(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して水を温めることによって温水を生成する太陽熱温水器であって、
断熱部材が設けられた断熱面と、太陽熱を吸熱するための吸熱面とを備えた、水を貯留するための容器と、
前記容器内に、前記吸熱面との間に間隙が形成され、かつ、前記断熱面と共に保温領域を画成するように、上下に移動可能に設けられた、断熱性を有する隔壁部材と、を備え、
前記隔壁部材は、当該隔壁部材の上端が前記容器に貯留された水の水面下に沈んだ位置と、当該隔壁部材の一部が水面上に出た位置とを取り得ることを特徴とする太陽熱温水器。
【請求項２】
前記隔壁部材は水に浮く性質を有し、
前記隔壁部材をその上端が水面下に沈んだ位置に保持する状態と、この保持を解除した状態とを取り得る保持部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱温水器。
【請求項３】
前記隔壁部材を、その上端が水面下に沈んだ第１の位置と、その一部が水面上に出た第２の位置とに保持可能な保持部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱温水器。
【請求項４】
前記容器は、縦長形状を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の太陽熱温水器。
【請求項５】
前記容器を傾けた位置で支える支持部材を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の太陽熱温水器。
【請求項６】
前記吸熱面に向けて太陽光を反射させる集光鏡を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の太陽熱温水器。
【請求項７】
前記容器の前記断熱面以外の面を覆うように設けられ、太陽光を透過し、かつ前記容器からの放熱を抑制する保温部材を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の太陽熱温水器。
【請求項８】
請求項１に記載の太陽熱温水器の運転方法であって、
蓄熱時には、前記容器に常温水を貯留して、前記吸熱面に太陽光が当るように前記太陽熱温水器を設置し、前記隔壁部材をその上端が水面下に沈むように位置させ、
保温時には、前記隔壁部材をその上端部が水面上に出るように位置させることを特徴とする運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を利用して常温水を温めることにより温水を生成する太陽熱温水器及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱は化石燃料に由来せずクリーンなエネルギーであることから、従来より太陽熱を利用した温熱器が開発され商品化されてきた。  
しかしながら、太陽熱温水器に関する技術・商品は、戸建屋根上設置式の複雑な構成で高価なものが多かった（例えば、特許文献１）。このため、太陽熱温水器の設置や維持管理に手間及び費用がかかるという問題があり、また、屋上使用に制限のある集合住宅では、使用すること自体は困難であった。
【特許文献１】特開２００５−２６５２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような課題に対して、簡易な構成で温水を生成することが可能な太陽熱温水器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明は、太陽熱を利用して水を温めることによって温水を生成する太陽熱温水器であって、
断熱部材が設けられた断熱面と、太陽熱を吸熱するための吸熱面とを備えた、水を貯留するための容器と、
前記容器内に、前記吸熱面との間に間隙が形成され、かつ、前記断熱面と共に保温領域を画成するように、上下に移動可能に設けられた、断熱性を有する隔壁部材と、を備え、
前記隔壁部材は、当該隔壁部材の上端が前記容器に貯留された水の水面下に沈んだ位置と、当該隔壁部材の一部が水面上に出た位置とを取り得ることを特徴とする太陽熱温水器である。
【０００５】
第２の発明は、前記隔壁部材は水に浮く性質を有し、
前記隔壁部材をその上端が水面下に沈んだ位置に保持する状態と、この保持を解除した状態とを取り得る保持部材を備えることを特徴とする第１の発明に記載の太陽熱温水器である。
【０００６】
第３の発明は、前記隔壁部材を、その上端が水面下に沈んだ第１の位置と、その一部が水面上に出た第２の位置とに保持可能な保持部材を備えることを特徴とする第１の発明に記載の太陽熱温水器である。
【０００７】
第４の発明は、前記容器は、縦長形状を有することを特徴とする第１〜３の発明の何れかに記載の太陽熱温水器である。
【０００８】
第５の発明は、前記容器を傾けた位置で支える支持部材を備えることを特徴とする第１〜４の発明の何れかに記載の太陽熱温水器である。
【０００９】
第６の発明は、前記吸熱面に向けて太陽光を反射させる集光鏡を備えることを特徴とする第１〜４の発明の何れかに記載の太陽熱温水器である。
【００１０】
第７の発明は、前記容器の前記断熱面以外の面を覆うように設けられ、太陽光を透過し、かつ前記容器からの放熱を抑制する保温部材を備えることを特徴とする第１〜６の発明の何れかに記載の太陽熱温水器である。
【００１１】
第８の発明は、第１の発明に記載の太陽熱温水器の運転方法であって、
蓄熱時には、前記容器に常温水を貯留して、前記吸熱面に太陽光が当るように前記太陽熱温水器を設置し、前記隔壁部材をその上端が水面下に沈むように位置させ、
保温時には、前記隔壁部材をその上端部が水面上に出るように位置させることを特徴とする運転方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成で温水を生成することが可能な太陽熱温水器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態である太陽熱温水器１の構成を示す側面図であり、図２は、太陽熱温水器１の構成を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、太陽熱温水器１は、容器１０、隔壁部材２０、保温部材３０、集光鏡４０、及び、支持部材５０を備える。
【００１４】
容器１０は、その上面に水を注入する注入口１６を備えており、この注入口１６から注入された水を貯留する。注入口１６には、蓋１８が取り外し可能に設けられている。容器１０は、例えば縦長の直方体（例えば、容量が２０〜３０リットル）など持ち運びが容易であって設置スペースの小さい形状であることが好ましい。
【００１５】
容器１０の太陽光が当たらない一側面（以下、断熱面１１という）の外側には、断熱部材１２が設けられている。断熱部材１２は、真空断熱材、グラスウール、硬質ウレタンフォーム等、熱伝導率の小さい材質で形成される。
【００１６】
容器１０の太陽光が当たる側の側面(断熱面１１に対向する側面)は吸熱面１４として機能する。吸熱面１４は、例えば光沢のない黒色など、太陽光を吸収し易いように着色されている。
【００１７】
なお、図１及び図２に示すように、吸熱面１４においてなるべく多くの太陽光を受けられるようにするために、容器１０を傾けて使用することができる。図１に示す例では、傾斜した容器１０を支持部材５０により断熱部材１２の背後から支持している。
【００１８】
隔壁部材２０は、水に浮く性質を有する断熱性材料で構成された、コ字形の断面形状を有する部材であり、容器１０の内部に、吸熱面１４との間に間隙が形成され、コ字形の開口部が断熱面１１に向くように設けられる。隔壁部材２０は、隔壁部材２０の両縁部２０ａが断熱面１１の内面両側に上下に延びるように設けられたガイド部材２２と噛み合うことで、上下にガイドされる。これにより、隔壁部材２０は、容器１０の内部に、隔壁部材２０と断熱面１１とで囲まれた領域（後述のように、この領域は温水を保温・貯留する領域として機能するので、以下、温水貯留領域という）を画成している。
【００１９】
図３は、ガイド部材２２の断面図である。同図に示すように、隔壁部材２０の両縁部２０ａは屈曲され、この屈曲部分が、ガイド部材２２が備えるガイド溝２２ａに収容されてガイドされることで、隔壁部材２０が吸熱面１４との間の間隙を維持しつつ、上下に移動可能となっている。
【００２０】
また、隔壁部材２０には保持部材２４が設けられている。図４は、保持部材２４の側面図である。同図に示すように、保持部材２４は、例えば、管状の部材２４ａと、その内部に進退可能に挿入される棒状又は管状の部材２４ｂとからなる、伸縮自在な部材として構成されている。そして、管状部材２４ａの側面に設けられたネジ２４ｃを締めて部材２４ａ、２４ｂを互いに拘束することにより、所望の長さで固定することができ、また、ネジ２４ｃを緩めることにより伸縮自在とすることができる。保持部材２４は、その上端が容器１０の内壁に固定され、下端が隔壁部材２０に固定されている。これにより、隔壁部材２０を、保持部材２４によって、所定の高さ位置に保持させることができる。
【００２１】
すなわち、保持部材２４を伸長させてネジ２４ｃを締めることにより、隔壁部材２０を、その上端が容器１０内に貯留された常温水（又は温水）の水面下に位置するように保持することができる。なお、隔壁部材２０は、このように上端が水面下に沈んだ状態で、隔壁部材２０の下端と容器１０の底面との間に所定の間隔（例えば少なくとも５ｃｍの間隔）が確保できるような高さ寸法に構成されている。また、ネジ２４ｃを緩めて保持部材２４を伸縮自在とすることにより、隔壁部材２０はその浮力によって浮き上がり、隔壁部材２０はその一部（上端部）が水面上に出た状態となる。この位置で、ネジ２４ｃを締めて保持部材２４を固定することにより隔壁部材２０を保持させることもできる。
【００２２】
なお、保持部材２４は上記の構成に限らず、隔壁部材２０を水中に沈んだ状態で所定位置に保持できる構成であればよい。また、本実施形態では、隔壁部材２０が水に浮く性質を有するものとし、保持部材２４による保持を解除すると、隔壁部材２０は浮力により浮かんで、上端部が水面上に出るようにしているが、隔壁部材２０が水に浮く性質を有しない場合は、隔壁部材２０をその上端が水面下に沈んだ位置と、その一部（上端部）が水面上に出た位置とに保持可能な保持部材を設ければよい。
【００２３】
保温部材３０は、容器１０の断熱面１１以外の面からの放熱を抑制するために、断熱面１１以外の面を覆うように設けられる。なお、保温部材３０は、吸熱面１４が太陽光を受けて吸熱できるように、太陽光が透過可能な透明な材料で形成される。
【００２４】
集光鏡４０は、容器１０の下方に反射面が上向きになるように設置され、太陽光を吸熱面１４に向けて反射する。これにより、吸熱面１４は、より多くの太陽光を受けることができる。
【００２５】
図５は、太陽熱温水器１の蓄熱時の使用状態を示す図である。同図に示すように、蓄熱時には、隔壁部材２０が保持部材２４によって水中の所定の深さ（例えば、隔壁部材２０の上端が水面下５ｃｍ）に沈んだ状態に保持される。この場合、吸熱面１４が吸収した太陽熱は、容器１０の内壁と隔壁部材２０との間の領域（以下、蓄熱領域という）の常温水に供給される。こうして熱が供給されることにより温められた温水は、図中に矢印で示すように、蓄熱領域内を自然対流により上昇し、隔壁部材２０の上端の上を通って容器１０の上部に移動する。これに伴って、容器１０の下部に貯留された常温水は、隔壁部材２０の下面と容器１０の底面との間を通って、蓄熱領域へ下方から流れ込み、この蓄熱領域において、上述のように、吸熱面１４が吸収した太陽熱によって温められる。その際、蓄熱領域に下方から常温水が流れ込むのに伴って、容器１０の上部に移動した温水は、隔壁部材２０と断熱部材１２とによって囲まれた領域、つまり、上記した温水貯留領域内を下降する。このような過程を繰り返すことにより、容器１０内には、温水が温水貯留領域の上部側から貯留されていくことになる。
【００２６】
図６は、太陽熱温水器１の保温時の使用状態を示す図である。同図に示すように、保温時には、隔壁部材２０は、保持部材２４のネジ２４ｃを緩めることにより保持状態が解除され、その浮力によって浮上することにより、上端部が水面上に出た状態となる。この状態では、温水貯留領域内の温水は、隔壁部材２０と断熱部材１２の断熱効果により保温される。
【００２７】
なお、蓄熱領域内の温水は、吸熱面１４からの放熱によって温度が低下するが、隔壁部材２０によって、温水貯留領域にある温水との熱の授受が抑制されるので、温水貯留領域に貯留された温水への影響は小さい。
【００２８】
また、図６に示す保温状態では、隔壁部材２０の下端と容器１０の底面との間に隙間があるため、容器１０の底部においては隔壁部材２０による保温効果は期待できない。しかし、上述のように、温水は容器１０の上部側から順に貯留されていき、容器１０の底部には比較的低温の温水が貯留されるので、隔壁部材２０による保温効果が期待できなくともその影響は小さく、また、底部の温水温度が低下しても、温水と冷水との比重差により、温水層と冷水層とに上下に分離されて混合することはほとんどないので、温水貯留領域内での温水の温度低下は最小限に抑えられる。
【００２９】
次に、太陽熱温水器１の運転方法を説明する。  
まず、使用者は、朝、天気予報などでその日の天気を確認し、日射量が多いと期待できる場合には、容器１０に常温水（例えば、水道水）を満たす。そして、保持部材２４により、隔壁部材２０を、その上端が容器１０内の水面から所定の深さに位置するように保持させて図５に示す蓄熱状態とし、吸熱面１４に太陽光が当るようにバルコニーなど日の当たる場所に太陽熱温水器１を設置する。また、吸熱面１４がなるべく多くの太陽光を受けるように、容器１０を傾けて支持部材５０で支持するとともに、集光鏡４０を設置する。なお、隔壁部材２０の位置は容器１０が傾斜した状態でも、隔壁部材２０の上端が水面下の所定位置（例えば、水面から５ｃｍの深さ）に位置するように設定しておくものとする。このようにして、蓄熱を開始し、容器１０内に温水を生成させる。
【００３０】
使用者は、夕方、日が翳ってくる頃（例えば午後４時）に、保持部材２４による隔壁部材２０の保持を解除し、隔壁部材２０をその上端部が水面上に出るように浮上させることにより、図６に示す保温状態として、蓄熱を終了する。そして、使用者は、温水を利用する場所に容器１０を持って行き、必要に応じて温水を利用することができる。
【００３１】
以上の通り、本実施形態の太陽熱温水器１によれば、蓄熱時には、隔壁部材２０全体が水面下となるように位置させ、蓄熱領域（吸熱面１４と隔壁部材２０との間隙）において太陽熱によって温水を生成し、その温水を自然対流により温水貯留領域（隔壁部材２０と断熱部材１２とによって囲まれた領域）の上部から貯留することができる。また、保温時には、隔壁部材２０を浮上させて、その上端部が水面よりも上に出るように位置させることで、温水貯留領域に貯留されている温水を断熱部材１２と隔壁部材２０とにより保温することができる。このように、本実施形態によれば、容器１０の内部を、隔壁部材２０によって、蓄熱領域と温水貯留領域とに区画しただけの簡単な構成で、太陽熱を利用した温水の生成及び保温を行うことが可能な太陽熱温水器１を実現することができる。
【００３２】
また、集光鏡４０を設けることにより、吸熱面１４においてより多くの太陽光を吸収することができ、より高温又はより大量の温水を生成することができる。
【００３３】
また、支持部材５０を設けて容器１０を所定の角度に傾けることにより、吸熱面１４においてより多くの太陽光を吸収することができ、より高い温度又はより大量の温水を生成することができる。
【００３４】
また、容器１０を縦長の形状とすることにより、持ち運びが容易となり、また場所を取らない等、利便性を高めることができる。
【００３５】
また、必要な温水量を一つの太陽熱温水器１で賄えない場合には、２以上の太陽熱温水器１を使用することにより、必要な温水量を確保することができる。
【００３６】
また、隔壁部材２０の取外しが容易であることから、容器１０内の清掃が容易に行うことができ、容器１０内の清潔を保つことができる。
【００３７】
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態である太陽熱温水器１の構成を示す側面図である。
【図２】太陽熱温水器１の構成を示す斜視図である。
【図３】隔壁部材２０を容器１０内において上下に移動可能とするガイド部材２２の断面図である。
【図４】保持部材２４の側面図である。
【図５】太陽熱温水器１の蓄熱時の使用状態を示す図である。
【図６】太陽熱温水器１の保温時の使用状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  太陽熱温水器
１０  容器
１１  断熱面
１２  断熱部材
１４  吸熱面
１６  注入口
１８  蓋
２０  隔壁部材
２２  ガイド部材
２４  保持部材
３０  保温部材
４０  集光鏡
５０  支持部材
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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