СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
SOLAR ENERGY RECYCLING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к системе утилизации солнечной энергии.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] В предшествующем уровне техники были предложены технологии, в которых в некотором пространстве в стекле с двухслойной структурой расположены солнечный элемент, который принимает солнечную энергию, генерируя электрическую энергию, и тепловой солнечный коллектор (гелиоконцентратор), который нагревает теплоноситель тепловой энергией, получаемой путем захвата солнечной энергии (см. патентную литературу 1-3). Согласно этим технологиям, при прохождении солнечного света во внутреннее пространство через оконное стекло, путем использования энергии солнечного света могут быть получены электрическая энергия и тепловая энергия, и может быть обеспечено энергосбережение.
СПИСОК ССЫЛОК
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0003]
Патентная литература 1: JP-A-S58-197781
Патентная литература 2: JP-A-H6-147650
Патентная литература 3: JP-A-2010-144375
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
[0004] В технологиях, раскрытых в патентной литературе 1-3, поскольку для получения большого количества электрической энергии и тепловой энергии необходимо принимать большое количество солнечной энергии, предпочтительно использовать стекло, имеющее большой коэффициент пропускания естественного света, такое как стекло с двухслойной структурой. Однако стекло, имеющее большой коэффициент пропускания естественного света, легко обеспечивает возможность пропускания излучения дальней инфракрасной области спектра из внутреннего пространства во внешнюю среду и уступает по тепловой изоляции внутреннему пространству. Таким образом, есть возможность улучшения эффективности энергосбережения.
[0005] Настоящее изобретение было осуществлено для решения такой задачи, и его целью является обеспечение системы утилизации солнечной энергии, позволяющей улучшить эффективность энергосбережения.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
[0006] Система утилизации солнечной энергии согласно настоящему изобретению включает в себя приемник энергии, прозрачный элемент внутренней стороны и устройство утилизации энергии. Приемник энергии предусмотрен внутри прозрачной части здания и принимает солнечную энергию для получения по меньшей мере одной из электрической энергии и тепловой энергии. Прозрачный элемент внутренней стороны предусмотрен с внутренней стороны здания по отношению к приемнику энергии, а устройство утилизации энергии использует энергию из приемника энергии с внутренней стороны. Дополнительно, прозрачный элемент внутренней стороны подвергается обработке для отсечки излучения дальней инфракрасной области спектра с тем, чтобы как коэффициент поглощения/коэффициент излучения, так и коэффициент пропускания света дальней инфракрасной области спектра с по меньшей мере длиной волны от 9 мкм до 10 мкм составляли 20% или менее.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Согласно настоящему изобретению, поскольку предусмотрен прозрачный элемент внутренней стороны, подвергнутый обработке для отсечки излучения дальней инфракрасной области спектра, трудно осуществить излучение лучей дальней инфракрасной области спектра с внутренней стороны (со стороны внутреннего пространства) во внешнюю среду без подавления поступления солнечной энергии в приемник энергии. Таким образом, тепловая изоляция внутреннего пространства может быть улучшена при обеспечении доступности солнечной энергии, и может быть улучшена эффективность энергосбережения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Фиг. 1 является схемой конфигурации, показывающей систему утилизации солнечной энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является подробной блок-схемой участка поглощения давления, показанного на фиг. 1.
Фиг. 3 является схемой, показывающей конфигурацию системы утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0009] Здесь далее настоящее изобретение будет описано согласно предпочтительным вариантам осуществления. Настоящее изобретение не ограничено этими нижеописанными вариантами осуществления и может быть соответствующим образом модифицировано в диапазоне, не выходящим за рамки сущности настоящего изобретения. В показанном ниже варианте осуществления в некоторых местах пропущены иллюстрация и описание части конфигурации, но, само собой разумеется, что в отношении подробностей пропущенных технологий соответствующим образом применяются известные или общепринятые технологии в пределах диапазона, где не возникает противоречия с описанным ниже содержанием.
[0010] Фиг. 1 является схемой конфигурации, показывающей систему утилизации солнечной энергии согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 показан пример, в котором система утилизации солнечной энергии используется на среднем этаже высотного здания и т.п., но система утилизации солнечной энергии не ограничена случаем использования на среднем этаже здания и может быть использована на верхнем этаже и нижнем этаже или может быть использована в средне- и малоэтажном здании или в отдельно стоящем доме.
[0011] Как показано на фиг. 1, система 1 утилизации солнечной энергии включает в себя внешнее стекло (прозрачную часть) 10, тепловой солнечный коллектор (приемник энергии) 20, внутреннее стекло (прозрачный элемент внутренней стороны, устройство утилизации энергии) 30, первый и второй трубопроводы R1 и R2 и участок 40 поглощения давления.
[0012] Внешнее стекло 10 является пластинчатым стеклянным элементом, установленным в здании, и предпочтительно является стеклом пропускающего типа, имеющим коэффициент пропускания 80% или более для естественного света. Внешнее стекло 10 не ограничено стеклом пропускающего типа, и может быть использовано существующее теплопоглощающее стекло или теплоотражающее стекло, установленное в высотном здании. Внешнее стекло 10 является частью здания и выдерживает давление ветра, и соответствует техническим условиям на производство строительных работ.
[0013] Тепловой солнечный тепловой коллектор 20 получает тепловую энергию путем использования солнечной энергии, поступающей в сторону внутреннего пространства через внешнее стекло 10, и нагревает теплоноситель (антифриз, такой как этиленгликоль) тепловой энергией, получаемой с использованием солнечной энергии. Тепловой солнечный коллектор 20 имеет горизонтальную конструкцию жалюзийного типа, включающую в себя множество вакуумных трубопроводов 21, простирающихся в горизонтальном направлении. Вакуумный трубопровод 21 включает в себя прозрачный внешний трубопровод и внутренний трубопровод, подвергаемый обработке для селективного поглощения солнечного света, и, например, имеет конструкцию для нагревания теплоносителя, втекающего в U-образный проход для теплоносителя, вставленный во внутренний трубопровод.
[0014] Тепловой солнечный коллектор 20 не ограничен типом вакуумного трубопровода, имеющим множество вакуумных трубопроводов 21, а может быть тепловым солнечным коллектором другого типа, таким как тепловой солнечный коллектор, имеющий теплоотводящее ребро (ребро сбора тепла). Дополнительно, вакуумный трубопровод 21 и теплоотводящее ребро не ограничены горизонтальным жалюзийным типом конструкции, и может быть использован вертикальный жалюзийный тип конструкции или полупропускающий тип конструкции. Что касается окна, находящегося под углом, который не оптимизируется по угловому положению Солнца, такому как вертикальная или горизонтальная плоскости, окно горизонтального жалюзийного типа является предпочтительным в отношении стоимости и приема солнечного света во внутреннем пространстве, поскольку окно горизонтального жалюзийного типа имеет более высокий термический коэффициент полезного действия (КПД), чем окно вертикального жалюзийного типа, при этом может быть уменьшено число вакуумных трубопроводов 21 и т.п. В случае типа вакуумного трубопровода, имеющего множество вакуумных трубопроводов 21, за счет внутренних трубопроводов круглого сечения можно получить стабильный эффект теплоотвода, даже если существует разница в угловом положении Солнца между летом и зимой.
[0015] Внутреннее стекло 30 является пластинчатым стеклянным элементом, предусмотренным на тепловом солнечном коллекторе 20 с внутренней стороны здания. Конкретно, в этом варианте осуществления внутреннее стекло 30 имеет двухслойную структуру, позволяющую вводить теплоноситель внутрь через первый трубопровод R1, и функционирует в качестве панели радиационного нагрева (устройства утилизации энергии), которая нагревает внутреннее пространство с использованием находящегося внутри теплоносителя.
[0016] Более конкретно, первое стекло (прозрачный элемент) 31 внутреннего стекла 30 двухслойной структуры на стороне теплового солнечного коллектора 20 подвергается обработке для обеспечения слабого излучения (обработке для отсечки излучения дальней инфракрасной области спектра) путем покрытия поверхности, которая не находится в контакте с теплоносителем, пленкой из заданного металла или т.п. За счет этой обработки, в первом стекле 31 как коэффициент поглощения и коэффициент излучения, так и коэффициент пропускания излучения (лучей) дальней инфракрасной области спектра с по меньшей мере длиной волны от 9 мкм или более и до 10 мкм или менее составляли 20% или менее.
[0017] Напротив, второе стекло (прозрачный элемент) 32 внутреннего стекла 30 с двухслойной структурой с внутренней стороны не подвергается обработке для обеспечения слабого излучения. Таким образом, коэффициент поглощения и коэффициент излучения, а также коэффициент пропускания второго стекла 32 являются по меньшей мере более высокими, чем коэффициент поглощения и коэффициент излучения, а также коэффициент пропускания первого стекла 31 и, конкретно, сумма коэффициента поглощения и коэффициента излучения, а также коэффициента пропускания излучения дальней инфракрасной области спектра составляет 80% или более. Таким образом, хотя излучение дальней инфракрасной области спектра от теплоносителя отсекается первым стеклом 31 и, таким образом, почти не излучается в сторону внешней среды, излучение дальней инфракрасной области спектра легко излучается во внутреннюю сторону здания через второе стекло 32. В результате внутреннее стекло 30 функционирует в качестве панели радиационного нагрева с небольшими потерями на излучение. Первое стекло 31 играет роль подавителя не только излучения дальней инфракрасной области спектра от теплоносителя, но и излучения дальней инфракрасной области спектра из внутреннего пространства, испускаемого во внешнюю среду, т.е. уменьшения внутренней температуры.
[0018] Здесь внутреннее стекло 30 предусмотрено приблизительно на той же самой высоте, что и тепловой солнечный коллектор 20. Дополнительно, первый трубопровод R1 соединяет верхнюю часть теплового солнечного коллектора 20 и верхнюю часть внутреннего стекла 30, а второй трубопровод R2 соединяет нижнюю часть теплового солнечного коллектора 20 и нижнюю часть внутреннего стекла 30. Таким образом, теплоноситель, охлаждаемый внутренним стеклом 30, достигает теплового солнечного коллектора 20 через второй трубопровод R2, нагревается тепловым солнечным коллектором 20 и возвращается во внутреннее стекло 30 через первый трубопровод R1. Таким образом может осуществляться естественная циркуляция.
[0019] Здесь выражение «предусмотрено приблизительно на той же самой высоте, что и» означает, что внутреннее стекло 30 установлено входящим по меньшей мере частично по диапазону высоты от верхнего конца до нижнего конца теплового солнечного коллектора 20. Таким образом, естественная циркуляция может осуществляться, когда большая часть внутреннего стекла 30 расположена по высоте от верхнего конца до нижнего конца теплового солнечного коллектора 20, а в случае, когда внутреннее стекло 30 не расположено в таком положении, и естественная циркуляция не может осуществляться, не нужно увеличивать выходную мощность насоса для циркуляции теплоносителя.
[0020] Участок 40 поглощения давления является так называемым расширительным резервуаром, который предотвращает увеличение внутреннего давления на внутреннее стекло 30 вследствие теплового расширения теплоносителя и его повреждение. Участок 40 поглощения давления обеспечивают, например, на первом трубопроводе R1.
[0021] Фиг. 2 является подробной блок-схемой участка 40 поглощения давления, показанного на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, участок 40 поглощения давления включает в себя входную часть 41, соединенную с тепловым солнечным коллектором 20, выходную часть 42, соединенную с внутренним стеклом 30, и резервуар 43 для теплоносителя, расположенный между ними. Резервуар 43 для теплоносителя является контейнерообразной частью, чей внутренний объем больше, чем входной части 41 и выходной части 42, и нижняя его часть заполнена теплоносителем, но верхняя часть находится в состоянии, в котором имеется газ 43а. Таким образом, когда теплоноситель термически расширяется, газ 43а резервуара 43 для теплоносителя сжимается, и подавляется увеличение внутреннего давления на внутреннее стекло 30. Участок 40 поглощения давления может быть так называемым резервуаром открытого типа, в котором газ 43а открыт атмосферному давлению.
[0022] Снова обратимся к фиг. 1. Как описано выше, система 1 утилизации солнечной энергии может осуществлять нагревание путем использования внутреннего стекла 30 в качестве панели радиационного нагрева. Дополнительно, система 1 утилизации солнечной энергии включает в себя клапан V, третий и четвертый трубопроводы R3 и R4, и абсорбционную холодильную установку (устройство утилизации энергии) 50 для осуществления охлаждения.
[0023] Клапан V является трехходовым клапаном, предусмотренным на нижней по ходу стороне участка 40 поглощения давления в первом трубопроводе R1 и позволяющим изменять маршрут подачи теплоносителя из теплового солнечного коллектора 20 во внутреннее стекло 30 и маршрут подачи теплоносителя в третий трубопровод R3. В клапане V маршрут может переключаться контроллером на основе сигнала от датчика температуры, который детектирует температуру комнаты или температуру теплоносителя, или может переключаться в ручном режиме. Дополнительно, клапан V может автоматически переключать путь потока теплоносителя согласно температуре комнаты с помощью технологий, использующих биметалл, изменение объема жидкости в капиллярной трубке, изменение фаз твердое вещество - жидкость, сплав с памятью формы и т.п.
[0024] Абсорбционная холодильная камера 50 включает в себя теплообменник 51, который функционирует в качестве регенератора (реверсивного теплообменника). Третий трубопровод R3 является трубопроводом, который соединяет клапан V и верхнюю часть теплообменника 51, а четвертый трубопровод R4 является трубопроводом, который соединяет нижнюю часть теплообменника 51 и второй трубопровод R2 (в местоположении, показанном ссылочной позицией А, показанной на фиг. 1). Теплообменник 51 предусмотрен приблизительно на той же высоте, что и тепловой солнечный коллектор 20, подобно внутреннему стеклу 30. Дополнительно, абсорбционная холодильная установка 50 включает в себя часть 52 с функцией конденсатора, функционирующую в качестве конденсатора, и часть 53 с функцией испарительного абсорбера, функционирующая в качестве испарителя и абсорбера.
[0025] Далее будет подробно описана абсорбционная холодильная установка 50. Теплообменник 51 снабжен напорным трубопроводом 51а, через который протекает абсорбирующая жидкость и хладагент. В теплообменник 51 в виде регенератора вводится разбавленный раствор, который нагревается теплоносителем из теплового солнечного коллектора 20. Таким образом, теплоноситель из теплового солнечного коллектора 20 охлаждается и возвращается снова в тепловой солнечный коллектор 20.
[0026] С другой стороны, разбавленный раствор разделяется при нагревании на концентрированную жидкость и парообразный хладагент, и парообразный хладагент вводится в часть 52 с функцией конденсатора. Здесь, например, часть 52 с функцией конденсатора имеет двухслойную структуру, подобную внутреннему стеклу 30. Дополнительно, например, часть 52 с функцией конденсатора может быть установлена направленной во внешнюю среду. Таким образом, парообразный хладагент, введенный в часть 52 с функцией конденсатора, охлаждается внешним воздухом и конденсируется, становясь жидким хладагентом. Жидкий хладагент вводится в часть 53 с функцией испарительного абсорбера.
[0027] Кроме того, концентрированная жидкость, полученная при нагревании в теплообменнике 51, вводится в часть 53 с функцией испарительного абсорбера. Часть 53 с функцией испарительного абсорбера также имеет двойную стеклянную структуру, причем одно стекло 53а функционирует в качестве испарителя, а другое стекло 53b функционирует в качестве абсорбера. Жидкий хладагент капает вдоль одного стекла 53а на стороне испарителя, а концентрированная жидкость капает вдоль другого стекла 53b на стороне абсорбера.
[0028] Кроме того, часть 53 с функцией испарительного абсорбера включает в себя множество U-образных элементов 53с, которые являются U-образными в поперечном сечении. Упомянутое множество U-образных элементов 53с расположено между двумя стеклами 53a и 53b для образования по существу обратной U-формы и выполнено с возможностью предотвращать поломку часть 53 с функцией испарительного абсорбера в состоянии пониженного давления. Кроме того, поскольку U-образный элемент 53с расположен в противоположном направлении, жидкий хладагент или концентрированная жидкость, капающие вдоль обоих стекол 53a и 53b, временно скапливается между U-образным элементом 53с и поверхностью стекла и играет роль в улучшении смачиваемости поверхности стекла.
[0029] Жидкий хладагент, который испаряется и переходит в парообразное состояние на части 53 с функцией испарительного абсорбера, превращается в пар хладагента и абсорбируется концентрированной жидкостью. В результате разбавленный раствор выпускается из части 53 с функцией испарительного абсорбера и подается в теплообменник 51 в виде регенератора. Кроме того, одно стекло 53а направлено к внутреннему пространству, и внутренний воздух охлаждается при испарении жидкого хладагента. Другое стекло 53b направлено к внешней среде, и тепло абсорбции пара хладагента удаляется внешним воздухом.
[0030] Предпочтительно, чтобы абсорбционная холодильная установка 50 была выполнена таким образом, чтобы путем настройки каждого положения могла осуществляться естественная циркуляция. Однако не существует никаких конкретных ограничений в этом отношении, и может быть предусмотрен насос, или могут быть добавлены другие элементы, пропущенные на этом чертеже.
[0031] Кроме того, через теплообменник 51 может проходить, например, соединительный трубопровод 51b, который соединяет крышу и подвал здания. Таким образом, теплоноситель в теплообменнике 51 может обмениваться теплом с холодной водой и горячей водой, протекающими в соединительном трубопроводе 51b. Здесь в этом варианте осуществления, например, тепловой солнечный коллектор установлен на крыше здания, абсорбционное устройство охлаждения и нагревания воды установлено в подвале, и, таким образом, коридоры и общие помещения здания охлаждаются или нагреваются с использованием этих устройств. Соединительный трубопровод 51b соединяет тепловой солнечный коллектор на крыше и абсорбционное устройство охлаждения и нагревания воды в подвале. Дополнительно, соединительный трубопровод 51b проходит через теплообменник 51 на каждом этаже. Таким образом, теплоноситель, протекающий в соединительном трубопроводе 51b, может перемещаться в тепловой солнечный коллектор на крыше, будучи поднимаемым при нагревании теплообменника 51. Таким образом, теплообменник 51 также функционирует в качестве насоса для перемещения теплоносителя из абсорбционного устройства охлаждения и нагревания воды в подвале в тепловой солнечный коллектор на крыше при подъеме температуры теплоносителя.
[0032] Дополнительно, хотя это не показано на чертеже по первому варианту осуществления, система 1 утилизации солнечной энергии согласно этому варианту осуществления может быть снабжена устройством нагревания пола (устройством утилизации энергии). Поскольку устройство нагревания пола обеспечивается на полу, устройство нагревания пола располагается ниже теплового солнечного коллектора 20. Таким образом, устройство нагревания пола во многих случаях может не обеспечиваться на приблизительно той же самой высоте, что и тепловой солнечный коллектор 20. Таким образом, при осуществлении естественной циркуляции теплоносителя может быть дополнительно предусмотрено внутреннее стекло 30 с двухслойной структурой, теплоноситель, выпускаемый из внутреннего стекла 30 с двухслойной структурой, может быть подан в устройство нагревания пола, а теплоноситель, выпускаемый из устройства нагревания пола, может возвращаться в нижний конец теплового солнечного коллектора 20. Таким образом, путем добавления устройства нагревания пола в процесс естественной циркуляции с использованием внутреннего стекла 30 с двухслойной структурой, может быть использована в чистом виде естественная циркуляция.
[0033] Далее будет описана работа и эффект системы 1 утилизации солнечной энергии согласно этому варианту осуществления.
[0034] Сначала, во время нагревания, маршрут перемещения теплоносителя к внутреннему стеклу 30 выбирается клапаном V. Когда солнечный свет падает на тепловой солнечный коллектор 20, тепловой солнечный коллектор 20 использует солнечную энергию для нагревания теплоносителя. Теплоноситель поднимается при нагревании и достигает внутреннего стекла 30 через первый трубопровод R1. Во внутреннем стекле 30 теплоноситель проходит через внутреннюю часть второго стекла 32, и излучение (лучи) дальней инфракрасной области спектра испускается, нагревая внутреннее пространство. С другой стороны, поскольку первое стекло 31 на стороне внешней среды подвергнуто обработке для обеспечения слабого излучения, уменьшается количество излучения дальней инфракрасной области спектра, испускаемого в сторону внешней среды.
[0035] Теплоноситель, охлаждаемый за счет испускания излучения дальней инфракрасной области спектра, который перемещается вниз во внутреннем стекле 30, выпускается через второй трубопровод R2 и возвращается в тепловой солнечный коллектор 20. Здесь внутреннее давление на внутреннее стекло 30 увеличивается за счет теплоносителя, расширяющегося при нагревании в тепловом солнечном коллекторе 20, и это увеличение внутреннего давления приблизительно поглощается сжимающимся газом 43а участка 40 поглощения давления.
[0036] Таким образом, согласно системе 1 утилизации солнечной энергии согласно первому варианту осуществления, поскольку предусмотрено внутреннее стекло 30, подвергнутое обработке для обеспечения слабого излучения, можно сделать маловероятным испускание излучения дальней инфракрасной области спектра с внутренней стороны во внешнюю среду без блокирования достижения солнечным светом теплового солнечного коллектора 20. Таким образом, тепловая изоляция внутреннего пространства может быть улучшена при обеспечении доступности солнечной энергии, и может быть улучшена эффективность энергосбережения.
[0037] В частности, коэффициент теплопередачи одного существующего оконного стекла составляет обычно около 6 Вт/(м2*К), и по сравнению с коэффициентом теплопередачи участка стены, составляющим около 0,5 Вт/(м2*К) или менее, тепловая изоляция оконного стекла значительно хуже. Таким образом, в случае, когда внешнее стекло 10 является одним существующим оконным стеклом, хотя его коэффициент теплопередачи далек от 0,8 Вт/(м2*К), что является мировым стандартом для окон пассивных домов, с помощью обеспечения конфигурации согласно настоящему варианту осуществления может быть получен коэффициент теплопередачи, близкий к коэффициенту теплопередачи, требуемому для пассивных домов.
[0038] Кроме того, внутреннее стекло 30 имеет двухслойную структуру, позволяющую вводить внутрь теплоноситель, причем одно стекло 31 из стекол 31 и 32 двухслойной структуры со стороны теплового солнечного коллектора 20 подвергается обработке для отсечки излучения дальней инфракрасной области спектра, и тепло излучается из теплоносителя через другое стекло 32. Таким образом, внутреннее стекло 30 может быть использовано в качестве панели радиационного нагрева.
[0039] Поскольку внутреннее стекло 30 с двухслойной структурой расположено так, чтобы быть входящим по меньшей мере частично по высоте от верхнего конца до нижнего конца теплового солнечного коллектора 20, внутреннее стекло 30 и тепловой солнечный коллектор 20 расположены на приблизительно одной и той же высоте. Таким образом, возможно осуществление естественной циркуляции с использованием теплоотвода тепловым солнечным коллектором 20 и рассеяния тепла внутренним стеклом 30, и даже если устанавливается насос для циркуляции теплоносителя, нет необходимости в насосе с высокой выходной мощностью.
[0040] Дополнительно, в первом варианте осуществления, если тепловой солнечный коллектор 20 и внутреннее стекло 30 будут объединены в один блок, то работы по установке могут быть упрощены, например, путем прикрепления этого блока к внешнему стеклу 10.
[0041] Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Система утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения является такой же, как система использования солнечной энергии по первому варианту осуществления, но конфигурация частично отличается от конфигурации по первому варианту осуществления. Ниже будут описаны отличия от первого варианта осуществления.
[0042] Фиг. 3 является схемой, показывающей конфигурацию системы 2 утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления. На фиг. 3 абсорбционная холодильная установка 50, напорный трубопровод 51а и соединительный трубопровод 51b являются такими же, как в первом варианте осуществления, и поэтому их изображение пропущено.
[0043] Как показано на фиг. 3, система 2 утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления включает в себя, дополнительно к составляющим элементам по первому варианту осуществления, второй клапан V2, пятый и шестой трубопроводы R5 и R6, и второй участок 60 поглощения давления. Дополнительно, система 2 утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления отличается от системы утилизации солнечной энергии по первому варианту осуществления тем, что система 2 утилизации солнечной энергии включает в себя гибридную солнечную панель PVT вместо теплового солнечного коллектора 20, и отличается конфигурация внешнего стекла (прозрачного элемента внешней стороны) 10.
[0044] Гибридная солнечная панель PVT включает в себя солнечную панель 22 генерирования энергии, которая принимает солнечную энергию и генерирует электрическую энергию, дополнительно к тепловому солнечному коллектору 20 (множеству вакуумных трубопроводов 21), показанному в первом варианте осуществления. Электрическая энергия, генерируемая солнечной панелью 22 генерирования энергии, используется для некоторого устройства (устройства утилизации энергии), такого как бытовые электроприборы (не показаны). Солнечная панель 22 генерирования энергии может быть установлена внутри вакуумного трубопровода 21.
[0045] Дополнительно, во втором варианте осуществления, подобно внутреннему стеклу 30, внешнее стекло 10 имеет двухслойную структуру, позволяющую вводить внутрь теплоноситель. На внешнем стекле 10 ни на первом стекле 11 с внешней стороны, ни на втором стекле 12 с внутренней стороны не осуществляют обработки для обеспечения слабого излучения, чтобы не блокировать поступление солнечного света к гибридной солнечной панели PVT.
[0046] Второй клапан V2 является трехходовым клапаном, предусмотренным со стороны гибридной солнечной панели PVT по отношению к участку 40 поглощения давления в первом трубопроводе R1, и способен переключать маршрут подачи теплоносителя с гибридной солнечной панели PVT на внутреннее стекло 30 и маршрут подачи теплоносителя на внешнее стекло 10. Во втором клапане V2, подобно клапану V, маршрут может переключаться контроллером или может переключаться в ручном режиме. Дополнительно, второй клапан V2 может автоматически переключаться с использованием биметалла и т.п. Кроме того, при обеспечении резервуара для хранения горячей воды во втором варианте осуществления переключение может осуществляться в соответствии с температурой горячей воды, находящейся в резервуаре для хранения горячей воды.
[0047] Пятый трубопровод R5 является трубопроводом, который соединяет второй клапан V2 и верхнюю часть внешнего стекла 10, а шестой трубопровод R6 является трубопроводом, который соединяет нижнюю часть внешнего стекла 10 и второй трубопровод R2 (в местоположении, указанном ссылочной позицией В, показанной на фиг. 3). Второй участок 60 поглощения давления является таким же, как участок 40 поглощения давления, и выполняет функцию подавления увеличения внутреннего давления.
[0048] Например, когда температура теплоносителя достигает заданной температуры или становится выше (например, 60°С или выше), второй клапан V2 в системе 2 утилизации солнечной энергии переключается на маршрут подачи теплоносителя во внешнее стекло 10. Таким образом, теплоноситель достигает внешнего стекла 10 из гибридной солнечной панели PVT через пятый трубопровод R5 и охлаждается внешним воздухом во внешнем стекле 10. Теплоноситель, охлажденный внешним воздухом, снова возвращается в гибридную солнечную панель PVT через шестой трубопровод R6.
[0049] За счет циркуляции теплоносителя между гибридной солнечной панелью PVT и внешним стеклом 10 может быть уменьшена температура теплоносителя. В частности, теплоноситель во внешнем стекле 10 непрерывно охлаждается внешним воздухом до тех пор, пока температура теплоносителя на достигнет 60°С, и имеет низкую температуру. Таким образом, за счет циркуляции теплоносителя между гибридной солнечной панелью PVT и внешним стеклом 10 температура теплоносителя может быть уменьшена до менее чем 60°С относительно имеющейся температуры. Таким образом, могут быть предотвращены повреждение солнечной панели 22 генерирования энергии, имеющей температуру термостойкости около 70°С, и поломка вакуумного трубопровода 21 (участка теплоотвода), образующего тепловой солнечный коллектор 20, и может быть подавлено уменьшение эффективности генерирования энергии солнечной панелью 22 генерирования энергии.
[0050] Таким образом, согласно системе 2 утилизации солнечной энергии по второму варианту осуществления, подобно первому варианту осуществления, может быть улучшена эффективность энергосбережения и может быть получен коэффициент теплопередачи, близкий к коэффициенту теплопередачи, требуемому для пассивных домов. Кроме того, внутреннее стекло 30 может быть использовано в качестве панели радиационного нагрева. Дополнительно, может осуществляться естественная циркуляция, и даже если устанавливается насос для обеспечения циркуляции теплоносителя, нет необходимости в насосе с высокой выходной мощностью.
[0051] Кроме того, согласно второму варианту осуществления, поскольку внешнее стекло 10 имеет двухслойную структуру, позволяющую вводить внутрь теплоноситель, в случае, когда температура теплоносителя достигает заданной температуры или становится выше, может быть предотвращено повреждение солнечной панели 22 генерирования энергии, в которой установлены как вакуумный трубопровод 21 теплового солнечного коллектора 20, так и тепловой солнечный коллектор 20, вызванное чрезмерным нагреванием теплоносителя, и может быть подавлено уменьшение эффективности генерирования энергии солнечной панелью 22 генерирования энергии.
[0052] Хотя настоящее изобретение было описано на основе вариантов осуществления, оно не ограничивается этими вариантами осуществления, и в диапазоне, не выходящем за рамки сущности настоящего изобретения, могут быть выполнены модификации, и другие технологии могут быть объединены в соответствующих случаях в возможном диапазоне. Дополнительно, известные или общепринятые технологии могут быть соответствующим образом объединены в возможном диапазоне.
[0053] Например, в этом варианте осуществления внутреннее стекло 30 имеет двухслойную структуру и функционирует в качестве панели радиационного нагрева, нагревающей внутреннюю часть здания, но не ограничено этим. Это стекло может быть стеклянным элементом с однослойной структурой, подвергнутым обработке для обеспечения слабого излучения, и может иметь конфигурацию, в которой теплоноситель из теплового солнечного коллектора 20 используется в абсорбционной холодильной установке 50 или устройстве утилизации энергии для нагревания пола или т.п.
[0054] В этом варианте осуществления теплоноситель подается во внутреннее стекло 30, которое функционирует в качестве панели радиационного нагрева, или регенератор (теплообменник 51) абсорбционной холодильной установки 50, но не ограничивается этим. Например, теплоноситель может подаваться в резервуар для хранения горячей воды, увеличивая температуру резервуара для хранения горячей воды, или вода из водопровода может нагреваться тепловым солнечным коллектором 20 и подаваться в водонагреватель. В частности, полученное количество тепла, которое превышает потребление при нагревании и потребление при охлаждении, может подаваться в резервуар для хранения горячей воды, и это тепло может быть передано каркасу здания (причем каркасом является слой аккумулирования тепла).
[0055] Дополнительно, внутреннее стекло 30 или внешнее стекло 10 по второму варианту осуществления может быть усилено ребром или перегородкой, необходимыми в качестве меры от давления воды. Кроме того, из-за давления воды предпочтительно не конфигурировать одно внутреннее стекло 30 и внешнее стекло 10 согласно второму варианту осуществления на множестве этажей, а предпочтительно формировать эти элементы на каждом этаже.
[0056] Кроме того, тепловой солнечный коллектор на крыше и абсорбционное устройство охлаждения и нагревания воды в подвале связаны со всем зданием, при этом системы 1 и 2 утилизации солнечной энергии согласно вариантам осуществления предусматриваются на каждом этаже. Таким образом, например, может быть рассмотрен случай, когда системы 1 и 2 утилизации солнечной энергии являются объектами собственности, которыми владеют арендаторы, для каждого этажа. В этом случае, поскольку количество тепла, получаемого тепловым солнечным коллектором 20, подается в холодную воду или горячую воду, протекающую в соединительном трубопроводе 51b через теплообменник 51, предпочтительно соответствующим образом установить калориметр и измерять, какое количество тепла подается в холодную воду и горячую воду, протекающую в соединительном трубопроводе 51b. Таким образом, например, можно использовать эту систему для покупки и продажи тепла.
[0057] В вышеупомянутом варианте осуществления, когда солнечной энергии недостаточно, теплоноситель может нагреваться за счет получения некоторого количества тепла из соединительного трубопровода 51b, и нагретый теплоноситель может подаваться во внутреннее стекло 30, осуществляя нагрев. Дополнительно, некоторое количество тепла может быть получено из соединительного трубопровода 51b и использовано в абсорбционной холодильной установке 50 снова.
[0058] Кроме того, внутреннее стекло 30 может быть выполнено в виде раздвижного окна (двух раздвижных окон). Таким образом, вследствие того, что поскольку внутреннее стекло 30 может перемещаться горизонтально подобно раздвижному окну, поверхность, подвергнутая обработке для обеспечения слабого излучения, может быть уменьшена наполовину путем перемещения двух раздвижных окон таким образом, чтобы они перекрывали друг друга, и тепло внутренней части здания может быть высвобождено во внешнюю среду.
[0059] Кроме того, система 1 утилизации солнечной энергии согласно первому варианту осуществления включает в себя тепловой солнечный коллектор 20, но не ограничивается этим. Система утилизации солнечной энергии может включать в себя солнечную панель 22 генерирования энергии или гибридную солнечную панель PVT. Дополнительно, система утилизации солнечной энергии включает в себя гибридную солнечную панель PVT во втором варианте осуществления, но в случае конфигурации, включающей в себя тепловой солнечный коллектор 20, гибридная солнечная панель PVT может не использоваться.
[0060] Дополнительно, во втором варианте осуществления часть внутреннего трубопровода вакуумного трубопровода 21 составлена из белой сильноотражающей пластины, и когда температура теплоносителя достигает 60°С или выше, весь внутренний трубопровод вакуумного трубопровода 21 может поворачиваться, открывая солнечному свету белую сильноотражающую пластину. Таким образом, увеличение температуры теплоносителя может быть подавлено путем отражения солнечного света, при этом может быть предотвращено повреждение солнечной панели 22 генерирования энергии и может быть подавлено уменьшение эффективности генерирования энергии.
[0061] Кроме того, в системе 2 утилизации солнечной энергии согласно второму варианту осуществления внешнее стекло 10 является частью здания, но не ограничивается этим. Внешнее стекло 10 может быть однослойным стеклом, уже установленным в высотном здании, и может иметь конфигурацию, в которой другое внешнее стекло 10, гибридная солнечная панель PVT и внутреннее стекло 30 предусмотрены относительно этого однослойного стекла изнутри в этом порядке.
[0062] Дополнительно, в этом варианте осуществления внутреннее стекло 30 и внешнее стекло 10 не ограничиваются случаем, когда стекло образовано из так называемого стеклянного элемента, и может использоваться прозрачный элемент, включающий прозрачную смолу, такую как поликарбонат.
[0063] Здесь вышеописанные признаки вариантов осуществления системы утилизации солнечной энергии согласно настоящему изобретению будут кратко сформулированы и изложены в нижеследующих пунктах [1] - [4].
[0064] [1] Система утилизации солнечной энергии, включающая в себя:
приемник энергии (тепловой солнечный коллектор 20), который предусмотрен внутри по отношению к прозрачной части (внешнего стекла 10) здания и принимает солнечную энергию для получения по меньшей мере одной из электрической энергии и тепловой энергии;
прозрачный элемент внутренней стороны (внутреннее стекло 30), который предусмотрен с внутренней стороны здания по отношению к приемнику энергии; и
устройство утилизации энергии (абсорбционная холодильная установка 50), использующее энергию из приемника энергии на внутренней стороне,
причем прозрачный элемент внутренней стороны подвергнут обработке с тем, чтобы как коэффициент поглощения и коэффициент излучения, так и коэффициент пропускания излучения дальней инфракрасной области спектра с по меньшей мере длиной волны от 9 мкм или более и до 10 мкм или менее составляли 20% или менее.
[0065] [2] Система утилизации солнечной энергии согласно [1],
в которой приемник энергии является тепловым солнечным коллектором (20), который принимает солнечную энергию и нагревает теплоноситель для получения тепловой энергии,
прозрачный элемент внутренней стороны является прозрачным элементом с двухслойной структурой, позволяющей вводить внутрь теплоноситель из теплового солнечного коллектора, из двух прозрачных элементов прозрачный элемент со стороны теплового солнечного коллектора подвергнут упомянутой обработке, и используется в качестве устройства утилизации энергии, которое испускает излучение дальней инфракрасной области спектра из теплоносителя через прозрачный элемент внутренней стороны из упомянутых двух прозрачных элементов.
[0066] [3] Система утилизации солнечной энергии согласно [2],
в которой прозрачный элемент внутренней стороны с двухслойной структурой установлен входящим по меньшей мере частично по высоте от верхнего конца до нижнего конца теплового солнечного коллектора.
[0067] [4] Система утилизации солнечной энергии согласно [2] или [3], дополнительно включающая в себя:
прозрачный элемент внешней стороны (внешнее стекло 10), который предусмотрен с внешней стороны от теплового солнечного коллектора и имеет двухслойную структуру для введения внутрь теплоносителя из теплового солнечного коллектора, когда температура теплоносителя из теплового солнечного коллектора достигает заданной температуры или становится выше.
[0068] Хотя настоящее изобретение описано подробно и со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть выполнены различные изменения и модификации без выхода за рамки сущности и объема настоящего изобретения.
[0069] Эта заявка основана на японской патентной заявке (№ 2016-252457), поданной 27 декабря 2016, содержание которой включено сюда посредством ссылки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0070] Согласно настоящему изобретению, продемонстрирован эффект обеспечения системы утилизации солнечной энергии, позволяющей улучшить тепловую изоляцию внутренней части здания при обеспечении доступности солнечной энергии. Настоящее изобретение, демонстрирующее этот эффект, полезно для системы утилизации солнечной энергии, позволяющей улучшить эффективность энергосбережения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0071] 1, 2: система утилизации солнечной энергии
10: внешнее стекло (прозрачная часть, прозрачный элемент внешней стороны)
11: первое стекло
12: второе стекло
20: тепловой солнечный коллектор (приемник энергии)
21: вакуумный трубопровод
22: солнечная панель генерирования энергии
30: внутреннее стекло (устройство утилизации энергии, прозрачный элемент внутренней стороны)
31: первое стекло (прозрачный элемент)
32: второе стекло (прозрачный элемент)
40: участок поглощения давления
41: входная часть
42: выходная часть
43: резервуар для теплоносителя
43a: газ
50: абсорбционная холодильная установка (устройство утилизации энергии)
51: теплообменник
51a: напорный трубопровод
51b: соединительный трубопровод
52: часть с функцией конденсатора
53: часть с функцией испарительного абсорбера
60: второй участок поглощения давления
PVT: гибридная солнечная панель
R1 - R6: трубопровод
V: клапан
V2: второй клапан.