を実現することができる。
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、第１蓄熱層２０と屋外のロードヒーティング層５２との間に融雪用パイプ５４を配置し、第１蓄熱層２０に蓄熱された熱エネルギーを利用して融雪するように構成されているが、第１蓄熱層２０に蓄熱された熱エネルギーを屋内の給湯等の他の用途に使用するように構成してもよい。
１０ 太陽熱利用システム
１２ 太陽熱コレクター
１４ 熱交換器
１６ａ 供給管
１６ｂ 戻り管
１８ 砕石層
２０ 第１蓄熱層
２２ 断熱層
２４ 第２蓄熱層
２６ 第１蓄熱パイプ
２６ａ 供給側パイプ
２６ｂ 戻り側パイプ
２８ 第２蓄熱パイプ
２８ａ 供給側パイプ
２８ｂ 戻り側パイプ
３０ 二次側循環ポンプ
３２ 切り換え弁
３４ 膨張タンク
３６ 安全弁
３８ ポンプ制御ユニット
４０ 膨張タンク
４２ 安全弁
４４ 温度サーミスター
４６ 地温サーミスター
４８ コード
５０ 砕石層
５２ ロードヒーティング層
５４ 融雪用パイプ
５４ａ 供給側パイプ
５４ｂ 戻り側パイプ
５６ 循環ポンプ
５８ 膨張タンク
６０ 安全弁
６２ 降雪用センサユニット
６４ 降雪センサ
６６ 地温センサ
６８、７０、７２ コード
本願請求項１に記載された、屋外に設置された太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを利用する太陽熱利用システムは、建物の下部の地中に配置された砕石層と、前記砕石層の上に配置されたコンクリート製の第１蓄熱層と、前記第１蓄熱層の上に配置された断熱層と、前記断熱層の上に配置されたコンクリート製の第２蓄熱層と、前記第１蓄熱層内に配置され、屋外のロードヒーティング層内まで延びた融雪用パイプとを備え、前記太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを前記第１蓄熱層又は前記第２蓄熱層に選択的に蓄熱させるように構成されており、前記第１蓄熱層内に蓄熱された熱エネルギーを前記融雪用パイプ内を流れる熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給することにより、前記ロードヒーティング層に降り積もった雪を融雪するように構成されていることを特徴とするものである。
本願請求項２に記載された太陽熱利用システムは、前記請求項１のシステムにおいて、屋外に設置された降雪センサと、前記ロードヒーティング層内に埋設された地温センサとをさらに備え、前記降雪センサおよび前記地温センサの両方又はいずれか一方を介して降雪状態が検知されると、前記第１蓄熱層内に蓄熱された前記熱エネルギーが前記熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給されるように構成されていることを特徴とするものである。

Claims (3)

  1. 屋外に設置された太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを利用する太陽熱利用システムであって、
    建物の下部の地中に配置された砕石層と、
    前記砕石層の上に配置されたコンクリート製の第１蓄熱層と、
    前記第１蓄熱層の上に配置された断熱層と、
    前記断熱層の上に配置されたコンクリート製の第２蓄熱層とを備え、
    前記太陽熱コレクターによって取得された熱エネルギーを前記第１蓄熱層又は前記第２蓄熱層に選択的に蓄熱させるように構成されていることを特徴とするシステム。
  2. 前記第１蓄熱層内に配置され、屋外のロードヒーティング層内まで延びた融雪用パイプをさらに備え、
    前記第１蓄熱層内に蓄熱された熱エネルギーを前記融雪用パイプ内を流れる熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給することにより、前記ロードヒーティング層に降り積もった雪を融雪するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載された太陽熱利用システム。
  3. 屋外に設置された降雪センサと、
    前記ロードヒーティング層内に埋設された地温センサとをさらに備え、
    前記降雪センサおよび前記地温センサの両方又はいずれか一方を介して降雪状態が検知されると、前記第１蓄熱層内に蓄熱された前記熱エネルギーが前記熱媒体を介して前記ロードヒーティング層に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載された太陽熱利用システム。
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