JPH0122843Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本考案は、圧縮器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器
である太陽熱集熱器を順次接続してヒートポンプ
サイクルを構成した太陽熱集熱装置における屋根
一体型太陽熱集熱器に関する。

＜従来技術＞ 従来の太陽熱集熱装置は熱媒に水または空気な
どを用い、これらを建物の屋根上などに設置した
集熱器内に循環させて、太陽熱を吸収し、蓄熱槽
に取り込んで給湯または冷暖房等に利用するもの
であつた。この場合集熱器を通る熱媒の温度は外
気より高くなるため集熱器は集熱中の熱媒からの
放熱をできるだけ少なくするような構造にする必
要がある。

従来の一般的な平板型の太陽熱集熱器は、第１
図及び第２図に示すように、アルミ合金又は鋼板
製の上面の開口した箱体１内にグラスウール等の
断熱材２を敷設し、この箱体１内に熱媒管３及び
集熱板４から成る集熱体５を載置して上面開口を
ガラス等の透明板６で封止しているものである。
そして上記集熱板４の表面には選択吸収膜を形成
して集熱板４からの放熱を極力防止している。

第３図は、従来の一般的な真空ガラス管型集熱
器の断面図である。真空ガラス管型集熱器におい
ては、熱媒管７を装着した集熱板８を円筒ガラス
管９内に収納し、集熱板８のまわりを真空断熱す
ることにより、集熱板８からの伝導および対流熱
損失を防いでいる。

このように従来の平板型太陽熱集熱器では、集
熱体以外にガラス等の集熱板６、箱体１、断熱材
２等を必要とし、真空ガラス管型のものにあつて
はガラス管、真空処理などを必要とするため、部
品点数、製作作業性の困難さからかなり高価なも
のとなる。また容積や重量も大きくなるため設置
工事は大がかりなものとなり、また住宅の屋根等
に取り付けた場合、美観を損なうことも多い。

これらの従来の集熱器に対し、熱媒にフロン等
を用いたヒートポンプ式集熱装置が考案されてい
る。この装置では熱媒の蒸発、凝縮を利用した、
いわゆるヒートポンプサイクルを用いているため
集熱器（蒸発器）内の熱媒蒸発温度を外気温度以
下に調節することにより、太陽熱のみならず、外
気の熱も吸収することができ、集熱体の断熱や選
択吸収膜は不要となる。むしろ外気の熱を積極的
に吸収するためには、集熱体と空気との接触面積
を増し、通風の良い構造とする方が好ましい。こ
のため、従来の平板型集熱器や真空ガラス管型集
熱器に比べ、ガラス、ケース、断熱材あるいは真
空処理等が不要となり、集熱器の価格は大幅に低
下する。また軽量化されるため、設置工事費等も
軽減される。またこの装置では太陽熱以外に外気
からの集熱が可能となるため、日射の少い（無
い）場合にも集熱でき、補助熱源がほとんど不要
になり、補助熱源に対する設備費、燃料費が節減
できる。

また熱媒にフロン等を使用しているため、水を
熱媒にする場合のように冬期の凍結あるいは管内
腐食などの対策も不要である。

現在のところこの種のヒートポンプ式集熱装置
の実施例は少いが、この種の集熱装置の集熱器と
して第４図乃至第６図のものが実用化されてい
る。第４図はこの集熱器の斜視図であり、第５図
は同じく断面図である。この集熱器は熱媒管１０
及びフイン１１から成る複数の集熱体１２を一対
の取付板１３でもつて並設し、隣接する熱媒管１
０を順次接合して基台１４に固定するものであ
る。又第６図は、他の例であり、蛇行状に配設さ
れた熱媒管１５に直角にフイン１６を多数取付け
たものである。

しかし、これらの形状の集熱器を一般住宅の屋
根に設置した場合、従来の平板型集熱器や真空ガ
ラス管型集熱器以上に建物の美観を損なう可能性
がある。また、新築住宅に設置する場合にも従来
の集熱器と同様、建物（屋根材）以外に集熱器の
コストが当然必要になる。

このため、この種の集熱器を屋根材と一体化
し、屋根材に集熱器の機能を持たせた屋根一体型
集熱器が考案されている。

第７図に、この種の屋根一体型集熱器の一例を
示す。

また第８図は、同じく屋根面上へ設置した状態
を示す断面図、第９図は第８図のＸ−Ｘ断面図で
ある。該集熱器は、太陽熱を集熱するための集熱
体１７が屋根材とされ、該集熱体が、屋根の野地
板上に軒側から棟側へ複数枚配列されて成り、前
記集熱体１７は、熱媒を流通させるための熱媒管
１８ａ，１８ｂと、太陽熱を集熱するための集熱
板１７ａとから構成される。

また第１０図は、他の例であるが第７図の場合
とは、集熱媒管１８ａ，１８ｂの集熱板１７ａの
取付け形状の点で異つている。すなわち第７図の
例では熱媒管１８ａ，１８ｂは、首部１８ｃを介
して集熱板１７ａに接続されており、熱媒管が集
熱板表面よりも間隔をもつて下方に位置するた
め、集熱板の端部における配管接続や屋根材の場
合の施工性に優れるが伝熱性能は若干落ちる。

一方、第１０図の例では熱媒管１８ａ，１８ｂ
を集熱板１７ａに密着させているので伝熱性能は
良い。このような屋根一体型集熱器を住宅に設置
した場合、外観上一般の屋根材と何ら変わるとこ
ろが無く、美観的に優れたものになるとともに、
屋根材と一体化することによりコスト的にも有利
になる等のメリツトがある。

しかし、前述のようにヒートポンプ式集熱シス
テムにおいては、太陽熱とともに空気熱をも集熱
することを特徴とし、空気熱を積極的に集熱する
ためには、空気との接触面積が大きく通風のよい
構造が望ましい。

第７図乃至第１０図の屋根一体型集熱器の場
合、空気熱は集熱板１７の表面および裏面から集
熱されるが、裏面からは、第９図に示す空間２１
の空気から集熱されることになる。この集熱板裏
側の空間２１は棟部分と軒部分に開口部を設ける
ことにより外気に開放される。集熱運転時には集
熱板温度が外気温より低下することから、この集
熱板裏側空間２１の空気温度も外気温度より低下
するため、空間２１では下向きの自然対流が生
じ、棟部分の開口部から新たな外気を導入するよ
うに循環する。

しかし、実際には空間２１の温度と外気温度の
温度差は大きいものではないため、自然対流の駆
動力は小さく、空気の循環流量はごくわずかであ
る。このため空間２１の空気温度は、集熱板温度
の低下に伴つて低下し、集熱板温度との温度差が
小さくなつて、集熱板裏側から空気集熱が十分行
なわれず、集熱器全体としての空気集熱能力が低
くなるという欠点があつた。

＜目的＞ 本考案は上記に鑑み、ヒートポンプ式集熱シス
テムの集熱器を屋根一体型とした場合、日射が少
ないときの空気集熱能力が低くなるという欠点を
解消し、住宅の美観を損なわず、しかも十分な空
気集熱能力を持つ屋根一体型集熱器の提供を目的
とする。

＜実施例＞ 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１１図は、本考案の屋根一体型集熱器の一実
施例を示す断面図であり、第１２図は同じく屋根
面上へ設置した状態を示す断面図、第１３図は、
第１２図のＸ−Ｘ断面図である。

この第１１図乃至第１３図において、２８はヒ
ートポンプサイクルの蒸発器として作用し屋根材
として配設される太陽熱集熱器であつて、この太
陽熱集熱器２８は屋根材として作用する集熱板２
９と、この集熱板２９の裏面側に適宜間隔を以つ
て２本並設された熱媒管３０，３０と、上記集熱
板２９の棟側端部から上面側にＬ字型に突出した
片３１を以つて形成された上向きの係合凹部３２
と、この集熱板２９の棟側端部より下方向に突出
し断面が逆Ｔ字型に形成された脚３３と、上記集
熱板２９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３４と、上記集熱板２９の上面側
に突出形成されたフイン３５と、から構成されて
おり、この太陽熱集熱器２８はアルミニウム材料
で構成され、押し出し成型によつて一体成型され
ている。

上記集熱板２９は、表面に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３２の下面には山形に突出形
成された係着部３６が形成されると共にこの係着
部３６に対応して上記係合片３４の下面に係着部
３６に合致する如く山形に凹んだ係着凹部３７が
形成されている。

上記脚３３は、下部に下面側に開放した凹部３
８が形成されており、この凹部３８を屋根下地２
２に設置された台４０に嵌着する。

上記フイン３５は、集熱板２９外表面に対して
角度Ａを以つて棟側から軒側に突出形成されると
共に先端側が薄肉となるくさび形状を成すもので
あつて、この角度Ａは第１２図に示すように屋根
材として設置された状態で、根元から先端に向つ
て下り匂配になるように設定されている。

尚、国内の一般住宅に広く採用される屋根匂配
（４寸匂配）は、約22゜であり、この匂配の屋根に
上記太陽熱集熱器２８を設置する場合には、角度
Ａの値は、18゜未満にする必要がある。（上記集熱
器２８の形状の場合、屋根面への設置状態におい
て、集熱板２９は、屋根面に対して、前方（軒
側）が約4゜の角度で持上つているため、Ａの角度
は22゜−4゜＝18゜未満とする必要がある。）又、集熱
板２９が屋根面と平行になるような形状を持つ集
熱体の場合には、Ａの角度は、屋根匂配未満の角
度とすればよい。

上記集熱器２８はヒートポンプサイクルの蒸発
器として使用されるため、熱媒管３０，３０内を
流れるフロン等の熱媒の温度は一般に外気温度よ
り数度低い温度に設定され、太陽熱とともに外気
の熱も吸収できるようになつている。このため、
外気の湿度条件によつて、集熱板２９に露が凝縮
する場合が多く、集熱板２９に付着した露を受
け、処理するために野地板１９に防水紙１９ａを
介して露受け板２０が敷設されている。

また空気からも集熱する関係で集熱板２９（屋
根材）と野地板１９との間に空間２１が形成され
通風を可能にし、集熱板２９と空気との熱交換を
良くしている。

また２２は集熱体１７を支える心木であり、こ
の心木の間に空間２１が形成される。２３はネオ
ブレンゴム製断熱材で、集熱体１７と心木２２上
の露受け板２０との間を断熱して、露受け板２０
の裏側の露付きを防ぐものである。また、２４は
たる木である。

上記集熱器２８を屋根へ設置するにあたつて
は、集熱板２９を屋根の前方（軒側）から順次屋
根面上に張つて行き、この時係合凹部３２に隣接
する集熱器２８の係合片３４を挿入することで該
凹部３２下方の係着部３６に係合片３４の係着凹
部３７を嵌合して隣接する集熱器２８同志を連結
し、脚３３に針４１を台４０、心木２２に貫通し
て打ち込むことにより集熱器２８が屋根材として
固定される。

従つて、上記構成の集熱器２８であれば、集熱
板９上面にフイン３５が設けられているので、集
熱器２８の表面積が増大して空気集熱効率が向上
し、又このフイン３５が根元から先端に向つて下
り匂配となるように設定されているので、雨水や
ほこりがフイン３５と集熱板２９との間に溜るの
を防止することができる。しかも、このフイン３
５は肉厚が先端から根元に向つて大きくなつてい
るので、上方からの荷重に対する強度が大きくな
つている。

＜他の実施例＞ 第１４図は他の実施例の断面図であつて、この
第１４図において４２，４３は集熱器２８裏面に
おいて、熱媒管３０から下方に向つて一対突出形
成された板状のフインであつて、このフイン４
２，４３は太陽熱集熱器２８の成型と同時に押出
成型にて形成される。その他の構成は第１１図図
示のものと同一である。

このように集熱器２８裏面において熱媒管３０
よりフイン４２，４３を一体に設けることにより
集熱器２８裏面側における空気集熱効率の向上を
期待することができる。

第１５図は、さらに他の実施例を示す断面図で
あり、集熱板２８表面に多数のフイン３５を取付
けた場合の例である。

また、第１６図は、集熱板２８表面に多数のフ
イン３５を取付け、裏面にもフイン４２，４３を
取付けた場合の一実施例である。

尚、一般には、集熱板裏側の空気流通はあまり
良くないため、集熱板２８裏側のフイン４２，４
３は、集熱板２８表面のフイン３５よりも効果は
少ないが、若干の空気集熱改善を図ることができ
る。しかし、集熱板２８裏側空気を強制換気する
などして、集熱板２８裏側の通風を改善する方法
を併用すれば、集熱板裏側のフイン４２，４３の
効果は上がる。

＜効果＞ 以上本考案によれば、ヒートポンプサイクルの
蒸発器として作用し、屋根材となる集熱板とこの
集熱板に対して熱伝的に配設された熱媒管とを備
えたものにおいて、上記集熱板の上面側にフイン
を集熱板と一体に設けたので、従来の集熱屋根材
にみられるヒートポンプ式太陽熱集熱器として空
気集熱能力が低いという欠点を改善し、集熱板表
面のフインを通して十分な空気集熱を可能にする
とともに、集熱板とひれとの間に水やほこりのた
まることのない屋根材としての機能、外観も良好
なすぐれた屋根一体型太陽熱集熱器を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の平板型集熱器の外観斜視図、
第２図はその断面図、第３図は従来の真空ガラス
管型集熱器の断面図、第４図は従来の直膨型集熱
器の外観斜視図、第５図はその要部の拡大断面
図、第６図は直膨型集熱器の他の例の正面図、第
７図は従来の集熱用屋根材の断面図、第８図は第
７図の屋根材の設置状態を示す断面図、第９図は
第８図のＸ−Ｘ断面図、第１０図は従来の集熱用
屋根材の他の例の断面図、第１１図は本考案の一
実施例を示す断面図、第１２図は第１１図の屋根
材の放置状態を示す断面図、第１３図は第１２図
におけるＸ−Ｘ断面図、第１４図、第１５図、第
１６図は本考案の他の実施例を示す断面図であ
る。 ２８：太陽熱集熱器、２９：集熱板、３０：熱
媒管、３５：フイン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ ヒートポンプサイクルの蒸発器として作用
   し、屋根材となる集熱板とこの集熱板に対して
   熱伝的に配設された熱媒管とから成るものにお
   いて、 上記集熱板の上面側にフインを集熱板と一体
   に設けたことを特徴とする屋根一体型太陽熱集
   熱器。 ２ 上記フインは、屋根設置時において根元から
   先端に向つて水平方向より下降していることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の屋根一体型太陽熱集熱器。