JPH08338663A - ソーラーシステムの空気式採熱採冷部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気を熱媒として自然エネルギーを取り込む
ための採熱器と採冷器を兼用する場合に、採熱特性に優
れる構造部と採冷特性に優れる構造部とを有機的に生か
して一体化し、ひいては採熱部と採冷部の大きさや構造
を調整するので、いろいろな気候特性や採熱採冷空気の
利用方法に応じた使用が可能なものである。 【構成】 日射の方向に向けて傾斜させたものであり、
下位置に不透明板１の直下に一端を空気取入口２とした
空気流路３を形成し、その上位置に透光板４の下の空気
流路を前記空気流路３に連続して設け、これら空気流路
は底部を断熱材６による断熱層として形成した空気式採
熱採冷部において、透光板４の下には波板形状の伝熱板
７をその波の連続方向が空気流通方向とは直交する向き
になるように配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を熱媒として日中
の太陽熱の採熱、および夜間の放射冷却での採冷を選択
的に行う場合のソーラーシステムの空気式採熱採冷部に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽光により集熱した空気を効果的に利
用できるソーラーシステムハウスとして出願人は特願昭
61-311485 号（特開昭63-165633 号公報）、特願昭62-2
34666号（特開昭64-75858号公報）等を出願している。

【０００３】これらは、太陽熱採熱部として、金属製屋
根板等による不透明板直下に屋根勾配を有する空気流路
を形成し、この空気流路の下側面はグラスウール等を敷
き詰めた断熱層として構成し、この空気流路の一端は軒
先等（小屋裏の場合もある）に外気取入口として開口
し、他端は断熱材による棟ダクトというヘッダーダクト
に連通させる。また、屋根上部はこの不透明板のさらに
上をガラス等の透光板で覆うようにした。この透光板は
外部風が強い場合などにこの風で不透明板が冷却され、
その結果、太陽熱で加熱されるのを冷却により阻害する
のを防止するものである。

【０００４】内部に各種ダンパーとファンを設けたハン
ドリングボックスを介して前記ヘッダーダクトを立下り
ダクトに連結し、この立下りダクトの下端は蓄熱・放熱
部としての蓄熱土間コンクリートと床パネルの間の空気
流通空間に開口し、該空気流通空間から室内への床吹出
口を設けた。

【０００５】このようにして、太陽光で加熱された金属
製屋根板等による不透明板が、空気流路へ入った外気を
温め、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇す
る。そして、この加熱空気はヘッダーダクトに集められ
てからファンにより立下りダクト内を流下し、蓄熱土間
コンクリートと床パネルとの間の空気流通空間へ入る。
この空気流通空間では加熱空気が床パネルを介して直接
床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリートに蓄熱させ
るのと、床吹出口から温風として直接室内へ吹出される
のとの３通りの暖房作用を行う。

【０００６】ところで、夏の夜間にファンを運転し、夜
間の冷気を空気流路に取り込み、不透明板からの放射冷
却も作用させ、この空気を立下りダクトを介して床下蓄
熱土間コンクリートと床パネルとの間の空気流通空間に
送り、蓄熱土間コンクリートに蓄冷されるのと、床吹出
口から冷風として直接室内へ吹出されるのとの冷却作用
を行うことも行われる。

【０００７】かかる冷却作用をさらに詳しく説明する。
非常に良く晴れた青空は絶対零度に近い宇宙に対するフ
ィルターとなる雲や水蒸気が薄くなり、地上からの見掛
けの温度が非常に低くなる。それと地上のものの表面の
間で輻射熱のやりとりがある。地上のものの方が温度が
高いから熱を奪われる。夜は日射がないので、もっぱら
地表の熱は奪われる。それが夜間放射である。

【０００８】このように冬期など暖房が必要な場合は取
入空気の温度を高くするため、集熱面を日射が透過する
ガラス等で透光板でカバーして、その間に空気層を設け
るなどにより、外気との断熱性を高めるという方法が多
く取られる。

【０００９】一方、放射冷却による取入空気の温度をよ
り低くするためには、一般に屋外に接する材料の表面で
その採冷に関係する温度が決まってしまうために、冷却
空気を表面材に接して空気を流す方法が多く取られてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上の相反する事情か
ら、従来は採熱装置と採冷装置を別の装置として考える
ことが多い。両方兼備できる一体型の装置として、前記
のごとき屋根上部は不透明板のさらに上をガラス等の透
光板で覆うようにしたものでは、この透光板で覆う部分
が大きいと採熱効率は高くなるが、採冷効率は低下する
ことになり、十分な放射冷却効果が得られないことにな
る。

【００１１】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、空気を熱媒として採熱と採冷を兼用する場合に、採
熱特性に優れる構造部と採冷特性に優れる構造部とを有
機的に生かして一体化し、ひいては採熱部と採冷部の大
きさや構造を調整できるソーラーシステムの空気式採熱
採冷部を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、日射の方向に向けて傾斜させたもの
であり、下位置に不透明板直下に一端を空気取入口とし
た空気流路を形成し、その上位置に透光板下の空気流路
を前記空気流路に連続して設け、これら空気流路は底部
を断熱層として形成した空気式採熱採冷部において、透
光板下には伝熱板を配設したこと、第２に、伝熱板は波
板形状の伝熱板であり、その波の連続方向が空気流通方
向とは直交する向きになるように配設すること、第３
に、底部の断熱層上に伝熱板の波の連続方向を長さ方向
とする桟木状の流れ調整材を空気流通方向に適宜間隔を
存して設けること、第４に、底部の断熱層上に伝熱板の
波の連続方向を長さ方向とする桟木状の下層用流れ調整
材を空気流通方向に適宜間隔を存して設け、また、透光
板と伝熱板間に伝熱板の波の連続方向を長さ方向とする
閉鎖板状の上層用流れ調整材を空気流通方向に適宜間隔
を存して配設したこと、第５に、伝熱板は底部の断熱層
上に隙間を存しないで設け、透光板と伝熱板間に空間を
大きく確保すること、第６に、透光板下の空気流路端部
の空気出口付近又は、空気入口付近と空気出口付近の両
側に、先端が伝熱板の端部に重なるような水平板による
隅用流れ調整板を設けることを要旨とするものである。

【００１３】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、採熱に関して
は、空気取入口から、外気、あるいは外気と循環空気が
混合した空気、あるいは循環空気を取込み、その空気を
太陽熱により温められた不透明板に接触させながら流す
ことで、空気の温度を高くする。次に、流れる空気は日
射を透過する透光板の下では伝熱板を設けることによ
り、この伝熱板の上を通過する上層の空気層と下側を通
過する下層の空気層に分配されてながれる。

【００１４】その分配される割合は、外気に対して断熱
空気をもつ下の層の空気が、その断熱分で上層より空気
の温度が高くなる。その空気の温度による浮力の差に応
じて、下層の空気の流れる量が上層に比べて多くなるの
で、日射による伝熱板の温度上昇も効果的に行われ、か
つ、伝熱板からの下層の空気層に対する熱の受け渡しも
良好なものとなる。

【００１５】放熱に関しては、空気取入口から、外気、
あるいは外気と循環空気が混合した空気、あるいは循環
空気を取込み、その空気を夜間の放射冷却によって冷や
された不透明板に接触させながら流すことで、空気の温
度を低くする。次に、透光板下では、上層を流れる空気
は放射冷却によって冷やされている透光板に接触するこ
とで、その空気の温度が低くなり、下層を流れる空気
は、透光板と相互放射などにより冷やされた伝熱板に接
触することにより、流れる空気の温度が低くなる。

【００１６】このとき、夏の夜の外気や循環空気など、
流れる空気の湿気が多い場合は、その湿気に応じて露点
温度が高くなり、放射冷却によって冷やされている不透
明板などの表面温度が露点温度がより低くなると、不透
明板などの表面に結露が生じて、その結果、流れる空気
を除湿することになる。これは、人間などが居住する夏
などの温湿度環境において、空気の過度な湿気を低減す
る効果をもつものである。

【００１７】さらに、請求項２記載の本発明によれば、
伝熱板は波板形状の伝熱板であり、その波の連続方向が
空気流通方向とは直交する向きになるように配設するこ
とで流れる空気は日射を透過する透光板の下ではこの波
板形状の伝熱板の谷部の内側や山部の内側にも入り、伝
熱板との接触面積が多いものとすることができる。

【００１８】請求項３記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、下層に設置している流れ調整材によって、流
れる空気が積極的に伝熱板にぶつけられ、同時に流れを
乱すことによって伝熱板の熱が空気に伝わり易くしてい
る。

【００１９】請求項４記載の本発明によれば、さらに、
請求項３の作用に加えて、透光板と伝熱板間に伝熱板の
波の連続方向を長さ方向とする閉鎖板状の上層用流れ調
整材を空気流通方向に適宜間隔を存して配設したことに
より、透光板下面に静止空気断熱層を形成し、透光板か
らの放熱を極力抑えることができる。

【００２０】請求項５記載の本発明によれば放熱を重視
する場合に、上層を流れる空気は放射冷却によって冷や
されている透光板に多くが接触することで、その空気の
温度がより低くなり、下層を流れる比較的少ない空気
は、透光板と相互放射などにより冷やされた伝熱板に接
触することにより、流れる空気の温度が低くなる。

【００２１】請求項６記載の本発明によれば、空気出口
付近に取り付く流れ調整板は、空気が上層から下層に入
る流れをスムーズにすること、および、一部に静止空気
層を作ることにより、集熱の終端の高温部分かつコーナ
ー部分による熱損失を小さくできる。さらに、この流れ
調整板は透光板が破損した時に、雨が空気出口に流れ込
まないようにする役割もある。

【００２２】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明のソーラーシステムの空気式採
熱採冷部の第１実施例を示す縦断側面図、図２は同上平
面図、図３は同上縦断正面図である。また、図４、図５
はこの空気式採熱採冷部を設置したソーラシステムハウ
スの例を示すものである。

【００２３】図中１は日射（短波長放射）、夜間放射
（長波長放射）を透過しない屋根板としての金属板、ス
レート板、太陽電池などの不透明集熱板であるが、その
直下に一端を空気取入口とした空気流路３を形成する。
該不透明板１は屋根の下位置にあるが、屋根の上位置で
は、日射（短波長放射）を透過し、夜間放射（長波長放
射）を透過しないガラスやアクリルなどの透光板４下に
前記空気流路３に連続する空気流路５ａ，５ｂを設け
る。

【００２４】これら空気流路３や空気流路５ａ，５ｂは
不透明板１や透光板４が日射の方向に向けて傾斜させて
いるので同様に傾斜するものとなり、その底部には断熱
材６で断熱層を形成する。

【００２５】さらに、前記透光板４の下方は高さのある
エリアであるが、波板形状の伝熱板７をその谷部７ａと
山部７ｂとが交互になる波の連続方向が空気流路５ａ，
５ｂの進行方向すなわち空気流通方向とは直交する向き
になるように配設した。この伝熱板７は基材を金属板な
ど耐熱性の高いものとし、仕上げは、濃色、選択吸収
膜、太陽電池などである日射を吸収し易いものであり、
波板形状は図示の山形のものの他に、角形の凹凸形状の
もの、あるいは曲線の波と直線の凹凸を組み合わせたも
のでもよい。

【００２６】前記底部の断熱材６の上に、伝熱板７の波
の連続方向を長さ方向とする桟木状の下層用流れ調整材
８を空気流通方向に適宜間隔を存して設ける。なお、下
層用流れ調整材８はその断面形状を台形とし、斜面８ａ
が前にくるようにした。

【００２７】このようにして、伝熱板７によりその上で
は伝熱板７の谷部７ａの内側もしはこれより上を通過す
る上層の空気層を形成する空気流路５ａが形成され、ま
た、伝熱板７の下側には山部７ｂの内側もしくはこれよ
り下側を通過する下層の空気層としての空気流路５ｂが
形成されることになる。

【００２８】透光板４の下方で空気流路５ａ，５ｂの端
部付近では、断熱材６を貫通するように空気出口９を形
成するが、この空気出口９の上方で、先端が伝熱板７の
上端部に重なるような水平板による隅用流れ調整板10を
設けた。

【００２９】この空気出口９の外側にはヘッダーダクト
11を設け、該ヘッダーダクト11を立下りダクト12で蓄熱
・放熱部としての蓄熱土間コンクリート13と床パネル14
の間の空気流通空間15に連通させ、床パネル14に該空気
流通空間15から室内への床吹出口16を設けた。このヘッ
ダーダクト11と空気流通空間15の間の立下りダクト12の
途中にはファン17を設ける。

【００３０】次に、使用法および動作について説明する
と、冬期等の採熱に関しては、空気取入口２から、外
気、あるいは外気と循環空気が混合した空気、あるいは
循環空気を取込み、その空気を太陽熱により温められた
不透明板１に接触させながら空気流路３を流すことで、
空気の温度を高くする。

【００３１】この空気流路３を流れる空気は日射を透過
する透光板４の下では、伝熱板７の上下で空気流路５ａ
と空気流路５ｂに別れ、上層の空気層と下層の空気層に
分配される。その分配される割合は、外気に対して断熱
空気をもつ下の層の空気が、その断熱分で上層より空気
の温度が高くなる。その空気の温度による浮力の差に応
じて、下層の空気の流れる量が上層に比べて多くなる。

【００３２】このようにして、日射による伝熱板７の温
度上昇も原因として、伝熱板７から空気流路５ａと空気
流路５ｂに空気に対する熱の受け渡しがなされる。

【００３３】その際、下層に設置している下層用流れ調
整材８によって、空気流路５ｂを流れる空気が積極的に
伝熱板７にぶつけられ、同時に流れを乱すことによって
伝熱板７の熱が空気に伝わり易くしている。

【００３４】さらに、空気出口９付近に取り付く隅用流
れ調整板10は、空気が上層の空気流路５ａから下層の空
気流路５ｂに入る流れをスムーズにすること、および、
一部に静止空気層を作ることにより、採熱の終端の高温
部分かつコーナー部分による熱損失を小さくできる。

【００３５】そして、温められた空気はヘッダーダクト
11に集められてからファン17により立下りダクト12内を
流下し、蓄熱土間コンクリート13と床パネル14との間の
空気流通空間15へ入る。この空気流通空間15では加熱空
気が床パネル14を介して直接床面下を温めるのと、蓄熱
土間コンクリート13に蓄熱させるのと、床吹出口16から
温風として直接室内へ吹出されるのとの３通りの暖房作
用を行う。

【００３６】夏期の夜間などの採冷に関しては、空気取
入口２から、外気、あるいは外気と循環空気が混合した
空気、あるいは循環空気を取込み、その空気を空気流路
３では夜間の放射冷却によって冷やされた不透明板１に
接触させながら流すことで、空気の温度を低くする。

【００３７】次に、透光板３下では上層の空気流路５ａ
を流れる空気は放射冷却によって冷やされている透光板
４に接触することで、その空気の温度が低くなり、一
方、下層を流れる空気は、透光板４と相互放射などによ
り冷やされた伝熱板７に接触することにより温度が低く
なる。

【００３８】そして、この空気を立下りダクト12を介し
て蓄熱土間コンクリート13と床パネル14との間の空気流
通空間に送り、蓄熱土間コンクリート13に蓄冷されるの
と、床吹出口16から冷風として直接室内へ吹出されるの
との冷却作用を行う。

【００３９】図６〜図８は本発明の第２実施例を示すも
ので、透光板４と伝熱板７間に伝熱板７の波の連続方向
を長さ方向とする閉鎖板状の上層用流れ調整材18を空気
流通方向に適宜間隔を存して配設した。さらに、空気流
路３から空気流路５ａ，５ｂと別れる部分の隅部に先端
が伝熱板７の上端部に重なるような水平板による隅用流
れ調整板19を設けた。

【００４０】前記上層用流れ調整材18の存在により、透
光板４の下面に静止空気の断熱層を形成することがで
き、透光板４からの放熱を極力抑えることができる。さ
らに、空気流路５ａを流れる空気が上層用流れ調整材18
により積極的に伝熱板７にぶつけられ、同時に流れを乱
すことによって伝熱板７の熱が空気に伝わり易くしてい
る。

【００４１】図９〜図11は本発明の第３実施例を示すも
ので、伝熱板７は底部の断熱材６上に隙間を存しないで
設け、その結果、透光板４と伝熱板７間に空間を大きく
確保するようにした。

【００４２】この第３実施例は放熱を重視するタイプで
あり、上層の空気流路５ａを流れる空気が流れる空気は
下層の空気流路５ｂを流れる空気よりも大量なものとな
り、これが放射冷却によって冷やされている透光板４に
多くが接触することで、その空気の温度がより低くな
る。また、下層の空気流路５ｂを流れる比較的少ない空
気は、透光板４と相互放射などにより冷やされた伝熱板
７に接触することにより温度が低くなる。

【００４３】なお、この放熱を重視するタイプでは伝熱
板７の谷部７ａと山部７ｂとが交互になる波は大きなう
ねりのものとしてもよい。

【００４４】前記不透明板１下の不透明採熱採冷面と透
光板４下の透明採熱採冷面の大きさのバランスは、採熱
時は、高温になる伝熱板７をもつ透明採熱採冷面の長さ
および伝熱板７の伝熱面積と表面仕上げの種類によっ
て、採熱空気の温度特性をおおむね調整できる。基本的
に、この透明採熱採冷面の長さが短くなるように、伝熱
板７の特性を調整する。このことは、高温にならない不
透明採熱採冷面の長さが長くなり、その部分を構成する
材料は耐熱性があまり必要なく、その結果、安価な材
料、入手が容易な材料でつくれる部分が多くなることに
なる。

【００４５】採冷時は、流れる空気が直接触れる不透明
採熱採冷面が透明採熱採冷面より流れる空気を冷やす能
力が大きく、前記と同様の理由から不透明採熱採冷面が
比較的大きい面積を取れるので、放熱能力も大きくな
る。

【００４６】さらに、これら不透明採熱採冷面や透明採
熱採冷面は両方もしくはその一方をボックスタイプとし
て、既製の屋根等に設置できるような構造とすることも
考えられる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明のソーラーシス
テムの空気式採熱採冷部は、空気を熱媒として自然エネ
ルギーを取り込むための採熱と採冷を兼用する場合に、
採熱特性に優れる構造部と採冷特性に優れる構造部とを
有機的に生かして一体化し、ひいては採熱部と採冷部の
大きさや構造を調整しできるので、いろいろな気候特性
や採熱採冷空気の利用方法に応じた使用が可能なもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第１実施例を示す縦断側面図である。

【図２】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第１実施例を示す平面図である。

【図３】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第１実施例を示す縦断正面図である。

【図４】本発明の空気式採熱採冷部を設置したソーラシ
ステムハウスの採熱時の例を示す縦断側面図である。

【図５】本発明の空気式採熱採冷部を設置したソーラシ
ステムハウスの採冷時の例を示す縦断側面図である。

【図６】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第２実施例を示す縦断側面図である。

【図７】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第２実施例を示す平面図である。

【図８】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第２実施例を示す縦断正面図である。

【図９】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷部
の第３実施例を示す縦断側面図である。

【図１０】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷
部の第３実施例を示す平面図である。

【図１１】本発明のソーラーシステムの空気式採熱採冷
部の第３実施例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１…不透明板 ２…空気取入口 ３…空気流路 ４…透光板 ５ａ，５ｂ…空気流路 ６…断熱材 ７…伝熱板 ７ａ…谷部 ７ｂ…山部 ８…下層用流れ
調整材 ８ａ…斜面 ９…空気出口 10…隅用流れ調整板 11…ヘッダーダ
クト 12…立下りダクト 13…蓄熱土間コ
ンクリート 14…床パネル 15…空気流通空
間 16…床吹出口 17…ファン 18…上層用流れ調整材 19…隅用流れ調
整板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 日射の方向に向けて傾斜させたものであ
   り、下位置に不透明板直下に一端を空気取入口とした空
   気流路を形成し、その上位置に透光板下の空気流路を前
   記空気流路に連続して設け、これら空気流路は底部を断
   熱層として形成したソーラーシステムの空気式採熱採冷
   部において、透光板下には伝熱板を配設したことを特徴
   とするソーラーシステムの空気式採熱採冷部。
2. 【請求項２】 伝熱板は波板形状の伝熱板であり、その
   波の連続方向が空気流通方向とは直交する向きになるよ
   うに配設する請求項１記載のソーラーシステムの空気式
   採熱採冷部。
3. 【請求項３】 底部の断熱層上に伝熱板の波の連続方向
   を長さ方向とする流れ調整材を空気流通方向に適宜間隔
   を存して設ける請求項１または請求項２記載のソーラー
   システムの空気式採熱採冷部。
4. 【請求項４】 底部の断熱層上に伝熱板の波の連続方向
   を長さ方向とする桟木状の下層用流れ調整材を空気流通
   方向に適宜間隔を存して設け、また、透光板と伝熱板間
   に伝熱板の波の連続方向を長さ方向とする閉鎖板状の上
   層用流れ調整材を空気流通方向に適宜間隔を存して配設
   した請求項１または請求項２に記載のソーラーシステム
   の空気式採熱採冷部。
5. 【請求項５】 伝熱板は底部の断熱層上に隙間を存しな
   いで設け、透光板と伝熱板間に空間を大きく確保する請
   求項１または請求項２に記載のソーラー利用システムの
   空気式採熱採冷部。
6. 【請求項６】 透光板下の空気流路端部の空気出口付近
   又は、空気入口付近と空気出口付近の両側に、先端が伝
   熱板の上端部に重なるような水平板による隅用流れ調整
   板を設ける請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のソ
   ーラーシステムの空気式採熱採冷部。