JP2008116176A - 太陽熱集熱パネル及び太陽熱集熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱を多様に利用することができる太陽熱集熱パネルと、夏季に発生した熱を屋内ではなく屋外に効率的に排出させることによって全体が熱くなることを有効に防止する太陽熱集熱システム。
【解決手段】太陽熱集熱パネルＡは、ベースユニットａとパネルユニットｂとからなること。断熱性を有する下地材２の表側に多数の小孔４を有する金属の集熱パネル３を設け、上記下地材２と集熱パネル３との間に空間部を形成したベースユニットａと、該ベースユニットａの表側に取り付け可能に設けられて透光パネル１を框組みしたパネルユニットｂとからなる太陽熱集熱パネルＡを、建物の外壁に取り付けた。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽熱を効率よく利用する太陽熱集熱パネル及びこの太陽熱集熱パネルを建物の外壁に設けて利用する太陽熱集熱システムに関するものである。

最近、環境保護の見地や自然エネルギーをもって有効に利用しようとする観点から、太陽光から発電したり、太陽熱を直接に集熱して暖房に利用したり、風呂水を沸かすのに利用したりすることができる装置が市場にも出回るようになっている。

その中で、断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有するアルミニウム製の集熱パネルを配設してなる集熱ユニットと、この集熱ユニットを建物の外壁に添って配設し、上記下地材の上部に開口部を形成し、上部開口部を上記外壁に貫通した連通孔を通して換気ファンに接続した構成の集熱システムが知られている（特許文献１参照）。このシステムによれば、上記集熱パネルの小孔から集熱ユニットの内部に導入された外気は太陽熱により加熱された集熱パネルに接触して昇温し、換気ファンを作動させることにより上部開口部から室内に吸引される。これにより、冬季には暖められた空気が屋内に取り込まれるので、太陽熱の有効利用の一形態として有望視されている。
特開２００５−２２１１０１公報

しかしながら、上記集熱システムは、冬の期間中は非常に有効であるが、夏季になると無用になるだけでなく、かえって有害になる場合もある。すなわち、夏季には換気装置を停止しておくわけであるが、冬季に比べてはるかに陽射しが強くなるため、集熱効率も高くなるから、集熱パネルは太陽熱を受け、集熱ユニット全体がかなりの高温になる。下地材には断熱材が取り付けられてはいるが、十分に断熱しきれずに下地材自体が熱を帯びてくる。また、換気装置は作動していなくても、集熱ユニットで温められた外気は膨張して下地材の上部の開口部から屋内に入り込んでくる。このため、室内温度が上昇し、エアコンを必要以上に作動させなければならないという問題が発生していた。

本発明は、上記問題に鑑みて成立したもので、太陽熱を多様に利用することができる太陽熱集熱パネルを提供することを第１の課題とする。

また、本発明は、夏季に発生した熱を屋内ではなく屋外に効率的に排出させることによって全体が熱くなることを有効に防止することができる太陽熱集熱システムを提供することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記換気口は、上記パネルユニットの上下部に形成されたことを特徴とする。

上記第２の課題を解決するため、請求項３に係る発明は、断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けた太陽熱集熱パネルを、建物の外壁に取り付け、上記空間部内の空気を外壁に形成した貫通口から建物内に導入させる換気装置を設けたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３において、上記外壁の屋内側には上記空間部の上下部に接続する２つの換気装置を配置したことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けた構成であるから、上記換気口を開閉することによって、太陽熱集熱パネル内に外気を取り込むか、遮断するかを選択することができる。これにより、空気をたとえば屋外から屋内に取り込んだり、内部の空気を屋内又は屋外に流したり、あるいは屋外の空気を取り込んで再び屋外に排出させることができる。したがって、太陽熱を従来よりもはるかに有効に利用することができる。

また、パネルユニットはベースユニットに取り付け可能となっているので、パネルユニットが不要な場所では、ベースユニットのみを使用することができる。

請求項２に係る発明によれば、パネルユニットの上下に開閉可能な換気口を形成したので、上記換気口の一方又は両方を開いたり閉じたりすることにより、内部の空気の流れをいろいろに制御することができる。

請求項３に係る発明によれば、断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けた太陽熱集熱パネルを、建物の外壁に取り付け、上記空間部内の空気を外壁に形成した貫通口から建物内に導入させる換気装置を設けたシステムであるから、太陽熱集熱パネル内に外気を取り込むか、遮断するかを選択することができる。これにより、換気装置を使用して、例えば外気を屋外から太陽熱集熱パネル内に取り込み、暖めてから外壁の貫通口から屋内に導入したり、屋内の空気を太陽熱集熱パネル内に取り込み、暖めてから換気装置によって外壁の貫通口から屋内に導入したり、あるいは屋外の空気を取り込んで再び屋外に排出させることができる。したがって、太陽熱を従来よりもはるかに効率よく利用することができる。

請求項４に係る発明によれば、上記システムの外壁の屋内側には上記空間部の上下部に接続する２つの換気装置を配置したから、太陽熱集熱パネル内に外気を取り込むか、遮断するかを選択することができる。これにより、例えば外気を屋外から太陽熱集熱パネル内に取り込み、暖めてから換気装置によって外壁の貫通口から屋内に導入したり、屋内の空気を太陽熱集熱パネル内に取り込み、暖めてから再び外壁の貫通口から屋内に導入したり、あるいは屋外の空気を取り込んで再び屋外に排出させることを、上下２つの換気装置を使用することにより、従来よりもはるかに効率的に行うことができる。

図１は太陽熱集熱パネルの正面図、図２は図１のＸ−Ｘ線上の拡大断面図、図３は図１のＹ−Ｙ線上の要部の拡大断面図、図４は上記太陽熱集熱パネルの要部の斜視図であり、図５は上記太陽熱集熱パネルの分解断面図である。

上図において、太陽熱集熱パネルＡは、図５に示すベースユニットａにパネルユニットｂを取り付け可能に設けたもので、ベースユニットａは、図１及び図２に示されるように、断熱性を有する下地材２の表側に集熱パネル３を設け、上記下地材２と集熱パネル３との間に空間部Ｓを形成したもので、下地材２は断熱材によって構成されている。集熱パネル３は熱伝導性のよいアルミニウムの折板によって構成され、図４に示すように多数の小孔４が表裏側に貫通形成されている。折板を用いたのは、リブ効果によって全体強度を高めるとともに、表面積を大きくして集熱効率を高くするためである。

下地材２と集熱パネル３とは、それぞれ中空に形成された上框５と下框６と左右の縦框７とによって一体に框組みされている。上框５の屋外側には係止溝８が形成され、下部には下框６の屋外側には支持縁１０が突出形成されている。また、上框５、下框６及び縦框７の屋内側には取付フィン１１が外方に突出するように形成されている。

また、集熱パネル３の外周には額縁１２が取り付けられている。各額縁１２の屋内側には間隔保持部１３が突出している。

上記下地材２と集熱パネル３との間の間隔は上記額縁１２の間隔保持部１３によって保持され、この間隔保持部１３を介して下地材２と集熱パネル３との間には空間部Ｓが形成されている。

次に、ベースユニットａの表側にはパネルユニットｂが取り付け可能に設けられている。すなわち、パネルユニットｂは、透明な透光パネル１を框組みしたもので、透光パネル１は図３及び図５に示されるように、ガラスやポリカーボネートなどのからなり、その周縁は上框９ａと下框９ｂと縦框９ｃとによって框組みされ、上框９ａの屋内側には鉤形の係止縁１４が形成され、下框９ｂには屋内側に水平の突縁１９が突出形成されている。縦框９ｃの屋外側には取付縁１５が形成されている。

また、上記上框９ａと下框９ｂは換気框として構成され、それぞれその長手方向に沿って多数の換気口１６が形成されている。そして、換気口１６の裏側には開閉シャッター１７が揺動自在に設けられ、揺動によって換気口１６を開閉できるように取り付けられている。なお、換気框の端部には上記シャッター１７を開閉操作する操作部１８が設けられている。

そして、パネルユニットｂは、ベースユニットａに対し、透光パネル１の上框９ａの係止縁１４をベースユニットａの上框５の係止溝８に係止し、透光パネル１の下框９ｂの突縁をベースユニットａの下框６の支持縁１０の上に支持させ、この状態で、透光パネル１の縦框９ｃの取付縁１５をベースユニットａの縦框７に重合させてねじ止めすることにより固定されている。

上記構成の太陽熱集熱パネルＡによれば、ベースユニットａとパネルユニットｂとの間に外気と遮断できる空間部Ｓを設けることができるから、この空間部Ｓを利用して、空気を屋外から屋内へ流すだけでなく、屋内から屋内へ、または屋外から屋外へ流すことができる。したがって、太陽熱を従来よりもはるかに有効に利用することができる。

また、パネルユニットｂはベースユニットａに取り付け可能となっているので、パネルユニットｂが不要な場所では、ベースユニットａのみを単独で使用することもできる。

さらに、パネルユニットｂの上下に開閉可能な換気口１６を形成したので、上記換気口１６の一方又は両方を開いたり閉じたりすることにより、後述のように、内部の空気の流れをいろいろに制御することができる。

なお、上記換気口はパネルユニットｂの上下部に形成されていればよく、必ずしも上下框に形成されている必要はない。

次に、図６及び図７は太陽熱集熱システムの一実施形態を示すもので、この太陽熱集熱システムは、太陽熱集熱パネルＡを建物の外壁２０に取り付け、屋内側に設けた換気装置３２、３３と接続させたものである。

すなわち、太陽熱集熱パネルＡのベースユニットａは建物の外壁２０に添って固定され、屋内と連通している。すなわち、外壁２０は柱２７間に設けられた上下の横材２１と外装材２２と内装材２３と断熱材２４とによって構成され、ベースユニットａは上框５と下框６と縦框７の取付フィン１１を木ねじ２５によって柱２７と上下の横材２１にねじ込むことにより外壁２０に固定されている。なお、取付フィン１１の外側には化粧カバー２６が取り付けられている。

また、ベースユニットａの下地材２と外壁２０の上下部にはそれぞれ連続する貫通口３０、３１が形成されている。そして、貫通口３０、３１の屋内側には換気装置３２、３３が設けられている。これにより、ベースユニットａの下地材２の上下部は屋内側の換気装置３２、３３に接続している。換気装置３２、３３には換気ファンが設けられ、換気ファンを回転させることにより、給気と排気ができるようになっている。

次に、上記構成の太陽熱集熱システムの使用態様を冬季と夏季についてそれぞれ説明する。

まず、冬季には、屋外の空気を暖めて屋内に導入する態様と、屋内の空気を暖めて再び屋内に循環させる態様の２つのモードがある。

屋内の空気を循環させながら暖めるときは、図６に示されるように、まずパネルユニットｂの透光パネル１の開閉シャッター１７により上下部の換気框９ａ、９ｂの換気口１６を閉じて外気の導入を遮断するとともに、上下の換気装置３２、３３を作動させる。そして、下部の換気装置３３によって屋内の空気を下部の換気孔２８からベースユニットａに送り込み、上部の換気装置３２によってベースユニットａ内の空気を屋内側に吸引する。これにより、屋内の空気は外壁２０に設けられた下部の開口部２８からベースユニットａ内の空間部Ｓに導入される。集熱パネル３は太陽熱により加熱されて高温になっているので、ベースユニットａの内部の空気は集熱パネル３に接触して温度が上昇する。このため、暖かくなった空気が上部の貫通孔２７を通って換気装置３２から屋内に吸引されて再び戻ってくる。このように、屋内の空気は下部の換気装置３３によってベースユニットａに送られた後、温められて上部の換気装置３２によって再び屋内に戻るという循環を繰り返すことで屋内が温められることになる。

また、屋外の空気を暖めて屋内に導入するときは、図８に示されるように、まずパネルユニットｂの透光パネル１の上下の換気框９ａ、９ｂの開閉シャッター１７により上部の換気框９ａの換気口１６を閉じ、下部の換気口１６を開くとともに、上部の換気装置３２を作動させる。これにより、外気は下部の換気框９ｂの換気口１６から取り込まれ、さらにベースユニットａの透光パネル１の小孔４から集熱パネル３の裏側、つまりベースユニットａの内部空間Ｓに導入される。集熱パネル３は太陽熱により加熱されて高温になっているので、ベースユニットａの内部の空気は集熱パネル３に接触して暖められて温度が上昇する。暖かい空気が上部の貫通孔２７を通って換気装置３２から屋内に吸引されるから、屋内を暖めることができる。

このように、冬季には屋外の新鮮な空気を暖めて屋内に導入するか、屋内の空気を暖めて再び屋内に循環させるかのいずれかのモードを選択することができる。

また、夏季には、図９に示されるように、透光パネル１の上下の換気框９ａ、９ｂの開閉シャッター１７により上部の換気框の換気口１６と下部の換気框の換気口１６を開いておく。上下部の換気装置３２、３３は作動停止の状態にする。これにより、下部の換気口１６から内部に導入された外気は、太陽熱によって集熱パネル３が温められると、上昇して上部の換気口１６から大気に放出される。集熱パネル３の小孔４を通らなかった外気もそのまま暖められて上昇して上部の換気口１６から排出される。このように、集熱パネル３に接触した空気はそのまま上昇して大気に放出されるので、集熱パネル３自体が常に新鮮な空気に接触することになり、熱くなりにくい。したがって、集熱効率が悪く、ベースユニットａ全体が高温になることを有効に防止することができる。

なお、パネルユニットｂの風防効果により、集熱パネル３が雨風にさらされないので、耐久性が増すとともに、外気が直接に集熱パネル３に当たらないので、塵埃によって集熱パネル３の小孔４が塞がれて機能が低下するのを良好に防止することができる。

本発明に係る太陽熱集熱パネルの正面図 図１のＸ−Ｘ線上の拡大断面図 図１のＹ−Ｙ線上の一部の拡大断面図 上記太陽熱集熱パネルの要部の斜視図 上記太陽熱集熱パネルの分解断面図 太陽熱集熱システムの一実施形態の縦断面図 上記太陽熱集熱システムの一実施形態の一部の横断面図 太陽熱集熱システムを冬季に使用する場合の別モードの使用態様を示す縦断面図 太陽熱集熱システムを夏季に使用する場合の使用態様を示す縦断面図

符号の説明

Ａ 太陽熱集熱パネル
ａ ベースユニット
ｂ パネルユニット
１ 透光パネル
２ 下地材
３ 集熱パネル
１６ 換気口
３２、３３ 換気装置

Claims (4)

1. 断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けたことを特徴とする太陽熱集熱パネル。
2. 上記換気口は、上記パネルユニットの上下部に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の太陽熱集熱パネル。
3. 断熱性を有する下地材の表側に多数の小孔を有する金属の集熱パネルを設け、上記下地材と集熱パネルとの間に空間部を形成したベースユニットと、該ベースユニットの表側に取り付け可能に設けられて透光パネルを框組みしたパネルユニットとからなり、上記透光パネルと集熱パネルとの間に外気と連通する換気口を開閉可能に設けた太陽熱集熱パネルを、建物の外壁に取り付け、上記空間部内の空気を外壁に形成した貫通口から建物内に導入させる換気装置を設けたことを特徴とする太陽熱集熱システム。
4. 上記外壁の屋内側には上記空間部の上下部に接続する２つの換気装置を配置したことを特徴とする、請求項３に記載の太陽熱集熱システム。

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