JP2010144375A - 窓構造 - Google Patents

Abstract

【課題】、窓ガラス面積に対応する面積の太陽電池パネルを設置することができるとともに、窓に対する太陽電池パネルの交換が容易な窓構造を提供する。
【解決手段】外ガラス１１の内側に、開閉可能な内ガラス扉１２を設けた窓構造において、透光性太陽電池パネル１５を、外ガラス１１と内ガラス扉１２との間に着脱可能に設けた。太陽電池パネル１５が設けられた二重窓１０内の空間と、建物１の外部との間で空気を流通させる通気構造を窓枠３に設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、透光性太陽電池パネルを備えたダブルスキン型の窓構造に関するものである。

従来、ビルや催し物施設等の大規模建築物に用いる窓ガラスやガラスカーテンウォールのガラスとして、図８（ａ），（ｂ）に示すように、透光性太陽電池パネル５０を２枚のガラス５１，５２の間に挟んだ太陽電池パネル一体型の合わせガラス５３や、この合わせガラス５３に空間を開けて１枚のガラス５４を設けた積層構造５５が具体化されている。これらの構成を窓ガラスやカーテンウォールとして用いた場合には、その面積にほぼ等しい面積の太陽電池パネルを設置することができて、高い発電能力を得ることができる。

この種の技術としては、例えば特許文献１において、二重サッシの屋外側に透光性太陽電池パネルを設けた天窓が開示されている。また、特許文献２には、２枚のガラス板の間に、短冊形状の太陽電池パネルが複数配置された窓が開示されている。また、特許文献３には、ガラスカーテンウォールとして設置した太陽電池パネルと、その室内側に設置した軽量気泡コンクリート板との間の空間を、太陽電池パネルを冷却するための外気を流通させる通路とした構成が開示されている。
特開平６−２８０４６０号公報 特開昭５８−１９７７８１号公報 特開２００２−２１２３１号公報

ところで、太陽電池パネルの寿命は最高で約２０年であるが、建物の太陽あるいは使用年数は約６０年である。従って、建物と太陽電池パネルとには寿命のミスマッチがあるため、上記の太陽電池パネル一体型の窓ガラスやガラスカーテンウォールは建物に着脱可能とされる必要があるとともに約２０年毎の交換が必要とされる。この場合、合わせガラスや積層ガラスは太陽電池パネルが設けられていなくても重いものであるため、交換作業に労力を要するものとなる。場合によっては、ゴンドラを用いた屋外高所作業が必要となり、交換に要する手間及びコストが過大なものとなる。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、窓ガラス面積に対応する大面積の太陽電池パネルを設置することができるとともに、窓に対する太陽電池パネルの交換が容易な窓構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、躯体開口部に嵌め込まれた窓枠に、外ガラスと、開閉可能な内ガラスとを設けた窓構造において、前記窓枠に透光性太陽電池パネルを着脱可能に取り付けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記透光性太陽電池パネルと前記外ガラス及び内ガラスの間の２つの空間の少なくとも一方と、建物外部との間で空気を流通させる通気手段を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記通気手段は、暖められた空気の浮力を利用して空気を流通させることを特徴とする。
（作用）
この発明の窓構造によれば、内ガラスを開くことにより、透光性太陽電池パネルを窓枠から取り外して容易に交換することができる。

この発明によれば、窓ガラス面積に対応する面積の太陽電池パネルを設置することができるとともに窓に対する太陽電池パネルの交換が容易であるという効果を発揮する。

（第１実施形態）
次に、この発明を具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、高層建築物等の躯体建物（以下、建物という）１に設けられた二重（ダブルスキン）窓１０は、前記建物１の開口部１ａに嵌め込まれた窓枠３を有している。その窓枠３は、建物１の外部に面する外ガラス１１を備え、その室内側には開閉可能な内ガラス扉１２を備えている。外ガラス１１は窓枠３に嵌め殺しとされ、内ガラス扉１２は、図示しない蝶番により窓枠３に支持されて室内側へ開くようになっている。但し、内ガラス扉１２は、通常は設置されない着脱式の取手１２ａを使うことにより開くことができるようになっている。

窓枠３の内側周面において外ガラス１１寄りの位置には保持枠１４が取り付けられ、この保持枠１４には透光性太陽電池パネル１５（以下、太陽電池パネルという。）が着脱可能に保持されている。すなわち、太陽電池パネル１５は、保持枠１４の固定枠１６ａと、その固定枠１６ａに対応する着脱枠１６ｂとの間に挟持された状態で支持されている。着脱枠１６ｂは、その着脱枠１６ｂ及び太陽電池パネル１５の周縁部に設けられた貫通孔（図示しない）を通じて固定枠１６ａのネジ孔に取付ネジが螺合されることにより太陽電池パネル１５とともに固定枠１６ａに支持される。この取付ネジとしては、加熱によりネジ山を消失させることができる形状記憶ネジが好ましい。このようなネジは、太陽電池パネル１５の着脱に際して加熱されることにより、脱着が容易となる。

透光性太陽電池パネル１５は、ガラス基板１７上に設けた太陽電池セル１８を例えばエチレン酢酸ビニル共重合体等の合成樹脂製の保護膜１９により被覆して構成されている。そして、太陽電池パネル１５は、ガラス基板１７を外ガラス１１に対面させた状態で設置されている。さらに、太陽電池パネル１５は、外ガラス１１との間に間隔ｍを設けるとともに、その間隔ｍが内ガラス扉１２との間隔ｎよりも小さくなる位置に設置されている。なお、太陽電池パネル１５の図示しない出力線は、窓枠３内に設けられた電線に対しコネクタにより接続されるようになっている。

窓枠３には、建物１の外部と二重窓１０の内側空間との間で空気を流通させるための通気構造が設けられている。この通気構造は、窓枠３の下側部に設けられた導入部２０と、窓枠３の上側部に設けられた排出部２１とからなる。導入部２０は、窓枠３の下側部に設けられた庇部２２の下面に開口する外側導入口２３を備え、この外側導入口２３は、同下側部の内部に設けられた通路２４を通じて、下側部において太陽電池パネル１５の室内側及び室外側の空間に開口する内側導入口２５に連通されている。また、内側導入口２５は、通路２４を通じて、下側部の室内側に開口する室内導入口２６に連通されている。一方、排出部２１は、窓枠３の上側部の内面において太陽電池パネル１５の室内側及び室外側に開口する内側排出口２７を備え、この内側排出口２７は、同上側部の内部に設けられた通路２８を通じて、上側部に設けられた庇部２９の下面に開口する外側排出口３０に連通されている。この実施形態では、導入部２０、排出部２１及び外側導入口２３により通気手段が構成されている。

さて、上記構成の二重窓１０が設置された建物１の室内には、外ガラス１１、太陽電池パネル１５及び内ガラス扉１２を通じて太陽光が入り、採光可能である。太陽電池パネル１５は、太陽光によって発電を行い、その電力を外部へ供給する。

二重窓１０への太陽光の入射に伴って暖められた空気は、その浮力により排出部２１を通じて建物外部へ移動する。この空気の移動に伴う煙突効果により、建物外部の空気が導入部２０を通じて二重窓１０内の空間に流入する。この結果、二重窓１０内の温度上昇が抑制されるため、太陽電池パネル１５の温度上昇が抑さえられる。このため、太陽電池パネル１５の温度上昇による発電効率の低下が抑制される。

太陽電池パネル１５を交換するときには、内ガラス扉１２を開いた状態で、保持枠１４から着脱枠１６ｂを取り外す。すると、太陽電池パネル１５が固定状態から解除され、図３に示すように、窓枠３から取り外し可能となる。このため、太陽電池パネル１５を室内から容易に交換することができる。

次に、以上詳述した本実施形態が有する効果を列記する。
（１）外ガラス１１の内側に、開閉可能な内ガラス扉１２を設けた窓構造において、透光性太陽電池パネル１５を、外ガラス１１と内ガラス扉１２との間に着脱可能に設けた。従って、窓ガラス面積に対応する大面積の太陽電池パネル１５を窓枠３内に設置することができて、大電力を発電できる。

（２）また、太陽電池パネル１５と外ガラス１１とが一体化されていないため、建物１に窓ガラスの着脱構造を設けることは不要である。そして、太陽電池パネル１５の耐用年数が終了したときには軽量な太陽電池パネル１５のみを交換するだけでよいため、その交換を少ない労力で容易に行うことができる。また、内ガラス扉１２を開くことにより太陽電池パネル１５の着脱を室内側から行うことができるため、図８（ａ），（ｂ）に示す窓構造の場合とは異なり、ゴンドラを用いた屋外高所作業が不要となって太陽電池パネル１５の交換を一層容易に行うことができる。

（３）太陽電池パネル１５が設けられた二重窓１０内の空間と、建物１の外部との間で空気を流通させる通気構造を窓枠３に設けた。従って、太陽光の入射により同空間内で加温された空気を外気と入れ替えることができるため、太陽電池パネル１５の温度上昇が抑制され、発電効率の低下を抑制することができる。

（４）窓枠３内の空間と建物外部との間の空気の流通が、暖められた空気の浮力を利用して行われる。このため、強制的に空気を交換する場合とは異なり新たな電力消費の発生を招かないようにすることができる。

（５）ガラス基板１７上に設置した太陽電池セル１８を合成樹脂製の保護膜１９により被覆して構成される軽量な太陽電池パネル１５を採用したので、太陽電池パネル１５の交換作業を一層容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した第２実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。この実施形態は、第１実施形態における太陽電池パネル１５をルーバー型に変更したものである。なお、この第２実施形態以降の各実施形態においては、第１実施形態と異なる構成のみについて説明する。

図４に示すように、外ガラス１１の内側には、ルーバー型の太陽電池パネル１５が装着されている。この実施形態においては、太陽電池パネル１５の枠体３１と各太陽電池パネル１５ａとの間に、各太陽電池パネル１５ａの傾斜角度を調整するための調整機構が設けられている。すなわち、この太陽電池パネル１５の枠体３１の内側には、水平方向に長い短冊形状の複数の太陽電池パネル１５ａが、両端の軸１５ｂにおいて水平軸線回りに回動可能に支持されている。図５（ａ），（ｂ）に示すように、枠体３１の端部にはギヤドモータ３２が設けられている。前記軸１５ｂ及びギヤドモータ３２の出力軸３３にはピニオンギヤ１５ｃ，３４が固定され、枠体３１内にはそれらのピニオンギヤ１５ｃ，３４に噛合するラック３５が設けられている。

ギヤドモータ３２は、太陽電池パネル１５で発電された電力により回転される。そして、ギヤドモータ３２が回転されることにより、出力軸３３上のピニオンギヤ３４が回転されてラック３５が移動され、このラック３５の移動によりピニオンギヤ１５ｃを介して太陽電池パネル１５ａの角度が調整される。この角度調整により太陽電池パネル１５ａが時季に応じて太陽を指向する向きに設定される。なお、太陽電池パネル１５ａの角度調整は、年間タイマの設定に依存したり、光量センサの検出に依存したりすることができる。

以上のように構成されたこの実施形態は、第１実施形態の（１）〜（５）の作用効果に加えて以下の効果を発揮する。
（６）太陽電池パネル１５を、短冊形状の複数の太陽電池パネル１５ａから構成し、各太陽電池パネル１５ａを時季に応じて太陽に向かせることができる。このため、太陽電池パネル１５の発電効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、この発明を具体化した第３実施形態について、図６を参照して説明する。この実施形態は、第２実施形態における太陽電池パネル１５を縦型に変更したものである。

図６に示すように、太陽電池パネル１５における枠体３１の内側には、上下方向に長い短冊形状の複数の太陽電池パネル１５ａが互いに平行な状態で配設されている。各太陽電池パネル１５ａは、両端の軸により枠体３１に対し鉛直軸線回りに回動可能に支持されている。この実施形態は、第２実施形態における太陽電池パネル１５の構成を横型から縦型に変更したものである。

以上のように構成されたこの実施形態も、第１実施形態の（１）〜（５）及び第２実施形態の（６）の作用効果の他に以下の効果を発揮する。
（７）太陽電池パネル１５ａが鉛直軸線を中心に角度調整されるため、１日の太陽の動きを追うように太陽電池パネル１５ａを動かすことができる。従って、１日の発電電力を増大させることができる。

（第４実施形態）
次に、この発明を天窓に具体化した第４実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示すように、建物１の屋根２に設けられた天窓４０の窓枠３は、屋根２の外側に面する嵌め殺し外ガラス１１を備え、その内側には、開閉可能な内ガラス扉１２を備えている。外ガラス１１と内ガラス扉１２との間には、太陽電池パネル１５が窓枠３に対して着脱可能に取り付けられている。

窓枠３には、太陽電池パネル１５と内ガラス扉１２との間の空間と、屋根２の下側空間との間で空気を流通させるための通気手段としての通気構造４１が設けられている。この通気構造４１は、窓枠３の内面中央部に開口する内側通気口４２を備え、この内側通気口４２は、窓枠３の内部に設けられた通路４３を通じて、窓枠３の内面端部に開口する外側通気口４４に連通されている。

さて、天窓４０への太陽光の入射に伴って温度上昇した窓枠３内の空気は、窓枠３の高い側に位置する内側通気口４２から通路４３に入り、外側通気口４４から屋根２の下側空間へ流出する。この空気の流出に伴い、屋根２の下部空間の空気が、低い側の外側通気口４４を通じて窓枠３内の空間に流入する。この結果、同空間内の空気の温度上昇が抑制されて太陽電池パネル１５の温度上昇が抑えられ、発電効率の低下が抑制される。

以上のように構成されたこの実施形態は、第１実施形態の（１）〜（５）の作用効果を発揮する。
（その他の実施形態）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・太陽電池パネル１５を、その保護膜１９が外ガラス１１の内面に当接した状態で設置すること。この場合に、太陽電池パネル１５を加熱して保護膜１９を溶融させることにより、外ガラス１１の内面に太陽電池パネル１５を熱溶着させること。

・内ガラス扉１２を、上げ下げ式や横引き式の開閉方式とすること。
・太陽電池パネル１５と外ガラス１１及び内ガラス扉１２の間の２つの空間の一方と建物外部との間で空気を流通させる構成とすること。

・太陽電池パネル１５から供給される電力により運転される電動式排気ファンを排出部２１の通路２８内に設け、このファンにより二重窓１０の内部空間内の空気を強制排気する構成とすること。または、電動式ファンを導入部２０の通路２４内に設け、このファンにより建物外部の空気を強制導入する構成とすること。

・第２、第３実施形態において、各太陽電池パネル１５ａを所望の傾斜角度で固定すること。
・太陽電池パネル１５として、２枚のガラス板の間に太陽電池セル１８を挟み込んだ構成のものを用いること。

・この発明を、天窓あるいはカーテンウォールに具体化すること。
以下、前記各実施形態から把握され、請求項として挙げられていない技術的思想を記載する。

（１）請求項２に記載の窓構造において、前記通気手段は、強制換気により空気を流通させることを特徴とする窓構造。
（２）請求項１〜３又は技術的思想（１）のいずれか一項に記載の窓構造において、前記透光性太陽電池パネルは、互いに平行に配設された短冊形状の複数の太陽電池パネルよりなり、その表面が太陽に向くように外ガラスに対して延長方向回りに傾斜されていることを特徴とする窓構造。

（３）技術的思想（２）に記載の窓構造において、前記太陽電池パネルは、水平軸線又は垂直軸線回りに回動可能であることを特徴とする窓構造。
（４）請求項１〜３又は技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の窓構造において、前記透光性太陽電池パネルは、ガラス基板上に太陽電池セルを設置し、この太陽電池セルを合成樹脂製の保護膜により被覆して構成されていることを特徴とする窓構造。

（５）請求項１〜３若しくは技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の窓構造を備えたことを特徴とする建物。

第１実施形態の窓構造を示す縦断面図。 窓構造を示す分解斜視図。 窓構造を示す縦断面図。 第２実施形態の窓構造を示す縦断面図。 （ａ）は、角度調整機構を示す側面図、（ｂ）は同じく正面図。 第３実施形態の窓構造を示す平断面図。 第４実施形態の窓構造を示す縦断面図。 （ａ），（ｂ）は共に従来の太陽電池パネルを備えた窓を示す縦断面図。

符号の説明

１…躯体建物、１ａ…躯体開口部、３…窓枠、１０…二重窓、１１…外ガラス、１２…内ガラスとしての内ガラス扉、１５…透光性太陽電池パネル、１７…ガラス基板、１８…太陽電池セル、１９…保護膜、２０…通気手段を構成する外気導入部、２１…同じく内気排出部、４０…天窓、４１…通気手段としての通気構造。

Claims (3)

1. 躯体開口部に嵌め込まれた窓枠に、外ガラスと、開閉可能な内ガラスとを設けた窓構造において、
   前記窓枠に透光性太陽電池パネルを着脱可能に取り付けたことを特徴とする窓構造。
2. 前記透光性太陽電池パネルと前記外ガラス及び内ガラスの間の２つの空間の少なくとも一方と、建物外部との間で空気を流通させる通気手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の窓構造。
3. 前記通気手段は、暖められた空気の浮力を利用して空気を流通させることを特徴とする請求項２に記載の窓構造。

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