JPH0590263U - ソーラーシステムにおける集熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 暖房が必要な冬期には集光部に集熱体のみを
存在させて暖房装置の熱源を効果的に得ると共に、暖房
が不要な夏期等には集光部に集熱管を存在させて集熱体
の過熱を防ぎ乍ら給湯装置の熱源を効果的に得る。又、
同時に屋根板等の外壁材の過熱を回避させて屋内の快適
な条件を得ることが可能な集熱装置を提供する。 【構成】 一般建物のソーラーシステムにおいて略南面
向きの屋外構造物として設置される多層構造の集熱装置
であり、集熱装置は屋根板等の外壁材の上面に配設させ
た断熱層と、断熱層の上方に通風路を介して配設させた
集熱体と、集熱体の上方へ密閉空間とした断熱空気層を
介して配設させたリニアフレネルレンズから成る採光板
とで形設され、集熱体の上面へは採光板のリニアフレネ
ルレンズにより太陽光の入射角の変化に応じて適宜に移
動する複数の集光部を一定間隔で形成させ、集熱体を所
望の集光部に合致する位置に配置させた複数の集熱板と
集熱管とで形設させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、太陽エネルギーを空気や水等の熱媒体を用いて熱エネルギーに変換 し、一般建物の暖房装置や給湯装置等へ利用する熱利用のソーラーシステムにお ける集熱装置（コレクター）に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】

従来より、住宅等の一般建物における太陽エネルギーを利用したソーラーシス テムは、他のエネルギー源を用いた冷暖房・給湯システムの補助システムとして 、或は、それ等に替わるシステムとして採用され、近年、経済性等の点で重要視 されているものである。

【０００３】 又、ソーラーシステムには、太陽エネルギーを太陽電池アレイを用いて電気エ ネルギーに変換する光利用システムと、空気や水等の熱媒体を用いて熱エネルギ ーに変換する熱利用システムがあるが、コスト面や電気系統の技術面の問題で、 主として熱エネルギーに変換する熱利用システムが多く採用されているのが現状 である。

【０００４】 この種の熱利用システムの概要は、太陽光の熱エネルギーを熱吸収に適した金 属製等の集熱体を用いて集熱し、次いで、空気や水等の熱媒体を介して蓄熱槽へ 蓄熱し、これを熱源として電気、ボイラー、湯沸器等の補助熱源と共に屋内の冷 暖房・給湯システムにおける暖房装置、給湯装置、或は吸収式冷凍機を用いた冷 房装置等に利用するもので、例えば、熱媒体に空気を用いた例に、鉄等の金属製 の屋根材を集熱体とした非集光固定型のソーラーハウスシステムが実用化されて いる。

【０００５】 図７に図示のものは、この様なソーラーハウスシステムにおける集熱構造を説 明するもので、集熱体に屋根材１１を利用し、屋根材１１と梁１４の上面に敷設 した断熱材１３との間に通風路１２を設けたものであり、先ず、軒下から通風路 １２内に流入する外気を加熱して上方で集約し、次いで、ファンを内蔵したダク ト等の空気流路を介して床下の蓄熱槽に集熱させて床下暖房や室内暖房等の暖房 装置の熱源として利用するものである。

【０００６】 然し乍ら、屋根材１１を集熱体とした集熱構造を採用すると、冬期においては 、屋根材１１からの放熱による熱損失が多いために充分な熱量が得られず、一方 、夏期においては、屋根材１１が過熱するので、例えば、ダンパー等を設けて空 気の流路制御を行い、通風路１２と屋内側の空気流路を遮断して加熱された通風 路１２内の空気を外気へ強制的に排気させても、梁１４の上面に敷設した断熱材 １３を通過して屋内に熱が伝導するので、特に冷房装置等のマイナス要因となっ て、快適な居住空間を現出できない等の問題点があった。

【０００７】 又、ダクト等の空気流路内に熱交換器を設置し、通風路１２内で加熱された空 気を熱交換器で水等の熱媒体に伝えて温潟し、これを熱源として給湯装置に利用 するものが知られているが、通風路１２内の空気を加熱した後に熱交換器で変換 する間接集熱は熱効率が極めて悪く、必要な熱量が得られない等の問題点があっ た。

【０００８】

【考案の目的】

本考案は上記の事由に鑑みて、四季の変遷に応じた太陽光の位置の変化、つま り固定設置型の集熱装置における太陽光の入射角の変化に着目し、集熱装置へリ ニアフレネルレンズから成る採光板を用いてその下層に配設した集熱体の上面に 太陽光の入射角の変化に応じて移動する適宜な集光部を形成し、一方、集熱体を 暖房装置へ空気流路を介して接続された通風路内の空気を加熱する集熱板と、主 として給湯装置の管路系の一部とした集熱管とで形成させ、集熱板と集熱管を所 望の集光部と合致する位置に配置させて太陽光の熱エネルギーを四季を通じて選 択的に有効利用させる目的である。

【０００９】 即ち、本考案に係る集熱装置の具体的な目的は、暖房が必要な冬期においては 集光部に集熱体のみを存在させて集熱させ、加えて、採光板と集熱体との空間を 密閉させて集熱体からの対流空気による放熱を防止することにより、暖房装置の 熱源を効果的に得ると共に、暖房が不要な夏期等においては集光部に集熱管を存 在させて集熱させ、特に夏期における高熱は、集熱体より比熱の大きい液体等の 流体を熱媒体に選び、これを循環ポンプ等により蓄熱タンクから循環させて集熱 体の過熱を防ぎ乍ら、給湯装置の熱源を効果的に得るものであり、又、同時に、 従来の問題点となっていた屋根板等の外壁材の過熱を回避させて、屋内の快適な 条件を得ることが可能なソーラーシステムにおける集熱装置を提供する目的であ る。

【００１０】

【考案の構成】

本考案の構成は、集熱装置は外壁材の上面に配設させた断熱層と、断熱層の上 方に通風路を介して配設させた集熱体と、集熱体の上方へ密閉空間とした断熱空 気層を介して配設させたリニアフレネルレンズから成る採光板とで形設され、集 熱体の上面へは採光板のリニアフレネルレンズにより太陽光の入射角の変化に応 じて移動する複数の集光部を一定間隔で形成させ、集熱体を所望の集光部に合致 する位置に配置させた複数の集熱板と集熱管とで形設させた構成である。

【００１１】

【実施例】

斯る目的を達成させた本考案を以下実施例の図面によって説明する。 図１は 、本考案の集熱装置の概要図であり、図２は、本考案の集熱装置を用いたソーラ ーシステムハウスの概要図であり、図３は、本考案の集熱装置を用いたソーラー システムの一部を省略した機能説明図であり、図４は、本考案の集熱装置の冬期 における太陽光の集光状態を示す説明図であり、図５は、本考案の集熱装置の春 期及び秋期における太陽光の集光状態を示す説明図であり、図６は、本考案の集 熱装置の夏期における太陽光の集光状態を示す説明図であり、図７は、従来の屋 根材を集熱体としたソーラーシステムハウスの集熱構造を示す概要図である。

【００１２】 本考案は、図１及び図２に図示の如く、太陽エネルギーを空気や水等の熱媒体 を用いて熱エネルギーに変換する熱利用のソーラーシステムにおける集熱装置１ に関するものであり、一般建物のソーラーシステムにおいて屋外構造物として形 成される集光固定型の集熱装置１であって、図１に図示の如く、該集熱装置１は 屋根板等の外壁材Ａの上面に設けた断熱層２と、該断熱層２の上方に通風路３を 介して設けた集熱体４と、該集熱体４の上方へ密閉空間とした断熱空気層５を介 して設けたリニアフレネルレンズ６ａから成る採光板６とで形設され、前記集熱 体４の上面へは前記採光板６のリニアフレネルレンズ６ａにより太陽光Ｓの入射 角の変化に応じて適宜に移動する複数の集光部を一定間隔で形成させると共に、 前記集熱体４を所望の集光部に合致する位置に配置させた複数の集熱板４ａと集 熱管４ｂとで形設させたものである。

【００１３】 即ち、本考案の集熱装置１は、住宅等の一般建物の冷暖房・給湯システムの図 ３に示す暖房装置７及び給湯装置８等へ太陽光の熱エネルギーを供給する熱利用 のソーラーシステムの重要部であり、図２に図示の如く、住宅等の一般建物へ屋 外構造物として設置されるユニット式平板型の集光固定型の集熱装置１であり、 該集熱装置１はＦＲＰ等の合成樹脂、或は、アルミ、ステンレス等の金属を用い た外装ケーシング（図示せず）で一体的に形設されると共に単体、或は複数個の 集合体でも使用できるものであり、以下、その細部と作用を説明するものである 。

【００１４】 先ず、本考案の集熱装置１を設置する住宅等の一般建物の外壁材Ａは、鉄等の 金属製の屋根板は勿論のこと、南面向きの傾斜壁面等の太陽光が充分に照射され る適宜な建築構造物が選択される。

【００１５】 一方、前記集熱装置１は、図１に図示の如く、屋根板等の外壁材Ａの上面に配 設させた断熱層２と、該断熱層２の上方に通風路３を介して配設させた集熱体４ と、該集熱体４の上方へ密閉空間とした断熱空気層５を介して配設させたリニア フレネルレンズ６ａから成る透明な採光板６で構成されている。

【００１６】 前記断熱層２は通風路３の加熱空気から外壁材Ａを通過して屋内に熱が伝導す ることを防止させるために集熱装置１の最下層に設けられるもので、前記外壁材 Ａの上面に密着させて敷設させるアルミ箔付ガラスウール、ロックウール等のシ ート状の断熱材から成り、該断熱層２の機能により集熱装置１全体の伝導による 熱損失を低減させている。

【００１７】 前記通風路３は最下層の断熱層２と上層の集熱体４との間に適宜なスペーサー （図示せず）により形成されたものであり、該通風路３の、例えば、傾斜設置状 態での下方部位へは外気取入口を形成させると共に上方部位へは配管口（図示せ ず）を形成させ、該配管口へ屋内に配設されたダクト等の空気流路を配管接続さ せ、該空気流路へはファン等の強制循環手段を内蔵させると共に屋内の床暖房や 空調暖房等の暖房装置７と接続させるものである。尚、前記通風路３内には、実 質上、顕熱型の空気を用いるが、例えば、フロン等の潜熱型の気体を用いても構 わない。

【００１８】 前記集熱体４は銅、アルミ、ステンレス、鋼等の熱伝導率の高い金属製の材質 が用いることが好ましく、前記通風路３内の空気を加熱する複数の集熱板４ａと 給湯装置８の管路系の一部として水や不凍液等を貯溜又は循環させる複数の集熱 管４ｂとで形設させたものであり、該集熱板４ａと集熱管４ｂの夫々は後に詳述 する所望の集光部と合致する位置に交互に配置される。

【００１９】 前記集熱板４ａは熱吸収率を高めるために黒色塗装された鋼板、選択吸収膜処 理されたアルミ、ステンレス板を用いるもので、平板は勿論のこと、前記通風路 ３内の空気との接触面を増す様に、図示の如く波状のコルゲート板等を用いても 構わないものである。

【００２０】 前記集熱管４ｂは集熱板４ａと同様の金属製の材質が用いられ、内部には水等 の液体の流路を有するが、特に冬期には凍結防止の目的で水等を入れなくても良 い。尚、不凍液を用いる場合には、蓄熱槽９内に熱交換器を設置させて間接集熱 を行うことになる。

【００２１】 前記断熱空気層５は集熱体４からの放熱を防止させるためのもので、集熱体４ の上面に密閉空間として形成させて空気の対流を防止させて断熱効果を生じさせ ているものであり、該断熱空気層５の機能により集熱装置１全体の対流による熱 損失を低減させている。

【００２２】 前記採光板６は集熱装置１の最上層に形成され、リニアフレネルレンズ６ａを 連続形成させた透明板であり、該リニアフレネルレンズ６ａは凸レンズを多数の セグメントに分割して薄く軽量化したものであって、リニア状に複数個の溝を形 成させた面状配列に適する特殊なレンズ構造である。

【００２３】 又、前記採光板６はリニアフレネルレンズ６ａの形成を鑑みて、アクリル樹脂 等の合成樹脂製の板材を用いて加工するか、或は、加圧圧縮等の一体成形により 形成されるが、例えば、硝子等の素材を用いても良く、又、該採光板６の表面に は前記集熱板４ａと同様に熱吸収率を高めるために表面に選択吸収膜処理を行っ ても良い。

【作用】

【００２４】 図３は、本考案の集熱装置１を用いたソーラーシステムの一部を省略した機能 説明図である。屋内の冷暖房・給湯システムにおいて、前記集熱装置１で集熱さ れた熱エネルギーは暖房装置７と給湯装置８へ夫々二系統に別れて供給されるも のであり、図１に示す集熱体４を構成する集熱板４ａは暖房装置７の集熱部とし て、集熱管４ｂは給湯装置８の集熱部として機能し、又、通風路３内の空気は暖 房装置７の熱媒体として、集熱管４ｂ内の水等の液体は給湯装置８の熱媒体とし て機能する。

【００２５】 前記通風路３内の空気は、図３では省略させた集熱板４ａの上面に照射された 太陽光により加熱され、図示しないダンパー等の流路制御手段を有した空気流路 を介して屋内の床下暖房や空調暖房等の暖房装置７に供給される。又、空調暖房 の場合、加熱された空気は熱媒体であると同時に直接、温風として利用される。

【００２６】 前記集熱管４ｂ内の水等の液体は集熱管４ｂの上面に照射された太陽光により 加熱され、循環ポンプにより蓄熱槽９に蓄熱され、台所や浴室等の給湯装置８に 供給されるものである。又、不凍液を用いる場合には熱交換器で間接集熱を行い 、加熱された水を直接浴用等に用いる場合には蓄熱槽９を省略することもできる 。

【００２７】 本考案の集熱装置１は、図４乃至図６に図示の如く、集熱体４の上面に採光板 ６のリニアフレネルレンズ６ａにより太陽光Ｓの入射角の変化に応じて適宜に移 動する複数の集光部が一定間隔で形成され、又、前記集熱体４の集熱板４ａと集 熱管４ｂは、特に四季における三種類の太陽光Ｓの入射角に対応する所望の集光 部と合致する位置に配置させるものである。

【００２８】 即ち、本考案の実施例では、有効的な実施例として屋内の冷暖房・給湯システ ムにおいて主に冬期に暖房装置７を利用し、夏期に給湯装置８を利用させること を前提としており、従って、所望の集光部とは主に夏期における集光部と冬期に おける集光部を意味し、又、集熱体４の長さ方向において夫々の集光部の巾と各 集光部の間隔の巾、更に、集熱板４ａと集熱管４ｂの巾を同巾とさせることによ り、これを効果的に実現させている。

【００２９】 然し乍ら、四季を通じて給湯装置８を利用する場合等には、冬期においても集 光部の一部が集熱管４ｂを加熱させる必要があり、その際には、集熱板４ａと集 熱管４ｂの巾を相違させたり、或は、集熱板４ａと集熱管４ｂの微妙な位置調整 を行うものである。

【００３０】 前述の条件下において、太陽光Ｓの入射角は夏期と冬期において最大変化し、 又、前記集熱体４の上面に形成される一定間隔の複数の集光部は、夏期から冬期 にかけて集熱体４の上方から下方に集光部の巾、つまり集熱板４ａ及び集熱管４ ｂの巾だけ移動する。図４乃至図６に示すものは、冬期の集光部と集熱板４ａを 合致させると共に夏期の集光部を集熱管４ｂと合致させて形設させている。

【００３１】 図４は、冬期における太陽光Ｓの集光状態を示すものである。冬期における太 陽光Ｓは稍々低い位置から入射するため、採光板６のリニアフレネルレンズ６ａ を透過した太陽光Ｓは夫々の集熱板４ａの上面に集光部を形成するものであり、 該集熱板４ａにより集熱された熱エネルギーは通風路３内を通る外気を暖めるも のである。

【００３２】 季節により太陽の高さは変動し、春期及び秋期には、図５に図示の如く、採光 板６のリニアフレネルレンズ６ａを透過した太陽光Ｓは集熱板４ａと集熱管４ｂ の間に集光部を形成するものであり、集熱板４ａに集熱された熱エネルギーは通 風路３内を通る外気を暖め、一方、集熱管４ｂに集熱された熱エネルギーは管内 の水等の液体を直接暖める。

【００３３】 図６は、夏期における太陽光Ｓの集光状態を示すものである。夏期における太 陽光Ｓは稍々高い位置から入射するため、採光板６のリニアフレネルレンズ６ａ を透過した太陽光Ｓは、夫々の集熱管４ｂの上面に集光部を形成し、直接、管内 の液体を加熱するものである。

【００３４】 この場合、前記集熱板４ａは断熱空気層５内の空気により間接的にしか熱せら れず、従って、通風路３内の空気を通して屋根板等の外壁材Ａが過熱することが なく、更に、通風路３内を通る外気を直接外へ排気させれば、断熱層２に届く熱 を効果的に低減でき、屋内は快適に保たれるものである。

【考案の効果】

本考案の集熱装置は、前述の如く構成したものであり、断熱空気層と断熱層の 機能により対流と伝導による熱損失を低減させた極めて熱効率の良い集熱装置で あることは勿論のこと、採光板のリニアフレネルレンズの集光機能と集熱体の構 造により、例えば、冬期には集熱体の集熱板のみで集熱させて暖房装置に利用し 、夏期には集熱体の集熱管のみで集熱させて給湯装置に利用させる等の太陽光の 熱エネルギーを四季を通じて選択的に有効利用できる機能性に優れたものであり 、特に、夏期における屋内への熱伝導を防ぐので、四季を通じて極めて効率の良 い冷暖房・給湯システムを実現できる画期的な考案である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の集熱装置の概要図である。

【図２】本考案の集熱装置を用いたソーラーシステムハ
ウスの概要図である。

【図３】本考案の集熱装置を用いたソーラーシステムの
一部を省略した機能説明図である。

【図４】本考案の集熱装置の冬期における太陽光の集光
状態を示す説明図である。

【図５】本考案の集熱装置の春期及び秋期における太陽
光の集光状態を示す説明図である。

【図６】本考案の集熱装置の夏期における太陽光の集光
状態を示す説明図である。

【図７】従来の屋根材を集熱体としたソーラーシステム
ハウスの集熱構造を示す概要図である。

【符号の説明】

Ａ 外壁材 Ｓ 太陽光 １ 集熱装置 ２ 断熱層 ３ 通風路 ４ 集熱体 ４ａ 集熱板 ４ｂ 集熱管 ５ 断熱空気層 ６ 採光板 ６ａ リニアフレネルレンズ ７ 暖房装置 ８ 給湯装置 ９ 蓄熱槽 １１ 屋根材 １２ 通風路 １３ 断熱材 １４ 梁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一般建物のソーラーシステムにおいて略南
   面向きの屋外構造物として設置される多層構造の集熱装
   置であって、前記集熱装置は屋根板等の外壁材の上面に
   配設させた断熱層と、該断熱層の上方に通風路を介して
   配設させた集熱体と、該集熱体の上方へ密閉空間とした
   断熱空気層を介して配設させたリニアフレネルレンズか
   ら成る採光板とで形設され、前記集熱体の上面へは前記
   採光板のリニアフレネルレンズにより太陽光の入射角の
   変化に応じて適宜に移動する複数の集光部を一定間隔で
   形成させると共に、前記集熱体を所望の集光部に合致す
   る位置に配置させた複数の集熱板と集熱管とで形設させ
   たことを特徴とするソーラーシステムにおける集熱装
   置。