JP3297036B2 - 空気集熱式ハイブリッドシステム - Google Patents

空気集熱式ハイブリッドシステム

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維シート
(CFシート)空気集熱器と断熱円筒を組み合わせた空気
集熱式ハイブリッドシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】北海道のような寒冷地では、高気密・高
断熱住宅が一般的であり、このような住宅は、熱負荷を
極端に抑えた構造、原理に基づき、省エネルギー住宅の
観点では理想的である。そのため、高気密化された室内
の換気法及びシステムの技術開発が求められ、種々の省
エネ型機械換気システムが試行されてそれなりの成果を
上げている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、極
小の熱負荷に見合う熱量を空気集熱器で太陽熱を断熱円
筒のドラフト(通風力)を利用して補足して暖房・給湯
に用い、同時にパッシブ室内換気を行うことが出来る空
気集熱式ハイブリッドシステムを提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の空
気集熱式ハイブリッドシステムは、建物の外壁あるいは
屋根に据え付け又は一体化した、太陽熱を集熱する炭素
繊維シート集熱器と、該炭素繊維シート集熱器の上部と
床下空間とを連通するダクトと、さらに床下空間と屋根
外部とを連通し、建物を縦方向に貫通する断熱円筒とか
ら成り、前記建物を貫通する断熱円筒のドラフト効果に
より、前記炭素繊維シート集熱器の下部から取り入れた
冷気を前記炭素繊維シート集熱器中で熱交換を行い温風
とし、該温風を前記炭素繊維シート集熱器の上部からダ
クトにより床下空間に通風して床暖房とし、前記温風を
床下空間から吸引し屋根外部に排気するものである。ま
た、本発明の空気集熱式ハイブリッドシステムは、建物
の外壁あるいは屋根に据え付け又は一体化した、太陽熱
を集熱する炭素繊維シート集熱器と、床下空間と屋根外
部とを連通し、建物を縦方向に貫通する断熱円筒と、前
記炭素繊維シート集熱器の上部と断熱円筒とを連通し、
途中に熱交換器を設けたダクトとから成り、前記建物を
貫通する断熱円筒のドラフト効果により、前記炭素繊維
シート集熱器の下部から取り入れた冷気を前記炭素繊維
シート集熱器中で熱交換を行い温風とし、該温風を前記
炭素繊維シート集熱器の上部からダクトにより熱交換器
に通風して給湯とし、給湯後の冷風をダクトから吸引し
屋根外部に排気するものである。
【0005】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。空気集熱式ハイブリッドシステムは、図1に示
すように、建物1の外壁2に据え付け又は一体化した、
太陽熱を集熱する炭素繊維シート集熱器(CFシートコレ
クター)4と、該炭素繊維シート集熱器4の上部と床下
空間6とを連通するダクト5と、さらに床下空間6と屋
根3外部とを連通し、建物1を縦方向に貫通する断熱円
筒8とから成り、炭素繊維シート集熱器4の下部から取
り入れた冷気を前記炭素繊維シート集熱器4中で熱交換
を行い温風とし、該温風を建物1の外壁2からダクト5
により床下空間6に通風して床暖房とし、さらに建物1
を縦方向に貫通する断熱円筒8のドラフト(通風力)効
果により空気を吸引し排気するものである。また、本発
明の空気集熱式ハイブリッドシステムは、屋根3に据え
付け又は一体化した、太陽熱を集熱する炭素繊維シート
集熱器4と、床下空間6と屋根3外部とを連通し、建物
1を縦方向に貫通する断熱円筒8と、前記炭素繊維シー
ト集熱器4の上部と断熱円筒8とを連通し、途中に熱交
換器7を設けたダクト5とから成り、図2に示すよう
に、前記炭素繊維シート集熱器4の下部から取り入れた
冷気を前記炭素繊維シート集熱器4中で熱交換を行い温
風とし、該温風を前記炭素繊維シート集熱器4の上部か
らダクト5により熱交換器7に通風して給湯とし、給湯
後の冷風をダクト5から吸引し屋根3外部に排気するも
のである。
【0006】また、断熱円筒8は、ステンレス製の二重
円筒内にグラスウール又はロックウールの断熱材を充填
したものであり、灯油ストーブを始め各種ストーブ等の
補助熱源9の排煙用として実用化され、高いドラフト
(通風力)効果により良質の燃焼が行われるだけでな
く、断熱円筒8内の結露、凍結の問題解決に威力を発揮
している。なお、床下空間6内には蓄熱材10を敷設
し、炭素繊維シート集熱器4からの温風を蓄熱材10に
蓄熱し、該蓄熱材10からの輻射熱により床暖房に有効
利用することが出来る。
【0007】次に、ユニット式炭素繊維シート集熱器4
(CFシートコレクター)について述べると、図2に示す
ように、ユニット式炭素繊維シート集熱器4(CFシート
コレクター)は、ステンレスから形成された上方開口の
ケーシング11からなり、該ケーシング11内に上部ヘ
ッダー12及び下部ヘッダー13を有し、該ヘッダー間
を縦方向に仕切り14を並列に設け、該仕切り14間に
傾斜状に配置した炭素繊維シート15(CFシート)を多
数設け、該炭素繊維シート15(CFシート)の下面、す
なわちケーシング11の底面にはグラスウール又はロッ
クウールからなる断熱材16を敷設し、前記ケーシング
11の開口面には半強化ガラス17で覆って密封してな
る。そして、炭素繊維シート集熱器4(CFシートコレク
ター)は、下部ヘッダー13から取り入れた冷気を各仕
切り14間を矢印の如く通風させてピッチ系炭素繊維シ
ート15中で熱交換を行い上部ヘッダー12から温風と
して回収するものである。さらに、回収した温風は、ダ
クト5を介して熱交換器7を通風され、冷水を該熱交換
器7により熱交換し冷風となって断熱円筒8からドラフ
ト(通風力)によって吸引排気され、一方熱交換された
冷水は、温水として貯湯タンク19に貯湯し、給湯設備
に利用される。
【0008】さらに、ビルトイン式炭素繊維シート集熱
器31(CFシートコレクター)について述べると、図3
に示すように、ビルトイン式炭素繊維シート集熱器31
(CFシートコレクターは、上記ユニット式炭素繊維シー
ト集熱器4(CFシートコレクター)を、例えば2列長手
方向に連結し、建物1の構造と寸法に合わせた任意の形
状、大きさのもので、壁2又は屋根3に建物1と一体化
して暖房・給湯のための集熱部を構成する。
【0009】図4に示す集熱器4(CFシートコレクタ
ー)は、ユニット型の空気式集熱器を表し、その構造
は、図2に示すように、スレンレス鋼板製の上方開放し
たケーシング11からなり、その内部に上部ヘッダー1
2及び下部ヘッダー13を有し、その間を縦方向に仕切
り14を並列に挿入し、その仕切り14内には空気の流
れに交差するように炭素繊維シート15を傾斜させて多
数段設け、前記ケーシングの底面にはグラスウール又は
ロックウール等の断熱材16を敷設し、ケーシング11
開放面を半強化ガラス17で覆って密封した空気式集熱
器である。そして、図4に示すように、ユニット式炭素
繊維シート集熱器4を横方向に連結し、建物1の暖房・
給湯に利用し、ダクト5を介して断熱円筒8に連結して
ドラフト(通風力)により吸引し排気を行う。さらに、
屋根3にPVモジュール20を設置してソーラー発電を行
い、PVモジュール20を接続箱21に接続し、接続箱2
1を介して接続した制御器22によりソーラーヒーター
23を制御し、前記制御器22をバッテリー24に接続
する。これにより、早朝などの日射の入射初期には、断
熱円筒8内のソーラーヒーター23にPVモジュール20
から通電され、その発熱で通風力が生じ、炭素繊維シー
ト集熱器4(CFシートコレクター)は集熱を開始する。
なお、炭素繊維シート集熱器4(CFシートコレクター)
に連結されるダクト5は点線で示すように熱交換器7又
は床下空間6の蓄熱材10に接続したりして断熱円筒8
の任意の個所に接続することが出来る。
【0010】また、前記空気集熱式ハイブリッドシステ
ムを住宅に用いた場合について述べると、図5に示すよ
うに、建物1の壁2に一体化された炭素繊維シート集熱
器4は、下部から冷気を吸引して熱交換を行い温風とし
て上部に送風され、ダクト5の切換ダンパ25により、
夏季はダクト5を介してそのまま外部へ排気されて壁2
の温度上昇を防止し、冬季は切換ダンパ25により壁2
のソーラーファン26、ダクト5を経由して床下空間6
へ温風が供給される。なお、床下空間6は、基礎27間
に砕石28を敷設し、さらにその上に蓄熱材10を敷設
した上部空間であり、温風を送風させて蓄熱材10に蓄
熱して輻射熱により床暖房を行うと共に、床面の開口部
29から温風を吹き出して温風暖房を行う。さらに、床
下空間6は、断熱円筒8に接続されているので、断熱円
筒8のドラフト効果により自然通風により床下空間6か
ら温風が排気される。また、室内を換気するために、断
熱円筒8に換気口30を接続すれば、断熱円筒8のドラ
フト効果により自然換気が行える。なお、断熱円筒8の
ドラフト効果が少ないときには、灯油ストーブなどの補
助熱源9を燃焼させるなど、円筒内の空気を温めてドラ
フト効果を補うことができる。
【0011】また、図5に示すように、建物1の屋根3
に一体化された炭素繊維シート集熱器4は、下部から冷
気を吸引して熱交換を行い温風として上部に送風され、
ソーラーファン26、ダクト5を経由して熱交換器7へ
温風が供給される。なお、該熱交換器7は、配管18に
より貯湯タンク19に接続されており、貯湯タンク19
の下部から冷水が供給され、熱交換器7により熱交換さ
れて温水となり貯湯タンク19の上部へ供給される。さ
らに、前記熱交換器7のダクト5は、断熱円筒8に接続
されているので、断熱円筒8のドラフト効果により自然
通風により熱交換器7から温風が排気される。なお、図
5に示すソーラーファン26、26は、建物1の屋根3
に配置されたPVモジュール20からの発電により作動さ
れるものである。
【0012】
【効果】本発明の空気集熱式ハイブリッドシステムは、
ドラフト効果の強い断熱円筒の自然通風力を作用させ
て、集熱効率の高い炭素繊維シート空気集熱器により得
られた温風を直接住宅の室内及び床下に通風して温風暖
房又は床暖房を行い、同時に熱交換器を介して給湯を行
うものであるから、省エネルギー効果に優れている。ま
た、断熱円筒の通風力の不足分は、PVモジュールからの
ソーラー発電によるソーラーファンで補足し、断熱円筒
のドラフト効果の不足分は、ソーラーヒーター、灯油ス
トーブで補給するものであるから、寒冷地に於いて有効
に作用させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空気集熱式ハイブリッドシステムの概
略断面図である。
【図2】本発明のユニット式炭素繊維シート集熱器の斜
視図である。
【図3】本発明のビルトイン式炭素繊維シート集熱器の
説明図である。
【図4】本発明の空気集熱式ハイブリッドシステムのソ
ーラー発電の概略説明図である。
【図5】本発明の空気集熱式ハイブリッドシステムを住
宅に用いた場合の全体説明図である。
【符号の説明】
1 建物 2 壁 3 屋根 4 炭素繊維シート集熱器 5 ダクト 6 床下空間 7 熱交換器 8 断熱円筒 9 補助熱源 10 蓄熱材 11 ケーシング 12 上部ヘッダー 13 下部ヘッダー 14 仕切り 15 炭素繊維シート 16 断熱材 17 半強化ガラス 18 配管 19 貯湯タンク 20 PVモジュール 21 接続箱 22 制御器 23 ソーラーヒーター 24 バッテリー 25 切換ダンパ 26 ソーラーファン 27 基礎 28 砕石 29 開口部 30 換気口 31 ビルトイン式炭素繊維シート集熱器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−68440(JP,A) 特開 昭58−69355(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24J 2/04 F24J 2/42 F24D 11/00 F24J 2/48 F24J 2/50

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 建物の外壁あるいは屋根に据え付け又は
    一体化した、太陽熱を集熱する炭素繊維シート集熱器
    と、該炭素繊維シート集熱器の上部と床下空間とを連通
    するダクトと、さらに床下空間と屋根外部とを連通し、
    建物を縦方向に貫通する断熱円筒とから成り、前記建物
    を貫通する断熱円筒のドラフト効果により、前記炭素繊
    維シート集熱器の下部から取り入れた冷気を前記炭素繊
    維シート集熱器中で熱交換を行い温風とし、該温風を前
    記炭素繊維シート集熱器の上部からダクトにより床下空
    間に通風して床暖房とし、前記温風を床下空間から吸引
    し屋根外部に排気することを特徴とする空気集熱式ハイ
    ブリッドシステム。
  2. 【請求項2】 建物の外壁あるいは屋根に据え付け又は
    一体化した、太陽熱を集熱する炭素繊維シート集熱器
    と、床下空間と屋根外部とを連通し、建物を縦方向に貫
    通する断熱円筒と、前記炭素繊維シート集熱器の上部と
    断熱円筒とを連通し、途中に熱交換器を設けたダクトと
    から成り、前記建物を貫通する断熱円筒のドラフト効果
    により、前記炭素繊維シート集熱器の下部から取り入れ
    た冷気を前記炭素繊維シート集熱器中で熱交換を行い温
    風とし、該温風を前記炭素繊維シート集熱器の上部から
    ダクトにより熱交換器に通風して給湯とし、給湯後の冷
    風をダクトから吸引し屋根外部に排気することを特徴と
    する空気集熱式ハイブリッドシステム。
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