太陽熱利用で地球温暖化阻止!

真空管式太陽熱温水器

 
  2019/07/13

 

魔法瓶のような太陽熱温水器

 

魔法瓶はなぜお湯が冷めにくいのか。

それは真空(vacuum)が熱を通さないため、熱が外部に放出されるのを防いでいるからです。

 

フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)から

 

冬の寒い時期は、温かいお湯を特に必要とする季節ですが、水道水の温度は10℃前後でとても冷たく、お湯を沸かすのはかなりのエネルギーが必要です。お風呂の入浴温度を40℃とすると、実に30℃も沸かさなければなりませんから、燃料費が嵩み生活を圧迫します。灯油などは、安いところを見つけて買いに行かれている方も多いのではないでしょうか。

 

太陽の力で日常使うお湯が沸かせたら。

 

でも、太陽熱温水器は冬に使えない、格好悪いなどと思われているかも知れません。

たしかに、これまでの太陽熱温水器は平板型が主流でした。パネルの中をぐるぐると水を回して、その間に太陽熱を集める方式です。たしかに採熱はしますが、同時に放熱も多いので、気温の高い春から秋ならば十分使えますが、肝心の冬には冷めてしまう欠点があります。

 

平板型太陽熱温水器(最新型)

 

 

ガラス真空管+ヒートパイプを使った圧力型太陽熱温水器

 

そこで考えられたのが、採熱しても冷めにくい真空ガラス管を使った太陽熱温水器です。

 

圧力型真空管式太陽熱温水器

 

 

ガラスは光を通しやすい性質があり、これを二重にして内部を真空にしたのがガラス真空管採熱器で、熱の元である赤外線のみを通すコーティングが施してあります。

真空管採熱器

 

二重ガラス管の中が真空となっています。

 

この中に水を入れれば水が温まりますが、ガラス管が割れると漏水してしまう欠点があります。

そこで考えられたのがヒートパイプで、たとえガラス真空管が割れても漏水することはありません。

 

ヒートパイプ

 

 

ヒートパイプは銅製で、周りに集熱のためにアルミフィンがあります。

 

採熱の仕組み(タンク一体型の場合)

 

 

ヒートパイプの発明は、タンクと採熱器を完全に分離することができるため、水道圧に耐えられるタンクが使えます。

また、仮にガラス管が割れても漏水がありませんし、交換時もタンクの水を抜く必要はありません。

従って、地上に日当たり条件の良い設置場所があるなら、わざわざ高い費用を払って屋根に載せる必要もないのです。

 

採熱性能と経済性

 

採熱性能については、メーカーが公表しているわけではありませんが、水温プラス30~40℃以内に設計されているように思われます。

例えば、200Lのタンクで真空管が24本の製品であれば、真冬の水道水が10℃と仮定すると一日の到達温度は最高でも50℃。反対に夏は、水温が25℃であれば65℃です。

※採熱器の設置角度や日照時間などで到達温度は違ってきます。

 

以前使っていた製品の2011.2月のデータを示しますが、到達温度は最高でも50℃を超えたくらいです。(60℃は朝の温度が高いため)

水道水の温度は10℃あるかないかで、このくらいにしておかないと夏場のお湯の使い道がなく、バランスが悪いと言えます。

次に経済性はどうでしょうか。

タンクと採熱器がセットになっている場合には、型の違いはあっても上記のような設計になっていますので、200Lの圧力型を使った場合の燃料削減率を考えて見ます。

 

一日に使うお湯の量

お風呂 200L 40℃

台所・洗面台  100L 20℃

加重平均温度 (200×40+100×20)/300=33.3℃

 

これが真冬であれば、水温10℃ですから23.3℃を燃料を使って暖めなければなりません。

それに対し、真空管式太陽熱温水器を使った場合、上の図では月平均上昇温度が23.6℃となっています。

 

つまり、お天気さえ良ければ一ヶ月間ほとんど燃料不要なわけです。

もちろん家族が多かったり、使い方次第で大きく変化することは当然のことですが、いかに太陽熱温水器の貢献度が高いことがお分かりいただけると思います。

真空管式太陽熱温水器のタイプと規格

 

とちぎエネットがお薦めしているのは、タンク一体型(圧力式)と分離分割型の2機種です。

真空管、貯湯タンクはメーカーオリジナルで、品質には定評のあるONOSI社製です。

(参考記事)

【 特殊技術は不要】誰でもできる真空管式太陽熱温水器の設置(圧力型)

安くて良い物はない!太陽熱温水器は採熱性能だけでなく、耐久性やメンテナンスなどの信頼性も重要です。

 

いずれも、採熱器のフレームは特注でアルミ製とすることにより、耐久性と軽量化による長寿命化を図っています。(記載の写真のフレームは鉄製で、実際の商品とは異なります。)

また、フレームの屋根用・一般用(スタンド型)を自由に選ぶことができ、屋根勾配に合わせた加工は無料です。

 

<タンク一体型(圧力式)>

 

 

(圧力型 真空管式太陽熱温水器規格表)

 

一般的には200L(真空管が22本)、当社のは210Lで真空管が24本です。

 

水道への接続方法

 

太陽熱温水器はどのように接続するのか?

そのようなご質問が多いので、模式図をご覧ください。

 

構成は非常に単純で、「太陽熱温水器とは給水管から水を迂回させ水温を上げる装置」と言うことがお分かりいただけると思います。

途中にミキシング弁を設けて温度調整しておけば、よく言われる熱いお湯で給湯器が壊れるなどと言うことはありません。

 

接続図(参考)

 

 

分離分割型(強制循環式)>

採熱器と貯湯タンクが分かれている方式です。

採熱の方法は、水(不凍液)を小型ポンプにより、採熱器と貯湯タンクを循環させることで熱交換します。(図面参照)

利点として、屋根などへの設置では負担が軽く、景観上も建物とも調和しやすくなっています。

もちろん、タンクは水道圧で耐える構造ですから給湯全体で使うことができます。

 

制御は温度センサーを使い、コントローラで稼動・停止を繰り返し採熱を行います。

 

分離分割型の採熱の仕組み

 

 

コントローラと循環ポンプ類

 

 

非常に繊細な仕組みですが、耐久性は抜群です。

 

こちらの模式図もタンク一体型と同じで、採熱器が別系統になっているだけの違いとなります。

 

接続図(参考)

 

(分離分割型真空管式太陽熱温水器規格表)

 

(ベランダ型)

ベランダに設置できるよう、真空管の長さが85cmとなっています。

 

(ベランダ型真空管式太陽熱温水器規格表)

 

※分離分割型の場合は、タンク容量と採熱器を自由に選ぶことができます。

 

 

熱効率はタンク一体型の方が良いように見えますが、実際はそう単純ではありません。

分離型はタンクを屋内に置くなどにすれば保温の点で有利であり、タンク一体型は風雨に晒されるなどで冷めやすいことになります。

いずれにしても、採熱から利用するまでの距離をどれだけ短くすることができるかがカギとなります。

(参考記事)

太陽熱温水器は「分離分割型」を選ぶべき5つの理由

 

 

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