JP5443644B1 - 太陽光感熱バルブ及びこれを用いた散水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弁開放時に流れる水で冷却されて弁が閉じることの抑制、及び、チャタリング発生の抑制が可能な太陽光感熱バルブ及びこれを用いた散水装置を提供する。
【解決手段】太陽光感熱バルブ１は、水が流入される流入口ＩＰから主排出口ＭＯＰへとつながる主水路ＭＷと、主水路ＭＷから分岐して副排出口ＳＯＰへとつながる副水路ＳＷと、主水路ＭＷを開放・閉鎖する親弁１０と、副水路ＳＷを開放・閉鎖する子弁２０と、を備える。親弁１０は、副水路ＳＷの開放・閉鎖に伴って主水路ＭＷを開放・閉鎖する親弁開閉部材１４を有する。子弁２０は、太陽光から受熱する受熱部材３０と、受熱部材３０から伝達される熱で体積が増加・減少可能な熱膨張部材２５と、熱膨張部材２５の体積の増加・減少により駆動して副水路を開放・閉鎖する子弁開閉部材２２と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽光感熱バルブ及びこれを用いた散水装置に関する。

太陽光パネルや屋根、壁、公園、作業現場等、種々の施設において、冷却や水やり等のため、スプリンクラー等の散水装置による散水が行われている。散水装置における散水の開始、停止の自動制御には、サーモスタット等の温度センサと電磁弁が一般的に利用されている。

電磁弁は電気により駆動するが、電気が不要な自動制御が望まれており、例えば、感熱弁による自動制御が提案されている（例えば、特許文献１）。感熱弁は、内包されるワックス等の熱膨張部材の熱膨張を利用して散水の開始、停止を制御している。

特開２０１２−２５６８２３号公報

特許文献１に開示の感熱弁では、感熱弁本体を噴霧する水が流れていることから、弁開放時に流れる水量が多い場合では、流れる水によって熱膨張部材が冷却され、弁が閉じてしまい、十分に散水ができなくなるおそれがある。また、流れる水の圧力により、弁の可動部分の振動（チャタリング）が生じ、散水が不均一になるおそれがある。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、弁開放時に流れる水で冷却されて弁が閉じることの抑制、及び、チャタリング発生の抑制が可能な太陽光感熱バルブ及びこれを用いた散水装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る太陽光感熱バルブは、
水が流入される流入口から主排出口へとつながる主水路と、
前記主水路から分岐して副排出口へとつながる副水路と、
前記主水路を開放・閉鎖する親弁と、
前記副水路を開放・閉鎖する子弁と、を備え、
前記親弁は、前記副水路の開放・閉鎖に伴って前記主水路を開放・閉鎖する親弁開閉部材を有し、
前記子弁は、太陽光から受熱する受熱部材と、前記受熱部材から伝達される熱で体積が増加・減少可能な熱膨張部材と、前記熱膨張部材の体積の増加・減少により駆動して前記副水路を開放・閉鎖する子弁開閉部材と、を有し、
前記子弁による前記副水路の閉鎖に追従して前記親弁開閉部材が前記主水路を閉鎖し、前記主排水口からの水の排出が停止され、
前記子弁による前記副水路の開放に追従して前記親弁開閉部材が前記主水路を開放し、前記主排水口から水が排出される、
ことを特徴とする。

また、前記親弁は、前記副水路に配置される圧力室を備え、
前記子弁が前記副水路を閉鎖することで前記圧力室の圧力が増加し、前記親弁開閉部材が前記主水路を閉鎖し、
前記子弁が前記副水路を開放することで前記圧力室の圧力が減少し、前記親弁開閉部材が前記主水路を開放することが好ましい。

また、前記副排出口に接続され、前記副排出口から排出される水を前記子弁に供給し、前記子弁を冷却する子弁冷却部材を備えていてもよい。

本発明の第２の観点に係る散水装置は、
本発明の第１の観点に係る太陽光感熱バルブと、
前記太陽光感熱バルブの前記流入口に接続され、前記流入口に水を供給する水供給手段と、
前記太陽光感熱バルブの前記主排水口から排出される水を被散水物に散水する散水手段と、を備える、
ことを特徴とする。

本発明に係る太陽光感熱バルブでは、主水路の開閉を行う親弁の稼働を子弁が制御している。子弁が開いている際、子弁を流れる水の水量が少量であることから、子弁の開閉を司る熱膨張部材が流れる水により冷却されることが抑えられる。これにより、不用意に子弁が閉じてしまうことが抑えられる。また、流れる水が少量であることから、チャタリングが生じるおそれも低い。

太陽光感熱バルブの内部構造図である。 図１のＡ−Ａ’方向を見た太陽光感熱バルブの内部構造図である。 開放状態における太陽光感熱バルブの内部構造図である。 閉鎖状態における太陽光感熱バルブの内部構造図である。 子弁の冷却構造を示す図である。 散水装置の構成図である。

（太陽光感熱バルブ）
図を参照しつつ、本実施の形態に係る太陽光感熱バルブについて説明する。太陽光感熱バルブは、散水装置において、太陽光による熱で自動的に散水を開始させる機能を有する。太陽光感熱バルブ１は、図１、２に示すように、親弁１０と子弁２０とを備える。親弁１０と子弁２０とは連結管４０を介して連結されている。そして、太陽光感熱バルブ１内には、主水路ＭＷ及び副水路ＳＷが形成されている。

主水路ＭＷは、親弁１０に開口される流入口ＩＰから親弁１０内部を通り、親弁１０に開口される主排出口ＭＯＰへとつながる水路である。流入口ＩＰには、水を供給する水供給手段が接続される。また、主排出口ＭＯＰには、被散水物へ水を散水する散水手段が接続される。

一方、副水路ＳＷは、主水路ＭＷから分岐して、親弁１０内部、連結管４０、子弁２０内部を通り、子弁２０に開口される副排出口ＳＯＰへとつながる水路である。

副水路ＳＷの一部は、圧力室ＰＲとして機能する。圧力室ＰＲは、親弁本体上部１１と親弁開閉部材１４で囲まれる空間である。

親弁１０は、親弁本体上部１１、親弁本体下部１２、隔壁１３、親弁開閉部材１４、スプリング１５、流量調節部材１６を備える。

親弁開閉部材１４は、隔壁１３と圧力室ＰＲとの間に配置されており、隔壁１３とともに主水路ＭＷの開放・閉鎖を行う機能を有する。また、親弁開閉部材１４は、縁部分が親弁本体上部１１及び親弁本体下部１２に狭持されており、主水路ＭＷと副水路ＳＷとを隔てる機能を有している。

親弁開閉部材１４は、主水路ＭＷを流れる水の水圧と副水路ＳＷに配置される圧力室ＰＲの圧力及びスプリング１５の付勢力との関係により、圧力室ＰＲ側或いは隔壁１３側へと移動可能に構成された部材である。親弁開閉部材１４は、主水路ＭＷの閉鎖時に、隔壁１３と密着し、隔壁１３内への水の流入を抑制すべく、ゴム等の弾性素材から構成されているとよい。

また、スプリング１５は、親弁開閉部材１４を隔壁１３の方へと付勢している。また、流量調節部材１６は、回転させることで長手方向に移動し、スプリング１５の付勢力を調節して主水路ＭＷを流れる水の量を調節する部材である。

子弁２０は、子弁本体２１、子弁開閉部材２２、スプリング２３、ケース２４、熱膨張部材２５、ダイアフラム２６、流動体２７、シール２８、ピストン２９、受熱部材３０、伝熱部材３１から構成されている。

子弁本体２１には、貫通する流路が形成されており、副水路ＳＷの一部として機能する。この流路の上流側に連結管４０が接続され、親弁１０と接続されている。

この流路の一部を開放・閉鎖可能な子弁開閉部材２２が設置されている。子弁開閉部材２２はスプリング２３及びピストン２９の作用により往復動可能に設置されている。子弁開閉部材２２には、流路の一部として機能する孔が形成されており、この孔が流路と重なっている状態では、副水路ＳＷが開放され、重なっていない状態では副水路ＳＷが閉鎖される。

受熱部材３０は、伝熱部材３１に連結されており、太陽光を受けて熱を受ける部材である。受熱部材３０が受けた熱は伝熱部材３１を介して、熱膨張部材２５に伝達される。受熱部材３０は、太陽光から受ける熱を効率的に吸収すべく、銅等、熱容量が大きい素材から構成されていることが好ましい。また、受熱部材３０は、太陽光からの熱を吸収しやすい黒色等、暗色系の色であることが好ましい。黒等の色素が受熱部材３０の表面に付着されていても、受熱部材３０を構成する素材に色素が混入されていてもよい。また、受熱部材３０は、円形板状体、多角形板状体等、種々の形状であってもよく、表面積が大きいことが好ましい。

熱膨張部材２５は、低温時に比べて高温時に体積が増加する部材が用いられる。例えば、熱膨張部材２５として、低温時には固体状であり、高温時に液状になって固体状態に比べ体積が増加する性質を有するワックスが挙げられる。

続いて、図３、４を参照しつつ、太陽光感熱バルブ１の動作について説明する。なお、以下の説明は、流入口ＩＰ及び主排出口ＭＯＰにそれぞれ配管等が接続され、流入口ＩＰから水が常時供給されているものとしての説明である。

主水路ＭＷが閉鎖され、主排水口ＭＯＰからの水の排出が停止されている状態を図３に示している。この状態では、受熱部材３０、熱伝達部材３１を介して伝わる熱で熱膨張部材２５が溶解しておらず、固体状態にある。この場合、ピストン２９が押し出されず、子弁開閉部材２２はスプリング２３の伸長力でピストン２９側に押されている。子弁開閉部材２２に形成されている孔が子弁本体２１の流路と重ならず、子弁開閉部材２２が流路を塞いでいる。

副水路ＳＷを流れる水は子弁開閉部材２２によって堰き止められるため、副水路ＳＷに形成されている圧力室ＰＲの水圧が上昇する。この圧力室ＰＲの水圧により、親弁開閉部材１４が隔壁１３に押し付けられる。これにより、主水路ＭＷが閉鎖され、主排出口ＭＯＰからの水が停止される。

そして、受熱部材３０が太陽光から受熱して熱くなると、後述のように、主水路ＭＷが開放され、主排水口ＭＯＰから水が排出される。主水路ＭＷが開放された状態を図４に示す。

受熱部材３０が太陽光から受熱し、その熱が伝熱部材３１を介して熱膨張部材２５に伝熱され、熱膨張部材２５の体積が増加すると、ダイアフラム２６、流動体２７、シール２８を介してピストン２９が押し出される。ピストン２９の突出により、子弁開閉部材２２がスプリング２３の力に抗って押される。子弁開閉部材２２が押されると、子弁開閉部材２２に形成されている孔と子弁本体２１に形成されている流路とが重なる。これにより、子弁開閉部材２２で堰き止められていた水が副排出口ＳＯＰへと流れ、副水路ＳＷが開放される。即ち、白抜き矢印にて示すように水が副水路ＳＷを流れる。

上記のように副水路ＳＷが開放され、副水路ＳＷを水が流れる状態では、圧力室ＰＲの水圧が減少する。主水路ＭＷの水圧が、圧力室ＰＲの水圧及びスプリング１５の付勢力よりも大きくなり、親弁開閉部材１４が圧力室ＰＲ側へ移動する。これにより、親弁開閉部材１４が隔壁１３から離間するので、親弁開閉部材１４及び隔壁１３で堰き止められていた水が親弁開閉部材１４と隔壁１３との間を通過する。即ち、黒矢印にて示すように、主水路ＭＷを水が流れ、主排出口ＭＯＰから排出される。

以上のように、子弁２０の開閉に追従して、親弁１０が開閉し、主排水口ＭＯＰからの水の排出、停止が制御される。

副水路ＳＷの流路径が主水路ＭＷの流路径に比べて小さく形成されていることから、主水路ＭＷ及び副水路ＳＷが開放されている状態においては、主水路ＭＷを流れる水の量に比べ、副水路ＳＷを流れる水の量は非常に少ない。即ち、副水路ＳＷを流れる水による熱膨張部材２５の冷却が抑えられる。このため、不用意に子弁３０が閉じてしまい、主水路ＭＷを通り主排出口ＭＯＰからの水の排出が停止されることが抑えられる。

また、上記同様に、副水路ＳＷを流れる水の量が非常に少ないので、子弁２０におけるチャタリングの発生も抑えられる。

なお、親弁１０は、子弁２０による副水路ＳＷの閉鎖・開放に伴って主水路ＭＷを閉鎖・開放可能である弁機構であれば、どのような機構が用いられてもよい。たとえば、親弁１０として、市販されている定水位弁やエアオペレート水用２方弁、エア駆動ポペット弁などが用いられてもよい。また、子弁２０として、市販の感熱弁が用いられていてもよい。

また、連結管４０は太陽光感熱バルブ１の設置場所、用途等に応じ、短く形成されていても長く形成されていてもよい。

また、所定時間経過後、子弁２０を閉じ、副水路ＳＷ及び主水路ＭＷが閉鎖される形態であってもよい。例えば、図５に示すように、副排出口ＳＯＰから排出される水で子弁２０を冷却する形態であってもよい。副排出口ＳＯＰに子弁冷却管３２が接続されており、子弁冷却管３２の先端は、子弁２０の受熱部材３０に子弁冷却管３２を通過した水が滴下されるよう配置されている。

子弁２０が開き、副水路ＳＷが開放された後、副排出口ＳＯＰから水が排出されるが、この排出された水が受熱部材３０に滴下されるので、受熱部材３０が冷却されることになる。水が受熱部材３０に所定時間滴下され、熱膨張部材２５が冷却されて体積が減少する。これにより、子弁２０が閉じて副水路ＳＷの閉鎖に伴い親弁１０も閉じるので、主水路ＭＷが閉鎖され、主排出口ＭＯＰからの水の排出が停止される。

このような構成とすることで、所定時間経過後に散水が自動で停止され、使用される水の消費量を抑えることができる。例えば、太陽光パネルの冷却用に用いた場合など、太陽光パネルが所定温度を超えている時間のみ散水を行うことが可能であり、冷却コストの低減につながる。

なお、子弁冷却管３２が、熱膨張部材２５が内包されるケース２４に水を供給するよう配置されていてもよい。また、子弁冷却管３２の先端に水を霧状にして噴出する噴霧ノズル等が設置された形態であってもよい。

更には、主排出口ＭＯＰから排出される水の一部が子弁２０に供給されて子弁２０が冷却される形態であってもよい。

（散水装置）
続いて、上述した太陽光感熱バルブを備える散水装置について説明する。ここでは、散水装置として、太陽光パネルの冷却装置を例にとり説明する。

冷却装置５０は、図６に示すように、太陽光パネル６０に水を噴霧する噴霧ノズル５３、噴霧ノズル５３に配管５２を介して水を供給する水供給装置５１、水の噴霧を制御する太陽光感熱バルブ１、水供給装置５１と太陽光感熱バルブ１及び太陽光感熱バルブ１と噴霧ノズル５３をそれぞれつなぐ配管５２を備える。

水供給装置５１は、配管５２を介して噴霧ノズル５３に水を供給可能なものであれば特に制限はない。例えば、水供給装置５１として、水道の蛇口であってもよく、また、貯水槽等に貯留された水を揚水ポンプ等で供給する装置であってもよい。

太陽光感熱バルブ１は、配管５２の任意の箇所に接続される。太陽光感熱バルブ１の流入口ＩＰ及び主排水口ＭＯＰがそれぞれ配管５２に接続される。

水供給装置５１からは水が常時供給されている。温度が低い状態では、上述したように、太陽光感熱バルブ１の子弁２０が閉じており、このため親弁１０も閉じているので、主排水口ＭＯＰからの水の排出が停止されている。したがって、噴霧ノズル５３から水が噴霧されない。

一方、太陽光により温度が上昇すると、上述したように、太陽光感熱バルブ１の子弁２０が開き、これに追従して親弁１０も開き、主排水口ＭＯＰから水が排出される。したがって、噴霧ノズル５３から太陽光パネル６０に水が噴霧される。太陽光パネル６０は、温度が高すぎる場合、発電効率が低下するため、冷却装置５０で水を噴霧して冷却することで、発電効率を保つことが可能である。

また、上述のように、副排出口ＳＯＰから排出される水で子弁２０を冷却する形態では、太陽光パネル６０に水を所定時間噴霧した後、噴霧が停止される。そして、再度温度が上昇すると、再度噴霧が所定時間行われる。このように、水の噴霧を断続的に繰り返すようにすることで、太陽光パネル６０の発電効率を保つことができるとともに、使用される水の消費量も低減することが可能である。

上記では、太陽光パネルの冷却装置を例にとり説明したが、被散水物は屋根や壁、公園、化学タンク、商業施設など種々のものが挙げられる。また、被散水物の冷却用に限られず、芝生への水やり等、種々の用途に用いられ得る。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１ 太陽光感熱バルブ
１０ 親弁
１１ 親弁本体上部
１２ 親弁本体下部
１３ 隔壁
１４ 親弁開閉部材
１５ スプリング
１６ 流量調節部材
２０ 子弁
２１ 子弁本体
２２ 子弁開閉部材
２３ スプリング
２４ ケース
２５ 熱膨張部材
２６ ダイアフラム
２７ 流動体
２８ シール
２９ ピストン
３０ 受熱部材
３１ 伝熱部材
３２ 子弁冷却管
４０ 連結管
５０ 冷却装置
５１ 水供給装置
５２ 配管
５３ 噴霧ノズル
６０ 太陽光パネル
ＭＷ 主水路
ＳＷ 副水路
ＩＰ 流入口
ＭＯＰ 主排出口
ＳＯＰ 副排出口
ＰＲ 圧力室

Claims (4)

1. 水が流入される流入口から主排出口へとつながる主水路と、
   前記主水路から分岐して副排出口へとつながる副水路と、
   前記主水路を開放・閉鎖する親弁と、
   前記副水路を開放・閉鎖する子弁と、を備え、
   前記親弁は、前記副水路の開放・閉鎖に伴って前記主水路を開放・閉鎖する親弁開閉部材を有し、
   前記子弁は、太陽光から受熱する受熱部材と、前記受熱部材から伝達される熱で体積が増加・減少可能な熱膨張部材と、前記熱膨張部材の体積の増加・減少により駆動して前記副水路を開放・閉鎖する子弁開閉部材と、を有し、
   前記子弁による前記副水路の閉鎖に追従して前記親弁開閉部材が前記主水路を閉鎖し、前記主排水口からの水の排出が停止され、
   前記子弁による前記副水路の開放に追従して前記親弁開閉部材が前記主水路を開放し、前記主排水口から水が排出される、
   ことを特徴とする太陽光感熱バルブ。
2. 前記親弁は、前記副水路に配置される圧力室を備え、
   前記子弁が前記副水路を閉鎖することで前記圧力室の圧力が増加し、前記親弁開閉部材が前記主水路を閉鎖し、
   前記子弁が前記副水路を開放することで前記圧力室の圧力が減少し、前記親弁開閉部材が前記主水路を開放する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光感熱バルブ。
3. 前記副排出口に接続され、前記副排出口から排出される水を前記子弁に供給し、前記子弁を冷却する子弁冷却部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽光感熱バルブ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽光感熱バルブと、
   前記太陽光感熱バルブの前記流入口に接続され、前記流入口に水を供給する水供給手段と、
   前記太陽光感熱バルブの前記主排水口から排出される水を被散水物に散水する散水手段と、を備える、
   ことを特徴とする散水装置。

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