JPH1114163A - 太陽熱集熱装置 - Google Patents

太陽熱集熱装置

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Publication number
JPH1114163A
JPH1114163A JP9162329A JP16232997A JPH1114163A JP H1114163 A JPH1114163 A JP H1114163A JP 9162329 A JP9162329 A JP 9162329A JP 16232997 A JP16232997 A JP 16232997A JP H1114163 A JPH1114163 A JP H1114163A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
roof
phase medium
solar
heat collecting
Prior art date
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Pending
Application number
JP9162329A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Wada
和田  弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEINAN SOGO KAIHATSU KK
Original Assignee
SEINAN SOGO KAIHATSU KK
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Filing date
Publication date
Application filed by SEINAN SOGO KAIHATSU KK filed Critical SEINAN SOGO KAIHATSU KK
Priority to JP9162329A priority Critical patent/JPH1114163A/ja
Publication of JPH1114163A publication Critical patent/JPH1114163A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/30Solar heat collectors using working fluids with means for exchanging heat between two or more working fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F24S20/67Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of roof constructions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 屋根を利用して集めた熱を簡単で安価に利用
できる太陽熱集熱装置を提供し、また、高温の熱を簡単
に安価で得ることのできる太陽熱集熱装置を提供する。
さらに、集熱と発電の両方を効率良く行うことのできる
太陽熱集熱装置を提供する。 【構成】 屋根材とその下に設けられた通気層から気相
媒体集熱部を構成し、該集熱部を流通する気相媒体と別
の液相媒体との間の熱交換を行う熱交換器を棟に取付け
る。また、屋根材とその下に設けられた通気層からなる
気相媒体集熱部と液相媒体集熱部および前記各集熱部を
流通する気相媒体と液相媒体との間の熱交換を行う熱交
換器とを組み合わせて構成する。さらに、これに加えて
屋根材に太陽電池素子を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、屋根材の下に設け
られた通気層を利用して太陽熱の収集を行う太陽熱集熱
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】屋根を利用して太陽熱を収集する方法の
一つとして、金属屋根材をその下に通気層が形成される
ようにして葺き、この通気層を流れる空気を集めること
によって太陽熱を収集する方法がある。この方法は、水
を用いないため水漏れの心配が無く、構造的にも特別の
構造は必要ないので比較的簡単に安価で太陽熱を収集す
ることの出来る方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法により収集
された熱は、多くの場合ダクト等を通して暖められ空気
を室内に送り込むことにより利用される。しかしなが
ら、このような利用方法においては、ダクト等を取付け
るために大掛かりな工事が必要になり経費が嵩む、既築
住宅への取付が難しいという問題が生じる。また、より
質の高い高温の空気を得ようとすると、単に屋根材の下
に通気層を設けるだけでは不十分であり、通気層の気密
性と断熱性を上げたり、ガラスを用いて屋根材の上に断
熱のための空気層を設けたりする必要が生じ、それほど
簡単でも安価でもなくなってしまうという問題が生じ
る。さらに、太陽光の利用を併せて行うための太陽電池
(特にシリコン結晶系のもの)からなる屋根材を用いる
場合、変換効率向上のため通気層に太陽電池の冷却効果
を持たせる必要が生じ、通気層を流れる空気の温度をあ
まり高く出来ないという問題が生じる。以上に鑑み、本
発明は、屋根を利用して集めた熱を簡単で安価に利用で
きる太陽熱集熱装置を提供し、また、高温の熱を簡単に
安価で得ることのできる太陽熱集熱装置を提供すること
を目的とする。さらに、集熱と発電の両方を効率良く行
うことのできる太陽熱集熱装置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】本発明第1 の太陽熱集熱
装置は、屋根材とその下に設けられた通気層からなる気
相媒体集熱部と、棟に取付けられ該集熱部を流通する気
相媒体と液相媒体との間の熱交換を行う熱交換器とから
なることを特徴とする。本集熱装置によれば、まず気層
媒体集熱部において、屋根材が太陽光の照射を受けるこ
とにより該屋根材が加熱されて昇温され、この熱が屋根
材の下の通気層内の空気に伝達されて該空気が加熱され
ることによって空気による集熱が行われる。次いで熱交
換器において、加熱された空気の熱が水、不凍液、低沸
点媒体等の液相状態の媒体に伝達されて熱が取出され
る。このように、液相状態の媒体に熱が伝達されて集熱
した熱が取出されるため、簡単な構造の屋根部分の集熱
部の特徴はそのまま生かされ、熱を取出すためのパイプ
等の設備も小さく出来、また、棟に熱交換器を設置する
ため建物本体に手を加える必要も無く、屋根を利用して
集めた熱を簡単で安価に利用できるようになる。
【0005】また、本発明第2 の太陽熱集熱装置は、気
相媒体集熱部と液相媒体集熱部および前記各集熱部を流
通する気相媒体と液相媒体との間の熱交換を行う熱交換
器とからなり、気相媒体集熱部が屋根材とその下に設け
られた通気層からなることを特徴とする。本集熱装置に
よれば、まず気層媒体集熱部において、屋根材が太陽光
の照射を受けることにより該屋根材が加熱されて昇温さ
れ、この熱が屋根材の下の通気層内の空気に伝達されて
該空気が加熱されることによって空気による最初の集熱
が行われる。次いで熱交換器において、直接または間接
的に空気の集めた熱が液相媒体集熱部の液相媒体に移さ
れた後、再度液相媒体集熱部においてより高い温度とな
るように集熱される。このような構造のため、上記第1
の発明の利点はそのままで、より高温の熱を簡単に安価
で得ることができるようになる。
【0006】さらに、本発明第3の太陽熱集熱装置は、
気相媒体集熱部と液相媒体集熱部および前記各集熱部を
流通する気相媒体と液相媒体との間の熱交換を行う熱交
換器とからなり、気相媒体集熱部が屋根材の下に設けら
れた通気層からなり、該屋根材が太陽電池素子を備えて
なることを特徴とする。本集熱装置によれば、太陽光の
照射により昇温された太陽電池の熱が通気層内の空気に
伝達されて太陽電池の冷却が行われ、同時にこの空気に
よる集熱が行われる。そして、この空気の集めた熱が液
相媒体集熱部の媒体に渡され再度加熱されるため、空気
の集熱温度を低くして太陽電池の変換効率が高くなるよ
うにしても高温の熱を得ることが出来る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いながら本発明の
実施形態例について説明する。図1 は、本発明太陽熱集
熱装置の一実施形態を示す模式構成図、図2 は本例の屋
根の外観を示す図、図3 は、本例で用いられる屋根材の
概略形状を示す斜視図、図4 は図2における横方向のA
−A断面図、図5 は図2における縦方向のB−B断面図
である。
【0008】図1 に示されるように本例の太陽熱集熱装
置は、屋根材(111、112)とその下に設けられた
通気層12からなる気相媒体集熱部1と液相媒体集熱部
2および前記各集熱部を流通する気相媒体と液相媒体と
の間の熱交換を行う熱交換器3とからなっており、屋根
全体で太陽熱集熱装置が構成されている。気相媒体集熱
部1は屋根本体であり、図2 に示されるように軒先と液
相媒体集熱部2の設置される部分を除いた南面には太陽
電池を備えた屋根材111が、その他の面には太陽電池
を備えていない屋根材112が、それぞれ縦桟上に葺か
れ、野地板等により構成される屋根下地13との間に通
気層12が形成されることで構成されている。液層媒体
集熱部2は水循環式の平板型太陽熱温水器であって、屋
根南面の屋根材112上に3枚設置され、通気層12を
流れてくる空気とこの温水器に流す水との間の熱交換を
行う熱交換器3が棟の上に設置されて棟カバー6により
覆われている。熱交換器3と温水器とはステンレス製の
水配管4により接続され、熱交換器3を経由して温水器
に水が入るようになっている。なお、温められた水は地
上に設置した温水タンクに貯められるようになってい
る。
【0009】太陽電池を備えた屋根材111、112の
形状は、図3に示されるように鋼板からなる横長の平板
瓦形状であり、その大きさは、横が950mm、縦が4
10mmであって、横方向に隣接する屋根材とのつなぎ
目となる端部に幅40mmの水受け部103が設けられ
ており、この上に隣の屋根材が重ねられる。本例では、
この屋根材が寄棟形状の屋根に平板瓦と同様の方法で、
図2に示されるように千鳥葺きされている。尚、上方向
に隣接する屋根材は、太陽電池セル102の配置されて
いる面の切れ目にあたる位置で重ねられる。屋根材11
1と屋根材112とは同じ外形を有しているが、屋根材
111は、鋼板からなる本体に多結晶太陽電池セル10
2が横に8列、縦に3列の計24枚直列に接続されて貼
り付けられ、その上に透明強化ガラス104が貼り付け
られたものである。
【0010】図4と図5はそれぞれ本屋根材が縦桟上に
取付けられた状態を示す断面図であり、図4は図2にお
ける横方向のA−A断面図、図5は縦方向のB−B断面
図である。これらの図に示されるように、垂木131と
その上に取付けられた野地板132とからなる屋根下地
13の上に山型ハット形状の鋼製縦桟14が455mm
ピッチで取付けられ、この上に水受け部103の部分を
重ねて固定して屋根材111が取付けられ、屋根材11
1は一つ置きの縦桟14で水受け部103の部分におい
て支えられるようになっている。尚、図中101は屋根
材本体を構成する鋼板、104は透明強化ガラスであ
り、セルは省略されている。
【0011】次に本太陽熱集熱装置の機能について説明
する。昼間、屋根が日射を受けると屋根材111が備え
た太陽電池セル102が発電を始める。これと同時に屋
根材111と共に太陽電池セル102の温度も上昇し始
め、太陽電池セル102の変換効率が低下し始める。し
かしながら、屋根材111の下に通気層12が設けられ
ているので、通気層12内の空気に屋根材111の熱が
逃がされることで通気層12が太陽電池セル102の冷
却機能を果たし、ある一定の温度以上には太陽電池セル
102の温度が上昇することはなく、所定の変換効率が
保たれる。一方、屋根材111、112が温められるこ
とで、これらからの熱伝達により通気層12内の空気が
温められ、該空気は集熱の機能を果たすことになる。そ
して、温められた空気は棟の方へと上ってゆき、通気層
12内の空気の上昇に伴い、軒先の空気取入口6より新
しい空気が通気層12内に取入れられる。上昇した空気
は、熱交換器3の空気取入口31から熱交換器3内に取
り込まれ、ここで水に熱を伝達してこれを温めた後、空
気排出口32から排出される。以上の過程により、通気
層12内の空気は、太陽電池セル102の冷却と太陽熱
の集熱の役割を果たすことになる。次に、空気により集
熱された熱を受け取って温められた水は、液層媒体集熱
部2の平板型太陽熱温水器に送られ、さらに集熱が行わ
れて高温の水とされて取り出される。このように、本例
では集熱媒体と集熱装置をそれぞれ2種類用いてそれぞ
れの動作を必要に応じて独立して制御できるようにする
と共に、熱容量の小さい媒体から大きい媒体へと熱を伝
達する組合わせとしているため、冷却と加熱という相反
する機能を効率良く働かせることが出来る。なお、本例
の太陽熱集熱装置は、夜、屋根材112からなる北面の
屋根の放射冷却を利用した冷熱の集熱も可能であり、ま
た、各構成部材の組合わせを容易に変更でき、例えば、
最も簡単な水集熱装置が必要な場合は、熱交換器3だけ
(図6参照)、取出す熱の温度を上げたい時にはこれに
平板型太陽熱温水器を加える、太陽電池と最も簡単な水
集熱装置が必要な場合には、図6の構成において屋根材
112を太陽電池を備えた屋根材112に代えるという
ふうに、必要に応じて機能を選択できるという特徴を有
する。
【0012】
【発明の効果】本願第1の発明によれば、屋根を利用し
て集めた熱を簡単で安価に利用でき、本願第2の発明に
よれば、高温の熱を簡単に安価で得ることができ、本願
第3の発明によれば、集熱と発電の両方を効率良く行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明太陽熱集熱装置の一実施形態を示す模
式構成図である。
【図2】 本例の屋根の外観を示す図である。
【図3】 本例で用いられる屋根材の斜視図である。
【図4】 図2におけるA−A断面図である。
【図5】 図2におけるB−B断面図である。
【図6】 簡易構造の太陽熱集熱装置を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
1:気相媒体集熱部 2:液相媒体集熱部
3:熱交換器 12:通気層 111、112:屋根材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屋根材とその下に設けられた通気層から
    なる気相媒体集熱部と、棟に取付けられ該集熱部を流通
    する気相媒体と液相媒体との間の熱交換を行う熱交換器
    とからなることを特徴とする太陽熱集熱装置。
  2. 【請求項2】 気相媒体集熱部と液相媒体集熱部および
    前記各集熱部を流通する気相媒体と液相媒体との間の熱
    交換を行う熱交換器とからなり、気相媒体集熱部が屋根
    材とその下に設けられた通気層からなることを特徴とす
    る太陽熱集熱装置。
  3. 【請求項3】 気相媒体集熱部の屋根材が太陽電池素子
    を備えてなることを特徴とする請求項2記載の太陽熱集
    熱装置。
JP9162329A 1997-06-19 1997-06-19 太陽熱集熱装置 Pending JPH1114163A (ja)

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JP9162329A JPH1114163A (ja) 1997-06-19 1997-06-19 太陽熱集熱装置

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JP9162329A JPH1114163A (ja) 1997-06-19 1997-06-19 太陽熱集熱装置

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JP9162329A Pending JPH1114163A (ja) 1997-06-19 1997-06-19 太陽熱集熱装置

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JP (1) JPH1114163A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013185729A (ja) * 2012-03-07 2013-09-19 Om Solar Inc 空気式ソーラーシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013185729A (ja) * 2012-03-07 2013-09-19 Om Solar Inc 空気式ソーラーシステム

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