(57)【要約】【課題】太陽エネルギーを最大限に利用することが可能なエネルギー供給システムを提供する。【解決手段】太陽エネルギーを利用したエネルギー供給システム１である。そして、太陽光により発電をおこなう太陽光発電装置２と、太陽エネルギーにより熱を生成する太陽熱コジェネ装置３と、太陽光発電装置で発電された電力を蓄積させる蓄電池４と、電力によって冷熱を生成するヒートポンプ冷凍装置５１と、太陽熱コジェネ装置３の排熱から冷熱を生成する吸収式冷凍装置５２と、ヒートポンプ冷凍装置５１と吸収式冷凍装置５２によって生成された冷熱を蓄熱する蓄冷槽５３とを備えている。【選択図】図１
2010107074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギーを利用したエネルギー供給システムであって、
太陽光により発電をおこなう太陽光発電装置と、
前記太陽エネルギーにより少なくとも熱を生成する熱生成装置と、
前記太陽光発電装置で発電された電力を蓄積させる蓄電装置と、
電力によって冷熱を生成する電気式冷熱生成装置と、
前記熱生成装置の熱から冷熱を生成する吸収式冷熱生成装置と、
前記電気式冷熱生成装置と前記吸収式冷熱生成装置によって生成された冷熱を蓄熱する蓄冷槽とを備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。
【請求項２】
前記熱生成装置は、発電を同時におこなう太陽熱コジェネ装置であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー供給システム。
【請求項３】
前記電気式冷熱生成装置は、ヒートポンプ冷凍装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー供給システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載されたエネルギー供給システムを備えた自立型住宅であって、
前記太陽光発電装置又は前記蓄電装置から供給される電力によって作動させる電気設備と、前記蓄冷槽に蓄熱された冷熱によって作動する冷房装置とを備えたことを特徴とする自立型住宅。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載されたエネルギー供給システムと複数の住宅とから構成される自立型地域であって、
前記太陽光発電装置、前記熱生成装置及び前記蓄電装置は各住宅に配置され、前記蓄冷槽は地域全体又は複数の住宅で共用することを特徴とする自立型地域。
【請求項６】
前記住宅の排水を処理する排水処理装置と、前記住宅に給水する給水装置とを有する水循環システムを備えたことを特徴とする請求項５に記載の自立型地域。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを利用したエネルギー供給システムと、そこからエネルギーの供給を受ける自立型住宅と、そのような住宅が複数集まった自立型地域に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の住宅が集合した地域社会に、大規模なライフラインとは別に電気、ガス、水などのエネルギーを供給するエネルギー供給システムが知られている（特許文献１，２など参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、コジェネレーション（以下、「コジェネ」という。）設備によって発電した際に、電力とその発電によって発生する熱とを各住宅に供給することで、地域内でエネルギーの有効利用を図る発明が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、離島などのライフラインが整備されていない集落において、街灯や水道ポンプの作動などに利用する電力の発電は共同でおこない、各住宅で使用する電力は自家発電によって賄うことを原則とし、自家発電が不足したり、故障したりした場合には電力の分配が可能となるようにそれぞれを電線で接続した構成が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、太陽光発電装置のように発電可能な時間や量に波がある場合に、余剰電力を少ないエネルギー損失で蓄えて有効利用するために、冷熱生成装置で製氷をおこなって冷熱エネルギーとして蓄冷することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、太陽熱蓄熱利用装置によって生成された余剰熱によって水素ガスを発生させ、その水素ガスを長期蓄熱用水素貯蔵容器に貯蔵することで、春から夏、秋から冬のように季節間にまたがる長期間のエネルギー貯蔵が可能となることが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献５には、雨水や生活排水を浄化して循環利用するシステム住宅が開示されている。
【特許文献１】特許第３７７６０１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６６１号公報
【特許文献３】特開２００６−１７９６８１号公報
【特許文献４】特公昭６３−５９０６３号公報
【特許文献５】特開平１０−３１７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の特許文献１，２に開示されたエネルギー供給システムでは、電力や熱を蓄積して、一日の間や住宅間でのエネルギー需給を平準化させることは開示されているが、季節間にまたがるような長期間エネルギーを蓄積して、季節間のエネルギー需給を平準化させることについては開示されていない。
【０００９】
また、特許文献３には太陽光発電の余剰電力を冷熱エネルギーにして蓄積することが開示されているが、この蓄積による平準化も一日単位の短期間のものにすぎない。
【００１０】
さらに、特許文献４では、水素ガスを生成させることでエネルギーの長期間の貯蔵が可能になることが開示されているが、水素ガスを生成させるためには金属水素化物が必要になるうえに、水素ガスを安全に貯蔵するには充分な知識を持った管理者とコストが必要となるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献５は、単に雨水や生活排水を再利用する構成にすぎず、他の構成とのつながりがない。
【００１２】
一方、熱帯地域、亜熱帯地域又はそれらの地域の砂漠地帯では、エネルギーの負荷は、夏季にピークを迎え、冬季との負荷変動が激しい。そして、このような地域のライフラインが整備されていない場所で、太陽エネルギーを利用して自立型の生活を送るには、長期間のエネルギー貯蔵が不可欠になるが、蓄電池による蓄電では、非常に大型となって高価になるため現実的ではない。
【００１３】
他方、このような気温の高い地域では、太陽エネルギーによって温熱が生成されても使用量が少なく、無駄に排熱しなければならなくなる。
【００１４】
そこで、本発明は、太陽エネルギーを最大限に利用することが可能なエネルギー供給システム、及び電気などのライフラインから切り離されていたとしても、このエネルギー供給システムから安定してエネルギーの供給がおこなわれる自立型住宅並びに自立型地域を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明のエネルギー供給システムは、太陽エネルギーを利用したエネルギー供給システムであって、太陽光により発電をおこなう太陽光発電装置と、前記太陽エネルギーにより少なくとも熱を生成する熱生成装置と、前記太陽光発電装置で発電された電力を蓄積させる蓄電装置と、電力によって冷熱を生成する電気式冷熱生成装置と、前記熱生成装置の熱から冷熱を生成する吸収式冷熱生成装置と、前記電気式冷熱生成装置と前記吸収式冷熱生成装置によって生成された冷熱を蓄熱する蓄冷槽とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記熱生成装置は、発電を同時におこなう太陽熱コジェネ装置とすることができる。また、前記電気式冷熱生成装置は、ヒートポンプ冷凍装置であってもよい。
【００１７】
さらに、本発明の自立型住宅は、上記エネルギー供給システムを備えた自立型住宅であって、前記太陽光発電装置又は前記蓄電装置から供給される電力によって作動させる電気設備と、前記蓄冷槽に蓄熱された冷熱によって作動する冷房装置とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
そして、本発明の自立型地域は、上記エネルギー供給システムと複数の住宅とから構成される自立型地域であって、前記太陽光発電装置、前記熱生成装置及び前記蓄電装置は各住宅に配置され、前記蓄冷槽は地域全体又は複数の住宅で共用することを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記住宅の排水を処理する排水処理装置と、前記住宅に給水する給水装置とを有する水循環システムを備えた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
このように構成された本発明のエネルギー供給システムは、太陽エネルギーによって稼働する太陽光発電装置と熱生成装置から電力と熱が創出される。また、創出された熱や電気を冷熱に変換して貯蔵することが可能な蓄冷槽を備えている。
【００２１】
このため、気温が高い地域であっても作られた熱が無駄にならず、太陽エネルギーを最大限に利用することができる。また、このような蓄冷槽は、比較的に低予算で大型化が実現でき、季節をまたぐような長期間のエネルギー貯蔵が可能になる。
【００２２】
さらに、蓄冷槽に貯蔵された冷熱を利用することで、電力消費量のピークを下げて平準化することができ、太陽光発電装置や蓄電装置の規模を抑えることができる。
【００２３】
また、熱生成装置に、熱の生成と発電を同時におこなう太陽熱コジェネ装置を利用することで、発電のみをおこなう太陽光発電装置よりも効率よく太陽エネルギーを利用することができる。
【００２４】
さらに、電気式冷熱生成装置としてヒートポンプ冷凍装置を使用することで、外気温などの太陽エネルギー以外の自然エネルギーも有効に活用することができる。
【００２５】
また、本発明の自立型住宅は、上記エネルギー供給システムからエネルギーの供給を受ける。
【００２６】
このため、ライフラインが整備されていない地域においても、電気設備や冷房装置などが使用できる快適な生活をおくることができる。
【００２７】
さらに、本発明の自立型地域は、上記エネルギー供給システムからエネルギーの供給を受ける住宅が複数、集合した地域である。そして、太陽光発電装置、熱生成装置及び蓄電装置は各住宅に配置され、蓄冷槽は地域全体又は複数の住宅で共用する構成となっている。
【００２８】
このため、地域で余った熱をまとめて冷熱として貯蔵することができるので、余剰熱を集積しやすく、貯蔵効率を上げることができる。また、蓄冷槽を大型化することによって、容量あたりのコストを下げることができる。
【００２９】
また、水循環システムを設けることによって、電気やガスなどのライフラインだけでなく、上下水道のない地域であっても快適な生活をおくることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明のエネルギー供給システム１、及びそこからエネルギーの供給を受ける自立型住宅としての住宅６の構成を示した図である。
【００３２】
このエネルギー供給システム１は、太陽光により発電をおこなう太陽光発電装置２と、太陽エネルギーにより熱を生成する熱生成装置としての太陽熱コジェネ装置３と、太陽光発電装置２及び太陽熱コジェネ装置３で発電された電力を蓄積させる蓄電装置としての蓄電池４と、余剰電力によって冷熱を生成する電気式冷熱生成装置としてのヒートポンプ冷凍装置５１と、余剰熱から冷熱を生成する吸収式冷熱生成装置としての吸収式冷凍装置５２と、冷熱を蓄熱する蓄冷槽５３とから主に構成される。
【００３３】
この太陽光発電装置２は、太陽エネルギーとしての太陽光を、太陽電池を利用することによって、直接、電力に変換して発電をおこなう装置である。この太陽光発電装置２は、太陽光を受けることができる時間帯にのみ電力を供給することが可能な装置である。
【００３４】
一方、太陽熱コジェネ装置３は、太陽熱スターリングエンジンなどの熱機関を用いる発電装置と、その発電の際に発生する排熱を利用して温熱を取り出す装置とを備えている。
【００３５】
すなわち、この太陽熱コジェネ装置３は、太陽エネルギーを効率よく集めて濃縮するための集光集熱装置（図示省略）と、タービン発電装置（図示省略）と、発電時に発生した排熱を搬送させる熱媒配管５４とから主に構成される。
【００３６】
そして、この太陽熱コジェネ装置３は、太陽光発電装置２の２倍以上の高い変換効率で発電をおこなうことができる。
【００３７】
また、蓄電池４は、太陽光発電装置２や太陽熱コジェネ装置３で発電された電力を蓄積する装置で、リチウム電池、鉛電池などが使用できる。
【００３８】
ここで、図示していないが、太陽光発電装置２や太陽熱コジェネ装置３で発電された電力の一部は、蓄電池４に蓄えることなく、直接、供給するようにしてもよい。蓄電池４に蓄電することで、電力の安定供給や夜間利用が可能になるが、蓄電時にエネルギー損失が発生するため、電力が必要なときには生成された電力をそのまま供給してもよい。
【００３９】
他方、熱帯地域、亜熱帯地域又はそれらの地域の砂漠地帯などでは、冷房などの電気設備の使用によって夏季に電気消費量がピークとなるが、冬季は電気消費量が減る割には大量の太陽エネルギーが得られ、太陽光発電装置２や太陽熱コジェネ装置３で発電された電力が消費量を上回り、余剰電力が発生することがある。
【００４０】
また、図示していないが、太陽熱コジェネ装置３によって生成された熱からお湯を作り、供給することができるが、大量に熱が生成された場合に、お湯の消費量が少なくてすむ気温の高い地域では、多くの余剰熱が発生することがある。
【００４１】
そこで、これらの余剰電力及び余剰熱から冷熱を生成し、蓄冷槽５３に貯蔵する。
【００４２】
まず、余剰電力について説明すると、蓄電池４の容量をオーバーするほどに発電されたときの余剰電力をヒートポンプ冷凍装置５１に送電する。このヒートポンプ冷凍装置５１では、電力によって圧縮機が稼働して冷熱が生成され、冷媒配管５５Ａを通って蓄冷槽５３に冷熱が搬送される。
【００４３】
また、吸収式冷凍装置５２は、太陽熱コジェネ装置３から排出される80〜90℃程度の温水から低温の冷熱を生成する装置である。この吸収式冷凍装置５２では、冷媒を低温低圧の蒸発器の中で蒸発させて冷水をつくり、蒸発冷媒は吸収器において吸収液に吸収させる。そして、冷媒を吸収した吸収液は再生器において熱を加えて冷媒を蒸発させて分離し、再び吸収器に戻す。さらに、蒸発分離した冷媒は、凝縮器で冷却して液化させ、再び蒸発器で利用する。ここで、冷媒には水を、吸収液には臭化リチウムを使用することができる。
【００４４】
このようにして吸収式冷凍装置５２によって生成された冷熱は、冷媒配管５５Ｂを通って蓄冷槽５３に搬送される。
【００４５】
この蓄冷槽５３は、地下などの温度が安定した場所に鉄筋コンクリートなどによって構築される。また、蓄冷槽５３は、壁、床、天井に断熱材を配置するなどして、断熱性能の高いものにしておく。
【００４６】
そして、この蓄冷槽５３には、冷媒配管５５Ａ，５５Ｂが接続され、ヒートポンプ冷凍装置５１で生成された冷熱と、吸収式冷凍装置５２で生成された冷熱とが運ばれて、蓄熱される。ここで、冷熱の蓄熱方法としては、冷熱によって蓄冷槽５３の内空に氷を製造する方法などが適用できる。
【００４７】
また、蓄冷槽５３には、冷熱を取り出すための冷媒配管５５Ｃが接続されており、その端部は住宅６の冷房装置６１に接続されている。
【００４８】
この住宅６には、照明、冷蔵庫、テレビ、ヒートポンプ給湯器などの電気設備６２が設置されている。また、この住宅６の冷房は蓄冷槽５３から供給される冷熱によって作動する冷房装置６１によっておこなうことができる。なお、夏季の高温時の補助冷房、又は暖房などに使用するために、電力によって作動する空調装置を電気設備６２として設置しておいてもよい。
【００４９】
また、蓄冷槽５３の冷熱は、冷房装置６１だけでなく、冷蔵庫、飲料用冷水機などにも利用することができる。
【００５０】
次に、本実施の形態のエネルギー供給システム１及び住宅６の作用について説明する。
【００５１】
このように構成された本実施の形態のエネルギー供給システム１は、太陽エネルギーによって発電と熱の生成をおこなう太陽光発電装置２と太陽熱コジェネ装置３とを備えている。
【００５２】
このため、ライフラインが整備されていない地域においても、電気設備６２の使用が可能な快適な生活をおくることができる。
【００５３】
また、太陽熱コジェネ装置３から排出された熱、並びに太陽光発電装置２及び太陽熱コジェネ装置３で発電された電力から冷熱を生成し、蓄冷槽５３に蓄熱して冷房装置６１などに利用する。
【００５４】
このため、熱帯や砂漠地域などの気温が高い地域において、余剰熱や余剰電力が発生しても、冷房に利用することで無駄にならず、太陽エネルギーを最大限に利用することができる。
【００５５】
また、冬季などの電力消費量が少ない時期に蓄冷槽５３の貯蔵量を最大にしておき、夏季の電力消費量の多い時期に蓄冷槽５３の冷熱による冷房をおこなうことで、電力消費量のピークを下げて平準化することができ、太陽光発電装置２や太陽熱コジェネ装置３の規模を抑えることができる。
【００５６】
また、このような蓄冷槽５３は、蓄電池４に比べて、比較的、低予算で大型のものを構築できるので、季節をまたぐような長期間のエネルギー貯蔵が可能になる。
【００５７】
さらに、熱の生成と発電を同時におこなう太陽熱コジェネ装置３を利用することで、発電のみをおこなう太陽光発電装置２よりも効率よく太陽エネルギーを利用することができる。
【００５８】
また、ヒートポンプ冷凍装置５１を使用することで、外気温などの太陽エネルギー以外の自然エネルギーも有効に活用することができる。
【実施例】
【００５９】
この実施例では、ライフラインから切り離された自立型地域としてのインフラフリータウン７について、図２を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【００６０】
この図２で説明するインフラフリータウン７は、前記実施の形態で説明した住宅６と同様の住宅６が８世帯、集合した地域である。
【００６１】
これらの住宅６，・・・には、それぞれ太陽光発電装置２、太陽熱コジェネ装置３及び蓄電池４が設けられている。ここで、各住宅６の太陽光発電装置２、太陽熱コジェネ装置３及び蓄電池４は、原則として各住宅６の電気設備６２を作動させるために使用される。
【００６２】
また、これらの住宅６，・・・に囲まれた中央広場７２の地下には、電気式冷熱生成装置としてのヒートポンプ冷凍装置５１と、吸収式冷熱生成装置としての吸収式冷凍装置５２と、共用蓄電池７１とが設置されている。さらに、中央広場７２の地盤を掘削した地下には、大型の蓄冷槽５３が構築される。
【００６３】
ここで、中央広場７２に設けられたヒートポンプ冷凍装置５１と、吸収式冷凍装置５２と、共用蓄電池７１と、蓄冷槽５３とは、このインフラフリータウン７の中で共用されるものであり、タウン内の住宅６，・・・はこれらの装置を備えていない。
【００６４】
そして、このヒートポンプ冷凍装置５１、吸収式冷凍装置５２及び共用蓄電池７１には、住宅６，・・・で創出されたが消費又は蓄電されずに余った余剰電力と余剰熱が送られる。
【００６５】
また、共用蓄電池７１に蓄電された電力は、一時的に電力が不足する住宅６に送られたり、インフラフリータウン７内の街灯や後述する水循環システム８を稼働させたりするために利用される。
【００６６】
他方、共用蓄電池７１に蓄電されなかった電力及び余剰熱によって、ヒートポンプ冷凍装置５１及び吸収式冷凍装置５２が作動して冷熱が生成され、蓄冷槽５３に貯蔵される。そして、蓄冷槽５３に貯蔵された冷熱は、インフラフリータウン７内の住宅６，・・・の冷房装置６１，・・・などに使用される。
【００６７】
また、このインフラフリータウン７は、水循環システム８を備えている。この水循環システム８は、排水を処理する排水処理装置としての高度処理浄化槽８１と、給水装置としての貯水タンク８２とを備えている。
【００６８】
高度処理浄化槽８１では、住宅６，・・・から排出された排水が高いレベルで処理されて水質が改善されるため、再利用水としてトイレなどに配水するなどして有効な水活用をおこなうことができる。
【００６９】
また、貯水タンク８２では、汲み上げられた地下水や雨水を貯留し、浄化装置（図示省略）によって浄化された水が住宅６，・・・に供給される。
【００７０】
このように構成された本実施例のインフラフリータウン７は、エネルギー供給システム１からエネルギーの供給を受ける住宅６，・・・が複数、集合した地域である。
【００７１】
そして、太陽光発電装置２、太陽熱コジェネ装置３及び蓄電池４は各住宅６に配置され、蓄冷槽５３は地域全体で共用する構成となっている。
【００７２】
このため、地域で余った熱をまとめて冷熱として貯蔵することができるので、余剰熱を集積しやすく、貯蔵効率を上げることができる。また、蓄冷槽５３を大型化することによって、貯蔵容量あたりのコストを下げることができる。
【００７３】
また、水循環システム８を設けることによって、電気やガスなどのライフラインだけでなく、上下水道も整備されていない地域であっても快適な生活がおくれるような状態にすることができる。
【００７４】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
【００７５】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００７６】
例えば、前記実施の形態及び実施例では、熱生成装置として発電も同時におこなう太陽熱コジェネ装置３について説明したが、これに限定されるものではなく、熱のみを生成する集熱器などが熱生成装置であってもよい。
【００７７】
また、前記実施例では、インフラフリータウン７内に一つの蓄冷槽５３を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、地域の中に複数の蓄冷槽５３，５３を設けることもできる。さらに、ヒートポンプ冷凍装置５１又は吸収式冷凍装置５２も、各住宅６又は複数の住宅６，・・・毎に配置する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の最良の実施の形態のエネルギー供給システムと住宅の構成を説明する説明図である。
【図２】実施例のインフラフリータウンの構成を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１            エネルギー供給システム
２            太陽光発電装置
３            太陽熱コジェネ装置（熱生成装置）
４            蓄電池（蓄電装置）
５１          ヒートポンプ冷凍装置（電気式冷熱生成装置）
５２          吸収式冷凍装置（吸収式冷熱生成装置）
５３          蓄冷槽
６            住宅（自立型住宅）
６１          冷房装置
７            インフラフリータウン（自立型地域）
８            水循環システム
８１          高度処理浄化槽（排水処理装置）
８２          貯水タンク（給水装置）
【図１】
2010107074.tif 000003
【図２】
2010107074.tif 000004