説明

発電併用給湯システム

【課題】天候や季節に拘わらず自然エネルギーを熱や電力として安定して利用する。
【解決手段】太陽熱集熱器1及び追焚き器11により媒体を昇温させる蓄熱タンク3を備えると共に、媒体を膨張させて電力を得る発電手段8を備え、発電手段8で膨張されて仕事を終えた媒体の熱により熱交換タンク5で温水を得るようにし、太陽熱及び外部熱源の熱エネルギーを発電手段8での電力と熱交換タンク5の温水の熱源に回収し、太陽熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得る発電併用給湯システムに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽エネルギーは最も身近なエネルギーであり、太陽熱を利用した温水器や太陽光を利用した太陽電池等として従来から用いられている(例えば、下記特許文献1、特許文献2、特許文献3等参照)。太陽熱を利用した給湯システムは、低コスト・省エネルギーで温水を得ることができ、また、太陽電池を用いた発電では、クリーンなエネルギーにより電力を得ることができる。
【0003】
しかし、太陽熱を利用した給湯システムでは、主に晴天の夏期の給湯には充分に使用できるが、曇天や冬期には補助熱源が不可欠となっていた。また、晴天の夏期には地域によっては回収した熱が給湯だけでは余ることもあり、エネルギーロスになる場合も生じていた。このように、太陽熱を利用した給湯システムは、天候や季節により給湯が不安定になる虞があり、費用に対する効果が充分には得られず、天候や季節に左右されずに安定したエネルギー利用が望まれているのが現状である。
【0004】
また、太陽電池を用いた発電は、太陽電池の材料(シリコン)の価格に大きく依存する技術であり、受熱量が多大であるにもかかわらずコストが大幅に嵩み、充分に普及していないのが現状である。
【特許文献1】特開2007−162969号公報
【特許文献2】特開2006−349329号公報
【特許文献3】特開2007−234795号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得る発電併用給湯システムを提供し、天候や季節に拘わらず自然エネルギーを熱や電力として安定して利用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の発電併用給湯システムは、環境の熱及び外部熱源により媒体を昇温させる昇温手段と、前記媒体を膨張させて電力を得る発電手段と、前記発電手段で膨張されて仕事を終えた前記媒体の熱により温水を得る給湯手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
請求項1に係る本発明では、環境の熱及び外部熱源の熱エネルギーを発電手段での電力と給湯手段での給湯に回収することができ、発電手段と給湯手段のバランスを取ることにより、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を安定して得ることができる。この結果、天候や季節に拘わらず自然エネルギーを熱や電力として安定して利用することができる。
【0008】
そして、請求項2に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項1に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記環境の熱は太陽熱であることを特徴とする。
【0009】
請求項2に係る本発明では、太陽熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を安定して得ることができる。
【0010】
また、請求項3に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項1もしくは請求項2に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記昇温手段は、環境の熱を集めて昇温媒体を昇温させる熱機器と、前記熱機器で昇温された前記昇温媒体が前記外部熱源からの熱媒体が循環されると共に前記媒体が循環され、前記昇温媒体及び前記熱媒体との間で熱交換されて前記媒体を昇温する蓄熱手段とからなることを特徴とする。
【0011】
請求項3に係る本発明では、環境の熱により昇温された昇温媒体と、発電及び給湯用の媒体との熱交換により、自然エネルギーを電力と給湯手段での給湯に回収することができる。
【0012】
また、請求項4に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項3に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記昇温媒体は水であり、昇温されて加熱温水となった前記昇温媒体を貯留する貯留タンクを備え、前記貯留タンクに貯留された加熱温水が給湯手段に循環されて温水を得る熱源とされることを特徴とする。
【0013】
請求項4に係る本発明では、温水を得るための間接熱源として昇温媒体を利用することができる。
【0014】
また、請求項5に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項4に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記加熱温水の一部を前記給湯手段で得られる前記温水に混合する混合手段を備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項5に係る本発明では、混合手段により加熱温水の一部を温水に混合することで、温水を得るための直接熱源として昇温媒体を利用することができる。
【0016】
また、請求項6に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項3に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記昇温媒体は油であることを特徴とする。
【0017】
請求項6に係る本発明では、昇温媒体の沸騰を抑制することができると共に、配管の錆び等を防止することができる。
【0018】
また、請求項7に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項6に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記油は食用油であることを特徴とする。
【0019】
請求項7に係る本発明では、昇温媒体が食用油であるので、廃油処理等で環境に悪影響を与えることがない。
【0020】
また、請求項8に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項5もしくは請求項7に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記外部熱源は、燃料の燃焼熱を熱源とするものであることを特徴とする。
【0021】
請求項8に係る本発明では、外部熱源を安定して確保することができる。
【0022】
また、請求項9に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項5もしくは請求項7に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記外部熱源は、外部機器の廃熱を熱源とするものであることを特徴とする。
【0023】
請求項9に係る本発明では、エネルギーを有効に利用することができる。
【0024】
また、請求項10に係る本発明の発電併用給湯システムは、請求項8もしくは請求項9に記載の発電併用給湯システムにおいて、前記蓄熱手段には前記給湯手段で熱回収された前記媒体が昇圧手段により昇圧されて供給され、前記蓄熱手段は前記媒体を85℃〜200℃に昇温させ、前記発電手段では85℃〜200℃に昇温された前記媒体が膨張されることで電力が得られることを特徴とする。
【0025】
請求項10に係る本発明では、85℃〜200℃に昇温された媒体が膨張されて電力が得られ、排熱が70℃〜40℃にされて給湯の熱源とされる。発電手段としては、循環流式の小型ロータリー膨張機構を用いて85℃〜200℃に昇温された媒体を膨張して発電動力を得ることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の発電併用給湯システムは、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得ることができ、天候や季節に拘わらず自然エネルギーを熱や電力として安定して利用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明の第1実施形態例及び第2実施形態例を説明する。
【0028】
図1に基づいて第1実施形態例を説明する。図1には本発明の第1実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統を示してある。
【0029】
図1に示すように、太陽熱を集熱する熱機器としての太陽熱集熱器1が備えられ、太陽熱集熱器1では昇温媒体としての水が昇温されるようになっている(昇温手段)。太陽熱集熱器1は循環配管2により蓄熱手段としての蓄熱タンク3に接続され、太陽熱集熱器1で昇温された水(加熱温水)は循環ポンプ4の駆動により循環配管2を通って太陽熱集熱器1と蓄熱タンク3の間を循環する。
【0030】
一方、市水(例えば、15℃以下)が貯留される熱交換タンク5が備えられ、蓄熱タンク3と熱交換タンク5の間には媒体循環路6が設けられている。媒体循環路6には、例えば、フロン系ガスの媒体が充填され、熱交換タンク5で熱回収された媒体が昇圧手段としての昇圧ポンプ7により蓄熱タンク3側に圧送される。蓄熱タンク3には、循環配管2により太陽熱により昇温された温水(例えば、85℃〜200℃)が送られ、蓄熱タンク3では、媒体循環路6で送られた媒体が例えば、85℃〜200℃に加熱される。
【0031】
加熱された媒体は、媒体循環路6により発電手段8に送られ、発電手段8で仕事を終えた媒体(例えば、50℃)は媒体循環路6により熱交換タンク5に送られ、熱交換タンク5内の市水(〜15℃)を温めて、中温貯湯タンク31に送られる。中温貯湯タンク31では、例えば、40℃〜60℃の媒体と熱交換タンク5からの市水とを熱交換し、例えば、40℃〜60℃の水を貯める機能を有している。中温貯湯タンク31は、内部の水温が下降した時には後述する追焚き器11を使用することで、例えば、40℃〜60℃の水温を保つようにしている。
【0032】
中温貯湯タンク31に貯められた水は、例えば、40℃〜60℃の給湯水とされる。発電手段8には、例えば、85℃〜200℃の媒体を膨張する膨張器9(例えば、循環流式小型スクロール膨張器)が備えられ、膨張器9の回転軸は発電機10のローターに接続されている。
【0033】
つまり、例えば、85℃〜200℃の媒体が膨張器9で膨張されて回転動力が得られ、膨張器9の回転動力が発電機10に伝えられて発電が行なわれ、電力(例えば、700W)が回収される。膨張器9で仕事を終えた媒体は、例えば、50℃の排気となって媒体循環路6により熱交換タンク5に送られ、給湯水の熱源とされる(給湯手段)。
【0034】
また、燃料(例えば、都市ガス、プロパンガス、白灯油等)の燃焼により熱媒体を加熱する外部熱源としての追焚き器11が備えられ、追焚き器11で加熱された熱媒体が蓄熱タンク3を循環するようになっている。
【0035】
追炊き器11としては、予め所定場所に設置される機器や携帯型のコンロ等の簡易加熱機器を適用することが可能である。
【0036】
蓄熱タンク3では、太陽熱により昇温された温水(例えば、85℃〜200℃)及び追焚き器11で加熱された熱媒体により、媒体循環路6の媒体が例えば、85℃〜200℃に加熱される。更に、追焚き器11で加熱された熱媒体は熱交換タンク5を循環し、給湯水の熱源とされる。
【0037】
上記構成の発電併用給湯システムでは、蓄熱タンク3が、例えば、85℃〜200℃の媒体を貯める機能と熱交換の機能を有し、熱交換タンク5が、例えば、40℃〜60℃の媒体と、例えば、15℃以下の市水を熱交換する機能を有している。また、中温貯湯タンク31が、例えば、40℃〜60℃の媒体と熱交換タンク5からの市水とを熱交換する機能と、例えば、40℃〜60℃の水(給湯水)を貯める機能を有している。また、熱交換タンク5が、例えば、40℃〜60℃の水を貯める機能を有している。熱交換タンク5内の水温が低下した場合には、追焚き器11を補助的に使用することで、熱交換タンク5内の水温が、例えば、40℃〜60℃に保たれる。
【0038】
上述した発電併用給湯システムにおける給湯及び発電の作用を説明する。
【0039】
太陽熱集熱器1では太陽熱により昇温媒体が昇温され、昇温された温水(例えば、85℃〜200℃)が循環配管2により蓄熱タンク3に送られる。蓄熱タンク3で熱回収された温水(例えば、85℃〜200℃)は循環ポンプ4により太陽熱集熱器1に戻される。また、追焚き器11で加熱された熱媒体が蓄熱タンク3を循環して熱回収される。
【0040】
蓄熱タンク3では昇温媒体(加熱温水)及び熱媒体の熱により媒体が昇温され(例えば、85℃〜200℃)、昇温された媒体が膨張器9で膨張されて発電機10で発電が行なわれる。膨張器9の排気(媒体)は媒体循環路6から熱交換タンク5に送られて熱回収され、昇圧ポンプ7で昇圧されて媒体循環路6で蓄熱タンク3に送られて再び昇温される。熱交換タンク5では、膨張器9の排気(媒体)は媒体循環路6から送られる排気(媒体)及び追焚き器11からの熱媒体により、市水が加温されて給湯用の湯にされる。
【0041】
このため、太陽熱を用いて給湯を行なうと同時に、昇温された媒体の膨張による動力で発電によって電力を得ることができ、天候や季節に拘わらず自然エネルギーである太陽熱を熱や電力として安定して利用することが可能になる。
【0042】
つまり、太陽熱集熱器1と追焚き器11で得られる熱により安定して給湯のための温水を得ることができる。そして、この時に得られる、例えば、85℃〜200℃の媒体で膨張器9を作動させて発電を行い、補器(循環ポンプ4、昇圧ポンプ7)の動力に加えて夏期の冷房の動力等に電力を活用することができる。このため、天候や季節に拘わらず、エネルギーを通年にわたり有効に活用することができる。
【0043】
この結果、太陽熱を主なエネルギー源にして追焚き器11を補助的に運用することにより、給湯を安定して行なうことができると共に補器や連携するエアコン等に電力を自己消費することができ、非系統連携独立型のシステムとして簡略化された安定したシステムとすることができる。しかも、主なエネルギー源が太陽熱であるため、COの排出量を限りなくゼロに近づけることができ、大幅なCO削減を可能にした家庭用システムとすることが可能になる。
【0044】
また、膨張器9として、例えば、循環流式小型ロータリー膨張器を用いたことにより、量産化されている安価な空調機器用の機械部品の転用が容易になり、大幅なコスト低減が図れる。
【0045】
尚、第1実施形態例では中温貯湯タンク31を用いて熱交換タンク5からの水を給湯水として貯める例を挙げて説明したが、気候や地域の違いに基づき、循環する媒体の温度や市水の温度により熱交換タンク5で十分な温度(例えば、40℃〜60℃)の給湯水が得られることができれば、図2の第2実施形態例に示すように、中温貯湯タンク31を省略した構成とすることも可能である。
【0046】
本発明の第3実施形態例、第4実施形態例を説明する。
【0047】
図3に基づいて第3実施形態例を説明する。図3には本発明の第3実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統を示してある。図3に示した発電併用給湯システムは、図1に示した第1実施形態例に対し、貯留タンクを設けて太陽熱集熱器1で昇温された昇温媒体としての水(加熱温水)が貯留できるようにされている。このため、図1に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【0048】
図3に示すように、循環ポンプ4の上流側には貯留タンク15が備えられ、貯留タンク15には循環配管2から分岐する第2循環配管16が接続されている。つまり、太陽熱集熱器1で昇温され蓄熱タンク3で熱回収された加熱温水の一部が貯留タンク15に貯められるようになっている。また、貯留タンク15には中温貯湯タンク31との間で加熱温水を循環させる温水配管17が設けられ、温水配管17には温水循環ポンプ18が設けられている。
【0049】
第3実施形態例に係る発電併用給湯システムでは、太陽熱集熱器1で昇温され蓄熱タンク3で熱回収された加熱温水(例えば、90℃〜110℃)の一部が貯留タンク15に貯められる。曇や雨で太陽光が使用できない時、温水循環ポンプ18を駆動して温水配管17に加熱温水を流通させ、中温貯湯タンク31との間で加熱温水を循環させる。これにより、熱交換タンク5からの市水との間で熱交換されて中温貯湯タンク31内の水温が、例えば、40℃〜60℃に保たれる。このため、天候に拘わらずに給湯を安定して実施することが可能になる。
【0050】
尚、温水配管17を流通する加熱温水の一部を給湯の湯に直接混合し(混合手段)、直接熱回収をして給湯温度を維持することも可能である。
【0051】
また、第3実施形態例では中温貯湯タンク31を用いて熱交換タンク5からの水を給湯水として貯めると共に、貯留タンク15に貯められた加熱温水により給湯水を加温する例を挙げて説明したが、気候や地域の違いに基づき、循環する媒体の温度や市水の温度により熱交換タンク5で十分な温度(例えば、40℃〜60℃)の給湯水が得られることができれば、図4の第4実施形態例に示すように、中温貯湯タンク31を省略した構成とすることも可能である。この場合、貯留タンク15に貯められた加熱温水は熱交換タンク5との間を循環させる。
【0052】
本発明の第5実施形態例、第6実施形態例を説明する。
【0053】
図5には本発明の第5実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統を示してある。図5に示した発電併用給湯システムは、図1に示した第1実施形態例に対し、追焚き器11を省略し、外部からの廃熱(熱源)を蓄熱タンク3及び熱交換タンク5に循環させるようにしたものである。このため、図1に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【0054】
図5に示すように、外部熱源としての外部機器からの廃熱、例えば、工場からの廃熱や、焼却施設からの廃熱等を蓄熱タンク3及び熱交換タンク5に循環させる廃熱循環路21が設けられている。尚、廃熱循環路21の熱源は、都市ガス、プロパンガス、白灯油等の燃料を用いた専用の機器とすることも可能である。
【0055】
廃熱循環路21に廃熱を循環させることにより、蓄熱タンク3における昇温媒体及び媒体の昇温、及び、熱交換タンク5における中温貯湯タンク31に送られる水の温度の維持が実施される。このため、通常は利用されずに環境に放出される廃熱を有効に利用することができる。
【0056】
尚、図5に示した発電併用給湯システムに対し、図3に示した、貯留タンク15、第2循環配管16、温水配管17、温水循環ポンプ18を設けることも可能である。
【0057】
また、第5実施形態例では中温貯湯タンク31を用いて熱交換タンク5からの水を給湯水として貯める例を挙げて説明したが、気候や地域の違いに基づき、循環する媒体の温度や市水の温度により熱交換タンク5で十分な温度(例えば、40℃〜60℃)の給湯水が得られることができれば、図6の第6実施形態例に示すように、中温貯湯タンク31を省略した構成とすることも可能である。
【0058】
図1、図2及び図5、図6に示した実施形態例において、循環配管2を循環させる昇温媒体として水(加熱温水)を用いた例を挙げて説明したが、昇温媒体として油を用いることが可能である。昇温媒体として油を用いることで、100℃以上の高温とされた場合であっても昇温媒体が沸騰することがなく、昇温媒体を安定して運用することが可能になる。また、循環配管2の錆びに対する対応を考慮する必要がなくなる。
【0059】
更に、油として食用油を適用することが可能である。昇温媒体の油として食用油を用いることで、廃油の処理に際して環境に影響を与えることがない。
【0060】
尚、上述した第1実施形態例〜第6実施形態例では、環境の熱として太陽熱を用いた場合を例に挙げて説明したが、大気から吸熱を行ない、冷媒を圧縮して高温の昇温冷媒として循環させるシステムを適用することも可能である。
【0061】
上述した発電併用給湯システムでは、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得ることができ、天候や季節に拘わらず自然エネルギーを熱や電力として安定して利用することが可能になる。
【0062】
ところで、国内のCOの排出量の内訳としては、運輸部門、産業部門及び民生部門に大別することができる。COの総排出量における産業部門の排出量の割合は近年減少傾向にあるが、民生部門における排出量の割合が増加傾向にあるのが実情である。本発明の発電併用給湯システムは、主なエネルギー源が太陽熱であるため、COの排出量を限りなくゼロに近づけることができ、大幅なCO削減を可能にした家庭用システムとなっている。
【0063】
このため、本願発明の発電併用給湯システムを用いることにより、民生部門におけるCOを大幅に削減することができ、COの総排出量における民生部門における排出量の割合を減少させることが可能になる。従って、国内のCOの排出量の削減に大きく貢献することができる。しかも、消費エネルギーの半分以上を占める給湯、冷暖房の分野でエネルギー消費効率を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【0064】
本発明は、環境の熱を用いて給湯を行なうと同時に、系内の動力で発電による電力を得る発電併用給湯システムの産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明の第1実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【図2】本発明の第2実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【図3】本発明の第3実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【図4】本発明の第4実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【図5】本発明の第5実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【図6】本発明の第6実施形態例に係る発電併用給湯システムの概略系統図である。
【符号の説明】
【0066】
1 太陽熱集熱器
2 循環配管
3 蓄熱タンク
4 循環ポンプ
5 熱交換タンク
6 媒体循環路
7 昇圧ポンプ
8 発電手段
9 膨張器
10 発電機
11 追焚き器
15 貯留タンク
16 第2循環配管
17 温水配管
18 温水循環ポンプ
31 中温貯湯タンク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
環境の熱及び外部熱源により媒体を昇温させる昇温手段と、
前記媒体を膨張させて電力を得る発電手段と、
前記発電手段で膨張されて仕事を終えた前記媒体の熱により温水を得る給湯手段とを備えた
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項2】
請求項1に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記環境の熱は太陽熱である
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項3】
請求項1もしくは請求項2に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記昇温手段は、
環境の熱を集めて昇温媒体を昇温させる熱機器と、
前記熱機器で昇温された前記昇温媒体が前記外部熱源からの熱媒体が循環されると共に前記媒体が循環され、前記昇温媒体及び前記熱媒体との間で熱交換されて前記媒体を昇温する蓄熱手段とからなる
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項4】
請求項3に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記昇温媒体は水であり、昇温されて加熱温水となった前記昇温媒体を貯留する貯留タンクを備え、前記貯留タンクに貯留された加熱温水が給湯手段に循環されて温水を得る熱源とされる
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項5】
請求項4に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記加熱温水の一部を前記給湯手段で得られる前記温水に混合する混合手段を備えた
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項6】
請求項3に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記昇温媒体は油である
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項7】
請求項6に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記油は食用油である
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項8】
請求項5もしくは請求項7に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記外部熱源は、燃料の燃焼熱を熱源とするものである
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項9】
請求項5もしくは請求項7に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記外部熱源は、外部機器の廃熱を熱源とするものである
ことを特徴とする発電併用給湯システム。
【請求項10】
請求項8もしくは請求項9に記載の発電併用給湯システムにおいて、
前記蓄熱手段には前記給湯手段で熱回収された前記媒体が昇圧手段により昇圧されて供給され、
前記蓄熱手段は前記媒体を85℃〜200℃に昇温させ、
前記発電手段では85℃〜200℃に昇温された前記媒体が膨張されることで電力が得られる
ことを特徴とする発電併用給湯システム。

【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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【公開番号】特開2009−210162(P2009−210162A)
【公開日】平成21年9月17日(2009.9.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−51254(P2008−51254)
【出願日】平成20年2月29日(2008.2.29)
【出願人】(000192383)アルバック理工株式会社 (26)
【出願人】(599071245)株式会社リッチストーン (24)