JPH0122841Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本考案は、例えばヒートポンプサイクルを用い
た集熱回路に使用される集熱器で、特に屋根材そ
のものに使用する屋根型集熱器の構造に係る。

＜従来技術＞ 従来熱媒体として水等を回路中に循環させるこ
とで集熱を行つていた太陽熱集熱システムに換え
て、昨今は熱媒体としてフロン等の熱媒を用いた
ヒートポンプサイクルで太陽熱集熱回路を構成し
たものが開発されている。

このヒートポンプサイクルを用いたシステム
は、該サイクルの蒸発器を集熱器として用いると
共に凝縮器を加熱器として用いることで貯湯や空
調を行うものであるが、集熱器としては性質上集
めた熱の放出を考慮する必要はなくむしろ空気と
の接触面積を多くとつて通風の良い構造とするの
が好ましい。

従つて、日射の有無にかかわらず集熱が可能で
ある利点に加えて従来の平板型集熱器や真空ガラ
ス管コレクタに比べ、ガラス、ケース、断熱材等
一切不要となり、集熱器として非常に簡単で軽量
なものとなつて設置作業が非常に容易となる。

一方で、太陽熱集熱器そのものを屋根材として
家屋に組み込み、かわら等の屋根材を省略したも
のが開発されているが、上記ヒートポンプサイク
ルを用いた集熱器をこの屋根材兼用として家屋に
組み込むことは、重量、施工性の点で非常に有効
である。

そこで本出願人は、この点に着目してヒートポ
ンプサイクルを用いた屋根型集熱器を開発した。

その一例について第１図及び第２図を用いて説
明する。

第１図は、本発明の集熱器１で構成された直膨
型屋根一体式集熱部D₁，D₂と、熱交換器２を有
する室外ユニツトＥと、温水蓄熱槽Ｓとを組み合
わせて構成したソーラーヒートポンプ給湯システ
ムの概略ブロツク図である。集熱部D₁，D₂は比
較的小さい集熱器１を棟側から軒側へ複数個組み
合わせて所要の面積として形成される。この集熱
部D₁，D₂は冷凍サイクルの蒸発器であり、冷凍
サイクル配管３と電磁弁４により熱媒が集熱部
D₁，D₂の夫々に流れるようにその流路を分岐さ
せ、２パス方式としてある。これは太陽光日射の
高日射（例えば日射量Ｉ＝500〔Kcal／ｈ・m²〕）
から低日射（例えば目射量Ｉ＝100〔Kcal／ｈ・
m²〕）までを高効率で運転させるためと、熱媒流
路の全管長の圧損を適正なものにするためであ
る。又、膨張弁５は高日射のときには弁を開き、
低日射のときには弁を絞つて冷凍能力の制御を行
なうためのものである。即ち、電磁弁４により高
日射時にはD₁或はD₂の集熱部のいずれかに熱媒
を流して運転し、低日射時の雨天、曇天、夜間な
どには両方を同時運転させ、又膨張弁５により冷
凍能力の微調整を行なつて適正運転となるように
熱媒の流量を調整するのである。

以上のような冷凍サイクルを運転すると、室外
ユニツトＥの凝縮器に設けた熱交換器２に生じる
熱がポンプ６の運転循環により蓄熱槽Ｓに入つた
水７を昇温させ、温水として貯める。そして市水
水道供給口８のバルブを開くと温水が出口９から
押し出され、給湯口１０に運ばれる。補助熱源Ｈ
は、出口９からの温水温度が低い場合に昇温させ
る予備のヒートアツプ熱源機である。このよう
に、集熱部D₁，D₂はヒートポンプサイクルの蒸
発器として使用され、太陽熱及び外気（空気）熱
を吸収し、凝縮器（熱交換器２を内臓）によつて
温水をつくり、給湯或は温水循環によるフアンヒ
ータやヒートパネルによつて暖房に供されるよう
になつている。

さて、このようなシステムに用いられる上記集
熱器７の構造について第１図のＡ−Ａ断面図であ
る第２図を用いて説明すると、第２図に示すよう
に、屋根葺き材として形成される平担部１１と、
この平担部１１の裏面に適宜間隔をもつて並設さ
れた熱媒流通パイプ１２，１２と、上記平担部１
１の棟側（第２図においては右側）に形成された
上向きに開放する係合凹部１３と、この係合凹部
１３より垂直下方向に形成された脚１４と、上記
平担部１１の軒側（第２図においては左側）に形
成された下向きに開放する係合片１５とから構成
され、これらはアルミの押し出し成形品として一
体に形成される。そして、この集熱器１は、棟側
に形成された脚１４の下端部をくぎ１６等で台１
７を介して垂木などの屋根下地１７へ固着するこ
とで家屋に固定され、軒側に形成された下向きの
係合片１５を隣接する集熱器１の係合凹部１３に
合致させることで隣接する集熱器１同志が連結す
る。

ところが、このような構造のものにおいては、
熱媒管１２を有する平担部１１が第２図に示すよ
うに平担部１１を上部より押すような力が働いた
時にはこの平担部１１が両端部を支持された梁の
ようにたわみを生ずる。しかも、平担部１１の幅
が大きくなると、より一層たわみを生じてついに
は永久変形を起こす危険があつた。

実際には、平担部１１と屋根下地１８との距離
は150mm以下が一般的な寸法であり平担部１１の
幅は200〜300mm程度（それ以上の場合もある）で
あつて、その肉厚は２〜３mm程度のものが使用さ
れ、アルミニウムの押し出成形品で構成されてい
たが、上記矢印方向の荷重による長期間に亘る強
度が十分でなく、特に通常のソーラーシステムに
みる集熱器の耐荷重規制値120Kg／m²（BL規格）
から更に余裕をみて300Kg／m²以上の静荷重に耐
え得るようにする必要があつた。

しかしながら、この耐荷重、耐強度性能を向上
させるために、肉厚を増大させることは良策では
なかつた。即ち、肉厚の増大によつて、重量の増
加による家屋への負担及び施工性の低下、加工性
の悪化、材料コストの上昇という好ましくない問
題が発生するのである。

しかも、生産技術の発展によつて、アルミニウ
ムの押し出し成形加工において、薄肉で複雑な形
状の加工も可能となり、ロールフオーミング加工
の発展もあつて、薄肉で上記集熱器のような複雑
な形状のものも成型可能となつている。

このような鑑点から、薄肉、軽量でしかも耐強
度、耐荷重性能に優れる屋根型集熱器の出現が望
まれている。

＜目的＞ 本考案は上記の点に鑑み成されたものであつ
て、薄肉、軽量で耐荷重、耐強度性能に優れる屋
根型集熱器を提供するものである。

＜実施例＞ 以下本考案の実施例を図面に従つて説明する。

第３図は第１図のＡ−A′断面図である本考案
実施例の断面図であつて、この第３図において、
１８はアルミニウムの押し出し成型品で形状され
た屋根型集熱器である。この屋根型集熱器１８は
屋根材として作用する平担部１９と、この平担部
１９の裏面に適宜間隔をもつて２本並設された熱
媒管２０，２０と、上記平担部１９の棟側端部の
上面側にＬ字型に突出した片２１を以つて形成さ
れた上向きの係合凹部２２と、この平担部１９の
棟側端部より下方向に突出し逆Ｔ字型に形成され
た脚２３と、上記平担部１９の軒側端部に下方に
向つてつの字型に折曲された係合片２４と、上記
熱媒管２０，２０より下方に向つて突出形成され
た支柱２５，２５とから構成されており、これら
は上述の通りアルミニウム材料で構成され押し出
し成型によつて一体成型されている。

上記平担部１９は、垂木等の屋根下地２６に対
して棟側に若干下向するように傾斜して配設さ
れ、表面には黒色の二次電解着色のアルマイト処
理が施されている。

又、上記係合凹部２２の下面には山形に突出形
成された係着部２７が形成されると共にこの係着
部２７に対応して上記係合片２４の下面に係着部
２７に合致する如く山形に凹んだ係着凹部２８が
形成されている。

上記脚２３は、下部に下面側に開放した凹部２
９が形成されており、この凹部２９を屋根下地２
６に設置された台３０に嵌着し、水平部分を上方
より脚２３、台３０、下地２６に貫通して釘３１
を打ち込むことにより集熱器１８が屋根に固着さ
れる。

上記支柱２５，２５は、押出成型により熱媒管
２０に一体に連接された板状に形成されたもので
あつて、下端部が屋根下地２６に接するから５mm
以下の間隔になる長さに形成されている。

従つて、上記構成の集熱器１８であれば、熱媒
管２０，２０に連接して板状の支柱２５，２５を
垂直下向に一体成型したので、集熱器１８自体の
強度を大きくすることができると共に、平担部１
９をたわませる矢印方向の力３２が働いても支柱
２５が平担部１９の変形を規制して支持し、耐荷
重性能を向上させることができる。

故に、少なくともこの平担部１９の肉厚を1.8
mm以下の0.7〜0.8mm程度の薄肉にすることがで
き、この薄肉化によつて軽量化、及び材料費の削
減が可能となる。

しかも、この支柱２５，２５が裏面に一体成形
されるので、集熱器１８の外観を害することな
く、空気接触面積を増大することができ、これに
よつて空気集熱効率が向上しシステムの集熱効率
は大幅に向上する。

尚、上記のような集熱器１８は第１図に示すよ
うに横長方向に形成されて、軒側から棟側へと連
接されて屋根を構成し、ヒートポンプサイクルの
蒸発器として作用する。その他の構成については
第１図の説明で行つたので省略するが、この第１
図図示のシステムにおいては太陽熱及び外気（空
気）熱を吸収して凝縮器（熱交換器９を内蔵）に
よつて温水をつくりこの温水は給湯或は温水循環
によるフアンヒーターやヒートパネルによつて暖
房に供され、他の効用として夏場の夜間には冷凍
サイクルの回路を切換え、集熱部D₁，D₂を凝縮
器（放熱器）として使用し、蓄熱槽の水を冷水と
して冷房に用いることも可能である。

＜他の実施例＞ 上記実施例においては断面Ｉ字型を成す板状の
支柱２５を形成した場合について説明したが、そ
の他種々形状の態様が考えられ、当該実施態様に
ついて第４図乃至第１７図を用いて説明する。

第４図のもの：支柱Ａが、断面逆Ｖ字型に形成さ
れるように、２枚の板ａ，ａが中心線より
30゜〜60゜の角度で熱媒管２０に連接されて
いる。

第５図のもの：支柱Ａが、断面略逆Ｌ字型に形成
され、脚となる部分ｂが下方に向つて広が
るように若干傾斜している。

第６図のもの：一対の熱媒管２０，２０間に、断
面として両端に水平部分ｃ，ｃが形成され
ると共に中央部分に脚となるＶ字部分ｄが
形成された支柱Ａが一体に連接されてい
る。

第７図のもの：断面逆Ｔ字型支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第８図のもの：断面逆Ｙ字型の支柱Ａが熱媒管２
０に連接されている。

第９図のもの：断面Ｃ字型の支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第１０図のもの：断面逆Ｕ字型の支柱Ａが熱媒管
２０に連接されている。

第１１図のもの：断面Ｚ字型支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第１２図のもの：断面Ｏ字型支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第１３図のもの：断面Ｅ字型支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第１４図のもの：断面擬Ｋ字型支柱Ａが熱媒管２
０に連接されている。

第１５図のもの：断面Ｗ字型支柱Ａが熱媒管２０
に連接されている。

第１６図のもの：断面Ｄ字型の支柱Ａが熱媒管２
０に連接されている。

上記第４図乃至第１６図の実施例は、いずれも
強度及び耐荷重性能を向上させることができると
共に空気集熱効率を向上させることができるもの
であるが、特に支柱Ａの屋根下地２６に対する接
触面積の大きい第７図及び第１１図のものは家屋
内から屋根下地２６に伝えられた熱を熱媒管２０
に伝えることができて更に集熱効率を高めること
ができ、又第４図乃至第６図、第８図、第９図、
第１１図、第１２図、第１６図のものは支柱Ａが
図示の矢印方向の力が加わつた時に対する柔軟性
を持たせることができて更に耐荷重、強度性能を
高めることが可能である。

更に、支柱Ａの構成として、第１７図に示すよ
うに熱媒管２０，２０間の平担部１９に板状部材
Ｂ，Ｂを並設することも考えられる。

この場合、耐荷重性能、強度的には上述第４図
乃至第１６図実施例のものとあまり変わりない
が、この支柱となる部材Ｂ，Ｂが熱媒管２０に直
接連接されていないので、この支柱による空気集
熱は前記第３図乃至第１６図図示の実施例ほど優
れないかも知れない。

＜効果＞ 以上本考案によれば、集熱フインを兼用する屋
葺き材の裏面に、当該屋根葺き材の端部より内側
を支持する支柱を一体に設けたので、この支柱が
補強リブの役目をして集熱器自体の強度を高める
ことができると共に、屋根葺き材をたわませる力
に対して支柱が屋根葺材を支持して耐荷重性能を
向上させることができる。

従つて、従来と同等強度、耐荷重性能を得る場
合に本考案のものによれば、集熱器の薄肉化を可
能とし、軽量化、材料コストの低減を計ることが
できると共に軽量化による施工性の向上も期待で
きる。

更に上記支柱が集熱用フインとしても作用する
ので、集熱効率の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートポンプサイクルを利用した集熱
システムの回路図、第２図は、従来の屋根型集熱
器の断面図、第３図は、本考案実施例の断面図、
第４図乃至第１７図は、他の実施例の断面図。 １８：集熱器、２５，Ａ：支柱。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 集熱フインを兼ねる屋根葺き材に熱媒循環用
   の熱媒管を一体に組み込んだ集熱器において、 上記屋根葺き材の裏面に、当該屋根葺き材の
   端部より内側を支持する支柱を一体に設けたこ
   とを特徴とする屋根型集熱器。 ２ 上記屋根型集熱器は、アルミの押し出成形品
   で一体に形成されていることを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の屋根型集熱
   器。