(57)【要約】【課題】水を熱媒体とすることで高い集熱効果を挙げることができ、特別の動力を用いることなく太陽熱の集熱により昇温した温湯を必要な場所に送り出すことができ、かつ、建物の外観を損なうことなく施工することのできる太陽熱集熱構造を提供する。【解決手段】建物外壁における外装材８と断熱材５との間に、水を一時的に貯留できる水貯留槽１０を配置する。水貯留槽１０は上端で水道管２３に接続し、下端は温湯出口部１３および通水パイプ２５を介して、建物地下の温水槽２２に接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装材と内装材とを備えた建物外壁における太陽熱集熱構造であって、
前記外装材と内装材の間には空間が形成されており、該空間には水を一時的に貯留できる水貯留槽が配置されており、該水貯留槽は水道水導入部と温湯出口部を有していることを特徴とする建物外壁での太陽熱集熱構造。
【請求項２】
建物外壁は屋内側に断熱材層を有しており、前記貯水槽は外装材と前記断熱材層との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の建物外壁での太陽熱集熱構造。
【請求項３】
水貯留槽は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の建物外壁での太陽熱集熱構造。
【請求項４】
水貯留槽は複数個の単位水貯留槽が直列または並列に連接して構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の建物外壁での太陽熱集熱構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の建物外壁での太陽熱集熱構造であって、該太陽熱集熱構造はさらに太陽熱を集熱することで昇温した温湯を貯留するための温水槽を備えることを特徴とする建物外壁での太陽熱集熱構造。
【請求項６】
建物外壁は建物の屋根構造をも含み、そこにおいて外装材は屋根材である請求項１から５のいずれか一項に記載の建物外壁での太陽熱集熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物外壁での太陽熱集熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの有効利用が要望され、なかでも、太陽熱を利用して温湯を作り、その温湯を炊事場や風呂場で利用することが現実に行われている。特許文献１には、屋根の上に貯湯タンクと太陽熱集熱器とを配置し、水を貯湯タンクと太陽熱集熱器との間で自然循環させて昇温し、必要なときに貯湯タンクから温湯を採湯するようにした太陽熱温水器が記載されている。また、特許文献２には、屋根板の直下に空気流路を形成し、この空気流路の一端を空気取入口として開口し、屋根部で太陽熱により加熱された空気を利用して温湯を作り、また、加熱された空気を暖房等に利用するようにしたソーラーシステムハウスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１１０６７号公報
【特許文献２】特開平５−７９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように、従来の太陽熱温水器は、建物の屋根の上に集熱器を設置するようにしており、美観上からは必ずしも好ましいものではない。また、既存の建物の屋根上に、後工事として、集熱器等を取り付けるのが通常であり、荷重の制限を受けるとともに、屋根部での突起物となることから雨水による水垢や土埃などが溜まりやすく、維持管理が煩雑となっている。
【０００５】
特許文献２に記載のソーラーシステムハウスのように、屋根板の直下に太陽熱集熱部となる空気流路を形成する場合は、建物の施工と並行して太陽熱利用に必要な諸装置を建物内部に取り付けることが可能であり、上記した不都合は解消できる。しかし、空気の容積比熱は水と比較して小さく、集熱効果が小さいとともに、上部に溜まる熱気を駆動ファンのような動力を用いて下位に位置する熱交換部あるいは温水槽等に運ぶ必要がある。
【０００６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、建物における太陽熱集熱構造において、水を熱媒体とすることで高い集熱効果を挙げることができ、特別の動力を用いることなく太陽熱の集熱により昇温した温湯を必要な場所に送り出すことができ、かつ、建物の外観を損なうことなく施工することのできる太陽熱集熱構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための本発明による太陽熱集熱構造は、外装材と内装材とを備えた建物外壁における太陽熱集熱構造であって、前記外装材と内装材の間には空間が形成されており、該空間には水を一時的に貯留できる水貯留槽が配置されており、該水貯留槽は水道水導入部と温湯出口部を有していることを特徴とする。
【０００８】
上記の建物外壁における太陽熱集熱構造では、熱媒体は水であり、さらに水貯留槽は、建物外壁に広く照射する太陽光が有する熱を効果的に集熱することができるので、高い集熱効率を挙げることができる。また、水貯留槽は、建物の外装材と内装材の間の空間に配置されており、建物の外観が太陽熱集熱構造を構築することによって損なわれることもない。さらに、水貯留槽を含む太陽熱集熱構造に必要な部材の取り付けは、建物の施工と並行して行うことができるので、施工も容易である。
【０００９】
また、水道水導入部から水貯留槽内に流入し、太陽熱によって暖められた温水は、自重により温湯出口部から排出されるので、熱媒体（温湯）の送り出し等に格別の動力を必要とせず、省エネルギー効果も達成できる。
【００１０】
本発明による建物外壁での太陽熱集熱構造を備えた建物は、水貯留槽内の水が蓄熱することによって、特に夏場での建物外壁の温度上昇を緩和することができる。いわば、水貯留槽が建物内部への断熱層として機能するので、従来の建物において外装材と内装材との間に配置される断熱材層を省略することもできる。もちろん、屋内側に断熱材層を有している建物外壁を備えた建物に対しても、本発明による太陽熱集熱構造は好適に施工することができる。その場合には、水貯留槽は建物外壁を構成する外装材と前記断熱材層との間に配置されることとなる。一般に、屋内側に断熱材層を有している建物外壁の場合、外装材と断熱材層との間に通気層としての空間が設けられるが、その空間内に水貯留槽を配置することにより、建物外壁の厚さを増すことなく、本発明による建物外壁での太陽熱集熱構造を施工することができる。
【００１１】
本発明において、前記水貯留槽は止水性を備えることを条件に任意の材料で作ることができる。例として、樹脂材料や金属材料が挙げられる。軽量であること、止水性が得やすいことから、樹脂材料はより好適であり、射出成形によって箱状あるいは袋状に成形された水貯留槽は特に好ましい。
【００１２】
前記水貯留槽は、所定の区画内を一個の水貯留槽で覆うことのできる大きさのものであってもよく、複数個の単位水貯留槽を直列または並列に連接して構成することで、所定の区画内を覆うようにしてもよい。
【００１３】
本発明による建物外壁での太陽熱集熱構造において、水道水導入部から水貯留槽内に流入した水（水道水）は、外装材を介して伝熱する太陽熱を集熱することで昇温して温湯となる。使用者は、水貯留槽内の温湯を温湯出口部から取り出して利用する。そして、取り出した水量分の水道水を、再び水道水導入部から水貯留槽内に補充する。
【００１４】
その際に、水貯留槽内で太陽熱を集熱することにより作られる温湯量よりも使用される温湯量が少ない場合が起こりうる。その場合でのエネルギーの無駄をなくすために、太陽熱集熱構造は、さらに太陽熱を集熱することで昇温した温湯を貯留するための温水槽を備えることが好ましい。該温水槽は建物の床下等に設置してもよく、建物内外の任意の場所に設置してもよい。
【００１５】
なお、本発明において、「建物外壁」の言葉は、建物の側壁構造だけでなく、屋根構造をも含むものとして用いている。したがって、本発明において「外装材」の言葉は屋根材をも含み、その場合、「水貯留槽」は屋根材の屋内側に配置され、内装材には屋根構造での天井板等が含まれる。建物の側壁構造部分にのみ、あるいは建物の屋根構造部分にのみ、本発明による建物外壁での太陽熱集熱構造を施工することもでき、また、その双方に施工することもできる。建物の側壁構造部分と屋根構造部分の双方に本発明による建物外壁での太陽熱集熱構造を施工する場合に、双方に配置される水貯留槽は、それぞれ独立したものであってもよく、一つの連続した形態の槽であってもよく、あるいは２つの槽が配管等を通して連通した形態のものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、建物の外観を損なうことなく施工することのでき、かつ高い集熱効果を挙げることができる、建物外壁における太陽熱集熱構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第１の形態を説明する図。
【図２】図１に示す建物外壁における太陽熱集熱構造の断面図。
【図３】本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第２の形態を示す断面図。
【図４】本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第３の形態を示す断面図。
【図５】水貯留槽の２つの例を示す図。
【図６】建物外壁における太陽熱集熱構造の利用システムの一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。
［第１の形態］
図１、図２は、本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第１の形態を示す。この例において、建物Ａは、壁構造部分Ｂと屋根構造部分Ｃを備え、さらに床材２０の下に断熱材２１で周囲を囲い込んだ温水槽２２を有している。そして、太陽熱集熱構造は建物Ａの側壁構造部分Ｂを利用して施工されている。
【００１９】
図において、１はコンクリート基礎であり、その上に土台２が横架され、それを利用して、所要本数の柱３と間柱４が所定間隔で立設されている。柱３と間柱４の間には、発泡ポリスチレンで代表されるようなブロック状の発泡樹脂材料からなる断熱材５が埋め込まれて断熱材層とされ、また、柱３と間柱４の屋内側には適宜の内装材６が取り付けられている。柱３および間柱４の前記内装材６と反対側の側面には、相互の間隔が一定になるようにして縦長の棒部材７・・がそれぞれ取り付けられており、それを利用して図５（ａ）に示す形状の水貯留槽１０が、前記断熱材層の屋外側に取り付けられている。
【００２０】
水貯留槽１０は、内部に貯水空間Ｓを有しかつ止水性を備えた部材であり、この例では、ポリエチレン系樹脂を射出成形することで作られている。図５（ａ）に示す水貯留槽１０は全体として直方体形状であり、その横幅は前記した棒部材７、７の内法間の距離に等しく、縦長さは建物の側壁の高さ程度であり、厚さは、棒部材７の厚さとほぼ等しい。水貯留槽１０の両側には、前記棒部材７に固定するための固定用突起１１が設けてあり、また、上端部には水道水導入口１２が、下端部近傍には温湯出口部１３が備えられている。一例として、水貯留槽１０は、幅４５５ｍｍ，高さ２０００〜２５００ｍｍ，厚さ１５〜２０ｍｍ程度である。
【００２１】
各柱３と間柱４の間に所要数の水貯留槽１０を、棒部材７を利用して取り付け、後記する所要の配管を行った後、水貯留槽１０の外側に適宜の外装材８を取り付けることで、建物外壁での太陽熱集熱構造とされる。なお、図において、９は水切りである。
【００２２】
上記の建物外壁での太陽熱集熱構造における配管構造を説明する。図２に示すように、前記のようにして取り付けた水貯留槽１０の上部に水道管２３を配設し、各水貯留槽１０の水道水導入口１２を前記水道管２３と接続する。また、水道管２３の適所には開閉弁２４を取り付ける。さらに、各水貯留槽１０の温湯出口部１３を通水パイプ２５に接続するとともに、該通水パイプ２５の他端側を前記した温水槽２２内に開放する。また、通水パイプ２５の温水槽２２への出口部には、開閉弁２６を取り付ける。
【００２３】
上記の建物外壁における太陽熱集熱構造の使用に当たっては、最初に水貯留槽１０内に水道水を導入する。水貯留槽１０内に貯留された水道水は、太陽熱によって暖められ温湯となる。必要時に、使用者は開閉弁２６を開き、水貯留槽１０内の温湯を通水パイプ２５から取り出して利用する。図示の例では、直接利用せずに、一旦、温水槽２２内に貯留するようにしている。そして、温湯の利用により減少した水貯留槽１０の水量分を、開閉弁２４を開いて水道管２３から補充しておく。
【００２４】
図６は、上記の操作をシステム化する場合の一例を示している。この例では、水貯留槽１０の下端部側に水温を測定できる温度センサ２７が取り付けてあり、該温度センサ２７からの温度信号が制御装置２８に送られる。制御装置２８は、前記した開閉弁２４および開閉弁２６の開閉操作を行うプログラムを内装している。
【００２５】
操作の一例において、制御装置２８は下流側の開閉弁２６を閉じた状態で、上流側の開閉弁２４を開き、水貯留槽１０内に水道水を導入する。必要な場合には、水貯留槽１０に空気抜きを設けておく。水貯留槽１０内に貯留された水道水が太陽熱によって暖められ、予め設定した温度になったとき、制御装置２８は下流側の開閉弁２６を開く。それにより、水貯留槽１０内の温湯は、通水パイプ２５を通って、温水槽２２内に流下する。次に、制御装置２８は下流側の開閉弁２６を閉じ、上流側の開閉弁２４を開いて、水貯留槽１０内に水道水を再度導入する。以下、この操作が必要回数だけ繰り返され、断熱材２１を備えた温水槽２２内には、使用者が直接関与することなく、所定量の温湯が貯湯される。
【００２６】
使用者は、必要時に、温水槽２２内に貯留されている温湯を、直接またはさらに図示しない給湯機を通して加熱した後、風呂３０の湯として、あるいはシャワー３１の湯として利用することができる。
【００２７】
なお、必要とされる太陽熱集熱面が広い面積である場合などには、図示しないが、水貯留槽１０として、複数個の単位水貯留槽を直列または並列に連接して構成した水貯留槽１０を用いることが施工上容易となることもある。そのような場合に、例えば図５（ｂ）に示すよう、先端と後端が山形をなすような形状の単位水貯留槽１０Ｔを用いて、上下方向に直列に接続することにより、ずれのない状態で所要面積の水貯留槽１０を形成することができる。
【００２８】
［第２の形態］
図３は、本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第２の形態を示す。この形態の太陽熱集熱構造は、建物Ａの壁構造部分Ｂに加えて屋根構造部分Ｃにも、水貯留槽１０と同様な構造を持つ屋根用水貯留槽１０ａを配置している点で、第１の形態と相違する。他の構造は第１の形態と同じであり、同じ符号を付すことで説明は省略する。
【００２９】
図３に示す例において、屋根構造部分Ｃは、水平方向に走る天井内装材３２に接するようにして天井断熱材層３３を配置した構造を有しており、屋根材３４の裏面に接するようにして前記した屋根用水貯留槽１０ａが配置されている。該屋根用水貯留槽１０ａと前記した壁構造部分Ｂに配置した水貯留槽１０とは連通管３５により連接されている。屋根用水貯留槽１０ａの上端位置には水道管２３が配管されており、屋根用水貯留槽１０ａと水道管２３とは、図示を省略する開閉弁を介して接続されている。
【００３０】
この構造の太陽熱集熱構造では、建物Ａの壁構造部分Ｂに加えて屋根構造部分Ｃをも太陽熱の集熱面として利用することで、より高い太陽熱集熱効果を上げることができる。
【００３１】
［第３の形態］
図４は、本発明による建物外壁における太陽熱集熱構造の第３の形態を示す。この形態では、屋根構造部分Ｃの構成が前記第２の形態と異なっている。ここでは、傾斜した屋根材３４の裏面に接するようにして屋根用水貯留槽１０ａが配置され、さらに該屋根用水貯留槽１０ａに沿うようにして屋根断熱層３６が配置され、その裏面に天井内装材３２が傾斜して取り付けられている。この形態では、屋根用水貯留槽１０ａ内の水に一旦集熱された太陽熱が外部に再放熱されるのを、第２の形態のものと比較して、より完全に阻止することができ、高い熱効率が得られる。
【００３２】
なお、第２および第３の形態の太陽熱集熱構造においても、第１の形態で説明した操作をシステムを適用できることは、もちろんである。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ…建物、
Ｂ…壁構造部分、
Ｃ…屋根構造部分、
１…コンクリート基礎、
２…土台、
３，４…柱、間柱、
５…断熱材、
６…内装材、
７…縦長の棒部材、
８…外装材、
１０…水貯留槽、
１０ａ…屋根用水貯留槽、
１０Ｔ…単位水貯留槽、
１１…固定用突起、
１２…水道水導入口、
１３…温湯出口部、
２０…床材、
２１…断熱材、
２２…温水槽、
２３…水道管、
２４…開閉弁、
２５…通水パイプ、
２６…開閉弁、
２７…温度センサ、
２８…制御装置、
３０…風呂、
３１…シャワー、
３２…天井内装材、
３３…天井断熱材層、
３４…屋根材、
３６…屋根断熱層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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