(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根に設定した太陽光の集熱装置によって加熱した空気を、屋内に送風する機能を備えたソーラーシステムであって、
２４時間換気用の換気扇を駆動し、前記集熱装置によって加熱した空気を、屋内に送風して屋内を暖房した後、屋外に排出する暖房換気経路と、
前記換気扇を駆動し、屋外から屋内に取り入れた空気を、前記集熱装置を経由して屋外に排出する非暖房換気経路と、
前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路とを選択的に開通させるように切り換える経路切換手段と、
を含み、
前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路は、少なくとも前記換気扇を挟んで前後一部の区間で共有され、
前記経路切換手段は、前記共有区間の下流端と上流端に配設された一対の三方弁と、該一対の三方弁の上・下流側の暖房換気経路及び非暖房換気経路の一方を選択的に前記共有区間に連通させるように前記一対の三方弁を制御することにより、前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路とを切り換える制御手段とを含んで構成され、
かつ、前記一対の三方弁の前記暖房換気経路の開通時における上流側と下流側とをそれぞれ接続した一対のバイパス通路を配設し、該一対のバイパス通路にそれぞれ暖房風量調整用の電動式開閉弁を介装して構成したこと
を特徴とするソーラーシステム。
【請求項２】
前記暖房換気経路の屋内への暖気入口は、屋内下部に配設される、請求項１に記載のソーラーシステム。
【請求項３】
前記非暖房換気経路の屋内空気出口は、屋内上部に配設される、請求項１または請求項２に記載のソーラーシステム。
【請求項４】
前記集熱装置は、太陽光による発電機能も備えている、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のソーラーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋根に設定した太陽光の集熱装置によって加熱した空気を、屋内に送風する暖房機能を備えたソーラーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、カラー鉄板の金属製屋根板の直下に屋根勾配を有する空気流路を形成し、太陽光で加熱された屋根板により空気流路に導入された外気を温め、該温められた暖房空気を集熱用ファンによりダクトを介して屋内に送風して屋内の暖房を行うソーラーシステムが開示されている。
【０００３】
上記ソーラーシステムにおいては、冬場等の寒冷時は、上記のように太陽光を集熱した暖房により、省エネルギ効果を発揮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、暖房不要時は、集熱用ファンによる屋内への送風を停止しているが、夏場等の高温時は、太陽光の集熱によって過度に加熱された屋根から、熱伝導によって屋内温度を上昇させてしまい、屋内の冷房能力を高める必要を生じるなど、外部電力消費を増大させて省エネルギに逆行する。
一方、建築基準法により義務付けられた建物の２４時間換気を満たす必要がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、上記２つの課題を同時に解決したソーラーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明に係るソーラーシステムは、屋根に設定した太陽光の集熱装置によって加熱した空気を、屋内に送風する機能を備えたソーラーシステムであって、以下のように構成した。
【０００８】
２４時間換気用の換気扇を駆動し、前記集熱装置によって加熱した空気を、屋内に送風して屋内を暖房した後、屋外に排出する暖房換気経路と、
前記換気扇を駆動し、屋外から屋内に取り入れた空気を、前記集熱装置を経由して屋外に排出する非暖房換気経路と、
前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路とを選択的に開通させるように切り換える経路切換手段と、
を含み、
前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路は、少なくとも前記換気扇を挟んで前後一部の区間で共有され、
前記経路切換手段は、前記共有区間の下流端と上流端に配設された一対の三方弁と、該一対の三方弁の上・下流側の暖房換気経路及び非暖房換気経路の一方を選択的に前記共有区間に連通させるように前記一対の三方弁を制御することにより、前記暖房換気経路と前記非暖房換気経路とを切り換える制御手段とを含んで構成され、
かつ、前記一対の三方弁の前記暖房換気経路の開通時における上流側と下流側とをそれぞれ接続した一対のバイパス通路を配設し、該一対のバイパス通路にそれぞれ暖房風量調整用の電動式開閉弁を介装して構成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１個の換気扇を駆動してソーラーシステムの暖房機能と、暖房時および非暖房時の２４時間換気機能を確保しつつ、夏場など外気温度の高いときは、外気温度より低温の屋内空気を集熱装置を経由して屋外に排出することにより、集熱装置を冷却し、屋根から屋内への熱伝達による屋内温度の上昇を抑制でき、さらには冷房等の電力消費を節減できる。
また、バイパス通路に介装された開閉弁の開閉を切り換えることにより、暖房風量を切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るソーラーシステムの概要構成を示す図である。
【図２】参考例に係るソーラーシステムの概要構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るソーラーシステムの要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るソーラーシステムの構成を示す。
店舗等の建物の棟から軒下に向かって下方に傾斜した屋根１には、太陽光の集熱装置１００が設置されている。
【００１４】
前記集熱装置１００は、屋根１上に敷設されたカラー金属板１Ａの上方を、隙間を隔ててガラスないし樹脂製の光透過板１Ｂで覆い、傾斜する両側面を閉塞してある。さらに、下端の軒下と上端の棟部分とに通気口１ａ、１ｂを開口し、カラー金属板１Ａと光透過板１Ｂとの間に空気流通路１ｃを形成した概要構成を有する。
【００１５】
詳細には、方形状に分割されたカラー金属板と光透過板とを枠体で囲んで形成されたモジュールを、屋根上に複数枚マトリクス状に配設して形成される。なお、モジュール相互は、少なくとも上下方向に連通するように枠体下端とカラー金属板との間に隙間を開けて形成される。
【００１６】
集熱装置の通気口１ｂには、ダクト２の一端が接続され、ダクト２の他端は電動式の第１三方弁３の第１入口ポート３ａに接続される。
第１三方弁３の出口ポート３ｂにはダクト４の一端が接続され、ダクト４の他端は２４時間換気を行う換気扇５の入口側に接続される。
【００１７】
換気扇５の出口側にはダクト６の一端が接続され、ダクト６の他端は電動式の第２三方弁７の入口ポート７ａに接続される。
第２三方弁７の第１出口ポート７ｂにはダクト８の一端が接続され、ダクト８の他端は、建物（屋内）の側壁９下部を貫通して開口された暖気入口９ａに接続されている。
【００１８】
建物の前記側壁９と対向する側壁１１の上部には、２４時間換気用の通気口１１ａが開口されている。
一方、屋内の天井壁１２を貫通して開口された屋内空気出口１２ａには、ダクト１３の一端が接続され、ダクト１３の他端は第１三方弁３の第２入口ポート３ｃに接続される。
【００１９】
第２三方弁７の第２出口ポート７ｃには、ダクト１４の一端が接続され、ダクト１４の他端はダクト２の中間部（又は、集熱装置の通気口１ｂ）に接続されている。
第１三方弁３及び第２三方弁７は、暖房／非暖房の切換スイッチ１５の操作に基づき、コントロールユニット１６からの信号により連動して切換操作される。
【００２０】
換気扇５は、基本的に２４時間換気のため常時駆動されるが、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７の手動操作に基づき、コントロールユニット１６からの信号により停止させることもできる。
【００２１】
次に、かかるソーラーシステムの作動を説明する。
冬期等冷間時の日中等に暖房運転をする時には、切換スイッチ１５を暖房側に設定すると、コントロールユニット１６からの信号により、第１三方弁３は、第１入口ポート３ａと出口ポート３ｂとを連通し、第２三方弁７は、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂとを連通するように制御される。これにより、ダクト２が第１三方弁３を介してダクト４と連通し、ダクト６が第２三方弁７を介してダクト８と連通する。
【００２２】
常時駆動される換気扇５の吸引力により、集熱装置１００の通気口１ａから空気流通路１ｃを経て外気が導入される。空気流通路１ｃ内では、光透過板１Ｂを透過した太陽光を受けたカラー金属板１Ｂが加熱され高温状態となる。光透過板１Ｂも太陽光の透過及びカラー金属板１Ｂからの反射熱を受けて温度上昇する。
【００２３】
したがって、空気流通路１ｃ内を通過する空気は、これら高温のカラー金属板１Ｂ及び光透過板１Ａからの熱を受けて温度上昇する。
このようにして温度上昇した暖房空気が、ダクト２、第１三方弁３、ダクト４、ダクト６、第２三方弁７、ダクト８を経由して、暖気入口９ａから屋内へ送風され、屋内を暖房した後、通気口１１ａから屋外へ排出される。かかる暖房空気の経路が暖房換気経路を構成する（図示実線矢印）。
【００２４】
したがって、集熱装置１００からの暖房空気による屋内の暖房によって、２４時間換気の機能を兼ねることができる。なお、従来一般的なように、該暖房とは別の換気扇によって２４時間換気が重複して行われる場合は、２４時間換気扇を駆動して無駄に電力を消費し、この２４時間換気の空気によって暖房温度を低下させてしまうことにもなっていた。別途、ガス、灯油、電力等のエネルギ源による暖房を行っている場合は、暖房温度を維持するためにエネルギロスを伴うことともなる。
【００２５】
これに対し、本実施形態では、暖房空気の送風と２４時間換気の機能を兼有した換気扇を１個だけ配設し、該１個の換気扇を駆動させるだけで、換気扇駆動の消費電力を節減できるとともに、暖房温度の低下を伴わず、別暖房使用時のエネルギロスも回避できる。
【００２６】
この場合の換気方式は、屋内に対して換気扇５による機械吸気を行い（屋内が正圧）、通気口１１ａから屋外に自然排気する第２種換気となる。
【００２７】
一方、暖房運転を停止する時には、切換スイッチ１５を非暖房側に設定すると、コントロールユニット１６からの信号により、第１三方弁３は、第２入口ポート３ｃと出口ポート３ｂとを連通し、第２三方弁７は、入口ポート７ａと第２出口ポート７ｃとを連通するように制御される。これにより、ダクト１３が第１三方弁３を介してダクト４と連通し、ダクト６が第２三方弁７を介してダクト１４と連通する。
【００２８】
そして、換気扇５の駆動による吸引力により、外気が通気口１１ａから屋内に導入されて屋内を換気した後、屋内空気出口１２ａからダクト１３、第１三方弁３、ダクト４、ダクト６、第２三方弁７、ダクト１４、ダクト２を経由して通気口１ｂから集熱装置１００の空気流通路１ｃを通って通気口１ａから屋外に排出される。かかる非暖房空気の経路が非暖房換気経路を構成する（図示点線矢印）。
【００２９】
これにより、通常の（非暖房）外気により屋内を２４時間換気することができる。この場合の換気方式は、屋内に対して通気口１１ａから外気を自然吸気しつつ（屋内が負圧）、換気扇５により屋外に機械排気を行う第３種換気となる。
【００３０】
また、従来、夏場等、外気温度が高温のときは集熱装置１００が過度に加熱されて高温となり、屋根からの熱伝導により屋内温度を上昇させることが問題となっていた。カラー金属板１Ｂの下に断熱材を配設して熱伝導の抑制を図ってはいるが、十分に抑制しきれていない。
【００３１】
そこで、上記のように２４時間換気を利用して屋内の冷房等で冷却された冷気を空気流通路１ｃに流通させることにより、集熱装置１００が冷却され屋根からの熱伝導による屋内温度の上昇を抑制できる。また、その結果、屋内での冷房等の消費電力を節減できる。
【００３２】
なお、冬場でも太陽光の集熱機能が低下し、若しくは無くなる夕方から夜間には、カラー金属板１Ａや光透過板１Ｂが放射冷却等で温度低下する。外気温度より空気流通路１ｃ内の温度の方が低い場合には、空気流通路１ｃを経由する暖房換気経路によって換気を行うと、外気温度より冷却された冷気が屋内に流入してしまうため好ましくない。
【００３３】
したがって、外気温度と空気流通路１ｃの温度（カラー金属板１Ａの温度）とを検出して比較し、後者の温度の方が低い場合は、暖房換気経路から非暖房換気経路に切り換え、屋内の空気を、空気流通路１ｃを介して屋外に排出させるように制御する。
【００３４】
また、夏場には、同じく夕方から夜間に外気温度より空気流通路１ｃ内の温度の方が低くなる場合には、非暖房換気経路から空気流通路１ｃを経由する暖房換気経路に切り換え、外気温度より低温に冷却された空気で屋内を換気するように制御する。
【００３５】
さらに、暖房空気は密度が低く上昇しやすいため、暖気入口９ａを屋内下部に設けることで暖房効率を高めることができ、一方、屋内空気出口１２ａは、屋内上部に設けることで換気効率を高めることができる。ただし、簡易的に、屋内の中間高さに暖気入口機能と屋内空気出口機能とを兼ねた１個の通気口を配設し、該通気口に接続した１本のダクトの途中を分岐させて第１三方弁の第２入口と、第２三方弁の出口とに接続する構成としてもよい。
【００３６】
また、暖房の風量を調節するため、一点鎖線で図示するように、第１三方弁３と第２三方弁７とをそれぞれバイパスするバイパス通路１８，１９を配設し、各バイパス通路１８，１９に電動式の開閉弁２０，２１を介装して、暖房風量を増大する場合は、開閉弁２０，２１を開弁してバイパス通路１８，１９を開通する構成とする。
【００３７】
図２は、参考例を示す。
本実施形態では、集熱装置１００の通気口１ｂと屋内１２とを結ぶダクト３１の途中に、以下のように構成された１個の換気扇を配設する。
【００３８】
該換気扇３２は、羽車とモータとを連結したファン本体３２Ａが、その中間部に連結した支軸３２Ｂを介して枠体３２Ｃの内側に回動自由に支持される。また、枠体３２Ｃの外側に突出させた支軸３２Ｂ端部に、レバーを介してアクチュエータ３３の出力ロッド３３ａの端部が連結される。
【００３９】
そして、該出力ロッド３３ａを伸張させたとき、ファン本体３２Ａの支軸３２Ｂ周りの回動位置で、暖房空気を屋内側に送風する送風方向にセットされる。同じく、出力ロッド３３ａを引き込ませたとき、ファン本体３２Ａの支軸３２Ｂ周りの回動位置で、非暖房空気を屋根側に送風する送風方向にセットされる。
【００４０】
ダクト３１の換気扇３２より屋内側部分は、さらに屋内側に近い部分で２方に分岐して分岐ダクト３１Ａ，３１Ｂとなり、それぞれの分岐点とは反対側の先端は、屋内の暖気入口９ａと、屋内空気出口１２ａとに接続される。
【００４１】
分岐ダクト３１Ａには、換気扇３２からの送風圧で容易に開かれ、換気扇３２からの吸引負圧で閉じる逆止弁３４が介装され、分岐ダクト３１Ｂには、換気扇３２からの吸引負圧で容易に開かれ、換気扇３２からの送風圧で閉じる逆止弁３５が介装される。
【００４２】
コントロールユニット１６には、アクチュエータ３３の出力ロッド３３ａの伸張、引込を切り換えて換気扇３２の送風方向を切り換える切換スイッチ３６が入力される。また、第１実施形態同様の換気扇３２のＯＮ／ＯＦＦスイッチ１７を備える。
【００４３】
そして、集熱装置１００により暖房する時は、切換スイッチ３６により換気扇３２の送風方向を暖房空気送風側に設定すると、空気流通路１ｃを通って加熱された暖房空気が、ダクト３１，分岐ダクト３１Ａを介して暖気入口９ａから屋内に送風され、屋内を暖房後、通気口１１ａから排出される。
【００４４】
非暖房時は、切換スイッチ３６により換気扇３２の送風方向を非暖房空気送風側にセットすると、通気口１１ａから屋内に吸引された外気が屋内を換気した後、屋内空気出口１２ａから分岐ダクト３１Ｂ，ダクト３１を介して空気流通路１ｃを経て屋外に排出される。
【００４５】
したがって、第１実施形態と同様、ソーラーシステムの暖房機能と、暖房時および非暖房時の２４時間換気機能を確保しつつ、夏場など外気温度の高いときは、低温の屋内空気を集熱装置を経由して屋外に排出して、集熱装置を冷却し、屋根から屋内への熱伝達による屋内温度の上昇を抑制でき、さらには冷房等の電力消費を節減できる。
【００４６】
本参考例では、換気扇の送風方向切換機構が追加されるが、電動式の２つの三方弁を省略でき、ダクト本数も減らせる。
また、機能上は、上記のように暖気入口９ａは屋内の下部、屋内空気出口１２ａは屋内の上部に別々に配設することが好ましいが、よりシンプルな配管構成とするため、屋内の中間高さに暖気入口と屋内空気出口の機能を同時に備えた一箇所の通気孔を配設し、該通気孔を逆止弁が介装されない１本のダクトで換気扇３２と接続する構成としてもよい。
【００４７】
また、本発明は、ソーラーシステムとして太陽光の集熱装置と共に、発電装置の機能を兼ね備えたものにも適用できる。
例えば、図３に示すように、ＰＶセル（太陽光発電素子）４１Ａを上下２枚のガラス、プラスチック等の光透過板４１Ｂで挟んだＰＶ板４１でカラー金属板４２の上方を覆った構造のＰＶモジュール４０を、複数枚、屋根上にマトリクス状に敷設して構成される。なお、屋根上の一部、例えば、棟に近い側の１〜２列を、第１実施形態で用いた集熱専用のモジュールを配設して集熱効果を高める構成としてもよい。
【００４８】
かかる太陽光による集熱機能と発電機能とを兼ね備えたハイブリッド型のソーラーシステムでは、太陽光によりＰＶ板４１とカラー金属板４２との間の空気流通路４３内で加熱された空気を暖房空気として屋内に送風することができると共に、ＰＶセル４１Ａで太陽光を受けて発電した直流電流を電力として取り出すことができる。
【００４９】
そして本発明をかかるハイブリッド型のソーラーシステムに適用した場合、夏場に非暖房換気運転を行い、冷気を空気流通路４３内に送風すると、ＰＶセル４１Ａが適度に冷却される結果、ＰＶセル４１Ａの発電効率が高められて発電量を増大でき、外部電力の消費を節減できる効果も得られる。
【００５０】
また、太陽光の集熱装置として、特許文献１のように、カラー金属板の下方に空気流通路を形成したものに適用してもよいことは勿論である。
【００５１】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１…屋根
１Ａ…カラー金属板
１Ｂ…光透過板
１ａ，１ｂ…通気口
１ｃ…空気流通路
２，４，６，８，１３，１４…ダクト
３…第１三方弁
５…換気扇
７…第２三方弁
９ａ…暖気入口
１１ａ…通気口
１２ａ…屋内空気出口
１５…切換スイッチ
１６…コントロールユニット
１７…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
３１…ダクト
３１Ａ，３１Ｂ…分岐ダクト
３２…換気扇
３２Ａ…ファン本体
３２Ｂ…支軸
３２Ｃ…枠体
３３…アクチュエータ
３３ａ…出力ロッド
３６…切換スイッチ
４０…ＰＶモジュール
【図１】
0005723696.tif 000002
【図２】
0005723696.tif 000003
【図３】
0005723696.tif 000004