JP2006132151A - 太陽熱集熱瓦の集熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屋根の太陽熱集熱部の環境に左右されず、集熱あるいは放熱の効果を向上させた太陽熱集熱瓦の集熱方法を提供すること。
【解決手段】太陽熱集熱部を複数のブロックに分割し、各ブロックの太陽熱集熱部の集熱通路２と棟ダクト４とを循環空気制御ボックス３を介して連結し、循環空気制御ボックス３は、循環空気の集熱通路２から棟ダクト４への流入、遮断を制御する制御手段を備え、循環空気制御ボックス３は、制御器９の制御指令に基づき各ブロックの循環空気を選択して棟ダクト４に収集する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱で暖められた屋根瓦や金属板などからなる屋根部材の熱を屋根部材の裏面で空気により集熱し、建物内に循環させて暖房に利用したり、あるいは屋根部材を放熱器として利用して建物内の空気を冷やし冷房や除湿効果を得るソーラーシステムに関する。

従来のソーラーシステムでは、図６に示すように、屋根部材１の裏面に集熱用空気の集熱通路２を設け、屋根を太陽熱の集熱部とした構成において、冬期であれば、屋根の下部から上部へと屋根勾配に沿って屋根集熱部であたためられた空気が集熱通路２を上昇して屋根上部に設けられた棟ダクト４に集められ、循環空気コントロールボックス５、循環空気往路６を通って各部屋にもうけられた吹出口１１から部屋の中に吹き出され、暖房として利用されるシステムが提案されている。
さらに、冬期の暖房を補う手段としてソーラーシステムを利用するヒートポンプシステムも提案されている。すなわち、冬期で気温が低いため屋根の太陽熱集熱部で暖められた空気の温度が暖房として充分な温度に達していないときに、補助ヒーターにより太陽熱集熱部である程度暖められた空気をさらに暖房として適当な温度まで暖めるものである。
また、夏期であれば、屋根の温度が低下する夜間など同じシステム構成で、室内から回収した暖かい空気を循環空気コントロールボックス５から棟ダクト４に送り、棟ダクト４から屋根部材１の裏面に設けられた流通路を屋根の上部から下部へと流通させることで集熱部が循環空気に対して放熱器として働き、循環空気の温度は低下する。同時に室内から回収した空気の温度は集熱部の温度より高いため、集熱部に結露することで循環空気は除湿される。温度が下げられ、除湿された循環空気は、循環通路８から循環空気コントロールボックス５を経由して循環空気往路６へと送り込まれる。従って、各部屋へ冷やした空気を送風して除湿機能を備えた冷房として利用することができる。
特許文献１には、屋根を太陽熱の集熱部とし、集熱部で暖められた空気で部屋の暖房を行ったり、蓄熱を行ったりするソーラーシステムハウスが開示されている。
特開昭６３−１６５６３３号公報

しかしながら、上記従来の発明では、屋根の集熱部で暖められた空気はすべて棟ダクトに集められて循環空気コントロールボックスを経由して各部屋に送られる構成となっている。一方、屋根は方位や周囲の状況により太陽光がよく当たる場所があったり、時間によって日陰になる場所があったり、あるいは季節によっても日照状況は異なってくる。
従って、特に暖房が必要とされる気温の低い冬期など、日当たりの悪い屋根集熱部の空気も棟ダクトに集まってくるので、循環空気の温度上昇という点からは効率がよいとはいえず、充分な温度上昇が得られないケースも起こりうる。
また、気温の高い夏期など、夜間に屋根の集熱部の放熱作用を利用して室内の空気を冷やしたり、除湿したりして部屋の自然冷房を行う場合でも、屋根は昼間よく太陽光が当たる場所と日陰の場所では集熱部の温度が異なっており、温度差のある屋根全体を使用するのは集熱と同様に効率がよいとはいえない問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、屋根の集熱部の環境に左右されず、集熱あるいは放熱の効果を向上させた太陽熱集熱瓦の集熱方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１の太陽熱集熱瓦の集熱方法は、屋根部材で太陽熱を集熱して、屋根部材の裏面直下に屋根部材の熱を集熱する循環空気が流通する集熱通路が設けられた太陽熱集熱部と、集熱通路と連通して循環空気を収集する屋根裏に設けられた棟ダクトと、棟ダクトに収集された循環空気を各部屋に導く循環空気往路と、を有するソーラーシステムハウスにおいて、太陽熱集熱部を複数のブロックに分割し、各ブロックの太陽熱集熱部の集熱通路と棟ダクトとは循環空気制御ボックスを介して連結され、循環空気制御ボックスは、循環空気の集熱通路から棟ダクトへの流入、遮断を制御する制御手段を備え、各ブロックの循環空気を選択して棟ダクトに収集することを特徴としている。

すなわち、本発明によれば、屋根の太陽熱集熱部を複数のブロックに分割し、各ブロックと暖められた空気の収集部としての棟ダクトとの間に、循環空気の棟ダクトへの流入を制御する循環空気制御ボックスを設けることで、各ブロックからの循環空気を選択して収集することができる。例えば、各ブロックで循環空気に温度差があるとき、ある一定値以上の温度の循環空気のみが棟ダクトに流入するように循環空気制御ボックスを制御すれば、室内に送出する循環空気の温度をより効率よく高めることが可能となる。

請求項２〜４の発明は、請求項１の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、屋根部材は、集熱瓦、アルミ集熱瓦、金属板のいずれかから形成されていることを特徴としている。
ここで、集熱瓦とは、太陽光が当たる瓦表面で太陽熱を吸収し、裏面に伝達し循環空気を暖める作用をするものなので、通常の陶器瓦や金属瓦などを使用して瓦の裏面に集熱通路を設け太陽熱集熱部を形成しているものでもよい。また、瓦表面に集熱用突起を形成し、裏面に放熱効果を高めるフインを形成したアルミ集熱瓦など、さらに集熱効果を高めたものでもよく、特にその形状や特性に限定されるものではない。

請求項５の発明は、請求項１の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、循環空気制御ボックスは、循環空気制御ボックスの制御手段を制御する制御信号を送信する制御部からの指令に基づいて集熱通路から棟ダクトへの循環空気の流入、遮断の制御をすることを特徴としている。
本発明の循環空気制御ボックスは、ソーラーシステムの構成上、屋根裏に設置されることが好ましい。しかし、制御手段の動作温度の設定条件の変更などを行う必要もあり、別途、制御部を室内など操作し易い場所に設置し、その制御部から制御信号を送信する方法をとっている。

請求項６の発明は、請求項５の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、循環空気制御ボックスの制御手段は、ダンパー及びファンを用いて循環空気の流入、遮断の制御を行うことを特徴としている。
すなわち、ダンパーは、集熱通路と棟ダクトの間の循環空気の流通路を開いて循環空気を流通させ、流通路を閉じることで集熱路と棟ダクトの間を遮断して循環空気の棟ダクトへの流入を阻止する。さらに、循環空気を棟ダクトへ流入させるときはダンパーを開くとともに循環空気制御ボックスに備えられた制御手段としてのファンも同時に、循環空気が集熱路から棟ダクトへと流れるように回転させ、循環空気をスムースに棟ダクトに送り込む。流通路を閉じるときはダンパーを閉じるとともにファンの回転を止める。
さらに、ファンを正逆自在に回転可能なものとするときは、集熱時には循環空気が集熱路から棟ダクトへと流れるように回転させ、放熱時には循環空気が棟ダクトから集熱路へと流れるように回転させる制御を行うことも可能である。

請求項７の発明は、請求項５の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、制御部は、各ブロックの太陽熱集熱部の屋根部材に取り付けられた温度センサにより太陽熱集熱部の温度を検出し、その温度とあらかじめ設定された所定温度とを比較し、検出した温度が所定温度以上のときは、循環空気制御ボックスに集熱通路から棟ダクトへ循環空気を流入させる制御指令を発し、温度が所定温度未満のときは、集熱通路から棟ダクトへの循環空気の流通を遮断する制御指令を発することを特徴としている。

屋根部材を構成する集熱瓦や金属板などに温度センサを取り付けて屋根部材の温度を検出し、制御部に送信する。制御部では、あらかじめ設定された所定温度と各ブロックの検出温度とを比較して設定温度以上の循環空気が得られるブロックの循環空気制御ボックスのみ流通路を開き、設定温度未満のブロックは循環空気制御ボックスの流通路を遮断する制御指令を発する。これにより所定温度以上に暖められた循環空気のみが確実に、効率よく収集される。
ここで、制御部での設定温度は循環空気の温度でもよいし、屋根部材の温度でもよい。通常、循環空気の温度と屋根部材の温度とは異なるので循環空気の温度を設定温度とするときは、屋根部材の温度と循環空気の温度との関係をあらかじめ制御部に記憶させておく。

また、屋根部材に取り付ける温度センサは、各ブロックに１個でも複数個でもよい。温度センサとしては、ＩＣ温度センサ、サーミスタ、熱電対などいずれを用いてもよく、特に限定されるものではない。

請求項８の発明は、請求項５の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、制御部は、各ブロックの屋根部材の裏面直下に形成された集熱通路内に取り付けられた温度センサにより循環空気の温度を検出し、その検出温度とあらかじめ設定された所定温度とを比較し、検出温度が所定温度以上のときは、循環空気制御ボックスに、集熱通路から棟ダクトへ循環空気を流入させる制御信号を発し、検出温度が所定温度未満のときは、集熱通路から棟ダクトへの循環空気の流通を遮断する制御信号を発することを特徴としている。
請求項８の発明が請求項７の発明と異なる点は、循環空気制御ボックスの流通路の開閉の基となる検出温度を集熱通路内の循環空気の温度としていることで、その他の構成は請求項７の発明と同じである。しかし、検出温度を循環空気の温度としているので、循環空気の温度コントロールという点からは、より正確なデータを得ることができる。
なお、温度センサの設置場所は、集熱通路内で循環空気の温度が最も高くなる循環空気制御ボックス入り口近辺が望ましい。

請求項９の発明は、請求項７乃至８に記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、制御部は、所定温度を任意の温度に変更して設定することが可能であることを特徴としている。
すなわち、本発明は棟ダクトに収集する循環空気の温度の基準を任意に変更して設定することが可能な構成とすることで、季節による気温の変化や、暖房と冷房の切り替えに容易に対応することができる。

請求項１０の発明は、請求項７乃至８に記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法において、制御部は、各ブロックの屋根部材あるいは循環空気の検出温度に無関係に、集熱通路から棟ダクトへの循環空気の流入、遮断の制御指令を各ブロックの循環空気制御ボックスに発するように設定可能であることを特徴としている。
本発明では、屋根部材あるいは循環空気の検出温度に無関係に、制御部において循環空気制御ボックスの流通路の開閉を設定できるので循環空気を棟ダクトに収集する上で自由度が高くなっている。

以上説明したように本発明の太陽熱集熱瓦の集熱方法によれば次に述べる効果がある。
屋根の太陽熱集熱部を複数のブロックに分割し、各ブロックの太陽熱集熱部と棟ダクトとの間に循環空気制御ボックスを設けて、設定された値以上の温度の太陽熱集熱部の循環空気を選択して棟ダクトに収集するようにしたので、屋根の方位や周囲の環境、あるいは季節の変化に対応して効率よく集熱することが可能である。
また、夏期の夜間に太陽熱集熱部を放熱器として使用し冷房や除湿を行うときも、設定値以下の温度の太陽熱集熱部を選択して循環空気を流通させることができるので冷房や除湿の効果が従来の太陽熱集熱方法に比較して著しく向上する。
上記のように、集熱、放熱あるいは除湿の効果を向上させることにより、冷暖房装置やヒートポンプシステムを備えた暖房システムの運転時間や消費電力、あるいは暖房用燃料を少なくすることができるので大きな省エネ効果が得られる。

本発明の太陽熱集熱瓦の集熱方法の実施の形態について、以下の実施例で説明する。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。図１は、本発明の実施例の概略の構成を示す縦断面図で、図２のソーラーシステムハウスのＡ−Ａ断面図を表している。また、図３は、図１及び図２の構成をブロック図で表したものである。
実施例の太陽熱集熱瓦の集熱方法に用いられるソーラーシステムハウスは、アルミ集熱瓦１と、集熱通路２と、循環空気制御ボックス３と、棟ダクト４と、循環空気コントロールボックス５と、循環空気往路６と、循環空気復路７（図１には図示せず）と、循環通路８と、制御器９と、温度センサ１０と、吹出口１１と、から構成されている。

実施例の太陽熱を集熱して室内の暖房を行うときの動作について次に説明する。
アルミ集熱瓦１と集熱通路２とは本発明の太陽熱集熱部１２を形成しており、太陽熱集熱部１２は、図２に示すように寄棟造りの屋根に４つのブロック（ブロックＡ、ブロックＢ、ブロックＣ及びブロックＤ）に分割されている。そして、図３に示すように各ブロックの集熱通路２は循環空気制御ボックス３を介して棟ダクト４と連通するように構成されている。
また、温度センサ１０は、各ブロックの循環空気制御ボックス３の入口（集熱通路側の循環空気吸入口）近くに取り付けられ、図示しない信号線により制御器９と結ばれていて検出した循環空気の温度データを制御器９に送っている。さらに、制御器９と各ブロックの循環空気制御ボックス３とは図示しない信号線でそれぞれ結ばれている。
図４に断面図で示すように、循環空気はアルミ集熱瓦１の裏面に形成されたフィン１ａにより暖められて屋根勾配に沿ってアルミ集熱瓦１と隔壁１４で形成された集熱通路２を屋根の下部から上部へと上昇してくる。
ここで、集熱通路２の上部に設置された循環空気制御ボックス３の制御手段であるダンパーを開くとともに、循環空気制御ボックス３内を循環空気が流通するように循環空気制御ボックス３内に設けられたファンを回転させれば、循環空気は集熱通路２から棟ダクト４へと流入する。逆にダンパーを閉じてファンの回転を停止させれば、集熱通路２から棟ダクト４への流通路は遮断される。
例えば、制御器９において所定温度を２０℃に設定しておけば、制御器９は各ブロックで検出され制御器９に送られてくる温度データを設定された所定温度と比較し、２０℃以上であればダンパーを開き、ファンを回転させるように循環空気制御ボックス３に制御指令を発し、２０℃未満であればダンパーを閉じ、ファンの回転を停止させるように循環空気制御ボックス３に制御指令を発する。
従って、２０℃以上に暖められた循環空気のみが棟ダクト４に集められ、循環空気コントロールボックス４を経由し、循環空気往路６を通り各部屋の吹出口１１から室内に送り込まれる。なお、循環空気コントロールボックス４は、内部にファンを備えており、棟ダクト４の循環空気を循環空気往路６へ強制的に送り込む働きをする。
さらに、制御器９は、温度データを定期的に監視して、更新された温度データに基づき循環空気制御ボックス３に対して制御指令を送るシステムとしているので各ブロックの温度が時間とともに変化しても常に設定された所定温度に基づいて循環空気が収集される。

本発明の実施例では、制御部９と各ブロックの循環空気制御ボックス３との間の制御信号の授受は、両者の間にハーネス（図１には図示せず）を配線して結ぶ有線方式により行われているが、無線によって制御信号の授受を行う方式を採用してもよい。
有線により制御部と各ブロックの循環空気制御ボックスとが結ばれる場合は、無線の送受信部が必要とされないので簡易な設備とすることができる。一方、無線で制御部と各ブロックの循環空気制御ボックスとの間の制御信号の授受を行う場合は、制御部を任意の場所に移動できるという利点がある。

図５は、切妻造りの屋根に対して太陽熱集熱部１３を４つのブロックに分割した例を図示したものであるが、ブロックの分割数、ブロックの形状は特に限定されるものではなく、屋根の周囲の状況、方位、日照状況等を考慮して決定すべきものである。

本発明の実施例の概略の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施例の太陽熱集熱部の分割例を示す説明図である。 本発明の実施例の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例の太陽熱集熱部の説明図である。 本発明のその他の実施例の太陽熱集熱部の分割例を示す説明図である。 従来のソーラーシステムハウスの概略の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１：屋根部材 １ａ：アルミ集熱瓦 １ｂ：フィン
２：集熱通路
３：循環空気制御ボックス
４：棟ダクト
５：循環空気コントロールボックス
６：循環空気往路
７：循環空気復路
８：循環通路
９：制御器
１０：温度センサ
１１：吹出口
１２、１３：太陽熱集熱部
１２ａ、１３ａ：ブロックＡ １２ｂ、１３ｂ：ブロックＢ
１２ｃ、１３ｃ：ブロックＣ １２ｄ、１３ｄ：ブロックＤ
１４：隔壁
１５：野地板
１６：瓦固定枠
１７：冠瓦

Claims (10)

1. 屋根部材で太陽熱を集熱して、該屋根部材の裏面直下に前記屋根部材の熱を集熱する循環空気が流通する集熱通路が設けられた太陽熱集熱部と、該集熱通路と連通して該循環空気を収集する屋根裏に設けられた棟ダクトと、該棟ダクトに収集された前記循環空気を各部屋に導く循環空気コントロールボックス及び循環空気往路と、を有するソーラーシステムハウスにおいて、
   前記太陽熱集熱部を複数のブロックに分割し、各ブロックの前記太陽熱集熱部の前記集熱通路と前記棟ダクトとは循環空気制御ボックスを介して連結され、該循環空気制御ボックスは、前記循環空気の前記集熱通路から前記棟ダクトへの流入、遮断を制御する制御手段を備え、前記各ブロックの前記循環空気を選択して前記棟ダクトに収集することを特徴とする太陽熱集熱瓦の集熱方法。
2. 前記屋根部材は、集熱瓦で形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
3. 前記集熱瓦は、アルミ集熱瓦であることを特徴とする請求項２記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
4. 前記屋根部材は、金属板で形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
5. 前記循環空気制御ボックスは、前記循環空気制御ボックスの前記制御手段を制御する制御信号を送信する制御部からの指令に基づいて前記集熱通路から前記棟ダクトへの前記循環空気の流入、遮断の制御をすることを特徴とする請求項１記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
6. 前記制御手段は、ダンパー及びファンにより前記循環空気の流入、遮断の制御をすることを特徴とする請求項５記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
7. 前記制御部は、各ブロックの前記太陽熱集熱部の前記屋根部材に取り付けられた温度センサにより該屋根部材の温度を検出し、該温度とあらかじめ設定された所定温度とを比較し、前記温度が所定温度以上のときは、前記循環空気制御ボックスに前記集熱通路から前記棟ダクトへ前記循環空気を流入させる制御指令を発し、前記温度が所定温度未満のときは、前記集熱通路から前記棟ダクトへの前記循環空気の流通を遮断する制御指令を発することを特徴とする請求項５記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
8. 前記制御部は、各ブロックの前記屋根部材の裏面直下に形成された前記集熱通路内に取り付けられた温度センサにより前記循環空気の温度を検出し、該温度とあらかじめ設定された所定温度とを比較し、前記温度が所定温度以上のときは、前記循環空気制御ボックスに、前記集熱通路から前記棟ダクトへ前記循環空気を流入させる制御信号を発し、前記温度が所定温度未満のときは、前記集熱通路から前記棟ダクトへの前記循環空気の流通を遮断する制御信号を発することを特徴とする請求項５記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
9. 前記制御部は、前記所定温度を任意の温度に変更して設定することが可能であることを特徴とする請求項７乃至８記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。
10. 前記制御部は、各ブロックの前記屋根部材あるいは前記循環空気の検出温度とは無関係に、前記集熱通路から前記棟ダクトへの前記循環空気の流入、遮断の制御指令を各ブロックの前記循環空気制御ボックスに発するように設定可能であることを特徴とする請求項７乃至８記載の太陽熱集熱瓦の集熱方法。

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