(57)【要約】【課題】容易に低コストで製作でき、熱媒の偏流がなく、さらに、受熱効率の高いソーラパネルを提供することを目的とする。【解決手段】太陽熱を利用して加熱した熱媒を循環させて貯湯槽内の水を加熱する、太陽熱利用の給湯システムであって太陽熱を集熱するためのソーラパネル１において、下プレート５に適当な間隔を保って連続した溝７を形成し、下プレート５に平板である上プレート３を適当な方法で接合したことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を利用して加熱した熱媒を循環させて貯湯槽内の水を加熱する、太陽熱利用の給湯システムであって太陽熱を集熱するためのソーラパネルにおいて、下プレートに適当な間隔を保って連続した溝を形成し、該下プレートに平板である上プレートを適当な方法で接合したことを特徴とするソーラパネル。
【請求項２】
請求項１において、前記下プレートと前記上プレートとを摩擦攪拌接合によって接合することを特徴とするソーラパネル。
【請求項３】
請求項１において、前記下プレートを断熱性の良い材料で構成し、前記上プレートを熱伝導率の高い材料で構成したことを特徴とするソーラパネル。
【請求項４】
請求項１において、前記下プレートを適当な手段で保温することを特徴とするソーラパネル。
【請求項５】
請求項１において、前記上プレートの表面に吸熱効率を向上させるための塗装又は表面処理を施工したことを特徴とするソーラパネル。
【請求項６】
請求項１において、前記貯湯槽との間で熱媒を循環させる循環パイプにバルブボックスを介設し、該バルブボックスによって熱媒回路を補助熱源装置に切換え、該補助熱源装置によって熱媒を加熱し、熱媒を循環パイプ内で循環させることを特徴とするソーラパネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱を利用して加熱した熱媒を循環させて貯湯槽内の水を加熱する、太陽熱利用の給湯システムであって、太陽熱を集熱するためのソーラパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は一般的な太陽熱を利用した間接加熱による給湯システム５０の構成を示している。
図４（ａ）において、循環パイプ５１内を循環する、例えば不凍液等である熱媒は、ソーラパネル５２によって、太陽熱を吸収して昇温した後、バルブボックス６３を経由して貯湯槽５３内に設けられた熱交換器５５内に戻って来る。
【０００３】
バルブボックス６３には、熱媒の循環を制御する機器が組込まれているが、詳細の説明は省略する。
貯湯槽５３内は、例えば水道等の給水配管５７により、所定の圧力で常時給水可能な状態になっており、供給された水は、ここで熱交換器５５によって加熱され、貯湯槽５３の上部に設けられた給湯配管５９からシャワー等の給湯装置６０へ使用量に応じて給湯される。
【０００４】
同時に給水配管５７から同量が給水され、貯湯槽５３内は常に満タン状態にある。
ここで、曇天などで日射量が少なく、ソーラパネル５２での集熱量が不十分な場合や突然のお客様で使用量が多く、貯湯槽５３内の湯温が所定の温度まで昇温しない場合には、自動又は手動によって補助熱源装置６１に切換え、ここで熱媒温度を所定の温度まで昇温して、給湯装置６０に送る構成になっている。
補助熱源装置６１のエネルギー源としては、通常、電気、灯油、ガス等が使用される。
ソーラパネル５２は、通常、南向きの屋根上に設置されることが多い。
【０００５】
ソーラパネル５２の構成は、太陽熱をより効率良く集熱するため工夫が施されている。
例えば、図４（ｂ）に示すように、両端にヘッダー６７を取付け、前記ヘッダー６７の間に、熱媒の流動するパイプに多数のフィンを設けて表面積を大きくしたフィン付管６５を平面上に複数本並べ、これらの一方のヘッダー６７から熱媒を供給し、他方のヘッダー６７から送出する構成になっている例等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィン付管６５を用いるソーラパネル５２は、フィン巻き作業に多大な設備と作業時間を要し、コスト高になっている。
また、ソーラパネル５２内に並行して設けられた複数本のフィン付管６５にヘッダー６７から熱媒が均一に流れない、いわゆるの偏流が生じるため、均一な加温ができない等の不具合がある。
本発明は上記事情にかんがみ、容易に低コストで製作でき、熱媒の偏流がなく、さらに、受熱効率の高いソーラパネルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るソーラパネルは、太陽熱を利用して加熱した熱媒を循環させて貯湯槽内の水を加熱する、太陽熱利用の給湯システムであって太陽熱を集熱するためのソーラパネルにおいて、下プレートに適当な間隔を保って連続した溝を形成し、該下プレートに平板である上プレートを適当な方法で接合したことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートと前記上プレートとを摩擦攪拌接合によって接合することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートを断熱性の良い材料で構成し、前記上プレートを熱伝導率の高い材料で構成したことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートを適当な手段で保温することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るソーラパネルは、請求項１において、前記上プレートの表面に吸熱効率を向上させるための塗装又は表面処理を施工したことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るソーラパネルは、請求項１において、前記貯湯槽との間で熱媒を循環させる循環パイプにバルブボックスを介設し、該バルブボックスによって熱媒回路を補助熱源装置に切換え、該補助熱源装置によって熱媒を加熱し、熱媒を循環パイプ内で循環させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係るソーラパネルを図１に示す。
図１において、下プレート５には連続した溝７が成形されており、これに、上プレート３が適当な接合法により接合されている。
下プレート５の材料には通常は鋼板、鋳鉄、アルミニウム等の金属を用いるが、断熱性高い素材であるセラミックやセメント等を用いる場合もある。
【００１４】
溝７は、熱媒が流動するための管路として機能するようになっており、溝７の始端と終端には各々配管接続口９が設けられている。
溝７の形成は、一般的な機械加工による方法の他、プレス加工や射出成形及びダイキャスト法等によって行う。
【００１５】
上プレート３は、直接太陽熱を吸収して、内部を流動する熱媒に対し効率よく伝熱するために、表面の輻射熱伝達率が高く、材料の熱伝導率が大で、その肉厚が薄くできる材質が好ましい。
例えば、銅、アルミニウム等の材料が用いられる。
更に、上プレート３の表面上には、太陽熱の集熱効率を上げるために、先に説明した材料を選ぶことの他に、塗装や表面処理（黒色に着色したり、輻射熱伝達率を上げるための適当な材質のコーティングを施す）を施工することが好ましい。
【００１６】
上プレート３と下プレート５の接合方法は、以下の通りである。
一般的には図１に示すように、公知の技術である摩擦攪拌接合８によるが、ロウ付けによる接合や、シール材を挟んでボルトにての接合、一般的な熱硬化型接着剤又は常温硬化型接着剤等を使用する接合、及び、前記接合の併用が行われる。
【００１７】
本発明の一実施例に係るソーラシステムについて図３に示す。
図３に示すシステム構成において、ソーラパネル１の構成及び機能については前述の通りであり、太陽熱を利用して集熱した熱媒が循環パイプ１３内を循環し、バルブボックス２５を経由して貯湯槽１５内に設けられた熱交換器１７内に戻って来る構成は従来例と同じであるが、バルブボックス２５の切替によって熱媒を加熱するための補助熱源装置２３を付加した構成としている。
【００１８】
バルブボックス２５と補助熱源装置２３との間は循環パイプ１４によって接続されている。
また、バルブボックス２５には、熱媒の循環を制御する機器（センサー、切替弁、ポンプ等）が組込まれているが、詳細の説明は省略する。
【００１９】
貯湯槽５３内は、例えば水道等の給水配管５７により、所定の圧力で常時給水可能な状態になっており、供給された水は、ここで熱交換器５５によって加熱され、貯湯槽５３の上部に設けられた給湯配管５９からシャワー等の給湯装置６０へ使用量に応じて給湯される。
同時に給水配管５７から同量が給水され、貯湯槽５３内は常に満タン状態にある。
【００２０】
ここで、曇天などで日射量が少なく、ソーラパネル５２での集熱量が不十分な場合や突然のお客様で使用量が多く、貯湯槽５３内の湯温が所定の温度まで昇温しない場合には、自動又は手動によって補助熱源装置６１に切換え、ここで熱媒温度を所定の温度まで昇温して、給湯装置６０に送る構成になっている。
補助熱源装置６１のエネルギー源としては、通常、電気、灯油、ガス等が使用される。
【００２１】
本実施例に係るソーラパネル１は上プレート３と下プレート５に分割して製作し、多様な接合形態が可能であるため、上プレート３と下プレート５は、各々に要求される特性に合致した材料及び製造法を選択することができる。
即ち、上プレート３は太陽熱の集熱面として一枚の平板で構成されるため、その効率向上のために黒色化したり、輻射熱伝達率を上げるための表面処理を容易に施工することができる。
【００２２】
また、下プレート５は太陽から集熱したエネルギーを放散させないために、熱伝導率の低い材料（例えば、セラミック）を選定することも可能であるし、断熱材で覆うなどの断熱施工も容易である。
溝７は、機械加工又はプレス加工などによって形成可能であるため、一本の管路として製作でき、内部を流動する熱媒は偏流を生じることがない。
更に、溝の形状はフィン付管のように円形ではなく矩形断面であるため、幅を広く、深さを小さく（浅く）することができる。
【００２３】
このことから、集熱の効率が上がると共に、ソーラパネルの厚みを減少させることが出来、薄型で軽量のソーラパネルが提供できるので、設置場所（屋根上）の負荷を減少できる。
本実施例に係るソーラパネル１は必要とする容量に応じて単数又は複数のユニットを屋根上に並べて配設する。
【００２４】
即ち、図２（ａ）に示すように、ソーラパネル１のユニットを各々直列に配管継手１１で連結して配置すると、ユニット出口の熱媒温度は高くなり給湯温度の設定を高くすることができる。
図２（ｂ）に示すようにソーラパネル１のユニットをヘッダー１６を経由して各々並列に連結することにより、温度は相対的に低いが、大容量の熱媒が循環するため、比較的低温で大量の給湯を必要とする場合に適している。
【００２５】
図２（ｃ）は高温、大容量の給湯システムのソーラパネル１の配置を示しており、適当に複数台のユニットを直列に連結したソーラパネル１を複数列並列に連結して高温、大容量化を図っている。
以上説明したように、本実施例に係るソーラパネル１はその製造コストの低減が図れるとともに集熱効率の良い材料の組合せで製作可能で、かつそのニーズに応じて種々のユニット配置が可能である。
【００２６】
更に、補助熱源を装備し、バルブユニットでの切替制御によって加熱させた熱媒を逆環流させることによってソーラパネルより放熱を行い、冬季における屋根上の融雪を行うことができる。
このとき、先述のように、溝の形状が幅が広くて深さが浅いこと、及び、上プレートが熱伝達の良い材質で下プレートが断熱性の良い材質で構成されていることによって、効率の良い融雪が行える。
【００２７】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明の請求項１に係るソーラパネルは、太陽熱を利用して加熱した熱媒を循環させて貯湯槽内の水を加熱する、太陽熱利用の給湯システムであって太陽熱を集熱するためのソーラパネルにおいて、下プレートに適当な間隔を保って連続した溝を形成し、該下プレートに平板である上プレートを適当な方法で接合するため、上プレートと下プレートに分割して製作することができ、しかも、多様な接合形態が可能であるため、上プレートと下プレートについて、各々に要求される特性に合致した材料及び製造法を選択することができ、更に、溝は１本の管路として制作できるため、内部を流動する熱媒は偏流を生じることがない。
【００２８】
また、本発明の請求項２に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートと前記上プレートとを摩擦攪拌接合によって接合するため、請求項１と同様な効果を奏する他、公知の接合形態を選択できる。
【００２９】
また、本発明の請求項３に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートを断熱性の良い材料で構成し、前記上プレートを熱伝導率の高い材料で構成したため、請求項１と同様な効果を奏する他、集熱したエネルギーを放散させずに効率良く熱伝導が行える。
【００３０】
また、本発明の請求項４に係るソーラパネルは、請求項１において、前記下プレートを適当な手段で保温するため、請求項１と同様な効果を奏する他、効率良く熱伝導が行える。
【００３１】
また、本発明の請求項５に係るソーラパネルは、請求項１において、前記上プレートの表面に吸熱効率を向上させるための塗装又は表面処理を施工するため、請求項１と同様な効果を奏する他、輻射熱伝達率を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明の請求項６に係るソーラパネルは、請求項１において、前記貯湯槽との間で熱媒を循環させる循環パイプにバルブボックスを介設し、該バルブボックスによって熱媒回路を補助熱源装置に切換え、該補助熱源装置によって熱媒を加熱し、熱媒を循環パイプ内で循環させるため、請求項１と同様な効果を奏する他、ソーラパネルでの集熱量が不十分な場合等においても、補助熱源装置に切換えることにより、熱媒温度を所定の温度まで昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係るソーラパネルの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明に係るソーラパネルを直列に連結した構成例、図２（ｂ）は、本発明に係るソーラパネルを並列に連結した構成例、図２（ｃ）は、本発明に係るソーラパネルを直列及び並列に連結して大型化した構成例を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係るソーラシステムの説明図である。
【図４】図４（ａ）は一般的な給湯システムを示す構成図、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＤ−Ｄ矢視図である。
【符号の説明】
１    ソーラパネル
３  上プレート
５    下プレート
７  溝
８  摩擦攪拌接合
９    配管接続口
１０    ヘッダー
１１    配管継手
１３    循環パイプ
１５    貯湯槽
１７    熱交換器
１９    給湯配管
２１    給湯装置
２３    補助熱源装置
２５    バルブボックス
５０    給湯システム
５１    循環パイプ
５２    ソーラパネル
５３    貯湯槽
５５    熱交換器
５７    給水配管
５９    給湯配管
６０    給湯装置
６１    補助熱源装置
６３    バルブボックス
６５    フィン付管
６７    ヘッダー
【図１】
2005024173.tif 000003
【図２】
2005024173.tif 000004
【図３】
2005024173.tif 000005
【図４】
2005024173.tif 000006