JP2013007187A

JP2013007187A - 蓄熱システム

Info

Publication number: JP2013007187A
Application number: JP2011139773A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Tamura; 俊樹田村; Toshihiro Tanaka; 敏裕田中; Futoshi Maeda; 太前田; Shinji Adachi; 真治足立
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP5793706B2

Abstract

【課題】低コストで効率良く蓄熱できる蓄熱システムを提供する。
【解決手段】窓２に設けられて屋外から取り込まれる太陽光の進行方向を窓２に近い床３側に傾ける光屈曲手段を備える。光屈曲手段を経て屋内の床に照射された太陽光の熱を吸収する蓄熱材４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽光熱を利用する蓄熱システムに関する。

特許文献１には、ソーラー窓システムが開示されている。このシステムでは、外窓と内窓の間に形成された空気通路が蓄熱コンクリート等で囲まれた地下密閉室にダクトを介して連通しており、空気通路にブラインドが設けられ、ダクトに空気通路内の空気を地下密閉室に送るファンが設けられている。このシステムにあっては、太陽光がブラインドで吸収されて空気通路内の空気が暖められ、この状態でファンを駆動することで、蓄熱コンクリートに熱が蓄えられるようになっている。なお、前記蓄熱コンクリートで蓄えられた熱は夜間に室内を暖めるために用いられる。

特開平１０−２５２１６７号公報

ところで特許文献１のシステムでは、太陽光により暖められた空気通路内の空気がダクトを介して地下密閉室に供給される際に放熱が生じるため、太陽光熱の利用効率が高くない。また、空気通路内の暖められた空気を地下密閉室に供給するためにダクトやファンを設ける必要があるため、設備費用の増加が懸念される。さらにファンを駆動するために、運転費用も必要になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、低コストで効率良く蓄熱できる蓄熱システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の蓄熱システムは、窓に設けられて屋外から取り込まれる太陽光の進行方向を前記窓に近い床側に傾ける光屈曲手段と、この光屈曲手段を経て屋内の床に照射された太陽光の熱を吸収する蓄熱材を備えることを特徴とする。

また、前記窓に、屋内側に下り傾斜した熱線制御部が設けられ、この熱線制御部の上面が熱線吸収部とされると共に下面が熱線反射部とされ、前記熱線反射部で前記光屈曲手段が構成されることが好ましい。

本発明にあっては、低コストで効率良く蓄熱することができる。

第一実施形態の蓄熱システムを示す断面図である。窓ガラス及びフィルムの拡大断面図である。太陽光の進行方向を示す説明図である。熱線反射層の反射面の角度と、床に照らされた太陽光の日射面の長さとの関係を表したグラフである。第二実施形態の窓ガラス及びルーバーを示す断面図である。太陽光が屈曲せずにそのまま床に照射された様子を示す説明図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。

（第一実施形態）
まず、第一実施形態について説明する。第一実施形態の蓄熱システムでは、図１に示す建物の外壁１に形成された窓２（開口部）に光屈曲手段が設けられ、光屈曲手段を経て屋内の床３に照射された太陽光の熱を床３に設けられた蓄熱材４で吸収する。

窓２は下端が床３の上面付近に位置して十分な高さを有する矩形状の窓であって、窓２には、透光性を有する窓部材として板状の窓ガラス５が設けられている。なお、窓ガラス５は、単板ガラスであってもよいし、複層ガラスであってもよい。

窓ガラス５には、図２に示す熱線制御部６が設けられている。この熱線制御部６は、窓ガラス５の屋外側の面に全体に亘って貼り付けられたフィルム１６に設けられている。フィルム１６はアクリルフィルム又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムであり、透光性を有している。フィルム１６の表面には屋外側に開口する溝１７が上下方向に複数形成されている。各溝１７の下面は水平であるのに対して、溝１７の上面は屋内側程下方に位置するように傾斜した傾斜面１８となっており、各溝１７の傾斜面１８に熱線制御部６が設けられている。

各熱線制御部６は扁平で傾斜面１８と平行であり、上面部を構成する熱線吸収層１４と、下面部を構成する熱線反射層１５で構成されている。熱線吸収層１４は傾斜面１８に塗装によりコーティングされた熱線吸収材で構成され、近赤外又は赤外領域の光を吸収する熱線吸収部をなす。熱線反射層１５は熱線吸収層１４の下面に塗装によりコーティングされた熱線反射材で構成され、近赤外又は赤外領域の光を反射する熱線反射部をなす。

屋外側から窓ガラス５に向かう太陽光の進行方向が鉛直下向きに近い場合、当該太陽光はフィルム１６を透過した後に図３中矢印ａ_１に示すように熱線吸収層１４に至り、この太陽光に含まれる熱線が熱線吸収層１４で吸収されるようになっている。他方、屋外側から窓ガラス５に向かう太陽光の進行方向が水平方向に近い場合、当該太陽光はフィルム１６を透過せずに溝１７の開口から図３中矢印ｂ_１に示すように熱線反射層１５に至る。そして、この太陽光に含まれる熱線は熱線反射層１５で反射してその進行方向が矢印ｂ_２に示すように下側、すなわち窓２に近い床３側に傾けられ、フィルム１６及び窓ガラス５を経て屋内の床３に向かう。すなわち、本実施形態では、各熱線制御部６の熱線反射層１５により、屋外から取り込まれる太陽光の進行方向を下側に傾ける光屈曲手段が構成されている。

傾斜面１８、熱線吸収層１４、及び熱線反射層１５の夫々の水平面に対する傾斜角度αは、夏の真昼における太陽高度と冬の真昼における太陽高度の間の角度に設定される。例えば、東京における夏の真昼における太陽高度は７４．４°であり（７月２１日１２時）、冬の真昼における太陽高度は３４．３°（１月２１日１２時）であるため、傾斜角度αは４０°〜６０°の範囲内で設定される。このように傾斜角度αを設定することにより、夏の真昼における直達日射は熱線吸収層１４に至り、冬の真昼における直達日射は熱線反射層１５に至るようになっている。

蓄熱材４の種類は限定されるものではないが、例えばパラフィン系の潜熱蓄熱材や無機系の蓄熱材が用いられる。なお、蓄熱材４の蓄熱温度は屋内が夏に暑くならず且つ冬に寒くならないように２３℃〜２５℃に設定することが好ましい。

図１に示すように、蓄熱材４は、床面を構成する床材１９の下面に沿って設けられており、板状に形成されている。蓄熱材４は、前記窓２に設けられた各熱線制御部６の熱線反射層１５で反射した太陽光の床３への照射領域と略重複する又は収まるように窓２の近傍に配置されている。このため、図１に示すように太陽光が各熱線制御部６の熱線反射層１５で反射して床３に照射されると、この太陽光の熱が蓄熱材４に吸収される。そして、このように蓄熱された蓄熱材４は、例えば太陽光熱によって暖められない夜間等に放熱され、この放熱により屋内が暖められる。なお、図１では、窓ガラス５を透過して床３に至る太陽光の上限及び下限の夫々を破線で示しており、太陽光が光屈曲手段を経て屈曲し、この後床３に至る様子を矢印で示している。

以上説明した本実施形態の蓄熱システムでは、窓２を介して屋内に取り込まれた太陽光が床３に照射され、この太陽光の熱が床３に設けられた蓄熱材４に蓄えられる。この場合、太陽光により加熱された床３の熱を蓄熱材４に直接吸収することができ、太陽光熱を効率良く利用できる。また、別途ダクトやファンを設ける必要がなく、コストを抑えることができる。

また、窓２には屋外から取り込まれる太陽光の進行方向を窓２に近い床３側に傾ける光屈曲手段が設けられ、この光屈曲手段を経て屋内の床３に照射された太陽光の熱が蓄熱材４に蓄えられるようになっている。このため、蓄熱材４を床３の窓側近傍に設けるだけで、太陽光熱を蓄熱できる。

例えば図６に示す参考例のように窓２から取り込まれる太陽光が屈曲せずにそのまま床３に照射されると、蓄熱材４を窓２から遠く離れた箇所まで広範囲に設ける必要がある。また、この場合、窓２から取り込まれた太陽光が、床３上に配置された家具、ソファー、ラグ等の室内用品によって遮られる可能性があり、床３の蓄熱材４に対応する部分に太陽光が照射されない箇所ができて、蓄熱材４の蓄熱量が減少する恐れがある。しかし、本実施形態では、蓄熱材４を室内用品が配置され難い床３の窓側近傍に設けるだけでよいので、上記の問題を改善できる。すなわち、蓄熱材４を広範囲に設けることなく、十分な蓄熱量を確保できる。

図４は、太陽高度が３４．３度（東京１月２１日１２時）であり、窓２の上下長さＬ１が２．１ｍであるときの、熱線反射層１５の反射面の角度（傾斜角度α）と、床３に照らされた太陽光の窓２から屋内側に伸びる日射面の長さＬ２との関係を表したグラフである。なお、フィルム１６を設けない場合、上記と同条件の下では、床３に照らされた太陽光の日射面の長さＬ３は約３．１ｍとなる。

図４から明らかなように、例えば傾斜角度αを５０°に設定した場合、床３に当たる日射面の長さＬ１は約１ｍとなる。この場合、蓄熱材４はこの日射面の範囲にのみ設ければよく、フィルム１６を設けない場合と比較して蓄熱材４を設ける範囲を大幅に狭めることができる。

また、本実施形態では、図２のように窓２に設けられた熱線制御部６が屋内側に下り傾斜している。このため、進行方向が鉛直方向に近い夏の太陽光は、熱線制御部６の上面を構成する熱線吸収部に当たりやすくなり、進行方向が水平方向に近い冬の太陽光は、熱線制御部６の下面を構成する熱線反射部に当たりやすくなる。従って、夏においては太陽光の熱線を熱線吸収部で吸収して、屋内温度の上昇を抑えることができ、冷房負荷の低減等を実現できる。また、冬季においては太陽光の熱線を熱線反射部で反射して、太陽光熱を蓄熱材４で効率良く吸収することができる。

なお、本実施形態では、光屈曲手段を窓２に配置された窓ガラス５に設けたが、窓２における窓ガラス５の屋外側や屋内側、窓ガラス５の内部に設ける等してもよい。

（第二実施形態）
次に第二実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態の窓ガラス５には、図５に示すように、フィルム１６に代えてルーバー１１が設けられている。本実施形態の窓ガラス５は、二枚のガラス板７，８を空気層９を介して配置した複層ガラスで構成されている。そして、窓ガラス５の屋外側のガラス板７と屋内側のガラス板８の間にはルーバー１１が設けられており、このルーバー１１に熱線制御部が設けられている。

ルーバー１１は、上下方向に並べて設けられた複数の羽板１２を有しており、各羽板１２が熱線制御部を構成している。各羽板１２は、屋内側に向かって下り傾斜した板状部材１３と、板状部材１３の上面に積層された熱線吸収層１４（熱線吸収部）と、板状部材１３の下面に積層された熱線反射層１５（熱線反射部）とで構成されている。

板状部材１３は厚さ０．５ｍｍのアルミ板である。熱線吸収層１４は板状部材１３の上面に塗装によりコーティングされた熱線吸収材で構成され、熱線反射層１５は板状部材１３の下面に塗装によりコーティングされた熱線反射材で構成されている。なお、各羽板１２の水平面に対する傾斜角度αは第一実施形態と同じ理由により４０°〜６０°に設定されている。なお、各羽板１２の傾斜角度は手動で変更できるようにしても構わない。

屋外側から窓ガラス５に向かう太陽光は屋外側のガラス板７を通ってルーバー１１の羽板１２に至る。この太陽光の進行方向が鉛直下向きに近い場合、当該太陽光は熱線吸収層１４に至り、この太陽光に含まれる熱線が熱線吸収層１４で吸収されるようになっている。他方、太陽光の進行方向が水平方向に近い場合、当該太陽光は熱線反射層１５で反射することでその進行方向が窓２に近い床３側に傾けられ、この後、屋内側のガラス板８を通って屋内の床３に向かう。すなわち、本実施形態では、各羽板１２の熱線反射層１５により光屈曲手段が構成されている。

なお、本実施形態では、熱線制御部を設けたルーバー１１を窓ガラス５の内部に設けたが、窓２における窓ガラス５の屋外側や屋内側に設けても構わない。また、前記各実施形態における光屈曲手段は、太陽光を進行方向が窓２に近い床３側に傾くように反射させるものであるが、光屈曲手段は太陽光を進行方向が窓２に近い床３側に傾くように屈折させるものであってもよい。

２窓
４蓄熱材

Claims

窓に設けられて屋外から取り込まれる太陽光の進行方向を窓に近い床側に傾ける光屈曲手段と、この光屈曲手段を経て屋内の床に照射された太陽光の熱を吸収する蓄熱材を備えることを特徴とする蓄熱システム。
前記窓に、屋内側に下り傾斜した熱線制御部が設けられ、この熱線制御部の上面が熱線吸収部とされると共に下面が熱線反射部とされ、前記熱線反射部で前記光屈曲手段が構成されることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。