KR101222451B1

KR101222451B1 - 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치

Info

Publication number: KR101222451B1
Application number: KR1020117016827A
Authority: KR
Inventors: 세이시 히가시
Original assignee: 아즈마 솔라 가부시키카이샤
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2013-01-15
Also published as: MY162084A; CN102326033A; AU2011211830B2; KR20120089562A; CN102326033B; WO2011096376A1; DE112011100000T5; HK1166364A1; DE112011100000B4; AU2011211830A1

Abstract

태양열을 이용하여 온수와, 온수 생성 과정에서 음용수 취득을 가능하게 하고, 급탕 및 음용수를 동시에 취득할 수 있는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치를 제공한다.
태양열 집열 패널과, 태양열 집열 패널보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고 태양열 집열 패널에 연통 접속되어 동 태양열 집열 패널로 가열되는 온수를 수용하여 증발시키는 공간을 갖는 증발조와, 증발조보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고 수용하는 물이 증발조의 증발 온수와 열교환되어 온수화되는 온수 저류조와, 증발조에 설치되고 온수 저류조의 물과의 열교환에 의한 증발 온수의 응축액을 증류수로서 직접 취출하는 취출구를 구비한다. 제 1, 제 2 순환계의 중간에서 열교환부를 설치하여 열교환부에서 응축수를 직접 증류수로서 취출한다.

Description

음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치{Solar water heating device for simultaneously collecting drinking water/hot water}

본 발명은 태양열 온수 장치에 관한 것이며, 특히, 태양열 에너지에 의해 급탕용 온수를 취출하는 동시에, 음용수를 취출하여 이용할 수 있는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들면, 주택의 지붕 위에 기기를 설치하고, 태양열에 의해 집열부 내의 물을 데우고, 저탕부 내의 물과의 온도차에 의한 열사이펀 작용을 이용하여 저탕부 내에 온수를 축적하고, 배관에 의해 목욕탕 등에 급탕하는 태양열 이용 급탕 시스템이 알려져 있다. 한편, 최근 CO₂에 의한 지구 온난화, 프레온에 의한 오존층 파괴, 대기 오염, 산성비, 지하수 오염, 바다, 하천, 호수와 늪 오염·오탁, 삼림 파괴, 사막화, 생물종 격감, 폐기물 처리, 토양 오탁, 환경 호르몬을 포함하는 환경 문제가 심각해져 세계 규모로 대응해야 할 긴요한 과제가 되고 있다. 이러한 환경 문제의 핵심적인 원인의 하나는 CO₂ 배출에 의한 지구 온난화 문제이며, 이 점에서, 최근 태양 전지를 사용하여 태양광으로부터 직접 전력을 취출하여 이용하는 태양광 발전이 주목받고 있으며, 각 가정에 의한 매전(賣電) 시스템의 정비와 함께 채용이 권장되고 있다. 그런데, 이러한 태양광 발전은 1㎥당 에너지 밀도가 낮으며(약 1kw 정도), 에너지 변환 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 특히, 물을 가열하여 온수를 얻고자 할 때의 효율은 대폭 저하된다. 이 점에서, 태양열 이용 급탕 시스템은 물 등 액체 가열의 관점에서는 태양열 에너지를 이용하여 물을 직접 온수로 변환시키기 때문에, 변환 효율이 높고, 저비용, 규모 선택의 자유도가 높은 데다가, CO₂ 배출이 없는 점에서, 앞으로는 오히려 적극적으로 이용되어야 할 방법이라고 할 수 있다.

종래, 태양열 이용 급탕 시스템으로서, 출원인이 제안한 특허 문헌 1의 장치가 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 제(평)6-159815호

상기의 특허 문헌 1의 시스템은 헤더 탱크와 축열 탱크, 집열부와 헤더 탱크에 의해 제 1, 제 2 대류 순환 회로를 형성하고, 집열부는 제 1, 제 2 중 어느 하나의 대류 순환 회로로 전환하는 전환 접속부에 접속시킨 것으로, 급수 시간을 단축시켜 상시 일정한 온수를 공급할 수 있게 한 것이다. 이 특허 문헌 1의 시스템에서는 축열 탱크의 온수가 감소되어도 헤더 탱크에 의한 높은 온도의 온수를 축열 탱크측에 공급하여 급수 시간 절약, 단시간의 급탕 실현을 달성하는 점에서 우수하다. 한편, 태양열 이용 급탕 시스템에 새롭게 기능을 부가한 다기능 제품의 출현이 요망되고 있다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 하나의 목적은 태양열을 이용하여 온수를 생성하여 다양한 목적으로 사용하는 온수를 얻는 동시에, 온수 생성 과정에서 음용수 취득을 가능하게 하여, 급탕 및 음용수를 동시에 취득할 수 있도록 한 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 태양열 집열 패널(2)과, 태양열 집열 패널(2)보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고 태양열 집열 패널에 연통 접속되어 동 태양열 집열 패널로 가열되는 온수를 수용하여 증발시키는 공간을 갖는 증발조(3)와, 증발조(3)보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되어, 수용하는 물이 증발조의 증발 온수와 열교환되어 온수화되고 상기 온수를 외부로 회수시키는 온수 저류조(4)와, 증발조(3)에 설치되고 온수 저류조(4)의 물과의 열교환에 의한 증발 온수의 응축액을 증류수(Q)로서 직접 취출하여 외부로 음용수로서 회수시키는 취출구(5)를 구비한 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치(1)로 구성된다. 태양열 집열 패널(2), 증발조(3) 및 온수 저류조(4)는 각각 순차적으로 높은 위치에 설치되어 있고, 온수가 유로를 경유하여 자연 대류 순환한다. 물의 통류(通流)를 위한 펌프 등의 구동 장치는 필요에 따라 사용해도 좋지만, 기본적으로는 자연 대류로 통류시킬 수 있다. 본 발명의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치는 태양열 집열 패널(2), 증발조(3) 및 온수 저류조(4)가 일체화되어 장착되지만, 이 장치 1세트를 병설하여 2연식, 3연식…으로 하고, 급탕이나 증류수의 취출 부분으로 연결하여 필요한 용량의 급탕을 행하도록 할 수도 있다. 또한, 본 장치는 일반 주거 건물 기타 건물 지붕 위의 설치 뿐만 아니라, 별도로 설치한 경사 가대 위에 경사지게 위치시켜 사용할 수도 있다.

그 때, 증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)과 함께 태양열 집열 패널(2)로 가열되는 온수의 순환계를 형성하는 증발실(20)과, 증발실(20) 내에 설치되고, 그 가열되는 온수를 실내 공간(20a)에 직접 접촉시킨 상태로 지지하는 온수 지지 수단(21)을 포함하면 좋다. 태양열 집열 패널로부터의 온수가 증발되어 응축액을 증류수로서 회수할 때 서로 섞이지 않는 온수의 지지 형태이면, 구체적인 온수 지지 구성은 한정되지 않는다. 온수 지지 수단에 의한 온수 지지는 태양열 집열 패널로부터의 온수가 자유롭게 통류할 수 있는 상태에서 이루어진다.

또한, 증발조(3)는 온수 저류조(4)에 연통되어 온수 저류조 내의 액체가 순환하는 동시에 증발실(20)과 구획되어 인접 배치되고 태양열 집열 패널(2)에 의한 온수와 온수 저류조(4) 내의 액체를 열교환시키는 증발 응축벽(34)을 갖는 순환 연통실부(28)를 일체로 구비하면 좋다. 증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)과 온수 저류조(4) 사이에서 각각 상이한 순환계를 형성하고, 또한 이들 계의 일부로서 동시에 기능한다. 즉, 증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)과 온수 저류조(4)의 중간에 배치되고 제 1 순환계에서 생성된 온수의 기상(氣相)에서 액상으로의 상 변화에 의해 제 2 순환계의 물에 열공급하는 동시에, 상 변화시에 응축 액화된 증류수를 취득시킨다. 온수의 증기와 온수 저류조측의 물과의 열교환 작용이 일어나기 쉽게 하여 열교환 효율을 양호하게 하고, 또한 제작의 용이성, 강도 확보의 점에서, 온수 저류조의 일부를 순환 연통실부로서 증발조에 일체화하여 구성시키고 있다. 그러나, 증발조 전체를 온수 저류조 내에 수용시킨 상태로 배치시키도록 해도 좋다.

또한, 증발 응축벽(34)은 단면 원호상 또는 단면 원주상의 벽으로 구성하면 좋다.

또한, 증발조(3)는 내외 이중통에 의해 증발실(20)과 순환 연통실부(28)를 일체 형성한 이중통 구조체로 구성하면 좋다.

또한, 온수 지지 수단(21)은 태양열 집열 패널(2) 내의 온수의 출구(12)와 입구(10)에 연통 접속되는 상태로 증발실(20) 내에 설치되고, 온수를 수용하는 상면을 개구(25)한 용기체(26)로 구성하면 좋다.

또한, 태양열 집열 패널(2)과 증발조(3)에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 1 순환계(M)와, 증발조(3)와 온수 저류조(4)에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 2 순환계(N)를 구비하면 좋고, 증발조(3)의 양측에 태양열 집열 패널(2)과 온수 저류조(4)를 배치하여 컴팩트화시킨다.

또한, 증발조(3)의 온수 지지 수단(21)의 액면 높이를 일정하게 유지하는 정수위 물공급 기구(60)를 설치해도 좋다.

본 발명에 따르는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치에 의하면, 태양열 집열 패널과, 태양열 집열 패널보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고 태양열 집열 패널에 연통 접속되어 동 태양열 집열 패널로 가열되는 온수를 수용하여 증발시키는 공간을 갖는 증발조와, 증발조보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되어 수용하는 물이 증발조의 증발 온수와 열교환되어 온수화되는 온수 저류조와, 증발조에 설치되어 온수 저류조의 물과의 열교환에 의한 증발 온수의 응축액을 증류수로서 직접 취출하는 취출구를 구비한 구성이기 때문에, 일반 주거 건물 기타 건물 지붕 등에 설치하여 콤팩트한 구조로, 구동 장치를 필요로 하지 않고 유지보수에 손이 많이 가지 않고, 저렴한 제조 비용, 보수 관리 비용으로 태양열을 이용하여 온수와 함께 상질의 음용수를 취득하는 것이 가능하다. 또한, 태양열로부터 직접 급탕용 온수를 높은 에너지 변환 효율로 생성하고, CO₂을 전혀 배출하지 않는 동시에 상질의 음용수가 회수 가능하여, 지구 온난화 방지 등의 환경 대응의 장치로서 우리 나라 뿐만 아니라, 외국에서의 유효 이용도 기대할 수 있다.

또한, 증발조는 태양열 집열 패널과 함께 태양열 집열 패널로 가열되는 온수의 순환계를 형성하는 증발실과, 증발실 내에 설치되고, 그 가열되는 온수를 실내 공간에 직접 접촉시킨 상태로 지지하는 온수 지지 수단을 포함하는 구성이기 때문에, 태양열 집열 패널로부터의 온수가 증발되어 응축액을 증류수로서 회수할 때 서로 섞이지 않도록 하여 온수 저류조측의 물과의 열교환시에 효율적으로 증류수 회수를 행하는 것이 가능하다.

또한, 증발조는 온수 저류조에 연통되어 온수 저류조 내의 액체가 순환하는 동시에 증발실과 구획되어 인접 배치되고 태양열 집열 패널에 의한 온수와 온수 저류조 내의 액체와 열교환시키는 증발 응축벽을 갖는 순환 연통실부를 일체로 구비한 구성이기 때문에, 태양열 집열 패널에 의한 온수의 증기와 온수 저류조측의 물과의 열교환 작용을 효율적으로 하게 하고, 온수 저류조의 물과의 열교환 작용을 일으키는 온수 저류조와 증발조의 연결 구조를 제조 용이한 구성으로 하고, 또한 온수 저류조의 일부를 순환 연통실부로서 증발조에 일체화하고 있기 때문에 증발조의 구조 강도를 확보할 수 있다.

또한, 증발 응축벽은 원호 또는 원주벽으로 이루어지는 구성으로 함으로써, 온수의 증기가 얼룩없이 증발 응축벽에 부착되어 응축 증류수를 효율적으로 생성하는 동시에, 원주벽으로 함으로써, 내외통의 이중통 구성을 구체적으로 실현할 수 있고, 열교환 작용을 효율적으로 하게 하고, 온수 저류조와 증발조의 연결 구조를 제조 용이한 구성으로 하고, 또한, 증발조의 구조 강도를 확보할 수 있다.

또한, 증발조는 내외 이중통에 의해 증발실과 순환 연통실부를 일체 형성한 이중통 구조체로 이루어지는 구성이기 때문에, 열교환 작용을 효율적으로 하게 하고, 온수 저류조와 증발조의 연결 구조를 제조 용이한 구성으로 하고, 또한, 증발조의 구조 강도를 확보할 수 있다.

또한, 온수 지지 수단은 태양열 집열 패널 내의 온수의 출구와 입구에 연통 접속되는 상태로 증발실 내에 설치되고, 온수를 수용하는 상면을 개구한 용기체로 이루어지는 구성이기 때문에, 태양열 집열 패널로부터의 온수가 증발되어 응축액을 증류수로서 회수할 때 서로 섞이지 않는 구조로 하고, 또한, 온수 저류조측의 물과의 열교환시에 효율적으로 증류수 회수를 행하는 구성을 구체적으로 실현하는 것이 가능하다.

또한, 태양열 집열 패널과 증발조에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 1 순환계와, 증발조와 온수 저류조에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 2 순환계를 구비한 구성이기 때문에, 증발조의 양측에 태양열 집열 패널과 온수 저류조를 배치하여 콤팩트한 구조로 경량화에 이바지한다.

또한, 증발조의 온수 지지 수단의 액면 높이를 일정하게 유지하는 정수위 물공급 기구가 설치되어 있는 구성이기 때문에, 증류수 확보를 안정적으로 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따르는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치의 요부 확대 세로 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치를 정면측에서 볼 때 온수 저류조, 증발조를 각각 연직면 방향으로 종단한 단열재를 생략한 일부 종단면 정면 설명도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따르는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치의 요부 확대 개략 세로 단면도이다.
도 4는 도 1의 장치의 물 또는 온수의 공급, 순환 계통 설명도이다.
도 5는 도 1의 장치를 주거 건물 지붕면에 탑재하여 온수나 증류수의 사용 형태를 도시한 설명도이다.
도 6은 실시예에 걸리는 시각과 장치 주요 부위별 온도 실측값을 도시하는 표이다.
도 7은 도 6의 실측값을 그래프로 도시한 도면이다.
도 8a는 도 6 실시예의 온도 검출 부위를 도시한 장치 개략 구성도이다.
도 8b는 도 6 실시예의 온도 검출 부위를 도시한 다른 장치 개략 구성도이다.

다음에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 형태에 따르는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치를 도시하고 있다. 본 발명의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치는 각 주요 구성 요소간에 고저차를 형성하여 자연 대류에 의해 온수를 생성하고, 동시에 증류수를 회수하는 것이며, 예를 들면 건물 지붕 위나 임의 가대로의 경사 배치 등에 의해 설치된다.

도 4에 있어서, 본 실시 형태의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치(1)는 예를 들면 일반 주택의 지붕 위에 임의의 고정 방법에 의해 경사지게 장착된다. 도 1 및 도 2에 있어서, 실시 형태의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치(1)(이하, 「동시 회수 온수 장치」라고 한다.)는 태양열 집열 패널(2)과, 태양열 집열 패널(2)에 연통 접속되고, 또한 태양열 집열 패널(2)의 고위 근접 위치에 배치된 증발조(3)와, 증발조 내의 온수와 열교환되어 온수화하는 액체(물)를 저류하는 온수 저류조(4)와, 증발조에 설치된 증류 취출구(5)를 구비하고 있다. 이러한 구성 요소는 스테인리스판 또는 강판을 사용하여 성형되어 있지만, 적용에 관해서 강도, 내구성, 인체에 대한 영향 등의 문제를 일으키지 않으면, 임의의 재료를 사용할 수 있다.

태양열 집열 패널(2)은 지붕 기울기로 지붕면(Rf)에 설치되고, 또한, 증발조(3), 온수 저류조(4)가 장착되어 일체화된 상태로 지붕면 위에 경사지게 설치되어 있다.

도 1 및 도 2에 있어서, 태양열 집열 패널(2)은 외부에서 공급한 물 등의 액체를 태양열로 가열하여 증발조(3)에 자연 대류에 의해 송급하는 액체의 가열 수단이며, 본 실시 형태에서는 도수로(導水路)(6)로서의 도(온)수 오목부를 내측에 연속 형성한 스테인리스 강판 또는 폴리에틸렌 등을 소재로 하는 2장의 집열판을 포개어 일체적으로 접합시켜 패널로 하고 있다. 태양열을 효율적으로 집열하여 대향하는 도수 오목부에 의해 형성되는 패널면 전체에 분포 부설된 도수로(6)가 급수된 물이 통류하는 동안에 가열된다. 태양열 집열 패널(2)에는 후술하는 증발조(3)와 연통 접속하는 입구 포트(10)와, 출구 포트(12)가 그 윗 가장자리의 격리된 위치에 장착되어 있고, 배관(14, 16)을 개재하여 태양열 집열 패널 내의 물 또는 온수가 증발조(3) 내부를 경유하여 대류 순환한다. 태양열 집열 패널(2)로부터 증발조(3)를 향하여 온수를 통류시키는 입구가 입구 포트(10)가 되고, 증발조(3)로부터 태양열 집열 패널(2)을 향하여 온수를 환류시키는 출구가 출구 포트(12)가 된다.

증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)과 함께, 제 1 순환계(M)를 형성하고, 태양열 집열 패널(2)에 의해 가열된 온수를 받아 증발실(20)의 증발 공간(20a)에서 증발시킬 때 온수 저류조(4)측의 액체와 열교환하여 응축시키는 동시에, 그 응축액을 증류수로서 회수시키는 상 변화 수단이며, 실시 형태에 있어서, 증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)로 가열되는 온수의 순환계(M)를 형성하는 증발실(20)과, 증발실(20) 내에 설치되고, 그 가열되는 온수를 실내 공간(20a)에 직접 접촉시킨 상태로 지지하는 온수 지지 수단(21)을 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 증발조(3)는 태양열 집열 패널(2)보다 높은 위치에서 태양열 집열 패널(2)에 접속하여 그 경사 연장 상으로 지붕면(Rf)에 배치된 원통 드럼에 의해 형성되어 있다. 또한, 증발조(3)는 내통(22)과 외통(24)을 포함하는 이중통 구조체에 의해 형성되어 있다. 내통(22)과 외통(24)은 동심 위치에 배치되고, 양 통 사이는 소정의 간극으로 격리 배치되어 공극을 형성하고 있다.

도 1에 있어서, 증발조(3)의 내통(22) 내에는 상면을 개구(25)한 용기체(26)가 예를 들면 용기체의 본체 벽으로부터 돌출 설치된 프레임과 같이 임의의 지지 수단으로 증발조(3)의 저부(底部)에 착저(着底)하지 않도록 증발조(3)의 저부로부터 격리된 높이 위치의 중공 중간 위치에서 가설 지지되어 있다. 용기체(26)는 태양열 집열 패널(2)로부터의 가열 온수를 증발실 내 공간(20a)의 공기에 직접 접촉시킨 상태로 지지하는 온수 지지 수단(21)이며, 태양열 집열 패널(2)의 폐쇄 공간으로부터 증발실 내로 개방된다. 바꿔 말하면, 용기체(26)는 저부 및 주측(周側)부를 갖는 온수 수용 수단이며, 태양열 집열 패널의 입구 포트(10)로부터 배관(14)을 개재하여 유입되는 온수를 순환 통류하는 상태로 유지한다. 용기체(26)의 상면은 그의 일부를 개구한 것이라도 전부를 개구한 것이라도 좋다. 용기체(26)의 재질은 실시 형태에서는 스테인리스제이지만 인체에 대한 독성을 갖지 않는 금속, 합성 수지 기타 재료를 사용하면 좋다. 또한, 실시 형태에서는 반할(半割) 원통형으로 형성되어 있지만, 특별히 입체 형상에 관해서 한정하는 것이 아니다. 도 2에 있어서, 반할 원통형 용기체의 좌단(左端)측과 태양열 집열 패널(2)의 좌단측이 배관(14)을 개재하여 연통 접속되는 동시에, 반할 원통형 용기체의 우단(右端)측과 태양열 집열 패널(2)의 우단측이 배관(16)을 개재하여 연통 접속되어 있다. 입구 포트(10)측의 배관(14)은 출구 포트(12) 배관(16)의 용기체(26)로의 접속 위치보다도 높은 위치에 설정되어 있어 온수는 용기체(26)를 입구 포트 접속측으로부터 출구 포트 접속측으로 자연 대류에 의해 통류하도록 되어 있다. 용기체(26) 내의 온수의 온도는 예를 들면 80℃ 정도로 상승되어 있고, 증발된 증기(p)가 개구(25)로부터 증발실(20) 내로 방산된다.

증발조(3)는 원리적으로는 도 3(제 2 실시 형태)과 같이 증발조(3)의 외측 부분에 충분한 저류 공간(S)을 형성할 수 있도록 증발조 전체를 수용할 수 있을 정도 크기의 온수 저류조(41)를 구성하고 그것에 내장시키도록 배치시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는 도 1에 도시하는 바와 같이, 증발조(3)는 내통(22)과 외통(24)을 포함하는 이중 원통 구조체로서 일체 장착으로 구성하고, 내외통 간의 간극에 온수 저류조(4)와 연통하는 순환 연통실부(28)를 형성하고 있다. 이 순환 연통실부(28)의 순환 연통실(28a)은 배관(30, 32)에 의해 온수 저류조(41) 내에 연통하고 있다. 배관(30)은 온수 저류조(4)와 순환 연통실부(28)의 낮은 위치 부분끼리 접속하여 연통시키는 동시에, 배관(32)은 높은 위치 부분끼리 접속시켜 양자를 연통시키고 있다. 순환 연통실부(28)는 증발조(3)의 증발실(20)과 내통(22)의 증발 응축벽(34)에 의해 구획되는 한편, 온수 저류조(4)와 연통하여 온수 저류조(4) 내의 물이 이 순환 연통실부(28) 사이에서 대류 순환한다. 증발 응축벽(34)의 내벽[내통(22)의 내벽]은 증발실(20)의 외곽벽이기도 하고, 순환 연통실부(28)의 저온수와 증발실 내의 증기(p)로 열교환하여 온수화된 물이 대류 순환에 의해 온수 저류조(4) 내로 통류하여 온수 저류조(4) 내의 물 전체를 온수화시킨다.

증발 응축벽(34)은 원호 또는 원주벽으로 형성되어 있고, 증기(p)가 균일하게 벽면과 접촉하기 쉽게 하여 열교환 효율을 향상시키는 동시에, 원통체 구조나 원호를 포함하는 구조로서 강도를 갖는 구조체로서 구성할 수 있다.

도 3과 같이, 온수 저류조(41) 내에 증발조(3)를 수용하는 타입에 대해 도 1의 실시 형태에서는 증발조(3)를 온수 저류조(4)와 별체로서 제작, 장착이 간단한 동시에, 순환 연통실부(28)에 온수 저류조(4)와의 연통 루트와 별도로, 직접 외부로부터 급수하는 기구를 설치하여 급수시킴으로써, 증발실(20) 내의 증기와의 온도차를 항상 크게 확보하여 소요의 응축 증류수를 얻도록 할 수 있는 등, 부가적인 기구의 접속 자유도를 높게 할 수 있다.

한편, 내통(22)의 저벽(底壁) 근방에 증류수의 취출구(5)가 개구되어 있고, 상기 취출구(5)에 배관(38)이 접속되어 개폐 밸브(40)를 개재하여 증류수(Q)를 외부로 취출할 수 있도록 되어 있다. 실시 형태에서는 미네랄질을 용출시키는 광물 분체 등을 내장한 캇트리지로 형성된 미네랄수 생성기(39)를 배관(38) 도중에 개설시켜 음용수로서 사용하고 있다. 또한, 도면부호 42는 외통의 외면에 피착하는 단열체이며, 실시 형태에서는 외통(24)의 외면에 피착시킨 발포성 수지 등의 단열재로 구성되어 있다.

온수 저류조(4)는 증발조(3)와 함께 제 2 순환계(N)를 형성하고, 증발실(20) 내의 증기와 열교환되어 온수화된 물을 저류하는 온수 저류 수단이며, 실시 형태에 있어서, 온수 저류조(4)는 증발조(3)보다 높은 위치에서 증발조(3)에 배관(44)을 개재하여 접속하고 그 경사 연장상으로 지붕면(Rf)에 배치된 원통 드럼에 의해 형성되어 있다. 온수 저류조(4)는 증발조(3)가 예를 들면 30리터 정도의 용적에 대해 80리터 정도의 용적 용량의 저류실(50)을 구비하고 있고, 태양의 일사 및 기온 상승과 함께 승온된 온수(Lw)를 온수 취출 배관(52)을 개재하여 취출할 수 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 온수 저류조(4)에는 볼 탭 기구(54) 등을 구비하는 물(Lc)의 정량 공급 장치(56)가 접속되고, 정격 용량의 예를 들면 80리터의 물을 공급하면 자동적으로 공급을 정지한다. 또한, 도면부호 58은 온수 저류조(4)의 조 본체 외주에 피착된 발포성 수지 등으로 구성된 단열체이다.

도 2 및 도 5에 있어서, 증발조의 온수 지지 수단(21)으로서의 용기체(26) 내의 액면 높이를 일정하게 유지하는 정수위 물공급 기구(60)가 설치되어 있다. 실시 형태에서는 정수위 물공급 기구(60)는 물 유지 탱크(62)와, 물 유지 탱크에 연통 된 타단측을 태양열 집열 패널의 하단측에 연통 접속한 배관(64)과, 물 유지 탱크에 설치된 개폐 밸브 기구(66)를 구비하고 있다. 물 유지 탱크(62)는 용기체(26)의 개략 개구(25) 윗 가장자리 높이 위치로 내부의 수위가 설정되는 높이 위치(h)로 설정되어 있고, 물 유지 탱크(62) 내의 물이 배관(64), 태양열 집열 패널(2), 배관(14)을 경유하여 용기체(26) 내에 배치되고, 그 때의 액면 높이가 되면, 개폐 밸브 기구의 볼 탭이 밸브를 닫아 용기체(26) 내의 수위를 일정하게 유지시킨다.

다음에, 본 실시 형태의 동시 회수 온수 장치(1)의 작용에 관해서 도 4, 도 5도 참조하여 설명하면, 온수 저류조(4)에 정량 공급 장치(56)에 의해 예를 들면 상수도 꼭지로부터의 물을 정격량의 예를 들면 80리터까지 공급한다. 한편, 정수위 물공급 기구(60)에 의해, 물 유지 탱크(62), 배관(64)을 개재하여 태양열 집열 패널의 도수로(6)를 채우고, 또한 용기체(26)의 개구(25) 윗 가장자리 부분 부근의 수위까지 물을 충전한다. 물의 공급이나 충전을 위한 펌프 등의 구동 장치는 사용되고 있지 않다. 계절에 따라서도 다르지만 태양에 의한 기온, 및 수온이 가장 높아지는 시간대는 하루 중 정오부터 오후 3시 사이의 시간대에 집중된다. 일사를 받아 태양열 집열 패널(2) 내의 물은 가열되어 온수가 되고, 예를 들면 태양열 집열 패널(2)의 입구 포트(10) 부분에서는 11월이라도 최고 80℃ 정도로 상승한다. 또한 용기체(26)의 수면 부분에서도 75 내지 80℃ 정도가 유지되고, 수면으로부터 증발되어 증기로서 증발실 내로 방산된다. 태양열 집열 패널은 예를 들면 수평에서 35도 정도로 경사지고 또한 증발조(3)와 태양열 패널의 고저차에 의해 태양열 집열 패널(2)과 증발조(3)에 의한 제 1 순환계(M)에서 내부의 물이 태양열을 받아 가열되고, 점차 온수화하여 계내를 대류 순환한다(도 4). 증발실(20) 내의 증기는 증발 응축벽(34)에 접촉하면 순환 연통실부(28)의 물과의 온도차에 의해 응축되어 결로(Dn)하여 증발 응축벽(34)에 부착된다. 그리고 증발 응축벽(34)을 유하(流下)하여 증발실 저부에 체류하고, 필요에 따른 마개 개방 조작에 의해 증류수(Q)가 회수된다. 통상적으로는 질량이 큰 물질 등을 포함하는 불순물은 제거된 증류수가 얻어지고, 필요에 따라 미각에 부응하기 위해서 도시하지 않은 미네랄질 분체 캡슐 등을 갖는 광천수 생성 장치 등을 개장(介裝)시켜 음용수로서 취득하면 좋다(도 5). 증발 응축벽(34)에서 증기와 열교환한 순환 연통실(28a) 내의 물은 가온되어 온수 저류조(4) 내로 유입된다. 온수 저류조(4)는 순환 연통실(28a)을 포함하는 증발조(3)보다도 높은 위치에 설치되어 있기 때문에, 순환 연통실(28a) 내에서 가온된 물은 이 제 2 순환계(N)를 대류 순환한다. 그리고, 가온되어 예를 들면 38℃정도로 승온한 온수, 즉 온수는 도 5에 도시하는 바와 같이, 부엌의 개수대(71), 목욕탕(72), 바닥 난방 장치(73) 등에 급탕된다. 온수 저류조(4) 내의 급탕 용수는 기본적으로는 쓰고 버리고, 새롭게 공급된다.

실시예

다음에, 상기 실시 형태의 구성을 사용한 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치의 실시예에 관해서 설명한다.

[실시예 1]

<온도 측정>

제 1 실시 형태의 장치 구성에 의해 도 8a, 도 8b의 (가) (용기체 상층 수위 부분), (나) (증발실 저부쪽 부분), (다) (집열 패널 출구 부분), (라) (집열 패널 입구 부분), (마) (저류조 저부)로 나타내는 부위 번호 개소에 검출 개소를 설정하고, 차트 리코더(요코가와덴키 가부시키가이샤 제조 DR230)로 11월의 하루에 오전 10:00 내지 오후 17:00의 시간대에서 각각의 개소의 온도를 측정하여 기록하였다.

<제품 사양>

실시예 측정에서 사용한 장치는 태양열 집열 패널 가로 1미터, 세로 2미터, 증발조 29.3리터(377mmφ×715mm), 용기체 0.6리터, 온수 저류조 81.2리터이다. 장치 전체는 35도 경사 상태로 설치하였다.

<그래프>

도 6에 시각별 실측값을 도시하고, 결과를 도 7에 그래프로 도시하였다. 도 6의 표의 최상위 행에 시각을 나타내고, 이들 이하의 행에 온도(℃)를 나타내었다. 도 7 그래프에 도시하는 바와 같이, 동계라도 태양열 집열 패널의 출입구 포트 (다), (라) 부분은 약 80℃이며, 급탕원으로서의 온수 저류조의 저부 (마) 부분에서는 13:00경에 30℃ 정도로 상승하여, 다양한 용도로 이용 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 13:00의 실측값은 검출 개소에서의 검출 소자의 고정 상태에 어려움이 있어 측정 오차를 보이고 있다. 또한, 증발조로부터는 5.5리터의 증류수가 얻어졌다. 음용에 제공하기 쉽게 하기 위해서 미네랄분을 증류수에 부가시키면, 음용하기 쉬운 음료를 얻을 수 있다. 특히, 도시권의 양질의 수도물을 얻기 어려운 지역, 그 밖의 물 환경이 좋지 못한 지역에 있어서는, 양질의 음용수를 안정적으로 얻을 수 있다.

본 발명의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치는 상기한 실시예의 구성에만 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재한 발명의 본질을 일탈하지 않는 범위에 있어서 행한 개변도 본 발명에 포함된다.

본 발명의 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치는 일반 가정에서의 일상의 급탕, 음용수 취득은 물론, 다양한 사업소, 공장 기타, 제품 제조, 농업, 의료 분야 등에서도 널리 채용할 수 있다.

1 : 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치
2 : 태양열 집열 패널
3 : 증발조
4 : 온수 저류조
5 : 증류수 취출구
10 : 입구 포트
12 : 출구 포트
20 : 증발실
20a : 증발 공간
21 : 온수 지지 수단
22 : 내통
24 : 외통
25 : 개구
26 : 용기체
28 : 순환 연통실부
34 : 증발 응축실
41 : 기타 실시 형태의 온수 저류조
60 : 정수위 물공급 기구
66 : 개폐 밸브 기구
M : 제 1 순환계
N : 제 2 순환계
Q : 증류수

Claims

태양열 집열 패널과,
태양열 집열 패널보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고 태양열 집열 패널에 연통 접속되어 동 태양열 집열 패널로 가열되는 온수를 수용하여 증발시키는 공간을 갖는 증발조와,
증발조보다 높은 위치의 근접 위치에 설치되고, 수용하는 물이 증발조의 증발 온수와 열교환되어 온수화되고 상기 온수를 외부로 회수시키는 온수 저류조와,
증발조에 설치되고 온수 저류조의 물과의 열교환에 의한 증발 온수의 응축액을 증류수로서 직접 취출하여 외부로 음용수로서 회수시키는 취출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 1 항에 있어서, 증발조는 태양열 집열 패널과 함께 태양열 집열 패널로 가열되는 온수의 순환계를 형성하는 증발실과,
증발실 내에 설치되고, 그 가열되는 온수를 실내 공간에 직접 접촉시킨 상태로 지지하는 온수 지지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 2 항에 있어서, 증발조는 온수 저류조에 연통되어 온수 저류조 내의 액체가 순환하는 동시에 증발실과 구획되어 인접 배치되고 태양열 집열 패널에 의한 온수와 온수 저류조 내의 액체와 열교환시키는 증발 응축벽을 갖는 순환 연통실부를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 3 항에 있어서, 증발 응축벽은 단면 원호상 또는 단면 원주상의 벽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 증발조는 내외 이중통에 의해 증발실과 순환 연통실부를 일체 형성한 이중통 구조체로 이루어지는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 온수 지지 수단은 태양열 집열 패널 내의 온수의 출구와 입구에 연통 접속되는 상태로 증발실 내에 설치되고, 온수를 수용하는 상면을 개구한 용기체로 이루어지는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 태양열 집열 패널과 증발조에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 1 순환계와,
증발조와 온수 저류조에 의한 고저차에 의한 온수의 회로로 형성되는 제 2 순환계를 구비한 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 증발조의 온수 지지 수단의 액면 높이를 일정하게 유지하는 정수위 물공급 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 음용수, 온수 동시 회수형 태양열 온수 장치.