WO2011155564A1 - 建物用ルーバーユニット - Google Patents

Abstract

　本発明は、表面部（１）と、該表面部を支持するルーバー本体（２）と、流体を通過させるための中空構造部（５）とを有し、前記ルーバー本体（２）は、底面部（１２）と側面部（１１）とを有し、前記中空構造部（５）は、前記表面部（１）と前記ルーバー本体（２）により形成された空間部（１３）内にあり、かつ前記表面部の背面と密着した状態で又は隙間をもって、設けられていることを特徴とする建物用ルーバーユニットである。　上記本発明によれば、太陽エネルギーを有効利用できる建物用ルーバーユニットを提供することができる。

Description

建物用ルーバーユニット

　本発明は建物用ルーバーユニットに関し、より詳しくは、ルーバー内部にルーバーと一体化された流体の流路を設け、ルーバーが受けた太陽エネルギーを、流体を介して利用できる建物用ルーバーユニットに関する。

　高層建築物の非常階段や屋上などでは、直射日光が当たることを避けるとともに通気性を確保するため、複数の細長い板（羽板）を間隔を開けて複数枚平行に組んだルーバーが設けられている。また、ルーバーは、屋上などに置かれた空調の室外機や水のタンクなどを目隠しするためにも利用されている。
　近年、環境問題に対する社会的関心の高まりもあって、このような建物用ルーバーの羽板に太陽電池を組み込んだルーバー型太陽電池ユニットも開発されている（特許文献１参照）。

特開２００３－３３６４６５号公報

　しかし、現在市販されている太陽電池の発電効率は高くても２０％程度であり、太陽エネルギーの有効利用が課題となっている。ルーバー表面に太陽電池パネルを設置した場合でも、発電に利用されない大部分の太陽エネルギーは熱に変わってしまうため、ルーバーの設置によりその周囲の温度が上昇してしまうという問題がある。また、現在、普及している結晶シリコン型の太陽電池は高温になると発電効率が低下するという問題も起きている。

　そこで、本発明者らは、上記の従来技術の問題点を解決し、太陽エネルギーをより効率的に利用することを目的として、ルーバーユニットの構造について検討し、鋭意研究開発を行い、本発明の完成に至った。

　すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、表面部（１）と、該表面部を支持するルーバー本体（２）と、流体を通過させるための中空構造部（５）とを有し、前記ルーバー本体（２）は、底面部（１２）と側面部（１１）とを有し、前記中空構造部（５）は、前記表面部（１）と前記ルーバー本体（２）により形成された空間部（１３）内にあり、かつ前記表面部の背面と密着した状態で又は隙間をもって、設けられていることを特徴とする建物用ルーバーユニットを提供する。

　本発明によれば、その構造中に流体の流路を設け、さらに流体への熱移動が効率的に行われる構成とすることで、より多くの太陽エネルギーを利用できる建物用ルーバーユニットが提供される。本発明のルーバーユニットを利用することで、太陽エネルギーを多面的に利用した優れた光熱ハイブリッドシステムを提供することができる。

本発明の実施形態の一例の断面図。 本発明の実施形態の一例の平面図。 本発明の別の実施形態の断面図。 本発明の別の実施形態の平面図。 本発明の実施形態の一例の断面斜視図。 別の態様の中空構造部の断面図。 別の態様の中空構造部の断面図。 別の態様の中空構造部の断面図。 別の態様の中空構造部の断面図。 本発明の別の実施形態の断面図。 人工気象室での実験結果をまとめたグラフ。

　次に、本発明を実施するための好ましい形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の実施形態の１態様の断面図である。本発明のルーバーユニットは、表面部（１）と、該表面部を支持するルーバー本体（２）と、流体を通過させるための中空構造部（５）とを有する。表面部（１）とは、ルーバーユニットのうち太陽光の受光面にあたる部分をいう。表面部（１）は、ルーバー本体（２）とは別に製造したものを、ルーバー本体（２）に固定してもよいが、図１に示すようにルーバー本体（２）と一体成形してもよい。また、表面部（１）は、図３に示すように太陽電池パネル（７）で形成してもよい。太陽電池パネル（７）は、例えば、複数の太陽電池セルが並べられたもので、市販のものを使用することができる。

　上記ルーバー本体（２）は、底面部（１２）と側面部（１１）とを有する。底面部（１２）がほぼ矩形の場合、側面部（１１）は、底面部（１２）の長手方向の向かい合う面だけに形成してもよいが、ルーバーユニット内部の空間部（１３）を外部から隔離し、温度や湿度などの内部環境を維持する観点から空間部（１３）を閉じた空間とするように４面に設けることが好ましい。

　上記中空構造部（５）は、その内部に流体を通過させるための中空部分を有することを要する。流体は、本発明のルーバーユニットが受けた太陽光のうち、熱エネルギーとなってルーバーやその周辺の温度上昇をもたらす熱を奪うために使用する。該流体は、中空構造部（５）の内部を移動できる流動性を持つものであれば、気体、液体ならびに粉体、粒状体などの固体でもよいが、経済性および熱エネルギーの回収の容易さの面から空気又は液体が好ましく、液体を用いることがより好ましい。さらに、液体としては経済性の点、汎用性の点から水を用いることがより好ましい。

　該中空構造部（５）は、前記空間部（１３）内に表面部（１）の背面と密着した状態で又は隙間をもって設ける。「密着した状態」には、中空構造部（５）と表面部（１）の背面とが直接密着する場合のほか、図１に記載されるように、表面部（１）と中空構造部（５）の一面とが一体化した場合や、図３に示すように、中空構造部（５）と表面部（１）の背面とが、熱伝導シート（２１）を介して密着している場合がある。表面部（１）が太陽電池パネル（７）である場合のように、表面部（１）と中空構造部（５）とが別部材である場合、熱伝導シートを用いることにより、表面部（１）や中空構造部（５）が不陸であることによる悪影響を軽減できる。すなわち、表面部（１）や中空構造部（５）に存在するゆがみやわずかな凹凸により、表面部と中空構造部とを密着させたときに生じる空隙を埋めて、熱移動効率が低下することを防止できる。また、表面部と中空構造部とを接触させたときの応力を吸収する効果もある。
　熱伝導シートは、０．１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有することが好ましく、１Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。材質としては特に限定はなく、グラファイトシート、シリコンゴムシートなどの市販のものを使用することができる。表面部（１）と中空構造部（５）とが一体成形された場合や、表面部（１）の背面と中空構造部（５）とが密着している場合、熱移動効率が高く特に好ましく採用される。
　一方、表面部（１）の背面と中空構造部（５）との間に隙間がある場合、熱は、空気を介して又は表面部の背面からの熱放射および熱対流により中空構造部（５）に伝わる。隙間の間隔が大きいと熱の移動効率が低下するので、表面部（１）の背面と中空構造部（５）との隙間は２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
　なお、本発明において、表面部（１）の背面とは、受光面に対して反対側の面のことをいう。

　本発明の建物用ルーバーユニットでは、上記中空構造部（５）を表面部（１）の背面に長手方向に設ける。図４では、太陽電池パネルの背面の２箇所に、中空構造部（５）が長手方向に平行に設けられている。一方の端部（例えば、右端）から導入された流体は、中空構造部（５）の内壁から熱を奪いながらもう一方の端部（例えば、左端）に達する。
　このような構造により、本発明のルーバーユニットは、ルーバー本来の日射遮蔽による建物の冷房負荷削減および目隠しの機能に加えて、熱に変わった太陽エネルギーを有効利用できるとともに、ルーバー周辺の温度上昇を防ぎ、ヒートアイランド現象の緩和にも貢献する。特に、表面部（１）が太陽電池パネルである場合、太陽電池で電気に変換されず、熱に変わった太陽エネルギーを有効利用できるとともに、太陽電池の変換効率は温度が上昇すると低下するので、太陽電池パネルを冷却して、発電効率の低下を抑制することができる。また、太陽電池パネルの急激な温度変化を妨げ、太陽電池モジュールに与えるダメージを緩和し、太陽電池モジュールの安定化、長寿命化にも寄与できる。

　本発明のルーバーユニットにおいては、前記中空構造部（５）は、ルーバー本体（２）の側面部（１１）から空間部（１３）に向かって設けられた支持部（３）により固定されていることが好ましい。図３に示すように、中空構造部（５）と向かい合う両側面部（１１）とを架橋することで、ルーバー本体の変形を防止できる。さらに、中空構造部（５）と表面部（１）の背面とを密着させることにより、表面部（１）の重量を中空構造部でも支えることになるため、本発明のルーバーユニットの構造安定性がより向上し好ましい。
　また、図１、図３、図５に示すように、ルーバー本体（２）の底面部（１２）に、中空構造部（５）の重量を支える支持板（８）を長手方向に設けることにより、中空構造部が安定し、ルーバーユニット全体の剛性を高めることができる。
　中空構造部（５）とルーバー本体の支持部（３）とは、溶接して固定してもよいが、断熱材や緩衝材などを介して固定してもよい。
　更に、本発明の別の形態として中空構造部（５）は、押出成形などの一体成形により、ルーバー本体の両側面部（１１）から支持部（３）を介して一体化されていることが好適に採用される。中空構造部（５）とルーバー本体（２）とを一体化して押出成形する場合、上記支持板（８）を設けることにより、押出成形の際に中空構造部（５）とルーバー本体の支持部（３）のそり、うねり、変形を防止し、表面部（１）と中空構造部（５）とを所望の間隔に維持することを可能にするため特に好適に採用される。

　本発明のルーバーユニットにおいて、中空構造部（５）は、表面部（１）の背面の１箇所でも複数箇所に配置させてもよいが、流体を通過させるときの圧力の調整の容易さから２箇所以上が好ましい。一方、製造の容易さや表面部（１）が太陽電池パネルの場合、太陽電池の付属設備の設置場所を確保するため配置箇所は少ない方が好ましい。上記の点で２箇所であることが好ましく、図１、図３、図５にあるように、長手方向に２箇所平行に並べて配置することが好ましい。
　上記中空構造部（５）は、図１に示すように表面部（１）やルーバー本体（２）と一体化し、一体成形してもよい。また、図３に示すように複数の中空構造部を一体化し、これを支持部（３）によってルーバー本体に固定される構造であってもよい。別の態様として、複数の中空構造部（５）どうしを、梁板（不図示）を介して固定し、この両側面を支持部（３）によってルーバー本体に固定される構造であってもよい。

　中空構造部本体（３１）を、流体が通過する方向に対して直交に切った際の好ましい断面形状の一つに円形が挙げられる。断面が円形の中空構造部（５）を用いたルーバーユニットの例を図１０に示す。本発明のルーバーユニットにおいては、１つのルーバーユニットに複数の中空構造部（５）を設け、その中空構造部（５）どうしをＵ字管などで連結することにより、その中を流れる流体に熱エネルギーを効率よく回収することができる。連結用の管や可撓性を有するチューブは断面が円形のものが多く利用されており、これらは連結の信頼性にも優れるため、中空構造部（５）どうしを連結する観点からは、少なくとも中空構造部（５）の両端は断面形状が円形であることが好ましい。中空構造部（５）とルーバー本体（２）とを一体化して押出成形する場合、端部のみの形状を変えることはできないので、中空構造部本体（３１）の断面形状は円形であることが好ましい。

　中空構造部（５）の本体の断面形状が円形である態様の例としては、図１０に示すように、支持部（３）と中空構造部（５）、ルーバー本体（２）等を押出成形により一体成形して、それを太陽電池パネル（７）の背面に密着又は隙間をもって取付けて使用してもよい。中空構造部（５）と太陽電池パネル（７）との背面に隙間がある場合、その隙間に熱伝導シート（２１）を設けることが好ましい。

　中空構造部本体（３１）を、流体が通過する方向に対して直交に切った際の、別の好ましい断面形状として、矩形であって、該断面における長辺の長さをＬ、短辺の長さをＤとしたときに、Ｌ／Ｄが２以上であり、かつ、長辺が上記表面部（１）の背面に面しているものを挙げることができる。このように、中空構造部本体（３１）が平たく、この広い面積を有する部分が表面部（１）の背面と密着し又は対峙した構造とすることにより、表面部と中空構造部との接触面積を増やすとともに、中空構造部（５）と流体との接触面積を増やし、中空構造部（５）の本体内部に流通する流体に熱エネルギーを効率的に吸収させることができる。
　本発明のルーバーユニットに使用する中空構造部本体（３１）の断面が矩形である場合の態様の例としては、長辺の長さＬが８０ｍｍ、短辺の長さＤが２５ｍｍ、流路断面積２，０００ｍｍ²のものを挙げることができる。流体への熱移動効率の点から、Ｌ／Ｄは、３以上であることが好ましく、５以上であることがより好ましい。
　なお、ここで中空構造部本体（３１）とは、後述する突起を有する場合に突起等を除いた骨格部のことをいう。図６に、中空構造部（５）のうちの本体（３１）をハッチングで示す。

　また、熱エネルギーの吸収効率の面から、上記表面部（１）の受光面の投影面積をＡ１、中空構造部本体（３１）の上記受光面への総投影面積（例として図２、図４にハッチングで示す）をＡ２としたときに、Ａ２／Ａ１が、０．３以上となることが好ましく、０．５以上となることにより熱吸収効率が高くなりより好ましい。なお、本発明において、表面部（１）の受光面の投影面積Ａ１とは、表面部を太陽方向に向けたときの面の面積をいい、図２や図４では、外側の実線で囲まれた矩形部分が相当する。
　表面部（１）と中空構造部（５）とが一体化していない場合には、表面部（１）の背面に対峙する側の中空構造部（５）の面が、平坦面であることにより、表面部（１）の背面からの熱移動効率が高くなり好ましい。

　流体への熱移動効率の点から、上記中空構造部（５）の材質は、熱伝導率の高いものが好ましく、常温での熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であるものを使用することが好ましい。このような素材の例としては、アルミニウム、銅などを挙げることができる。特に、アルミニウムは、加工性に優れ、さらに軽量である点で優れている。

　中空構造部（５）は、図９のように、内壁が内側に向かう突起を有してもよい。突起により流体との接触面積が増加し、流体への熱移動効率が向上する。また、図８のように、外壁が外側に向かう突起を有することにより、空間部（１３）の熱をより効率的に流体に伝えることができ、好ましい。このほか、中空構造部の別の態様の例として、図６、図７に示す態様を挙げることができる。

　また、本発明の建物用ルーバーユニットでは、ルーバー本体の空間部（１３）に断熱材を充填してもよい。例えば、側面部（１１）と底面部（１２）を断熱シートで覆うことにより、冬場に使用する際、側面部（１１）や底面部（１２）から流体の熱が奪われることを防止できる。また、該ルーバーユニットを凍結から保護することができる。断熱材としては、グラスウールやロックウールなどの無機繊維およびウレタンフォームやポリスチレンフォームなどの発泡体を使用することができる。

　本発明のルーバーユニットにおいて、表面部（１）が太陽電池パネル（７）である場合、太陽電池パネル（７）の固定方法の一例として、図３、図５に示すように、ルーバー本体（２）に固定した太陽電池パネル保持部（４）で、太陽電池パネルを固定する方法が挙げられる。該保持部（４）は、フッ素樹脂テープを介してルーバー本体（２）と密着してもよく、ルーバー本体と一体成形されていてもよい。

　本発明のルーバーユニットにより、流体に回収された熱エネルギーは、周知の方法で利用することができる。例えば、流体として水を使用した場合には、太陽エネルギーによって暖められた温水を貯蔵するタンクと、該温水を供給するためのポンプを設け、建物に温水を供給する温水供給装置として利用できる。

　また、本発明のルーバーユニットと流体の別の利用態様として、夜間の放射冷却により建物の外部に設置されたルーバーの温度が、気温よりも低くなることを利用することが挙げられる。具体的には、夜間冷えた本発明のルーバーに、昼間暖められた流体を流して流体の温度を下げ、この冷却された流体を建物内部の屋根や床下などを循環させることにより、昼間暖められた建物内の冷却に利用することもできる。

　表面部（１）が太陽電池パネル（７）である図５に記載の構成を有するアルミ製ルーバーユニットを製造した。中空構造部（５）と太陽電池パネル（７）とを、間に熱伝導シートを挟み込むことにより密着させた。
　このルーバーユニットを、室温３０℃の人工気象室に設置し、中空構造部（５）の一端（入口）を、水温を１５℃に保った貯水槽に接続し、もう一端（出口）を排水口とし、中空構造部（５）の入口と出口のそれぞれに温度センサーを設置した。また、太陽電池パネル（７）表面にも温度センサーを設置した。中空構造部（５）の入口と出口に栓を設け、入口側の栓を水量の調節に使用した。

　中空構造部（５）に水を満たした状態で出口の栓を閉じ、日射量が９００Ｗ／ｍ²となるように太陽電池パネル（７）に模擬太陽光を照射し、照射開始時から２１１分後まで、１分ごとに各温度センサーで温度を記録した。また、模擬太陽光の照射から１０５分以後、流量が５００ｍＬ／分となるように中空構造部（５）に通水した。なお、実験開始から３４分～４４分の間、一時的に模擬太陽光の照射を中断した。

　図１１に、中空構造部（５）入口の水温を実線で、出口の水温を一点破線で、太陽電池パネル（７）表面の温度を点線で示す。また、太陽電池による発電量を丸（○）で示す。
　通水後の入口での水温が１８～１９℃であるのに対し、出口での水温は２４～２５℃であり、本発明のルーバーユニットによって太陽エネルギーを熱エネルギーとして回収できることが示された。また、通水開始前は７０℃以上あった太陽電池パネル表面の温度が通水により、４９～５０℃程度にまで低下した。この表面温度の低下に伴い、太陽電池パネルによる発電量は、通水前は約２５Ｗであったのが通水後には約３０Ｗと、２０％も増加した。この結果から、本発明のルーバーユニットの表面部（１）を太陽電池パネル（７）とすることにより、従来の太陽電池パネルでは発電に利用できなかった太陽エネルギーについても、熱エネルギーとして効率よく回収することができ、さらに太陽電池による発電効率も向上できることが明らかである。

　本発明によれば、その構造中に流体の流路を設け、さらに流体への熱移動が効率的に行われる構成とすることで、より多くの太陽エネルギーを利用できる建物用ルーバーユニットが提供される。本発明のルーバーユニットを利用することで、太陽エネルギーを多面的に利用した優れた光熱ハイブリッドシステムを提供することができる。流体に回収された熱は、温水などの形で利用することができる。

１　表面部
２　ルーバー本体
３　支持部
４　太陽電池パネル保持部
５　中空構造部
７　太陽電池パネル
８　支持板
１１　側面部
１２　底面部
１３　空間部
２１　熱伝導シート
３１　中空構造部本体

Claims (14)

1. 　表面部（１）と、該表面部を支持するルーバー本体（２）と、流体を通過させるための中空構造部（５）とを有し、
   　前記ルーバー本体（２）は、底面部（１２）と側面部（１１）とを有し、
   　前記中空構造部（５）は、前記表面部（１）と前記ルーバー本体（２）により形成された空間部（１３）内にあり、かつ前記表面部の背面と密着した状態で又は隙間をもって、設けられていることを特徴とする建物用ルーバーユニット。
2. 　前記表面部（１）が、太陽電池パネル（７）である請求項１に記載の建物用ルーバーユニット。
3. 　前記中空構造部（５）を流体が通過する方向に対して直交に切った際、該中空構造部の本体の断面形状が、矩形であり、該断面における長辺の長さをＬ、短辺の長さをＤとしたときに、Ｌ／Ｄが２以上であり、かつ、該本体の長辺が上記表面部（１）の背面に面している請求項１又は２に記載の建物用ルーバーユニット。
4. 　前記表面部（１）の受光面の投影面積をＡ１、
   　中空構造部本体の上記受光面への総投影面積をＡ２としたときに、Ａ２／Ａ１が０．３以上である請求項１～３のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
5. 　前記中空構造部（５）を流体が通過する方向に対して直交に切った際、該中空構造部の本体の断面形状が、円形である請求項１又は２に記載の建物用ルーバーユニット。
6. 　前記表面部（１）の背面に対峙する側の前記中空構造部（５）の面が、平坦面である請求項１～５のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
7. 　前記中空構造部（５）は、前記側面部（１１）から前記空間部に向けて設けられた支持部（３）により固定されている請求項１～６のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
8. 　前記中空構造部（５）の材質の熱伝導率が、１００Ｗ／ｍＫ以上である請求項１～７のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
9. 　前記中空構造部（５）の内壁が、内側に向って突起を有する請求項１～８のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
10. 　前記中空構造部（５）の外壁が、外側に向って突起を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
11. 　前記表面部（１）の背面と中空構造部（５）との隙間が、２０ｍｍ以下である請求項１～１０のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
12. 　前記中空構造部（５）が、前記表面部（１）の背面と熱伝導シートを介して密着している請求項１～１１のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
13. 　前記ルーバー本体（２）と中空構造部（５）とが一体成形されている請求項１～１２のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニット。
14. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載の建物用ルーバーユニットと、上記中空構造部を経て暖められ又は冷却された流体を貯蔵するためのタンクと、該暖められ又は冷却された流体を供給するためのポンプとを備えることを特徴とする流体供給装置。

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