太陽能利用系統及使用它的植物栽培、家畜飼養方法

2023-10-05 02:08:39

專利名稱：太陽能利用系統及使用它的植物栽培、家畜飼養方法
技術領域：
本發明涉及太陽能利用系統及使用它的植物栽培、家畜飼養方法。
背景技術：
目前，從大氣汙染和地球溫暖化等環境問題出發，作為不產生二氧化碳的清潔能 源，提出了各種利用太陽能的發電方法。另外，也有以地球規模可用於飲料、灌溉和畜產等 的淡水量正在減少的報告，在利用蒸發法從海水和地下水(含鹽分等雜質)的原水製造淡 水時，也使用太陽熱能。在使原水透過逆浸透膜來製造淡水時，通過利用太陽能使原水蒸 發、利用其蒸氣進行驅動的泵，來獲得用於使原水透過該逆浸透膜的壓力。在任何情況下， 太陽能的利用都是利用各種反射鏡使太陽光聚光、利用其聚光部的高熱量來進行的。例如， 如日本國特許公開公報特開2005-87821號公報所揭示的那樣，採用了用反射鏡將太陽光 聚光的方式。
另外，通過利用將太陽光聚光用的反射鏡的背陰部分，即使是沙漠地帶等日照量 多的地帶，也可進行植物栽培和家畜飼養。也就是說，隨著太陽的移動，背陰部分也移動，由 此限制地面所受到的日照量，限制水分從地面的蒸發量及從植物葉片的散發量，從而可進 行植物栽培，並且，通過限制日照量，可防止家畜衰弱，可飼養家畜。若將由太陽能製造的淡 水用於這種植物栽培、家畜飼養，就更佳。例如，如日本國特許公開公報特開2006-125700 號公報所揭示的那樣，利用將太陽光聚光用的反射鏡形成背陰部分，來進行植物栽培或家 畜飼養。但是，對於這種以往技術，在利用太陽光進行發電、淡水製造時，在無窮盡地強烈 照射到地表上的太陽光中，只利用由反射鏡聚光部分的太陽光，因此，要獲得更大的熱量， 就要增加反射鏡的數量，或需要大型的反射鏡，成本的負擔較大。另外，在利用反射鏡的背陰部分進行植物栽培和家畜飼養時，要獲得充分的效果， 無論如何需要使反射鏡大型化，成本負擔仍然很大。當利用反射鏡的背陰部分時，地面產生 明暗不均，不能進行均勻的日照量的限制，不能說最適於植物栽培和家畜飼養。

發明內容
用於解決課題的手段本發明是著眼於這種以往技術而作的，可提供一種太陽能利用系統和植物栽培、 家畜飼養方法，該太陽能利用系統，與增設反射鏡或將反射鏡大型化相比，可用較佳的成本 來有效利用太陽能；該植物栽培、家畜飼養方法，用所述太陽能利用系統可進行有利於成本 且較佳的植物栽培和家畜飼養。根據本發明的一項技術，是一種太陽能利用系統，其具有太陽能利用裝置，該太陽 能利用裝置用由反射鏡聚光的太陽光的熱量使包含鹽分等其它雜質的原水蒸發，利用該蒸 發的水蒸氣進行發電或淡水製造的至少一方，該太陽能利用系統的特徵在於，具有預熱裝 置，該預熱裝置利用未被所述反射鏡聚光的日照的太陽光對提供給所述太陽能利用裝置的原水進行預加熱，所述預熱裝置構成為，具有對提供給所述太陽能利用裝置的原水的水路 進行規定的多個通水管，利用所述通水管所受到的太陽能對通過其內部的原水進行加熱， 各所述通水管具有規定寬度的長筒形狀，在離開地面的規定高度位置隔開規定間隔地沿寬 度方向配置多個而劃分出下部空間，其長度方向朝向與太陽的日周運動方向交叉的方向， 在所述下部空間形成有太陽光被所述多個通水管遮住的遮光區域和照射有通過了所述規 定間隔的太陽光的照射區域，所述遮光區域和照射區域隨著日周運動而移動。根據本發明的另一項技術，是一種植物栽培方法，使用前一項記載的太陽能利用 系統，其特徵在於，通過利用隨著太陽的移動而移動的地面的遮光區域及照射區域來對地 面所受到的日照量進行限制，在地面栽培植物。根據本發明的另一項技術，是一種家畜飼養方法，使用前一項記載的太陽能利用 系統，其特徵在於，通過利用隨著太陽的移動而移動的地面的遮光區域及照射區域來對地 面所受到的日照量進行限制，在地面飼養家畜。


圖1是表示本發明第一實施形態的太陽能利用系統的整體立體圖。圖2是表示通水管的俯視圖。圖3是表示太陽能利用裝置的內部結構的概略圖。圖4是表示植物栽培方法的預熱裝置的剖視圖。圖5是表示形成於地面的遮光區域和照射區域的預熱裝置的剖視圖。圖6是表示隨著太陽的移動而移動的遮光區域的剖視圖。圖7是表示通水管的剖視圖。圖8是表示本發明第二實施形態的通水管的剖視圖。圖9是表示本發明第三實施形態的家畜飼養方法的預熱裝置的剖視圖。圖10是表示本發明第四實施形態的通水管的俯視圖。圖11是表示通水管的立體圖。圖12是表示通水管的分解立體圖。圖13是沿圖11中箭頭所示SA-SA線的通水管的剖視圖。圖14是沿圖11中箭頭所示SB-SB線的通水管的剖視圖。
具體實施例方式(第一實施形態)圖1 圖7是表示本發明第一實施形態的圖。在北半球側，太陽S處於南側，沿著 日周運動方向D而從東向西移動。反射鏡1設有三個。反射鏡1是將多個平面鏡狀的鏡體配置成凹面狀的定日鏡構 造，跟隨太陽而改變方向，並始終向著確定的一點反射太陽光L。鏡體自身也可是凹面鏡。在反射鏡1的南側，在離開反射鏡1的位置設有太陽能利用裝置2，由三個反射鏡 1反射的太陽光L聚光到該太陽能利用裝置2的一點上。圖2表示太陽能利用裝置2的構造。由反射鏡1反射的太陽光L被聚光到太陽能 利用裝置2的蒸氣發生部3上。由後述的預熱裝置4加熱的原水W被供給到蒸氣發生部3，在內部被加熱，在此產生水蒸氣。提供給蒸氣發生部3的原水W是包含鹽分和其它雜質的 海水或地下水。產生蒸氣而濃縮的原水W從蒸氣發生部3排出，以將蒸氣發生部3內的原 水W液面保持一定。另外，在本發明中，原水W是利用蒸發法製造淡水前所給與的水，包含海水、地下 水和湧水，也可包含鹽分等雜質。由蒸氣發生部3產生的水蒸氣使葉輪機5旋轉。葉輪機5的旋轉傳遞給發電機6， 由發電機6發電。由發電機6產生的電能E供給到蓄電池等外部電源。使葉輪機5旋轉的水蒸氣供給到冷凝部7。在冷凝部7的內部設有冷卻線圈8。 不通過預熱裝置4的仍是冷水的原水W循環在該冷卻線圈8中。因此，此處對經過葉輪機 5的水蒸氣進行冷卻可製成淡水P。這裡，製成的淡水P暫時儲存在儲水槽9中。下面，說明利用反射鏡1與太陽能利用裝置2之間的區域設置的預熱裝置4。預 熱裝置4由被支撐於離開地面G的規定高度(例如2米20釐米)、對原水W的水路進行規 定的多個通水管10構成。通水管10是熱傳導性良好的鋁金屬制，是具有規定寬度(例如 10 20釐米)A的扁平截面形狀，且做成在長度方向Y具有規定長度(例如4米)的長筒 形。在通水管10側面的照射太陽光的一側(以下稱為上表面側)實施有黑色塗裝11。在通水管10的下表面中央，沿通水管10的長度方向Y連續形成有截面為半圓形 的形成另外通路的散水部12。散水部12上形成有多個散水孔13。根據需要，利用未圖示 的泵將儲存在所述儲水槽9內的淡水P供給到該散水部12。通水管10，以12根作為一組，隔開規定的排列間隔(例如10 20釐米)B而沿寬 度方向X排列，在此狀態下由支柱14支撐。在本實施形態中，將通水管10的寬度A和排列 間隔B設成相等。各組的通水管10，其長度方向兩端部分別連接，且串聯連接而規定一根的 水路。在本實施形態的附圖中，為明了地表示構造，圖示的通水管10的寬度A和間隔B比 實際大。沿寬度方向X排列的一組通水管10沿長度方向Y排列三組。通水管10的寬度方 向χ實質上與太陽S的日周運動方向D相一致，長度方向Y相對於日周運動方向D呈直角 θ (參照圖2)。三組通水管10，作為一組的入口和出口分別利用連通管15連接，整體串聯連接並 構成將供給管16和排出管17連接起來的水路。因此，從一端的供給管16供給的原水W通 過所有的通水管10並從另一端的排出管17排出。反射鏡1與太陽能利用裝置2之間的空間，本來由於不能遮住太陽光，故是無用空 間，至今未被有效利用。照射在該空間的太陽光未被反射鏡1聚光，因此，利用該空間設置 預熱裝置4。通過通水管10內的原水W在通過通水管10期間，由通水管10表面所受到的太陽 能加熱。由於利用強烈照射到反射鏡1周圍的較大範圍的太陽光L進行加熱，因此可獲得 足夠多的熱量。由於通水管10是扁平截面形狀，故可有效地對原水W進行加熱。另外，在 通水管10的上表面側實施了黑色塗裝11，故可有效地吸收太陽能。由預熱裝置4加熱的原水W如前所述被供給到太陽能利用裝置2，由被反射鏡1聚 光的高熱的太陽光L進一步加熱，產生水蒸氣。在太陽能利用裝置2中，由於只要利用被反射鏡1聚光的太陽光L來供給不足部分的熱量即可，因此，不需要增設反射鏡1或將反射鏡1大型化。與增設反射鏡1或將各反射鏡大型化的情況相比，設置預熱裝置4在成本方面是 有利的。構成預熱裝置4的通水管10，在隔開規定間隔B而沿寬度方向X排列多個的狀態 下，被支撐於離開地面G的規定高度。其結果，利用通水管10的排列所規定的假想面劃分 出下部空間U。因此，在面對下部空間U的地面G上，交替形成有太陽光L被通水管10遮住 的遮光區域a和由通過通水管10之間的規定間隔B的太陽光L照射的照射區域b。而且， 由於該通水管10的長度方向Y實質上與太陽S的日周運動方向D垂直，故如圖6所示，形 成於地面G的遮光區域a和照射區域b隨著太陽的移動而移動。因此，地面G所受到的日 照量可均勻控制。在本實施形態中，由於將通水管10的寬度A與間隔B做成相等，故地面 G所受到的大約50%的日照量受到限制。另外，通水管10的長度方向Y與日周運動方向D 不必是垂直，只要能在下部空間U形成與日照運動一起移動的遮光區域a和照射區域b即 可，因此，二個方向只要交叉即可。如此，由於可限制地面G所受到的日照量，故即使在赤道上等的日照量多的地域， 也可在地面G上栽培蔬菜等植物18。即，通過對來自地面G的水分蒸發量和來自植物18葉 面的散發量進行限制，就可進行植物栽培。另外，由於在通水管10的下表面，沿長度方向Y 一體地形成有散水部12，因此，根據需要還可將栽培植物18所需要的淡水P從散水部12自 動地灑向地面G。另外，也可與淡水P的散水用散水部12分開地將農藥散布通路和肥料散 布通路形成在通水管10的下表面上，從那裡自動散布農藥和肥料等。如上述說明那樣，由於利用預熱裝置4的通水管10來限制照射到地面G的日照 量，不像以往技術那樣利用反射鏡1，故不必將反射鏡1大型化，在成本方面是有利的。另 夕卜，與利用反射鏡1的情況相比，可在較寬範圍的地面G進行植物栽培。(第二實施形態)圖8是表示本發明第二實施例的示圖。在本實施形態中，將通水管19做成圓管狀， 在內表面沿長度方向形成有多個肋20。在通水管18的表面實施有黑色塗裝11。該通水管 19通過鋁金屬的擠壓成型來製造。由於通水管19是圓管狀，故容易成型，在成本方面更有 禾U。由於在內表面形成有肋20，故通水管19與原水W的接觸面積增加，促進了通水管19與 原水W之間的熱交換，且容易利用通水管19的表面所受到的太陽能對內部的原水W進行加 熱。(第三實施形態)圖9是表示本發明第三實施例的示圖。本實施形態具有與所述第一實施形態相同 的結構要素。因此，對於那些相同的結構要素，標上相同的符號，並省略重複說明。本實施例表示了這樣一種例子由通水管10劃分出下部空間U，進行牧草等植物 21的栽培和以該植物21為飼料的牛或山羊的飼養。另外，植物栽培或家畜飼養的地面g比 一般地面G低，並在地面g的周圍形成有傾斜面23。採用本實施形態，由於用預熱裝置4的通水管10對日照量進行限制，故如先前的 實施形態中說明的那樣，可對牧草等植物21進行栽培，同時，由於家畜22不會受到強烈的 日照，故可防止家畜22衰弱，可飼養家畜22。
植物21的栽培和家畜22的飼養所需的淡水，可利用先前的實施形態中說明的太陽能利用裝置來製造，由於家畜22的飼料可利用栽培的植物21，故可確立自給自足的系 統。此外，由於飼養家畜22的地面g周圍具有傾斜面23，故可防止家畜22逃跑。家畜22 不限於牛或山羊，也可包含家禽類等。(第四實施形態)圖10 圖14是表示本發明的第四實施例的示圖。本實施形態的預熱裝置30中， 將通水管24做成了可簡單且價廉地製造的構造。通水管24的主要部分，由長度方向具有相同的長方形的扁平的方管狀的管子主 體25形成。該管子主體25與先前的實施形態相同，是採用鋁金屬的擠壓成型件。S卩，該管 子主體25是將最初形成得較長的管子切割成所需長度的構件。因此，管子主體25也可以 不是擠出成型件，而是衝壓成型件。由於是簡單的筒狀件，故是價廉的。管子主體25的上 表面實施有黑色塗裝11。管子主體25的兩端部由於是僅被切割的狀態，故處於內部空間從末端露出的狀 態。因此，在管子主體25的兩端部分別安裝有罐部26。罐部26，以將通常的截面為圓形的直管切割成規定長度的結構為基礎。用圓形金 屬板即蓋27將該切割後的直管的兩端封住。蓋27通過焊接而安裝在罐部26的兩端。罐部26向著管子主體25的寬度方向配置在管子主體25的兩端，在該管子主體25 側的側面開口形成有連接口 28。該連接口 28與管子主體25的截面形狀相對應，在將管子 主體25兩端插入在連接口 28內的狀態下，兩者通過焊接而結合。如此，通水管24形成為管子主體25兩端分別接合有罐部26的狀態。如圖10所 示，多個通水管24，其罐部26之間，在罐部26部分利用連通管29互相串聯連接。並且，原 水W從供給管16向互相連接的通水管24供給。從供給管16供給的原水W在各通水管24 中從一方的罐部26通過管子主體25到達另一方的罐部26，在這裡依次送向另外的通水管 24。最終從排出管17排出的構造與先前的實施形態相同。在原水W通過多個通水管24期 間，由通水管24表面所受到的太陽能(放射熱)加熱。採用本實施形態，由於通水管24由形狀簡單的管子主體25及罐部26形成，因此 可價廉地製造整體。在以上的第一 圖四的實施形態中，將反射鏡1的聚光目標即太陽能利用裝置2 固定在地面G上，並且，為聚光在其上而將反射鏡1的焦距設定得較長，通過使反射鏡1隨 著太陽S而移動，使由反射鏡1反射的太陽光L聚光到太陽能利用裝置2上。此外，例如也 可將反射鏡1的焦距設定得較短，將發電和製造淡水所需的加熱部以與該焦點位置一致的 狀態支撐在反射鏡1自身上，使作為使聚光目標的加熱部與隨著太陽S而移動的反射鏡1 一起動作。另外，雖然例示了將多個通水管10、24全部串聯連接、用一根水路將供給管16和 排出管17連接起來的例子，但也可做成將多個通水管10、24並聯連接並用多根水路將供給 管16和排出管17連接起來的結構。另外，雖然例示了將通水管10的寬度A和間隔B做成相等、將地面G、g所受到的 日照量限制成大約50%的例子，但並不限於此，該通水管10的寬度A和間隔B的比例所決 定的日照的限制比例，可根據所設置地域的日照量和栽培的植物的種類、飼養的家畜的種類來選擇最佳限制比例。發明效果採用本發明，沿寬度方向排列多個通水管而構成預熱裝置，在該通水管內，通過供給到太陽能利用裝置之前的原水。除了由反射鏡接受的太陽光以外的大量太陽光照射到預 熱裝置的通水管上，通水管的內部的原水被該太陽能加熱。如此，由於利用強烈照射到反射 鏡周邊的太陽光對供給到利用反射鏡的太陽能利用裝置之前的原水進行加熱，故在太陽能 利用裝置中，只要利用由反射鏡聚光的太陽光來供給不足部分的熱量即可。因此，可實現太 陽能的有效利用，與增設反射鏡或使其大型化的情況相比，在成本方面是有利的。另外，在通水管由管子主體和罐部構成的結構中，由於管子主體和罐部各自以簡 單的筒狀為基礎，因此，可簡單而價廉地製造整體。此外，構成預熱裝置的通水管，由於以隔開規定間隔地沿寬度方向排列多個的狀 態被支撐在離開地面的規定高度位置，因此，在地面，形成了太陽光被通水管遮住的遮光區 域、和被通過通水管間的規定間隔的太陽光照射的照射區域。而且，由於該通水管的長度方 向不同於太陽的日周運動方向，故形成於地面的遮光區域和照射區域隨著太陽的移動而移 動。因此，可均勻地限制地面所受到的日照量，通過對水分從地面的蒸發量和從植物葉面的 散發量進行限制，可進行植物栽培，另外，由於家畜可避免強烈的日照，故還可飼養家畜。若 將由太陽能製造的淡水用於植物栽培和家畜飼養，則更佳。當進行植物栽培或家畜飼養時， 也不必將反射鏡大型化，可利用預熱裝置的通水管來進行，因此在成本方面是有利的，並且 由於可均勻地限制照射到地面的日照量，故對於植物栽培和家畜飼養來說是較佳的。此外，由於在地面利用預熱裝置的通水管形成有遮光區域和照射區域，因此，即使 是沙漠地帶等日照量多的地帶，也可限制日照量，可進行植物栽培。與以往那樣由反射鏡形 成遮光區域和照射區域的情況相比，可均勻地限制照射到地面的日照量，對植物栽培來說 是較佳的。此外，由於在位於地面上方的通水管的下表面設有將淡水灑向地面的散水部，因 此可從該散水部將植物栽培所需的淡水供給到地面，散水作業變得容易。此外，由於在地面利用預熱裝置的通水管形成遮光區域和照射區域，因此，即使是 沙漠地帶等日照量多的地帶，也可限制日照量，可進行家畜飼養。與以往那樣由反射鏡形成 遮光區域和照射區域的情況相比，可均勻地限制照射到地面的日照量，可飼養家畜。此外，由於以在通水管下方的地面所栽培的植物為飼料來飼養家畜，因此，不需要 將飼料提供給家畜，可確立自給自足的系統。(美國指定)本國際專利申請涉及美國指定，對於2007年10月1日申請的日本國專利申請第 2007-257817號(申請日2007年10月1日)，援引基於美國專利法第119條(a)的優先 權利益，並引用該公開內容。
權利要求
一種太陽能利用系統，具有太陽能利用裝置，該太陽能利用裝置用由反射鏡聚光的太陽光的熱量使原水蒸發，利用該蒸發的水蒸氣進行發電或淡水製造的至少一方，該太陽能利用系統的特徵在於，具有預熱裝置，該預熱裝置利用未被所述反射鏡聚光的日照的太陽光對提供給所述太陽能利用裝置的原水進行預加熱，所述預熱裝置構成為，具有對提供給所述太陽能利用裝置的原水的水路進行規定的多個通水管，利用所述通水管所受到的太陽能對通過其內部的原水進行加熱，各所述通水管具有規定寬度的長筒形狀，在離開地面的規定高度位置隔開規定間隔地沿寬度方向配置多個而劃分出下部空間，其長度方向朝向與太陽的日周運動方向交叉的方向，在所述下部空間形成有太陽光被所述多個通水管遮住的遮光區域和照射有通過了所述規定間隔的太陽光的照射區域，所述遮光區域和照射區域隨著日周運動而移動。
2.如權利要求1所述的太陽能利用系統，其特徵在於，所述通水管包括在長度方向具有相同的扁平截面形狀的一個管子主體；以及在長度 方向具有相同形狀的、將直管的兩端封住而形成的二個罐部，罐部沿管子主體的寬度方向配置，且在罐部的管子主體側的側面開口形成有與管子主 體的截面形狀相對應的連接口，將管子主體的兩端部插入該連接口而進行連接，從一方的罐部供給原水，從另一方的 罐部排出原水。
3.一種使用太陽能利用系統的植物栽培方法，其使用權利要求1或權利要求2所述的 太陽能利用系統，其特徵在於，通過利用隨著太陽的移動而移動的地面的遮光區域及照射 區域來對地面所受到的日照量進行限制，在地面栽培植物。
4.如權利要求3所述的使用太陽能利用系統的植物栽培方法，其特徵在於，在通水管 的下表面設置將淡水灑向地面的散水部，能夠將由太陽能利用裝置製造的淡水供給到該散 水部。
5.一種使用太陽能利用系統的家畜飼養方法，其使用權利要求1或權利要求2所述的 太陽能利用系統，其特徵在於，通過利用隨著太陽的移動而移動的地面的遮光區域及照射 區域來對地面所受到的日照量進行限制，在地面飼養家畜。
6.如權利要求5所述的使用太陽能利用系統的家畜飼養方法，其特徵在於，通過利用 隨著太陽的移動而移動的地面的遮光區域及照射區域來對地面所受到的日照量進行限制， 在地面進行植物栽培，用該植物作為家畜的飼料進行家畜的飼養。
全文摘要
一種太陽能利用系統及使用它的植物栽培、家畜飼養方法，由多個通水管(10)對供給到太陽能利用裝置(2)之前的原水(W)進行加熱，可有效利用太陽能，與增設反射鏡(1)或將其大型化的情況相比，在成本方面是有利的。在地面(G)形成由通水管(10)將太陽光(L)遮住的遮光區域(a)和由通過了通水管(10)間的規定間隔(B)的太陽光(L)照射的照射區域(b)，因此，可均勻地限制地面(G)所受到的日照量，可進行植物栽培和家畜飼養。
文檔編號A01G13/02GK101815908SQ20088011044
公開日2010年8月25日 申請日期2008年9月16日 優先權日2007年10月1日
發明者中村勝重 申請人:三鷹光器株式會社