JP2017053620A - タンクシステム、及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】雨水等を貯水し、なおかつ雨水等が有する熱を効率的に利用する。【解決手段】水道水が貯水される第1の貯水タンク110と、第1の貯水タンク110に貯水された水を外部に供給するための第1の供給部111と、PVパネル40上を流れた水が貯水される第2の貯水タンク120と、PVパネル40上を流れた水を第2の貯水タンク120に注水し、PVパネル40上を流れた水が第2の貯水タンク120に注水される前に、PVパネル40上を流れた水と第1の貯水タンク110に貯水された水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路140と、第1の注水路140内の水を第2の貯水タンク120に供給させる第4のポンプ390と、PVパネル40上に第2の貯水タンク120の水を散布していないときに、第4のポンプ390を動作させる制御部とを備える。【選択図】図17
Description
本発明は、貯水するためのタンクシステムに関するものであって、特に、貯水される水の熱を有効に利用できるタンクシステムに関する。
近年、雨水等を貯水し、貯水した水を良好な水質を必要としない植栽用途、洗車用途などに使用する家庭用のタンクシステムが開発されている。このようなタンクシステムは、資源を有効活用でき、また被災等による断水対策にもなるため近年注目を浴びている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、ソーラーパネルに付着した雨水等を貯水槽に貯水し、貯水した水の熱によって水道水を予熱するシステムが開示されている。しかしながら、特許文献1のシステムでは、貯水した水が有する熱を効率よく利用することが困難である。そこで本発明は、水により建物の外壁を冷却し、その際に生じる熱エネルギーを水に獲得させ、水の熱エネルギーを効果的に利用することができるタンクシステムを提供することを目的とする。
本発明の一実施の形態に係るタンクシステムは、水道水が貯水される第1の貯水タンクと、前記第1の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第1の供給部と、建物の外壁上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水し、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の貯水タンクに注水される前に、前記建物の外壁上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路と、前記第1の注水路内の水を前記第2の貯水タンクに供給させるポンプと、前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、前記ポンプを動作させる制御部とを備える。
本発明の一実施の形態に係るタンクシステムの運転方法は、水道水が貯水される第1の貯水タンクと、前記第1の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第1の供給部と、建物の外壁上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水し、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の貯水タンクに注水される前に、前記建物の外壁上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路とを備えるタンクシステムの運転方法であって、前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、前記第1の注水路内の水を前記第2の貯水タンクに供給させるステップを備える。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明に係るタンクシステムによれば、水により建物の外壁を冷却し、その際に生じる熱エネルギーを水に獲得させ、水の熱エネルギーを効果的に利用することができる。
(本発明の基礎となった知見)
背景技術で説明したように、特許文献1には、ソーラーパネルに付着した雨水等を貯水槽に貯水し、貯水した水の熱によって水道水を予熱するシステムが開示されている。
背景技術で説明したように、特許文献1には、ソーラーパネルに付着した雨水等を貯水槽に貯水し、貯水した水の熱によって水道水を予熱するシステムが開示されている。
特許文献1に記載のシステムは、貯水した水の熱により供給管を通る水道水を予熱する構成であるが、このような構成では、供給管を通る水道水は、供給管を通るときにのみ予熱される。したがって、貯水した水の温度が低いような場合、つまり夜間等は、供給管を通る水道水を十分予熱することができない。つまり、熱交換の効率が悪いことが課題である。
そこで、本発明の一態様に係るタンクシステムは、水道水が貯水される第1の貯水タンクと、前記第1の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第1の供給部と、建物の外壁上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水し、前記建物の外壁上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路とを備えることを特徴とする。すなわち、前記第1の注水路に注水された水が前記第1の注水路を流れる間に前記第1の貯水タンクに貯水される水と熱交換することにより冷却され、前記第1の貯水タンクに貯水される水が前記熱交換により加温される。
これにより、建物の外壁上を流れる水温の高い水は、第1の注水路を流れる間に確実に第1の貯水タンクに貯水されている水と熱交換することができる。具体的には、第1の注水路に注入された水は、第1の注水路を流れる間に第1の貯水タンクに貯水された水と熱交換することにより冷却され、第1の貯水タンクに貯水された水が上記熱交換により加温される。また、第1の貯水タンクに貯水された水は、建物の外壁上を流れる水温の高い水が繰り返し第1の注水路に流れることにより、第1の貯水タンクに貯水された水道水を十分に予熱することが可能となる。つまり、雨水などの建物の外壁上を流れる水と、水道水とを高い効率で熱交換させることができる。
また、本発明の一態様において、前記建物の外壁の少なくとも一部には、PV(PhotoVoltaic)パネルが設けられていてもよい。
これにより、日射により温度が上昇したPV(PhotoVoltaic)パネル上を流れる水が第1の注水路に注水されるため、第1の貯水タンクに貯水された水をさらに十分に予熱することが可能となる。
また、本発明の一態様において、さらに、前記第2の貯水タンクに貯水された水を前記建物の外壁に散布する散布部に供給してもよい。
これにより、積極的に第1の注水路に注水し、熱交換を行うことができる。また、建物の外壁にPVパネルが設けられる場合は、PVパネルの表面を洗浄することにより発電効率を高めることができる。同時に、散布部の水の散布によってPVパネルを冷却することによってもPVパネルの発電効率を高めることができる。さらに、散布部がPVパネルに散布した水温の高い水が第1の注水路に注水されるため、第1の貯水タンクに貯水された水を十分に予熱することが可能となる。
また、本発明の一態様において、前記第1の注水路は、前記散布部が前記建物の外壁に散布した水を前記第2の貯水タンクに注水してもよい。
つまり、散布部が散布を続けることで、建物の外壁を流れる水を循環させることができ、これにより、建物の外壁上を流れる水と水道水とを積極的に熱交換させることができる。
また、本発明の一態様において、前記第1の貯水タンクの材質は、前記第2の貯水タンクの材質よりも断熱性が高くてもよい。
これにより、予熱された第1の貯水タンク内の水道水の水温を保つことができる。
また、本発明の一態様において、前記第2の貯水タンクは、前記第2の貯水タンクに貯水された水を放熱するための放熱部を備えてもよい。
これにより、予熱された第2の貯水タンク内の水の水温を下げることができる。PVパネル及び散布部が設けられる場合は、水温の下がった水の散布によってPVパネルをさらに効率的に冷却することができる。
また、本発明の一態様において、さらに、前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水するための第2の注水路と、前記建物の外壁上を流れた水を前記第1の注水路に注水するか、前記第2の注水路に注水するかの切替を行う切替部とを備えてもよい。
これにより、雨水などの建物の外壁上を流れる水と、第1の貯水タンクに貯水された水道水とを熱交換させるか否かを切り替えることができる。
また、本発明の一態様において、前記第2の貯水タンクは、第1の貯水部と、第2の貯水部とに分離されており、前記第1の貯水部には、前記建物の外壁上を流れた水が前記第1の注水路から注水され、前記第2の貯水部には、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の注水路から注水されてもよい。
また、本発明の一態様において、さらに、前記切替部の前記切替を制御する制御部と、前記建物周辺の外気の温度、前記建物の外壁の温度、又は前記建物の外壁上を流れた水の温度を測定する温度測定部を備え、前記制御部は、前記温度測定部が測定した温度が所定の温度以上である場合、前記建物の外壁上を流れた水が前記第1の注水路に注水され、前記温度測定部が測定した温度が所定の温度未満である場合、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の注水路に注水されるように前記切替部の前記切替を制御してもよい。
つまり、水温により、建物の外壁上を流れた水の注入先を切り替えることで、温度の高い水だけを、第1の注水路に注水し、第1の貯水タンクに貯水された水を効果的に予熱することができる。
また、本発明の一態様において、前記制御部は、前記建物の外壁上を流れた水の前記第2の貯水タンクへの注水を開始してから所定の時間が経過するまでは、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の注水路に注水され、前記所定の時間の経過後は、前記建物の外壁上を流れた水が前記第1の注水路に注水されるように前記切替部の切替を制御してもよい。
例えば、散布部及びPVパネルが設けられる場合、散布部が水を散布するPVパネルは当初、汚れている。したがってPVパネルに供給される最初の所定量の水は第2の貯水部に注水し、第1の貯水部に注水しないようにすることで、第1の貯水部内は第2の貯水部内よりゴミや不純物等が少なくなり、第1の貯水部内の水と、第2の貯水部内の水とを用途に応じて使い分けることができる。
また、本発明の一態様において、前記第2の貯水タンクは、当該第2の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第2の供給部を備えてもよい。
これにより、第2の貯水タンクに貯水された水を有効利用することができる。
また、本発明の一態様において、前記第1の注水路は、前記第1の貯水タンクの内部に設けられてもよい。
また、本発明の一態様において、前記第1の注水路は、前記第1の貯水タンクの外部に設けられてもよい。
また、本発明の一態様において、前記第1の貯水タンクは、前記第2の貯水タンクに近接して設けられてもよい。
また、本発明の一態様において、さらに、前記第1の貯水タンクに水道水を注水する注水部と、前記注水部が注水する前記水道水の水量を制御する水量制御部と、前記第1の貯水タンクの水量を測定する水量測定部とを備え、前記水量制御部は、前記水量測定部が測定する水量が所定の水量を下回った場合、前記注水部を制御することによって前記水道水を前記第1の貯水タンクに注水してもよい。
また、本発明の一態様において、さらに、前記第1の供給部から供給される前記第1の貯水タンクに貯水された水は、水を沸かす給湯器に供給されてもよい。
これにより、第1の貯水タンク内に水道水が所定の水量以上あるか否かを判断することで、より効果的に建物の外壁上を流れる水と水道水とを熱交換させることができる。
また、本発明の一態様において、前記第2の貯水タンクに貯水された水は、前記第2の供給部からトイレに供給されてもよい。
また、本発明の一態様に係るタンクシステムの制御方法は、水道水が貯水され、貯水された前記水道水を外部に供給するための第1の供給部を備える第1の貯水タンクと、PVパネル上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、前記PVパネル上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた、前記PVパネル上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水するための第1の注水路と、前記PVパネル上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水するための第2の注水路と、前記PVパネル上を流れた水を前記第1の注水路に注水するか、前記第2の注水路に注水するかを切り替える切替部と、前記PVパネル上を流れた水の水温を測定する温度測定部とを備えるタンクシステムの制御方法であって、前記温度測定部が測定した温度が所定の温度未満である場合、前記建物の外壁上を流れた水が前記第1の注水路に注水されるように前記切替部を切り替える第1ステップと、前記温度測定部が測定した温度が所定の温度以上である場合、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の注水路に注水されるように前記切替部を切り替える第2ステップとを含む。
以下、本発明の各実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、処理のステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係るタンクシステムの概要について説明する。
まず、本発明の実施の形態1に係るタンクシステムの概要について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係るタンクシステムを一般住宅に用いた場合の一例を表す図である。
図1に示される住宅の屋根70には、PVパネル40(ソーラーパネル)が設けられ、住宅において使用する一部の電力をPVパネル40によって発電可能である。タンクシステム100は、PVパネル40上を流れた水がPVパネル40から熱エネルギーを獲得し、その熱エネルギーにより第1の貯水タンク110内に貯水された水道水(上水道20から注水される上水)を予熱できることができ、上記第1の注水路140を用いて熱交換を繰り返し行うことが可能である。
具体的には、第1の注水路140が第1の貯水タンク110内に貯水された水道水と熱交換可能に設けられている。これにより、例えば、住宅内で風呂10において温水を使用する場合に、通常、給湯器30が用いられるが、給湯器30に供給される水を第1の貯水タンク110内で予熱しておくことにより、給湯器30が消費する電力量や消費するガス量等を低減することが可能である。
第2の貯水タンク120に貯水された水は、第1のポンプ170によって汲み上げられ、散布部50によって屋根70及びPVパネル40に散布される。散布された水は、PVパネル上を流れ、再度第1の注水路140を経由して第2の貯水タンク120に注水される。この際、第1の貯水タンク110内に貯水された水は、再度予熱されることとなる。つまり、第2の貯水タンク120内に貯水された水を循環させることでPVパネル40の冷却と、第1の貯水タンク110内に貯水された水の予熱とを繰り返し行うことができる。
次に、タンクシステム100について図1及び図2を用いて詳細に説明する。
図2は、タンクシステム100の貯水タンク部分の模式図である。
図2に示されるように、タンクシステム100は、第1の貯水タンク110と、第2の貯水タンク120と、第1の注水路140と、第2の注水路150と、切替部210とを備える。また、図1に示されるように、屋根70の上には、散布部50と、PVパネル40及び日射計60が設けられる。給湯器30はタンクシステム100に接続されている。
まず、図2を用いて貯水タンク部分の詳細を説明する。
第1の貯水タンク110には、第1の注水部180から水道水が貯水される。本実施の形態では、第1の貯水タンク110の貯水量は、特に限定されないが、例えば、約400リットルである。また、第1の貯水タンク110は、貯水された水道水を外部に供給するための第1の供給部111を備える。第1の貯水タンク110に貯水された水は、本実施の形態では、第1の供給部111から給湯器30に供給される。
なお、図1及び図2では、第1の供給部111は第1の貯水タンク110の下側に設けられ、第1の注水部180は、第1の貯水タンク110の上側に設けられている。しかしながら、反対に、第1の供給部111が第1の貯水タンク110の上側に設けられ、第1の注水部180は、第1の貯水タンク110の下側に設けられてもよい。通常、第1の貯水タンク110内では、タンク内の上方の水のほうが温度が高いため、このような構成はより好ましい。
第2の貯水タンク120には、建物の外壁上を流れた水が貯水される。ここで建物の外壁には、建物の屋根70および建物の壁面が含まれる。屋根70または壁面にPVパネルが設けられてもよい。建物の外壁上を流れた水とは、雨水、及び散布部50が散布する水を意味する。
本実施の形態では、第2の貯水タンク120の貯水量は、特に限定されないが、例えば約600リットルである。また、第2の貯水タンク120は、貯水された水を外部に供給するための第2の供給部121を備える。第2の貯水タンク120に貯水された水は、本実施の形態では、第2の供給部121からトイレ260に供給され、高い水質を必要としないトイレの排水に用いられる。
ここで、第1の貯水タンク110の材料(材質)には、第2の貯水タンク120の材料(材質)よりも断熱性が高い材料が用いられる。具体的には、第1の貯水タンク110の材料は、特に限定されないが、例えば金属である。第2の貯水タンク120の材料は、特に限定されないが、例えば樹脂である。
上述のように、第1の貯水タンク110内の水は、第1の注水路140を流れる水により予熱されるため、予熱された水温を保つ必要がある。このため、第1の貯水タンク110には、断熱性の高い材料が用いられる。なお、第1の貯水タンク110は、さらに断熱材240で覆われていてもよい。
一方、第2の貯水タンク120内の水は、温度を保つ必要はなく、上述したPVパネル40を冷却するために用いられるため、第2の貯水タンク120の材料は、放熱性の高い材料が用いられる。また、第2の貯水タンク120内の水は、第1のポンプ170によって汲み上げられ、散布部50によって屋根70及びPVパネル40に散布される。第2の貯水タンク120には、雨樋200及び第2の注水路150を通じて雨水を貯めることも可能であるし、第2の注水部190から水道水を注水することも可能である。
降水量が少ないとき(雨水が少ないとき)、第2の注水部190から第2の貯水タンク120に水道水が注水され、第2の貯水タンク120の水に占める水道水の割合が大きくなる。降水量が多いとき(雨水が多いとき)、第2の注水部190から第2の貯水タンク120に水道水は注水されることなく、第2の貯水タンク120の水に占める雨水の割合が大きくなる。また、第2の貯水タンク120の水が第1のポンプ170によって汲み上げられ、散布部50によって散布され、第1の注水路140に注水され、第2の貯水タンク120に戻り、再び第1のポンプ170によって汲み上げられるという過程が繰り返される。その過程の繰り返しの中で、第2の貯水タンク120の水が減少し、所定の水量を下回った場合、第2の注水部190から第2の貯水タンク120に水道水が注水される。
なお、図1及び図2では、第2の供給部121は第2の貯水タンク120の下側に設けられ、第2の注水部190は、第2の貯水タンク120の上側に設けられている。しかしながら、反対に、第2の供給部121が第2の貯水タンク120の上側に設けられ、第2の注水部190は、第2の貯水タンク120の下側に設けられてもよい。通常、第2の貯水タンク120内では、タンク内の上方の水のほうが温度が高いため、このような構成はより好ましい。
なお、第1の貯水タンク110と、第2の貯水タンク120とは近接して設けられる。
第1の注水路140は、建物の外壁上を流れた水を第2の貯水タンク120に注水するために設けられた水路である。第1の注水路140は、また、第1の貯水タンク110に貯水された水道水と熱交換可能に設けられている。つまり、第1の注水路140は、雨水などの屋根70及びPVパネル40上を流れ第1の注水路140に注水される水と、第1の貯水タンク110に貯水された水とを高い効率で熱交換させる。具体的には、第1の注水路140は、第1の貯水タンク110に貯水された水との接触面積が大きくなるように、第1の貯水タンク110の内部に蛇行状に設けられている。第1の注水路140の材料は、熱伝導率の高い材料が望ましい。例えば、第1の注水路140の材料は銅である。
なお、本実施の形態では、屋根70及びPVパネル40上を流れた水は、フィルタ160を通って第1の注水路140に注水される。フィルタ160は、水中に含まれる不純物やゴミなどを取り除くためのフィルタであり、浄水器等に用いられる汎用のものである。フィルタ160を設けることにより、第2の貯水タンクに不純物やゴミ等が混入することを防止できる。
第2の注水路150は、建物の外壁上を流れた水を第2の貯水タンク120に注水するために設けられた水路である。第2の注水路150は、第1の注水路140とは異なり、第1の貯水タンク110の外側に設けられ、第2の注水路150に注水される水と、第2の貯水タンク120に貯水された水とを熱交換させない。
第1の注水路140及び第2の注水路150は、後述する切替部210によって分岐された水路である。タンクシステム100では、切替部210を制御することにより、屋根70及びPVパネル40上を流れた水を第1の注水路140に注水するか第2の注水路150に注水するかを切り替えることが可能である。
次に、再度図1を用いてタンクシステム100のその他の構成について説明する。
散布部50は、第2の貯水タンク120に貯水され第1のポンプ170によって汲み上げられた水を屋根70及びPVパネル40に散布する。散布部50は複数設けられたノズルそれぞれから、主にPVパネル40に霧状の水を散布する。
これにより、PVパネル40の上の広い範囲に水を散布でき、PVパネル40の冷却効果は高い。したがって、散布部50が霧状の水を散布することは、PVパネル40の発電効率をより高める効果を奏する。同時に、散布部50の水の散布は、PVパネル40の表面を洗浄する効果もある。つまり、散布部50は、PVパネル40表面を洗浄することによってPVパネル40の発電効率を高める。なお、散布部50は、液滴状の水をPVパネルに散布してももちろんよい。
切替部210は、建物の外壁上を流れた水を第1の注水路140に注水するか、第2の注水路150に注水するかを切り替える切り替え機構である。切替部210の切替は、後述する制御部によって制御される。
PVパネル40は、住宅の屋根70上に設けられ、太陽光を電力に変換する汎用の太陽電池モジュールである。PVパネル40は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する最小単位であるPVセルを複数備える構成である。
給湯器30は、電気(電力)またはガスを用いて第1の供給部111から供給される第1の貯水タンク110に貯水された水道水を沸かす汎用の給湯器である。給湯器30が沸かした温水は、風呂10など、住宅内において使用される。なお、給湯器30は、ガスで水を沸かす構成であってもよいし、PVパネル40が発電した電力によって水を沸かす構成であってもよい。また、図示しないが、第1の貯水タンク110の第1の供給部111から給湯器に水を供給する場合、ポンプ(第3のポンプ)を用いてもよい。
日射計60は、日射量を測定するもので、屋根70上に設けられる。日射計60が測定した日射量の情報は、図示しない制御部に送信される。
以上、図1及び図2で説明したタンクシステム100の一部の制御、及び図示しない計器類の制御は、制御部が行う。以下、制御部の詳細について説明する。
図3は、制御部の構成を表すシステムブロック図である。
タンクシステム100は、温度測定部221として外気温計222及びPVパネル温度計223を備える。外気温計222は、住宅の外気温を測定し、PVパネル温度計223は、PVパネル40の表面の温度を測定する。なお、PVパネル温度計223は、PVパネル40の表面を流れる水の水温を測定する構成であってもよい。
PVパネル発電電力計224は、PVパネル40が発電する電力を計測する。
第1の水温計225は、第1の貯水タンク110に貯水された水の温度を測定し、第2の水温計226は、第2の貯水タンク120に貯水された水の温度を測定する。
また、タンクシステム100は、水量測定部232として第1の水量計227及び第2の水量計228を備える。
第1の水量計227は、第1の貯水タンク110に貯水された水の水量を測定し、第2の水量計228は、第2の貯水タンク120に貯水された水の水量を測定する。
以上説明した日射量、温度、電力、及び水量の情報は、制御部220に伝送され、管理される。
制御部220(水量制御部)は、第1の水量計227が測定した水量等に基づいて、第1の注水部180に設けられた第1の貯水バルブ229の開閉を制御し、第1の貯水タンク110に注水される水道水の量を制御する。具体的には、例えば、制御部220は、第1の水量計227が測定する水量が所定の水量を下回った場合、第1の貯水バルブ229の開閉を制御することによって水道水を第1の貯水タンク110に注水する。
また、制御部220は、第2の水量計228が測定した水量等に基づいて、第2の注水部190に設けられた第2の貯水バルブ230の開閉を制御し、第2の貯水タンク120に注水される水道水の量を制御する。具体的には、例えば、制御部220は、第2の水量計228が測定する水量が所定の水量を下回った場合、第2の貯水バルブ230の開閉を制御することによって水道水を第2の貯水タンク120に注水する。
また、制御部220は、第1のポンプ170、第2のポンプ250、及び第3のポンプ231の動作を制御する。
また、制御部220は、切替部210の切替を制御する。
制御部220は、例えば、温度測定部221が測定した温度に応じて切替部210の切替を制御することが可能である。
図4は、制御部220が温度に応じて切替部210を切り替える動作のフローチャートである。
制御部220は、温度測定部221が測定した温度を取得し(S101)、取得した温度が所定の温度以上である場合(S102でYes)、屋根70及びPVパネル40上を流れた水が第1の注水路140に注水されるように切替部210を切り替える。温度測定部221が測定した温度が所定の温度未満である場合(S102でNo)、屋根70及びPVパネル40上を流れた水が第2の注水路150に注水されるように切替部210を切り替える制御を行う。なお、この場合、制御部220は、建物の周辺の外気の温度、建物の外壁温度、又は建物の外壁上を流れた水の温度のうち少なくとも一つの温度をあらかじめ設定された所定の温度と比較すればよい。
このように、制御部220が温度に応じて切替部210を切り替えることにより、外気等の温度が高く、第1の貯水タンク110内の水を予熱することが可能な場合のみ、制御部220は、第1の注水路140を選択する。したがって、屋根70及びPVパネル40上を流れた水と第1の貯水タンク110内の水とを効果的に熱交換させることができる。
また、制御部220は、日射計60が測定した日射量に応じて切替部210の切替を制御することももちろん可能である。
図5は、制御部220が日射量に応じて切替部210を切り替える動作のフローチャートである。
制御部220は、まず、日射計60が取得した日射量を取得する(S201)。日射計60が測定した日射量が所定の閾値以上である場合(S202でYes)、つまり天気のよい日は、屋根70及びPVパネル40上を流れた水が第1の注水路140に注水されるように切替部210を切り替える。同様に、日射計60が測定した日射量が所定の閾値未満である場合(S203でYes)、つまり天気の悪い日は、屋根70及びPVパネル40上を流れた水が第2の注水路150に注水されるように切替部210を切り替える。
このように、制御部220が日射量に応じて切替部210を切り替えることにより、制御部220は、天気が良く、第1の貯水タンク110内の水を予熱することが可能な場合のみ、第1の注水路140を選択する。したがって、屋根70及びPVパネル40上を流れた水と第1の貯水タンク110内の水とを効果的に熱交換させることができる。
なお、以上説明した温度、電力、及び水量の情報は、住宅内に設けられたユーザインタフェースに表示され、ユーザは上記情報を確認することができる。また、上記ユーザインタフェースからの操作により、第1の貯水バルブ229、第2の貯水バルブ230、及び切替部210をマニュアル制御することも可能である。
次に、タンクシステム100の動作の一例について説明する。以下の説明では、PVパネル40を冷却する必要があるか否かに基づいて散布部50の散布を制御する例について説明するが、タンクシステム100の動作は、これに限定されない。
図6は、タンクシステム100の動作の一例を示すフローチャートである。
図7〜図11は、タンクシステム100の動作を説明するための模式図である。
なお、以下の図6〜図11を用いた説明では、切替部210は、PVパネル40を流れた水が第1の注水路140に注水されるように切り替えられているものとする。
まず、制御部220は、日射計60が測定した日射量と、PVパネル発電電力計224が測定した発電量とを取得する(図6のS301)。これにより、制御部220は、PVパネル40の発電量が低下しているか否かを判断する。具体的には、PVパネル40への日射量に基づいて求められる基準発電量と、実際の発電量とを比較する。実際の発電量が基準発電量よりも小さい場合は、PVパネル40は温度上昇により、発電効率が低下しているものと推定される。言い換えれば、PVパネル40は冷却される必要があると考えられる(図6のS302でYes)。
なお、このように、PVパネル40の発電効率は、PVパネル40周辺の温度に依存する。このため、ステップS301で温度測定部221が測定した温度情報を取得し、ステップS302において取得した温度が所定の温度以上である場合は、PVパネル40の冷却が必要であると判断してもよい。
続いて、制御部220は、第1の水量計227が測定した水量を取得し(図6のS303)、水量があらかじめ設定された所定の水量未満である場合は、第1の貯水バルブ229の開閉を制御し、第1の注水部180から第1の貯水タンク110に注水する(図6のS304)。同様に、第2の水量計228が測定した水量を取得し(図6のS304)、水量が所定の水量未満である場合は、第2の貯水バルブ230の開閉を制御し、第2の注水部190から第2の貯水タンク120に注水する(図6のS304)。
以上のステップS303〜ステップS304の動作を終えた状態を模式的に示したものが図7である。図中において記号A、B、C、及びDに相当する領域はこの順に温度が高いことを模式的に示している。以下の図8〜図11においても同様である。
図7に示されるように。PVパネル40の表面の温度は、タンクシステム100に貯水される水よりも温度が高い。例えば、真夏の日中においては、PVパネルの表面の温度は60℃〜70℃程度の温度である。
次に、制御部220は、第1のポンプ170を駆動することにより散布部50からPVパネル40に水を散布する(図6のS305)。ステップS305の動作を模式的に示した図が図8及び図9である。
例えば、真夏の日中においては、散布部50がPVパネル40に水を散布することにより、PVパネル40の表面の温度は、50℃程度にまで低下する。PVパネル40の表面の温度が20℃程度低下した場合、PVパネル40の発電効率は、15%程度上昇することが確かめられている。
また、この場合、PVパネル40上を流れて第1の注水路140に注水される水の温度は40℃〜45℃程度である。したがって、第1の貯水タンク110に貯水された水は、上記第1の注水路140に注水される水と熱交換を行い、少なくとも35℃程度まで予熱される。
散布部50によりPVパネル40に水を散布している間、制御部220は、日射計60が測定した日射量と、PVパネル発電電力計224が測定した発電量とを取得し(図6のS306)、ステップS302と同様にPVパネル40の冷却が必要であるか否かを判断する(図6のS307)。PVパネル40の冷却が必要である場合(図6のS307でYes)、ステップS303〜ステップS306の動作が繰り返される。
予熱された第1の貯水タンク110内の水は、断熱材240及び第1の貯水タンク110自体の断熱構造により、保温される。したがって、図10に示されるように、住宅内で温水を使用する場合に、予熱された水を給湯器30で沸かすことになるため、給湯器30において使用されるガスまたは電気を低減することができる。
また、図11に示されるように第2の貯水タンク120に貯水された水は、トイレ260の排水等に用いることで有効活用できる。
以上説明したように、本発明に係るタンクシステム100によれば、建物の外壁上を流れる水温の高い水は、第1の注水路140を流れる間に確実に第1の貯水タンク110に貯水されている水と熱交換することができる。また、第1の貯水タンク110に貯水された水は、建物の外壁上を流れる水温の高い水が繰り返し第1の注水路140に流れることにより、第1の貯水タンク110に貯水された水道水を十分に予熱することが可能となる。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図面を用いて詳細に説明する。
以下、本発明の実施の形態2について、図面を用いて詳細に説明する。
実施の形態2では、制御部220による散布部50を用いた水の散布の別の制御例、及び制御部220による切替部210の切替制御の別の例について説明する。なお、以下の実施の形態2では、特に断りのない限りタンクシステムの構成等は、実施の形態1で説明したものと同様であるとする。
図12は、PVパネル40の温度と時間との関係を示す図である。
散布部50による水の散布を行わない場合、PVパネル40の温度と時間との関係は、図12の(1)で示されるような関係となる。図12の(1)は、日の出から時間が経過するに連れて太陽の日射量が増加し、それに伴いPVパネル40の温度が上昇していることを示している。
一方、図12の(2)は、本発明のタンクシステムにおいて散布部50によりPVパネル40に常時水を散布した場合のPVパネルの温度と時間との関係を示す。
図12の(2)で示されるように、一定量の水量を常時散布した場合、PVパネル40の温度と散布する水の温度が平衡状態となるため、PVパネル40の温度は、散布する水温とほぼ同じ温度となる。ここで、PVパネル40に水を散布することにより回収できる熱量は、散布される水の水量にはよらないため、PVパネル40に散布される水の水量が少ないほど、第1の注水路140に注水される水の温度は高くなる。第1の注水路140に注水される水の温度が高いほど、第1の貯水タンク110内に貯水された水は、効率的に予熱される。
図13は、PVパネル40に散布される水量とPVパネル40の発電効率、及び熱の取り出し効率との関係を示す図である。ここで、熱の取り出し効率とは、PVパネル40に散布された水による第1の貯水タンク110内に貯水された水の温度上昇の効率を示す数字である。
図13に示されるように、PVパネル40に散布される水の水量が多いほど、PVパネル40を十分に冷却できるためPVパネル40の発電効率330は高まる。しかしながら、PVパネル40に散布される水の水量が多いほど、第1の注水路140に注水される水の水温は低くなるため、熱の取り出し効率340は低下する。
そこで、実施の形態2では、PVパネル40に間欠的に水を散布することによって散布する水量を最適化し、雨樋200から切替部210に流入する水(以下、回収される水とも記載する)、すなわち、ここでは第1の注水路140に注水される水の水温をある程度高い温度に保つ制御方法について説明する。
1.散布部50を用いた水の散布の別の制御例
まず、回収される水の温度に基づいて制御部220が散布部50の水の散布を制御する例について説明する。
まず、回収される水の温度に基づいて制御部220が散布部50の水の散布を制御する例について説明する。
図14は、回収される水の温度に基づく制御部220の水の散布の制御を表すフローチャートである。
まず、制御部220は、PVパネル40の温度を取得する(S501)。具体的には、PVパネル温度計223が測定した温度を取得する。
PVパネル40の温度が第1の温度(ON温度)以上である場合(S502でYes)、制御部220は、散布部50によるPVパネル40への水の散布を開始する(S503)。
続いて、制御部220は、PVパネル40の温度を取得し(S504)、制御部220は、PVパネル40の温度が第2の温度(OFF温度)以下である場合(S505でYes)、散布部50によるPVパネル40への水の散布を停止する(S506)。
これにより、図12の(3)で示されるように、PVパネル40の温度を常に所定の温度内に制御することができ、かつ、回収される水の温度をある程度高い温度に保つことができる。
なお、ON温度とOFF温度とは、PVパネル40の温度を下げることにより発電効率が改善して得られるエネルギーの量と、回収される水により削減される給湯器で消費するエネルギーの量とを比較考慮して設定される。
例えば、OFF温度は、第1の貯水タンク110に貯水された水の目標温度とする。第1の貯水タンク内の水の温度より低い水を第1の注水路140に注水すると、第1の貯水タンク110に貯水された水を冷却することになるからである。ON温度は、例えば、OFF温度+10℃程度とする。
このようにON温度とOFF温度とを設定し、PVパネル40に間欠的に水を散布することで、PVパネル40の温度を一定値以下にし、なおかつ高い温度の水を第1の注水路に注水することができる。
なお、ON温度は、PVパネル40に散布される前の水の温度と、回収される水の温度(散布後の水の温度)との差が所定の値となるように動的に設定されてもよい。
例えば、上記所定の値が10℃である場合、散布前の水の温度が25℃であるときは、ON温度は35℃に設定され、散布前の水の温度が5℃であるときは、ON温度は15℃に設定される。散布前の水の温度は、気温の影響を受けて変化するため、このように動的にON温度を設定することは有効である。
2.切替部210の切替制御の別の例
次に、回収される水の温度に基づいて制御部220が切替部210の切替を制御する例について説明する。制御部220が切替部210を適切に切替えることにより、上記熱の取り出し効率をさらに高めることも可能である。
次に、回収される水の温度に基づいて制御部220が切替部210の切替を制御する例について説明する。制御部220が切替部210を適切に切替えることにより、上記熱の取り出し効率をさらに高めることも可能である。
図15は、実施の形態2に係る制御部220による切替部210の切替制御を説明するための図である。
図15の(a)は、間欠的に水を散布した状態におけるPVパネル40の温度(≒回収される水の温度)を示す。図15の(b)は、第1の貯水タンク110に貯水された水の温度を示す。
図15の(a)に示されるように、PVパネル40に間欠的に水が散布されると、PVパネルの温度は、下降と上昇とを繰り返す。このとき、PVパネル40への水の散布を開始した直後に回収される水の温度は、水の散布を開始してから所定の時間経過後に回収される水の温度と異なる。例えば、水の散布直後に回収される水の温度は60℃程度であったとしても、数分間水を散布した後に回収される水の温度は、散布した水の温度近くまで低下する。
したがって、回収される水の温度が第1の貯水タンク110に貯水されている水の水温以上の場合、第1の注水路140に水を流入させると第1の貯水タンク110に貯水されている水の温度は上昇する。一方、回収される水の温度が第1の貯水タンク110に貯水されている水の水温未満の場合、第1の貯水タンク110に貯水されている水を第1の注水路に流入させると、第1の貯水タンク110に貯水されている水の温度は、低下する。
このため、図15で示される制御方式では、第1の貯水タンク110内の水の温度及び回収された水の温度を常にモニタし、切替部210を切り替える。
図15の切替部210の切替状態において(1)と記載された期間は、回収される水が第1の注水路140に注水されるように切替部が切替えられた期間を示し、(2)と記載された期間は、回収される水が第2の注水路150に注水されるように切替部210が切替えられた期間を示す。
回収される水の温度が第1の貯水タンク110の水の温度以上である場合、制御部220は、切替部210を切替えることにより、回収される水を第1の注水路140に注水する。回収される水の温度が第1の貯水タンク110内の水の温度未満のときは、制御部220は、切替部210を切替えることにより、回収される水を第2の注水路150に注水する。
これにより、第1の注水路には、常に第1の貯水タンク110内の水よりも温度が高い水が注水されるため、第1の貯水タンク110内の水の温度を常に上昇させ、または温度を高い状態に保つことができる。
次に、図15で示される制御の詳細について、図16を用いて説明する。
図16は、実施の形態2に係る制御部220による切替部210の切替制御のフローチャートである。
まず、制御部220は、PVパネル40の温度を取得する(S601)。具体的には、PVパネル温度計223が測定した温度を取得する。
PVパネル40の温度が第1の温度(ON温度)以上である場合(S602でYes)、制御部220は、PVパネル40上を流れた水が第1の注水路140に注水されるように切替部210を切り替える(S603)。その後、制御部220は、散布部50によるPVパネル40への水の散布を開始する(S604)。
ステップS601〜ステップS604の動作は、具体的には、太陽が照射し始めた朝、貯水タンクの水の温度は低い場合は、水の散布を行わず、PVパネルが所定の温度以上に達した水の散布を開始することを意味する。
ここで、水の散布直後に回収される水の温度は貯水している水の温度より高いため、全て分岐部により第1の注水路140に注水され、第1の貯水タンク110内の水は、加熱されるため、温度が上昇する。
続いて、制御部220は、第1の貯水タンク110内の水の温度を取得し(S605)、回収される水の温度を取得する(S606)。具体的には、制御部220は、第1の水温計225が測定した第1の貯水タンク110内の水の温度を取得する。また、制御部220は、切替部210に設けられた第3の水温計が測定した回収される水の温度を取得する。
回収される水の温度が第2の温度(OFF温度)以下でない場合(S607でNo)、制御部220は、第1の貯水タンク110内の水の温度と、回収される水の温度とを比較する(S608)。第1の貯水タンク110内の水の温度が、回収される水の温度よりも高い場合、制御部220は、PVパネル40上を流れた水が第2の注水路150に注水されるように切替部210を切り替える(S609)。
制御部220は、回収される水の温度が第2の温度(OFF温度)以下である場合(S607でYes)、散布部50によるPVパネル40への水の散布を停止する(S610)。
これにより、常に第1の注水路140には、第1の貯水タンク110内の水の温度より高い温度の水を流入させることができる。
なお、切替部210を切替えることなく、回収される水の温度が第1の貯水タンク110に貯水されている水の温度と等しくなった時点で水の散布を停止してもよい。すなわち、回収される水の温度が第1の貯水タンク110に貯水されている水の温度よりも高いときのみ水の散布を行ってもよい。
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図面を用いて詳細に説明する。
以下、本発明の実施の形態3について、図面を用いて詳細に説明する。
例えば、実施の形態2のように、PVパネル40に間欠的に水を散布した場合、回収される水の一部は、第1の注水路140内に長時間滞留することがある。この状態で、高い温度の水を第1の注水路140内に注水すると、第1の注水路140内に滞留している水と混じり、熱を奪われるため効率的でない。
そこで、実施の形態3では、第1の注水路140内に長時間水が滞留しないように、ポンプにより第1の注水路140内に滞留した水の水抜きを行う。
図17は、実施の形態3に係るタンクシステムの貯水タンク部分の模式図である。
図17に示されるように、実施の形態3に係るタンクシステムでは、第1の注水路140は、第2の切替部370を介して第1の水路410及び第2の水路420と接続される。
第2の切替部370は、PVパネル40の上を流れた水が第1の注水路140から第1の水路410に注水されるか、第2の水路420に注水されるかを切り替える。ここで、第1の注水路140から第1の水路410に注水された水は、第2の貯水タンク120に貯水される。
第2の水路420は、第3の切替部380を介して第4のポンプ390の入力端、及び第3の水路430に接続される。
第3の切替部380は、第4のポンプ390の入力端に、第2の水路420から水が注水されるか、第3の水路430から水が注水されるかを切り替える。
第4のポンプ390は、第1の注水路140内に滞留した水の水抜き、及び散布部50による水の散布の際に第3の水路430を通じて第2の貯水タンク120から水を汲み上げるために用いられる。
第4のポンプ390の出力端は、第4の切替部450を介して散布部50及び第4の水路440と接続される。
第4の切替部450は、第4のポンプ390が第3の水路430から汲み上げた水を散布部50に供給するか、第4の水路440に注水するかを切り替える。ここで、第4の水路440に注水された水は、第2の貯水タンク120に貯水される。
以下、図17に示されるタンクシステムの制御方法について説明する。
図18は、通常循環時の水の流れを表す図である。
図18に示されるように、通常循環時には、制御部220は、第1の注水路140からの水が第1の水路410に注水されるように第2の切替部370を切り替える。
また、制御部220は、第3の水路430からの水が第4のポンプ390の入力端に注水されるように第3の切替部380を切り替える。同様に、制御部220は、第4のポンプ390が第3の水路430から汲み上げた水を散布部50に供給するように第4の切替部450を切り替える。
次に、第1の注水路140に滞留した水を抜く制御について説明する。
図19は、第1の注水路140に滞留した水を抜く場合の水の流れを表す図である。
図19に示されるように、水抜き制御時には、制御部220は、第1の注水路140からの水が第2の水路420に注水されるように第2の切替部370を切り替える。
また、制御部220は、第2の水路420からの水が第4のポンプ390の入力端に注水されるように第3の切替部380を切り替える。同様に、制御部220は、第4のポンプ390が第2の水路420から注水される水を第4の水路440に注水するように第4の切替部450を切り替える。
これにより、第1の注水路140に滞留している水は、第4のポンプ390により第2の水路420を通じて吸引され、第4の水路440を通じて第2の貯水タンク120へ排出される。
第1の注水路140の水抜き制御は、制御部220が、第1の注水路140に水が所定の時間以上滞留して、当該滞留した水が、第1の貯水タンク110内の水の温度と同程度の温度になったと判断した場合(所定の時間以上、水の散布が行われない場合)に実施される。
また、長時間第1の注水路140に水を滞留させておくと、雑菌等が繁殖するため、水抜き制御は、定期的に実行してもよい。
以上のように、散布部50の水の散布前に第1の注水路140に滞留した水を抜くことで、散布当初の温度の高い水をさらに効率的に利用することができる。
なお、上記の例では、いわゆる三方弁である第2の切替部370、及び第3の切替部380を組み合わせたが、この組み合わせに係る部分460は、2入力2出力の一の切替部によっても実現可能である。
また、上記の例では、切替部をさらに3つ(第2〜第4の切替部)設けたが、切替部を追加することなく水抜き制御を行うことも可能である。
図23は、2つのポンプで水抜き制御を実施するタンクシステムの模式図である。
図20に示されるタンクシステムでは、第1の注水路140の第2の貯水タンク120内の端には、第5のポンプ470の入力端が接続される。第5のポンプの出力端は、開放され、水抜き制御により引き抜かれた水は、直接第2の貯水タンク120に放出される。
また、第6のポンプ480は、第2の貯水タンク120の水を汲み上げて散布部50に供給する。
このような方式でも、第1の注水路140に長時間滞留した水を引き抜くことができる。図20に示される構成では、第5のポンプ470及び第6のポンプ480は、独立して動作可能であり、第1の注水路140に滞留した水を抜きながら、散布部50に水を供給することもできる。
(実施の形態4)
PVパネル40の温度の測定方法の別の例として、散布前の水の温度と、回収される水(散布後の水)の温度差からPVパネル40の温度を推定することも可能である。実施の形態4では、このような温度測定方法を用いた制御について説明する。
PVパネル40の温度の測定方法の別の例として、散布前の水の温度と、回収される水(散布後の水)の温度差からPVパネル40の温度を推定することも可能である。実施の形態4では、このような温度測定方法を用いた制御について説明する。
例えば、PVパネル40の施工後に、本発明のタンクシステムを後付けで設置する場合、PVパネル温度計223を事後的に取り付けることが困難な場合がある。そこで、以下の制御では、散布前の水の温度と、回収される水(散布後の水)の温度差からPVパネル40の温度を推定する。なお、以下の説明では、特に断りのない限りタンクシステムの構成等は、実施の形態2で説明したものと同様であるとする。
図21は、実施の形態4に係る制御部220による切替部210の切替制御のフローチャートである。なお、図21に示されるフローチャートは、日中(日射時間内)、PVパネルが所定の温度以上に達したときのみ水の散布の制御を行う場合の一例である。
まず、制御部220は、制御部220に内蔵されたタイマーから現在時刻を確認し(S701)、現在時刻が所定の日射時間内であるか否かを判断する(S702)。所定の日射時間は、1日のうち安定した日射量が期待できる時間帯であり、設計によりあらかじめ決められた時間帯である。
現在時刻が日射時間内である場合(S702でYes)、制御部220は、前回の温度測定時から所定の時間が経過しているか否かを判断する(S703)。短時間に再度の温度測定を行ったとしてもPVパネル40の温度の変化は小さく、効率的でないからである。
次に、制御部220は、散布前の水の温度を取得する(S704)。具体的には、制御部220は、第2の水温計226で測定した温度を取得する。なお、制御部220は、第1のポンプ170部分に別途、第4の水温計を設け、当該第4の水温計によって測定した温度を取得してもよい。
続いて、制御部220は、PVパネル40の温度を測定するために水のテスト散布を行い(S705)、テスト散布された水であってPVパネル40上を流れて切替部210に流入する水(回収される水)の温度を取得する(S706)。具体的には、例えば、制御部220は、切替部210に設けた第3の水温計によって測定した温度を取得する。
次に、制御部220は、ステップS603において取得した散布前の水の温度と、ステップS706において取得した回収される水の温度とを比較し、PVパネル40の温度を推定する(S707)。PVパネル40の温度は、PVパネル40の熱容量、散布前の水の温度及び回収される水の温度の温度差、及び散布した水の水量に基づいて推定される。
PVパネル40の温度が第1の温度以上である場合(S708でYes)、制御部220は、散布部50によるPVパネル40への水の散布を開始する(S709)。
続いて、制御部220は、回収される水の温度を取得し(S710)、PVパネル40の温度を推定する(S711)。制御部220は、ステップS704において取得した散布前の水の温度との温度差に基づき、ステップS707と同様にPVパネル40の温度を推定する。なお、ここでは、PVパネル40の温度≒回収される水の温度としてもよい。
制御部220は、推定したPVパネル40の温度が第2の温度以下である場合(S712でYes)、散布部50によるPVパネル40への水の散布を停止する(S713)。制御部220は、回収される水の温度が第2の温度より高い場合(S712でNo)、散布部50によるPVパネル40への水の散布をしながら、ステップS710及びステップS711の温度の推定処理を行う。
これにより、PVパネル40の温度を直接測定できないような場合であっても、PVパネル40の温度を推定することができる。
(その他の実施の形態)
散布部50による水の散布により、屋根70に複数設けられたPVパネル40の冷却をさらに効率的に行う方法について説明する。
散布部50による水の散布により、屋根70に複数設けられたPVパネル40の冷却をさらに効率的に行う方法について説明する。
PVパネル40に散布された水は、屋根70の斜面上側に設けられたPVパネル40に散布され、斜面に沿って流れる。このとき、PVパネル40に散布された水は、風によって流されるため、斜面の傾斜方向に垂直な方向において、散布された水の量が不均一となりやすい。すなわち、斜面の傾斜方向に垂直な方向において、複数のPVパネル40全体を均一に冷却することが難しい。そこで、PVパネル40に次のような工夫を行ってもよい。
図22は、PVパネル40の外観図である。図22において、Y方向は、PVパネル40が設けられる斜面(屋根70)の傾斜方向であり、X方向は、斜面の傾斜に垂直な方向である。図22の(a)は、PVパネル40を受光面に垂直な方向から見た図であり、図22の(b)は、PVパネル40の側面をX方向から見た図である。図22の(c)は、PVパネル40を図22の(a)のX1−X2線で切断した場合の断面図である。
一のPVパネル40の周縁には、額縁状にフレーム490が設けられる。ここで、フレーム490のうち、PVパネル40の斜面の傾斜方向に走る2つの辺を覆う部分の上面(PVパネル40の受光面側)には、それぞれ、斜面の傾斜方向に沿って凸部500が設けられる。
これにより、PVパネル40に散布された水が、風により凸部500を越えて隣接する別のPVパネル40の方向に流されることを防止することができる。
また、PVパネル40の冷却を効率よく行うためには、散布された水が、斜面上側に設けられたPVパネル40の受光面から斜面下側に設けられたPVパネル40の受光面までロスすることなく流れる(気化による蒸発を除く)ことが理想である。このようなロスにより、斜面下側に設けられたPVパネル40上を流れる水の量が少なくなるため、斜面下側に設けられたPVパネル40の冷却が不十分となりやすいからである。したがって、PVパネル40とフレーム490との隙間にはパッキンが設けられる。
図23は、図22の(c)の破線で囲った部分の拡大図である。
図23に示されるように、フレーム490のうちPVパネル40の斜面の傾斜方向に走る2つの辺を覆う部分の断面は、いわゆるブラケット形状である。PVパネル40と、フレーム490のうちPVパネル40の斜面の傾斜方向に走る2つの辺を覆う部分との間には、隙間がある。ここから散布された水が漏れてしまうことを防止するために、当該隙間には、パッキン510が設けられる。パッキン510の材料は、ゴムや、皮革などである。
また、一のPVパネル40のフレーム490と、これに隣接するPVパネル40のフレーム490との間からも水が漏れてしまう恐れがある。したがって、このような隣接するフレーム間には、コーキング処理(コーキング材の充填)がされる。
図24は、フレーム間のコーキング処理部分を示す図である。図24の(a)は、PVパネル40を受光面に垂直な方向から見た図であり、図24の(b)は、PVパネル40を図24の(a)のX3−X4線で切断した場合の断面図である。
図24で示されるように、フレーム間には、コーキング材520が充填される。コーキング材520は、例えば、シリコン系の樹脂、変性シリコン系の樹脂、またはポリウレタン系の樹脂などである。
以上、説明したように、パッキン510またはコーキング材520を用いることにより、散布された水のロスを低減し、散布された水によりPVパネル40を効率よく冷却することができる。
なお、本実施の形態のように、斜面上側に設けられたPVパネル40に水を散布する場合、斜面下側に設けられたPVパネル40の冷却は不十分になりやすい。斜面上側に設けられたPVパネル40に散布された水は、斜面下側に設けられたPVパネル40上を通過する際には、斜面上側に設けられたPVパネル40の熱により、加温されているからである。
したがって、例えば、制御部220は、周期的に散布部50の水圧を高めてPVパネル40に水を散布することにより、斜面下側に設けられたPVパネル40に対して直接水を散布してもよい。
(変形例)
以下、タンクシステムの変形例について説明する。
以下、タンクシステムの変形例について説明する。
これまで説明してきたように、第1の貯水タンク110に貯水される水の温度は、なるべく高く保つべきであるが、第2の貯水タンク120に貯水される水の温度は、なるべく低いことが望ましい。なぜなら、第2の貯水タンク120に貯水される水は、散布部によってPVパネル40及び屋根70に散布されることにより、PVパネル40及び屋根70を冷却するために用いられるからである。したがって、第2の貯水タンク120は放熱構造をとってもよい。
図25は、第2の貯水タンク120が放熱構造をとる場合のタンクシステムの模式図である。なお、図中の符号のうち、図7〜図11に示される符号と同一の符号については、特に説明のない限り、同一の機能及び動作をするものとして説明が省略される。
図25に示されるように、タンクシステム300において、第2の貯水タンク120の側面には、放熱部270が設けられてもよい。放熱部270は、いわゆる放熱フィンであり、第2の貯水タンク120の外気と触れる部分の表面積を増大するものである。放熱部270は、第2の貯水タンク120と一体であるように形成されても良いし、第2の貯水タンク120とは別の放熱性の高い部材である放熱部270が、第2の貯水タンク120に付加されてもよい。
このように、第2の貯水タンク120に放熱部270が設けられることにより、第2の貯水タンクに貯水される水の温度を下げ、散布部50の水の散布によるPVパネル40及び屋根70の冷却効果を高めることができる。
次に、タンクシステムの別の変形例について説明する。
第2の貯水タンク120に貯水された水を散布部50の水の散布によってPVパネル40に散布した場合、水の散布を開始した直後は、PVパネル40表面のゴミや埃が水とともに第1の注水路140に流れ込むこととなる。ここで、第1の注水路140は、熱交換器としての機能を高める目的で、第2の注水路150よりも水路長が長く、また水路径が小さい構造が好ましい。したがって、ゴミ等を含む水が第1の注水路140に流れ込むことは、第1の注水路140が詰まる原因となり、好ましくない。
したがって、タンクシステムにおいて、以下の図26及び図27で示されるような構成をとってもよい。
図26は、第2の貯水タンク120が複数の貯水部からなる場合のタンクシステム400の模式図である。なお、図中の符号のうち、図7〜図25に示される符号と同一の符号については、特に説明のない限り、同一の機能及び動作をするものとして説明が省略される。
図27は、タンクシステム400の動作のフローチャートである。
図26に示されるタンクシステム400では、上記ゴミ等を含む水が第1の注水路140に流れ込むことを防止する制御を制御部220が行うと共に、第2の貯水タンク120が第1の貯水部120aと第2の貯水部120bとに分離されていることが特徴である。
まず、制御部220は、日射計60が測定した日射量と、PVパネル発電電力計224が測定した発電量とを取得し(図27のS401)PVパネル40が冷却される必要があるか否かを判断する(図27のS402)。PVパネル40が冷却される必要がある場合(図27のS402でYes)、制御部220は、PVパネル40及び屋根70上を流れた水が第2の注水路150に注水されるように切替部210を切り替える(図27のS403)。
そして、制御部220は、第1及び第2の水量計が測定した水量を取得する(図27のS404)。水量があらかじめ設定された所定の水量未満である場合は、第1及び第2の貯水バルブの開閉を制御し、第1及び第2の貯水タンクに注水する(図27のS405)。以上の動作は、ステップS403を除いて図6のステップS301〜S304で説明した動作と同様である。
そして、制御部220は、第1のポンプ170を駆動することにより散布部50からPVパネル40に水を散布する(図27のS406)。このとき、注水(水の散布)を開始してから所定の時間が経過するまでは(図27のS407でNo)、第2の注水路150に注水される。ここで、図26で示されるように、第2の注水路150は、第2の貯水部120bに接続されているため、PVパネル40及び屋根70上を流れた水は、第2の注水路150から第2の貯水部120bに注水される。なお、第2の貯水部120bに貯水された水を使用する場合は、第3の供給部280から水を取得して使用する。
散布部50が水を散布している間、制御部220は、日射計60が測定した日射量と、PVパネル発電電力計224が測定した発電量とを取得する(図27のS409)。PVパネル40の冷却が必要である場合(図27のS410でYes)、ステップS407を除いたステップS404〜ステップS409の動作が繰り返される。
上記ステップS404〜ステップS409の動作が繰り返されている間において、注水(水の散布)を開始してから所定の時間が経過した場合(図27のS407でYes)、制御部220は、PVパネル40及び屋根70上を流れた水が第1の注水路140に注水されるように切替部210を切り替える(図27のS408)。このとき、図26で示されるように、第1の注水路140は、第1の貯水部120aに接続されているため、PVパネル40及び屋根70上を流れた水は、第1の注水路140から第1の貯水部120aに注水される。なお、第1の貯水部120aに貯水された水を使用する場合は、第2の供給部121から水を取得して使用する。
以降の動作は、所定の時間が経過する前と同様である。PVパネル40の冷却が不要となるまで(図27のS410でNo)、ステップS404〜ステップS409の動作が繰り返される。
以上、図27のような制御を行うことにより、ゴミ等を含む水が第1の注水路140に流れ込み、第1の注水路140が詰まる危険性を低減することができる。
また、図26に示されるように、第2の貯水タンク120が第1の貯水部120aと第2の貯水部120bとに分離されることで、第1の貯水部120a内の水質は、第2の貯水部120b内の水質よりも高くなる。したがって、第2の貯水タンク120内の水を用途に応じて区別して利用することができる。また、第2の貯水タンク120が分離されない場合と比較した場合、第1の貯水部120a内は、不純物やゴミなどが少ない。
(変形例2)
上記各実施の形態、及び各変形例に係るタンクシステムは、建物の外壁上を流れる水温の高い水を第1の注水路に注水し、第1の注水路に注水された水と、第1の貯水タンクに貯水されている水とで熱交換を行い、第1の貯水タンクに貯水される水道水を温める構成であった。
上記各実施の形態、及び各変形例に係るタンクシステムは、建物の外壁上を流れる水温の高い水を第1の注水路に注水し、第1の注水路に注水された水と、第1の貯水タンクに貯水されている水とで熱交換を行い、第1の貯水タンクに貯水される水道水を温める構成であった。
ここで、反対に、第1の貯水タンクに熱せられた水道水を貯水し、第1の注水路と熱交換を行うことで、第1の注水路を通過する水を温めることも可能である。
すなわち、上記各実施の形態、及び各変形例に係るタンクシステムは、第1の注水路を通ることによって温められた水を第2の貯水タンクに貯め、第1のポンプで汲み上げ、散布部によって建物の外壁上に散布することができる。これにより、タンクシステムは、例えば、建物の外面上の雪を融雪する融雪処理を行うことができる。
以下の説明では、実施の形態1に係るタンクシステム100の融雪処理について、図28〜図31を用いて詳細に説明する。
図28〜図31は、タンクシステム100の融雪処理を説明するための模式図である。
まず、図28に示されるように、第1の貯水タンク110に、第1の注水部180から熱せられた水道水が注水されて貯められる。このとき、第1の貯水タンク110に注水される水は、給湯器等で熱せられた温度の高い水道水(温水)である。また、このとき、第2の貯水タンク120には、温度の低い水が貯水されている。
次に、図29に示されるように、制御部220は、第2の貯水タンク120に貯水された水を第1のポンプ170で汲み上げることにより、散布部50によってPVパネル40に散布する。これにより、PVパネル40上を流れた水は、雨樋200、切替部210、フィルタ160をこの順に通り、第1の注水路140に注水される。
このとき、第1の注水路140に注水された水は、第1の貯水タンク110に貯水された水と、熱交換を行う。つまり、図30に示されるように、第1の注水路140に注水された水は、当該第1の注水路140を通過中に第1の貯水タンク110内に貯水された温水により熱せられて、第2の貯水タンク120に貯水される。
そして、図31に示されるように、制御部220は、第2の貯水タンク120に貯水された熱せられた水を第1のポンプ170で汲み上げることにより、散布部50によってPVパネル40に散布する。PVパネル40上を流れた水は、雨樋200、切替部210、フィルタ160をこの順に通り、第1の注水路140に注水される。以降、同様の動作が繰り返される。
以上の動作により、建物の外壁(例えば、PVパネル40)上に雪が積もっているような場合に、第1の貯水タンク110に貯水される水道水によって温められた水を建物の外壁上に散布し、建物の外面上の雪を融雪することができる。また、PVパネル40上に積雪しているような場合には、PVパネル40による発電効率が低下する。このような場合に、上記のような融雪処理が、有効である。
以上、本発明を上記実施の形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。
例えば、第1の注水路140は、第1の貯水タンク110の外側に設けられてもよい。具体的には、例えば、第1の注水路140は、第1の貯水タンクの側面に巻きつくように設けられてもよい。このような構成によっても、建物の外壁上を流れる水温の高い水は、第1の注水路140を流れる間に第1の貯水タンク110に貯水されている水と熱交換することができる。
また、以下のような場合も本発明に含まれる。
(1)上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムで実現され得る。RAMまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
(2)上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、1個のシステムLSI(Large Scale Integration:大規模集積回路)から構成されているとしてもよい。システムLSIは、複数の構成部を1個のチップ上に集積して製造された超多機能LSIであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ROMには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、ROMからRAMにコンピュータプログラムをロードし、ロードしたコンピュータプログラムにしたがって演算等の動作することにより、システムLSIは、その機能を達成する。
(3)上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なICカードまたは単体のモジュールから構成されてもよい。ICカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ROM、RAMなどから構成されるコンピュータシステムである。ICカードまたはモジュールには、上記の超多機能LSIが含まれてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ICカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このICカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。
(4)本発明は、上記に示す方法で実現されてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムで実現してもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号で実現してもよい。
また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu−ray(登録商標) Disc)、半導体メモリなどに記録したもので実現してもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号で実現してもよい。
また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送してもよい。
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作してもよい。
また、プログラムまたはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、またはプログラムまたはデジタル信号をネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
(5)上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
なお、本発明は、これらの実施の形態またはその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、雨水またはPVパネル等に散布した水の熱を有効利用して水道水を効率的に予熱することができ、また、上記雨水またはPVパネルに散布した水と、予熱した水道水とを用途に応じて有効に利用できる、家庭用のタンクシステムとして有用である。
10 風呂
20 上水道
30 給湯器
40 PVパネル
50 散布部
60 日射計
70 屋根
100、300、400 タンクシステム
110 第1の貯水タンク
111 第1の供給部
120 第2の貯水タンク
121 第2の供給部
140 第1の注水路
150 第2の注水路
160 フィルタ
170 第1のポンプ
180 第1の注水部
190 第2の注水部
200 雨樋
210 切替部
220 制御部
221 温度測定部
222 外気温計
223 PVパネル温度計
224 PVパネル発電電力計
225 第1の水温計
226 第2の水温計
227 第1の水量計
228 第2の水量計
229 第1の貯水バルブ
230 第2の貯水バルブ
231 第3のポンプ
232 水量測定部
240 断熱材
250 第2のポンプ
260 トイレ
270 放熱部
280 第3の供給部
330 発電効率
340 取り出し効率
370 第2の切替部
380 第3の切替部
390 第4のポンプ
410 第1の水路
420 第2の水路
430 第3の水路
440 第4の水路
450 第4の切替部
460 部分
470 第5のポンプ
480 第6のポンプ
490 フレーム
500 凸部
510 パッキン
520 コーキング材
20 上水道
30 給湯器
40 PVパネル
50 散布部
60 日射計
70 屋根
100、300、400 タンクシステム
110 第1の貯水タンク
111 第1の供給部
120 第2の貯水タンク
121 第2の供給部
140 第1の注水路
150 第2の注水路
160 フィルタ
170 第1のポンプ
180 第1の注水部
190 第2の注水部
200 雨樋
210 切替部
220 制御部
221 温度測定部
222 外気温計
223 PVパネル温度計
224 PVパネル発電電力計
225 第1の水温計
226 第2の水温計
227 第1の水量計
228 第2の水量計
229 第1の貯水バルブ
230 第2の貯水バルブ
231 第3のポンプ
232 水量測定部
240 断熱材
250 第2のポンプ
260 トイレ
270 放熱部
280 第3の供給部
330 発電効率
340 取り出し効率
370 第2の切替部
380 第3の切替部
390 第4のポンプ
410 第1の水路
420 第2の水路
430 第3の水路
440 第4の水路
450 第4の切替部
460 部分
470 第5のポンプ
480 第6のポンプ
490 フレーム
500 凸部
510 パッキン
520 コーキング材
Claims (6)
- 水道水が貯水される第1の貯水タンクと、
前記第1の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第1の供給部と、
建物の外壁上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、
前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水し、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の貯水タンクに注水される前に、前記建物の外壁上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路と、
前記第1の注水路内の水を前記第2の貯水タンクに供給させるポンプと、
前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、前記ポンプを動作させる制御部とを備える、
タンクシステム。 - 前記制御部は、前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していない状態が所定の時間以上継続すると、前記ポンプを動作させる、
請求項1記載のタンクシステム。 - 前記制御部は、前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、定期的に前記ポンプを動作させる、
請求項1記載のタンクシステム。 - 水道水が貯水される第1の貯水タンクと、
前記第1の貯水タンクに貯水された水を外部に供給するための第1の供給部と、
建物の外壁上を流れた水が貯水される第2の貯水タンクと、
前記建物の外壁上を流れた水を前記第2の貯水タンクに注水し、前記建物の外壁上を流れた水が前記第2の貯水タンクに注水される前に、前記建物の外壁上を流れた水と前記第1の貯水タンクに貯水された前記水道水とが熱交換可能なように設けられた第1の注水路とを備えるタンクシステムの運転方法であって、
前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、前記第1の注水路内の水を前記第2の貯水タンクに供給させるステップを備える、
タンクシステムの運転方法。 - 前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していない状態が所定の時間以上継続すると、前記ステップを実行する、
請求項4記載のタンクシステムの運転方法。 - 前記建物の外壁上に前記第2の貯水タンクの水を散布していないときに、定期的に前記ステップを実行する、
請求項4記載のタンクシステムの運転方法。
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