(57)【要約】【課題】  太陽熱の有効利用により低コストで温水や電力を取得可能とする。【解決手段】  本発明に係る複合ソーラーシステムユニットは、溝形構造体４の上端開口部に透明板からなる天井板９を被せてなる昇温通路３と、この昇温通路の一端部に連通可能に設けてある集熱室５とからなる。集熱室５には熱交換器７が収納してあり、天井部５ｅが透明体からなる。昇温通路３は水平面に対して所定角度の傾斜状に設置可能である。昇温通路３の内部は透明板９を透過した太陽光により暖められた空気が傾斜面に沿って上昇し、集熱室５に送り込まれる。集熱室５も透明板で覆われているので同様に透過した太陽光で暖められるため、送り込まれた空気とともに室内温度を上昇させるため、熱交換器７による集熱効率が向上する。昇温通路の底部に太陽電池パネルを敷設することにより限定された面積から太陽熱の利用とともに電力を利用することも可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定角度の傾斜状に設置可能であり、底板部と、該底板部の両側部に立設してある１対の側板部とからなる溝形構造体の上端開口部に透明板からなる天井板を被せてなる昇温通路と、
上記昇温通路の一端部に当該昇温通路と連通可能に設けてあるとともに少なくとも天井部が透明体からなり、内部に熱交換器を収納してある集熱室と
からなることを特徴とする複合ソーラーシステムユニット。
【請求項２】
請求項1において、上記昇温通路には複数の太陽電池パネルが敷設してあることを特徴とする複合ソーラーシステムユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる経路で集熱した太陽熱又は太陽熱と太陽光を組み合わせて利用可能としたいわゆる複合ソーラーシステムユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、太陽熱又は太陽光の有効利用は、有限な化石エネルギーに代わり、しかも無公害エネルギーとして脚光を浴びており、これらの発展も日進月歩である。太陽熱及び太陽光の利用については、費用対効果の面から限られた受光面積からいかに大きなエネルギーを取り出せるかが課題となるが、これに対する対策としては以下のようなものを挙げることができる。
【０００３】
まず、特許文献１には、太陽熱の集熱効率を高くするための手段として凹形の枠の上部にガラス等の透光板を設け、この枠内に上記の透光板と所定の間隔で波形金属板を設け、その上下に空気流路を設けてなるソーラーシステムハウスにおける太陽熱集熱部が記載されている。この集熱部を建物の屋根上に傾斜状に設置し、太陽熱が波形金属板を加熱して温度上昇すると、上下層の空気流路を流れる空気が熱交換作用により昇温し、高温化した空気が上端部に設けてあるダクトを経てソーラーハウスの利用に供せられるようになっている。次に、特許文献２には、２つの複合放物面の断面形状を対称的に結合してオメガ（ω）形状となし、この集光器の結合部に沿って１対の管状の受光体を設けてなるソーラーコレクタユニットが記載されている。この集光器により集束され、加熱された熱は受光体構造の導管を通って有効利用に供されるようになっている。
【０００４】
次に、特許文献３には、太陽光熱による太陽電池モジュール部の発電装置と、集熱器温水槽部の温水発生装置を合体により同一面積内で電力と温水とが同時に得られるようにしたユニット一体型発電・温水ソーラーシステムが記載されている。これは太陽電池モジュール部を集熱温水器温水槽部の表面に張り付けて一体化したもので、設置面積の有効利用を可能としたものである。さらに、特許文献４には、受光面を表出させてなる底板と、この底板の外周に立設された側板と、これらの各板に囲まれて形成される空間部をその開口面側から覆う透明蓋板とで構成してなるソーラーハイブリッドエネルギーパネルが記載されている。これも特許文献３記載の発明と同様に太陽エネルギーを同一面積内で効率よく利用可能のとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８０３５８号公報
【特許文献２】特表２００２−５１７７０７号公報
【特許文献３】特開平１０−１０３７９０号公報
【特許文献４】特開平１０−６２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した各文献記載の発明は、いずれも太陽光又は太陽熱エネルギーの効率的利用を実現する手段として有用なものであると推量される。しかしながら、特許文献１記載の発明は、建物の一部としての集熱部に関するものであり、既存の建物に採用することは不可能ではないにしても困難である。特許文献２記載の発明は、優れた理論構成の下に太陽光を集めて利用しようとするものであるが、製造に高度の技術を要することからコスト高になるおそれがある。特許文献３記載の発明は、限られた集光可能面積の有効利用という点で優れているが、集熱器温水槽部への集熱は太陽電池モジュールの表面を介して行われるものであるので、集熱量に限界がある。さらに特許文献４記載の発明も、集熱パネルと太陽電池モジュールとを一体化したものであるが、限られた面積による太陽エネルギーの有効利用という点からは優れたものと推量できる。しかしながら、有効利用可能な太陽エネルギーはあくまでもパネルの面積分だけであり、大容量の太陽エネルギーを利用するためには高価なパネルの面積を大きくする必要がある。そこで本発明は、簡単な構成により太陽熱を有効利用可能とし、さらにはこれと同時に太陽光発電を可能にする複合ソーラーシステムを安価に提供しようとするものである。
【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に、本発明は以下の手段を採用することにより以下の作用効果を生じるようにした。請求項１に記載した発明に係る複合ソーラーシステムユニットは、所定角度の傾斜状に設置可能であり、底板部と、この底板部の両側部に立設してある１対の側板部とからなる溝形構造体の上端開口部に透明板からなる天井板を被せてなる昇温通路と、この通路の一端部にこれと連通可能に設けてあるとともに少なくとも天井部が透明板からなり、内部に熱交換器を収納してある集熱室とにより構成してあるところに特徴がある。ここで昇温通路とは内部の空気が太陽光により温度上昇し、傾斜面に沿って移動するようになっていることから命名したものである。
【０００８】
傾斜状に設けられた昇温通路に透明板を透過した太陽光が当たると、昇温通路内の温度が上昇するため、傾斜面に沿って空気の移動が生じる。昇温通路の一端部（上端部）は集熱室に接続され、昇温通路の内部と、集熱室の内部とは連通する構成となっているため、昇温通路内で温度が上昇した空気は通路に沿って上昇し、集熱室の内部に流入する。集熱室にはこの他、透明板からなる天井部からも太陽光が入るので、集熱室内の温度は両者により加算されるために温度上昇が著しいものとなる。ここで高温化した空気は熱交換器と接することにより熱交換器内に導入されている水道水の温度を上昇させた後、排気孔から排出される。熱交換器内で温度上昇した水道水は屋内での浴室等の利用に供せられる。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項1に記載した発明に対して、昇温通路に複数の太陽電池パネルが敷設してあるところに特徴がある。少なくとも昇温通路の天井板は透明板からなるため、太陽電池パネルは太陽光を充分に受光可能であるので、太陽光発電が可能となる。敷設された太陽電池パネルは、透明板によって雨水や紫外線等から保護されているので、劣化が少なくなることから長期の高効率発電が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、昇温通路で暖められた空気と、集熱室に直接照射することにより発生する太陽熱とにより、集熱室内の温度上昇を向上させることができるので、熱交換器による温水の供給効率を高くすることができる。また、昇温通路の構成が簡単なので、ソーラーシステムユニットの製造コストを抑えて安価に供給可能となる。さらに、昇温通路に太陽電池パネルを敷設したものにすると、上記の効果に加えて同時に太陽光発電も可能となるので、設備の重複利用による経済効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、発明を実施するための最良の形態として、初めに請求項１に記載の発明の具体例を実施例１として説明し、次に請求項２に記載の発明の具体例を実施例２として説明することとする。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る複合ソーラーシステムユニット（以下「ユニット」という）１の全体の構成を斜視図で示したものである。ユニット１は昇温通路３と集熱室５とを結合したものからなり、集熱室５には熱交換器７が収納してある。このユニット１は、昇温通路３と集熱室５と熱交換器７とを主要素とするものであり、これに配管や配線器具及び設置用設備を加えたものからなる。
【００１３】
図１に示すように、昇温通路３は底板部４ａ、その両側に立設してある側板部４ｂ，４ｂからなる溝形構造体４の上部開口面に透明板からなる天井板９が被せてある。底板部４ａ、側板部４ｂはいずれも同じ厚さの鋼板を溶接により三者一体に形成したものからなり、いずれも防錆処理及び塗装を施してある。昇温通路３の端末部（図１右端部）４ｃは開口となっており、これには小鳥や昆虫等の侵入を防ぐための防護網（図示略）が取り付けてある。天井板９は、厚さ４ｍｍ程度のアクリル板を用い、側板部４ｂ、４ｂの上端部にビス止め固定してある。
【００１４】
集熱室５は、溝形構造体４の横幅よりもやや大きい横幅の底板５ａの前部に、溝形構造体４の側板部４ｂよりもやや高くなっている前板５ｂと、これよりも高さの大きい後板５ｃと、両側に位置する変則台形状の側板５ｄ及び天井部５ｅからなる。前板５ｂには昇温通路３の上端部が接続され、集熱室５に加熱空気を供給可能にする連通孔５ｇが設けてある。後板５ｃには集熱室の空気の流れを助けるための排出孔５ｆが設けてある。排出孔５ｆにも端末部４ｃと同様の理由により防護網が取り付けてある。天井部５ｅ以外の構造体は、昇温通路と同様に鋼板製からなるが、各板同士の結合は屋根上に持ち上げてから組み立てを容易にするためにビス止め（又はボルトとナットによる結合）としてある。なお、天井部５ｅもビス止めにより固定してある。
【００１５】
集熱室５内に収納してある熱交換器７は、平面形状が長方形で所定厚の鋼板製タンクからなり、ユニット１の本体よりも前後の傾斜角が大きくなるように設置してある。集熱室５の表面には熱を吸収しやすくするように黒色系の着色を施してある。熱交換器７の下端部（図面右端）近傍には、水道管用ジョイント８ａが接続してあり、上端部には温水の温水管用ジョイント８ｂが接続してある。各ジョイントにはそれぞれ水道管及び温水供給管（いずれも図示略）が接続してある。
【００１６】
図２は、住居の屋根上に本発明に係るユニット１を設置した状態の例を示したものである。設置工事の要領は、通常、昇温通路３を、天井板９を外した状態でクレーンを用いて屋根上に吊り上げ、集熱室５は各板をセットにして吊り上げて屋根上で組み立てるようになっている。組立時には底板５ａを屋根上に固定した時点で熱交換器７をその上面に設置し、その後に前板部５ｂや後板部５ｃを組立てる。昇温通路３と集熱室５とを既述の要領で連結後、透明板である天井板９及び天井部５ｅを取り付ける。配管及び配線は適宜都合のよい状態の下に行う。図面上では、天井板９は１枚板となっているが、これは長さを１〜１．５ｍ程度とし、各継ぎ目に雨水の浸入防止手段を施したものとするとよい。
【００１７】
上記のようにして屋根上に設置されたユニット１に対して水道管用ジョイント８ａから水道水を熱交換器７に満タンになるまで供給し、温水管用ジョイント８ｂに浴室やシャワーなどに温水管を接続することにより温水利用の準備が整う。ユニット１への空気の供給は、昇温通路３の端末部４ｃから行われる。このユニット１に太陽光が当たると、昇温通路３には透明板である天井板９を透過した太陽光が通路内の空気の温度を上昇させ、熱膨張により軽くなった空気が傾斜面となっている通路に沿って上昇する。この作用は昇温通路３の全長にわたって起きるので、通路の断面が同一である場合、上端部近傍の流速は下端部近傍よりも早くなっている。こうして温度上昇した空気は集熱室５に送り出される。この時、集熱室５にも透明板である天井部５ｅから太陽光が透過し、室内の温度を上昇させる一方、熱交換器７自体に太陽光が照射して加熱する作用が起きている。したがって、集熱室５内は直接の太陽熱と、昇温通路３から送り込まれた加熱空気とが合算されることにより温度上昇が著しくなり、熱交換器７による熱交換作用を活発化する。熱交換作用に供された空気は、排出孔５ｆから順次排出される。
【００１８】
熱交換器７内に充填されている水道水は、熱交換作用により、暖められると暖かくなったものが上部に集まり、下部は低い温度となっているが、温水管７ｂが上部に設けてあるので、浴室等で温水の供給を受けるのは最も温度の高い範囲からとなる。熱交換器７内の水量は、使用した水量に相当する水量が常に補給されるようになっている。
【実施例２】
【００１９】
実施例２は、図３に示すように、ユニット２１の外観は実施例１のそれと同様であるが、昇温通路２３の底部に複数の太陽電池パネル３１，…が敷設してある点に特徴がある。太陽電池パネル３１は、昇温通路の底部とは所定の間隔を設けて下面に空気が流れる空隙３３を設けて過熱防止を図ってある（図4参照）。太陽電池パネル３１の上面側は実施例１の昇温通路３の内部と同様に、空気を暖めて集熱室２５へ送り出し可能としてある。
【００２０】
各太陽電池パネル３１は接続端子（図示略）を介して屋内に設けてある電力調整器（パワーコンディショナー）に接続してあり、ここで発電された電力は、電力会社への売電や自家消費に供せられるようにしてある。集熱室２５及び熱交換機２７の構成は実施例1と同様である他、太陽熱利用による温水利用の形態は実施例1と同様である。
【００２１】
以上の説明において、各構造体の材質、寸法、形状等は適宜実体に即したものを選択すればよい。例えば、透明板としてアクリル板を採用してあるが、これは強化ガラス板やポリカーボネート板としてもよい。また、透明板とするのは天井板や天井部に限らず、側板等も透明板とすることにより集熱効率を高くする構成を採用してもよい。また、熱交換器については、実施例では鋼製タンクとしてあるが、これはコスト低減のために採用したものである。このほか、熱交換器として例えばパイプを張り巡らしたもの、あるいはラジエーターのようにアルミニューム製のタンクの表面にフィンを設けたものとすることにより、表面積を大きくして熱交換効率の高いものを採用すること等が高効率化に必要である。さらにまた、設置、組立要領については現場の実情に応じて最善の方法を採用することが肝要である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は構造体に関するものであり、実施により製造物を生み出し、太陽熱や電力の有効利用によりクリーンなエネルギー利用に貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】ユニットを屋根上に設置した状態を示す斜視図である。
【図３】実施例２の全体構成を示す斜視図である。
【図４】図3Ｄ−Ｄ線の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，２１        複合ソーラーシステムユニット
３，２３        昇温通路
４，２４        溝形構造体
４ａ，２４ａ    底板部
４ｂ，２４ｂ    側板部
５，２５        集熱室
５ｅ，２５ｅ    天井部（透明板）
７，２７        熱交換器
９，１９        天井板（透明板）
【図１】
2008045853.tif 000003
【図２】
2008045853.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008045853.tif 000006