(57)【要約】【課題】自然エネルギーの高効率な利用と同エネルギーの蓄積で、ビニールハウス、ホテル、マンション、一般家庭用など、冷暖房が出来る装置を提供する．【解決手段】冷暖房、蓄熱装置に関するもので、蓄熱用液体槽の熱源に高温用太陽熱集熱器を主に、風力発電機の電力で電気ヒーターを併用、蓄熱液体槽の中に送風用パイプと液体流液用パイプを設置、この蓄熱液体槽の温度を変化させる事とこの槽の液体の量の増減により、高温から低温の利用幅が大きく、商業電力の使用を抑え、設置も容易な構造を特徴とする、高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置が出来た。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷暖房用、蓄熱装置に関するもので、蓄熱用液体槽の熱源に高温用太陽熱集熱器を主に、風力発電機で発電した電気ヒーターを併用、蓄熱液体槽の中に送風用パイプと液体流液用パイプを設置、この蓄熱液体槽の温度を変化させる事と、この槽の液体の量の増減により、高温から低温の利用幅が大きく、商業電力の使用を抑え、設置も容易な構造を特徴とする、高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置。
【請求項２】
蓄熱用液体槽の液体は、高温度の蓄熱が可能な液体とし、高温太陽熱集熱器の液体流液パイプは、小型は液体槽と直結型で、大型は液体槽とは非接続型とし、蓄熱用液体槽の中の送風パイプの中の送風の温度は、外部からの空気取り入れパイプと合流し、高低を調整できるもので、又、液体流液用パイプの材質は、パイプの中に流す液体に応じパイプの厚さと素材を替え、温度の調整を行い、液体の種類を特定しない作りで、主に暖房、温水の利用とし、一方、冷房用は、別に蓄氷槽専用のタンクを置き、電力には風力発電、水力発電の電力を利用、自動で商業電力の使用も切り替わるシステムとし、自然エネルギーの蓄積をバッテリーを使用することなく、大幅に向上させる構造を特徴とした、請求項１に記載する高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した、多目的蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房、蓄熱用液体槽の熱源に高温用太陽熱集熱器を主に、風力発電機で電気ヒーターを併用、蓄熱液体槽の中に送風用パイプと液体流液用パイプを設置、この蓄熱液体槽の温度を変化させる事とこの槽の液体の量の増減により、高温から低温の利用幅が大きく、商業電力の使用を抑え、設置も容易な構造を特徴とする、高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽光を集熱する装置は、太陽熱温水器として、民家の屋根には多数利用され、近年は風呂、炊事などの給湯のほか床暖房など、又、融雪用にも利用を考えられ、太陽熱の有効利用としてかなり一般的に定着している。
【０００３】
特に近年では、地球温暖化防止の為には自然エネルギーの使用は不可欠という観点から、太陽光の集熱材もいろいろ開発され、ガラス管やアルミパイプ型、真空ガラスパイプ式も開発され、レンズ集光熱タイプは、温水器利用の他、発電用としても利用されている。
【０００４】
これらの太陽光集熱装置もまだ、方法が不安定で太陽光熱利用の効率が確定しておらず、価格が高価すぎる点もあり、まだ実用化されている装置はほとんどない。
【０００５】
特に、自然エネルギーの利用向上には全世界の企業や大学が、いろいろな方法を研究中であるが、一種類の方法で、自然エネルギーのみで年間を通じ、５０％以上利用でき、しかも安価で個人が利用できる装置は、家庭用温水器のほか、多目的に実用化されたものはない。
【０００６】
特に近時は、石油の異常な値上がりと、地球温暖化による異常気象による、風雨、小雨などの災害の多発が全世界の地域に拡大しており、この異変の解決策として、自然エネルギーの利用向上が急務となっている。
【０００７】
その中で特に、風力発電と太陽光発電が主流で、それに、前述の太陽光熱利用の向上が、最近特に活発化している。
【０００８】
風力発電については、大型化は風向や、騒音の発生で二次環境破壊の問題で、設置場所が少なくなっており、太陽光発電もコスト高や、発電効率のアップなどが課題となっており、まだ普及には時間が必要で、太陽光熱利用においても熱量の１０〜１２パーセントの利用にも至っていないのが実情である。
【０００９】
一般的に、家庭では電力とガスの使用は冷暖房と炊事場、それに風呂などの給湯に使用されるのが大半で、これを年間を通じ、蓄積可能な自然エネルギーで賄う方法を確立できれば、石油の消費を抑え、ＣＯ２の排出をかなり削減できるため、これら自然エネルギー利用の冷暖房装置の開発が望まれる。
【００１０】
この様な背景の中、自然エネルギー利用率の向上には、風力発電機と太陽熱を併用したハイブリッド型の多目的蓄熱装置の開発は急務である。
【００１１】
参考文献は次の通りである。
【特許文献１】特許出願 特開２００８−２２０２１７
【特許文献２】特許出願 特開２００８−０５７８２３
【特許文献３】特許出願 特開２００７−１９８７０８
【特許文献４】特許出願 平９−３７０５５３などが出願してあるが、いずれにしても太陽光熱利用のみで、若干のオイルによる蓄熱を用したものはあるが、主力は蓄熱湯槽に深夜の商業電力を併用したもので、自然エネルギーのみの長期安定利用は未開発である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点
（イ）基本的に自然エネルギーの有効利用向上の為には、太陽光は昼間のみで、長期      雨天時もあり、使用日数が限定される為、どのようにすれば、現状より長期安定利用ができるか。
（ロ）現在の太陽熱温水器は、太陽光熱に深夜の商業電力を併用して、蓄熱温水貯蔵      槽となっており、太陽光熱利用のみの向上には至っていない。その利用幅を引き上げるにはどうするか。
（ハ）現在の太陽光熱の利用は、温度が９０度未満の利用が主流で、利用する用途が      限定されており、どうすれば温度を１３０〜１５０度にでき、もっと幅広く利用できる装置ができるか。
以上の様に、現在の太陽熱温水器利用は、主に家庭の給湯用が主であり、これをもっと高温で利用する事により、利用用途の幅を広げる方法がある。
本発明は、これらの課題を解決し、実現する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、冷暖房、蓄熱用液体槽の熱源に高温用太陽熱集熱器を主に、風力発電機で電気ヒーターを併用、蓄熱液体槽の中に送風用パイプと液体流液用パイプを設置、この蓄熱液体槽の温度を変化させる事とこの槽の液体の量の増減により、高温から低温の利用幅が大きく、商業電力の使用を抑え、設置も容易な構造を特徴とする、高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置を提供するものである。
【００１４】
請求項２の発明は、蓄熱用液体槽の液体は、高温度の蓄熱が可能な液体（例、オイル）とし、高温太陽熱集熱器の液体流液パイプは、小型は液体槽と直結型で、大型は液体槽とは非接続型とし、蓄熱用液体槽の中の送風パイプの中の送風の温度は、外部からの空気取り入れパイプと合流し、高低を調整できるもので、又、液体流液用パイプの材質は、パイプの中に流す液体に応じパイプの厚さと素材を替え、温度の調整を行い、液体の種類を特定しない作りで、主に暖房、温水の利用とし、一方、冷房用には別に蓄氷槽専用のタンクを置き、電力には風力発電、水力発電の電力を利用、自動で商業電力の使用も切り替わるシステムとし、自然エネルギーの蓄積をバッテリーを使用することなく大幅に向上させる構造を特徴とした、請求項１に記載する高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した、多目的蓄熱装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
次の発明効果が考えられる。
（イ）太陽熱温水器は、現状温水が９０度以下が主流であるが、発明品は１３０〜１５０度の高温を利用するため、夜間や雨天時が長期化しても従来装置より長時間の冷暖房の利用が可能。
（ロ）高価なバッテリーを使用することなく、自然エネルギーを蓄積する方法として      、高温用太陽熱集熱器を利用、高温蓄熱体槽と蓄氷槽を分離して大型化する為、自然エネルギーの蓄積効果が上がり、その槽のサイズにより５〜１０日間の天候不順でも使用でき、自然エネルギーの利用は不安定との欠点を大幅に向上できる。
【００１６】
（ハ）消音小型風力発電機は、風速７〜９m／sで負荷発電し、夜間や雨天時に風が      発生しやすい為、高温用太陽熱集熱器との併用で、自然エネルギー利用効果が増大する。
（ニ）高温１３０〜１５０度の蓄熱液体槽の中を送風パイプと給湯用の温水パイプが      、別々に配管され、利用用途が幅広く、装置の独立使用が可能。
【００１７】
（ホ）天候不順でも、温風利用のビニールハウスの冷暖房、道路の融雪、ホテル、旅      館、マンションの冷暖房など、給湯利用と、用途と長期間の利用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願発明の名称は、高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置で、電気ヒーターは商業電力より、消音小型風力発電機を主力に併用する事で、自然エネルギーの利用向上が可能。
【００１９】
本願発明品の小型機は、図１の様な高温太陽熱集熱器を上に、高温蓄熱液体槽を下にしたもので、大型は高温太陽熱集熱と、大型のため高温蓄熱液体槽（蓄熱貯蔵タンクとも言う）配管パイプを要して別々に設置する事で全体のデザインと安全性のバランスが取れる最良の形状となっている。
【００２０】
以下、本願発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００２１】
図１は本願発明の一実施の形態を示す、使用状態姿図（外観図とも言う）で、全体を高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置である。
【００２２】
図２は正面斜視部分断面図で、各部を詳細に説明すれば、１は高温太陽熱集熱装置で、２はその内部の高温集熱管で、この中に高温用液体を入れて太陽光の熱を吸収し、加熱していく。
【００２３】
図２の３は、太陽光で加熱されると高温集熱管内の液体が膨張するため適宜圧力を減圧する減圧ノズルで、高温液体循環パイプ（上部）４の中には、高温の液体があり、この液体を５の高温液体流量循環ポンプで下へ送り、１８の高温蓄熱液体槽（又は、蓄熱液体タンクとも言う）の中の高温用液体を加熱させる。
【００２４】
図２の２０は、高温蓄熱液で、１３０〜１５０度の高熱となり、現在の温水器の２倍以上の高温で蓄熱する事ができ、この中を１１の冷暖房用送風パイプや、１９の給湯用パイプが配管してある。
【００２５】
図２で、たとえばビニールハウス用の暖房の場合には、１６の吸風口より空気を吸風し、１１の冷暖房用送風パイプ中を空気が通ることで、２０の高温蓄熱液により空気が加熱され、１３の送風ファンにより空気は、１２の送風口より出て、ビニールハウスの中に加熱された風が送られるが、この時、この加熱された風の温度を調整する必要があり、１４の温度調整用吸風口から、送風の適量を調整して、１３の送風ファンで高温の風と混合され、最適温の風となって送風することができる。
【００２６】
図２で、風呂や炊事用の温水の給水用は、８の水道管より１０の入り給水用調整ネジを通じて１９の給湯用加熱パイプを通じて加熱されるが、１００度以上の蓄熱槽の中を通る為、１９の加熱パイプは素材で９５度までしか高温にならない材料を使用、水が蒸気になるのを防止、更に９-１は給水調整（温水）ネジと、９-２の温度調整用給水ネジを調整して、給湯用の適温調整を行ない安全性を重視した。
【００２７】
図２で、６は電気引き込み線で、これには商業電力の他、風力発電、水力発電、太陽光発電などの電力を利用、電気ヒーターや冷房の冷却用に利用するもので、１７は電気ヒーターであり、風が発生した時このヒーターが蓄熱液を熱する為、蓄熱エネルギーは太陽熱利用のみより増大できる。
【００２８】
図３は本願発明の背面部分断面図で、２１は電気配線図で、図の中の１、２、３、４、５、１１、１４、１６、１７、１８は図２で表示している通りである。
【００２９】
図４は本願発明の右側面部分断面図で、この全体の作りは、小型の高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置としてコンパクトで、図の１、２、３、４、７、８、９-１、１８は、図２に表示している通りである。
【００３０】
図５は正面内部構造参考図で、１８の高温蓄熱液体槽の中のそれぞれのパイプの構造がわかる図で、蓄熱タンク１８の中には、２０の高温蓄熱液が必要以上に多く貯蔵されているが、これは４の高温液体循環パイプ（上部）から、７の同パイプ下部へ、上部の１の高温太陽熱集熱装置で高温に熱された液体が循環し、その熱で２０の高温蓄熱液も高温になり、長期間高温を維持できる様、蓄熱液の量を多めに、必要量と調整して決める。
【００３１】
蓄熱液２０の量で、風力発電機や太陽熱集熱器が天候不順で３〜４日効力を発生しなくても、暖房や給湯が使用できる温度を維持できる。
【００３２】
図５で、４の高温液体循環パイプの下の２２は、熱伝導ブレードで、同パイプ熱が２０の高温蓄熱液に、よく伝わるようにしている。
【００３３】
１１は冷暖房用送風パイプの全体構造図で、１７が電気ヒーター、１９が給湯加熱パイプである。
【００３４】
図６は、１１の冷暖房用送風パイプの断面拡大図で、同パイプから空気が１６を通じ、１１のパイプ中を更に進み、その間、２０の高温蓄熱液で中の空気が熱風となり、２１の電気により回る１３の送風ファンにより上部に熱風は進み、その熱風はそのままでは高温で使用できない為、１４の温度調整用吸風口から低温の空気を適温の風量を同時に吸い込み、その量は１４の調整吸風口の上の２３の風量バルブにより風量が調整でき、１２の送風口から出る冷暖房用の送風温度を決定する事ができ、又、１３の送風ファンの回転数の増減でも、風量と温度を変えられる。
【００３５】
図７は高温集熱器図で、２の高温集熱管が必要なサイズに本数がまとめられ、セットとなっており、暖房用の量により、セット数の連結ができる作りとなっている。
【００３６】
図８は２の高温集熱管の断面図で、２の同管の中に２４の高熱流通パイプがあり、このパイプの中を蓄熱用液が流通するもので、この蓄熱液（たとえばオイル）を通常の６５〜７５度より高温にする為、２５の太陽熱反射板で２の集熱管を熱し、条件が合えば、２４の中の蓄熱液は２００度の高温を得ることができ、この高温液もパイプで流通させるため、平均１５０度内になり使用時には、安全温度となる。
【００３７】
図９はコントローラーボックス１５で、その中には６の電力引き込み線から、２７のスイッチを通じ電力が入り、２６は循環ポンプへの電力線へ、２８は圧力計器、２９は自動タイマー計器で、３０はシリコン素子の自動コントローラーを接続、３１は高熱液の温度表示器で、安全度をチェックし、３２は電気ヒーターへの電力配線で構成し、その他機種に応じ、商業電力の自動切り替え計器や、各種温度、タイマーなどのオール自動化で種々の安全チェック機能も自動化設備を設置。
【００３８】
図１０はビル屋上冷暖房使用状態一部断面参考図で、自然エネルギーの利用向上という観点から、本願発明の高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多目的蓄熱装置で、電気ヒーターの電力を風力発電機を利用した、一連の装置の外観参考図を表示した。
【００３９】
図１０を詳細に説明すると、まず全体の流れとして、左からわかり易く、Ａ-１８は高温蓄熱液体槽大型で、右のＢは蓄氷槽で、Ｃは小型の風力発電機が３基あり、その下にＤ１が３台あるが、これは高温太陽熱集熱装置で、その右はＥの太陽光発電モジュールが置かれ、ビル３７の室内を想定してＦ１、Ｆ２の冷暖房室内ファンを表示、一連のビル屋上での利用状態である。
【００４０】
図１０から、Ａ-１８の蓄熱液体槽の中の液体の加熱には、Ｄ１の３つの高温集熱装置の高温液を４の高温液体循環パイプ（上部）から、同（下部）のパイプへ、５の高温液体流量循環ポンプにより送られ、循環し加熱され、１６の吸風口から空気を取り入れ、この空気は１１の冷暖房送風パイプを通り、３６の冷暖切り替えバルブを暖房側に切り替えれば、Ｆ１やＦ２の冷暖房室内ファンより温風が出て、室内の暖房ができる。
【００４１】
図１０から、冷房で室内を冷やす場合、Ｂの蓄氷槽の中の製氷冷媒機３４が、Ｃの風力発電機とＥの太陽光モジュールから発電した電気が、３３の自然エネルギー線を経由して、３８の電流自動切替スイッチを作動、それでＢの蓄氷槽の中の水が冷やされ凍結するもので、その蓄氷槽の大きさで使用量が決まり、その中に空気が１６の吸風口から３５の空冷パイプを通り、３６の冷暖房切り替えバルブで冷房側にバルブをすれば、Ｆ１、Ｆ２の冷暖房室内ファンから冷気が出るシステムで、蓄氷槽の大きさで、３〜４日天候不順が続いても蓄氷槽の中には空気パイプを通すのみであり、氷はすぐには解凍しない為、この槽のサイズにより、５〜６日用でも冷気が送れるものができる。
【００４２】
図１１はビル屋上冷暖房使用状態外観参考図で、図１０では、内部構造図と併用しており、外観がスッキリしないため、外観図のみで表示、ビル屋上の設置でもデザイン等、スタイルで見ても違和感はない。
【００４３】
自然エネルギー利用の第一の欠点は、天候不順で得られるエネルギーが不安定で、必要量を安定して利用する事ができない事が最大の欠点であったが、前述の通り、本願発明は図１０の通り、Ａ-１８高温蓄熱液体槽大型と、Ｂ蓄氷槽を分離して置き、そのサイズ、高温液で蓄熱、一方、冷却用は蓄氷槽で氷にし、自然エネルギーを大幅に高効率化して利用、そのエネルギーを蓄積する方法とし、自然エネルギー利用の欠点を大幅に改善する装置ができた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
従来から小型の風力発電機や、太陽光発電機の併用などハイブリッド発電機は照明に利用されているが、風力発電機と太陽熱を併用した本格的な、多目的な冷暖房用の装置は実用化されていない。
本願発明品は、従来にはない方法で、自然エネルギーの高効率の利用とそのエネルギーをバッテリー等の蓄電ではない方法で蓄積する事で、製品全体を大幅に安価で、しかも長期蓄積を可能とした。
【００４５】
本願発明品は、前述の通り、ビニールハウス、道路の融雪、ホテル、旅館、マンション、一般家庭用とあらゆる面で、冷暖房の他、風呂、炊事など多目的に利用できる装置が、特別高価な材料を必要とせず、全国的な地方の鉄工所でも製作でき、自然エネルギー利用の向上にも大幅に改善できるもので、環境面と地域の産業上の活性効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態を示す高温太陽熱集熱器と電気ヒーターを併用した多            目的蓄熱装置の正面外観図
【図２】同正面斜視部分断面図
【図３】同背面部分断面図
【図４】同右側面図
【図５】同正面内部構造参考図
【図６】冷暖房用送風パイプ断面拡大図
【図７】高温集熱器図
【図８】高温集熱管断面図
【図９】コントロールボックス配線図
【図１０】ビル屋上冷暖房使用状態断面参考図
【図１１】ビル屋上冷暖房使用状態外観参考図
【符号の説明】
【００４７】
１．高温太陽熱集熱装置
２．高温集熱管
３．減圧バルブ
４．高温液体循環パイプ（上部）
５．高温液体流量循環ポンプ
６．電力引き込み線
７．高温液体循環パイプ（下部）
８．水道管
９-１．給水調整（温水）ネジ
９-２．温度調整用給水ネジ
１０．入り給水調整（冷水）ネジ
１１．冷暖房用送風パイプ
１２．送風口
１３．送風ファン
１４．温度調整用吸風口
１５．コントロールボックス
１６．吸風口
１７．電気ヒーター
１８．高温蓄熱液体槽（蓄熱液体タンクともいう）
１９．給湯用加熱パイプ
２０．高温蓄熱液
２１．電気配線
２２．熱伝導ブレード
２３．風量バルブ
２４．高熱液流通パイプ
２５．太陽熱反射板
２６．循環ポンプへの電力線
２７．スイッチ
２８．圧力計器
２９．自動タイマー計器
３０．シリコン素子自動コントローラー
３１．温度表示
３２．電気ヒーターへの電力線
３３．自然エネルギー電力線
３４．製氷冷媒機
３５．空冷パイプ
３６．冷暖房切り替えバルブ
３７．ビル
３８．電流自動切替スイッチ
Ａ-１８．高温蓄熱液体槽大型
Ｂ．蓄氷槽
Ｃ．風力発電機
Ｄ１-Ｄ１-Ｄ１．高温太陽熱集熱装置
Ｅ．太陽光発電モジュール
Ｆ１．Ｆ２．冷暖房室内ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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