(57)【要約】【課題】  太陽熱温水器の電気的制御は外部からケーブル等により電力供給または太陽光発電や温水熱差発電による電力供給装置を太陽熱温水器に併設する必要があった。本発明は外部から電力供給または太陽光発電または温水熱差発電による電力供給装置を太陽熱温水器に併設することをせずに太陽熱温水器のみで電気的制御を可能にすることを課題とする。【解決手段】  太陽熱温水器への給水入力路または温水出力路に水力発電機を設置し、その電力によって太陽熱温水器の電気的制御を行う。太陽熱温水器の状態データを無線で送受信し、太陽熱温水器単体で完結するシステムとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱温水器の給水路または出水路に水力発電機を設置し、前記発電機で発電した電力を２次電池に充電する機能を持ち、前記２次電池の電力によってＣＰＵ及び前記温水器水温、水温分布、水位、水量、給水量、温水出水量のデータを取得するセンサーを設置かつ駆動し、得られた前記温水器データによって前記温水器の制御を行うこと及び得られた前記温水器データを無線で送信することを特徴とする太陽熱温水装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、温水器の水位、温度分布、給水量、温水出水量のセンサーからデータを取得し、太陽熱温水器への給水路または温水出水路の弁制御を行う機能を持つことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の装置において前記太陽熱温水器に無線受信機器を設置し、温水器設置場所とは異なる場所からの送信された指示によって太陽熱温水器の制御を可能としたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は太陽熱温水に流入する水流路または前記太陽温水器から流出する水流路に水流発電装置を設置し、発電される電気を前記温水器の各種データの取得及び水流弁の制御を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、太陽熱温水装置は単純に太陽熱エネルギーを温水へと変化させる方法があり、前記温水装置の更なる機能展開として太陽光エネルギーを発電エネルギーに変換する方法も採用され、夜間電力による補助的な温水生成も行われている。【０００３】  特許文献１は太陽熱温水器と太陽光発電を組み合わせたもの、特許文献２は太陽熱温水器の温水と冷水の温度差による発電を組み合わせたもの、特許文献３は循環ポンプを設置して温水の制御を行っている。特許文献３での循環ポンプ駆動は太陽光発電や温度差発電による電力によっている。特許文献１、特許文献２、特許文献３は太陽光エネルギーを用いた電気エネルギー応用である。これらの機能は太陽エネルギーを利用しているため効率上、日当たりに依存することが多いため屋根上に温水器及び太陽光発電装置を設置することが多く、太陽熱温水器の温水は位置エネルギーを持つ。このことは太陽熱温水器への冷水給水は水道圧力または水圧ポンプを必要とする。逆に太陽熱温水器からの温水の出水は位置エネルギーを開放することが多い。【０００４】  前述のごとく、太陽熱温水器は太陽光発電、温水冷水の温度差発電等の太陽エネルギーを利用しており冷水供給エネルギーまたは温水出水エネルギーの位置エネルギーを積極的に利用していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４１０３０号  公報
【特許文献２】特開２００２−１０６９６４１号  公報
【特許文献３】特開２００２−１３０８３７号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  以上述べたような従来の方法では顧みられなかった冷水供給エネルギーまたは温水出水エネルギーの位置エネルギー（運動エネルギー）を利用するものである。全体としてのエネルギー利用効率を高める装置を提供する。【０００７】  従来の太陽熱温水器では太陽エネルギーを熱と光電変換または熱電変換にのみ着目している。本発明では、太陽熱温水器への給水の水流エネルギーと太陽熱温水器からの温水出水の水流エネルギーを太陽熱温水器へのエネルギーとして利用する。給水の水流エネルギーと太陽熱温水器からの出水流エネルギーの利用は太陽熱温水器の熱エネルギーを損なうことなく、また太陽光発電を併用にも支障を生ずることがない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  そして、本発明は上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、太陽熱温水器の給水部の流路または前記温水器からの出水流路に水力発電機を装着し給水または出水時に生ずる水流により水力発電を行う。一般的に水道圧力は約２ｋｇｆ／ｃｍ＊ｃｍ程度有り、その揚水能力は約２０ｍ以上とされる。一般家庭の屋根高さは１０ｍ程度であり屋根上に太陽熱温水器を設置しても揚水能力には余裕がある。高層建築物については揚水ポンプで水道供給を行っており水道供給能力については十分である。太陽熱温水器からの温水出水能力も、太陽熱温水器の設置場所から温水位置エネルギーが高く温水出水の流水圧力も水力発電機の発電能力には十分である。前記水力発電機は給水路のみに配しても、出水流路に配しても良く、両方の水路に配してもその機能を損ねることはない。【０００９】  以上、請求項１に基づく発明によれば、前記水力発電は太陽光発電または熱差発電とは関係無く独立に発電可能であり、太陽光発電または熱差発電を併用しても差し支えない。太陽光発電装置や熱差発電装置が無くても発電が可能であり、得られた電力を用い各種センサーを装備することや、それらのデータの取得や水流弁の制御が可能となる。このことは外部からの電力供給が無い場合や太陽光発電や熱差発電の装置が太陽熱温水器に併設されなくとも太陽熱温水を制御するシステムとして成り立つことを示し、機器のコストダウンにもつながる。また太陽熱温水器のデータ及び状態を無線送信する機能を有し、太陽熱温水器の設置場所とは別な場所で太陽熱温水器の状態を知ることが出来る。【００１０】  請求項２に記載の発明は、請求項１の装置において太陽熱温水器の水位、水温の温度分布、給水量、出水量のデータから太陽熱温水器への給水弁、出水弁の制御を行うものである。例えば十分な水温でないときは給水、出水を停止すること、温水が適温で水量ある時は出水を可能とすること、タイマーの設定から夕方時には日中に暖まった温水を回収する等、様々な太陽熱温水器の制御を行うことが出来る。【００１１】  以上、請求項１、請求項２に基づく発明によれば、電力を外部供給や太陽光発電、熱差発電等の装置を使用することなく、太陽熱温水器単体をシステムとして完結出来る。このことは太陽熱温水器装置の制約を除去し、装置としての簡素化につながり、コストダウンに寄与すると同時に種々の駆動回路に対応できることから、様々な応用機器への展開が可能となる。また太陽熱温水器の状態を無線送信する機能も有し、太陽熱温水設置場所と実際に温水を使用する場所にて温水器の状態データを受信し太陽熱温水器の状態を知ることが出来る。【００１２】  請求項３に記載の発明は、請求項２の太陽熱温水装置に無線受信装置を設置することにより実際に温水を使用する場所から太陽熱温水器の制御を可能とするものである。請求項１または請求項２によって実際に温水を使用する場所から太陽熱温水器のデータを無線受信で状態を把握でき、それに基づき太陽熱温水器の温水を使用する場所から太陽熱温水器の制御を可能とするものである。送受信の無線通信装置により太陽温水器設置場所と温水を使用する場所の設置位置や制御の制約を回避できる。【００１３】  請求項３に記載の発明は、温水を使用する場所が一般家庭の風呂、台所温水用途だけでなく温室栽培ハウスの暖房用温水使用の様に比較的遠隔場所の利用時に温水器の状態を知ることや温水器の制御が可能となる。無線通信装置により太陽温水器設置場所と温水を使用する場所の設置位置や制御の制約を回避できメインテナンス性も向上する。【００１４】  なお、以上の構成要素の任意の組合せ、発明例として記載以外の機器応用など発明の趣旨の範囲で他の態様としても有効である。
【発明の効果】
【００１５】  太陽熱温水器への給水路、出水路に水力発電装置を装着し、その電力によりＣＰＵや太陽熱温水器へのセンサー及び制御可能な給水弁や出水弁を取り付けることで太陽熱温水器単独で制御可能とし、かつ取得した太陽熱温水器データを無線で送受信することにより太陽熱温水器の設置場所とは離れた別の場所で太陽熱温水器の状態を把握することや太陽熱温水器を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態図である。
【図２】本発明の構成図である。
【図３】本発明の制御回路図である。
【図４】本発明の制御回路タイミング図である。
【図５】本発明の制御回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  本発明を具体化した実施形態（１００）を図に基づいて説明する。図は説明の都合上模式的に描いてある。図１は本発明に係る太陽熱温水器の構造図を示している。１０１は太陽熱の集熱部で温水を生成する。集熱部内部に温水変換管（１０５）が配設される。生成された温水（１０６）を貯湯槽（１０２）に貯水する。集熱部（１０１）への給水（１０３）は給水流を電気変換する水力発電機（１０８）を通り給水管（１０４）を経由して供給される。温水変換管（１０５）により生成された温水は貯湯槽（１０２）に温水（１０６）として貯蔵される。温水使用時は出水管（１０７）からの出水流（１１０）は水力発電機（１０９）を経て利用される。図１の例では給水発電用水力発電機（１０８）、出水流水力発電機（１０９）の両方を設置した例であるが、給水側、出水側のいずれかに設置しても発電機能を持つ。給水発電用水力発電機（１０８）、出水流水力発電機（１０９）で発電された電力（１１２）は電気処置部（１１１）に送られる。電気処理部（１１１）は充電部（１１３）、ＣＰＵ系制御部（１１４）、センサー部（１１５）及び無線送信部（１１６）で構成される。充電部（１１３）にて充電部（１１３）に内蔵した２次電池を蓄電する。蓄電された電力をＣＰＵ制御部（１１４）に供給し、太陽熱温水器に関わるセンサー部（１１５）を駆動し、センサー部（１１５）からのデータを取得する。取得したデータをＣＰＵ制御部（１１４）にて処理し太陽熱温水器の制御に用いる。取得したセンサー部（１１５）データをＣＰＵ制御部（１１４）で処理し、その情報を無線送信部（１１６）で送信する。太陽熱温水器のセンサーとしては温水量水位、温水温度とその分布、給水量、出水量を想定する。図１の構成により太陽熱温水器とは異なる位置の離れた場所に太陽熱温水器の情報を送信することが出来る。この構成により温水を使用する遠隔場所で温水器の状態を把握できる。
【００１８】  図２は図１における実施形態例に給水路、出水路に電磁弁と外部からの制御を受ける無線受信部を付加した構成（２００）を示す。図は説明の都合上模式的に描いてある。図１は本発明に係る太陽熱温水器の構造図を示している。２０１は太陽熱の集熱部で温水を生成する。集熱部内部に温水変換管（２０５）が配設される。生成された温水（２０６）を貯湯槽（２０２）に貯水する。集熱部（２０１）への給水は給水電磁弁（２１１）を経由し給水流（２０３）を電気変換する水力発電機（２０８）を通り、給水管（２０４）を経由して供給される。温水変換管（２０５）により生成された温水は貯湯槽（２０２）に温水（２０６）として貯蔵される。温水使用時は出水管（２０７）からの出水流（２１０）は水力発電機（２０９）を経て発電力を発生する。出水流は出水流路電磁弁（２１２）を経由する。図２の例では給水発電用水力発電機（２０８）、出水流水力発電機（２０９）の両方を設置した例であるが、給水側、出水側のいずれかに設置しても発電機能を持つ。給水路発電用水力発電機（２０８）、出水路水力発電機（２０９）で発電された電力（２１４）は電気処理部（２１３）に送られる。電気処理部（２１３）は充電部（２１５）、ＣＰＵ制御部（２１６）、センサー部（２１７）及び無線送受信部（２１８）で構成される。充電部（２１５）にて充電部（２１５）に内蔵した２次電池を蓄電する。蓄電された電力をＣＰＵ制御部（２１６）に供給し、太陽熱温水器に関わるセンサー部（２１７）を駆動し、センサー部（２１７）からのデータを取得する。取得したデータをＣＰＵ制御部（２１６）にて処理し太陽熱温水器の制御に用いる。取得したセンサー部（２１７）データをＣＰＵ制御部（２１６）で処理し、その情報を無線送受信部（２１８）で送信する。太陽熱温水器のセンサーとしては温水量水位、温水温度とその分布、給水量、出水量を想定する。別のセンサーとして光センサーを配置し、昼夜の判断とすることは太陽熱温水器への一助にもなる。またＣＰＵ制御部（２１６）で給水路電磁弁（２１１）と出水路電磁弁（２１２）を制御可能となり、太陽熱温水器の給水、出水をコントロール出来る。図２の構成により太陽熱温水器とは異なる位置の離れた場所に太陽熱温水器の情報を送受信することが出来る。この構成により温水を使用する遠隔場所で太陽熱温水器の状態を把握でき、かつ太陽熱温水器を制御することが可能となった。
【００１９】  図３は本発明に係る図１の制御回路ブロック図例を示している。給水水力発電機（３０１）の起電力は整流部（３０３）でＤＣ変換される。そのＤＣ出力は給水量に比例する。このことは給水量が電気的に計測されることを示している。このＤＣ出力を計測部（３０５）にＡＤ変換して水量としてデータ化する。同じく出水水力発電機（３０２）の起電力は整流部（３０４）でＤＣ変換される。出水水力発電機（３０２）の起電力は整流部（３０４）でＤＣ変換される。そのＤＣ出力は出水量に比例する。このことは出水量が電気的に計測されることを示している。このＤＣ出力を計測部（３０５）にてＡＤ変換して水量としてデータ化する。３０６は充電部／２次電池部である。整流部（３０３、３０４）の出力は充電部／２次電池部（３０６）にてＤＣ−ＤＣ変換され２次電池に充電される。２次電池に充電された電力は水位計測水温計測素量計測部（３０５）、ＣＰＵ制御部（３０７）、水位センサー（３０９）、水温センサー（３１０）、無線送信部（３０８）に供給される。水位センサー（３０９）、水温センサー（３１０）によって太陽熱温水器の水位、水温がデータとして水位計測水温計測素量計測部（３０５）にてデータ化される。水位計測水温計測素量計測部（３０５）にてデータ化された信号はＣＰＵ制御部（３０７）に取り込まれ、無線送信部（３０８）より太陽熱温水器とは離れた場所に伝送される。
【００２０】  図４は本発明に係る図１の制御回路例のタイミング図（４００）を示している。タイミング図は太陽熱温水器の給水／出水期間、水温計測時間、水位計測時間、給水量／出水量計測時間、水力発電機による充電時間を示している。太陽熱温水器への給水／出水期間Ｔ（４０１）は太陽熱温水器の熱変換効率や温水貯槽量にもよるが一般的に１０分〜１時間程度と推定される。水温計測時間τ１（４０２）、水位計測時間τ２（４０２）、給水量／出水量計測時間τ３（４０３）、データ無線送信時間τ４（４０４）は回路安定時間を含めてもそれぞれ数ｍ秒であり、ほとんどの時間は充電時間τ６（４０７）に費やされるため充電効率がよいことがわかる。τ５（４０６）は計測時間τ１、τ２、τ３、τ４の和であり、この時間は充電期間としない構成である。
【００２１】  図５は本発明に係る図２の制御回路ブロック図例を示している。給水水力発電機（５０１）の起電力は整流部（５０３）でＤＣ変換される。そのＤＣ出力は給水量に比例する。このことは給水量が電気的に計測されることを示している。このＤＣ出力を計測部（５０５）でＡＤ変換して水量としてデータ化する。同じく出水水力発電機（５０２）の起電力は整流部（５０４）でＤＣ変換される。出水水力発電機（５０２）の起電力は整流部（５０４）でＤＣ変換される。そのＤＣ出力は出水量に比例する。このことは出水量が電気的に計測されることを示している。このＤＣ出力を計測部（５０５）にてＡＤ変換して水量としてデータ化する。５０６は充電部／２次電池部である。整流部（５０３、５０４）の出力は充電部／２次電池部（５０６）にてＤＣ−ＤＣ変換され２次電池に充電される。２次電池に充電された電力は水位計測水温計測水量計測部（５０５）、ＣＰＵ制御部（５０９）、水位センサー（５０７）、水温センサー（５０８）、無線送信部（５１０）、無線受信部（５１２）に供給される。水位センサー（５０７）、水温センサー（５０８）によって太陽熱温水器の水位、水温がデータとして水位計測水温計測素量計測部（５０５）にてデータ化される。水位計測水温計測素量計測部（５０５）にてデータ化された信号はＣＰＵ制御部（５０９）に取り込まれる。また給水電磁弁（５１４）、出水電磁弁（５１５）はＣＰＵ制御部（５０９）により駆動される。ＣＰＵ制御部に取り込まれた各種データは電磁弁状態データも含め無線送信部（５１０）より太陽熱温水器とは離れた場所に伝送される。太陽熱温水器とは離れた場所に無線送信機（５１０）で送信される。太陽熱温水器とは離れた場所からの太陽熱温水器への制御信号を無線受信機（５１２）で受け太陽熱温水器を制御する構成を採る。上記の構成により太陽熱温水器と太陽温水器設置場所と離れた場所からの双方向制御が可能となる。
【符号の説明】
【００２２】１００        本発明実施形態
１０１        集熱／温水変換部
１０２        貯水槽
１０３        給水流
１０４        給水管給水流
１０５        温水変換管
１０６        温水
１０７        出水管
１０８        給水流水力発電機
１０９        出水流水力発電機
１１０        出水流
１１１        電気処理部
１１２        発電電力
１１３        充電部
１１４        ＣＰＵ制御部
１１５        センサー部
１１６        無線送信部
２００        本発明構成図
２０１        集熱／温水変換部
２０２        貯水槽
２０３        給水流
２０４        給水管
２０５        温水変換管
２０６        温水
２０７        出水管
２０８        給水流水力発電機
２０９        出水流水力発電機
２１０        出水流
２１１        給水電磁弁
２１２        出水電磁弁
２１３        電気処理部
２１４        発電電力
２１５        充電部
２１６        ＣＰＵ制御部
２１７        センサー部
２１８        無線送信部
３００        制御回路ブロック図
３０１        給水水力発電機
３０２        出水水力発電機
３０３        整流部
３０４        整流部
３０５        水位計測水温計測水量部
３０６        充電部／２次電池
３０７        ＣＰＵ制御部
３０８        無線送信部
３０９        送信アンテナ
４００        制御回路タイミング図
４０１        給水／出水期間Ｔ
４０２        水温計測時間τ１
４０３        水位計測時間τ２
４０４        給水量／計測時間τ３
４０５        データ無線送信時間τ４
４０６        データ送信積算無線送信時間τ５
４０７        充電期間τ６
５００        制御回路ブロック図
５０１        給水水力発電機
５０２        出水水力発電機
５０３        整流部
５０４        整流部
５０５        水位計測水温計測水量部
５０６        充電部／２次電池
５０７        水位センサー
５０８        水温センサー
５０９        ＣＰＵ制御部
５１０        無線送信部
５１１        送信アンテナ
５１２        無線受信機
５１３        受信アンテナ
５１４        給水電磁弁
５１５        出水電磁弁
【図１】
2013137175.tif 000003
【図２】
2013137175.tif 000004
【図３】
2013137175.tif 000005
【図４】
2013137175.tif 000006
【図５】
2013137175.tif 000007