(57)【要約】【課題】太陽光の集熱効率を向上させることができる集熱器を提供する。【解決手段】集熱器１は、集熱板１１とカバー１２とを備える。集熱板１１は、屋根４１との間に第１通気層３１を形成する太陽電池モジュール２に対して屋根４１の棟４２側において、第１通気層３１と連続する第２通気層３２を屋根４１との間に形成するように屋根４１と対向して設けられる。カバー１２は、集熱板１１との間に中空層１５を形成するように集熱板１１を覆い、集熱板１１との対向部が太陽光を透過させる透光部材で構成される。そして、中空層１５に、金属粉１６が封入され、集熱板１１は、中空層１５の熱エネルギーを第２通気層３２に伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根との間に第１通気層を形成する太陽電池モジュールに対して前記屋根の棟側において、前記第１通気層と連続する第２通気層を前記屋根との間に形成するように前記屋根と対向して設けられる集熱板と、
前記集熱板との間に中空層を形成するように前記集熱板を覆い、前記集熱板との対向部が太陽光を透過させる透光部材で構成されるカバーとを備え、
前記中空層に、金属粉が封入され、
前記集熱板は、前記中空層の熱エネルギーを前記第２通気層に伝達する
ことを特徴とする集熱器。
【請求項２】
前記金属粉は、中空状に構成される
ことを特徴とする請求項１記載の集熱器。
【請求項３】
前記金属粉は、酸化アルミニウムで形成される
ことを特徴とする請求項１または２記載の集熱器。
【請求項４】
前記中空層は、封止空間で構成される
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の集熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に集熱器、より詳細には太陽光から熱エネルギーを収集する集熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光から発電と集熱との両方を行う太陽光発電集熱システムがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、太陽電池モジュールに対して棟側に透明ガラスモジュールを集熱器として並べて配置することで、屋根と太陽電池モジュールおよび透明ガラスモジュールとの間に形成される通気層の温度上昇を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７８０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通気層の温度をさらに上昇させるために、太陽光の集熱効率がより高い集熱器が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、太陽光の集熱効率を向上させることができる集熱器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の集熱器は、屋根との間に第１通気層を形成する太陽電池モジュールに対して前記屋根の棟側において、前記第１通気層と連続する第２通気層を前記屋根との間に形成するように前記屋根と対向して設けられる集熱板と、前記集熱板との間に中空層を形成するように前記集熱板を覆い、前記集熱板との対向部が太陽光を透過させる透光部材で構成されるカバーとを備え、前記中空層に、金属粉が封入され、前記集熱板は、前記中空層の熱エネルギーを前記第２通気層に伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、太陽光の集熱効率を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態における集熱器の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施形態における集熱器の設置状態を示す斜視図である。
【図３】実施形態における集熱器の設置状態を示す断面図である。
【図４】通気層の温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（実施形態）
本実施形態の集熱器１の概略構成を図１に示す。本実施形態の集熱器１は、集熱板１１と、集熱板１１を覆うカバー１２とで矩形板状に形成されている。そして、集熱器１は、図２、図３に示すように、戸建住宅４の傾斜した屋根４１において太陽電池モジュール２と並べて設置される。なお、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。集熱器１は、太陽電池モジュール２と共に太陽７から熱エネルギーを収集（集熱）し、太陽電池モジュール２および集熱器１と、屋根４１との間に形成される通気層３を温める太陽光発電集熱システムに用いられる。
【００１１】
まず、太陽光発電集熱システムの概略構成について説明する。
【００１２】
太陽電池モジュール２は、矩形状のパネルで構成されており、屋根４１に設置された架台５に取り付けられ、太陽光を受光することによって発電する。架台５は、屋根４１の傾斜方向に沿った複数の棒状部材５１を備えており、棒状部材５１は、所定間隔に並べて配置されている。そして、太陽電池モジュール２は、一対の棒状部材５１に跨るように取り付けられ、屋根４１から離れた状態で屋根４１と対向するように設けられている。したがって、太陽電池モジュール２と屋根４１との間には、第１通気層３１が形成される。
【００１３】
そして、太陽電池モジュール２は、太陽光を吸収することによって、発電するとともに、熱エネルギーを取得、すなわち加熱される。また、太陽電池モジュール２と対向する部分の屋根４１において、太陽電池モジュール２から放射される熱、および太陽電池モジュール２を透過した太陽光を吸収することによって加熱される。したがって、第１通気層３１内の空気は、太陽光によって加熱された太陽電池モジュール２および屋根４１によって温められる。
【００１４】
本実施形態では、屋根４１の傾斜方向を列方向として、１６枚の太陽電池モジュール２が４行（４段）、４列に並べて屋根４１に設けられている。第１通気層３１には、屋根４１の軒４３側から空気が流入する。そして、第１通気層３１内の空気は、温められながら屋根４１の傾斜に沿って上昇するので、屋根４１の棟４２側に向かうにつれて温度が高くなる。また、本実施形態では、架台５の棒状部材５１によって、太陽電池モジュール２の列毎に第１通気層３１が仕切られている。なお、太陽電池モジュール２の枚数および配置は、上記に限定しない。
【００１５】
集熱器１は、太陽電池モジュール２と略同じ厚み（本実施形態では３０ｍｍ）の矩形板状に形成されており、太陽電池モジュール２に対して屋根４１の棟４２側に設けられている。本実施形態では、４つの集熱器１を備えており、各集熱器１は、並べて配置された太陽電池モジュール２における各列の最上段の棟４２側に並べて設けられている。集熱器１は、屋根４１に設置された架台５の棒状部材５１に跨るように取り付けられており、屋根４１から離れた状態で屋根４１と対向するように設けられている。したがって、集熱器１と屋根４１との間には、第２通気層３２が形成される。集熱器１は、太陽電池モジュール２に対して屋根４１の棟４２側に設けられているので、太陽電池モジュール２と屋根４１との間に形成される第１通気層３１と、集熱器１と屋根４１との間に形成される第２通気層３２とは屋根４１の傾斜方向に連続する。そして、集熱器１は、第１通気層３１から第２通気層３２に流入する空気をさらに温める。また、第２通気層３２の空気が屋根４１の棟４２側に抜けないように、架台５は、各棒状部材５１の上端（棟４２側の端部）同士を連続させる仕切り板５２を備えている。なお、集熱器１の詳細な構成については後述する。
【００１６】
そして、屋根４１には、集熱器１と対向する部分に、第２通気層３２の空気を屋内に取り込むために用いるダクト６の開口６１が露出している。ダクト６にはファン（図示なし）が設けられており、ダクト６を介して第２通気層３２の温かい空気が、例えば室内、床下、壁内などに送り込まれ、暖房として用いられる。なお、ダクト６の開口６１は、各集熱器１と対向する位置に複数設けられた構成であってもよいし、第２通気層３２同士を連続させ、少なくとも１つ以上の集熱器１と対向する位置に設けられた構成であってもよい。
【００１７】
このように、集熱器１は、太陽光発電集熱システムにおいて空気をより温めるために用いられる。
【００１８】
次に、本実施形態の集熱器１の構成について図１を用いて説明する。
【００１９】
本実施形態の集熱器１は、屋根４１と対向する集熱板１１と、集熱板１１との間に中空層１５を形成するように集熱板１１を覆うカバー１２とで構成されている。
【００２０】
集熱板１１は、矩形板状に形成されており、屋根４１との間に第２通気層３２を形成するように設けられる。また、集熱板１１は、鋼、カーボンなどの板材、または表面にカーボンブラックを塗布した板材で形成されており、太陽光を効率よく吸収し集熱することができるように構成されている。
【００２１】
カバー１２は、フレーム１３とガラス板１４とで構成されている。
【００２２】
フレーム１３は、集熱板１１における屋根４１とは反対側の面（上面）の縁に沿って設けられた枠体であり、ガラス板１４が集熱板１１と対向するようにガラス板１４を支持する。
【００２３】
ガラス板１４は、光（太陽光）を透過させる透光部材で構成されており、フレーム１３に支持されることで、集熱板１１との間に中空層１５を形成している。本実施形態のガラス板１４は、集熱板１１との対向面に金属膜を設けた断熱ガラスで構成されている。
【００２４】
また、フレーム１３とガラス板１４および集熱板１１とが密着するように結合されており、中空層１５は、封止空間で構成されている。なお、中空層１５の密閉度を向上させるために、フレーム１３とガラス板１４および集熱板１１とを密着させるパッキンが設けられた構成であってもよい。また、本実施形態では、フレーム１３とガラス板１４とが別体に構成されているが、フレーム１３とガラス板１４とを一体にした構成であってもよい。また、ガラス板１４は、平面ガラスに限定せず、曲面ガラスで構成されていてもよい。
【００２５】
そして、集熱板１１とガラス板１４との間に形成された中空層１５には、金属粉１６が封入されている。なお、図１は、中空層１５に金属粉１６が封入されていることを概略的に示す図であり、金属粉１６の大きさを規定する趣旨ではない。また、本実施形態において金属粉１６は、酸化アルミニウム（アルミナ）で形成されており、さらに中空状に構成されており、内部空間１７を有する。なお、金属粉１６は、酸化アルミニウムに限定せず、さらにソリッド状（中実状）に構成されていてもよい。
【００２６】
次に、集熱器１による集熱について説明する。
【００２７】
集熱器１は、ガラス板１４を透過した太陽光が集熱板１１に照射され、集熱板１１は、この太陽光を吸収することで加熱される。さらに、本実施形態の集熱器１の中空層１５には、金属粉１６が封入されており、金属粉１６によって太陽光が反射される。したがって、ガラス板１４を透過した太陽光が金属粉１６によって反射されて集熱板１１に照射される。さらに、集熱板１１で反射した太陽光が、金属粉１６による反射によって再び集熱板１１に照射される。すなわち、中空層１５に金属粉１６を封入することによって、集熱板１１に吸収される太陽光が増加するので、集熱板１１がより加熱される。また、本実施形態では、金属粉１６を酸化アルミニウムで形成しているので、金属粉１６の反射率が比較的高く、集熱板１１に吸収される太陽光をより増加させ、集熱板１１をより加熱することができる。なお、加熱された集熱板１１によって、中空層１５内の空気に対流が発生し、この対流によって金属粉１６が中空層１５内を移動するので、金属粉１６の積層が防止される。
【００２８】
また、金属粉１６自体も、太陽光を吸収することによって加熱される。そして、加熱された金属粉１６によって中空層１５内の空気が温められ、この温められた空気によって集熱板１１が加熱される。また、金属粉１６が集熱板１１に接触することでも、集熱板１１が加熱される。すなわち、中空層１５に封入された金属粉１６の熱エネルギーが集熱板１１に伝達されることでも、集熱板１１が加熱される。さらに、本実施形態では、金属粉１６を酸化アルミニウムで形成しているので、金属粉１６の熱伝導率が比較的高く、金属粉１６から集熱板１１への伝熱効率が向上し、集熱板１１をより加熱することができる。さらにまた、金属粉１６は、中空状に構成されているので、金属粉１６をソリッド状に構成する場合に比べて金属粉１６の熱容量が低下する。これにより、金属粉１６がより加熱されやすくなり、集熱板１１をより加熱しやすくなる。
【００２９】
そして、太陽光から集熱することによって加熱された集熱板１１は、第２通気層３２の空気に熱エネルギーを伝達することで、第２通気層３２の空気をより温めることができる。
【００３０】
また、本実施形態のガラス板１４は、断熱ガラスで構成されているので、ガラス板１４を介して集熱器１の外側に放射される熱を抑制することができる。これにより、中空層１５内の空気をより温めることができ、集熱板１１をより加熱することができる。
【００３１】
また、本実施形態の中空層１５は、封止空間で構成されているので、中空層１５の熱抵抗が比較的高く、集熱板１１から中空層１５に伝達される熱エネルギーを抑制することができる。これにより、集熱板１１から第２通気層３２に効率よく熱エネルギーを伝達することができる。
【００３２】
上述した本実施形態の集熱器１による、通気層３の空気の温度上昇を図４に示すグラフを用いて説明する。図４は、７段の太陽電池モジュール２と集熱器１を設置した場合における、各太陽電池モジュール２および集熱器１が形成する通気層３の温度を示している。図４に示すように、太陽電池モジュール２の段数が増えるにつれて通気層３（第１通気層３１）の温度が上昇する。しかし、温度上昇幅は、太陽電池モジュール２の段数が増えるにつれて小さくなり、太陽電池モジュール２の４段目付近で通気層３（第１通気層３１）の温度が飽和となる。そこで、本実施形態の集熱器１を、７段目の太陽電池モジュール２の棟４２側に設置することによって、太陽電池モジュール２のみでは飽和状態にあった通気層３（第１通気層３１）の温度からさらに上昇する。なお、図４において、本実施形態の集熱器１を設置した場合における通気層３（第２通気層３２）の温度を黒丸で示し、従来の集熱器を設置した場合における通気層３（第２通気層３２）の温度を白丸で示している。上述したように、本実施形態の集熱器１は、従来の集熱器よりも集熱効率が高いので、図４に示すように、本実施形態の集熱器１による温度上昇幅は、従来の集熱器１による温度上昇幅よりも大きい。すなわち、本実施形態の集熱器１を用いることによって、より暖かい空気を得ることができる。
【００３３】
このように、本実施形態の集熱器１は、集熱板１１とカバー１２とを備える。集熱板１１は、屋根４１との間に第１通気層３１を形成する太陽電池モジュール２に対して屋根４１の棟４２側において、第１通気層３１と連続する第２通気層３２を屋根４１との間に形成するように屋根４１と対向して設けられる。カバー１２は、集熱板１１との間に中空層１５を形成するように集熱板１１を覆い、集熱板１１との対向部が太陽光を透過させるガラス板１４（透光部材）で構成される。そして、中空層１５に、金属粉１６が封入され、集熱板１１は、中空層１５の熱エネルギーを第２通気層３２に伝達する。
【００３４】
上記構成により、集熱板１１は、太陽光が直接照射されることによる熱エネルギーと、金属粉１６による太陽光の反射が照射されることによる熱エネルギーと、太陽光によって加熱された金属粉１６から伝達される熱エネルギーとを得ることができる。すなわち、本実施形態の集熱器１は、金属粉１６を備えていない従来構成に比べて、太陽光からの集熱効率が向上し、より多くの熱エネルギーを第２通気層３２に伝達することできるので、第２通気層３２の温度をより向上させることができる。
【００３５】
また、本実施形態の金属粉１６は、中空状に構成されている。上記構成により、金属粉１６をソリッド状に構成する場合に比べて、金属粉１６がより加熱されやすくなり、太陽光からの集熱効率を向上させることができる。
【００３６】
さらにまた、本実施形態の金属粉１６は、酸化アルミニウムで形成されている。上記構成により、金属粉１６の反射率および熱伝導率が比較的高くなり、太陽光からの集熱効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施形態の中空層１５は、封止空間で構成されている。上記構成により、中空層１５の熱抵抗が比較的高くなり、集熱板１１から第２通気層３２に効率よく熱エネルギーを伝達することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、架台５を用いて太陽電池モジュール２と屋根４１との間に第１通気層３１を形成し、集熱器１と屋根４１との間に第２通気層３２を形成するように構成しているが、上記構成に限定しない。例えば、傾斜に沿って複数の溝（凹凸）が形成された屋根に太陽電池モジュール２および集熱器１を設置する場合、屋根の溝を通気層３（第１通気層３１、第２通気層３２）として用いてもよい。
【００３９】
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
【符号の説明】
【００４０】
１  集熱器
１１  集熱板
１２  カバー
１４  ガラス板（透光部材）
１５  中空層
１６  金属粉
２  太陽電池モジュール
３１  第１通気層
３２  第２通気層
４１  屋根
４２  棟
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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