JP2005326077A - 太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ソーラーウォールを炭で構成することにより、該炭の多孔質性でもって自然に湿度調整を図り、快適な室内空間を作ること。また、炭の多孔質性でもって自然に湿度調整を図り、快適な室内空間を作ると共に、白蟻やダニといった人体や住宅に害のある虫やカビの発生を抑え、更に、熱源にクリーンな太陽光熱を利用することで、ランニングコストを抑えると共に、地球環境にやさしい冷暖房システムを提供すること。
【解決手段】 太陽光を透過する透明板３と、断熱材４と、透明板３と断熱材４との間に配設した炭で構成した炭ソーラーウォール５とで炭ソーラーウォールユニット１を形成する。前記炭ソーラーウォールユニット１の空間部８で昇温された空気が給気ダクト１３を介して冷房装置２１又は暖房装置２２等の空調機へ供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光熱を利用して建物内の冷暖房を行なうようにした太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムに関するものである。

最近、太陽光熱を利用してクリーンな太陽エネルギーを活用したソーラーウォールなるものが市場に提供されてきている。このソーラーウォールは、直径約１．５ｍｍの小孔を多数開けたアルミ板とこのアルミ板の表面に黒色塗装した塗装部とで構成されており、このソーラーウォールで家屋の外壁を覆うような形で設置される。そして、ソーラーウォールの小孔を通過して昇温した空気は、ファンによって室内側に吸引される。

ソーラーウォールは、主として冬季の暖房や換気空気の予熱のために使用されるものであり、このソーラーウォールにより化石燃料を使わずに外気を２０℃以上昇温できるので、冬季の燃料代が大幅に削減でき省エネルギー化を図ることができる。また、夏期にはファンを停止し、ソーラーウォールから外壁間の暖気を大気に排出することにより、冷房時の負荷を減らすことができる。

このようなソーラーウォールを用いた例として、例えば、特許文献１が挙げられる。

特開２００３−２６２３６０号公報

上記特許文献１に記載されている技術は、ソーラーウォールにて昇温した空気をデシカント空調機を用いることで、冬季の暖房の他に夏場の冷房にも利用するようにしたものである。また、ソーラーウォールは、アルミ板等で形成した黒色表面に１．５ｍｍ程度の小孔を、開口率が０．３〜１％となるように穿設して形成している。また、ソーラーウォールを直列に２段構成としていることで、外気又は還気を５０℃程度昇温できるとしている。

しかしながら、従来のソーラーウォールは、表面を黒色塗装したアルミ板を用いているので、コストが非常に高いという問題があった。また、この種の冷暖房システムはソーラーウォールと室内との間を単に空気を還流させる方式を主とするため、空気が汚れ易く、また、暖かい空気を還流させるので、白蟻、ダニといった人体や住宅に害のある虫やカビが発生し易いという問題もある。
さらには、室内の空気を消臭したり脱臭させる場合には、別途の消臭剤や脱臭剤を付加させなけばならず、コストが余分にかかるという問題もある。

本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、少なくとも以下の目的を備えた太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムを提供するものである。
（１）ソーラーウォールを炭で構成することにより、該炭の多孔質性でもって自然に湿度調整を図り、快適な室内空間を作ること。
（２）炭で構成した炭ソーラーウォールにより、白蟻やダニといった人体や住宅に害のある虫やカビの発生を抑えること。
（３）消臭・脱臭効果を持たせ、消臭剤、脱臭剤といった余分なコスト負担をかけないこと。
（４）炭ソーラーウォールによりマイナスイオンを発生させて、室内にいる人に癒し効果を与えること。
（５）熱源にクリーンな太陽光熱を利用することで、ランニングコストを抑えると共に、地球環境にやさしい冷暖房システムを提供すること。

そこで、本発明の請求項１に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムでは、太陽光が照射されて該太陽光熱を吸収し、炭で構成した炭ソーラーウォール５及びこの炭ソーラーウォール５の内側に空間部８を形成した炭ソーラーウォールユニット１と、
前記炭ソーラーウォールユニット１の空間部８で昇温された空気が給気ダクト１３を介して供給される冷房装置２１又は暖房装置２２等の空調機とで構成していることを特徴としている。

請求項２に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムでは、太陽光が照射されて該太陽光熱を吸収し、炭で構成した炭ソーラーウォール５及びこの炭ソーラーウォール５の内側に空間部８を形成した炭ソーラーウォールユニット１と、
前記炭ソーラーウォールユニット１の空間部８で昇温された空気が給気ダクト１３を介して供給される冷房装置２１又は暖房装置２２等の空調機と、
前記空調機からの冷風又は温風が供給される部屋１２と、
前記部屋１２からの空気を前記炭ソーラーウォールユニット１へ還流させる還気ダクト１１とで構成していることを特徴としている。

請求項３に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムでは、前記炭ソーラーウォールユニット１の炭ソーラーウォール５の断面形状を略波形に形成していることを特徴としている。

請求項４に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムでは、前記炭ソーラーウォールユニット１を、略四角枠状のフレーム２と、このフレーム２の一方の開口面に配設した透明板３と、前記フレーム２の他方の開口面に配設した断熱材４と、前記透明板３と断熱材４との間に配設した炭ソーラーウォール５とで構成していることを特徴としている。

本発明の請求項１記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムによれば、炭ソーラーウォールユニット１にて太陽光の熱源を利用して冷暖房を行なっているので、化石燃料を使用せずクリーンな冷暖房システムを構築でき、また、ランニングコストを抑えることができると共に、地球環境にやさしい冷暖房システムを提供することができる。
特に従来のアルミ板で構成していたソーラーウォールと比べて、炭ソーラーウォール５を炭で形成しているので、コストを安価に抑えることができる。
また、炭ソーラーウォールユニット１内のソーラーウォールとして炭で構成した炭ソーラーウォール５を用いているので、炭の多孔質性でもって自然に湿度調整を図り、快適な室内空間を作ることができ、また、白蟻やダニといった人体や住宅に害のある虫やカビの発生を抑えることができる。さらには、炭ソーラーウォール５により消臭・脱臭効果を持たせることができて、消臭剤、脱臭剤といった余分なコスト負担をかけることがなく、また、炭ソーラーウォール５によりマイナスイオンを発生させて、室内にいる人に癒し効果を与えることができる。

請求項２に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムによれば、前記請求項１の効果に加えて、特に冬場においては、外気と比べて部屋１２内の暖かい空気を炭ソーラーウォールユニット１へ還流させているので、炭ソーラーウォールユニット１での空気の昇温を効率良く行なうことができる。

請求項３に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムによれば、炭ソーラーウォールユニット１の炭ソーラーウォール５の断面形状を略波形に形成しているので、表面積を大きくとることができて太陽光が照射される面積を大きくとることができ、且つ、炭自体が黒体物であることを利用しているので、炭ソーラーウォール５での熱の吸着ないし吸収効率を上げることができる。そのため、炭ソーラーウォールユニット１の炭ソーラーウォール５に接する第１の空間部７や第２の空間部８における空気を効率良く昇温させることができる。

請求項４に記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システムによれば、炭ソーラーウォールユニット１を、略四角枠状のフレーム２と、このフレーム２の一方の開口面に配設した透明板３と、前記フレーム２の他方の開口面に配設した断熱材４と、前記透明板３と断熱材４との間に配設した炭ソーラーウォール５とで構成しているので、炭ソーラーウォール５を用いた炭ソーラーウォールユニット１を容易で構成でき、しかも炭ソーラーウォールユニット１を単体として搬送や設置工事を容易に行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の炭ソーラーウォールを用いた冷暖房システムの構成図を示し、建物の壁面や屋根などの太陽光が当たる箇所に炭ソーラーウォールユニット１が設置されるようになっている。

この炭ソーラーウォールユニット１は、四角枠状のフレーム２と、このフレーム２の一方の開口面に配設される強化ガラス、アクリル板等の太陽光を十分に透過させる透明な透明板３と、フレーム２の他方の開口面に配設される断熱材４と、上記透明板３と断熱材４との間に配設される炭ソーラーウォール５とで構成されている。
この炭ソーラーウォールユニット１は、周囲はフレーム２で閉塞され、一方の開口面は透明板３で閉塞され、さらに、他方の開口面は断熱材４で閉塞され、炭ソーラーウォールユニット１の内部と室外の大気（外気）とは遮断されている。

また、炭ソーラーウォール５は、平板状の炭材からなり、炭自体の特性としての多孔質性を備えており、かかる小孔を番号６で示している。小孔６は炭ソーラーウォール５の全面にわたって形成されており、これらの無数の小孔６により通気可能となっている。なお、この炭ソーラーウォール５は、粉状の炭とシリコン樹脂とを混合して成形して形成している。
ここで、炭ソーラーウォール５と透明板３との間の空間部を第１の空間部７とし、炭ソーラーウォール５と断熱材４との間の空間部を第２の空間部８としている。

炭ソーラーウォールユニット１の第２の空間部８の上部に位置するフレーム２に給気ダクト１３（１３ａ）の一端が接続されていて、この給気ダクト１３ａの途中に給気ファン１７が介設されている。この給気ファン１７にて炭ソーラーウォールユニット１の第２の空間部８内の空気が炭ソーラーウォール５により昇温された高温空気を吸い込んで下流に効率良く送るようになっている。

給気ダクト１３ａの下流側には冷暖切換弁１８が設けられていて、この冷暖切換弁１８の一方の出力側には冷房装置２１に配管される給気ダクト１３ｂが接続されている。また、冷暖切換弁１８の他方の出力側には暖房装置２２に配管される給気ダクト１３ｃが接続されている。
なお、冷房装置２１、暖房装置２２等の空調機は例えば、ヒートポンプ式としているが、暖房装置２２はヒートポンプ以外にヒーター等の加熱手段を用いるようにしても良い。

また、給気ダクト１３の途中に介設した冷暖切換弁１８により冷房装置２１と暖房装置２２への高温空気を切り換えて送るものであり、この冷暖切換弁１８を切り換え制御することで、夏場には高温空気を冷房装置２１側へ送り、冬季には暖房装置２２側に高温空気を送るようになっている。
冷房装置２１及び暖房装置２２等の空調機の出力側には部屋１２内に冷風または温風を送るための送気ダクト１４が配設されている。なお、この送気ダクト１４は冷房装置２１、暖房装置２２に対して共通に使用できるようにしているが、それぞれ１つのダクトで部屋１２内へ配管するようにしても良い。

また、部屋１２の壁面と炭ソーラーウォールユニット１の第１の空間部７とを接続するための還気ダクト１１が設けられており、この還気ダクト１１の先端部分が炭ソーラーウォールユニット１のフレーム２の下部に接続されている。

このようにして、炭ソーラーウォールユニット１内で昇温された空気は、給気ダクト１３ａ→給気ファン１７→給気ダクト１３ａ→冷暖切換弁１８→給気ダクト１３ｂ又は１３ｃ→冷房装置２１又は暖房装置２２→送気ダクト１４→部屋１２→還気ダクト１１→炭ソーラーウォールユニット１へと還流するようになっている。

なお、実施形態では、部屋１２内の空気を還気ダクト１１を介して炭ソーラーウォールユニット１へと還流させているが、還気ダクト１１を炭ソーラーウォールユニット１へ接続せずに大気に開口して排気するようにしても良い。
また、還気ダクト１１を炭ソーラーウォールユニット１へ接続した状態で、炭ソーラーウォールユニット１の第１の空間部７へ別途に大気を吸入する穴（図示せず）を設けておき、新鮮な空気を炭ソーラーウォールユニット１内で部屋１２からの還流した空気とを混合するようにしても良い。

また、部屋１２内には冷房装置２１、暖房装置２２等を制御するためのコントロールボックス２３が設置されており、図２に示すように、このコントロールボックス２３により、冷暖切換弁１８の切り換え制御や、冷房装置２１又は暖房装置２２を駆動制御するようになっている。なお、給気ファン１７はコントロールボックス２３にて手動で制御を行なうようにしても良く、また、コントロールボックス２３の操作に関係なく常に、オン駆動するようにしても良い。

図３（ａ）は上記炭ソーラーウォールユニット１内に設けられている炭ソーラーウォール５の断面図を示し、この炭ソーラーウォール５は所謂波形の形状として、表面積を大きくとって太陽光が照射される面積を大きくとると共に、炭自体が黒体物であることを利用して熱の吸着ないし吸収効率を上げるようにしている。図４はかかる炭ソーラーウォール５の斜視図を示している。

図３（ａ）の場合は、炭ソーラーウォール５の形状を折曲部分を略Ｖ字状にしてジグザグ状に形成した場合であり、図３（ｂ）は折曲部分を略Ｕ字状に形成した場合である。また、図３（ｃ）は炭ソーラーウォール５の断面形状を略台形状に形成した場合であり、図３（ｄ）は断面形状を矩形波状に形成した場合であり、炭ソーラーウォール５を単に平板状にするのではなく、表面積を大きくために断面形状を略波形にしている。
また、従来のアルミ板で形成したソーラーウォールと比べて本発明では、炭自体で炭ソーラーウォール５を形成しているので、コストを安価にすることができる。さらに、炭からなる炭ソーラーウォール５のため、色も黒色であり、太陽光の熱の吸着ないし吸収効率を向上させている

このように、炭ソーラーウォールユニット１の炭ソーラーウォール５の断面形状を略波形に形成しているので、表面積を大きくとることができて太陽光が照射される面積を大きくとることができ、且つ、炭自体が黒体物であることを利用しているので、炭ソーラーウォール５での熱の吸着ないし吸収効率を上げることができる。そのため、炭ソーラーウォールユニット１の炭ソーラーウォール５に接する第１の空間部７や第２の空間部８における空気を効率良く昇温させることができる。

次に、炭ソーラーウォールユニット１を用いた冷暖房システムの動作について説明する。先ず、夏場の場合には、コントロールボックス２３にて冷暖切換弁１８を冷房装置２１側に切り換えると共に、冷房装置２１を駆動する。
部屋１２内の空気は還気ダクト１１を介して炭ソーラーウォールユニット１の第１の空間部７内に還流され、第１の空間部７内の空気は、透明板３を介して太陽光熱により昇温される。

炭ソーラーウォールユニット１の第１の空間部７内で昇温された空気は炭ソーラーウォール５の無数の小孔６を介して第２の空間部８内に通過し、この第２の空間部８内の空気は、太陽光熱を吸着して高温となった炭ソーラーウォール５により更に昇温され、この第２の空間部８内の空気は約１００℃〜１５０℃の高温空気となる。
この高温空気の熱源を活用して、冷房装置２１へ送って該冷房装置２１を稼働して冷えた空気を部屋１２に送って冷房を行なう。そして、部屋１２内の空気を還気ダクト１１を介して炭ソーラーウォールユニット１へ送り込み、炭ソーラーウォールユニット１内で再び昇温してサイクルさせる。

一方、寒い季節には、冷暖切換弁１８を切り換えて高温空気を暖房装置２２へ送り込み、暖房装置２２を稼働して適当な暖かい空気を部屋１２に送って暖房を行なう。この部屋１２内の約１０℃〜２０℃の低温空気を還気ダクト１１を介して炭ソーラーウォールユニット１に送り込み、炭ソーラーウォールユニット１内で再び昇温してサイクルさせる。なお、図１には還気ダクト１１内にファンを設けていないが、ファンを設けて部屋１２内の空気を炭ソーラーウォールユニット１側に送るようにしても良い。
特に冬場においては、外気と比べて部屋１２内の暖かい空気を炭ソーラーウォールユニット１へ還流させているので、炭ソーラーウォールユニット１での空気の昇温を効率良く行なうことができる。

このように本実施形態では、炭ソーラーウォールユニット１にて太陽光の熱源を利用して冷暖房を行なっているので、化石燃料を使用せずクリーンな冷暖房システムを構築でき、また、ランニングコストを抑えることができると共に、地球環境にやさしい冷暖房システムを提供することができる。
特に従来のアルミ板で構成していたソーラーウォールと比べて、炭ソーラーウォール５を炭で形成しているので、コストを安価に抑えることができる。

また、炭ソーラーウォールユニット１内のソーラーウォールとして炭で構成した炭ソーラーウォール５を用いているので、炭の多孔質性でもって自然に湿度調整を図り、快適な室内空間を作ることができ、また、白蟻やダニといった人体や住宅に害のある虫やカビの発生を抑えることができる。さらには、炭ソーラーウォール５により消臭・脱臭効果を持たせることができて、消臭剤、脱臭剤といった余分なコスト負担をかけることがなく、また、炭ソーラーウォール５によりマイナスイオンを発生させて、室内にいる人に癒し効果を与えることができる。

また、炭ソーラーウォールユニット１を、略四角枠状のフレーム２と、このフレーム２の一方の開口面に配設した透明板３と、前記フレーム２の他方の開口面に配設した断熱材４と、前記透明板３と断熱材４との間に配設した炭ソーラーウォール５とで構成しているので、炭ソーラーウォール５を用いた炭ソーラーウォールユニット１を容易で構成でき、しかも炭ソーラーウォールユニット１を単体として搬送や設置工事を容易に行なうことができる。

本発明の実施の形態における炭ソーラーウォールユニットを用いた冷暖房システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態における制御関係のブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態における炭ソーラーウォールの断面形状の例を示す図である。 本発明の実施の形態における炭ソーラーウォールの斜視図である。

符号の説明

１ 炭ソーラーウォールユニット
２ フレーム
３ 透明板
４ 断熱材
５ 炭ソーラーウォール
６ 小孔
８ 第２の空間部
１１ 還気ダクト
１２ 部屋
１３ 給気ダクト
２１ 冷房装置
２２ 暖房装置

Claims (4)

1. 太陽光が照射されて該太陽光熱を吸収し、炭で構成した炭ソーラーウォール（５）及びこの炭ソーラーウォール（５）の内側に空間部（８）を形成した炭ソーラーウォールユニット（１）と、
   前記炭ソーラーウォールユニット（１）の空間部（８）で昇温された空気が給気ダクト（１３）を介して供給される冷房装置（２１）又は暖房装置（２２）等の空調機とで
   構成していることを特徴とする太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システム。
2. 太陽光が照射されて該太陽光熱を吸収し、炭で構成した炭ソーラーウォール（５）及びこの炭ソーラーウォール（５）の内側に空間部（８）を形成した炭ソーラーウォールユニット（１）と、
   前記炭ソーラーウォールユニット（１）の空間部（８）で昇温された空気が給気ダクト（１３）を介して供給される冷房装置（２１）又は暖房装置（２２）等の空調機と、
   前記空調機からの冷風又は温風が供給される部屋（１２）と、
   前記部屋（１２）からの空気を前記炭ソーラーウォールユニット（１）へ還流させる還気ダクト（１１）とで
   構成していることを特徴とする太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システム。
3. 前記炭ソーラーウォールユニット（１）の炭ソーラーウォール（５）の断面形状を略波形に形成していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システム。
4. 前記炭ソーラーウォールユニット（１）を、略四角枠状のフレーム（２）と、このフレーム（２）の一方の開口面に配設した透明板（３）と、前記フレーム（２）の他方の開口面に配設した断熱材（４）と、前記透明板（３）と断熱材（４）との間に配設した炭ソーラーウォール（５）とで構成していることを特徴とする請求項１〜請求項３にいずれか記載の記載の太陽光熱利用の炭ソーラーウォールによる冷暖房システム。
   

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