JP5662098B2 - 冷温水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は自然現象を利用した冷温水製造装置に関するものである。

農業のビニールハウスなど温度を一定に保つ必要のある施設がある。このような施設は農作物の育成のために昼夜にわたり温度を一定に保つ必要がある。そのため、重油を燃焼させるボイラー装置や、電気冷凍機を搭載した冷水製造装置が使用されていた。

しかし、近年のエネルギー環境問題から、電気や化石燃料の使用を避けるために、温水を製造するために太陽熱温水器を使用し、冷水を製造するためにスカイラジエータを使用する提案がなされている。太陽熱温水器は太陽光により加温する構造で、スカイラジエータは大気放射放熱により冷却する構造である。このような自然現象を利用した方法により、温水と冷水を製造してタンクに溜め、それを必要に応じてビニールハウス等に循環して温度調整を行うシステムである（例えば、特許文献１参照）

特許第３３３６３８５号公報

しかしながら、このような従来の技術にあっては、太陽熱温水器とスカイラジエータを別々に設置するため広いスペースを必要とし、スペースを確保できない場所では設置できない。また、太陽熱温水器は固定設置型で太陽に向けて角度調整できないため吸熱効率の向上を図ることができなかった。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、太陽熱温水器とスカイラジエータの両者を狭いスペースに設置可能で、太陽熱温水器の角度変更が可能な冷温水製造装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、昼間に太陽光で温水を製造可能な太陽熱温水器と、夜間に大気放射冷却により冷水を製造可能なスカイラジエータと、太陽熱温水器及びスカイラジエータを互いに表面を外側に向けた所定角度で一体化する連結部材と、該連結部材の一部を回動自在に軸支して太陽熱温水器及びスカイラジエータをシーソー状態で支持する架台と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、太陽熱温水器及びスカイラジエータを略９０度の角度で一体化したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、太陽熱温水器とスカイラジエータを一体化し、それを架台に対して回動自在にシーソー状態で支持したため、一方を使用中は他方を折り畳んだ状態にすることができ、狭いスペースでも設置可能である。また、太陽熱温水器の角度を太陽に応じて変更することができるため、太陽熱温水器の吸熱効率の向上を図ることもできる。

請求項２記載の発明によれば、太陽熱温水器とスカイラジエータとが略９０度の角度をなしているため、一方を真上に向けて水平にした状態で、他方を略垂直状態に折り畳んで収納することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷温水製造装置を示す概略説明図。 太陽熱温水器の使用状態を示す概略図。 スカイラジエータの使用状態を示す概略図。 太陽熱温水器の内部構造を示す拡大断面図。 スカイラジエータの内部構造を示す拡大断面図。 本発明の第２実施形態に係る冷温水製造装置を示す概略説明図。

第１実施形態
図１〜図５は、本発明の第１実施形態を示す図である。以下において温度の単位はセ氏である。

この実施形態に係る冷温水製造装置１は中央に架台２を備えている。架台２は長手方向に約１０ｍ延びた構造で、両端に立設された台形状の支柱３と、その間に架設した支持バー４とから構成されている。支持バー４には複数箇所に連結バー（連結部材）５の中心部が回動自在に支持されている。支持バー４と連結バー５の間には図示せぬ駆動部が設けられていて、任意の回転位置に動かすことができる。

連結バー５の両端に太陽熱温水器６とスカイラジエータ７が固定され、該連結バー５を介して両者が一体化された状態になっている。連結バー５が支持バー４に対して回動自在であるため、太陽熱温水器６とスカイラジエータ７とは支持バー４を中心にしてシーソー状態で一体的に回動する。

太陽熱温水器６とスカイラジエータ７は両方とも幅が２ｍで長さが約１０ｍの長尺箱形状をしている。両方とも表面を外側に向けた状態で、互いに角度（太陽温水器６の集熱面の法線方向とスカイラジエータ７の輻射面の法線方向とが成す角度）が約９０度（９０度よりも若干鋭角な状態）で連結バー５の先端にそれぞれ固定されている。

太陽熱温水器６の表面（集熱面）は透明ガラス８により形成されていて、内部には４本の熱吸収管９とリフレクタ１０が設けられている。熱吸収管９はインナーパイプ１１とアウターパイプ１２から成る二重管構造である。アウターパイプ１２は透明ガラスパイプで、インナーパイプ１１は黒色塗装の金属パイプである。アウターパイプ１２は両端がインナーパイプ１１に対して封止され、アウターパイプ１２とインナーパイプ１１の間は真空になっている。

リフレクタ１０は断面が放物面で、その焦点にインナーパイプ１１が設置され、太陽光Ｌをインナーパイプ１１に集光させることができる。

インナーパイプ１１は両端が直列に連結され、内部に水Ｗ１が流される。この水Ｗ１は太陽熱温水器６で吸収された熱を取り出すための熱媒体として利用され、フレキシブルパイプ１３にて温水タンク１４の熱交換部１５に循環される。温水タンク１４内には水が保持されていて、その水が熱交換により温水Ｈになる。

スカイラジエータ７は、基本的には外側がアルミフレーム１７製の発泡ウレタン（断熱材）１８で形成され、表面側から凹部１９が形成されている。凹部１９の表面は二重ガラス２０で覆われている。二重ガラス２０の中間は真空になっている。凹部１９の底部は高放射率の黒色塗装が施された金属パネル２１が設けられている。そして、その金属パネル２１に接触した状態で４本の銅パイプ２２が設けられている。周囲が発泡ウレタン１８や二重ガラス２０等の断熱構造で囲まれているため、内部の金属パネル２１や銅パイプ２２が周囲温度からの伝熱により加温されるおそれはない。なお、凹部１９が実質的な輻射面であり図５では輻射面は上向きである。

銅パイプ２２は両端が直列に連結され、内部に水Ｗ２が流される。この水Ｗ２の温度が銅パイプ２２から金属パネル２１に伝達し、金属パネル２１から輻射熱Ｒとして大気放射される。スカイラジエータ７は宇宙空間に向けて真っ直ぐに上向きにした状態で、且つ晴天時で湿度が低いほど良好な性能が得られる。大気放射による冷却能力は条件にもよるが１平方メートル当たり１００Ｗ程度と言われている。

銅パイプ２２内で冷却された水Ｗ２はフレキシブルパイプ２３にて冷水タンク２４の熱交換部２５に循環される。冷水タンク２４内には水が保持されていて、その水が熱交換により冷水Ｃになる。

温水タンク１４及び冷水タンク２４は、それぞれ循環パイプ２６、２７を介して、温度調整対象であるビニールハウス２８に循環される。ビニールハウス２８が最適温度よりも低い場合には温水タンク１４から温水Ｈが循環され、最適温度よりも高い場合には冷水Ｃが循環される。

温水タンク１４及び冷水タンク２４の容量は、ビニールハウス２８内の温度を２４時間以上調整可能なように設定されている。また、温水タンク１４及び冷水タンク２４の容量に応じて、温水タンク１４及び冷水タンク２４に接続される冷温水製造装置１の数が設定される。

次に作用を説明する。

太陽熱温水器６で水Ｗ１を加温する場合は、昼間において、太陽熱温水器６を上向きになるように回動させる。太陽熱温水器６を上向きにすると、スカイラジエータ７は反対に下側に回動して、略垂直状態（輻射面が略水平方向を指向）で架台２側へ収納された状態となる。上向きとなった太陽熱温水器６の表面には太陽Ｓからの太陽光Ｌが当たり、熱吸収管９内の水Ｗ１が９０度まで加温されて温水タンク１４に循環する。温水タンク１４内の水は９０度に加温された水Ｗ１との熱交換により、約７０度の温水Ｈとなる。

太陽熱温水器６は太陽Ｓの高さ位置に応じて図２中矢Ｍ方向に回動させ、太陽熱温水器６の表面を太陽Ｓに対して真っ直ぐに向けるように制御しても良い。そうするとことにより、太陽熱温水器６による吸熱効率が向上し、温水Ｈをより効率的に製造することができる。

スカイラジエータ７で水Ｗ２を冷却する場合は、夜間において、スカイラジエータ７の表面（輻射面）を上向きになるように回動させる。スカイラジエータ７を上向きにすると、今度は太陽熱温水器６が略垂直状態（集熱面が略水平方向を指向）で架台２側へ収納された状態となる。夜間にスカイラジエータ７を上向きにすると、スカイラジエータ７の銅パイプ２２内の水Ｗ２の熱が金属パネル２１による放射により輻射熱Ｒとして奪われて冷却される。スカイラジエータ７内の水Ｗ２は温度が７度程度の冷水となり冷水タンク２４に循環する。冷水タンク２４内は７度程度の水Ｗ２との熱交換により、約１０度の冷水Ｃとなる。

このように昼に温水Ｈを製造して温水タンク１４に溜め、夜に冷水Ｃを製造して冷水タンク２４に溜めて、必要な方をビニールハウス２８に循環することにより、ビニールハウス２８内を最適温度に調整することができる。

この実施形態によれば、太陽熱温水器６とスカイラジエータ７を一体化し、それを架台２に対して回動自在にシーソー状態で支持したため、一方を使用中は他方を折り畳んだ状態にすることができ、狭いスペースでも設置可能である。

第２実施形態
図６は本発明の第２実施形態を示す図である。本実施形態は、前記第１実施形態と同様の構成要素を備えている。よって、それら同様の構成要素については共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

この実施形態では、太陽熱温水器６の熱吸収管９内に熱媒体としてオイルＥが循環される。オイルＥはバルブ３６を有するフレキシブルパイプ２９にて外部に取り出される。フレキシブルパイプ２９には２つの補助温水タンク３０、３１が途中に設けられている。一方の補助温水タンク３０には熱交換部１５を有するフレキシブルパイプ３２が循環している。フレキシブルパイプ３２の途中にはバルブ３３が設けられ、水Ｗ１の循環を制御している。他方の補助温水タンク３１にもバルブ３４を有するフレキシブルパイプ３５が設けられている。

夏期など太陽光Ｌのエネルギーが大きい場合には、フレキシブルパイプ２９を介してオイルＥを循環する。オイルＥは約３００度程度まで温度上昇しても状態変化を生じない。補助温水タンク３０内の水Ｗ１はバルブ３６によりオイルＥの流れが制御されるため、約９０度の温度が保たれるようになっている。温水タンク１４内の温度はフレキシブルパイプ３２内における水Ｗ１の流れをバルブ３３で制御することにより約７０度に保たれて、必要な時にビニールハウス２８へ循環されるようになっている。

別の補助温水タンク３１では、バルブ３４で制御しながらフレキシブルパイプ３５内に水Ｗ３を循環することによりスチームＨＳを得ることができる。このスチームＨＳを利用して別の場所を加熱することができる。

１ 冷温水製造装置
２ 架台
５ 連結バー（連結部材）
６ 太陽熱温水器
７ スカイラジエータ
Ｌ 太陽光
Ｓ 太陽
Ｒ 輻射熱
Ｗ１ 太陽熱温水器内の水
Ｗ２ スカイラジエータ内の水
Ｈ 温水
Ｃ 冷水

Claims (2)

1. 昼間に太陽光を集熱面から取り入れて温水が製造可能な太陽熱温水器と、
   夜間に輻射面からの大気放射冷却により冷水を製造可能なスカイラジエータと、
   太陽熱温水器の集熱面及びスカイラジエータの輻射面を互いに外側に向けた所定角度で一体化する連結部材と、
   該連結部材の一部を回動自在に軸支して太陽熱温水器及びスカイラジエータをシーソー状態で支持する架台であって、昼間に前記太陽熱温水器が上向きとなり夜間に前記スカイラジエータが上向きとなるように方向づけるものと、
   を備えることを特徴とする冷温水製造装置。
2. 太陽熱温水器の集熱面及びスカイラジエータの輻射面を略９０度の角度で一体化したことを特徴とする請求項１記載の冷温水製造装置。
   
   

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