JP2002081762A - 一体型ソーラー暖房装置及びソーラー暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易かつ経済的に太陽熱を利用して部屋の暖
房を行うことができる一体型ソーラー暖房装置とそれを
用いたソーラー暖房システムを提供する。 【解決手段】 一体型ソーラー暖房装置１は、遊転輪付
可動台１５の上に、熱媒体を蓄える蓄熱槽１１と、蓄熱
槽１１から取り出した熱媒体を太陽の放射エネルギーで
加熱したのち蓄熱槽１１に戻すソーラー集熱器１２と、
蓄熱槽１１から取り出した熱媒体の熱を空気中に放射し
たのち蓄熱槽１１に戻す放熱器１３とを一体に取り付け
た構造を有する。ソーラー集熱器１２と放熱器１３とが
蓄熱槽を挟んで背中合わせに配置され、ソーラー集熱器
１２の仰角は可変である。また、複数の部屋に一体型ソ
ーラー暖房装置１をそれぞれ設置し、複数の一体型ソー
ラー暖房装置１の蓄熱槽１１を直列に接続し、複数の蓄
熱槽１１の熱媒体を１つの放熱器１３に供給し得るよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽の放射エネル
ギーを利用して暖房を行う一体型ソーラー暖房装置とそ
れを用いたソーラー暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】省コスト及び省エネルギーの暖房システ
ムの一つとして、太陽から放射される熱を利用するソー
ラーヒーティングシステムがある。ソーラーヒーティン
グシステムは、例えば家の屋根に設置されたソーラーパ
ネルに水を循環させ、太陽熱で加熱された温水を室内に
回収して放熱用の熱交換器に通すことにより、室内の暖
房を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のソ
ーラーパネルを用いた暖房システムは、屋根等にソーラ
ーパネルを設置するための大掛かりな工事が必要であ
る。また、ソーラーパネルを屋外に設置するので、その
耐久性を保障するために設置コスト及びメンテナンスコ
ストが高くなる。このため、従来のソーラーパネルを用
いた暖房システムは、だれもが手軽に設置し、使用でき
るとは言い難いものであった。

【０００４】また、太陽熱の利用効率は一般にソーラー
パネルが太陽に対して垂直に向いているときが最も高く
なる。しかし、季節や時間帯によって変化する太陽の位
置に対して、屋根等に設置されたソーラーパネルの方向
（水平方向の方位角及び垂直方向の仰角）は一定である
場合がほとんどである。しかたがって、太陽熱の利用効
率がそれほど高くない場合が多い。

【０００５】一般に南面に大きな開口部を有する日本の
家庭では、冬季晴天の日は南向きの部屋に日照が差し込
み、温室効果で室温が上がる。しかし、そのような部屋
が昼間は使用されずに、日照の無い夜間に使用されると
いったことが多い。

【０００６】 そこで、本発明は、昼間室内に差し込む日
照を補足・蓄熱し、その蓄えられた熱を夜間に放熱して
暖房に利用することにより、省エネルギーを図ることを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題の
解決のために、日照の補足にソーラー集熱器（ソーラー
パネル）を使用し、蓄熱には適当な容量の蓄熱槽を用
い、放熱器（放熱パネル）を用いて放熱（暖房）を行
う。

【０００８】すなわち、本発明による一体型ソーラー暖
房装置は、熱媒体を蓄える蓄熱槽と、蓄熱槽から取り出
した熱媒体を太陽の放射エネルギーで加熱したのち蓄熱
槽に戻すソーラー集熱器と、蓄熱槽から取り出した熱媒
体の熱を空気中に放射したのち蓄熱槽に戻す放熱器とを
備え、蓄熱槽、ソーラー集熱器及び放熱器が一体化され
ていることを特徴とする。例えば、ソーラー集熱器とし
て集熱面積１平方メートル程度のソーラーパネルを用い
る場合、蓄熱槽の容量が４０〜５０リットル程度である
ことが好ましい。容量が大きすぎれば熱媒体の十分な温
度上昇が得られず、容量が小さすぎれば熱媒体の温度が
高くなりすぎる。

【０００９】このような一体型ソーラー暖房装置は、室
内に設置して窓ガラス越しに入射する太陽光の熱エネル
ギーを有効に用いることができる。屋外の屋根等に設置
されるソーラーパネルに比べてかなり小さいソーラー集
熱器を用いることになるので集熱能力は劣るが、冬場、
窓ガラスを挟んで本装置による集熱が行われると共に、
室内の温度が室外に比べてかなり（例えば１０℃以上）
高くなる点が有利である。また、風による冷却が無いこ
とも室外設置のソーラーパネルに比べて有利である。し
たがって、本発明の一体型ソーラー暖房装置は、比較的
小さな部屋において、日当たりのよい日中に太陽熱を蓄
熱しておき、夜間の短時間の暖房に使用するといった用
途に手軽に用いることができる。

【００１０】好ましくは、ソーラー集熱器が平板型のソ
ーラーパネルであり、該ソーラーパネルの仰角が可変で
ある。このような構成によれば、太陽の位置（高さ）に
応じてソーラーパネルの仰角を変えることができるの
で、ソーラーパネルが太陽に対してできるだけ垂直にな
るようにして集熱効率を高めることができる。なお、水
平方向の方位角については、一体型ソーラー暖房装置全
体を動かすことによって、ソーラーパネルが太陽に対し
てできるだけ垂直になるように調整することができる。

【００１１】特に、蓄熱槽、ソーラー集熱器及び放熱器
が遊転輪付可動台の上に一体に取り付けられていること
が好ましく、これにより、上記のような一体型ソーラー
暖房装置全体を動かすことによるソーラーパネルの方位
角の調整が容易になる。遊転輪付可動台を有することに
より、部屋内又は部屋間の移動も楽になる。

【００１２】また、ソーラー集熱器と放熱器とが蓄熱槽
を挟んで背中合わせに配置されていることが好ましい。
このような構造により、蓄熱槽、ソーラー集熱器及び放
熱器の間の配管をできるだけ短くしながら、一体型ソー
ラー暖房装置全体の小型化を図ることができる。

【００１３】また、蓄熱槽に蓄えられた熱媒体を加熱す
る電気ヒータを更に備えていることが好ましい。この構
成によれば、昼間の蓄熱が不十分な場合に、電気ヒータ
によって熱媒体を加熱することにより、暖房能力の不足
を補うことができる。したがって、他の暖房装置を併用
することなく、本発明の一体型ソーラー暖房装置のみで
部屋の暖房をまかなうことが可能となる。

【００１４】更に好ましくは、蓄熱槽の熱媒体の温度を
検出する温度センサーと、該温度センサーによって検出
された温度が所定温度より下がれば電気ヒータの通電制
御を行う制御部とを更に備えている。この構成によれ
ば、電気ヒータの通電が熱媒体の温度の低下に応じて自
動的に制御されるので、本発明の一体型ソーラー暖房装
置によって一層快適かつ経済的な暖房を行うことができ
る。

【００１５】本発明によるソーラー暖房システムは、上
記のような一体型ソーラー暖房装置を複数の部屋にそれ
ぞれ設置し、複数の一体型ソーラー暖房装置の蓄熱槽を
直列に接続し、１つの一体型ソーラー暖房装置において
複数の一体型ソーラー暖房装置の蓄熱槽から熱媒体が供
給され得るように構成したことを特徴とする。

【００１６】このような構成によれば、例えば、昼間の
日当たりが良いが夜間使用しないことが多いような部屋
にも本発明の一体型ソーラー暖房装置を設置し、その一
体型ソーラー暖房装置のソーラー集熱器で集熱され蓄熱
槽に蓄熱された熱エネルギーを他の部屋に設置された一
体型ソーラー暖房装置の放熱器による部屋暖房に使用す
ることができる。この場合、暖房対象の部屋に設置され
た一体型ソーラー暖房装置の暖房可能時間が長くなる効
果が得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施形態に係る一体型ソ
ーラー暖房装置の概略構成を示す側面図である。この一
体型ソーラー暖房装置１は、水、オイル等の熱媒体を蓄
える蓄熱槽１１と、太陽からの放射熱によって熱媒体を
加熱するソーラー集熱器１２と、熱媒体の熱を空気中に
放射することにより部屋の暖房を行う放熱器１３とを備
えている。

【００１９】蓄熱槽１１、ソーラー集熱器１２及び放熱
器１３は、４個の遊転輪１４を備えた可動台１５の上に
一体に取り付けられている。これにより、一体型ソーラ
ー暖房装置１は、部屋の中で比較適容易に移動し、また
向き（方位）を変えることができる。通常、この一体型
ソーラー暖房装置１は、室内の窓際に、ソーラー集熱器
１２が外を向くように置かれる。

【００２０】ガラス窓越しに入射する太陽からの光線を
ソーラー集熱器１２が受け、その内部を循環する熱媒体
を加熱する。熱媒体は、蓄熱槽１１の下部から取り出さ
れ、図１に矢印で示すように、集熱循環用ポンプ１６に
よって可撓性チューブ１７を介してソーラー集熱器１２
に供給される。ソーラー集熱器１２で加熱された熱媒体
は、図１に矢印で示すように、ソーラー集熱器１２の上
部に接続された可撓性チューブ１８を介して蓄熱槽１１
の上部に戻される。

【００２１】蓄熱槽１１は、水やオイルのような熱媒体
を蓄えるタンクであり、断熱材（保温材）で周囲が囲ま
れている。昼間にソーラー集熱器１２を循環して加熱さ
れた熱媒体は、この蓄熱槽１１の中で、温度低下が抑え
られた状態で夜まで蓄えられる。

【００２２】図２は、ソーラー集熱器１２の概略構造を
示す斜視図である。本実施形態では、ソーラー集熱器１
２として、平板型のソーラーパネルを用いている。この
ソーラーパネル１２は、表面の透明ガラス板１２ａと裏
面の断熱材１２ｂとの間に、アルミニウム製の中間層１
２ｃが挟まれ、この中間層１２ｃに熱媒体が循環する管
路１２ｄが形成されている。図２に示すように入り口側
のヘッダーと出口側のヘッダーとの間に複数の管路１２
ｄが並列に形成されている。熱媒体は管路１２ｄを循環
している間に太陽からの放射熱によって加熱される。

【００２３】図１に示すように、蓄熱槽１１を挟んでソ
ーラー集熱器１２と放熱器１３とが背中合わせに配置さ
れている。昼間に加熱され蓄熱槽１１に蓄えられた熱媒
体は、放熱循環用ポンプ１９によって蓄熱槽１１の上部
から取り出され、可撓性チューブ２０を介して放熱器１
３の上部に供給される。熱媒体は放熱器１３内を循環し
ながら熱を放熱器１３に与え、放熱器１３はその熱を空
気中に放射することにより部屋の暖房を行う。

【００２４】放熱器１３の下部出口に達した熱媒体は、
可撓性チューブ２１を通って蓄熱槽１１の下部に戻る。
このようにして、放熱循環用ポンプ１９が作動している
ときは、蓄熱槽１１の内部の熱媒体は上部から取り出さ
れ、放熱によって温度が低下した熱媒体が蓄熱槽１１の
下部から回収される。したがって、蓄熱槽１１の内部で
は熱媒体は、上部が高温で下部が低温となり、温度差に
よる熱媒体の層が形成される。

【００２５】放熱器１３の構造は、図２に示したソーラ
ー集熱器１２の構造に類似しているが、表面の層が透明
ガラス板ではなく、放熱用の金属板（例えばアルミニウ
ム板）である点が大きく異なる。中間層に熱媒体が循環
する管路が形成され、裏面に断熱材の層が設けられてい
る点はソーラー集熱器１２の構造と同じである。

【００２６】本発明の一体型ソーラー暖房装置１は室内
に置かれるので、ソーラー集熱器１２は、屋外温度より
高い室内温度からの温度上昇を熱媒体に与える。実験に
よれば、１〜１．５平方メートル程度の面積を有するソ
ーラーパネル（ソーラー集熱器１２）と５０リットル程
度の断熱貯水タンク（蓄熱槽１１）を用いて、冬でも５
０〜６０℃の温水（熱媒体）が昼間に得られることが分
かった。また、昼間に得られたこの温水をソーラーパネ
ルと同程度の面積を有する簡易放射パネル（放熱器１
３）に循環させることにより、子供部屋等の比較的小さ
な部屋で２〜３時間程度の夜間暖房を行うことができ
る。

【００２７】図１に示すように、蓄熱槽１１の内部に補
助加熱用の電気ヒータ２２が設けられている。この電気
ヒータ２２は、例えば昼間の蓄熱が不十分な場合に、熱
媒体を補助的に加熱して暖房能力の不足を補うために設
けられている。

【００２８】図３は、本実施形態の一体型ソーラー暖房
装置における電気系統の概略構成を示すブロック図であ
る。本実施形態の一体型ソーラー暖房装置は、集熱及び
放熱（暖房）のスタートスイッチ、ストップスイッチ等
を含む操作部３１、電気ヒータ２２の駆動（通電）回路
３２、集熱循環用ポンプ１６及び放熱循環用ポンプ１９
のモータ１６ａ及び１９ａを駆動するモータ駆動回路３
３、そして制御部３４を備えている。

【００２９】制御部３４は、操作部３１からの操作入力
信号に応じて、モータ駆動回路３３を介して集熱循環用
ポンプ１６及び放熱循環用ポンプ１９のモータ１６ａ及
び１９ａの駆動制御を行うと共に、ヒータ駆動回路３２
を介して電気ヒータ２２の駆動制御を行う。制御部３４
は、マイクロプロセッサを含む電子回路で構成されてい
る。

【００３０】図１では省略しているが、操作部３１は、
例えば蓄熱槽１１の側面の上部に設けられる。そして、
制御部３４、モータ駆動回路３３及びヒータ制御回路３
２、電源回路３５等が実装されたプリント基板も操作部
３１の近くに配置される。

【００３１】また、図３に示すように、蓄熱槽１１の熱
媒体の温度を検出する温度センサー３６が設けられ、そ
の検出信号が制御部３４に入力されている。温度センサ
ー３６として、例えばサーミスタ温度センサーが用いら
れる。制御部３４は、温度センサー３６の検出信号に基
づいて、蓄熱槽１１の熱媒体の温度が所定温度より下が
れば自動的にヒータ駆動回路３２を介して電気ヒータ２
２を通電する制御を行う。このような自動ヒータ制御を
行うか否かを操作部３１を用いて選択できるようにして
もよい。また、電気ヒータ２２の通電開始の条件となる
所定温度の設定を操作部３１を用いて行うようにしても
よい。

【００３２】再び図１を参照し、ソーラー集熱器１２
は、支持部２３において蓄熱槽１１の上部に枢支されて
いる。角度調節つまみ２４を緩めることにより、ソーラ
ー集熱器１２の仰角を所定の角度範囲内で変更すること
ができる。季節や時間帯によって変化する太陽の位置に
応じてソーラー集熱器１２の仰角を調整することによ
り、ソーラー集熱器１２の面が太陽に対してできるだけ
垂直になるようにして集熱効率を高めることができる。
放熱器１３も同様に、支持部２５において蓄熱槽１１の
上部に枢支されており、角度調節つまみ２６を緩めるこ
とにより、垂直方向の角度、すなわち、放熱方向を変更
することができる。

【００３３】図４は、上記のような本発明の一体型ソー
ラー暖房装置を複数接続して、複数の蓄熱槽から１つの
放熱器１３へ熱媒体を供給する暖房システムの構成を示
している。まず、図４（ａ）に示すように、部屋Ａと部
屋Ｂとに本発明の一体型ソーラー暖房装置がそれぞれ設
置され、昼間は個別に集熱を行う。すなわち、部屋Ａで
は集熱循環用ポンプ１６Ａによって可撓性チューブ１７
Ａと可撓性チューブ１８Ａを介して循環される熱媒体が
ソーラー集熱器１２Ａで加熱され、蓄熱槽１１Ａに蓄え
られる。同様に、部屋Ｂでは集熱循環用ポンプ１６Ｂに
よって可撓性チューブ１７Ｂと可撓性チューブ１８Ｂを
介して循環される熱媒体がソーラー集熱器１２Ｂで加熱
され、蓄熱槽１１Ｂに蓄えられる。

【００３４】夜間になると、図４（ｂ）に示すように、
部屋Ａの蓄熱槽１１Ａと部屋Ｂの蓄熱槽１１Ｂとが直列
に接続されており、２つの蓄熱槽１１Ａ及び１１Ｂの熱
媒体が部屋Ａの放熱器１３Ａに流れる。つまり、部屋Ａ
の放熱器１３Ａから蓄熱槽１１Ａへ熱媒体を戻す可撓性
チューブ２１Ａは接続されずに、放熱器１３Ａから出た
熱媒体は第１の連結チューブ４０を通って部屋Ｂの蓄熱
槽１１Ｂの下部へ戻される。また、蓄熱槽１１Ｂの上部
から放熱循環用ポンプ１９Ｂによって送り出される熱媒
体は、放熱器１３Ａへの可撓性チューブ２０Ｂが接続さ
れておらず、第２の連結チューブ４１を通って部屋Ａの
蓄熱槽１１Ａの下部へ戻される。蓄熱槽１１Ａの上部か
ら放熱循環用ポンプ１９Ａによって送り出される熱媒体
は、可撓性チューブ２０Ａを通って放熱器１３Ａへ供給
される。

【００３５】このようにして、部屋Ｂの放熱器１３Ｂは
使用されずに、部屋Ａの放熱器１３Ａのみが使用され
る。したがって、部屋Ｂの暖房は行われない代わりに、
部屋Ｂの暖房可能時間が長くなる。例えば、日当たりの
良い空き部屋、又は夜間は使用しない部屋にも本発明の
一体型ソーラー暖房装置１を設置し、昼間蓄えた熱を夜
間に他の部屋に設置した一体型ソーラー暖房装置１の放
熱器１３で使用するといった用途が考えられる。

【００３６】以上、本発明の実施形態をいくつかの変形
例を含めて説明したが、本発明は上記の実施形態に限ら
ず、種々の形態で実施することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の室内用
一体型ソーラー暖房装置によれば、昼間窓ガラス越しに
室内に入射する太陽光の熱エネルギーを有効に蓄熱し、
夜間放熱を行うことにより、経済的かつクリーンな暖房
を手軽に行うことができる。また、ソーラー集熱器の仰
角が可変であるので、太陽の位置に応じてソーラー集熱
器の仰角を変えることにより、集熱効率を高めることが
できる。

【００３８】更に、蓄熱槽に蓄えられた熱媒体を加熱す
る電気ヒータを備えたことにより、昼間の蓄熱が不十分
な場合に、電気ヒータによって熱媒体を加熱し、暖房能
力の不足を補うことができる。蓄熱槽の熱媒体の温度を
検出する温度センサーを設けたことにより、電気ヒータ
の通電を自動的に制御することができる。

【００３９】また、本発明の暖房システムによれば、複
数の部屋に本発明の一体型ソーラー暖房装置をそれぞれ
設置し、複数の一体型ソーラー暖房装置の蓄熱槽を直列
に接続し、１つの一体型ソーラー暖房装置において複数
の一体型ソーラー暖房装置の蓄熱槽から熱媒体が供給さ
れ得るように構成したことにより、昼間複数の部屋で蓄
えた熱を夜間１つの部屋で暖房に用いることが可能とな
り、その部屋における暖房可能時間が長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る一体型ソーラー暖房装
置の概略構成を示す側面図である。

【図２】ソーラー集熱器の概略構造を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の実施形態の一体型ソーラー暖房装置に
おける電気系統の概略構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施形態に係る暖房システムの構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 一体型ソーラー暖房装置 １１ 蓄熱槽 １２ ソーラー集熱器 １３ 放熱器 １４ 遊転輪 １５ 可動台 ２２ 電気ヒータ ２４ 角度調節つまみ（ソーラー集熱器の仰角変更用） ３４ 制御部 ３６ 温度センサー １１Ａ，１１Ｂ 蓄熱槽 １２Ａ，１２Ｂ ソーラー集熱器 １３Ａ，１３Ｂ 放熱器 ４０，４１ 連結チューブ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱媒体を蓄える蓄熱槽と、 前記蓄熱槽から取り出した熱媒体を太陽の放射エネルギ
   ーで加熱したのち前記蓄熱槽に戻すソーラー集熱器と、 前記蓄熱槽から取り出した熱媒体の熱を空気中に放射し
   たのち前記蓄熱槽に戻す放熱器とを備え、 前記蓄熱槽、前記ソーラー集熱器及び前記放熱器が一体
   化されていることを特徴とする室内用の一体型ソーラー
   暖房装置。
2. 【請求項２】前記ソーラー集熱器は平板型のソーラーパ
   ネルであり、該ソーラーパネルの仰角が可変であること
   を特徴とする請求項１記載の一体型ソーラー暖房装置。
3. 【請求項３】前記蓄熱槽、前記ソーラー集熱器及び前記
   放熱器が遊転輪付可動台の上に一体に取り付けられてい
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の一体型ソーラ
   ー暖房装置。
4. 【請求項４】前記ソーラー集熱器と前記放熱器とが前記
   蓄熱槽を挟んで背中合わせに配置されていることを特徴
   とする請求項１、２又は３記載の一体型ソーラー暖房装
   置。
5. 【請求項５】前記蓄熱槽に蓄えられた熱媒体を加熱する
   電気ヒータを更に備えていることを特徴とする請求項
   １、２、３又は４記載の一体型ソーラー暖房装置。
6. 【請求項６】前記蓄熱槽の熱媒体の温度を検出する温度
   センサーと、該温度センサーによって検出された温度が
   所定温度より下がれば前記電気ヒータの通電制御を行う
   制御部とを更に備えていることを特徴とする請求項５記
   載の一体型ソーラー暖房装置。
7. 【請求項７】請求項１から６のいずれか１項記載の一体
   型ソーラー暖房装置を複数の部屋にそれぞれ設置し、複
   数の一体型ソーラー暖房装置の蓄熱槽を直列に接続し、
   １つの一体型ソーラー暖房装置において複数の一体型ソ
   ーラー暖房装置の蓄熱槽から熱媒体が供給され得るよう
   に構成したことを特徴とするソーラー暖房システム。