(57)【要約】【課題】太陽エネルギーを効率良く回収するとともにシンプルで安価なシステム提供することでシステムを広く普及させる事を課題とている。【解決手段】薄い金属板を基盤とし、表面に熱吸収の高い塗装膜層が、裏面に熱放射特性に優れた塗装膜層が形成され、且つ基盤の表面側に突出部を有する多数の小孔が形成された集熱パネルを断熱材で内張され、下端が解放された外装箱の表面に設け、前記集熱パネルの表面側には空気層を形成する様に透明体を設け、前記集熱パネルの裏面側には集熱空気槽を形成し、前記外装箱の裏側上端付近に集熱空気槽と室内を連通させる出口ダクトと送風用ファンを設けた太陽エネルギー利用による暖房システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄い金属板を基盤（１１）とし、前記基盤（１１）の表面に熱吸収の高い塗膜層（１２）が、裏面に熱放射特性に優れた塗膜層（１３）が形成され、且つ前記基盤（１１）の表面側に突出部（１４）を有する多数の小孔（１５）が形成された集熱パネル（１０）を断熱材（２０）で内張され、下端が開放された開放型の外装箱（３０）の表面に設け、前記集熱パネル（１０）の表面側には空気層（４０）を形成する様に透明体（５０）を設け、前記集熱パネル（１０）の裏面側には集熱空気槽（６０）を設け、前記外装箱（３０）の裏側上端付近に集熱空気槽（６０）と室内を連通させる出口ダクト（７０）と送風用ファン（８０）を設けた暖房装置であって、前記送風用ファン（８０）を回転させることによって外気吸入口（９０）より取り入れた外気を前記空気層（４０）に取込みながら前記集熱パネル（１０）表面の前記突出部（１４）を有する多数の小孔（１５）を通過させ、前記集熱空気槽（６０）内に取り入れることにより、熱交換を行ないながら温風として前記出口ダクト（７０）を介して室内に送ることを特徴とする太陽エネルギー利用による暖房システム。
【請求項２】
請求項１記載の太陽エネルギー利用による暖房システムにおいて、前記外装箱（３０）が、前記断熱材（２０）で内張りされた密閉型の外装箱（３００）であり、前記外装箱（３００）の裏側下端付近に空気吸入口（１００）を設け、吸入ダクト（１１０）を介して室内と前記集熱パネル（１０）表面側下端付近の空気層（４０）と連通させ、前記送風用ファン（８０）を回転させることによって前記空気吸入口（１００）より取り入れた室内の空気を前記空気層（４０）に取込みながら前記集熱パネル（１０）表面の前記突出部（１４）を有する多数の小孔（１５）を通過させ、前記集熱空気槽（６０）内に取り入れることにより、熱交換を行ないながら温風として前記出口ダクト（７０）を介して室内に送り循環させることを特徴とする太陽エネルギー利用による暖房システム。
【請求項３】
請求項２記載の太陽エネルギー利用による暖房システムにおいて、前記外装箱（３００）前面に設けた前記透明体（５０）を複数層とし、前記外装箱（３００）の裏側内部にレンガ等による蓄熱層（１２０）を形成し、前記蓄熱層（１２０）の間に補助熱源として発熱体（１３０）を設けたことを特徴とする太陽エネルギー利用による暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽エネルギー利用暖房機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽熱エネルギーを利用した暖房システムに用いられる集熱パネルは波形の集合パネルで外側が黒い塗料のような太陽輻射熱吸収材料で被覆されているもの（例えば、特許文献１参照）や集熱パネルが波形又は凹凸の黒色パネル（例えば、特許文献２参照）が見られた。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第２８４６９１３号明細書（第５頁）
【特許文献２】
特開２００１−５９６５５号（第２頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自然エネルギーを利用したいと思う人は相当数いると推測されるが、上記した従来の技術の集熱パネルは温度が上昇すると、それ自体のからの熱放射損が発生して集熱効果が低くなる問題があり、また波形や山形の集熱パネルは日射ムラが生じる問題もある。  そして、太陽エネルギーは膨大でも利用するには単位あたり面積のエネルギーが希薄であり、冬季の熱利用にはそれ相当の設置面積、大がかりな補助熱源などが必要で初期の設置費用、メンテナンスなどの問題から太陽熱エネルギーを利用した暖房システム普及の足かせとなっている。
本発明は従来開示されてきた装置を改良することによって太陽エネルギーを効率良く回収するとともにシンプルで安価なシステム提供することでシステムを広く普及させる事を目的とている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、薄い金属板を基盤とし、前記基盤の表面に熱吸収の高い塗膜層が、裏面に熱放射特性に優れた塗膜層が形成され、且つ前記基盤の表面側に突出部を有する多数の小孔が形成された集熱パネルを断熱材で内張され、下端が開放された開放型の外装箱の表面に設け、前記集熱パネルの表面側には空気層を形成する様に透明体を設け、前記集熱パネルの裏面側には集熱空気槽を形成し、前記外装箱の裏側上端付近に集熱空気槽と室内を連通させる出口ダクトと送風用ファンを設けた暖房装置であって、前記送風用ファンを回転させることによって外気吸入口より取り入れた外気を前記空気層に取込みながら前記集熱パネル表面の前記突出部を有する多数の小孔を通過させ、前記集熱空気槽内に取り入れることにより、熱交換を行ないながら温風として前記出口ダクトを介して室内に送る開放型の太陽エネルギー利用による暖房システムを提供する。
【０００６】
集熱パネルは熱伝導率の高い金属の表面に熱吸収の良い理想に近い光学特性を有する選択吸収塗膜層を形成し、裏面にも熱放射特性に優れた選択放射材料による塗膜層を形成して太陽エネルギーからの熱回収を効果的にしている。更に、集熱パネル表面には突出部を有する多数の小孔を設け、空気が前記集熱パネルを通過する際、効率よく熱交換させて熱回収効率を向上させている。また、前記集熱パネルの前面に透明体を設けることにより風などの影響を受けることがなくなり、集熱パネルは平面状であるため日射ムラを無くすことができる。
【０００７】
そして、上記の太陽エネルギー利用による暖房システムにおいて、前記断熱材で内張りされた前記外装箱が密閉型であり、前記外装箱の裏側下端付近に空気吸入口を設け、吸入ダクトを介して室内と前記集熱パネル表面側下端付近の空気層とを連通させ、前記送風用ファンを回転させることによって前記空気吸入口より取り入れた室内の空気を前記空気層に取込みながら前記集熱パネル表面の前記突出部を有する多数の小孔を通過させ、前記集熱空気槽内に取り入れることにより、熱交換を行ないながら温風として前記出口ダクトを介して室内に送り循環させる密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムとすることも出来る。
【０００８】
さらに、上記の太陽エネルギー利用による暖房システムにおいて、密閉型の前記外装箱前面に設けた前記透明体を複数層とし、前記外装箱の裏側内部にレンガ等による蓄熱層を形成し、前記蓄熱層の間に補助熱源として発熱体を設けた密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムとすることも出来る。
【０００９】
空気は外気より直接取り入れる開放型と、室内より取り入れる密閉型があるが、いずれも上記の装置にてシステム内を経由して室内に温風として送られる。前記開放型暖房システムは換気機能を持つ特徴があり、密閉型システムは暖房を効果的にする特徴がある。どちらも水や不凍液を使わないため原則的にメンテナンスが容易で耐久性が良いため経済的にも有利となる。また、密閉型改良システムは太陽エネルギーが不足する時発熱体を使用し蓄熱層は日没後も暖房効果を維持できる。また、複層の透明体は熱ロスの防止に有効である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を実施例となる図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施例となる開放型の太陽エネルギー利用による暖房システムの断面略図で、図２は本発明の実施例となる密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムの断面略図で、図３は改良タイプの密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムの断面略図である。図４は本発明に用いる集熱パネルの拡大断面図を示している。
【００１１】
本発明に用いる集熱パネル１０は図４に示すように、薄い金属板を基盤１１とし、その表面に熱吸収の高い塗膜層１２が、裏面に熱放射特性に優れた塗膜層１３が形成され、且つ前記集熱パネルの表面側に突出部１４を有する基盤１１を貫通する多数の小孔１５が形成されている。
基盤１１は銅やアルミニュウム、或いはステンレスなどの熱伝導性能に優れた金属板で、特にアルミニュウムが好ましく、その厚さは０．６ｍｍから１．０ｍｍ程度のものが用いられる。そして、その表面側に形成されている熱吸収の高い塗膜１２とは、赤外線領域での赤外線波長の波を吸収する熱損失の少ない選択吸収膜であり、基盤１１の表面を化成処理された酸化銅、電気めつきされたニッケル、電解着色されたポーライトアルミナ膜など各種あるが、いずれも薄い黒色艶消し塗膜となっている。
一方、基盤１１の裏面には熱放射特性に優れた塗膜層１３が形成される。
塗膜層１３を詳しく云うとアクリル系合成樹脂、顔料、有機溶剤に赤外線放射機能を持つアルミナセラミックやセラミック紛体を適量割合加えて均一に混合分散させ、焼付け乾燥した選択放射材料を用いている。また赤外線放射率の高いセラミックの紛体をアクリル系合成樹脂やメラミン系合成樹脂に均一に混合分散させ、焼付け乾燥したものでも紛体の粒度が適正であれば赤外線放射特性に優れた塗膜層１３となる。
【００１２】
そして、前記集熱パネル１０の表面側に形成された多数の貫通した小孔１５は、パネル１０の表面側にバリ状の突出部１４を有している。この突出部１４は空気層４０中の空気との接触面積を増大させて集熱パネル１０が保持した熱を空気層４０に効率良く伝える作用を持っている。小孔１５の直径は１．５ｍｍから２．５ｍｍ程度であり、数としては１平方センチメートル当り１４０００個程度であれば良い。
【００１３】
集熱パネル１０が前面に設けられる外装箱３０，３００は、金属板や合成樹脂の外装部３１単体或いは合板３２との複合体で造られ、一面が開放された四角形の箱で、内部は断熱材２０覆われている。断熱材２０は発泡ウレタン樹脂やフェノール樹脂、アルミ箔により被覆されたガラス繊維やロックウール等が好ましく用いられる。
【００１４】
そして、集熱パネル１０の前面には、空気層４０を形成する様に透明体５０が設けられる。透明体５０としては、強化ガラス板や透明性の高いアクリル樹脂板などが用いられる。  図１に示す実施例の開放型の太陽エネルギー利用による暖房システムの場合は、外装箱３０の下端部に外気を取り込むための空気吸入口９０が設けられ、図２や図３に示す実施例の密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムの場合は外装箱３００の一面は透明体５０で密閉される。
【００１５】
集熱パネル１０の裏面側には外装箱３０，３００による集熱空気槽６０を設け、外装箱３０の裏側上端付近には集熱空気槽６０と室内を連通する出口ダクト７０と送風用ファン８０を設ける。８１は送風用ファンカバーを示している。なお、図２や図３に示す実施例の密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムの場合は外装箱３００の裏側下端付近に空気吸入口１００を設け、吸入ダクト１１０を介して室内と前記集熱パネル５０表面側下端付近の空気層４０とを連通させる。
【００１６】
上記の図２や図３に示す実施例の装置を用いると、透明体５０を通過してくる太陽エネルギーは集熱パネル１０の表面側に形成された熱吸収の高い塗膜層１２より効率よく熱吸収され空気層４０の空気を加温するとともに集熱パネル１０の裏面側に形成された熱放射特性に優れた塗膜層１３から放出される熱により集熱空気槽６０中の空気を加温する。
なお、集熱パネル１０で集めた太陽エネルギーで効率良く装置内の空気を加温するには、集熱パネル１０の単位面積（１平方メートル）に対する空気層４０と集熱空気槽６０の容積は、０．０２：０．５〜０．８立方メートルの範囲にすることが好ましい。
【００１７】
断熱材２０としてアルミ箔で被覆されたグラスウールなどを用いる場合は、加温された空気は集熱空気槽６０内のアルミ箔により熱を反射してさらに加温される。そして、集熱空気槽６０内の空気温度が設定された温度に上昇すると集熱空気槽６０内に設けた温度センサー１４０が反応して送風用ファン８０が自動的に運転を開始して室内に温風を送り、設定温度以下になると前記送風用ファン８０が停止する様にすると良い。図１に示した実施例の開放型の暖房システムを換気システムとして利用する場合には設定温度を下げて利用すると良い。冬季の日中は曇りの日でも集熱空気槽６０内の温度は大気温度よりも高いので換気装置としても有効であり、夏季はファン８０を逆回転させて室内の熱気を室外に排熱させることができる。
【００１８】
図２に示した密閉型の太陽熱に用暖房システムは、室内より取り入れた空気を太陽熱で加熱して再び室内に送る空気循環であるから、通常暖房が必要な冬季には大気温度より室内温度の方が高いので、その分暖房システムとしては、図１に示される開放型の暖房システムより暖房効果がある。
【００１９】
図３に示した実施例は、図２の改良タイプであり、透明体５０を複数層としレンガ等の蓄熱層１２０を外装箱３００の室内側に設けている。そして、蓄熱層１２０の間に発熱体１３０を設けて補助熱源としている。
蓄熱層１２０としては、レンガ、コンクリート、岩石など、比熱の高い物質を用いることが出来る。  また、補助熱源の発熱体１３０としては、棒状や面状の電気ヒータなどが好ましく用いられる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は上記のように、薄い金属板を基盤とし、基盤の表面に熱吸収の高い塗装膜層が、裏面に熱放射特性に優れた塗装膜層が形成され、且つ基盤の表面側に突出部を有する多数の小孔が形成された集熱パネルを断熱材で内張された外装箱の表面に設け、集熱パネルの表面側には空気層を形成する様に透明体を設け、その空気層に連通する空気吸入口を設け、集熱パネルの裏面側には集熱空気槽を形成し、外装箱の裏側上端付近に集熱空気槽と室内を連通させる出口ダクトと送風用ファンを設けた暖房装置であって、送風用ファンを回転させることによって空気吸入口より取り入れた空気を空気層に取込みながら集熱パネル表面の突出部を有する多数の小孔を通過させ、集熱空気槽内に取り入れることにより、熱交換を行ないながら温風として外装箱の裏側に連通する出口ダクトを介して室内に送る開放型や密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システムであるので、次のような効果がある。
【００２１】
イ、集熱パネル前面に透明体を設けるので、大気温度や風などの影響を受けず、また集熱パネルが平面であるから日射ムラを解消し温度上昇が迅速である。
ロ、集熱パネル表面に特殊な選択吸収膜、裏面に放射率の高い特性を持つ選択放射材料で塗膜層を形成することにより、熱吸収と熱放射の作用が効率良く働き、集熱効果が高い。
ハ、集熱パネルの表面側に突出部を有する多数の小孔を設けているので、空気通過時の熱交換効果が高い。
ニ、装置や暖房システムがシンプルなため安価で簡単に製造できる。
ヘ、装置や暖房システム中に水や不凍液を使用しないため耐久性があり、炭酸ガスの削減にも効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例となる開放型の太陽エネルギー利用による暖房システム
【図２】実施例となる密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システム
【図３】実施例となる他の密閉型の太陽エネルギー利用による暖房システム
【図４】実施例となる集熱パネルの拡大断面図
【符号の説明】
１０  集熱パネル
１１  基盤
１２  熱吸収の高い塗膜層
１３  熱放射特性に優れた塗膜層
１４  突出部
１５  小孔
２０  断熱材
３０  開放型の外装箱
３１  外装材
３２  合板
４０  空気層
５０  透明体
６０  集熱空気槽
７０  出口ダクト
８０  送風用ファン
８１  ファンカバー
９０  吸気口
１００  空気吸入口
１１０  吸入ダクト
１２０  蓄熱層
１３０  発熱体
１４０  温度センサー
３００  密閉型の外装箱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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