JP2009024397A

JP2009024397A - 屋根の棟換気システム

Info

Publication number: JP2009024397A
Application number: JP2007188531A
Authority: JP
Inventors: Seishi Okayama; 誠史岡山; Meiji Goto; 明治後藤; Takayuki Enomoto; 孝之榎本; Masaki Kobayashi; 正樹小林
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP4956310B2

Abstract

【課題】積雪の影響を受けることなく、また雨や風の影響を受けることなく、太陽電池によって効率の良い発電をすることができる屋根の棟換気システムを提供する。
【解決手段】屋根１の棟２の上に棟２内部と連通する小屋型の換気棟３を設け、換気棟３に換気口４を形成すると共に換気ファン５によって換気口４と屋根１の棟２内部との間で換気を行なうようにした屋根の棟換気システムに関する。換気棟３の屋根部に軒６を張り出して設けると共に、換気ファン５の電源となる太陽電池７を軒６の下面に設ける。太陽電池７は換気棟３の軒６の下面に設けられており、太陽電池７の上に雪が降り積もるようなことがなく、また雨や風が太陽電池７に直接作用することもないものであり、積雪で太陽電池７が覆われたり、太陽電池７の表面が汚れたり、太陽電池７が劣化したりすることを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池を換気ファンの電源として備えた屋根の棟換気システムに関するものである。

棟換気システムとして、屋根の棟の上に換気棟を立設し、換気棟内や小屋裏等に設けた換気ファンを駆動することによって、換気棟に形成した換気口と、換気棟の下部で連通している屋根の棟内部との間で強制的に空気を流通させて、換気を行なうようにしたものがある。

このように換気ファンを備えて強制換気をすることができるようにした棟換気システムにおいて、モータで駆動される換気ファンの電源として、太陽電池を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１〜３等参照）。

そしてこれらのものにあって太陽電池は、小屋型に形成される換気棟の屋根面に取り付けられている。このように太陽電池パネルを換気棟の屋根面に取り付けるのは、太陽光の照射を受け易く、発電効率の上で有利であるためである。
特開２００３−１６１０１１号公報特開２００５−２１３９４２号公報実開平７−１１３９号公報

しかし、上記のように太陽電池を換気棟の屋根面に取り付ける場合、降雪によってその上に雪が積もると、太陽電池の受光面が雪で覆われて太陽電池内に太陽光が届かなくなって、発電をすることができなくなるという問題があった。特に積雪地方では、冬季の間は殆ど太陽電池から電力を得ることができなくなるものであった。

また換気棟の屋根面に取り付けられた太陽電池パネルは、降雨時に雨水で表面が濡れるため、砂塵やホコリなどがこの濡れた雨水に吸着され、太陽電池の表面が汚れ易いものであり、このように太陽電池の受光面が汚れると、太陽光の入射効率が低下して発電効率が低くなるという問題もあった。

さらに、太陽電池として色素増感型太陽電池を用いる場合、太陽電池を風や雨が直接当る換気棟の屋根面に取り付けると、太陽電池の劣化で電解質が漏れ易くなり、これによっても発電効率が低下し、また寿命が短くなるという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、積雪の影響を受けることなく、また雨や風の影響を受けることなく、太陽電池によって効率の良い発電をすることができる屋根の棟換気システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る屋根の棟換気システムは、屋根１の棟２の上に棟２内部と連通する小屋型の換気棟３を設け、換気棟３に換気口４を形成すると共に換気ファン５によって換気口４と屋根１の棟２内部との間で換気を行なうようにした屋根の棟換気システムにおいて、換気棟３の屋根部に軒６を張り出して設けると共に、換気ファン５の電源となる太陽電池７を軒６の下面に設けて成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、太陽電池７は換気棟３の軒６の下面に設けているので、太陽電池７の上に雪が降り積もるようなことがなく、また雨や風が太陽電池７に直接作用することもないものであり、積雪で太陽電池７が覆われたり、太陽電池７の表面が汚れたり、太陽電池７が劣化したりすることを防止することができ、太陽電池７によって効率の良い発電をすることができるものである。

また本発明は、換気棟３の側面に形成される換気口４の上縁に庇８を張り出して設け、太陽光を反射して太陽電池７の下面の受光面９に光を照射するために、庇８の上面を光反射性に形成して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、太陽電池７は換気棟３の軒６の下側に設けたにもかかわらず、換気口４に設けた庇８を利用して、庇８の光反射性に形成した上面で太陽光を反射させて太陽電池７の受光面９に入射させることができるものであり、太陽電池７で効率の良い発電を行なうことができるものである。

本発明によれば、太陽電池７は換気棟３の軒６の下面に設けているので、太陽電池７の上に雪が降り積もるようなことがなく、また雨や風が太陽電池７に直接作用することもないものであり、積雪で太陽電池７が覆われたり、太陽電池７の表面が汚れたり、太陽電池７が劣化したりすることを防止することができ、太陽電池７によって効率の良い発電をすることができるものである。

また太陽電池７は換気棟３の軒６の下側に設けたにもかかわらず、換気口４に設けた庇８を利用して、庇８の光反射性に形成した上面で太陽光を反射させて太陽電池７の受光面９に入射させることができるものであり、太陽電池７で効率の良い発電を行なうことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１及び図２は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、図２（ａ）に示すように家屋Ａの屋根１の頂部の棟２の上に換気棟３が設けてある。換気棟３は小屋型に形成されるものであり、図１及び図２の実施の形態では屋根１の棟２の上に四角筒状の塔として立設する形態に換気棟３を形成するようにしてあるが、屋根１の棟２に沿った長い形態に換気棟３を形成するようにしてもよい。

換気棟３の内部は図１のように下面が開口した空洞に形成してあり、換気棟３の下面の開口は屋根１の棟２の内部と連通させてある。また換気棟３の四周の各側面には上下複数個所において横長スロット状の換気口４が開口して設けてある。さらに換気棟３の内部には換気ファン５が取り付けてある。換気ファン５はモータ１２によって回転駆動されるものであり、換気ファン５を回転駆動することによって、外気を換気口４から換気棟３内に吸引すると共に換気棟３の下面開口から屋根１の棟２内部に送り込み、あるいは屋根１の棟２内部の空気を換気棟３内に吸引すると共に換気口４から排出するようにして、換気口４と屋根１の棟２内部との間で強制換気を行なうことができるものである。尚、本実施例においては、換気ファン５を換気棟３の内部に設けるようにしたが、これに限られることはなく、屋根１の頂部の棟２内など小屋裏内に換気ファン５を設けることによっても、換気棟３の換気口４と屋根１の棟２内部との間での強制換気を行なうことは可能である。

換気棟３は上記のように小屋型に形成されるものであり、その頂部は屋根型に形成し、換気棟３の四周に軒６を張り出して設けてある。そしてこの四周に張り出した軒６の下面に、図２（ｂ）のようにロ字形配置で太陽電池７が取り付けてある。太陽電池７はその受光面９を下側にして水平に配置されるものである。この太陽電池７は換気ファン５に電気的に接続してあり、太陽電池７が換気ファン５のモータ１２の電源となるものである。太陽電池７としてはシリコン系太陽電池やアモルファス系太陽電池など任意のものを用いることができるが、少ない受光量でも発電が可能な色素増感型太陽電池を用いるのが好ましい。

図３は色素増感型太陽電池の一例を示すものである。この色素増感型太陽電池は、スペーサ２９を介在させて対向配置された一対の透明基板２０、２１と、各透明基板２０、２１の対向面に配置される透明電極２２、２３と、透明電極２２、２３の間に充填される電解質層２４と、一方の透明電極２２（２３）と電解質層２４との間に配置される粒子膜２６と、透明基板２０の表面に形成される紫外線吸収層１４とを備えて形成してある。

透明基板２０、２１としてはガラス板やプラスチック板、プラスチックフィルムなどを使用することができる。このプラスチックとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ポリエチレンナフタレート、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエステルスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等が挙げられる。透明電極２２、２３としては、フッ素をドープした酸化スズ膜（ＦＴＯ）や酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ）、金、銀、アルミニウム、インジウム、酸化スズなどを透明基板２０、２１に蒸着等することにより形成することができる。また、一方の透明電極２２（又は２３）の表面に白金や金などの金属層２８を設けることができる。

電解質層２４で使用される電解質としては、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質が溶媒中に含まれていれば、特に限定されないが、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質が好ましい。酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において、可逆的に酸化体及び還元体の形で存在する一対の物質である。このような酸化還元系構成物質自体は当業者に公知である。該酸化還元系構成物質は、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン（ＩＩＩ）−タリウムイオン（Ｉ）、水銀イオン（ＩＩ）−水銀イオン（Ｉ）、ルテニウムイオン（ＩＩＩ）−ルテニウムイオン（ＩＩ）、銅イオン（ＩＩ）−銅イオン（Ｉ）、鉄イオン（ＩＩＩ）−鉄イオン（ＩＩ）、バナジウムイオン（ＩＩＩ）−バナジウムイオン（ＩＩ）、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸などが挙げられる。言うまでもなく、その他の酸化還元系構成物質も使用できる。中でも、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化銅、ヨウ化銀ルビジウム等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド等のヨウ化４級アンモニウム塩化合物、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム等のヨウ化ジイミダゾリウム化合物が特に好ましい。また、電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解しイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒の何れも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定するため、有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ガンマーブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、２−メチルーテトラヒドラフラン等のエーテル化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等の非プロトン性極性化合物、水などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、また、２種類以上を混合して併用することもできる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物が特に好ましい。電解質層２４としては、液体、固体、もしくはゲル状電解質のいずれも使用することができる。電解質層２４を形成する電解質溶液としては、エチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶液にヨウ化テトラプロピルアンモニウムとヨウ素を溶解させたものなどを用いることができる。

粒子膜２６はルテニウム錯体などの色素２５を吸着させた酸化チタンなどの半導体微粒子２７を充填することにより形成することができる。色素２５としては上記の他に、例えば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素である。その中でも、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素のような金属錯体色素は、高い量子収率を有し、光に対する耐久性がよいため、光電変換材料には適している。該金属錯体色素としては、銅、ニッケル、鉄、コバルト、バナジウム、スズ、けい素、チタン、ゲルマニウム、コバルト、亜鉛、ルテニウム、マグネシウム、アルミニウム、鉛、マンガン、インジウム、モリブデン、ジルコニウム、アンチモン、タングステン、白金、ビスマス、セレン、銀、カドミウム、白金などの金属が用いられる。この中でも、銅、チタン、亜鉛、アルミニウム、鉄、バナジウム、けい素等の金属錯体色素は高い量子効率を有する。半導体微粒子２７としては上記の他に、例えば、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化カドミニウム、酸化インジウム、酸化鉛、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化銅、酸化水銀、酸化銀、酸化マンガン、酸化鉄、酸化バナジウム、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化ストロンチウム、酸化ガリウム、酸化けい素、酸化クロムなどの如き金属酸化物類、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３のようなペロブスカイト類、硫化カドミウム、硫化亜鉛、硫化インジウム、硫化鉛、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化カドミニウム亜鉛、硫化銅などの如き金属硫化物類、ＣｄＳｅ、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、ＷＳｅ_２、ＨｇＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅの金属カルコゲナイド類、その他ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｃｄ_２Ｐ_３、Ｚｎ_２Ｐ_３、ＩｎＰ、ＡｇＢｒ、ＰｂＩ_２、ＨｇＩ_２、ＢｉＩ_３が挙げられる。また、前記半導体から選ばれる少なくとも一種以上を含む複合体も使用することができる。これらの中でも特に安価で性能に優れたアナターゼ型酸化チタン微粒子が好ましい。酸化チタンの商品名としては、例えば、ＡＭＴ−６００（テイカ株式会社製、商品名、アナターゼ型、平均粒子径３０ｎｍ）、ＡＭＴ−１００（テイカ株式会社製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径６ｎｍ）、ＳＴ−０１（石原テクノ製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径７ｎｍ）、ＳＴ−２１（石原テクノ製、商品名、アナターゼ型、１次平均粒子径２０ｎｍ）、Ｐ−２５（日本エアロジル株式会社製、商品名、ルチル・アナタース型結晶、１次平均粒径約３０ｎｍ）などが挙げられる。半導体微粒子２７の１次平均粒子径としては、例えば、１ｎｍ〜１０００ｎｍ、１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。半導体微粒子２７の粒子径が１ｎｍより小さいと、粒子膜２６の空孔径が小さくなり、電解質溶液中の酸化還元物質の移動が困難になって、光変換後の電流値が低くなるので好ましくない。また、半導体微粒子２７の１次平均粒子径が１０００ｎｍより大きくなると、粒子膜２６の表面積が大きくないため、充分な増感色素の担持量を得ることができないので、光変換後の電流値が高くならないため好ましくない。半導体微粒子２７への色素２５の担持量としては、１０^−８〜１０^−６ｍｏｌ／ｃｍ^２、特に０．１〜９．０×１０^−７ｍｏｌ／ｃｍ^２が好ましい。また、粒子膜２６の膜厚は０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲である。

紫外線吸収層１４は透明（クリアー）な無機質塗膜（セラミックコート）であることが好ましい。この紫外線吸収層１４は特開平９−２４９８２２号公報に開示されたシリコーン系コーティング剤を用いて形成することができる。

一方、換気棟３の側面には上記のように換気口４が形成してあり、換気口４の上縁には外方へ向けて斜め下方に傾斜する庇８がフィン状に突設してある。この庇８は雨水が換気口４に流入することを防ぐためのものである。そして上記のように太陽電池７を設けた軒６の下側に位置する庇８の上面は光反射性に形成してある。庇８の上面を白色の塗料で塗装したり、光輝材を含有する塗料で塗装してメタリック調に形成したりすることによって、庇８の上面を光反射性に形成することができるものであり、太陽光の反射率が５０％以上の光反射性であることが望ましい。光輝材としては、マイカ、酸化チタン被覆マイカ、アルミニウムフレーク等を用いることができるものであり、これらの光輝材を含有する塗料で庇８の上面を塗装することによって、太陽光の反射率が高い光反射性に形成することができるものである。また庇８の上面に鏡や白い板を貼ったりして、光反射性に形成することもできる。

上記のように形成される太陽電池付設の棟換気システムにあって、太陽光を受光して太陽電池７で発電がなされるとその電力が換気ファン５のモータ１２に供給され、換気ファン５を駆動して上記のように屋根１の棟２内部の強制換気を行なうことができるものである。尚、太陽電池７で発電された電気を一旦蓄電し、この蓄電した電気を換気ファン５に供給するようにしてもよい。また太陽電池７のみを換気ファン５の電源とすることも可能であるが、家屋内に配線される電源線を換気ファン５に接続し、太陽電池７による発電が不十分なときには、電源配線から給電される電力で換気ファン５を駆動させるようにしてもよい。

ここで、上記のように太陽電池７は上記のように換気棟３の軒６の下面に設けられているので、雪が太陽電池７の上に降り積もるようなことはない。従って、太陽電池７の受光面９が雪で覆われて太陽電池７内に太陽光が届かなくなるようなことがなく、雪の影響で発電できなくなることがなくなるものである。このため、積雪地方において、積雪期間の間も常に太陽電池７から電力を得ることができるものである。また、太陽電池７には雨水が降りかかることもないので、太陽電池７の受光面９が雨水で濡れることを防ぐことができる。従って砂塵やホコリなどがこの濡れた雨水に吸着されて受光面９が汚れることを未然に防止できるものであり、太陽電池７の受光面９の汚れによって太陽光の入射効率が低下することを防いで、常に高い発電効率で発電をすることができるものである。さらに、雨や風が太陽電池７に作用して太陽電池７が劣化することを防ぐことができるものであり、特に色素増感型太陽電池の場合に電解質が漏れるような劣化を防ぐことができるものであり、効率の高い発電を長期に亘って維持することができると共に、寿命を長く延ばすことができるものである。

また、太陽電池７は換気棟３の軒６の下側において受光面９を下向きに配置して取り付けてあるので、太陽光は太陽電池７の受光面９に直接照射されないが、太陽電池７の下側に配置される庇８の上面は太陽光の反射率を高く形成してあるので、庇８の上面に照射された太陽光は図１の矢印のように庇８の上面で反射し、この反射した太陽光が太陽電池７の受光面９に入射され、太陽電池７による発電に供されるものである。このように、換気棟３の換気口４に設けた庇８を利用して、太陽電池７への太陽光の入射効率を高めることができ、太陽電池７の発電効率を高く得ることができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は全体の概略図、（ｂ）は図１のイ−イ線断面図である。色素増感型太陽電池の一例を示す断面図である。

符号の説明

１屋根
２棟
３換気棟
４換気口
５換気ファン
６軒
７太陽電池
８庇
９受光面

Claims

屋根の棟の上に棟内部と連通する小屋型の換気棟を設け、換気棟に換気口を形成すると共に換気ファンによって換気口と屋根の棟内部との間で換気を行なうようにした屋根の棟換気システムにおいて、換気棟の頂部に軒を張り出して設けると共に、換気ファンの電源となる太陽電池を軒の下面に設けて成ることを特徴とする屋根の棟換気システム。
換気棟の側面に形成される換気口の上縁に庇を張り出して設け、太陽光を反射して太陽電池の下面の受光面に光を照射するために、庇の上面を光反射性に形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の屋根の棟換気システム。