JP2019518886A - 可変長連結要素を有する太陽エネルギールーフタイル - Google Patents

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Abstract

本発明は、太陽放射から電気および熱エネルギーを得る太陽エネルギールーフタイル(20)に関する。太陽エネルギールーフタイル(20)の形状は従来の屋根瓦の形状と実質的に一致し、太陽エネルギールーフタイル(20)を屋根上に装着するための地タイル(22)を有し、太陽エネルギールーフタイル(20)は上部に配設され第１の電力ライン(96)および第２の電力ライン(98)に連結された光発電モジュール(90)と、流入路(34)および流出路(36)を有し媒体が通過する吸熱体(26)とを含む。流入路(34)はその自由端に第１の連結要素(38)を含み、流出路(36)はその自由端に第２の連結要素(40)を含む。２本の路(38、40)の少なくとも一方は可変長に形成される。基本状態では、２つの連結要素(38、40)はいずれも太陽エネルギールーフタイル(20)の外側寸法内に配設される。組立て状態では、２つの連結要素要素(38、40)の少なくとも一方は太陽エネルギールーフタイル(20)の外側寸法を越えて引き出すことができ、媒体が連通して導電性を有する手法で隣接する太陽エネルギールーフタイル(20)の対応する連結要素(38、40)に連結可能である。可変長路(34、36)は２本の電力ライン(96、98)の一方を含む。
【選択図】図１

Description

詳細な説明
本発明は、太陽エネルギーから電気および熱エネルギーを生成する太陽エネルギールーフタイルに関するものであり、太陽エネルギールーフタイルは基本的には従来の瓦の形状をとっている。
太陽熱による、とりわけ温水の供給は、太陽放射を利用する最も広く普及した技術であり、太陽熱収集器を使用して流体を加熱する。その一方で、太陽放射は収集器の吸熱面に入射して収集器を加熱する。生成された熱は、流動する媒体、一般的には流体、または空気にまでも伝導される。太陽放射によって加熱された媒体は通常、循環ポンプによって温水貯水槽に送られる。温水貯水槽で、生成された熱は、加熱された媒体（例えば分散媒）から熱交換器を介して、温水貯蔵槽の工業用水または飲料水に伝導される。伝導中に媒体は冷却され、その後は収集器に再循環されることになる。
流体を媒体として使用する場合、不凍液と水の混合物がとくに適している。あるいは、加熱回路水自体を収集器に送り込んで、収集器内で加熱してもよい。この場合においても、飲料水を熱交換器によって加熱してもよい。
また、光発電は太陽放射を利用する技術として広く普及している。太陽放射は太陽電池を備えた光発電モジュールに入射する。当該太陽電池は、太陽光のエネルギーを電気的に使用可能なエネルギーに変換する。太陽エネルギーから電気的に使用可能なエネルギーへの変換は周知技術であるため、ここでは詳述を省く。
太陽熱収集器を取り付けるには、屋根面を利用することが適している。市販の太陽熱収集器が、大抵は既設の屋根に追加的に適用される。多くの場合、屋根板を介して固定要素を屋根支持構造体に取り付ける必要があり、締結具は暴風耐性を備えていなくてはならず、さらに防食性も備えていることが望ましい。従来の屋根板に穴を開ける場合、必然的に密閉性、ひいては堅牢性に関する問題が生じるであろう。また、屋根にかかる負荷が増大し、屋根のトラスの補強が必要になることも多々ある。さらには、このような太陽熱収集器は屋根の外観に支障を来す。
一方、太陽熱または光発電ルーフタイルが知られているが、これは一般的に使用されるルーフタイル、屋根瓦または屋根葺き用の石材物に代わって使用されるものである。太陽エネルギールーフタイルは、太陽エネルギーを受け取る吸熱体も備え、好ましくは流体である媒体が通過し、これによって媒体が加熱される。光発電ルーフタイルは、上部すなわち太陽に面する部分に、太陽エネルギーを受け取って変換する光発電モジュールすなわち太陽電池を含んでいる。そのため、上述した組立式の太陽熱収集器の不利点を大幅に回避できるが、このような太陽光ルーフタイルは、市販の屋根瓦で葺いた従来の屋根に比べ、設置に労力を要し、比較的扱いにくい。とくに主要な問題となるのが、個々の太陽光ルーフタイル間の流体連通を確保する設置の手間が大きいことである。通過する媒体を太陽熱ルーフタイル間で次々と送らなければならないため、適切に密接な連結をしなければならない。そのため、費やされる時間および組立作業にかかる労力はかなり大きくなる。同様に、光発電ルーフタイル間を電気的に接続するための接続工程のせいで、必要な組立作業および時間は大面積の太陽熱収集器よりもはるかに大きい。
このような太陽エネルギーを利用するルーフタイルおよびその組立てについては、例えば、ドイツ特許出願公開公報第１０２０１１０５５９０４Ａ１号およびドイツ実用新案出願公開公報第２０２０１３００２４０７Ｕ１号に記載されている。これらの文献に記載されているルーフタイルの組立ては、とくに、別の部材が必要なうえに、支持構造体の加工も必要となるため、複雑で大変である。
本発明は、製造、組立ておよび保守が極力簡易で安価な太陽エネルギールーフタイルを提供することを目的とする。これに関連して、取付け工程が通常の屋根瓦を用いた屋根葺き工程と極力変わらないことが重要である。よって、本発明に係る太陽エネルギールーフタイルを使用してエネルギー変換を行うシステムは、全体が絶え間なく確実に作動することが求められる。
上記目的は、請求項１ならびに方法の独立請求項における特徴を有する太陽エネルギールーフタイルにより達成される。
そのため、本発明に係る太陽エネルギールーフタイルは、流入路および流出路を有し上部側に配設され媒体が内部を通過する吸熱体を備え、吸熱体は地タイル上に配設される。地タイルは、太陽熱ルーフタイルを屋根上に取り付けるためのものである。さらに、光発電モジュールも設けられていて、このモジュールも上に、すなわち太陽に面して配設される。
本発明に係る太陽エネルギールーフタイルの形状は従来のルーフタイルに実質的に一致するため、本太陽エネルギールーフタイルを使用することで屋根または家屋それぞれの外観が変化することはほとんどないであろう。ここで、屋根瓦とは、例えば屋根瓦、屋根葺き用石材またはシングル屋根板など、屋根葺き要素と同義であり、本発明を屋根瓦に限定する意味ではないと理解すべきである。
それぞれ、熱エネルギーを生成する吸熱体は流入路および流出路を備え、光発電モジュールは第１の電力ラインおよび第２の電力ラインを備える。吸熱体および光発電モジュールはいずれも、それらの路やラインを介して隣接する太陽エネルギールーフタイルに連結可能である。
以下において、流体は媒体の役割を果たすものであり、例えば空気などの気体状媒体も想定し得ると考えるべきである。
流入路はその自由端に第１の連結要素を有し、流出路はその自由端に第２の連結要素を有する。これらの連結要素は、流体媒体の連通に際して相互に連結可能である。重要なことは、一方の路は可変長に構成することである。このようにして、最初の初期状態では、どちらの連結要素も太陽エネルギールーフタイルの外形寸法の範囲内で配設してもよい一方で、組立て状態では、線状に可変長であることから連結要素を伸長させて、連結要素が太陽エネルギールーフタイルの外形寸法を越えて突き出るようにしてもよい。ここで、外形寸法または全体寸法とは、それぞれ平面または水平方向への延伸における太陽エネルギールーフタイルの全体寸法に関連するものであり、一般的な矩形の太陽エネルギールーフタイルの場合、２つの長手方向の辺および２つの横方向の辺によって規定される。ここで、水平および垂直の意味は、水平面に接する太陽エネルギールーフタイルに関連するものであり、その主要な延伸部は水平面方向に延びる。
このことは、本発明に係る太陽エネルギールーフタイルが、初期状態において、太陽熱利用を行わない市販の屋根瓦と同じ寸法であることを意味する。しかしながら、組立て状態では、第２の連結要素を太陽エネルギールーフタイルの外形寸法の範囲を越えて伸長させ、隣接する太陽エネルギールーフタイルの第１の連結要素に連結させてもよい。続いて、連結された両太陽エネルギールーフタイルを互いに近づけてもよい。２つの太陽エネルギールーフタイルが一部の領域を重ねた状態で配置され、そして２つの連結要素が上側にある太陽エネルギールーフタイルの下方に配置されるまで、すなわち、２つの連結要素が視認できないように配置されるまで、流出路が再度収縮する。
基本的には、本発明によると、流入路もしくは流出路、または両方の路でさえも、可変長に形成してもよく、本発明に係るとくに有利な実施形態では、流出路を可変長に形成する。以下に、本発明をそのような実施形態で例示するが、これは様々な実行可能な例の１つにすぎない。
流出路に連結された第２の連結要素は、好ましくは、地タイルの延長方向に延びる長手方向溝内に案内される。これに対し、流入路および第１の連結要素は、太陽エネルギールーフタイルの外形寸法内に固定配設される。
屋根葺き時に隣り合う太陽エネルギールーフタイル間の距離のずれを即座にかつ容易に補正できるため、可変長の流入路を容易に屋根の上に組み立てることができる。ルーフタイルの重ね合わせのむらは瓦桟の隙間のばらつきに起因するものであり、ひいては、屋根の長さ（雨樋板から棟飾りまで）の調整を実行するときに、ルーフタイルの枚数によって生じるものである。
可変長の流入路とは、第２の連結要素の延伸方向に対して流入路が可変長であると理解すべきである。よって、とりわけ好ましい実施形態では、流出路はいわゆる入れ子管として形成され、互いに接し合い密閉された径の異なる２つの管部分が、互いに対して摺動可能となる。あるいは、絶対長を一定に維持する流出路を使用することも可能であるが、幾何学的設定の変更により延伸方向の長さを伸ばすことができる。これは、例えば、らせん状に巻かれた伸縮性のある流出路に適用するものであり、本発明によれば、このような路も使用可能である。結局は、流出路により第２の連結要素を引き抜くことができるという本発明の動作が重要である。
とくに有利な実施形態において、２つの連結要素は、嵌込み連結として、もしくは係合連結として形成される。例えば、第１の連結要素は収容開口部を備えていてもよく、収容開口部に第２の連結要素を挿入することができ、さらに収容開口部は第２の連結要素をきっちり嵌まった状態で取外し可能に維持する。ここでは、収容開口部内で下側をくり抜いた部分によりきっちり嵌まった状態にすることができ、下側くり抜き部分に第２の連結要素の保持端部が接する。
連結を安全でありながら取外し可能にするために、伸縮性のある係合手段を設けてもよく、係合手段は各保持部に係合する。とりわけ簡易な実施形態では、第２の連結要素は開口部またはくぼみを備えていてもよく、その中に第１の連結要素のうち伸縮式および／またはばね留め式のピンが係合する。連結工程では、ピンはまず第２の連結要素によって動かされ、各くぼみまたは開口部に戻る。
係合状態では、２つの連結要素は固定連結され、連結は少なくとも１本、好ましくは２本のばね留めピンを使用することで格別の効果が得られる。これに関連して、係合開口部およびピンの自由端はそれぞれ、ピン全体ではなく、一部のみが開口部に入る大きさに形成される。このため、ピンの自由端を円錐状に形成してもよい。これにより、垂直方向の連結、すなわちピンの挿入方向に対して横断する連結を固定することができる一方で、ピンの長手方向に作用するばね力によって２つの連結要素は互いに対して圧縮されるため、堅固な連結を確保することができるであろう。他の係合連結を利用してもよく、２つの連結要素を十分確実に連結するようにできるものと理解すべきである。これに関して、流体が通過するようぴったりと連結することが重要である。
有利には、（適切な形状の工具を使用して）ばね力に逆らってピンを圧縮して連結を解除してもよく、これにより、第２の連結要素を第１の連結要素から引き抜くことができる。このため、例えば適切な工具を使用して、ピンと係合開口部の係合を解いてもよい。
連結を行う別の手法として、回転摺動部（溝を備えた回転円盤）を用いてもよく、回転摺動部は、２枚のルーフタイルを組み立てた状態では、屋根上の高い方に位置するルーフタイルの方向において２つの連結要素の前方に配設される。当該実施形態の変形例では、第２の連結要素を第１の連結要素から軸方向に取り出すことができる。したがって、上方向ではなく軸方向に取り外すことで２つの連結要素が分離される。回転摺動部は、例えば六角ねじ・ナット用組立工具などの工具を使用して、ルーフタイルの前端部のシャフトを介して操作する。回転摺動部は、「閉じた」位置においてのみ、第１の連結要素の軸方向の動きを妨げるものであり、上述したように、この位置においてのみ、第２の連結要素を第１の連結要素内に係合させて維持することができる。「開いた」位置では、回転摺動部は回転摺動部の表面に設けられた溝が開口部を露出させる位置になり、当該開口部を通じて第２の連結要素を第１の連結要素から取り出すことができる。
有利には、回転摺動部は、別の方法でルーフタイルを瓦桟に係合する保持鍔に代わるものである。保持鍔は、据え付けた状態では、瓦桟の後方に係合する。本実施形態では、このような働きは回転摺動部によって実行される。
連結要素だけでなくルーフタイル自体も露出させるためには、回転摺動部は瓦桟用に別のくぼみを有していることが好ましい。これにより、回転摺動部は、「閉じた」状態ではルーフタイルを瓦桟に保持する。回転摺動部は、ルーフタイルの幅に対して瓦桟の上部端の中央に（据え付けた状態で）配設される。例えば修理などのためにルーフタイルの取外しを可能にするには、回転摺動部を「開いた」位置に切り替えるだけでよく、これにより、回転摺動部はそれ以上瓦桟の後ろ側に係合することはない。基本的には、保持鍔の役割を果たす回転摺動部の保持部分の向きが変わるであろう。第２の連結要素およびルーフタイル保持部が解放され、ルーフタイルをタイルで覆われた屋根面から前方に引き出すことができる。
取り外されたルーフタイルに代えて別のルーフタイルを取り付ける際、回転摺動部はまず「半分閉じた」位置に切り替わる。この位置では、第２の連結要素用のくぼみはすでに連結要素の前には位置していない。そのため、第２の連結要素は第１の連結要素と接合して係合できる。ルーフタイルは、連結要素と接触可能な屋根の表面の間隙の前に配置しなければならない。回転摺動部は第２の連結要素の軸方向におけるずれを防止するが、屋根または瓦桟のいずれの方向においても、ルーフタイルの上に突き出ることはない。このようにして、ルーフタイルは屋根の表面に向かって残りの距離を差し込まれ、その後、回転摺動部を「閉じた」位置に切り替えることができる。これにより、瓦桟のくぼみの向きが変わり、回転摺動部が瓦桟の後ろ側に係合してルーフタイルを所定の位置に維持する。
第１および第２の連結要素の連結を行うためにとくに有利な実施形態は鎚であり、第１および第２の連結要素を各々の連結位置に挿入するときに、鎚は流入路および電流接触子を第２の連結要素内に摺動させる。これによって電気導線も鎚を介して延びる。第２の連結要素はその最終的な連結位置においてレバーを押し下げて鎚を解放し、流出路および電流接触子をばね力によって挿入する。第２の連結要素は、数ミリメートル、好ましくは約４ｍｍ押されて回転摺動部に当接し、回転摺動部は下側くり抜き部分においてその前方端が上を向いた状態で固定される。
太陽光ルーフタイルを交換する場合（例えば破損による場合）、太陽光ルーフタイルを取り外した後に、その鎚を初期位置に押し戻して再度付勢して、再度レバーに係合させる。
太陽エネルギールーフタイルは好ましくはサンドイッチ構造であり、それぞれの連結要素を備えた吸熱体および光発電モジュールは、屋根支持構造体への取付要素を備えた地タイルと透明被覆要素の間に配設されている。
吸熱体は、媒体を含有しない上部吸熱要素および媒体を含有する下部吸熱要素からなるものでもよい。上部吸熱要素は、とくに暗色または黒色にすることで、最大限まで熱くなるように構成される。２つの吸熱要素は金属製で、互いに対してはんだ付けまたは溶接されることが好ましい。とくに、製造の容易性や費用対効果を保つには、ロール溶接法が好適な連結法であることが実証されている。上部吸熱要素自体および地タイルはいずれも、深絞り法で製造することができる。
地タイルと吸熱体または被覆要素との間に配設された周縁枠要素は、一方においては個々の要素を相互に固定するものであり、他方においては、太陽エネルギールーフタイルの堅牢性を高めることができるものである。
組立てをさらに容易にするために、第２の連結要素を好ましくは吸熱体または地タイルにおいて案内する。案内は、例えば地タイルに設けられた長手方向溝を利用して行われてもよく、長手方向溝内に第２の連結要素の保持部分が突出して保持される。これにより、第２の連結要素のみを長手方向溝に沿って動かすこと、とくに、第２の連結要素の歪みを抑制することを確実にする。
とりわけ有利な実施形態において、収容開口部は第１の連結要素内にＴ字状に形成され、上部に向かって開口するように構成される。したがって、第２の連結要素もＴ字状に形成され、収容開口部内に上部から挿入できる。Ｔ字形状にすることにより、実質的に水平の引張り方向に対する固定が自動的に可能になる。垂直方向の連結が解除されないようにするために、第１の連結要素に配設されたばね留めピンが第２の連結要素の開口部に係合する。ピンは、好ましくは、第２の電力ラインの長手方向延長線に対して横断する方向に形成されたＴ字状の２つの短尺部分に配設される。
このように、本発明に係る太陽エネルギールーフタイルは迅速かつ簡単に屋根支持構造体に設置され得る。太陽エネルギールーフタイルは、第２の連結要素を引き戻すことにより、屋根上で市販の屋根瓦と同様に動かすことができ、屋根上で作業を行うことができる。このため、第２の連結要素を太陽エネルギールーフタイルから引き出して、係合連結によって隣接する第１の連結要素に連結するだけでよい。
第１の電力ラインは、好ましくは光発電モジュールのケーブル連結部から流出路に沿って第２の連結要素へと延び、例えば第２の連結要素の外側に取り付けられるか、または第２の連結要素をらせん状に取り巻くように取り付けられる。とくに有利な実施形態の変形例において、第１の電力ラインは流出路と一体化してもよく、例えば流出路の内部を延伸する。この場合、電力ラインは流体中に配設のに適するようにしなければならない。あるいは、流出路は、その壁部に空洞、好ましくは長手方向溝を備えていてもよく、空洞内を電力ラインが延伸する。これにより、電力ラインが流出路内の流体と接触することはない。最後に、とくに有利な実施形態の変形例では、少なくとも所定の領域において流出路自体が導電性材料で製造される。例えば、流出路のいくらかの領域は導電性材料で形成され、流体と接触できないようにする。
本発明によると、連結要素間の電気的接続は接触面によって実現され、接触面は各連結要素にそれぞれ配設されている。当該連結要素は、連結要素の組立て状態において、互いに接触して電力を給送する。また別の方法として、接触面を太陽エネルギールーフタイルの他の場所に配設してもよく、つまりは、接触面を連結要素とは別の場所に設けることも可能である。
好ましくは、収容部および嵌込み要素は、少なくともある領域を導電性材料で形成可能であり、電力を給送する接触面を形成してもよい。とくに、ピン自体、および組立て状態においてピンと接する収容部の縁部は、接触面を形成することができる。
熱エネルギーを利用するシステムは全体として、上述の太陽熱ルーフタイルを備えているが、加えて、好ましくはいわゆる棟瓦の列の下方に設けられた多岐ライン、および好ましくはいわゆる雨樋板の代わりに給送ラインが設けられている。このため、棟瓦の列に隣接する太陽エネルギールーフタイルの最上列は、とくに弾性的に形成された収集供給路を介して、収集ラインに連結される。収集供給路もまた可変長に形成してもよいが、大抵の場合は比較的柔軟で可撓性のある管類で事足りる。収集供給路は流出路に取って代わる、すなわち吸熱体には連結しない。しかしながら、収集供給路は収集ラインに挿入可能な自由端を有する。
雨樋板に隣接する太陽エネルギールーフタイルは、流入路に代えて供給給送路を有する。供給給送路もまた可変長に形成されるが、ここでもまた、可撓性管類で足りる場合がきわめて多い。供給給送路は第１の連結要素に連結されるが吸熱体に対しては連結されない。しかしながら、供給給送路はその自由端において給送ラインに連結可能である。
収集ラインおよび給送ラインはそれぞれ、屋内の加熱システム、好ましくは熱交換器に接続される。該当する連結ライン、すなわち給送ラインに通じる冷水ラインおよび収集ラインに通じる温水ラインを、家屋の中または外に設置することができる。家屋の内側に配設される縦樋内への設置は、とくに有利であることが実証されている。このような縦樋は雨水を排水する用に供するが、その一方で、連結ラインをその内部に収容することも可能である。とくに好ましい実施形態では、連結ラインを分離壁によって縦樋の雨水案内部から分離させてもよい。このため、縦樋は２つの区画に分割される。
また、主電力ラインを設けて、光発電モジュールを屋内の電力配電盤に接続する。このような主電力ラインもまた、縦樋を通って延伸することができる。
さらに、回収エネルギー用の電力ラインとは別に、連結要素を介してパイロット電流を供給することも有利であることが実証されている。このようなパイロット電流はとくに、いわゆるＣＡＮバスを用いる場合に必要となる。
本発明の最も重要な利点により、吸熱体または太陽エネルギールーフタイルを通過する流体を利用して光発電モジュールの冷却が可能である。これにより、光発電モジュールの有効性が大幅に向上し、放出された熱もまた、さらに太陽熱システムで利用できる。そのため、太陽エネルギールーフタイル内の吸熱体ならびに／または流入路および流出路は、光発電モジュールから吸熱体ならびに／または流入路および流出路に伝導する熱が最大になるように配設することが求められる。異なる要素を互いに直接接触させてもよいし、または高い熱伝導率を有する材料からなる連結要素を用いる。
上述した本発明に係る連結要素を備えた連結構造の最も重要な利点は、直線方向および回転方向における連結の自由度が高いことである。これは、例えば２つの連結要素のゴム軸受を利用してさらに補助してもよい。
本発明に係る太陽ルーフタイルはとくに、やはり新しい技術であり有利に働く風吸引防護体とともに使用するのに適している。一部の地理的地域においては、風吸引防護体はすでに義務付けられている。これによって嵐（風吸引）で屋根がはがれるのを防止することを意図している。一般的には、ワイヤまたはクランプをルーフタイルに取り付けてルーフタイルを瓦桟に固定することで防護を実現できる。固定工程は比較的時間がかかるうえに、現場の状況に左右されるため、ルーフタイルによる屋根葺き工程よりも時間を要することがある。さらに、網状屋根構造（完全に瓦葺きされた屋根）におけるこのようなルーフタイルは、交換（例えば破損による場合）するのに困難を極める。
本発明の風吸引防護体は、上述の問題を軽減させる。ルーフタイル同士を上下に重ねる際、嵌込み突起を作動させて、突起をばね力によってルーフタイルの後方に動かして、後方に留めることができる。修理が必要な場合、この連結機構を解除するには、けん引棒孔が開いているけん引棒を有する戻り機構を、有利には前方部分にあるルーフタイルの底部側に設ける。ルーフタイルの前方を少し持ち上げると、フックをけん引棒孔に係合させて嵌込み突起をその係合位置に引き戻すことができる。このような係合位置は既定の繰出し状態であり、屋根葺き工程時、すなわちルーフタイルを瓦桟の適切な位置に取り付ける際に、変えることになる。
従来の屋根瓦の交換は、常々、比較的に困難であった（風吸引防護体が付加されていない場合でも）。なぜならば、２枚の隣り合う屋根瓦（頂部および通常は左側が重なっている）が瓦桟に載置されているにもかかわらず、交換すべき屋根瓦を瓦桟から取り外さなければならないからである。しかしながら、別の２つの連結部を解除しなければならない場合、他にも補助工具を使用しなければ、連結部を解除することはほぼ不可能である。嵌込み突起を備えた風吸引防護体であれば、別の機構を設けてルーフタイルを持ち上げることで問題を解決する。これには、けん引棒孔が開いているけん引棒を前方端側にあるルーフタイルの下から引き寄せ、次に引き栓をルーフタイルと瓦桟の間で作動させて、ルーフタイルを持ち上げる。
本発明の改良例または代替例はそれぞれ、けん引棒孔が開いている別のけん引棒をルーフタイルの前方端で作動させ、射出器を作動させて（メスピンからオスピンを射出して）、ルーフタイル間の連結を解除する。これにより、持上げ工具は不要となる。
これら３つのけん引棒孔は、いずれもルーフタイルの下部端の下側に配設されている。けん引棒孔は垂直方向に配向し、ルーフタイルの前方が持ち上がると、即座にルーフタイルの底部側から「跳ね出す」。したがって、孔は有利にはルーフタイルの中心（前側の中央）から少しずれた位置にあって、連結を解除する。この位置が有利な点なのは、連結部がルーフタイルの中心に正確に位置するように構成されているためである。本発明によると、風吸引防護体の嵌込み突起に対するけん引棒孔の位置は、例えば左に約３ｃｍというように、数センチメートルずれている。このような位置は、一般的な風吸引防護体が常にルーフタイルの左側に設けられているので、有利である。反対側には、中心より右に数センチメートル、好ましくは同様に中心から３ｃｍの位置にルーフタイルを持ち上げる引き栓用のけん引棒孔を配設することが好適である。
本発明によると、嵌込み突起用のけん引棒孔とルーフタイルの持上器を組み合わせることも考え得る。一連の流れは、引出し経路の前半で嵌込みトラップを後退させ、引出し行程の後半でルーフタイルを持ち上げる引き栓を作動させることとなろう。好ましくは、ばね要素を設け、ばね要素を介して嵌込み突起に対する付勢を維持することで、持ち上げた際に、嵌込み突起が跳ね戻らないようにする。
また別の方法として、風吸引防護体もまた、ボルトによってルーフタイルに沿って、さらにルーフタイルを横断するように固定してもよく、瓦桟の下側三分の一に斜めにねじ嵌めされる。ボルトは、ルーフタイルのほぼ中央に配される。回転摺動部を用いる場合、ボルトは回転摺動部の正反対側に配置される。ボルトの回転は、ルーフタイルの前側で行われる。ボルトは、回転摺動部に対してルーフタイルの中央の持上げ部分の下部左手側に取り付けられ、風吸引防護体に対しては持上げ部分の下部右手側に取り付けられる。これにより、ボルトは黒い表面を有するように形成されることに鑑みると、視覚的に目立たない（ルーフタイルの外観に調和する）という利点が得られる。
本発明について以下の図面を例にとって詳細に述べる。図面は本発明の好ましい実施例を示すが、本発明を図面に示す特徴に限定するものではない。
本発明に係る太陽エネルギールーフタイルの上面図を示す。 本発明に係る太陽エネルギールーフタイルで覆われた屋根の一部分を示す。 組み立てられた太陽エネルギールーフタイルの列の断面を示す。 図３の拡大断面図を示す。 太陽エネルギールーフタイルの水収容部の長手方向断面を示す。 連結要素を延伸させた状態の本発明に係る太陽エネルギールーフタイルの長手方向断面を示す。 本発明に係る太陽エネルギールーフタイルの上面図を示す。 ２枚の太陽エネルギールーフタイルの２つの連結要素を組み立てた状態を示す。 工具を使用した図８の連結の解除作業を示す。 本発明に係る熱および電気エネルギーを得るシステムを大幅に簡略化した図を示す。 太陽エネルギールーフタイルと給送ラインの結合を示す。 太陽エネルギールーフタイルと多岐ラインの結合を示す。 連結ラインを含む縦樋の断面を示す。 回転摺動部を用いた別の連結手段の概略図を示す。 付加された鎚を用いる図１４の別の連結手段を示す。 鎚の斜視図を示す。
図１は、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０の好ましい実施形態の分解図を示す。基本的に、太陽エネルギールーフタイル２０はサンドイッチ型構造様式で構成されている。太陽エネルギールーフタイル２０の底部側を構成し、屋根支持構造体２４（図３も参照）の上に載置される地タイル２２から順に、吸熱体２６、さらに好ましくは透明または半透明のカバー２８が続く。吸熱体２６は、上部吸熱要素３０および下部吸熱要素３２で形成されることがわかる。
例示の実施形態では、２つの光発電モジュール９０はそれぞれ互いに隣接した状態でカバー２８と上部吸熱要素３０の間に配設される。光発電モジュール９０が上部吸熱要素３０に当接することで、熱伝導を最適に行うことができる。光発電モジュール９０および上部吸熱要素３０は、好ましくは熱伝導性の接着剤によって互いに接着される。
組合せ型要素も考え得るが、これは、上部吸熱要素３０および光発電モジュール９０を合わせて、好ましくは互いに隣接した状態で形成するものである。
カバー２８の形状は上部吸熱要素３０とほぼ同一であるため、吸熱要素３０は完全に覆われる。下部吸熱要素３２は、図示しない流体を通す。そのためこれは、流入路３４および流出路３６に結合される。流入路３４に続いて第１の連結要素３８が設けられ、流出路に続いて第２の連結要素４０が設けられる。２つの連結要素３８、４０はそれぞれ、隣接する太陽エネルギールーフタイル２０の対応する連結要素３８、４０に連結していてもよい。
枠４２も図示する。枠は地タイル２２とほぼ同じ寸法であり、吸熱体２６を収容する役割を果たす。さらに、図示した実施例では、カバー２８は枠４２に支持され、枠に連結される。
第２の連結手段４０が地タイル２２の長手方向溝４４内に案内される。このような案内により、とくに第２の連結要素４０を引き出すことによって太陽エネルギールーフタイル２０の組立てがきわめて容易になる。さらに、長手方向溝４４は第２の連結要素４０の歪みを防止する。
結局のところ、下部吸熱要素３２と第２の連結要素４０の間に配設される流出路３６を可変長にすることが重要である。図示の実施例では、流出路は入れ子管として形成され、互いに対して摺動可能であり直径が異なる２つの管状部から形成される。
光発電モジュール９０は、電気ケーブル連結部９４を有する。さらに、第１の電力ライン９６が示され、電力ライン９６は吸熱体２６の流出路３６を囲んでらせん状に延び、第２の連結要素４０に連結される。第２の電力ライン９８は、第１の連結要素３８に連結される。第１の電力ライン９６、第２の電力ライン９８およびケーブル連結部９４は、好ましくは図示しない差込み式要素を介して相互に連結されているため、複数の太陽エネルギールーフタイル２０は並列して上向きに相互に連結される。
ここでは図示しないが、とりわけ有利な実施形態の変形例では、第１の電力ライン９６は流出路３６内に配置してもよい。第１の電力ライン９６は流出路３６の内側を延伸可能でもあるが、流出路３６もその壁部に空洞、好ましくは長手方向溝を含み、第１の電力ライン９６は長手方向溝内を延伸しても構わない。この場合、電力ライン９６が流体に接触しないという利点が得られる。
図示した実施形態の変形例では、２つの連結要素３８、４０はそれぞれ電気接触面を有し、電気接触面は対応する電力ライン９６、９８に導電接続される。連結要素３８、４０が組み立てられた状態では、接触面が互いに接触して電気的接続をもたらす。
図２ないし図４により、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０をそれぞれ屋根または屋根支持構造体２４の上に設置する様子が明確になる。図２は屋根の一部分の上面図を示し、図３は太陽エネルギールーフタイル２０の列の長手方向における断面を示す。そして、図４は図３における部分Ｂの拡大図を示す。
太陽エネルギールーフタイル２０は、一般的な屋根瓦を用いた従来の屋根葺きと同様に、相互に連結され、一部の領域が重なり合っていることがわかる。したがって、ルーフタイル２０はタイル底部側、すなわち地タイル２２の底部側で屋根支持構造体２４と当接する。とくに図４では、上下に配設されたそれぞれに隣り合う太陽エネルギールーフタイル２０が、連結要素３８、４０によって相互に連結された状態を示している。これにより太陽エネルギールーフタイル２０から、流入路３４、２つの連結要素３８、４０、吸熱体２６および流出路３６を介して通過流体が、あるいはケーブル連結部９４、２つの電力ライン９６、９８および光発電モジュール９０を通過して電力が、隣の太陽エネルギールーフタイル２０に送られる。
とくに図４に示すように、太陽エネルギールーフタイル２０は保持鍔１００を介して屋根支持体２４の、具体的には瓦桟に取り付けられる。保持鍔は、屋根支持体２４の後方に係合する。
図５は、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０の構造を明示している。第１の連結要素３８に続いて流入路３４が設けられ、下部吸熱要素３２まで通じていることがわかる。流体は、下部吸熱要素３２を通過して適宜加熱された後、流出路３６を通って第２の連結要素４０に至る。
太陽熱ルーフタイル２０の設置に関し、さらに有利には、吸熱体２６、とくに上部吸熱要素３０およびカバー２８によって第１の連結要素３８を完全には覆わないでおくと、屋根の瓦葺きをする際に利用容易性を維持しやすい。第１の連結要素３８はむしろ、最終的には隣に設置された太陽エネルギールーフタイル２０で覆われることになるため、設置された状態では視認できなくなる。
図６は、延伸した状態の第２の連結要素４０を有する太陽エネルギールーフタイル２０の長手方向断面を示す。流出路３６は図示した実施例では入れ子管として形成され、可変長であるため、第２の連結要素４０は太陽エネルギールーフタイル２０の全体寸法よりも長く引き出すことができる。よって、要素４０は太陽エネルギールーフタイル２０の各端部または各面部から離れる側に突出するため、隣接する第１の連結要素３８に円滑に連結できる。
図７は、初期状態では、どの要素も太陽エネルギールーフタイル２０の全体寸法を越えて突き出ていないことを、太陽エネルギールーフタイル２０の上面図で明示している。全体寸法は、２つの横側部８０および２つの縦側部８２によって特定される。第１の連結要素３８の収容開口部４６は、初期状態では吸熱体２６またはカバー２８で覆われずに、上方に向かって、すなわち地タイル２２から見て外方に向かって開口していると理解すべきである。収容開口部４６は、実質的にＴ字状となるように形成される。
図８および図９は、２枚の太陽エネルギールーフタイル２０を２つの連結要素３８、４０を用いて有利に連結する例を示す。２つの連結要素３８、４０が長手方向断面図で示され、流出路３６は図示されていない。これらの図から収容開口部４６（または収容くぼみ）を見て取れ、かかる収容部には第２の連結要素４０を嵌め込むことができる。Ｔ字形状にすることにより、実質的に水平方向、すなわち第２の連結要素４０の延伸方向における連結が堅固になり、２つの連結要素３８、４０が互いに分離しないようにできる。
加えて、ばね留めピン４８が嵌込み要素として示されている。図示した実施例では、２本のピン４８が設けられ、各ピンは流出路３６に隣接して平行に配向されている。
ばね要素５０は、第２の連結要素４０に配設された収容部５２に向けて各ピン４８を付勢する。これにより嵌込みまたは押込み連結がなされ、実質的に垂直方向においても、すなわち第２の連結要素４０の延伸方向に対して横向きにも固定する。
ピン４８はそれぞれ円錐状の自由端を有し、自由端の直径は、ピン４８が各収容部５２に完全に嵌まり込まない大きさにする。このようにして、ばね要素５０のばね力が各収容部５２の適正な端部に対して働く。そのため、第２の連結要素４０を流入路３４の反対側の開口部に対して付勢することができる。ここで、流出路３６および流入路３４の開口部は、相互に接している。ばね要素５０の圧力によって、２つの連結要素３８、４０の間は堅く連結され、接触面間の電気的接続が確実に行われる。
例示の実施形態では、収容部５２の縁部およびピン４８の外側面は接触面として働くことにより、２つの連結要素３８、４０を電気的に接続する。
図９はさらに、２つの連結要素３８、４０を組み立てた状態における、工具５６用の出入開口部５４の様子を示す。このような出入開口部５４には、角型工具５６を挿入することが可能である。工具５６によって、ばね要素５０のばね力に逆らって２本のピン４８を押し戻し、２つの連結要素３８、４０を互いに解放することができる。
図１０からは、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０を使用するシステムの設計方法が見て取れる。比較的に低温の流体が、冷水ライン５８を介して太陽熱パンタイル２０に供給される。流体を、相互に連結された太陽エネルギールーフタイル２０を流れる際に加熱することが可能である。また、温水ライン６０を介して流体を熱交換器６２に戻して再循環させることも可能であり、あるいは直接利用すべく流体を再循環させることも可能である。２本の連結ライン、すなわち冷水ライン５８および温水ライン６０は、例えば家屋の給水設備など、利用設備に太陽エネルギールーフタイル２０を結合するものである。主電力ライン９２は冷水ライン５８および温水ライン６０に並行して延びている（図１３を参照）。主電力ライン９２は部分的に、屋根の雨樋板の領域に配設されていてもよい。
図１１は、比較的に低温の流体を給送ライン６４を介して太陽エネルギールーフタイル２０に供給する搬送部を明示している。給送ライン６４は、好ましくは屋根の雨樋板の一部分に配設される。太陽エネルギールーフタイル２０の列は、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０の領域のうち端部域、好ましくは屋根の下部列に配され、供給給送路６６を介して給送ライン６４に結合される。供給給送路６６は、給送ライン６４を太陽エネルギールーフタイル２０の第１の連結要素３８のそれぞれに連結する。
図１２は、最上列の太陽エネルギールーフタイル２０を収集ライン６８に取り付けた状態を示す。収集供給路７０は第２の連結要素３８から収集ライン６８内に延伸して、加熱された流体を収集ラインに給送する。
図１３は、主電力ライン９２に加えて連結ライン、すなわち冷水ライン５８および温水ライン６０を縦樋７２内の空間に有利に設置した状態を明示する。この場合、縦樋７２は、好ましくは、分離壁７４によって２つの区画に分割される。第１の区画７６は雨水を排水する用に供し、第２の区画７８は２本の連結ライン５８、６０および主電力ライン９２を収容する用に供する。このような設置方式によれば、費用対効果が大きく即座に実現可能である一方で、家屋の外観に悪影響を与えない。
図１４および図１５は、回転摺動部１０２を用いた別の連結様式を概略図で示す。回転摺動部１０２は、保持鰐１００に代わるものであり、したがって概ね保持鍔が設けられる領域に配設される。本発明に係る太陽エネルギールーフタイル２０は、回転摺動部１０２によって屋根支持構造体２４に係合される。
回転摺動部１０２は自由空間１０４を有し、自由空間１０４を通じて屋根支持構造体２４をそのままの状態で解除可能なため、太陽エネルギールーフタイル２０は軸方向に移動できる。太陽エネルギールーフタイル２０を引き出し、または挿入すべく、回転摺動部１０２を適切な位置に向けなくてはならないため、回転摺動部１０２はそれ以上屋根支持構造体２４の後方に係合しない。そのため、回転摺動部１０２は回転軸１０６を備える（図１５を参照）。
回転摺動部１０２は、同時に、第２連結要素４０の接合部でもあり、別の手法で、さらに軸方向に移動させることもできる。このことは、とくに図１６から顕著に分かる。第２の連結要素４０は、収容部１０８内に案内されるものであり、下部基礎体１１０および上部基礎体１１２を備えた階段状構造を有している。下部基礎体１１０の幅は、太陽エネルギールーフタイル２０の長手方向軸を横断する方向において上部基礎体１１２の幅よりも広い。
収容部１０８は貫通開口部１１４を備え、上部基礎体１１２はその下部幅が狭いため、貫通開口部１１４を軸方向に通り抜けできるが、下部基礎体１１０は通り抜けできない。また、下側をくり抜いた部分１１６が貫通開口部１１４の領域に設けられ、下部基礎体１１０が下側くり抜き部分に底部側から当接することで、収容部１０８の外に案内されて頂部に抜け出るのを防止できる。
図１６は別の有利な実施形態の変形例を示し、回転摺動部１０２の隣にさらに鎚１２２が設けられ、鎚によって連結が容易かつ確実に行われる。鎚１２２はばね留めされ、その底部位置において圧縮ばね１１８によって付勢される。レバー１２０は、接合部に接触することにより、鎚１１６を付勢された位置に保持する。第２の連結要素４０が上部から第１の連結要素３８内に挿入されると、レバー１２０は押下されて接合部から離れ、これによりばね力が解放される。鎚１１６は、回転摺動部１０２に向かって動き、回転摺動部１０２に接触する。また他方において、鎚は２つの下側くり抜き部分１１６の下方にその下部基礎体１１０とともに配置される。そのため、第２の連結要素４０は、回転摺動部１０２によって軸方向に保持され、なおかつ下側くり抜き部分１１６によって垂直方向に保持される。鎚１２２を前方に動かすことにより、流入路３４の一部である路部分１２６も第２の連結要素４０の流出路３６内に押し入れられる。さらに、電気的接触が閉じて、電気エネルギー（図示せず）が伝達される。
また、図１５は固定ボルト１２４を示し、固定ボルト１２４によって太陽エネルギールーフタイル２０を屋根支持構造体２４上に例えば風吸引防護体として取り付けることができる。
本発明は、図示および説明した実施例に限定されるものではなく、他の実現可能な実施形態も含む。とくに、流出路３６ではなく流入路３４、または両方の路３４、３６を可変長に形成してもよい。また、地タイル２２ではなく、吸熱体２６を屋根構造体２４に直接取り付けることも考えられる。すなわち、地タイル２２を除外してもよい。

Claims (15)

  1. 太陽放射から電気および熱エネルギーを生成する太陽エネルギールーフタイル(20)において、該太陽エネルギールーフタイル(20)の形状は従来の屋根瓦の形状と実質的に一致し、該太陽エネルギールーフタイル(20)を屋根に装着するための地タイル(22)を有し、さらに、上部に配設され第１の電力ライン(96)および第２の電力ライン(98)に連結された光発電モジュール(90)と、流入路(34)および流出路(36)を有し媒体が通過する吸熱体(26)とを含み、前記流入路(34)はその自由端に第１の連結要素(38)を含み、前記流出路(36)はその自由端に第２の連結要素(40)を含み、前記路(34、36)の少なくとも一方は可変長に形成され、基本状態では、前記連結要素(38、40)はいずれも該太陽エネルギールーフタイル(20)の外側寸法内に配設され、組立て状態では、前記２つの連結要素(38、40)の少なくとも一方は、該太陽エネルギールーフタイル(20)の外側寸法を越えて延伸することができ、これにより媒体を連通しつつ導電性を有しながら隣接する太陽エネルギールーフタイル(20)の対応する連結要素(38、40)に連結可能であり、前記可変長の路(34、36)は前記２本の電力ライン(96、98)の一方を含むことを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  2. 請求項１に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記第１の電力ライン(96)は前記流出路(38)に沿って延伸していることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  3. 請求項１または２に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記第１の電力ライン(96)は前記流出路(38)と一体形成されていることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  4. 請求項２または３に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記２つの連結要素(38、40)はそれぞれ電気接触面を含み、該接触面はそれぞれ導電性を有して対応する電力ライン(96、98)を介して光発電モジュール(90)に接続され、前記２つの連結要素(38、40)が組み立てられた状態では、前記接触面が互いに接触して電気的接続をもたらすことを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記流出路(34)は可変長に構成され、前記第１の連結要素(38)および前記流入路(34)は該太陽エネルギールーフタイル(20)内に固定配設されていることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記２つの連結要素(38、40)は嵌込み連結をなすように形成されていることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記第１の連結要素(38)は収容開口部(46)を含み、該収容開口部は水平面内にＴ字状に形成され、上方に向かって開口して、同様にＴ字状に形成された前記第２の連結要素(40)を収容することを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  8. 請求項７に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記第２の連結要素(40)は少なくとも１つの収容部(52)を含み、該収容部には前記第１の連結要素(38)に配設された嵌込み要素を係合可能であることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  9. 請求項８に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記嵌込み要素はばね留めピン(48)として構成され、前記収容部(52)および前記ピン(48)は実質的に水平方向に配向されていることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  10. 請求項９に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記収容部(52)および前記嵌込み要素は少なくともある領域が導電性材料で形成されて、導電性接触面を形成していることを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  11. 請求項１０に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記ピン(48)の自由端は円錐状に構成され、これにより、該ピンは前記収容部(52)を画成する縁部と接触することを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  12. 請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)において、前記２つの連結要素(38、40)の組立て状態では、該２つの連結要素(38、40)は工具(56)用の出入開口部(54)を形成し、該工具を利用して前記ピン(48)を後方に付勢することにより、前記２つの連結要素(38、40)を互いに対して解放することを特徴とする太陽エネルギールーフタイル。
  13. 相互に連結した請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の太陽エネルギールーフタイル(20)を含み、該太陽エネルギールーフタイルは冷水ライン(58)と温水ライン(60)と主電力ライン(92)とを介して利用設備に結合される、太陽放射から熱エネルギーを生成する太陽熱システム。
  14. 請求項１３に記載の太陽熱システムにおいて、本発明に係る太陽エネルギールーフタイル(20)の表面の端部域では、該太陽エネルギールーフタイル(20)はそれぞれ供給給送路(66)を介して給送ライン(64)に取り付けられ、該給送ラインは前記冷水ライン(58)に連結され、前記表面の反対側端部域では、前記太陽エネルギールーフタイル(20)はそれぞれ多岐供給路(70)を介して多岐ライン(68)に取り付けられ、該多岐ラインは前記温水ライン(60)に連結されることを特徴とする太陽熱システム。
  15. 請求項１３または１４に記載の太陽熱システムにおいて、前記冷水ライン(58)、前記温水ライン(60)および主電力ライン(92)は一部が縦樋(72)内に配設されることを特徴とする太陽熱システム。
JP2018553463A 2016-04-15 2017-01-30 可変長連結要素を有する太陽エネルギールーフタイル Pending JP2019518886A (ja)

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