JP2006308271A - 太陽熱集熱器及び外気処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱を一段と効率良く集熱することができる太陽熱集熱器及びそれを用いた外気処理システムを提供する。
【解決手段】ケース２内が太陽熱集熱板３で屋内側の室４と屋外側の室５とに仕切られ、屋外側の室５に透明多孔質断熱材としてシリカエアロゲル６が設けられて、太陽熱集熱板３の屋外側がシリカエアロゲル６でカバーされ、集熱板３がシリカエアロゲルを通じて太陽光を受けるようになされている。そして、ケース２の下端側に、ケース内の屋内側の室４に連通する外気取入れ口７が設けられると共に、ケースの上端側に、ケース内の屋内側の室４に連通する処理済み空気吹出し口８が設けられ、ファン９により、外気が取入れ口７、ケース内の屋内側の室４、吹出し口８を通じて屋内１０の側に送られるようになされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽熱集熱器及び外気処理システムに関する。

従来より、太陽熱集熱材として太陽熱集熱板を用いた太陽熱集熱器は種々提供されているが、従来の太陽熱集熱器は、集熱板に集熱された太陽熱が、集熱板の屋外側の面部を通じて放散してしまい、集熱効率を上げるのに限界があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、太陽熱を一段と効率良く集熱することができる太陽熱集熱器及びそれを用いた外気処理システムを提供することを課題とする。

上記の課題は、太陽熱集熱材の屋外側が透明多孔質断熱材でカバーされていることを特徴とする太陽熱集熱器によって解決される。

この太陽熱集熱器では、集熱材が太陽光を透明多孔質断熱材を通じて受けることができて集熱材で太陽熱を集熱することができると共に、集熱材に集熱された太陽熱は透明多孔質断熱材によって屋外側に放散するのが防がれ、これにより、太陽熱を従来に比べて一段と効率良く集熱することができる。

なお、太陽熱集熱材は、黒色塗料を塗布した集熱材であってもよいが、特に、金属の表面部に太陽光吸収性能と赤外線放射抑制性能の両方に優れた選択吸収膜が設けられた集熱材であるのが好ましい。

また、透明多孔質断熱材としては、例えば、溶媒を含んだ湿潤状態のゲル状化合物を超臨界乾燥などの特殊乾燥方法によって乾燥することで前記溶媒を除去して得られる空隙率の非常に高い多孔質材料として知られているエアロゲル、特にシリカエアロゲルなどが好適に用いられる。

前記太陽熱集熱材の背面側に、太陽熱集熱材で集熱された熱を蓄熱する蓄熱材が備えられている場合は、透明多孔質断熱材の作用で、太陽熱集熱材で集熱された熱を蓄熱材に効率良く蓄熱していくことができると共に、蓄熱材からの無駄な放熱も抑制することができる。

また、本発明は、ケース内が太陽熱集熱板で屋内側の室と屋外側の室とに仕切られ、
屋外側の室に透明多孔質断熱材が設けられて、太陽熱集熱板の屋外側が透明多孔質断熱材でカバーされ、集熱板が透明多孔質断熱材を通じて太陽光を受けるようになされており、かつ、
ケースの下端側に、ケース内の屋内側の室に連通する外気取入れ口が設けられると共に、ケースの上端側に、ケース内の屋内側の室に連通する処理済み空気吹出し口が設けられ、ファンにより、外気が取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られるようになされていることを特徴とする外気処理システムを含む。

この外気処理システムでは、集熱板と透明多孔質断熱材との組み合わせによって上記のように太陽熱を効率良く集熱することができ、その太陽熱を利用して外気を効率良く処理することができる。

しかも、集熱板と透明多孔質断熱材とによる太陽熱の効率的集熱構造との組み合わせで、ケースの下端側に外気取入れ口が設けられ、上端側に吹出し口が設けられているので、ケース内の屋内側の室内における温度差上昇を利用して、外気の取入れと、処理済み空気の取出しを容易にすることができ、処理済み空気を効率良く取り出すことができる。

また、前記ケース内の屋内側の室に蓄熱材が設けられ、太陽熱集熱板で集熱された熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された熱が、取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られる外気に伝えられるようになされているのもよい。

この場合は、蓄熱材に蓄えられた熱が、太陽の射さない例えば夜間などにおいても、放熱により外気を暖め、暖かい空気にして屋内に送り込むことができ、一日を通じた太陽熱利用の外気処理の平準化を図ることができる。

特に、透明多孔質断熱材との組み合わせで蓄熱材を採用していることにより、太陽熱集熱板で集熱された太陽熱を効率良く蓄熱材に蓄熱させていくことができると共に、蓄熱材からの無駄な放熱も抑制することができて、一日を通じた太陽熱利用の平準化をより一層効果的に実現していくことが可能になる。

また、太陽熱集熱板の熱を蓄熱材に伝えると共に、取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られる外気と熱交換を行う、熱伝導用のフィンが設けられている場合は、太陽熱集熱板から蓄熱材への太陽熱の蓄熱を効率的なものにすることができると共に、蓄熱材から外気への放熱も効率的なものにすることができる。

前記ケースに、前記吹出し口と連通する第２の外気取入れ口が設けられ、前記ファンにより、外気が第２外気取入れ口を通じて、蓄熱材からの熱を受け取ることなく、前記吹出し口に送られるようになされていると共に、
該第２外気取入れ口と吹出し口とを連通状態にする第１切換え状態と、前記第１の外気取入れ口と吹出し口とを連通状態にする第２切換え状態のいずれかに切換え可能なダンパーが備えられているとよい。

この場合は、太陽の射す暖かな日中に第１切換え状態にしておくことで、暖かい外気を屋内に直接取り入れることができると共に、その間、蓄熱材に太陽熱を集中的効果的に蓄熱させていくことができ、そして、夜間は、第２切換え状態にすることで、蓄熱材に蓄熱された太陽熱で屋内取込み用の外気を効果的に暖めることができる。

その場合に、外気温度が所定の温度を下回ると、前記ダンパーを、第１切換え状態から第２切換え状態に切り換え、上回ると、第２切換え状態から第１切換え状態に切り換える切換え手段が備えられている場合は、切換えをいちいちマニュアル操作で行う手間をなくすことができる。

特に、該切換え手段がワックスシリンダーからなる場合は、温度の感知と、動作制御をワックスに行わせることができて無電気でそのような切換えを実現することができる。

本発明は、以上のとおりのものであるから、太陽熱を一段と効率良く集熱することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１（イ）に示す第１実施形態の外気処理システムにおいて、１は太陽熱集熱器であり、該太陽熱集熱器１は、垂直状態に設置して用いられる壁式のものからなっていて、集熱器ケース２は、屋外側の壁面部が透光板２ａで形成され、内部は、下端部を除き、太陽熱集熱材としての集熱板３により屋内側の室４と屋外側の室５とに仕切られ、屋外側の室５に透明多孔質断熱材としてのシリカエアロゲル６が設けられて太陽熱集熱板３の屋外側の面部がシリカエアロゲル６でカバーされ、集熱板３がシリカエアロゲル６を通じて太陽光を受けて集熱を行うようになされている。集熱板３は、金属板の屋外側の面部に選択吸収膜が設けられたものからなっている。

そして、ケース２の下端正面側には外気取入れ口７が設けられると共に、ケース２の上端背面側には処理済み空気吹出し口８が設けられ、ファン９を駆動することにより、外気が取入れ口７を通じてケース２内の屋内側の室４に送り込まれ、該室４で集熱板３から太陽熱を吸収した処理済み空気が吹出し口８を通じて屋内１０の側に送られるようになされている。なお、ファン９の設置位置に制限はなく、屋内の第３種換気用の排気ファンなどであってもよい。

上記の外気処理システム及び太陽熱集熱器１では、図１（ロ）に示すように、集熱板３が太陽光をシリカエアロゲル６を通じて受けることができて集熱板３で太陽熱を集熱することができると共に、集熱板３に集熱された太陽熱はシリカエアロゲル６によって屋外側に放散するのが防がれ、これにより、太陽熱を従来に比べて一段と効率良く集熱することができると共に、その太陽熱を利用して外気を効率良く処理することができる。

しかも、集熱板３とシリカエアロゲル６とによる太陽熱の効率的集熱構造との組み合わせで、ケース２の下端側に外気取入れ口７が設けられ、上端側に吹出し口８が設けられているので、ケース２内の屋内側の室４内における温度差上昇を利用して、外気の取入れと、処理済み空気の取出しを容易にすることができ、処理済み空気を効率良く取り出すことができる。

屋内１０側に送り込まれる処理済み空気は、屋内に直接吹き出すようにしてもよいし、潜熱蓄熱材を介して屋内に吹き出すようにしてもよい。潜熱蓄熱材を介して屋内に吹き出す場合は、夜間であっても太陽熱で暖められた新鮮空気を屋内に供給することができる。また、本実施形態では、太陽熱集熱板３が選択吸収膜を備えたものからなっているので、該選択吸収膜の赤外線放射抑制作用によって、夕方から夜間にかけて太陽熱で暖められた新鮮空気を屋内に供給することができるようにするのもよい。

図２（イ）に示す第２実施形態の外気処理システムは、ケース２内の屋内側の室４に潜熱蓄熱材などからなる蓄熱材１１が設けられると共に、蓄熱材１１と太陽熱集熱板３との間に熱伝導用のフィン１２が設けられ、該フィン１２が、太陽熱集熱板３に集熱された太陽熱を蓄熱材１１に伝えると共に、取入れ口７、屋内側の室４、吹出し口８を通じて屋内１０側に送られる外気と熱交換を行うようになされている。その他は、第１実施形態と同様である。

この外気処理システムでは、太陽の射す日中は、図３（イ）に示すように、太陽熱集熱板３で集熱された太陽熱が蓄熱材１１に伝えられ、蓄熱材１１に太陽熱が蓄熱されていく。その際、図２（ロ）に示すように、ファン９を駆動していると、蓄熱材１１に太陽熱が蓄熱されると共に、ケース２の屋内側の室４を上昇する外気も加温され、屋内１０に暖かい外気を送り込まれる。

また、夜間は、図３（ロ）に示すように、ファン９を駆動すると、ケース２の屋内側の室４を上昇する外気が、潜熱蓄熱材１１に蓄熱された太陽熱によって加温され、屋内１０側に暖かい処理済み外気が送り込まれる。

このように、本実施形態の外気処理システムでは、太陽の射す日中に蓄熱材１１に蓄えられた太陽熱が、夜間においても、蓄熱材１１からの放熱により外気を暖め、暖かい空気にして屋内１０に送り込むことができ、一日を通じた太陽熱利用の外気処理の平準化を図ることができる。

特に、シリカエアロゲル６との組み合わせで蓄熱材１１を採用していることにより、太陽熱集熱板３で集熱された太陽熱を効率良く蓄熱材１１に蓄熱させていくことができると共に、蓄熱材１１からの無駄な放熱も抑制することができて、一日を通じた太陽熱利用の平準化をより一層効果的に実現していくことが可能になる。

また、本実施形態では、フィン１２の作用によって、太陽熱集熱板３から蓄熱材１１への太陽熱の蓄熱を効率的なものにすることができると共に、蓄熱材１１から上昇外気への放熱も効率的なものにすることができる。

図４に示す第３実施形態の外気処理システムは、ケース２の上端部に、吹出し口８と連通する第２外気取入れ口１３が設けられると共に、ケース２内にダンパー１４が設けられ、該ダンパー１４により、第２外気取入れ口１３と吹出し口８とを連通状態にする第１切換え状態と、第１外気取入れ口７と吹出し口８とを連通状態にする第２切換え状態との切換えを行うことができるようになされている。そして、第１切り換え状態においては、ファン９を駆動すると、外気が第２外気取入れ口１３を通じて、蓄熱材１１からの熱を受け取ることなく、吹出し口８に送られるようになされている。

また、本実施形態では、ダンパー１４による状態の切り換え手段として、外気温度が所定の温度を下回ると、ダンパー１４を、第１切換え状態から第２切換え状態に切り換え、上回ると、第２切換え状態から第１切換え状態に切り換える手段１５が備えられ、該手段１５としてワックスシリンダーが用いられている。その他は、第２実施形態の同様である。

この外気処理システムでは、太陽の射す暖かな日中は、図５（イ）に示すように、第２外気取入れ口１３と吹出し口８とが連通する第１切換え状態になり、ファン９の駆動で、暖かい外気が屋内に直接取り入れられる。また、その間、太陽熱集熱板３と蓄熱材１１との間の外気通路はダンパー１４で閉じられているので、該通路での空気の動きは抑制され、蓄熱材１１に太陽熱が集中的効果的に蓄熱されていく。

そして、夜間は、温度の低下に伴って、図５（ロ）に示すように、第１外気取入れ口７と吹出し口８とが連通する第２切換え状態になり、蓄熱材１１に蓄熱された太陽熱で屋内取込み用の外気が効果的に暖められ、ファン９の駆動で、その暖められた外気が屋内１０側に送り込まれる。

本実施形態では、状態の切換えをワックスシリンダー１５で行うようにしているので、そのような切換えを自動かつ無電気で実現することができる。なお、切換え手段は、ワックスシリンダー１５に限らず、ダンパー１４を駆動するアクチュエータと、外気温を検知する温度センサーと、センサーからの信号に基づいて、外気温度が所定の温度を下回ると、第１切換え状態から第２切換え状態に切り換え、上回ると、第２切換え状態から第１切換え状態に切り換える動作をダンパーに行わせるようにアクチュエータの駆動の制御を行う制御手段とで構成された各種切換え手段であってよい。また、切換え手段の採用不採用は任意である。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、太陽熱集熱器１が、垂直状態に設置して用いられる壁式のものからなっている場合を示しているが、屋根等に傾斜状態に設置して用いられる傾斜式のものであってもよく、傾斜式である場合の上下の語は、傾斜方向の上側を上、傾斜方向の下側を下と解釈すればよい。また、上記の実施形態では、太陽熱集熱材として集熱板を用いた場合を示したが、太陽熱集熱材は、太陽熱温水器の温水管であってもよいし、該温水管に太陽熱を伝えるフィンであってもよいし、具体的形態に制限はない。従ってまた、かかる太陽熱集熱器は、外気処理システムに限らず、太陽熱温水器等に用いられてもよい。

図（イ）は第１実施形態の外気処理システムを示す断面側面図、図（ロ）はその作動状態を示す断面側面図である。 図（イ）は第２実施形態の外気処理システムを示す断面側面図、図（ロ）はその作動状態の一例を示す断面側面図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、作動状態の他の例を示す断面側面図である。 図（イ）は第３実施形態の外気処理システムを示す断面側面図、図（ロ）は、図（イ）の要部拡大図である。 図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、作動状態を示す断面側面図である。

符号の説明

１…太陽熱集熱器
２…ケース
３…太陽熱集熱板（集熱材）
４…屋内側の室
５…屋外側の室
６…シリカエアロゲル（透明多孔質断熱材）
７…外気取入れ口（第１外気取入れ口）
８…処理済み空気吹出し口
９…ファン
１０…屋内
１１…蓄熱材
１２…フィン
１３…第２外気取入れ口
１４…ダンパー
１５…ワックスシリンダー（切換え手段）

Claims (7)

1. 太陽熱集熱材の屋外側が透明多孔質断熱材でカバーされていることを特徴とする太陽熱集熱器。
2. 前記太陽熱集熱材の背面側に、太陽熱集熱材で集熱された熱を蓄熱する蓄熱材が備えられている請求項１に記載の太陽熱集熱器。
3. ケース内が太陽熱集熱板で屋内側の室と屋外側の室とに仕切られ、
   屋外側の室に透明多孔質断熱材が設けられて、太陽熱集熱板の屋外側が透明多孔質断熱材でカバーされ、集熱板が透明多孔質断熱材を通じて太陽光を受けるようになされており、かつ、
   ケースの下端側に、ケース内の屋内側の室に連通する外気取入れ口が設けられると共に、ケースの上端側に、ケース内の屋内側の室に連通する処理済み空気吹出し口が設けられ、ファンにより、外気が取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られるようになされていることを特徴とする外気処理システム。
4. 前記ケース内の屋内側の室に蓄熱材が設けられ、太陽熱集熱板で集熱された熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された熱が、取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られる外気に伝えられるようになされている請求項３に記載の外気処理システム。
5. 前記太陽熱集熱板の熱を蓄熱材に伝えると共に、取入れ口、ケース内の屋内側の室、吹出し口を通じて屋内側に送られる外気と熱交換を行う、熱伝導用のフィンが設けられている請求項４に記載の外気処理システム。
6. 前記ケースに、前記吹出し口と連通する第２の外気取入れ口が設けられ、前記ファンにより、外気が第２外気取入れ口を通じて、蓄熱材からの熱を受け取ることなく、前記吹出し口に送られるようになされていると共に、
   該第２外気取入れ口と吹出し口とを連通状態にする第１切換え状態と、前記第１の外気取入れ口と吹出し口とを連通状態にする第２切換え状態のいずれかに切換え可能なダンパーが備えられている請求項４又は５に記載の外気処理システム。
7. 外気温度が所定の温度を下回ると、前記ダンパーを、第１切換え状態から第２切換え状態に切り換え、上回ると、第２切換え状態から第１切換え状態に切り換える切換え手段が備えられている請求項６に記載の外気処理システム。

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