JP5864565B2 - 太陽エネルギーを収集するための設備 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、太陽エネルギーを収集するための設備に関する。

本発明は、より具体的には、建物の傾斜した屋根の骨組みに取り付けることを意図した、太陽エネルギーを収集するための設備において、上記骨組みの傾斜した方向における長手方向にひだを有し、上記骨組みを保護するための保護部材と、上記骨組みを上記保護部材に固定可能であり、上記保護部材のひだに対して相補的な形状を有する土台を備える複数の固定部材と、上記複数の固定部材と上記保護部材との間に位置する複数の可橈部材と、上記複数の固定部材に固定されており、上記長手方向に延伸する複数の延伸部材を備える取り付け構造と、上記取り付け構造に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するための複数のパネルとを備える設備に関する。

上記のような形式の設備は、濠国特許発明第２００９２４５８４９号の文献に公開されている。

仏国特許発明２９２０４５３号の文献にも、長手方向に直角な方向に延伸し、直接保護部材によって支持された取り付け面と、当該取り付け面上に取り付けられ、太陽エネルギーを収集するためのパネルとを備える設備が開示されている。

本発明は、周知の設備を改善することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る第一の態様によれば、本発明は、上記固定部材各々は、上記骨組みに自身が固定されるためのねじを貫通させるための少なくとも１つの孔を有しており、上記可橈部材各々は、上記孔に対応する開口部であって、突出した縁部に囲まれた開口部を有することを特徴とする設備を提案する。

上記の構成によれば、設備の密閉性、および保護部材の寸法偏差に対する許容範囲が改善される。

さらに、設備を建物の骨組みにより簡単に設置することができる。

また、設備が長手方向に直角な方向に延伸する延伸部材を有していないため、設備の換気および空気循環が改善される。

さらに、骨組みは、直角な方向に延伸する母屋を一般的に有する。母屋は、通常広い間隔、特に１．５メートルよりも広い間隔を空けて設けられている。そのため、母屋の間隔とは独立した間隔で配置される延伸部材を備えるような骨組みに設備を搭載することができる。

本発明に係る設備の様々な実施形態において、以下の構成のうち１つ以上の構成を用いることができる：
２つの連続する上記延伸部材は、上記長手方向に互いに平行にスライドするように取り付けられており、上記太陽エネルギーを収集するための複数のパネルは、上記２つの連続する延伸部材上に、上記長手方向に取り付けられる、上記太陽エネルギーを収集するためのパネルが１つもないように、上記取り付け構造に取り付けられていること；
上記複数の延伸部材は、上記長手方向において、上記太陽エネルギーを収集するためのパネルのうちの１つにおける上記長手方向の長さの整数倍の１０％の範囲内となる長さを有していること；
上記複数の延伸部材は、上記長手方向において、好ましくは３メートル未満の長さを有していること；
上記複数の延伸部材は、上記長手方向において、第１の端部および第２の端部を有しており、上記第１の端部は、下部に向かって取り付けられるように意図されており、太陽エネルギーを収集するための第１のパネルを保持可能なストッパを有していること；
上記ストッパは、上記複数の延伸部材と一体であること；
上記連続する延伸部材の中に、第２の延伸部材が第１の延伸部材に対して相対的にスライドするように、棒が取り付けられており、上記棒は、上記２つの連続する延伸部材のいずれか一方に固定されていること；
上記複数の固定部材は、上記土台から遠ざかるように、当該土台の上部に向かって延伸する側壁であって、上記取り付け構造を固定可能な側壁をさらに備えていること；
上記複数の固定部材は、少なくとも２つの固定手段を備えていること；
上記可橈部材各々は、１つの上記固定部材の内面全体を覆うこと；
上記太陽エネルギーを収集するための複数のパネルは、光発電パネルであること。

本発明の他の特徴および利点は、以下に示す実施形態のうちの１つに関して添付図面を参照してなされた説明によって明らかになるであろう。なお、以下に示す実施形態は、非限定的な一例として提供されたものである。

本発明に係る太陽エネルギーを収集するための設備を示す斜視図である。 図１に示す設備の取り付け構造および固定部材を示す前面図である。 図１に示す設備の取り付け構造の側面の一端を示す斜視図である。 図１に示す設備の取り付け構造の側面の他端を示す斜視図である。 図１に示す設備の取り付け構造における連続した２つの延伸部材の接続を示す斜視図である。 図１に示す設備の固定部材を示す前面図である。

図面において、同一の番号が付記された部材は、同一または同等の部材を意味する。また、図１に示すＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、Ｚ方向を垂直方向として示したものである。

図１は、本発明に係る太陽エネルギーを収集するための設備１の一実施形態を示す概略図である。太陽エネルギーを収集するための設備を支持し得る支持体に、設備１を搭載することを意図している。例えば、支持体は建物の屋根の骨組み３であってもよい。

骨組み３は、図中で矢印で示される位置にある頂点Ｓを有しており、当該頂点Ｓから第１の方向Ｄ１に向かって下方に伸びる傾斜を有している。当該傾斜は、Ｚ方向に直角な水平面（Ｘ−Ｙ面）に対して４°から６０°の間の角度を有している。以下では、第１の方向Ｄ１において頂点Ｓに向かう方向を「上方方向」と称し、上方方向とは反対の方向を「下方方向」と称す。

骨組み３は、（１）第１の方向Ｄ１に向かって互いに平行に伸びる図示しない支持部材（垂木として知られる）と、（２）第１の方向Ｄ１に垂直な第２の方向Ｄ２に向かって互いに平行に伸びる支持部材（当て木または母屋４として知られる）とを有し得る。図に示す骨組みは金属によって形成されているが、木材で形成されていてもよい。

骨組み３は、保護部材２を支持するものである。保護部材２は、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に広がる平面上に実質的に延伸している。保護部材２は、第１の方向Ｄ１に伸びる縦のひだまたは歪み２ａを一般的に有する。保護部材２は、シート状の鋼材トレイによって形成することができる。この場合、ひだ２ａは、図に示すように、通常第１の方向Ｄ１と垂直な断面において台形の形状を有している。この断面形状は、第２の方向Ｄ２に並ぶすべてのひだ２ａが有している。しかし、保護部材２は、正弦波、弧、または別の種類の形状のひだを有していてもよい。さらに、保護部材２を形成するシートとして、鋼鉄、アルミニウム、繊維セメント、ＰＶＣ、プラスチック、組成物、または他の種類等、いかなる種類のシートを使用してもよい。

保護部材２は、ひだが屋根の傾斜の方向（第１の方向Ｄ１）に向かうように、骨組み３上に配置されている。保護部材２は、屋根を雨から守る役割を果たしており、雨は、山型のひだ各々の頂点間の溝に沿って、骨組みの頂点Ｓから下方向に容易に流れる。

太陽エネルギーを収集するための設備１は、（１）上述した保護部材２、（２）保護部材２を骨組み３または支持部材に固定することができる固定部材１０、（３）固定部材１０に固定された取り付け構造２０、（４）取り付け構造２０に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するための複数のパネル５を有している。

図１は、第１の方向Ｄ１に互いに隣接された、太陽エネルギーを収集するための２つのパネルを示す。太陽エネルギーを収集するためのパネルは、例えば複数の光発電パネル５によって形成される。図１に示すように、各光発電パネル５は、太陽光から電力を生成する光電池５ａのネットワーク、および光電池５ａによって生成された電力を移送するためにネットワークに接続された電気回路を有している。図１では、各光発電パネル５は、第１の方向Ｄ１に伸びる２つの縦の両端部６と、第２の方向Ｄ２に伸びる２つの横の両端部７とを持つ長方形の外形を有している。

固定部材１０は、保護部材２のひだ２ａに対して相補的な形状を有する土台１１と、第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に対して垂直な第３の方向Ｄ３において、土台１１から上方向に向かって伸びる側壁１２とを有している。

土台１１が有する相補的な形状により、固定部材１０を保護部材２のひだ２ａに対して確実に保持し、正確に配置することができる。また、同じひだ上に取り付けられた２つの固定部材１０は、自身の取り付けおよび配置のための別の道具を使うことなく、互いに正確な位置に配置されることになる。特に、土台１１は、標準的な鋼鉄製トレイのひだ２ａの形状に合う不等辺四辺形あるいは台形の形状を有していてもよい。

固定部材１０は、自身の土台１１上に、当該土台１１のひだに対して相補的な形状の頂点に孔１３を有している。孔１３は、保護部材２の孔から水が漏れるのを防ぐことができる。固定部材１０を保護部材２に締め付けて固定し、保護部材２を骨組み３に固定するために、ねじ１３ａが孔１３を貫通している。これにより、保護部材２は固定部材１０と骨組み３との間に挟持される。

固定部材１０の土台１１は、保護部材２のひだ２ａに対して相補的な形状を有しており、ひだ２ａの頂点に嵌合可能な頂点、ならびにひだ２ａの形状に合うように、互いに逆方向に向かって下方向に伸びる２つのアーム部を有している。アーム部は、頂点の両側に位置する保護部材２の溝または「デッキ」にまで好適に伸びている。そのため、ねじ１３ａが締められた場合、固定部材１０の下部で保護部材２のひだの形状は変形されることはなく、保護部材２の固定部材１０の位置はずれがなく正確になる。

図６に示すように、孔１３を封止することによって、またしても孔１３を通って保護部材２から雨水が漏れるのを防ぐために、シート状（任意でひだの形状に適合した形状を有する）の可橈部材１５が土台１１および保護部材２の間に設けられている。この可橈部材１５は、土台１１の孔１３に対応する位置に開口部１５ａを有している。

可橈部材１５は、固定部材の下面全体を覆うことができる。通常アルミニウムから形成される固定部材１０および取り付け構造２０は、通常鋼鉄から形成される保護部材２から電気的に絶縁される。これによって、金属材料間の電解に起因する酸化を防ぐことができる。

可橈部材１５は、開口部１５ａの周辺に突出した縁部１５ｂを有している。突出した縁部１５ｂは、突き出していることによって、開口部１５ａ周辺の可橈部材１５における材料の圧縮量を高めている。これにより、保護部材２の密閉性、および寸法偏差に対する許容範囲が改善される。図６では、突出した縁部１５ｂをより明確に示すために、ねじ１３ａを締める前における保護部材２上の固定部材１０および可橈部材１５の状態を示す。可橈部材１５は、ゴム、天然ゴム、またはエチレンプロピレンジエンモノマ（ＥＰＤＭ）等の弾塑性材料から形成されているのが好ましい。

固定部材１０は、相補的形状の頂点に好適に位置し、孔１３に対して第１の方向Ｄ１にずれた位置にある第２の孔１４を有していてもよい。骨組み３への保護部材２の締め付けおよび固定を強化するために、第２のねじ１４ａが第２の孔１４を貫通している。この構成により、取り付けはより強固になり、より確実なものになる。特に、取り付け構造２０が固定部材１０に取り付けられることによって固定部材１０の移動および回転を引き起こすリスクがない。また、固定部材１０および保護部材２の間の密封性が劣化することがない。

側壁１２は、略第３の方向Ｄ３（第１の方向Ｄ１および第２の方向Ｄ２に対して垂直な方向）に、上方向に向かって延伸する。側壁１２は、土台１１の頂点側面に位置する側面１６、および取り付け構造２０を固定部材１０に固定するためにねじ１７ａを嵌め込むことができる孔１７有している。孔１７（図３参照）は、垂直方向（第３の方向Ｄ３）に伸びる長円であることが好ましい。この長円は、骨組み３の寸法偏差に起因してＤ１−Ｄ２面に設置されていない保護部材２の第３の方向Ｄ３における位置の差異を補うことが可能となる。さらに上記の構成により、保護部材２のひだ２ａの寸法偏差を補うことも可能となる。すなわち、取り付け構造２０および太陽エネルギーを収集するためのパネル５は、これらの寸法偏差ならびにそれらに起因する機械的ストレスに曝されることがなくなる。

図２〜５に示す取り付け構造２０は、固定部材１０に取り付けられ、ねじ１７ａによって固定される複数の延伸部材２１，２２を有している。取り付け構造の延伸部材２１，２２は、固定部材１０に搭載された状態で第１の方向Ｄ１に延伸する。よって、取り付け構造２０は、保護部材２上に正確に配置および位置合わせされた固定部材１０に、容易かつ迅速に取り付けられる。さらに、延伸部材２１，２２が第１の方向Ｄ１に延伸しているため、骨組み３の側面の下部および間において、上部または頂点Ｓに向かって空気を容易に循環させることができる。これにより、設備１の下部における空気の循環が改善される。

延伸部材２１，２２は、第１の方向Ｄ１に互いに平行に直線状に配列され、延伸部材の少なくとも２本の列Ｌ１，Ｌ２が、太陽エネルギーを収集するためのパネル５の１つを支持している。

各列Ｌ１，Ｌ２は、例えば棒２３または添え継ぎ板等によって、第１の方向に互いに平行にスライドするように取り付けられた第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２を有し得る。棒２３は、第１の延伸部材２１内に嵌め込められており、ロック手段２３ａによって（例えば、第１の延伸部材２１および棒２３の少なくとも一部を貫通することによって）、固定されている。また、棒２３は長手方向に固定されずに第２の延伸部材２２内に嵌め込まれている。

上記の構成により、温度変化の影響が及ぶ環境下においても、連続する延伸部材（すなわち、第２の延伸部材２２）に対してストレスを加えることなく、第１の延伸部材の第１の方向Ｄ１に延伸または伸縮を可能にする隙間領域２４が、第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２の間に存在している。

各延伸部材２１，２２の第１の方向Ｄ１における長さは、５メートル未満の長さであり、通常は１〜５メートルの間の長さである。延伸部材の第１方向Ｄ１における延伸および伸縮はこれに応じて制限される。熱膨張または熱収縮による延伸部材の長さの変化量をさらに小さくするために、延伸部材の長さは３メートル未満であることが好ましい。

各延伸部材２１，２２は、骨組み３の下部（すなわち、頂点Ｓの反対側）に向かって配置されるように意図された第１の端部２１−１，２２−２と、頂点Ｓに向かって配置されるように意図された、第１の端部とは反対側（すなわち、上部に位置する）の第２の端部２１−２，２２−２とを有している。各延伸部材は、太陽エネルギーを収集するためのパネル５を下部に向かって保持するためのストッパ２１ａ，２２ａを第１の端部に有している。当該ストッパは、ねじで延伸部材に固定されていてもよい。ストッパは、延伸部材に接合されているか、または延伸部材と１つの部材として構成されているのが好ましい。例えば、ストッパが延伸部材に溶接されていてもよいし、延伸部材が折れ曲げられたり、折り畳まれたりしてストッパを形成していてもよい。これにより、熱膨張および熱収縮においても、ストッパは延伸部材から分離されない。そして、これらの熱膨張の影響が及ぶ環境下においても、太陽エネルギーを収集するためのパネル５が取り付け構造２０から分離されるリスクをなくすことができる。各ストッパは、例えば上部に突起部を有している。これにより、太陽エネルギーを収集するためのパネル５は、第３の方向Ｄ３において、延伸部材と突起部との間に挟まれる。

このようにして、太陽エネルギーを収集するための第１のパネル５における横の第１の端部７は、各列の第１の延伸部材上に位置し、ストッパ２１ａに下向きに置かれる。中間フランジ２１ｂは、太陽エネルギーを収集するための第１のパネル５を取り付け構造２０に固定するための横の第２の端部７の後に、第１の延伸部材２１上に設置され、ねじ止めされる。中間フランジ２１ｂは、略Ｕ字型をしており、上部に突起部をさらに有している。第３の方向において、突起部は太陽エネルギーを収集するためのパネル５を自身と延伸部材との間に支持する。

太陽エネルギーを収集するための第２のパネル５における横の第１の端部７は、各列の第１の延伸部材上に位置し、中間フランジ２１ｂに下向きに置かれる。その他の構成は、上記と同様である。

ストッパ２１ａ，２２ａに相当する最終フランジ２１ｃ，２２ｃ（図４参照）は、第１の延伸部材２１上に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するための最終パネル５における横の第２の端部７の後に設置され、ねじ止めされる。

上述した実施形態では、第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２それぞれに３つのパネルが取り付けられているが、第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２の第１の方向Ｄ１の長さが適当（すなわち、太陽エネルギーを収集するためのパネル５の第１の方向Ｄ１の長さの略整数倍）であれば、いかなる数のパネルが第１の延伸部材および第２の延伸部材のそれぞれに取り付けられていてもよい。も長さストッパ２１ａ，２２ａ、中間フランジ２１ｂ，２２ｂ、および最終フランジ２１ｃ，２２ｃの第１の方向Ｄ１の長さの和は、延伸部材２１，２２のいずれかの長さに至るように、第１の方向Ｄ１のパネル５の長さに加えられる。しかしながら、これらの付加的な部材の長さは小さく、延伸部材の１０％未満しか占めない。これにより、パネル５の間の無駄な空間（太陽エネルギーの収集に寄与しない領域）を回避することができる。したがって、第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２の第１の方向Ｄ１における長さは、太陽エネルギーを収集するためのパネル５の第１の方向Ｄ１の長さの整数倍の１０％の範囲内となる。

太陽エネルギーを収集するためのいずれのパネル５も、長手方向Ｄ１に連続する２つの延伸部材２１，２２を、第１の延伸部材２１および第２の延伸部材２２の間に位置する隙間領域２４の上でまたぐようには取り付けられていない。よって、取り付け構造２０は、（１）一方では、保護部材２が第１の方向Ｄ１にひだ２ａを持つため、保護部材２にストレスを加えることなく第１の方向Ｄ１に広がることができ、（２）他方では、太陽エネルギーを収集するためのパネル５内で機械的ストレスを発生させることなく第１の方向Ｄ１に広がることができる。よって、このような設備１は設置しやすいだけでなく、長期的により信頼性があり、頑丈な設備である。

第２の延伸部材２２は、第１の延伸部材２１と同様の部材を有している。具体的には、ストッパ２２ａ、中間フランジ２２ｂ、および最終フランジ２２ｃである。第２の延伸部材２２（列Ｌ１およびＬ２）に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するためのパネル５は、第１の延伸部材２１に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するためのパネル５と同様の方法によって、当該第２の延伸部材２２に取り付けられている。よって、太陽エネルギーを収集するためのパネル５を工場出荷時に延伸部材２１，２２に予め取り付けて、事前に組み立てられたモジュールを形成してもよい。この場合、第１のモジュールは、第１の方向Ｄ１に列Ｌ１，Ｌ２を延伸させる棒２３と共に、固定部材１０に取り付けられる。また、第２のモジュールは、第１のモジュールに続いて次の固定部材１０に搭載される。その他のモジュールについても同様である。

このようにして、建物の骨組み３上への設備１の搭載（特に搭載現場において）さらに容易になる。

さらに、延伸部材２１，２２は、第１の方向Ｄ１において溝２１ｄ，２１ｅを有している。第１の溝２１ｄは、延伸部材を固定部材１０に固定するためのねじ１７ａのねじ山を支えることができる。また、第２の溝２１ｅは、中間フランジ２１ｂ，２２ｂおよび最終フランジ２１ｃ，２２ｃのねじのねじ山を支えることができる。

上記の構成により、延伸部材２１，２２を固定部材１０上に、設備１の外部から側面に沿って固定することができる。そして、延伸部材２１，２２の第１の方向Ｄ１における縦の位置を容易に適合させることができ、固定部材１０の第１の方向における位置の変化は、設備１の取り付けにほとんど影響を及ぼさない。

同様に、設備１の外部からフランジ２１ｂ，２２ｂ，２１ｃ，２２ｃを、上部から側面に容易に固定することができる。そして、フランジの第１の方向Ｄ１における縦の位置を容易に適合させることができ、太陽エネルギーを収集するためのパネルの第１の方向Ｄ１における長さの違いに起因して生じるフランジの位置の変化は、設備１の取り付けにほとんど影響を及ぼさない。

よって、設備１の取り付けは容易になり、第１の方向Ｄ１における設備１の位置あるいは長さの変化を許容することができる。

Claims (11)

1. 建物の傾斜した屋根の骨組み（３）に取り付けることを意図した、太陽エネルギーを収集するための設備（１）において、
   上記骨組みの傾斜した方向における長手方向（Ｄ１）にひだ（２ａ）を有し、上記骨組み（３）を保護するための保護部材（２）と、
   上記骨組み（３）を上記保護部材（２）に固定可能であり、上記保護部材（２）のひだ（２ａ）に対して相補的な形状を有する土台（１１）を備える複数の固定部材（１０）と、
   上記複数の固定部材（１０）と上記保護部材（２）との間に位置する複数の可橈部材（１５）と、
   上記複数の固定部材（１０）に固定されており、上記長手方向（Ｄ１）に延伸する複数の延伸部材（２１，２２）を備える取り付け構造（２０）と、
   上記取り付け構造（２０）に取り付けられた、太陽エネルギーを収集するための複数のパネル（５）とを備え、
   上記固定部材（１０）各々は、上記骨組み（３）に自身が固定されるためのねじ（１３ａ）を貫通させるための少なくとも１つの孔（１３）を有しており、
   上記可橈部材（１５）各々は、上記孔（１３）に対応する開口部（１５ａ）であって、突出した縁部（１５ｂ）に囲まれた開口部（１５ａ）を有することを特徴とする設備。
2. ２つの連続する上記延伸部材（２１，２２）は、上記長手方向に互いに平行にスライドするように取り付けられており、
   上記太陽エネルギーを収集するための複数のパネル（５）は、上記２つの連続する延伸部材（２１，２２）上に、上記長手方向に取り付けられる、上記太陽エネルギーを収集するためのパネル（５）が１つもないように、上記取り付け構造（２０）に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 上記複数の延伸部材（２１，２２）は、上記長手方向において、上記太陽エネルギーを収集するためのパネルのうちの１つにおける上記長手方向の長さの整数倍の１０％の範囲内となる長さを有していることを特徴とする請求項２に記載の設備。
4. 上記複数の延伸部材（２１，２２）は、上記長手方向において、好ましくは３メートル未満の長さを有していることを特徴とする請求項２または３に記載の設備。
5. 上記複数の延伸部材は、上記長手方向（Ｄ１）において、第１の端部（２１−１，２２−１）および第２の端部（２１−２，２２−２）を有しており、
   上記第１の端部（２１−１，２２−１）は、下部に向かって取り付けられるように意図されており、太陽エネルギーを収集するための第１のパネル（５）を保持可能なストッパ（２２ａ）を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の設備。
6. 上記ストッパは、上記複数の延伸部材（２１，２２）と一体であることを特徴とする請求項５に記載の設備。
7. 上記連続する延伸部材（２１，２２）の中に、第２の延伸部材（２２）が第１の延伸部材（２１）に対して相対的にスライドするように、棒（２３）が取り付けられており、
   上記棒（２３）は、上記２つの連続する延伸部材（２１，２２）のいずれか一方に固定されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の設備。
8. 上記複数の固定部材（１０）は、上記土台（１１）から遠ざかるように、当該土台の上部に向かって延伸する側壁（１２）であって、上記取り付け構造（２０）を固定可能な側壁（１２）をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の設備。
9. 上記複数の固定部材（１０）は、少なくとも２つの固定手段（１３ａ，１４ａ）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の設備。
10. 上記可橈部材（１５）各々は、１つの上記固定部材（１０）の内面全体を覆うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の設備。
11. 上記太陽エネルギーを収集するための複数のパネル（５）は、光発電パネルであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の設備。

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