JP2019078413A - Natural energy utilization type cold system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然エネルギーを利用した冷熱システム、具体的には、冬期に外気温が低下して低温となる既存の熱交換体の冷熱を利用して氷を製造することが可能な自然エネルギー利用型冷熱システムに関する。 The present invention is a cold energy system utilizing natural energy, specifically, utilizing natural energy capable of producing ice by utilizing cold energy of an existing heat exchanger which is cooled in winter when the outside air temperature decreases. It relates to a mold cooling system.
太陽熱などの自然エネルギーを利用して温水を製造し、又は、冬期の低温を利用して氷を製造する技術は、従来から一般に知られている。また、冬期に製造した氷を夏の高温期に冷房などの冷熱負荷に利用する技術も例えば特許文献１で提案されている。 Techniques for producing warm water using natural energy such as solar heat, or producing ice using winter low temperature are generally known in the art. In addition, for example, Patent Document 1 proposes a technique of using ice manufactured in a winter season for a cold heat load such as cooling in a high temperature season in summer.
特に、冬期に蓄えられた氷蓄熱を夏期に冷熱負荷に利用する前述の特許文献１（段落０００９など）に開示される氷蓄熱システムでは、冬期において、０℃以下の外気温度と、その時間帯とを想定して、水槽内に給水バルブにより給水するとともに、外気吸引口から吸引ファンを介して外気を水槽内に吸引して、給水量に応じて毎日層状に結氷させるようにしている。そして、夏期の冷熱負荷には、水槽内に配管された冷媒管に不凍液を循環させつつ熱交換機によって冷熱を回収するようにしている。 In particular, in the ice thermal storage system disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 (paragraph 0009, etc.) using ice thermal storage stored in winter for cold heat load in summer, the outdoor temperature below 0 ° C. and its time zone in winter Assuming that water is supplied into the water tank by means of the water supply valve, outside air is sucked into the water tank from the outside air suction port through the suction fan, and ice is frozen daily according to the amount of water supplied. Then, for cold heat load in summer, cold heat is recovered by a heat exchanger while circulating antifreeze liquid through a refrigerant pipe piped in a water tank.
しかしながら、このような氷蓄熱システムは、自然エネルギーの有効活用に資することができるものの、外気を吸引して排出するための通気用設備を必要とし、大掛かりなものとなっている。 However, although such an ice heat storage system can contribute to the effective use of natural energy, it requires a ventilation facility for sucking and discharging the outside air, which is a large-scale operation.
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡便な構成で自然エネルギー利用型冷熱システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a natural energy utilization type cold energy system with a simple configuration.
上記目的を達成するために本発明は、外気環境下に設置される熱交換体に対して熱接触して設けられるとともに、内部を流れる冷媒を介して熱接触する前記熱交換体と熱交換を行なって前記熱交換体から冷熱を回収可能な熱回収体と、前記冷媒を利用して製氷が可能な製氷部と、前記製氷部による氷を季節を跨って保管可能な氷保管部と、を備えることを特徴とする自然エネルギー利用型冷熱システムにある。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in thermal contact with a heat exchange body installed in an open air environment, and exchanges heat with the heat exchange body which is in thermal contact via a refrigerant flowing inside. A heat recovery body capable of recovering cold heat from the heat exchanger, an ice making unit capable of making ice using the refrigerant, and an ice storage unit capable of storing ice by the ice making unit over the seasons; It is in a natural energy utilization type cooling system characterized by having.
上記構成によれば、簡便な構成で自然エネルギー利用型冷熱システムを構成することができる。そして、外気環境下に設置される熱交換体に対して熱回収体を熱接触させて設けるだけで、熱交換体が保有する冷熱を回収して製氷できるため、前述した特許文献１のシステムのように外気を吸引して排出するための配管設備の設置スペースを確保する必要がない。 According to the above configuration, the natural energy utilization type cold energy system can be configured with a simple configuration. The cold heat possessed by the heat exchange body can be recovered and ice can be produced only by providing the heat recovery body in thermal contact with the heat exchange body installed in the external air environment. There is no need to secure installation space for piping equipment to suck and discharge the outside air.
すなわち、上記構成によれば、外部環境下に設置される既存の熱交換体、言い換えると、外部環境下に設置されるあらゆる低温媒体と熱回収体とを接触させることで、冬期に氷を製造するとともに、その製造した氷を夏の高温期に利用できる自然エネルギー利用型冷熱システムを実現できる。 That is, according to the above configuration, ice is produced in the winter by bringing the existing heat exchangers installed under the external environment, in other words, any low temperature medium installed under the external environment and the heat recovery unit. In addition, it is possible to realize a natural energy utilization type cold energy system that can use the manufactured ice in the high temperature season of summer.
本発明によれば、簡便な構成で自然エネルギー利用型冷熱システムを構成することができる。 According to the present invention, it is possible to configure a natural energy utilization type cold energy system with a simple configuration.
以下、本発明の好ましい実施の形態における自然エネルギー利用型冷熱システムについて、図面を参照して説明する。なお、図１は、本発明の一実施の形態に係る自然エネルギー利用型冷熱システムの概略的な構成図、図２は、図１の冷熱システムを構成する熱回収体の一例に係る概略的な構造を示す斜視図、図３は、図１の冷熱システムを構成する熱回収体の変形例を示す概略断面図である。また、図１中、矢印は冷媒の流れ方向を示している。 Hereinafter, a natural energy utilization type cooling system in a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a schematic configuration diagram of a natural energy utilization type cold energy system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram according to an example of a heat recovery body constituting the cold energy system of FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the heat recovery body that constitutes the cooling system of FIG. 1. Further, in FIG. 1, the arrow indicates the flow direction of the refrigerant.
図１に示すように、本実施形態における自然エネルギー利用型冷熱システム１（単に「冷熱システム１」と称する場合もある）は、熱交換体６０、熱回収体２、冷熱タンク（「蓄冷タンク」ともいう）４、温熱タンク（「蓄熱タンク」ともいう）６、真空管式集熱パネル３０、及び、空冷ヒートポンプ３２等を用いて構成されている。熱交換体６０は、外気環境下に設置され、外気温が低下することによりそれ自体が低温になり得るものである。この熱交換体６０としては、例えば、ソーラーパネルや、地面に建てられた板、広告用看板、建造物の壁などの屋外建造物を例示することができる。屋外建造物としては、ビルの屋上に設置されたもの、工場に敷地内に設置されたもの、家屋の屋根に設置されたもの、街中に設置されたものなど、様々なものを利用できる。本実施の形態では、熱交換体６０としてソーラーパネルが用いられている。以下では、「熱交換体６０」を「ソーラーパネル６０」と称する。 As shown in FIG. 1, the natural energy utilization type cold energy system 1 (sometimes simply referred to as “cold energy system 1”) in this embodiment includes a heat exchanger 60, a heat recovery body 2, and a cold energy tank (“cold storage tank”). 4), a thermal tank (also referred to as “heat storage tank”) 6, a vacuum tube type heat collection panel 30, an air-cooled heat pump 32, and the like. The heat exchange body 60 is installed in the outside air environment, and itself can be cooled to a low temperature when the outside air temperature decreases. As this heat exchange body 60, outdoor constructions, such as a solar panel, a board built on the ground, a billboard for advertising, a wall of a construction, etc., can be illustrated, for example. As an outdoor construction, various things can be used such as those installed on the roof of a building, those installed on a site in a factory, those installed on the roof of a house, and those installed in the city. In the present embodiment, a solar panel is used as the heat exchange body 60. Hereinafter, the "heat exchanger 60" is referred to as a "solar panel 60".
このようなソーラーパネル６０に対して、上述の熱回収体２が熱接触して取り付けられる。熱回収体２は、その内部を所定の冷媒が流れるようになっており、この冷媒を介して、ソーラーパネル６０と熱交換を行なって、ソーラーパネル６０に発生した冷熱の回収を行うようになっている。ここで、冷媒としては、例えば水や不凍液（例えばエチレングリコール）などを用いることができる。 The above-described heat recovery body 2 is attached to such a solar panel 60 in thermal contact. The heat recovery body 2 is configured such that a predetermined refrigerant flows through the inside thereof, and heat exchange with the solar panel 60 is performed via the refrigerant to recover cold heat generated in the solar panel 60. ing. Here, as the refrigerant, for example, water, antifreeze liquid (for example, ethylene glycol) or the like can be used.
また、熱回収体２は、冷媒を循環させる第１の冷媒循環管路８を介して、冷熱タンク４に接続されている。第１の冷媒循環管路８は、本実施形態における冷熱システム１の配管の一部を構成するものである。第１の冷媒循環管路８の途中には、第１の冷媒循環管路８を含む所定の経路で冷媒を循環させるポンプ２４が設けられている。さらに、第１の冷媒循環管路８の一部は冷熱タンク４内に配管されている。 Further, the heat recovery body 2 is connected to the cold heat tank 4 via a first refrigerant circulation pipeline 8 that circulates the refrigerant. The first refrigerant circulation pipe 8 constitutes a part of piping of the cold heat system 1 in the present embodiment. In the middle of the first refrigerant circulation pipe 8, a pump 24 for circulating the refrigerant along a predetermined path including the first refrigerant circulation pipe 8 is provided. Furthermore, a part of the first refrigerant circulation pipe 8 is piped in the cold heat tank 4.
冷熱タンク４は、製氷のための水を所定量だけ内部に貯留しており、第１の冷媒循環管路８中の冷媒が運ぶ冷熱を利用して製氷が可能な製氷部として構成される。また、本実施の形態において、冷熱タンク４は、周囲が断熱材などによって囲まれており、内部で製作される氷を、季節を跨って保管できる氷保管部としての機能も兼ね備える。 The cold energy tank 4 stores water for ice making by a predetermined amount inside, and is configured as an ice making unit capable of making ice utilizing cold energy carried by the refrigerant in the first refrigerant circulation pipeline 8. Further, in the present embodiment, the cold heat tank 4 is surrounded by a heat insulating material or the like, and also has a function as an ice storage unit capable of storing ice manufactured internally, across seasons.
冷熱タンク４内に位置する第１の冷媒循環管路８の部位は、冷熱タンク４内の水との接触面積を大きくするために、例えば蛇行状や螺旋状等の表面積を大とし易い形態を成して配管される。以下では、第１の冷媒循環管路８において、熱回収体２から冷媒を流出させてその冷媒を冷熱タンク４内へ送り込む部位を上流側管路８ａと称し、冷熱タンク４から冷媒を流出させてその冷媒を熱回収体２へ送り込む部位を下流側管路８ｂと称する。 In order to increase the contact area with the water in the cold tank 4, the portion of the first refrigerant circulation pipe 8 located in the cold tank 4 is, for example, in a form easy to increase the surface area such as meandering or spiral. And piped. Hereinafter, in the first refrigerant circulation pipeline 8, a portion for causing the refrigerant to flow out from the heat recovery body 2 and sending the refrigerant into the cold heat tank 4 is referred to as the upstream side pipe line 8a, and the refrigerant is made to flow out from the cold heat tank 4. A portion for feeding the refrigerant to the heat recovery body 2 is referred to as a downstream side pipeline 8b.
第１の冷媒循環管路８の上流側管路８ａには、真空管式集熱パネル３０や空冷ヒートポンプ３２が接続されている。真空管式集熱パネル３０は、後述する切換弁２９よりも上流側（熱回収体２に近い側）で、第２の冷媒循環管路１０を介して、上流側管路８ａに接続されている。空冷ヒートポンプ３２は、第３の冷媒循環管路１２を介して、上流側管路８ａに接続される。このように、本実施の形態の冷熱システム１は、ソーラーパネル６０と組み合わされる熱回収体２と、真空管式集熱パネル３０と、空冷ヒートポンプ３２とによって３段式蓄熱機構を構成する。 A vacuum pipe type heat collection panel 30 and an air cooling heat pump 32 are connected to the upstream side pipe line 8 a of the first refrigerant circulation pipe line 8. The vacuum tube type heat collection panel 30 is connected to the upstream side pipeline 8a via the second refrigerant circulation pipeline 10 on the upstream side (closer to the heat recovery body 2) than the switching valve 29 described later . The air-cooling heat pump 32 is connected to the upstream side pipeline 8 a via the third refrigerant circulation pipeline 12. As described above, in the cooling system 1 of the present embodiment, a three-stage heat storage mechanism is configured by the heat recovery body 2 combined with the solar panel 60, the vacuum tube heat collection panel 30, and the air-cooled heat pump 32.
ここで、真空管式集熱パネル３０としては、一般的な種々のものを採用できるが、例えば集熱部が真空層を有する二重ガラス管により形成されるとともに、真空層が空気対流による熱損失を防ぎ、外気温に影響されにくいという特徴を有するものを利用できる。一方、空冷ヒートポンプ３２としても、一般的な種々のものを採用できるが、例えば冷媒の相変化を利用して熱を移動させ、外部への放熱や外部からの吸熱を直接空気によって行なうものを利用できる。さらに、ヒートポンプとして空冷ヒートポンプ３２とは異なる方式のものや、チラー（冷却器）が付加されたものを採用することも可能である。 Here, although various general ones can be adopted as the vacuum tube type heat collection panel 30, for example, the heat collection portion is formed by a double glass tube having a vacuum layer, and the vacuum layer is a heat loss due to air convection. Can be used to prevent the influence of the outside temperature. On the other hand, as the air-cooled heat pump 32, various general ones can be adopted. For example, heat is transferred by utilizing phase change of refrigerant, and heat radiation to the outside and heat absorption from the outside are directly performed by air. it can. Furthermore, it is also possible to employ | adopt the thing of a system different from the air-cooled heat pump 32, and the thing to which the chiller (cooler) was added as heat pump.
また、第１の冷媒循環管路８には、第４の冷媒循環管路１４を介して温熱タンク６も接続される。この場合、第４の冷媒循環管路１４は、温熱タンク６へ冷媒を送り込む側の部位が、切換弁２９を介して第１の冷媒循環管路８の上流側管路８ａに接続されている。また、第４の冷媒循環管路１４の、温熱タンク６から冷媒を流出させる側の部位が、第１の冷媒循環管路８の下流側管路８ｂに接続されている。また、第４の冷媒循環管路１４の一部が、温熱タンク６内に配管されている。 In addition, the thermal tank 6 is also connected to the first refrigerant circulation pipe 8 via the fourth refrigerant circulation pipe 14. In this case, the fourth refrigerant circulation pipeline 14 is connected to the upstream pipeline 8 a of the first refrigerant circulation pipeline 8 via the switching valve 29 at the side of the refrigerant delivery to the thermal tank 6. . Further, a portion of the fourth refrigerant circulation pipeline 14 on which the refrigerant flows out from the heat tank 6 is connected to the downstream pipeline 8 b of the first refrigerant circulation pipeline 8. Further, a part of the fourth refrigerant circulation pipe 14 is piped in the thermal tank 6.
ここで、温熱タンク６は、冷媒が運ぶ冷熱を蓄える蓄熱部としての機能を果たしている。そして、温熱タンク６は、蓄熱用・給湯用・空調用の熱交換器を内蔵する構造を有し、内部が芒硝水溶液（硫酸ナトリウム水溶液）やパラフィン等の蓄熱材（潜熱蓄熱材（剤））で満たされている。なお、第４の冷媒循環管路１４の、温熱タンク６内に位置する部位は、温熱タンク６内の蓄熱材との接触面積を大きくするために、例えば蛇行状や螺旋状等の表面積を大とし易い形態を成して配管される。 Here, the thermal tank 6 functions as a heat storage unit that stores cold heat carried by the refrigerant. The thermal tank 6 has a structure including a heat exchanger for heat storage, hot water supply, air conditioning, and a heat storage material (latent heat storage material (agent)) such as sodium sulfate aqueous solution (sodium sulfate aqueous solution) and paraffin. Is filled with In order to increase the contact area with the heat storage material in the thermal tank 6, the portion of the fourth refrigerant circulation pipe 14 located in the thermal tank 6 has a large surface area such as, for example, a meander shape or a spiral shape. It is piped in an easy-to-use form.
また、温熱タンク６は、本実施の形態では、温水を生成するためにも利用されるようになっている。そして、温熱タンク６には、例えば水道水を供給する給水管１８が内部に配管され、その給水管１８の排水側は、温水を供給するための供給部（給湯器など）へと繋がっている。なお、給水管１８の、温熱タンク６内に位置する部位は、温熱タンク６内の蓄熱材との接触面積を大きくするために、例えば蛇行状や螺旋状等の表面積を大とし易い形態を成して配管される。 The thermal tank 6 is also used to generate warm water in the present embodiment. And for example, a water supply pipe 18 for supplying tap water is piped inside the thermal tank 6, and the drain side of the water supply pipe 18 is connected to a supply unit (such as a water heater) for supplying hot water. . In addition, in order to enlarge the contact area with the thermal storage material in the heat storage tank 6, the site | part located in the heat storage tank 6 of the water supply pipe 18 forms the form which makes it easy to make large surface areas, such as meander shape and spiral shape, for example. Will be piped.
また、冷熱タンク４及び温熱タンク６にはそれぞれ、例えば空調機器との間でポンプ２２により冷媒を循環させる共通の第５の冷媒循環管路２０が接続される。この第５の冷媒循環管路２０も、各タンク４，６内に位置する部位が、製氷用の水及び蓄熱材との接触面積を大きくするために、例えば蛇行状や螺旋状等の表面積を大とし易い形態を成して配管される。なお、第５の冷媒循環管路２０は、第６の冷媒循環管路１９を介して第３の冷媒循環管路１２と連通している。 Further, a common fifth refrigerant circulation pipeline 20 for circulating the refrigerant by the pump 22 between, for example, an air conditioner, is connected to each of the cold heat tank 4 and the thermal tank 6. Also in the fifth refrigerant circulation pipe 20, the portion located in each of the tanks 4 and 6 has a surface area such as a meander shape or a spiral shape in order to increase the contact area with the water for ice making and the heat storage material. It is piped in a form that is easy to make. The fifth refrigerant circulation pipe 20 is in communication with the third refrigerant circulation pipe 12 via the sixth refrigerant circulation pipe 19.
ここで、図２を参照して、ソーラーパネル６０と熱接触して熱交換を行なう熱回収体２の構造について説明する。
熱回収体２は、銅やアルミといった熱伝導性の高い材質を用いて形成された管を、ソーラーパネル６０の例えば背面（太陽光を受ける表面とは反対側の裏面）に後付けして構成することが可能である。
Here, with reference to FIG. 2, the structure of the heat recovery body 2 which performs thermal contact with the solar panel 60 and performs heat exchange will be described.
The heat recovery body 2 is configured by retrofitting a tube formed using a material with high thermal conductivity such as copper or aluminum to, for example, the back surface (the back surface opposite to the surface receiving sunlight) of the solar panel 60 It is possible.
具体的には、熱回収体２は、剥き出しの採熱管２ｂと、採熱管２ｂを収容する金属製（例えば、アルミやステンレス等）の箱状筐体２ｃとを備えたものとすることができる。図２に示す熱回収体２において、採熱管２ｂは、螺旋状（コイル状）に加工されている。さらに、採熱管２ｂは、内部に前述の冷媒を流通させることができるようになっている。 Specifically, the heat recovery body 2 can be provided with a bare heat collection tube 2b and a box-shaped casing 2c made of metal (for example, aluminum, stainless steel, etc.) that accommodates the heat collection tube 2b. . In the heat recovery body 2 shown in FIG. 2, the heat collection tube 2 b is processed into a spiral shape (coil shape). Furthermore, the heat-collection tube 2b can distribute | circulate the above-mentioned refrigerant | coolant inside.
箱状筐体２ｃは、薄板を用いて矩形箱状に形成されており、コイル状の採熱管２ｂを、複数の仕切板２ａに沿って蛇行させた状態で収容している。この箱状筐体２ｃは、上向きに開放しており、開放側をソーラーパネル６０の側に向けて、ソーラーパネル６０の背面に添えられる。そして、箱状筐体２ｃは、採熱管２ｂをソーラーパネル６０に、直接に熱伝導が可能なように（熱接触するように）押し当てる機能を果たしている。 The box-like housing 2c is formed in a rectangular box shape using a thin plate, and accommodates the coil-shaped heat collection tube 2b in a meandering manner along the plurality of partition plates 2a. The box-like housing 2 c is open upward and is attached to the back of the solar panel 60 with the open side facing the side of the solar panel 60. The box-like housing 2c has a function of pressing the heat-collecting tube 2b to the solar panel 60 so as to be able to conduct heat directly (in thermal contact).
箱状筐体２ｃとソーラーパネル６０の位置関係を規定するにあたっては、箱状筐体２ｃをソーラーパネル６０の背面にボルト止めすること、溶接することなどを考えることができる。さらに、家屋の屋根やビルの屋上に、アジャスタ付きの附設機構を設置し、アジャスタの調節により箱状筐体２ｃ及び採熱管２ｂを適度な力で押しつけ、ソーラーパネル６０に可能な限り手を加えずに、箱状筐体２ｃ（及び採熱管２ｂ）とソーラーパネル６０の位置関係を定めるようにすることも可能である。また、箱状筐体２ｃを開放した構造とせずに閉塞し、箱状筐体２ｃの壁面を介して採熱管２ｂとソーラーパネル６０が、熱電導が可能となるように接触（熱接触）するようにしてもよい。 In defining the positional relationship between the box-like housing 2c and the solar panel 60, bolting the box-like housing 2c to the back surface of the solar panel 60, welding, and the like can be considered. Furthermore, an attachment mechanism with an adjuster is installed on the roof of a house or on the roof of a building, and the box-like housing 2c and the heat-collecting tube 2b are pressed with an appropriate force by adjusting the adjuster. Instead, the positional relationship between the box-like housing 2c (and the heat collection tube 2b) and the solar panel 60 can be determined. In addition, the box-like housing 2c is closed without being opened, and the heat-collecting tube 2b and the solar panel 60 are in contact (thermally contact) through the wall of the box-like housing 2c to enable thermal conduction. You may do so.
このような態様での熱回収体２の設置は、熱回収体２をソーラーパネル６０に外付け、或いは、後付けしているものということができる。そして、後付での熱回収体２の設置は、ソーラーパネル６０に可能な限り改変を加えずに熱回収体２を設置するうえで有効である。 The installation of the heat recovery body 2 in such a manner can be said to be one in which the heat recovery body 2 is externally attached to or retrofitted to the solar panel 60. And installation of the heat recovery body 2 by retrofit is effective in installing the heat recovery body 2 without modifying the solar panel 60 as much as possible.
つまり、ソーラーパネル６０の製造業者や設置業者と、熱回収体２の製造業者や設置業者が異なる場合、製造業者や設置業者業の管理下にない状態で熱回収体２の設置が行われることが想定される。そして、このような場合には、熱回収体２を附設した行為が、ソーラーパネル６０の製造業者や設置業者が定める保証条件の範囲外のものとなり、熱回収体２の使用者が、ソーラーパネル６０に係る保証を受けられない、といった事態が生じることも考えられる。しかし、本実施形態のように、可能な限りソーラーパネル６０に手を加えない形態で熱回収体２を設置できるようにすることで、熱回収体２の使用者が、ソーラーパネル６０に係る保証を受けられなくなるのを防ぐことができる。なお、例えば採熱管２ｂをソーラーパネル６０の中に配置するようなことも考えられる。この場合は、ソーラーパネル６０の製造業者による監督の下で設計や取付けを行うことにより、熱回収体２の設置がソーラーパネル６０の保証条件の範囲内のものとなることも考えられる。 That is, when the manufacturer or installer of the solar panel 60 is different from the manufacturer or installer of the heat recovery unit 2, the heat recovery unit 2 is installed without being controlled by the manufacturer or installer. Is assumed. And in such a case, the action which attached the heat recovery body 2 becomes outside the range of the guarantee conditions which the manufacturer of the solar panel 60 and the installation contractor set, and the user of the heat recovery body 2 It is also possible that a situation such as not being able to receive the guarantee concerning 60 may occur. However, as in the present embodiment, by enabling the heat recovery body 2 to be installed in a form in which the solar panel 60 is not touched as much as possible, the user of the heat recovery body 2 guarantees the solar panel 60 You can prevent it from becoming unacceptable. Note that, for example, the heat collection tube 2b may be disposed in the solar panel 60. In this case, it is also conceivable that the installation of the heat recovery body 2 will be within the guarantee conditions of the solar panel 60 by designing and mounting under the supervision of the manufacturer of the solar panel 60.
ソーラーパネル６０は、例えば昼間には太陽光を受けて温度上昇する。季節や地域等の要因にもよるが、例えば夏場の日中にソーラーパネル６０の外表面の温度が７０℃程度に達することがある。ソーラーパネル６０の熱は熱回収体２に伝達され、熱回収体２内を流れる冷媒によって熱交換が行われる。そして、夏場であれば、熱回収により冷媒の温度は６０℃程度に達するものと考えられる。 The solar panel 60 receives sunlight and rises in temperature, for example, in the daytime. Although depending on factors such as season and area, the temperature of the outer surface of the solar panel 60 may reach about 70 ° C., for example, during the day of summer. The heat of the solar panel 60 is transferred to the heat recovery body 2, and heat exchange is performed by the refrigerant flowing in the heat recovery body 2. And, in the summer season, it is considered that the temperature of the refrigerant reaches approximately 60 ° C. due to heat recovery.
熱回収体２内の空間においては、採熱管２ｂの周囲に対流が生じ、この対流によって熱交換が促進される。さらに、図示は省略するが、箱状筐体２ｃ内に突出するよう、例えば複数の乱流発生板（邪魔板）を設けることにより、対流する空気中に乱流を発生させることができる。そして、この乱流により、箱状筐体２ｃ内で空気が撹拌されて伝熱速度が速まることとなり、熱交換が一層促進される。ここで、複数の乱流発生板の配置態様として、採熱管２ｂに沿い、等間隔（或いは不均一な間隔）で配置するようなものを考えることができる。 In the space in the heat recovery body 2, convection occurs around the heat collection tube 2b, and the convection promotes heat exchange. Furthermore, although not shown, turbulent flow can be generated in the convective air by providing, for example, a plurality of turbulent flow generation plates (baffles) so as to protrude into the box-like housing 2c. Then, this turbulent flow causes the air to be stirred in the box-like housing 2c to accelerate the heat transfer rate, thereby further promoting heat exchange. Here, as an arrangement aspect of the plurality of turbulent flow generation plates, it may be considered to be arranged at equal intervals (or non-uniform intervals) along the heat collection pipe 2b.
ソーラーパネル６０と熱回収体２との間の熱接触は、熱伝導性が可能な限り高い状態で行われることが望ましい。そして、熱伝導性を高めるために、例えば、箱状筐体２ｃとソーラーパネル６０との間に熱電導材料（例えば熱伝導グリスなど）を充填し、箱状筐体２ｃとソーラーパネル６０との間に隙間を生じさせないようにしつつ、高い熱伝導性を確保することが考えられる。 It is desirable that the thermal contact between the solar panel 60 and the heat recovery body 2 be performed with the highest possible thermal conductivity. Then, in order to enhance the thermal conductivity, for example, a thermal conductive material (for example, thermal conductive grease etc.) is filled between the box-like housing 2 c and the solar panel 60, and the box-like housing 2 c and the solar panel 60 It is conceivable to secure high thermal conductivity while preventing a gap from being generated.
なお、熱回収体２の構造や設置態様はこれに限らない。例えば、図３に示される熱回収体２Ａのように、採熱管２ｂがソーラーパネル６０の下部に密に貼り付けられた状態で、採熱管２ｂの外側を保温材７０で覆うような構造を成していてもよい。また、採熱管２ｂを箱状筐体２ｃで覆わず、ソーラーパネル６０に剥き出しの状態のまま取り付けることも可能である。 In addition, the structure and installation aspect of the heat recovery body 2 are not restricted to this. For example, as in the heat recovery body 2A shown in FIG. 3, in a state where the heat collection tube 2b is closely attached to the lower part of the solar panel 60, a structure in which the heat retention material 70 covers the outside of the heat collection tube 2b It may be done. In addition, it is possible to attach the heat collection tube 2b to the solar panel 60 without covering the heat collection tube 2b with the box-like housing 2c.
以上のようにして構成される自然エネルギー利用型冷熱システム１によれば、例えば冬期の夜間などでは、冷媒として不凍液を用い、蓄冷運転により、冷熱タンク４で製氷を行うことが可能である。つまり、冬場には、ソーラーパネル６０の表面温度が０℃以下になるような場合もあり、そのような状況では、ソーラーパネル６０の温度を利用して冷媒の温度を低下させることが可能である。そして、ソーラーパネル６０及び冷媒を介し、自然エネルギーにより冷熱タンク４を効率よく冷却して製氷を行うことが可能である。このような形態の製氷は、日照による温度上昇を利用して温水を作り出すのと同様に、夜間の温度低下を利用して氷を作り出すものであるということができる。 According to the natural energy utilization type cold energy system 1 constituted as mentioned above, it is possible to perform ice making with the cold energy tank 4 by cold storage operation, using antifreeze as a refrigerant, for example at night time of winter. That is, in winter, the surface temperature of the solar panel 60 may be 0 ° C. or lower, and in such a situation, the temperature of the solar panel 60 can be used to reduce the temperature of the refrigerant. . And it is possible to cool efficiently the cooling-heat tank 4 with natural energy via the solar panel 60 and a refrigerant | coolant, and to perform ice making. It can be said that this type of ice making uses the temperature decrease at nighttime to create ice, as does the use of the temperature increase due to sunshine to create warm water.
また、冷熱タンク４としては、一般的な種々の構成のものを採用できる。例えば、冷媒管を水中に沈めるもの、冷媒管をタンク外周に配設してタンク内部を冷却できるもの、或いは、タンク内でウォーターガンから水を噴霧して製氷を行うものなどを例示できる。さらに、冷熱タンク４を土中に設置することも可能である。また、冷熱タンク４内において、製氷用の水に振動を与える加振機を備え、製氷用の水を過冷却の状態で保ち、所定の場合に加振を停止（又は軽減）して水を氷結させる、といったことも可能である。さらに、冷熱タンク４に真空ポンプ等を設置し、冷熱タンク４内に真空層を設けて、製作した氷の融解を防ぐ、といったことも可能である。なお、一般家庭では、ひと夏で３トン程度の重量の氷があれば、冷房のエネルギーには足りるという試算がある。このため、冷熱タンク４の容量は、夏場までに３トン程度の氷を蓄えておける程度の大きさであることが望ましい。 Moreover, as the cold heat tank 4, the thing of a general various structure is employable. For example, one in which the refrigerant pipe is submerged in water, one in which the refrigerant pipe is disposed at the outer periphery of the tank to cool the inside of the tank, or one in which water is sprayed from a water gun in the tank to make ice can be exemplified. Furthermore, it is also possible to install the cold heat tank 4 in the ground. In addition, the cold heat tank 4 is provided with a vibrator that vibrates the water for ice making, and the water for ice making is kept in a supercooled state, and the vibration is stopped (or reduced) in a predetermined case to It is also possible to freeze it. Furthermore, it is also possible to install a vacuum pump or the like in the cold heat tank 4 and provide a vacuum layer in the cold heat tank 4 to prevent melting of the manufactured ice. In general households, if there is an ice weight of about 3 tons in a summer, it is estimated that the energy for cooling will be sufficient. For this reason, it is desirable that the capacity of the cold heat tank 4 be such a size as to store about 3 tons of ice by summer.
このような製氷は、冬季の夜間に毎日継続して行い、冷熱タンク４に徐々に氷を蓄積しておくことが可能である。そして、冷熱タンク４は、季節が変わっても氷を維持し、ソーラーパネル６０の温度が低くなり難い夏に、冬季に作製した氷を利用することが可能である。冷熱タンク４の氷は、例えば夏場に、空調機器の側に繋がった第５の冷媒循環管路２０における冷媒の冷却に使用することも可能である。また、ソーラーパネル６０は夏場等に７０℃程度まで温度上昇することがあるため、氷の蓄冷熱を、夏場のソーラーパネル６０の冷却に利用しても有益である。 Such ice making can be continuously performed every night in winter, and ice can be gradually accumulated in the cold heat tank 4. And the cold-heat tank 4 maintains ice even if seasons change, and it is possible to use the ice produced in the winter season in summer when the temperature of the solar panel 60 does not become low easily. The ice of the cold energy tank 4 can also be used for cooling the refrigerant in the fifth refrigerant circulation pipe 20 connected to the air conditioner side, for example, in summer. In addition, since the temperature of the solar panel 60 may rise to about 70 ° C. in summer or the like, it is also useful to use the stored heat of ice for cooling the solar panel 60 in summer.
また、冬季に製氷能力が目的とする程度に達しなかった場合や、冬季以外の季節には、空冷ヒートポンプ３２により能力（例えば−５℃程度分）を補って製氷を行うことも可能である。そして、空冷ヒートポンプ３２で製氷能力を補うことにより、例えば冬季の夜間における外気温度が氷点下に達しない場合でも製氷が可能である。前述のように空冷ヒートポンプ３２にチラーを備えている場合には、更に省力化が可能である。 In addition, when the ice making capacity does not reach the desired level in winter, or in seasons other than winter, it is possible to perform ice making by compensating the capacity (for example, about -5 ° C) by the air-cooling heat pump 32. And, by supplementing the ice making capacity with the air-cooling heat pump 32, ice making is possible even when the outside air temperature does not reach below the freezing point, for example, at night in winter. When the air-cooled heat pump 32 is provided with a chiller as described above, it is possible to further save labor.
また、冷熱システム１においては、ソーラーパネル６０から熱回収体２によって熱を回収することができる。例えば、日照により外気温度が高くなる昼間は、切換弁２９を切り換えて、温熱タンク６に繋がる第４の冷媒循環管路１４で冷媒を循環させる。そして、ソーラーパネル６０から熱回収体２に回収した熱（温熱）を、冷媒を介して温熱タンク６へ運んで、空調機器や給湯器などで利用できるようにする。このよう場合には、冷熱システム１内の冷媒を、前述の不凍液から水に入れ替えるようにしてもよい。 Further, in the cold system 1, heat can be recovered from the solar panel 60 by the heat recovery body 2. For example, during the daytime when the outside air temperature rises due to sunshine, the switching valve 29 is switched to circulate the refrigerant through the fourth refrigerant circulation pipe 14 connected to the thermal tank 6. Then, the heat (thermal heat) recovered from the solar panel 60 to the heat recovery body 2 is carried to the thermal tank 6 via the refrigerant so that it can be used by an air conditioner or a water heater. In such a case, the refrigerant in the cold system 1 may be replaced with water from the above-described antifreeze liquid.
ソーラーパネル６０においては、温度上昇が過大になると発電効率が下がる場合もある。このため、熱回収体２との熱交換によりソーラーパネル６０の昇温を低く抑え、ソーラーパネル６０の発電効率の低下を防ぐことも可能である。さらに、夜間には、昼間に比べて外気温が低下し、ソーラーパネル６０の温度が低下するため、切換弁２９を切り換えて、ソーラーパネル６０から回収した熱（冷熱）を、冷媒を介して冷熱タンク４へ運ぶことが可能である。また、ソーラーパネル６０の熱を利用するのみでは蓄熱運転の能力が不足するといった場合には、真空管式集熱パネル３０や空冷ヒートポンプ３２により多段式で冷媒の温度を高めることが可能である。 In the solar panel 60, when the temperature rise becomes excessive, the power generation efficiency may be lowered. For this reason, it is possible to suppress the temperature rise of the solar panel 60 to be low by heat exchange with the heat recovery body 2 and to prevent the reduction of the power generation efficiency of the solar panel 60. Furthermore, at night, the outside air temperature decreases compared to the daytime, and the temperature of the solar panel 60 decreases. Therefore, the switching valve 29 is switched to cool the heat recovered from the solar panel 60 through the refrigerant. It is possible to carry to the tank 4. When the heat storage operation capacity is insufficient only by utilizing the heat of the solar panel 60, it is possible to raise the temperature of the refrigerant in a multistage manner by the vacuum tube type heat collecting panel 30 or the air cooling heat pump 32.
温熱タンク６で蓄えた熱は、冬期のソーラーパネル６０上に積もった雪の融雪にも用いることが可能である。つまり、冬期に、地下水又は空冷ヒートポンプ３２で温度を上げた湯を熱回収体２に送れば、ソーラーパネル６０に対する融雪装置としても冷熱システム１を使用できる。一般に雪国では、ソーラー発電に雪の反射光も寄与する。このため、ソーラーパネル６０の周囲に積もった雪は、ソーラー発電に有効であるが、ソーラーパネル６０に積もった雪が解けるまでに相当の時間を要する。また、ソーラーパネル６０に積もった雪を手作業で取り除くことが困難な場合もある。このため、冷熱システム１の融雪装置として利用することで、ソーラーパネル６０の有効活用が可能となる。 The heat stored in the thermal tank 6 can also be used for snow melting of snow accumulated on the solar panel 60 in winter. That is, if hot water whose temperature is raised by ground water or air-cooled heat pump 32 is sent to the heat recovery body 2 in winter, the cold heat system 1 can be used also as a snow melting device for the solar panel 60. Generally in snow countries, reflected light from snow also contributes to solar power generation. For this reason, the snow accumulated around the solar panel 60 is effective for solar power generation, but it takes a considerable amount of time for the snow accumulated on the solar panel 60 to be melted. In addition, it may be difficult to manually remove the snow accumulated on the solar panel 60. For this reason, by utilizing as a snow melting apparatus of the cooling-heat system 1, effective use of the solar panel 60 is attained.
前述したように、本実施の形態では、ソーラーパネル６０と組み合わされる熱回収体２で１次集熱を行ない、冬場でも外気温の影響を受け難い真空管式集熱パネル３０で２次集熱を行なっている。このような真空管式集熱パネル３０を用いる場合は、真空管式集熱パネル３０の設置によって、ソーラーパネル６０の設置面積が割かれることになる。しかし、一般家庭などでは、通常程度の大きさのソーラーパネル６０に換算して２〜３枚分程度の大きさの真空管式集熱パネル３０があれば、温水等の需要には十分であると考えられる。したがって、一般の家屋の屋根などにおいても、真空管式集熱パネル３０の設置場所の確保は困難ではないと考えられる。 As described above, in the present embodiment, the primary heat collection is performed by the heat recovery body 2 combined with the solar panel 60, and the secondary heat collection is performed by the vacuum tube type heat collection panel 30 which is less susceptible to the outside air temperature even in winter. I am doing. When such a vacuum tube type heat collection panel 30 is used, the installation area of the solar panel 60 is divided by the installation of the vacuum tube type heat collection panel 30. However, in a home or the like, if there is a vacuum tube type heat collection panel 30 of about two to three sheets in size converted to a solar panel 60 of a normal size, it is sufficient for the demand for hot water etc. Conceivable. Therefore, it is considered that it is not difficult to secure the installation place of the vacuum tube type heat collection panel 30 even on the roof of a general house.
また、本実施の形態の自然エネルギー利用型冷熱システム１は、製氷部としての冷熱タンク４に加えて、蓄熱部としての温熱タンク６も備えるため、すなわち、１つのシステムで蓄冷機能及び蓄熱機能を有するため、特に、食品工場等のように、温水及び冷却貯蔵等の冷却工程の両方を必要とする状況下において有利である。 Further, the natural energy utilization type cold energy system 1 according to the present embodiment includes the thermal energy tank 6 as a heat storage part in addition to the cold energy tank 4 as an ice making part, that is, one system has a cool storage function and a heat storage function. Since it has it, it is advantageous especially in the condition which requires both a warm water and cooling processes, such as cold storage, like a food factory etc.
また、本実施形態の冷熱システム１により、夏の熱を貯めて、貯めた熱を冬に使用する、といったことも可能である。さらに、冬であっても日中には、真空管式集熱パネル３０により冷媒の温度を相当程度上昇させることができるため、例えば、真空管式集熱パネル３０により獲得した熱を補助熱源としながら、夏の熱を冬の空調機器での暖房運転に利用する、といったことも可能である。そして、これらのように夏の熱を冬に利用することを考えた場合には、温熱タンク６にパラフィン等の潜熱蓄熱材を使用することが考えられる。 Moreover, it is also possible to store summer heat and use the stored heat in winter by the cooling system 1 of the present embodiment. Furthermore, even in winter, during the daytime, the temperature of the refrigerant can be raised to a considerable extent by the vacuum tube type heat collecting panel 30, so, for example, the heat obtained by the vacuum tube type heat collecting panel 30 is used as an auxiliary heat source It is also possible to use summer heat for heating operation with a winter air conditioner. When it is considered to use summer heat for winter as in these cases, it is conceivable to use a latent heat storage material such as paraffin for the thermal tank 6.
なお、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することが可能である。例えば、熱回収体の構造は、前述した構造に限らず、任意の構造を採用できる。また、熱交換体は、ソーラーパネルに限らず、外気温が低下することによりそれ自体が低温になり得るとともに、熱回収体と熱接触により熱交換を行なうことができるものであれば、どのようなものであってもよく、外部環境下に設置されるあらゆる低温媒体（例えば、ソーラーパネルや、地面に建てられた板、広告用看板、ビルの屋上に設置されたもの、家屋の屋根に設置されたものなども含む）を熱交換体として採用できる。また、実施形態中のソーラーパネル６０としては太陽光パネル装置を想定しているが、太陽熱温水器のパネルとすることも可能である。さらに、前述した実施形態では、冷熱タンクが製氷部と氷保管部とを兼ねているが、製氷部と氷保管部とが別々のものであってもよい。また、熱交換体が蓄えることが可能な熱量は、熱交換体を構成する各種の部材自体が有する熱容量の影響を受ける。 The present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention. For example, the structure of the heat recovery body is not limited to the structure described above, and any structure can be adopted. Further, the heat exchanger is not limited to the solar panel, and it may become a low temperature itself when the outside air temperature is lowered, and the heat exchanger may perform heat exchange by thermal contact with the heat recovery unit. Any low temperature medium installed under the external environment (eg, solar panels, boards built on the ground, billboards for advertising, installed on the roof of a building, installed on the roof of a house) Can be adopted as a heat exchanger. Although a solar panel device is assumed as the solar panel 60 in the embodiment, it is also possible to use a panel of a solar water heater. Furthermore, in the embodiment described above, the cold energy tank serves as the ice making unit and the ice storage unit, but the ice making unit and the ice storage unit may be separate. In addition, the amount of heat that can be stored by the heat exchanger is affected by the heat capacity of various members that constitute the heat exchanger.
さらに、前述した温熱タンク６でパラフィン等の潜熱蓄熱材を使用することを例示したが、蓄熱材については以下のような考え方の下、顕熱及び潜熱に係るハイブリッドタイプの蓄熱材を利用することも可能である。 Furthermore, using the latent heat storage material such as paraffin in the thermal tank 6 described above is exemplified, but using a hybrid type heat storage material relating to sensible heat and latent heat under the following concept for the heat storage material Is also possible.
すなわち、潜熱蓄熱材は、相変化する融点近くの温度で長期間に亘り熱を出せる（放熱できる）ものである。このような意味では、水を氷結させた氷も潜熱蓄熱材であるといえる。そして、熱を貯める（蓄える）潜熱蓄熱材としては、取り出したい温度（使用したい温度）に応じて、無機水和塩である芒硝の水和塩（硫酸ナトリウム水溶液）やパラフィンが一般に用いられている。 That is, the latent heat storage material can emit heat (heat radiation) at a temperature near the phase-changing melting point for a long period of time. In this sense, it can be said that ice obtained by freezing water is also a latent heat storage material. And, as a latent heat storage material for storing (storing) heat, hydrated salt (sodium sulfate aqueous solution) of an inorganic hydrated salt (sodium sulfate aqueous solution) or paraffin is generally used according to the temperature to be taken out (temperature to be used) .
このような潜熱蓄熱材とは異なるタイプの蓄熱材として、相変化を伴わない顕熱蓄熱材が知られている。水は良い顕熱蓄熱材でもあるが、例えば蓄熱暖房機に使用されているレンガ（煉瓦）も顕熱蓄熱材の１つである。また、例えば土木や建築の基礎工事に用いることが可能なぐり石（栗石）等のように比重が高い石も、良い顕熱蓄熱材として利用が可能である。 As a heat storage material of a type different from such a latent heat storage material, a sensible heat storage material not accompanied by a phase change is known. Water is also a good sensible heat storage material, but for example, bricks used in heat storage heaters are also one of the sensible heat storage materials. Also, a stone having a high specific gravity, such as, for example, a cobble stone (kistone) that can be used for foundation work of civil engineering and architecture, can be used as a good sensible heat storage material.
そして、これらの潜熱蓄熱材と顕熱蓄熱材のそれぞれの長所を複合し、より優れた蓄熱材を作製して、これを本発明の冷熱システムに利用することが考えられる。具体的には、衛生陶器等の工場では大量の陶器廃材が生じるが、この陶器廃材を粉砕した後、潜熱蓄熱材であるパラフィン（例えば融点が５０℃程度のもの）をバインダーとして、粉砕された陶器廃材を練る。さらに、練られた陶器廃材を所定の形状（例えばレンガ状）に成型（「成形」ともいえる）した後に冷やす。 Then, it is conceivable to combine the respective advantages of the latent heat storage material and the sensible heat storage material, to produce a more excellent heat storage material, and to use this for the cooling system of the present invention. Specifically, a large amount of pottery waste is produced in factories such as sanitary ware, but after this pottery waste is crushed, it is crushed using a latent heat storage material paraffin (for example, one having a melting point of about 50 ° C.) as a binder Knead pottery waste. Furthermore, it is cooled after it has been molded (also referred to as “molding”) into a predetermined shape (for example, a brick shape), which has been kneaded.
このようにして得られた成型物は、潜熱蓄熱材に顕熱蓄熱材を含んで成型されたものであるということができ、蓄熱材として従来のレンガの代わりに使用することが可能である。そして、レンガを焼く作業が不要になり、蓄熱材の製作コストを削減できる。さらに、この成型物を、前述の温熱タンク６内で積み重ねて蓄熱材として使用すれば、温熱タンク６で大量の蓄熱が可能となる。この結果、コストの高い潜熱蓄熱材の量を減らし、廃材を有効活用して、顕熱・潜熱ハイブリッドタイプの蓄熱材を提供することができる。そして、この蓄熱材を前述の冷熱システム１で利用することで、廃棄物を減らすとともに低コストな冷熱システムの実現が可能となる。 It can be said that the molded product obtained in this manner is formed by including a sensible heat storage material in a latent heat storage material, and can be used as a heat storage material instead of a conventional brick. And since the work of burning the bricks becomes unnecessary, the manufacturing cost of the heat storage material can be reduced. Furthermore, if this molded product is stacked in the above-mentioned thermal tank 6 and used as a heat storage material, a large amount of heat storage can be performed by the thermal tank 6. As a result, it is possible to provide a sensible heat / latent heat hybrid type heat storage material by reducing the amount of expensive latent heat storage material and effectively using the waste material. Then, by using this heat storage material in the above-described cold heat system 1, it is possible to reduce waste and realize a low-cost cold heat system.
なお、このような蓄熱材に対し、蓄熱の際に溶けて流れ出すのを防ぐことが考えられる。そのために、例えば、成型物に塗料等による表面処理を施し、被膜を形成して成型物を保護することが可能である。また、成型物を所定のカバーに入れるといったことも可能である。 In addition, it is possible to prevent melting and flowing out in the case of heat storage with respect to such a heat storage material. Therefore, for example, it is possible to surface-treat a cast with a paint etc., form a film, and protect a cast. Moreover, it is also possible to put a molding in a predetermined cover.
１ 自然エネルギー利用型冷熱システム
２ 熱回収体
４ 冷熱タンク（製氷部、氷保管部）
６ 温熱タンク（蓄熱部）
６０ ソーラーパネル（熱交換体）
1 Renewable energy system type cooling system 2 Heat recovery unit 4 Cooling system tank (ice making unit, ice storage unit)
6 Thermal tank (heat storage section)
60 Solar Panels (Heat Exchanger)
Claims (5)
前記冷媒を利用して製氷が可能な製氷部と、
前記製氷部による氷を季節を跨って保管可能な氷保管部と、
を備えることを特徴とする自然エネルギー利用型冷熱システム。 The heat exchanger is placed in thermal contact with the heat exchanger installed in the outside air environment, and exchanges heat with the heat exchanger which is in thermal contact via the refrigerant flowing inside to recover cold heat from the heat exchanger. Possible heat recovery bodies,
An ice making unit capable of making ice using the refrigerant;
An ice storage unit capable of storing ice from the ice making unit over the season;
A natural energy utilizing cooling system characterized by comprising:
The natural energy utilization type cooling-heat system according to claim 2, wherein a heat storage material is used for the heat storage portion, and the heat storage material is formed by including a sensible heat storage material in a latent heat storage material. .
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