JPH0118352B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽エネルギー吸収パネルおよび該パ
ネルを用いた屋根に関する。

〔従来の技術〕

太陽熱を利用すべく屋根に取付けて使用される
太陽エネルギー吸収パネルのうち現在最も一般的
なものは、ハウジングと、該ハウジング内に配置
した黒色の吸熱板と、ハウジングの上部開口を密
封閉鎖する保護窓即ちガラス板から成つている。
そして、加熱すべき液体（熱媒体）を循環させる
パイプはハウジング内において吸熱板と接して配
設されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる公知の太陽エネルギー吸
収パネルは、昼間の温度上昇と夜間の温度降下の
繰り返しにより、過酷な熱応力を受けるので種々
の保守を頻繁に必要とし、しかも破損個所の修復
が容易でない。また、長期間使用するうちに完全
な防水性を保ち得なくなるばかりでなく、形状特
異性のため、特に美観の点でも問題がある。さら
に、多くの太陽エネルギーを回収すべく屋根の大
面積をカバーせんとすると、その費用は著しく高
いものとなる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は、屋根
葺きを行うことができる瓦状部材の形態である太
陽エネルギー吸収パネルであつて、前記瓦状部材
は、下方に開口すべく上方に膨出されるとともに
該瓦状部材の全長又は全幅にわたつて延びる内部
中空の少なくとも１個の集熱部と、同様に下方に
開口すべく上方に膨出された内部中空の少なくと
も１個の空気加熱部と、前記集熱部の内部及び前
記空気加熱部の内部を相互に連通させる空気流通
路と、前記集熱部を被覆する透明カバーとを備え
ており、前記集熱部では回収された熱が奪われる
ように構成することで、前記空気加熱部の内部に
て加熱により膨脹した空気が前記空気流通路を介
して前記集熱部の内部に流入するようにしたこと
を特徴とする太陽エネルギー吸収パネルを提供す
るものである。

さらに、本発明は、瓦状部材の形態である複数
の太陽エネルギー吸収パネルにより覆つた傾斜屋
根であつて、各瓦状部材は、下方に開口すべく上
方に膨出されるとともに該瓦状部材の全長又は全
幅にわたつて延びる内部中空の少なくとも１個の
集熱部と、同様に下方に開口すべく上方に膨出さ
れた内部中空の少なくとも１個の空気加熱部と、
前記集熱部の内部及び前記空気加熱部の内部を相
互に連通させる空気流通路と、前記集熱部を被覆
する透明カバーとを備えており、かかる構成を有
する複数の瓦状部材をそれぞれの集熱部が前記傾
斜屋根の頂部から下部にかけて連続するととも
に、隣接する瓦状部材の縁部同志が重なり合うよ
うに配置し、これら集熱部を熱回収ユニツトに接
続することで、各瓦状部材の空気加熱部の内部に
て加熱により膨脹した空気がそれぞれの空気流通
路を介して連続接続された集熱部の内部に流入す
るようにしたことを特徴とする太陽エネルギー吸
収装置たる屋根をも提供するものである。

〔作用及び効果〕

以上の構成によれば、太陽エネルギー吸収パネ
ル自体が瓦状部材の形態であり、通常の瓦と同様
に屋根を覆うことができる。即ち、複数の瓦状部
材をそれぞれの縁部同志が重なり合うように屋根
に取付けてゆけばよい。このように取付けられた
瓦状部材は相互に固着されている訳ではないの
で、温度変化に応じて個別に膨脹・収縮（材質
上、その程度は極めて小さいと考えられる）で
き、熱応力による歪も元来無縁であり、従つて頻
繁な保守を必要とせず、長期使用にも適してい
る。また、特定の瓦状部材が破損しても、当該瓦
状部材のみを修理・交換すればよく、保守の手間
及び費用の面で従来のものよりはるかに有利であ
る。さらに、通常の瓦の代用物であるので、本発
明の瓦状部材（太陽エネルギー吸収パネル）で屋
根全面を覆つても費用が特別高くつく訳ではな
く、家の持主からすれば、屋根の美観を損なうこ
となく、無限にある太陽エネルギーを有効且つ経
済的に利用できるという恩恵を受けられる。

各瓦状部材における集熱部では、その部分に照
射する太陽光線から集熱し、得られた熱が、例え
ば該集熱部に設けられた金属パイプ内を流れる熱
媒体によつて、又はかかる金属パイプを設けない
場合においては集熱部内の空気が離れた位置にあ
るヒートポンプへと流れることによつて奪われる
ことになる。すなわち、集熱部内は空気の収縮若
しくは逃げにより相対的に低圧となる。

しかしながら、上記の集熱部のみであると、そ
の部分に直接照射する太陽光線からしか効果的な
集熱をすることができない。これは、太陽エネル
ギー吸収パネルが同時に瓦代用物であることによ
る材料面での制約に起因している。すなわち、瓦
状部材は、その用途上、一般にセラミツクや特定
の樹脂等の熱伝導性の比較的低い材料に限定され
る。従つて、瓦状部材はその全面で太陽光線を受
けるにもかかわらず、金属等と異なりその構成材
料自体（即ち、壁）を通じては、離れた個所まで
収集した熱を効率的に伝達することができない。

本発明では、瓦状部材の一部を膨出させて空気
加熱部を形成し、これを空気流通路を介して前記
集熱部に連通させている。この結果、太陽光線の
照射を受けた空気加熱部は、直下の空気を最小限
の熱ロスで加熱膨脹させて、空気流通路を通じて
集熱部に流入せしめることになる。従つて、瓦状
部材全体に照射する太陽光線を極力有効利用で
き、材料面からくる制約を補い得る。また、膨出
状の空気加熱部は、瓦状部材の強度を増加すると
ともに、屋根で作業する際の足場を提供するとい
う利点もある。なお、本発明は特に瓦状部材をセ
ラミツク等で構成する場合に有利ではあるが、金
属材料で構成することまで排除するものではな
い。

透明カバーは、集熱部を保護するとともに、収
集された熱が散逸するのを防止し、瓦状部材の集
熱効率を高めるものである。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づき本発明の実施例を説明
する。

第１図、第１ａ図及び第２図は、本発明に係る
太陽エネルギー吸収パネルの第一実施例を３態様
示したもので、各パネルは瓦状部材２の形態であ
り、該瓦状部材２はその１つの縁部に沿つて延び
るとともに、下方に開口すべく上方に膨出させて
形成した内部中空の集熱部４を有する。該集熱部
４には上方に開口する溝３が形成されており、こ
の溝３内に加熱熱すべき流体が流れる黒く塗装し
た金属製パイプ５が装着され、弾性クリツプ６に
より着脱自在に保持されている。上記集熱部４
は、溝３に保持されたパイプ５とともに、透明カ
バー７で覆われており、これにより集熱部４及び
パイプ５が保護され、且つ太陽光線から回収した
熱が散逸するのが防止される。瓦状部材２におけ
る集熱部４とは反対側の縁部には立ち上がりフラ
ンジ状の係合部１１が形成されており、この係合
部１１が隣接する瓦状部材の集熱部（第１図及び
第１ａ図に破線にて示す）に入り込んで、相互の
相対的位置ずれがある程度防止される。なお、反
対側の隣接瓦状部材の係合部には参照番号８を付
して、やはり破線にて示している。

弾性クリツプ６の形状は、第１図に示す如く半
環状であつても、第１ａ図及び第２図に示す如く
Ｕ字状であつてもよい。

瓦状部材２は、上記構成に加え、集熱部４と係
合部１１との間の位置において、下方に開口すべ
く上方に膨出した内部中空の空気加熱部９（図示
の例では２個）を備えており、該空気加熱部９は
空気流通路１０を介して相互に且つ集熱部４に対
して連通している。この空気加熱部９は角錐状
（第１図及び第２図）、円錐台状（後出の第３図及
び第３ｂ図）、又は半球状（第１ａ図及び後出の
第３ａ図）、或いはその他の適宜な形状を呈し、
その少なくとも１面が経時的に方向変化する太陽
光線に対しほぼ直角となつて、常時効果的にエネ
ルギー回収できるように構成するのが好ましい。
また、この空気加熱部９は、その膨出構成のため
補強部としても作用し、少なくとも人の足場とし
て機能し得るとともに、積雪を支えることが可能
となる。

第２図に示す如く、空気流通路１０に透明カバ
ー７の下縁部に形成した切欠を係合させれば、透
明カバー７がその長手方向にずれるのを防止する
ことができ好都合である。

屋根葺きするにあたつては、複数の瓦状部材２
を屋根支持構造の平坦な上面に敷設した断熱板上
に配置することになる。この際、隣接する瓦状部
材２の縁部同志は、第１図、第１ａ図及び第２図
に示したように、重なり合うとともに、それぞれ
の集熱部４は、傾斜屋根の頂部から下部にかけて
連続状に並び、同様連続する溝３に長い金属製パ
イプ５が配設される。１つの瓦状部材２の集熱部
４に被せられる透明カバー７は、例えばより上位
側（屋根の頂部側）の隣接瓦状部材の集熱部を覆
う同様の透明カバーと端部にて重なつてもよい。
また、各瓦状部材２には複数の目孔を設け、これ
によつて該瓦状部材を上記断熱板上に釘止めでき
るとともに、該目孔の大きさに多少の余裕をもた
せることにより、瓦状部材が膨脹・収縮しても不
都合が生じないようにできる。かくして、通常の
瓦で被覆した従来の屋根と美観上何等変わりない
屋根とすることが可能なる。

傾斜屋根の上端及び下端において、各金属製パ
イプ５は１本の収集パイプ（図示せず）に接続さ
れており、かくして屋根全面に配設された太陽エ
ネルギー吸収装置の全てのパイプは一体的に連通
せしめられる。

瓦状部材２の太陽エネルギー吸収パネルとして
の機能は次のとおりである。

透明カバー７を透過して集熱部４に照射した太
陽光線の熱エネルギーは、集熱部４において直接
的に収集され、金属パイプ５を流れる流体により
熱が運び去られる。一方、好適に配向された空気
加熱部９に照射した太陽光線は、その内部の空気
を加熱・膨脹させる。この結果、空気流通路１０
を介して空気加熱部９内の加熱空気が集熱部４内
に流入し、その有する熱を金属パイプ５内の流体
に伝達することになる。かくして、瓦状部材２に
吸収された太陽エネルギーがほぼ全面的に有効利
用されることになる。

熱吸収効率を良くし且つ製造コストを低く抑え
るには、本発明の瓦状部材２をガラス製、セラミ
ツク製、アスベストとセメントの混合物製、又は
合成樹脂製とするのがよい。さらに、各瓦状部材
２の面積を大きくした場合には、溝３の数を増や
すこともできる。

透明カバー７は、合成樹脂で作成することがで
きる。この透明カバー７の反射を防ぐには、その
表面を粗面又は不整面とすればよい。一方、空気
加熱部９の外表面は、太陽光線を集熱部４、即ち
金属製パイプ５の方向に反射させる形状とすれ
ば、空気加熱部９で吸収できなかつた太陽エネル
ギーの一部を集熱部４で直接吸収できる。

第３図、第３ａ図、及び第３ｂ図は、それぞれ
本発明のパネルの第二実施例を示す。この第二実
施例では、パネルを構成する瓦状部材２が第一実
施例における溝３及び金属製パイプ５を有してい
ない点でのみ異なるだけであるので、両実施例に
共通の部材に同一の参照番号を付することで重複
説明は避ける。

第二実施例では、空気加熱部９内で加熱された
空気は、空気流通路１０を介して集熱部４に流入
して該集熱部４内で加熱された空気と混ざり、次
いで集熱部４内の中空空間を通じて図外の空気・
液体ヒートポンプに送られ熱回収される。

本発明は、図示のもの以外に、以下の如く変形
できる。

(a) 集熱部４の溝３を下方開放状に形成し、該溝
３に収容される金属パイプ５が上方から見えな
いようにする。

(b) 金属パイプ５を、熱伝導性の良好なセメント
又はこれと同効の物質を用いて溝３に固着す
る。

(c) 瓦状部材２の一部又は全部を異なつた材料か
らなる多層構造とし、最外層を透明な材質で構
成する。

(d) 互いに連携して屋根の外被を形成する複数の
瓦状部材を、屋根の支持面より若干上方に浮か
して配設する。即ち、各瓦状部材２の適部にス
ペーサとして作用する突部を設け、該突部によ
つて屋根支持面と瓦状部材との間に間隙を形成
し、瓦状部材と上記間隙を流通する流体間で熱
交換が行われるようにする。

(e) 上記(d)における間隙を流通する流体として空
気を用い、この空気の熱を公知の空気・液体ヒ
ートポンプで回収する。

(f) いくつかの瓦状部材２を互いに連結して１ブ
ロツクとし、これを屋根支持面に敷設する際の
１単位とする。

(g) 金属製パイプ５の断面形状を、三角形、四角
形（台形も含む）等の多角形、又は半円形など
とし、各パイプの黒く塗装した部分を上方に向
けて太陽の放射エネルギーをできるだけ広い表
面積に受けるようにする。要するにパイプ５の
断面形状はいかなるものでもよく、例えば頭の
大きなきのこ状となし、その頭部が太陽エネル
ギーを受けるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る太陽エネルギー吸収パネ
ルの第一実施例を示す略示断面図、第１ａ図は前
記第一実施例の変形例を示す第１図と同様の略示
断面図、第２図は前記第一実施例のさらに別の変
形例を示す斜視図、第３図は本発明に係るパネル
の第二実施例を示す略示断面図、第３ａ図は前記
第二実施例の変形例を示す同様の略示断面図、第
３ｂ図は前記第二実施例のさらに別の変形例を示
す斜視図である。 ２…瓦状部材、３…溝、４…集熱部、５…金属
製パイプ、６…弾性クリツプ、７…透明カバー、
８…係合部、９…空気加熱部、１０…空気流通
路、１１…係合部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屋根葺きを行うことができる瓦状部材の形態
   である太陽エネルギー吸収パネルであつて、前記
   瓦状部材２は、下方に開口すべく上方に膨出され
   るとともに該瓦状部材２の全長又は全幅にわたつ
   て延びる内部中空の少なくとも１個の集熱部４
   と、同様に下方に開口すべく上方に膨出された内
   部中空の少なくとも１個の空気加熱部９と、前記
   集熱部４の内部及び前記空気加熱部９の内部を相
   互に連通させる空気流通路１０と、前記集熱部４
   を被覆する透明カバー７とを備えており、前記集
   熱部４では回収された熱が奪われるように構成す
   ることで、前記空気加熱部９の内部にて加熱によ
   り膨脹した空気が前記空気流通路１０を介して前
   記集熱部４の内部に流入するようにしたことを特
   徴とする太陽エネルギー吸収パネル。 ２ 前記集熱部４が溝３を備えるとともに、前記
   透明カバー７の下方にて加熱すべき流体を流通さ
   せるべく前記溝３に収容された金属性パイプ５を
   備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のパネル。 ３ 前記空気加熱部９を角錐状、円錐台状、若し
   くは半球状に構成し、その外表面の一部が、経時
   的に入射方向の変化する太陽光線に対しほぼ直角
   をなすようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載のパネル。 ４ 前記空気加熱部９にて吸収されない太陽光線
   の一部を、該空気加熱部９の外表面にて前記集熱
   部４に向けて反射せしめうるように構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載のパネル。 ５ 前記透明カバー７の外表面を粗面若しくは不
   整面となし、太陽光線が反射しないようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
   項のいずれかに記載のパネル。 ６ 前記パイプ５が少なくとも１個の半環状又は
   Ｕ字状弾性クリツプ６を用いて前記溝３内に着脱
   自在に取付けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のパネル。 ７ 前記溝３を上方開放状に形成し、該溝３内に
   収容された前記パイプ５を前記透明カバー７を介
   して透視できるようにするとともに、該パイプ５
   を黒く塗装したことを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載のパネル。 ８ 前記溝３を下方開放状に形成し、該溝３に収
   容された前記パイプ５が上方から目視できないよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載のパネル。 ９ 前記溝３内に熱伝導性良好なセメント若しく
   はこれと同効の物質を流し込んで前記パイプ５を
   該溝３内に固着したことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項、第７項、又は第８項に記載のパネ
   ル。 １０ 前記瓦状部材２がその１つの縁部に沿つて
   延びる立ち上がりフランジ状の係合部１１を備え
   ており、前記集熱部４が前記瓦状部材２における
   該係合部１１とは反対側の縁部に沿つて延びてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第９項のいずれかに記載のパネル。 １１ 瓦状部材の形態である複数の太陽エネルギ
   ー吸収パネルにより覆つた傾斜屋根であつて、各
   瓦状部材２は、下方に開口すべく上方に膨出され
   るとともに該瓦状部材２の全長又は全幅にわたつ
   て延びる内部中空の少なくとも１個の集熱部４
   と、同様に下方に開口すべく上方に膨出された内
   部中空の少なくとも１個の空気加熱部９と、前記
   集熱部４の内部及び前記空気加熱部９の内部を相
   互に連通させる空気流通路１０と、前記集熱部４
   の被覆する透明カバー７とを備えており、かかる
   構成を有する複数の瓦状部材２をそれぞれの集熱
   部４が前記傾斜屋根の頂部から下部にかけて連続
   するとともに、隣接する瓦状部材２の縁部同志が
   重なり合うように配置し、これら集熱部４を熱回
   収ユニツトに接続することで、各瓦状部材２の空
   気加熱部９の内部にて加熱により膨脹した空気が
   それぞれの空気流通路１０を介して連続接続され
   た集熱部４の内部に流入するようにしたことを特
   徴とする太陽エネルギー吸収装置たる屋根。 １２ 前記熱回収ユニツトが、前記連続接続され
   た集熱部４に沿つて取付けられた金属製パイプ５
   と、該金属製パイプ５に接続された公知の収集パ
   イプとを備えていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１１項に記載の屋根。 １３ 前記金属製パイプ５が各集熱部４に設けた
   溝３に収容されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１２項に記載の屋根。 １４ 前記熱回収ユニツトが、前記連続接続され
   た集熱部４の内部に接続されたヒートポンプを備
   えていることを特徴とする特許請求の範囲第１１
   項に記載の屋根。 １５ 各瓦状部材２がスペーサを介して屋根の支
   持面から若干の間隙をあけて取付けられており、
   該間隙内をも空気が流通するようにして熱交換を
   さらに促進したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１１項ないし第１４項に記載の屋根。