特許 6820199 太陽熱制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6820199

(24)【登録日】2021年1月6日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】太陽熱制御システム

(51)【国際特許分類】

   F24S 20/60 20180101AFI20210114BHJP

【ＦＩ】

   F24S20/60

【請求項の数】8

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2016-554856(P2016-554856)

(86)(22)【出願日】2015年3月5日

(65)【公表番号】特表2017-511870(P2017-511870A)

(43)【公表日】2017年4月27日

(86)【国際出願番号】IB2015051624

(87)【国際公開番号】WO2015132756

(87)【国際公開日】20150911

【審査請求日】2017年12月8日

(31)【優先権主張番号】61/949,482

(32)【優先日】2014年3月7日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514124964

【氏名又は名称】ジニアテック リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】ヘインズ、 アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】パートリッジ、 アシュトン

(72)【発明者】

【氏名】フェルナンデス、 ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】クバスニッカ、 ヨハン

(72)【発明者】

【氏名】ベイツ、 デビッド

(72)【発明者】

【氏名】モロー、 クリス

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０６８５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−６５２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１８００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９０９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００２０５２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０２２４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４８７２４７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｓ ２０／６０

Ｆ２４Ｊ ２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽熱制御システムであって
太陽エネルギーを受け取るように構成された膜であって、前記膜は構造物の外面に連結することによって前記膜と前記外面との間に空洞を形成するように構成され、前記空洞内で太陽エネルギーが空気を加熱するように構成されている膜と、
前記外面に形成された開口部内に配置され、前記開口部の周りで前記外面に連結され、前記膜によって覆われ、前記空洞に接続されて前記空洞から空気を受け取り且つ導くように構成された熱収集ユニットと、
前記熱収集ユニットに連結され且つ前記熱収集ユニットから前記構造物の内部と通気口の少なくとも一方に空気を導くように構成されたダクトシステムと
を含み、
前記膜は複数の重なっている瓦を含み、
前記複数の重なっている瓦はそれぞれが複数の脚部を含み、
前記複数の脚部はそれぞれが、丸みを帯びた先端を含んで前記空洞の中の空気抵抗を低減するＵ字形状であり、
前記熱収集ユニットは、前記外面に付着するように構成されたフランジを有するフードを含み、
前記熱収集ユニットは、前記フランジを介して前記外面に連結されるように構成されるシステム。

【請求項2】

前記複数の脚部はそれぞれが、前記膜を前記外面の上の距離だけ持ち上げて前記空洞を形成するために前記外面に接触するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記外面の上の距離は前記脚部の高さに直接関係している、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記膜は複数の重なっているシートを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記フランジは前記外面の勾配と一致するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記熱収集ユニットは、熱交換モジュールと、前記システムを通して空気を動かすファンモジュールとを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記ダクトシステムは、前記膜の表面を通して太陽熱を捕らえ、且つ熱伝達モジュールを通して前記太陽熱を他の媒体に伝達するように構成されたクローズドシステムである、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記ダクトシステムは、熱伝達モジュールを通して他の媒体から熱を受け取り且つ前記膜の表面を通して前記熱を放出するように構成されたクローズドシステムである、請求項１に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年３月７日に出願され且つ「太陽熱屋根システム」と題された米国仮出願第６１／９４９，４８２号の利益を主張し、且つ２０１３年９月６日に出願され且つ「屋根、被覆材又はサイディング製品、その製造及びその太陽エネルギー回収システムの一部としての使用」と題された米国特許出願第１４／００３，７４１号に関連し、これらの開示はあらゆる目的でその全体が参照により本明細書に含まれるものとする。

【0002】

この節は、特許請求の範囲に記載される発明の背景又は前後関係を提供することを目的とする。本明細書の記載は、追求されることができた概念を含む可能性があるが、必ずしもすでに着想又は追求されたものではない。従って、本明細書に違うように示されていない限り、この節に記載されていることは本出願の明細書及び特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、この節に含まれることによって先行技術であると認められるものではない。

【0003】

太陽熱収集システムは、太陽光スペクトルからの太陽エネルギーを収熱器によって熱として集める。例えば、太陽熱収集システムは、建物内の水又は環境を加熱するのに使用される太陽エネルギーを収集するために建物の屋根に設置されることができる。しかしながら、システムは取り付けブラケット又は他のハードウェアを用いて既存の屋根及び／又は壁にボルトで固定される場合がある。これらのタイプのシステムは一般的に建物の構造体に組み込まれておらず、太陽エネルギーを効率的に収集して建物に供給することができない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の実施形態は太陽熱制御システムに関する。制御システムは、太陽エネルギーを受け取るように構成された膜を含み、膜は構造体の外面に連結することによって膜と外面との間に空洞を形成するように構成され、太陽エネルギーは空洞内の空気を加熱するように構成されている。膜は、膜を外面の上の距離だけ持ち上げて空洞を形成するために外面に接触するように構成された脚部（例えば、一体化され又はパッカーとして別々に設置される）を含むことができる。外面の上の距離と空洞の大きさは脚部の高さに直接関係していることができる。

【0005】

制御システムはまた、空洞に接続し、空洞からの空気を受け取り且つ導くように構成された熱収集ユニットを含む。熱収集ユニットは、外面に付着するように構成されたフランジを有するフードを含むことができる。フランジは、外面の勾配と一致するように構成されている。熱収集ユニットは、熱交換モジュールとファンモジュールとを含むことができる。ファンモジュールは、システムを通して空気を動かすように構成されている。システムはまた、熱収集ユニットに連結され且つ熱収集ユニットから構造体の内部と通気口の少なくとも一方に空気を導くように構成されたダクトシステムを含む。システムはまた、熱収集ユニットから空気を受け取り且つ外気中に空気を排出するように構成された通気棟を含むことができる。通気棟は、空気を放出するための１つ以上の抽出点を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示は、類似の符号が類似の要素を指す添付の図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

【図1】例示的な実施形態による太陽熱制御システムの概略図である。

【図2】例示的な実施形態による太陽熱制御システム用の屋根瓦の底面図である。

【図3】図２の屋根瓦の側面図である。

【図4A】例示的な実施形態による一連の重なっている屋根瓦の側面図である。

【図4B】別の実施形態による平坦な屋根膜用の重なっている屋根瓦の正面斜視図である。

【図5】例示的な実施形態による太陽熱制御システムの熱収集ユニットの等角図である。

【図6】例示的な実施形態による熱収集ユニット用のフードの等角図である。

【図7】例示的な実施形態による変更された形態のフードの等角図である。

【図8】例示的な実施形態による追加の機能モジュールを有する熱収集ユニットの分解図である。

【図9】図８の熱収集ユニットの等角図である。

【図10】例示的な実施形態による太陽熱制御システムの通気棟用の棟留め具の斜視図である。

【図11】例示的な実施形態による通気棟用の棟瓦の斜視図である。

【図12】例示的な実施形態による通気棟の斜視図である。

【図13】一実施形態による太陽熱制御システムの概略図である。

【図14】一実施形態によるフレキシブルダクトシステムを有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図15】一実施形態による逆方向の空気流を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図16】一実施形態による逆方向の空気流を有する別の太陽熱制御システムの概略図である。

【図17】第１の屋根瓦試験環境の図である。

【図18】第２の屋根瓦試験環境の図である。

【図19】一実施形態による両方の屋根瓦試験環境で測定された雲のない日の気温のグラフ表示である。

【図20】一実施形態による５日間にわたる熱交換器前後の温度の相関関係のグラフ表示である。

【図21】一実施形態による周囲空気との熱交換器前後の温度のグラフ表示である。

【図22】一実施形態による温水シリンダーが熱交換器に接続された状態の熱交換器前後の温度のグラフ表示である。

【図23】一実施形態による数日間にわたる算出エネルギー及び効率を示す表である。

【図24】一実施形態による異なる屋根スパンに対する屋根の空洞の空気温度のグラフ表示である。

【図25】一実施形態による屋根の空洞を通る空気流のグラフ表示である。

【図26】一実施形態による水タンクを加熱するためのシミュレーションのグラフ表示である。

【図27】一実施形態による太陽熱制御システムの概略図である。

【図28】一実施形態による制御センサーを有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図29】一実施形態によるファン速度制御装置を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図30】一実施形態による水の循環を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図31A】一実施形態による暖房を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図31B】一実施形態による太陽熱制御システム用の閉ループの構成の概略図である。

【図32】一実施形態によるハイブリッド水加熱機能を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図33】一実施形態によるハイブリッド太陽熱制御システムの概略図である。

【図34A】一実施形態による太陽熱制御システム用の様々な構成の概略図である。

【図34B】一実施形態による太陽熱制御システム用の様々な構成の概略図である。

【図34C】一実施形態による太陽熱制御システム用の様々な構成の概略図である。

【図34D】一実施形態による太陽熱制御システム用の様々な構成の概略図である。

【図35A】一実施形態による太陽熱制御システムの異なる構成に関連する様々な性能統計のグラフ表示である。

【図35B】一実施形態による太陽熱制御システムの異なる構成に関連する様々な性能統計のグラフ表示である。

【図36】一実施形態による吸収ベースの冷房を有する太陽熱制御システムの概略図である。

【図37A】一実施形態による太陽熱制御システムの様々な構成に関連する加熱性能のグラフ表示である。

【図37B】一実施形態による太陽熱制御システムの様々な構成に関連する加熱性能のグラフ表示である。

【図37C】一実施形態による太陽熱制御システムの様々な構成に関連する加熱性能のグラフ表示である。

【図37D】一実施形態による太陽熱制御システムの様々な構成に関連する加熱性能のグラフ表示である。

【図38A】一実施形態による水加熱プロセス中の太陽熱制御システムの様々な構成に関連する性能統計のグラフ表示である。

【図38B】一実施形態による水加熱プロセス中の太陽熱制御システムの様々な構成に関連する性能統計のグラフ表示である。

【図39】一実施形態による太陽熱制御システムの概略図である。

【図40】例示的な実施形態による太陽熱制御システムの熱収集ユニットの側面図である。

【図41】図４０の熱収集ユニットの分解斜視図である。

【図42】例示的な実施形態による図４０に示される熱収集ユニット用のフードの切り離された側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

例示的な実施形態を詳細に示す図面を見る前に、本出願は明細書に記載され又は図面に示されている詳細又は方法に限定されないことを理解すべきである。また、用語は説明のためのものであり、限定とみなされるべきでないことを理解すべきである。

【0008】

図面を全体的に参照すると、太陽熱システムが示されている。太陽熱システムは、図面全体にわたって屋根の設備として示されているが、システムは、建物又は構造物のあらゆる下地支持材（例えば、壁、屋根など）に、構造物において太陽エネルギーを収集するために取り付けられ又は連結されることができる。太陽熱システムは、建築構造物の下地支持材と共に空洞を形成する外側被覆材又は外膜（例えば、１つ又は複数の屋根瓦）から成る太陽熱収集器を含むことができる。システムは、空洞から空気を取り出すことによって太陽エネルギーから熱を収集するように構成されている。太陽熱システムはまた、外膜の下に取り付けられ且つ空洞からの空気流を集めて導くように空洞に接続されることができる、熱収集ユニット（例えば、熱ボックス）を含む。システムはまた、太陽熱システム内の空気の流れを導くためにダクト（すなわち、ダクトシステム）を含むことができる。本明細書に記載されているシステムは、暖かい季節の間は建物又は他の関連する構造物への熱負荷を軽減し、寒い季節の間は建物又は他の構造物内で生成される熱エネルギーの漏れを低減することによって、建物の効率性（例えば、エネルギー効率）を提供するという付加的な利点をもたらす。

【0009】

図１を参照すると、例示的な実施形態による太陽熱制御システム１００が示されている。システム１００は、建物又は他の構造物の最も外側の（例えば、最上部の）面を形成するように構成されることができる。システム１００は、関連する建物の下地支持材１１２（例えば、防水紙、合板、乾式壁など）を覆うように構成された屋根膜１０２を含む。屋根膜１０２は、下地材１１２を含む、要素から構造物を保護するための耐候性材料から少なくとも部分的に作られ得る。屋根膜１０２の最外面は、ソーラーパネルのような、太陽光を吸収するように構成された材料から作られることができる。例示的な実施形態では、屋根膜１０２は、少なくとも図２から４に示されるように、複数の重なる部分（例えば瓦、屋根板など）から作られる。

【0010】

屋根膜１０２は、膜１０２と下地材１１２との間に空気が流れるための空洞１０８を形成するように構成されている。例示的な実施形態では、空洞１０８内の空気は、屋根膜１０２によって捕らえられた太陽光（すなわち、太陽エネルギー）によって加熱される。高温空気は、空洞１０８から熱ボックス１０４として示される熱収集ユニットに引き出される。高温空気のための例示的な経路が図１の矢印で示されている。熱ボックス１０４は、空洞１０８に流体接続され、空洞１０８から高温空気を受け取るように構成されている。熱ボックス１０４及び他の類似の熱収集ユニットは、図５から９により具体的に示され、以下で更に詳細に説明されている。

【0011】

熱収集ユニット１０４から、空気は建物内の水又は環境を加熱するのに使用されるべく建物内に（図１によれば下方に）転送されるか、或いは空気はシステム１００の通気口付き棟１０６を通して外気中に排出される。空気はまた、この又は他の実施形態において他の方法で建物から（例えば、ダクトを通して切妻壁のような外壁に）放出されることもできる。通気口付き棟１０６は、屋根膜１０２の一部を覆うように構成され、システム１００から（例えば、熱ボックス１０４から）排出される余分な高温空気のための開口部１１４として示される少なくとも１つの抽出点を提供する。システム１００は、他の実施形態では任意の数の抽出点（例えば、開口部、排気領域など）を含むことができる。抽出点の数は、屋根又は関連する建物の大きさ及び／又は形状及び／又は熱制御システム１００の特定の用途によって決まり得る。例示的な実施形態では、抽出点の数は、熱制御システム１００の特定の機能又は用途を果たすために最小にされる。一実施形態では、例えば、システム１００は、屋根の稜線に沿って中央に位置するただ１つの抽出点を含むことができる。通気口付き棟１０６及びその主要なコンポーネントは、図１０から１２により具体的に示され、以下で更に詳細に説明されている。

【0012】

次に図２及び３を参照すると、例示的な実施形態による屋根瓦２００が示されている。本実施形態では、図４に示すように、屋根膜１０２又は他の同様な外側被覆材又はシステム１００用のカバーを形成するために、２つ以上の屋根瓦２００を組み合わせること（例えば、連結する、積み重ねる、重ねることなど）ができる。屋根瓦２００の各々は、アンダーラップ部分２０２（例えば、底部、下部など）と、オーバーラップ部分２０４（例えば、頂部、上部など）とを含む。部分２０２及び２０４は類似の材料から作られることができる。例示的な実施形態では、部分２０２及び２０４が膜１０２を形成するために重なるように、部分２０２及び２０４は、類似の寸法を有し、類似の領域を含む。

【0013】

アンダーラップ部分２０２は、関連する建物の下地材１１２（又は他の外面）の上に載り、アンダーラップ部分２０２の残りの部分を下地材１１２の上の距離だけ持ち上げるように構成された脚部２０６を含む。脚部２０６が下地材１１２の上に載っているとき、空洞１０８はアンダーラップ部分２０２と下地材１１２との間に（すなわち、脚部２０６の周り又は間に）形成される。脚部２０６は、所望の又は必要な空洞１０８に従って成形されることができる。例えば、脚部の高さ２０６は空洞１０８を通る意図される空気流に関連し、高さが大きいほどより大きな空気流を導くことができる。脚部２０６の形状及び大きさは、理想的な空気流のために最適化されることができる。一実施例として、脚部２０６のような脚部は、収集ユニット（例えば、熱ボックス１０４）の方を向いて横切りながら空気の最大熱利用のために層流を妨害するように配置され得る。脚部は、脚部及び／又はシステム１００の特定の用途及び要件に応じて中実又は中空であり得る。脚部２０６は、空気抵抗を最小にし且つ脚部２０６の周りの空気流及び空洞１０８を通る空気流を増すように成形されることができる。例えば、脚部２０６は、丸みを帯びた前縁を有することができ、概ねＵ字形状であることができる。例示的な実施形態では、脚部２０６は屋根瓦２００と下地材１１２との間に約２０ミリメートルのエアギャップを提供するような大きさ及び形状にされる（例えば、脚部２０６及び／又は空洞は約２０ミリメートルの高さを有する）。エアギャップ（例えば、空洞１０８）は、空気が一部分（例えば、屋根瓦２００）又は屋根全体（例えば、膜１０２）から中央に位置する熱収集ユニット（例えば、熱ボックス１０４）に引き出されるのを可能にするよう意図されている。しかしながら、建造物の屋根は、熱エネルギーの取り入れを最適化するために複数の収集ユニットを含むことができる。例えば、一実施形態では、太陽熱エネルギーは、第１屋根面から収集され、第２屋根面の雪を溶かすために（例えば、ダクト及びダンパーのシステムを通して）第２屋根面に導かれることができる。別の実施形態では、第１屋根面又は屋根面の部分は水の加熱に利用されることができ、第２屋根面又は屋根面の部分は暖房に利用されることができる。

【0014】

アンダーラップ部分２０２は、システム１００の特定の用途に適するように任意の数の脚部２０６を含むことができる。例えば、アンダーラップ部分２０２は、空洞１０８を通して大きな空気流が必要とされる場合に（すなわち、空洞１０８内に大きな空気空間を形成するために）少ない脚部２０６を含むことができる。アンダーラップ部分２０２はまた、屋根瓦２００が特に重い材料から作られている場合に（すなわち、瓦２００の重量を支持するために）又は屋根の比較的人通りが多い領域に位置する場合に（例えば、屋根の上の全ての作業者又は他の人の重量を支持するために）多くの脚部２０６を含むことができる。脚部２０６は、アンダーラップ部分２０２を下地材１１２の上の適切な距離だけ持ち上げて空洞１０８を形成するためにアンダーラップ部分２０２にわたって概ね均等に間隔を置いて配置されることができる。

【0015】

アンダーラップ部分２０２はまた、部分２０２と２０４の間の境界線２１０の近くに位置する固定点２０８を含む。固定点２０８は、屋根瓦２００を熱ボックス１０４のような熱収集ユニットに取り付けるための取り付け点を提供することができる。固定点２０８は、瓦２００をユニット１０４に固定するように、関連する熱収集ユニット１０４の１つ以上の機構に関連して寸法付けられ且つアンダーラップ部分２０２上に配置されることができる。固定点２０８は、熱収集ユニット（図５から９参照）に関連して以下で更に詳細に説明される。

【0016】

次に図４Ａ及び４Ｂを参照すると、例示的な実施形態による屋根膜１０２が示されている。屋根膜１０２は、傾斜した又は斜めの屋根（図４Ａ）又は実質的に平坦な屋根（図４Ｂ）用に構成されることができる。図４Ａの実施形態では、屋根膜１０２は複数の重なっている屋根瓦２００から形成されている。瓦２００のそれぞれのオーバーラップ部分２０４が、隣接する瓦のアンダーラップ部分２０２を覆っている。一実施形態では、瓦２００の部分２０２及び２０４は屋根膜１０２を安定させるために互いに連結されることができる。例えば、部分２０２及び２０４の各々は、瓦２００を連結するために互いにかみ合うように構成された対応するロックアセンブリを含むことができる。また、ロックアセンブリは、上層面と基層面との間の熱伝達を最適化するように構成されることができる。

【0017】

屋根膜１０２は、本実施形態ではシール１１６を含む。シール１１６は、シール１１６の領域において空洞１０８（すなわち、屋根膜１０２と下地材１１２との間の空間）を密封するように構成されている。例示的な実施形態では、シール１１６は、（例えば、図４Ａの屋根のような傾斜屋根の上で）空洞１０８内の空気の方向付け及び収集を補助するために屋根の最も高い場所で屋根膜１０２の下に設置されている。他の実施形態では、システム１００は、システム１００内（例えば、空洞１０８内）の空気を密封するためにシール４０２に類似する他のシールを含むことができ、空気とデブリ及び水分の浸入の両方を防止又は大幅に低減するシールを維持するように構成された水切りを含む。また、空気が通ることを可能にすると同時にデブリ及び水分の浸入を防止するように（例えば、瓦の最初の段の下に）フィルターを設置することができる。

【0018】

次に図５を参照すると、例示的な実施形態による熱収集ユニット１０４が示されている。熱収集ユニット１０４は、空洞１０８から導かれた空気（例えば、加熱空気）を収集するために空洞１０８に流体接続するように構成されている。空気は、関連する建物内で使用される水を加熱するか又は他の方法で建物の環境に熱又は他のエネルギーを供給する（例えば、建物内の周囲温度を上げる）ために熱収集ユニット１０４から進路変更されることができる。別の実施形態では、熱収集ユニット１０４は空気から熱とその結果として湿度（例えば、水分）を除去する。除湿され、冷却された排気はその後、関連する建物の居住空間を冷却するために使用されることができる。除去された熱は、水（例えば、タンク、プール、スパなど）又は他の流体又は媒体に移されることができる。熱収集ユニット１０４は、関連する建物の外側から設置されることができる。熱収集ユニット１０４は一般的に、屋根膜１０２を取りつけ又は設置する前に設置される。例えば、熱収集ユニット１０４に適合するように寸法付けられた開口部が（例えば、下地材１１２を通って）建物の屋根の内部に形成されることができる。開口部は、下地材１１２に穴を開けることによって形成されることができる。熱収集ユニット１０４は、開口部内に配置され、開口部を密封するように屋根膜１０２によって覆われることができる。熱収集ユニット１０４は、特に図示された屋根の内部に設置され且つ屋根瓦２００によって形成された空洞１０８から空気を受け取るように構成されているが、ユニット１０４はまた、波形鉄板（トタン）又はテラコッタの瓦を含む、裏面に同様の空洞を提供するあらゆる類似の熱制御システムで使用されることができる。

【0019】

図５の図示された実施形態では、熱収集ユニット１０４は、リブ５０４を有するフード５０２と、そこから空気が通されるベース５０６とを含む。フード５０２は、熱収集ユニット１０４が取り付けられるときに建物の屋根の勾配（例えば、傾斜、角度、急峻度）と概ね一致することが必要とされ得る。フード５０２は、熱収集ユニット１０４を形成するためにベース５０６と連結するように構成されている。リブ５０４は、熱収集ユニット１０４が建物に設置された後にフード５０２に付け加えられてもよい。リブ５０４は、屋根瓦２００用の固定点を提供することができる。例えば、１つの瓦２００の固定点２０８は、瓦２００をユニット１０４に連結するためにリブ５０４に貼り付けられるか又は他の方法で連結されることができ、瓦２００及び／又はユニット１０４を安定させることができる。一実施形態において、シール１１６は、膜１０２と熱収集ユニット１０４との間の概ね気密のシールを形成するために、第１端部がリブ５０４の１つに連結し且つ第２端部が屋根膜１０２に連結するように構成されている。別の実施形態では、柔軟な蛇腹状の材料が様々な屋根勾配に適合し且つ密封するために使用され得る。

【0020】

フード５０２はまた、熱収集ユニット１０４の頂部でリブ５０４の間に位置する開口部５０８、５１０及び５１２を含む。開口部５０８、５１０及び５１２は、空洞１０８から空気を受け取るように且つ／又は通気口付き棟１０６にある抽出点を通して空気を建物の外側に進路変更又は排気するように構成されることができる。他の実施形態では、フード５０２は、より多いか又はより少ない開口部を含み、開口部は、太陽熱制御システム１００及び／又は熱収集ユニット１０４の特定の用途に応じて違うように構成されることができる。例えば、開口部は、特定の建物のエネルギー及び通気の要件に応じた寸法及び位置にされることができる。例示的な実施形態では、熱収集ユニット１０４は、開口部５０８及び５１０を通して空気を収集し又は受け取り且つ開口部５１２を通して通気口付き棟１０６に空気を送るように構成されている。別の実施形態では、空気は、クローズドシステムを形成するように膜１０２の下の屋根の下部に排出される。このような実施形態は、より寒い地域（例えば、赤道から更に遠い地域、より高い標高の環境など）において好ましい。フード５０２内に受け入れられると、空気は、ベース５０６を通って建物内に進路変更されることができる。ベース５０６の上部開口部５１６は、フード５０２から空気を受け取るように構成されており、空気は、ベース５０６の底部開口部５１４を通して関連する建物内へ進路変更されることができる。

【0021】

熱収集ユニット１０４を建物内に設置するために、ユニット１０４のおおよその形状で（例えば、ユニット１０４の１つ以上の寸法に従って）下地材１１２に穴を開けることができる。ユニット１０４はその結果、開口部の場所に設置されることができる。ユニット１０４は、ユニット１０４を下地材１１２に取り付けるか又は他の方法で連結するように構成された１つ以上の機構を含むことができる。次に図６及び７を参照すると、熱収集ユニット１０４用のフード６０２が示されている。フード６０２は、フード５０２と同様であることができ、フード５０２に関連して説明されたあらゆる機構又は機能を含むことができる。図６は、変更前の（例えば、フランジが付いていない）形状のフード６０２を示す。図７は、フード６０２を建物内に設置するのに有用であり得る変更された（例えば、フランジが付いた）形状のフード６０２を示す。

【0022】

図６に示されるように、フード６０２は、熱収集ユニット１０４を建物の屋根に固定するためのフランジ６０６（図７参照）を形成するために曲げることができる余分な材料６０４を含む。余分な材料６０４は、フランジ６０６の形成を補助するための一連のマーキング６０８を含む。例えば、マーキング６０８の各々は、標準的又は典型的であり得る勾配のような、屋根の特定の勾配に対応することができる。図７に示されるように、余分な材料６０４は、フランジ６０６を形成するように曲げられ且つ／又は切断されることができる。例えば、余分な材料６０４はフード６０２の背面の角６１０に沿って切断されることができ、側面６１２は図７の構成に近づくように曲げられることができる。フード６０２が屋根勾配のために変更されると、フード６０２はベース（例えば、ベース５０６）に接続されることができ、完成した熱収集ユニット１０４は（例えば、下地材１１２の穴を通して）屋根内に挿入される。フランジ６０６はその後、熱収集ユニット１０４を所定の位置に保持又は固定するために関連する建物の屋根に（例えば、下地材１１２と接触するように）取り付けられることができる。リブ５０４はその後、設置されることができ、ユニット１０４は、屋根膜１０２によって覆われることができる。代替的に、適切なシールを維持しながら屋根勾配に自動的に適合するように可撓性材料（例えば、アコーディオン型）が使用されることができる。

【0023】

次に図８及び９を参照すると、一実施形態による別の熱収集ユニット８００が示されている。ユニット８００は、ユニット１０４と同様であるが、付加的な機構及び／又は機能を含むように変更されている。本実施形態では、ユニット８００は、熱収集ユニット１０４のフード５０２とリブ５０４に類似している、リブ８０４を有するフード８０２を含む。熱収集ユニット８００はまた、ユニット１０４のベース５０６と同様にフード８０２の底に連結する熱交換モジュール８０６を含む。熱交換モジュール８０６は、フード８０２から空気を受け取るように構成されている。明確にするために、熱交換モジュール８０６は、熱エネルギー又は熱を１つのコンポーネント又は部分に含まれる媒体から別のコンポーネント又は部分に含まれる媒体に伝達するモジュールであり、熱交換器、蒸発器（例えば、ヒートポンプ）、ヒートシンク、及びシステム１００の特定の用途に適した他のコンポーネントなどのコンポーネントを含むことができる。エネルギーの流れは、一方向、多方向、及び／又は可逆的であることができる。ファンモジュール８０８が、熱交換モジュール８０６の底部に連結するように構成されている。ファンモジュール８０８は、空洞１０８から受け取った空気流を建物内へ運ぶように構成されたファンを含むことができる。ファンはまた、フード８０２を通して且つ通気口付き棟１０６の抽出点を通して戻すように、空気流を逆方向に動かすように構成されることができる。ユニット８００はまた、フード８０２、交換モジュール８０６、及びファンモジュール８０８の背面部に連結するように構成された、ダクトモジュール８１０を含む。ダクトモジュール８１０は、通気口付き棟１０６の下に位置し且つ余分な空気が通気口付き棟１０６の１つ以上の抽出点を通して排出又は放出されるのを誘導し且つ可能にするように構成されている。

【0024】

次に図１０から１２を参照すると、例示的な実施形態による通気口付き棟１０６が示されている。棟１０６は、屋根膜１０２に連結されることができ、太陽熱制御システム１００を密封（例えば、ウェザーシール）するように構成されている。棟１０６はまた、建物の天井空間から受け取った空気を排出又は放出し且つ熱収集ユニットから受け取った全ての排気を収容するように構成されている。棟１０６は、棟１０６の最上部に固定されることができ且つ棟瓦１１００を受けるように構成されている棟留め具１０００を含む。通気口付き棟１０６は、システム１００から外気中に排出される空気を濾過するように構成されたフィルターを含むことができる。フィルターは、棟留め具１０００のスロット１００２内に収まることができる。

【0025】

次に図１３〜１５を参照すると、他の実施形態による太陽熱制御システムが示されている。図１３のシステム１３００は、別の構成の熱収集ユニット１３０２を含む。この構成では、熱収集ユニット１３０２は、建物の天井部分１３０４に連結される。空気は、屋根膜の下にある空洞１３０６から建物内に下方にではなく横向きに導かれる。空気はその後、建物内に又は外気中に排出されるように通気口付き棟１３０８に向かって導かれる。図１４のシステム１４００は、フレキシブルダクトシステム１４０２として示される熱収集ユニットを含む。フレキシブルダクトシステム１４０２は、屋根の下の空洞１４１２から経路ユニット１４０６に空気を送るように構成された第１ダクト１４０４を含む。経路ユニット１４０６から、空気は建物環境を暖めるのに使用されるようにダクト１４０８に向かって又は外気中に排出されるようにダクト１４１０内に送られる。図１５のシステム１５００は、逆方向の空気流を有する。例えば、降雪がある場所では、建物の屋根の上の雪及び／又は氷を溶かすのを補助するために暖められた空気を建物から熱収集ユニット１５０２を通って上方へ屋根膜１５０６の下の空洞１５０４へ送ることができる。

【0026】

次に図１６を参照すると、一実施形態による雪／氷融解システム用の閉ループの構成のシステム１６００が示されている。システム１６００は、本明細書に記載されている熱交換システムのいずれかと同様であることができる。本実施形態（すなわち、システム１６００）では、熱交換モジュール１６０２（すなわち、熱収集ユニット）は、発熱要素又は蓄熱要素（例えば、熱水タンク）から閉ループを通る空気に熱を伝達するために「逆に」動作又は機能する。一実施形態では、関連するウォーターポンプが雪／氷を溶かすために空気を暖めるべく熱交換モジュール１６０２を通して最も熱い液体を循環させるために逆転される。暖められた空気は、屋根の上の雪／氷を溶かすために熱交換モジュール１６０２から屋根下地と屋根膜との間の空間（例えば、空洞１５０４）に排出される。最も熱い空気は、最下点（例えば、軒、谷部など）で排出され、熱収集ユニット（例えば、モジュール１６０２）のファンによって上方に又は屋根の全域に引き込まれる。空気はその結果、システム１６００を通って戻るその途中で再加熱されることができる。

【0027】

次に図１７及び１８を参照すると、例示的な屋根の環境が示されている。それぞれ図１７及び１８に別個に示される屋根の環境の各々で行った測定の結果を以下で説明する。図１７は、９００ｍｍ屋根瓦１７０２から成る５平方メートルの列を有する屋根の上面１７００を示す。屋根瓦１７０２は瓦２００と同様であることができる。図１８には４メートル×３．５メートルの片面屋根１８００が示されている。図１７及び１８はまた、屋根１７００及び１８００の上面の下と上の様々な（番号が付けられた）温度センサー１７０４の配置を示す。図１７及び１８の例では、空気が熱ボックス（例えば、ユニット１０４）の熱交換器に入る前（例えば空気入口で）と空気が熱交換器を出た後（例えば、空気出口で）の両方で温度を測定した。

【0028】

次に図１９を参照すると、グラフ１９００は、（Ａ）屋根１７００（図１７の屋根瓦）の頂点での屋根瓦１７０２の表面の温度と（Ｂ）熱ボックスの吸入部（図１８の屋根の上面１８００）での空気温度との相関関係を示す。グラフ１９００に示された結果は、ニュージーランドのオークランドにおいて摂氏２６度の外気温の晴れた夏の日に時間当たり約１００立方メートルの流量を使用して得られた。

【0029】

次に図２０を参照すると、グラフ２０００は、ニュージーランドのオークランドにおいて冬の５日間の熱交換器前（例えば、空気入口で）及び熱交換器後（例えば、空気出口で）の温度と周囲温度との相関関係を示す。これらの結果は、時間当たり約２５２立方メートル流量を用いて得られた。

【0030】

次に図２１及び２２を参照すると、グラフ２１００及び２２００は、１日のうちの（Ａ）熱交換器前後の温度と周囲空気の温度との相関関係（グラフ２１００に示される）と（Ｂ）熱交換器前後の温度と熱交換器に接続された４５リットルの温水シリンダーの温度との相関関係（グラフ２２００に示される）を示す。これらの結果は、時間当たり約２５２立方メートル流量を用いて得られた。グラフ２１００に関連する条件によれば、気温が２０℃を超えるとファンがオンになる。

【0031】

次に図２３を参照すると、表２３００は、ニュージーランドのオークランドにおいて連続する冬の日に収集された算出エネルギー及び効率を示す。屋根瓦は、薄板状の瓦／構造体内に太陽電池を含み、動作温度と太陽電池効率との相関関係は十分に確立されている。空洞内の空気流による屋根瓦（例えば、瓦２００）の上面の冷却効果を測定するために、一連の実験が行われ、静的なシステムと比較した場合に約１．４メートル毎秒の流量で摂氏６℃の温度の低下が達成されたことを示した。実時間測定と並行して、一連のシミュレーションが行われた。空気の温度勾配への屋根の長さの影響を推定するために、オブジェクト指向のシミュレーションツールが使用された。

【0032】

次に図２４を参照すると、グラフ２４００は、空気の温度勾配への屋根の長さの影響を推定するために使用されたシミュレーションの結果を示す。結果は、特定の日の屋根の空洞内の温度勾配の形状を予測している。シミュレーションは、約１メートル毎秒の空気速度で、異なる屋根スパンに対する異なる屋根の空洞の空気温度で行われた。結果は、所定の流量（１メートル毎秒）では屋根が長いほど空洞を通るその経路に沿った加熱が大きいことを示す。しかしながら、この関係は、それを超えると更なる熱利得が最小になり（例えば、熱伝達率を制限する漸近線に近づき）且つその点で増大した流量を使用する必要がある最適点に達するであろう。

【0033】

次に図２５を参照すると、屋根の空洞を通る空気流をシミュレートするために流体力学シミュレーションツールが使用された。瓦脚部の単純化モデル２５００がソフトウェアで作られ、上部に瓦を有する約４メートル×２メートルのチャンバーが作成された。実験条件は、本開示の太陽熱収集器における設定をシミュレートするために、入口空気のゼロ（０）パスカルの圧力と、チャンバーの上部中央にある単一出口の２メートル毎秒の気流速度とを含んでいた。結果は、空気流によって生成されるベル形状の温度プロファイルが存在し、出口に近い境界で速度が上端よりも高いことを示した。出口からの垂直距離が増大されると、空気流が均衡する。均衡は頂部から２メートルでは許容範囲にある。結果はれ、類似のプロファイルを示した寸法４メートル×４メートルの実験屋根と比較された。

【0034】

次に図２６を参照すると、８メートル×４メートル（５００立方メートル毎時に相当）の屋根と１メートル毎秒の流量とを用いて２００リットルタンクの水を摂氏１５度から４５度に加熱するのにかかる時間を推定するためにシミュレーションソフトウェアが使用された。結果は、摂氏５０度と摂氏６０度の空気温度に関して図２６のグラフ２６００に示され、摂氏４５度を達成するのにそれぞれ２．４時間と４．２時間かかることを示す。

【0035】

次に図２７〜３２を参照すると、様々な実施形態による、様々な機能及びコンポーネントを有する太陽熱制御システムが示されている。特に図２７を参照すると、一実施形態による太陽熱制御システム２７００（すなわち、熱制御システム）が示されている。太陽熱制御システム２７００は、ファン速度制御コンポーネント（例えば、ファン速度制御装置２７１２、熱収集ユニット２７２８）と、水タンク２７０２及びウォーターポンプ２７０４を含む水循環コンポーネントと、暖房コンポーネント（例えば、供給プレナム２７１４）と、従来の加熱コンポーネント（例えば、水加熱器２７０６）と、従来のＨＶＡＣコンポーネント（例えば、ＨＶＡＣシステム２７０８）と含むか又はこれらに連結される。熱収集ユニット２７２８は、ユニット１０４及び８００を含む他の熱収集ユニットと同様であり得る。ファン速度制御装置２７１２は、熱収集ユニット２７２８を含む制御システム２７００を通って空気が循環する速度を制御するのに使用されることができる。

【0036】

制御システム２７００はまた、いくつかの機能的な（包括的な）機構を含むことができる。例えば、制御システム２７００は、水加熱、暖房、床下暖房、プール及びスパの加熱、及び他の加熱用途に利用することができる機構を含むことができる。制御システム２７００はまた、１つ以上のプール及びスパの加熱の機構に連結されるか又は様々な吸収技術を利用することができる、熱駆動空気調節機構を組み込むことができる。制御システム２７００はまた、アクティブな屋根領域から雪及び氷のダムを除去するための機構を組み込むことができる。制御システム２７００はまた、方向に依存する屋根勾配の熱最適化のための機構を組み込むことができる。

【0037】

制御システム２７００はまた、夏季の（すなわち、暖かい）間の熱負荷を低減するための通気口付き屋根２７１０などの受動的な機構と、冬季の（すなわち、寒い）間の熱損失の低減のための機構とを含むことができる。一実施形態では、制御システム２７００は、冬期モードと夏期モードとを含む、複数の動作モードを含む。冬期モードは、暖房、水加熱、融雪、及びレジオネラ（すなわち、細菌）制御を含むことができる。夏期モードは、屋根の冷却、水加熱、空気調節、プール及びスパの加熱、及びレジオネラ（すなわち、細菌）制御を含むことができる。

【0038】

次に図２８を参照すると、太陽熱制御システム２７００は、熱収集ユニット２７２８に又はその近くにあり且つファン速度制御装置２７１２によって利用される空気温度センサー２７１６（図２８にＡで示される）と、供給プレナム２７１４に又はその近くにある排気温度センサー２７１８（図２８にＢで示される）と、ＨＶＡＣシステム２７０８に又はその近くにある室内温度センサー２７２０（図２８にＣで示される）と、水タンク２７０２に又はその近くにある下部水タンク温度センサー２７２２（図２８にＤで示される）と、水タンク２７０２に又はその近くにある上部水タンク温度センサー２７２４（図２８にＥで示される）と、ウォーターポンプ２７０４に又はその近くにある水流センサー２７２６（図２８にＦで示される）とを含む、様々な制御センサーを含む。他の実施形態では、制御システム２７００はまた、他のセンサーの中で特に、全天日射センサー、周囲温度センサー、外面温度センサー、風速及び／又は風向センサー、雨センサーなどの追加の制御センサーを含むことができる。

【0039】

次に図２９を参照すると、太陽熱制御システム２７００は、ファン速度制御装置２７１２と、空気温度センサー２７１６とを含むように示されている。ファン速度制御装置２７１２（例えば、ファンモジュール８０８又は熱交換モジュール８０６）は、０から１０ボルト（Ｖ）の制御信号を有することができる。ファン速度制御装置２７１２は、一定の空気流を維持し且つ制御システム２７００による熱伝達を最大にするために使用されることができる。ファン速度制御装置２７１２はまた、制御システム２７００内の過熱を防ぐために使用されることができる。例えば、ファン速度制御装置２７１２を利用するための第１のオプションは、制御システム２７００内の一定の空気流を維持することである。この第１のオプションは、最低気温（例えば、２５℃）に達したときに制御システム２７００（例えば、ファンモジュール８０８、熱交換モジュール８０６など）のファンを予め設定された速度にすることを含むことができる。空気温度は、空気温度センサー２７１６から受信した信号に基づいて熱収集ユニット２７２８で又はその近くで測定されることができる。第２のオプションは、ファン速度を制御することを含むことができる。第２のオプションは、最低気温に達したときにファンを予め設定された速度にすることと、最高温度（例えば、６５℃）（以下）を維持するために高温時にファンの速度を制御することとを含むことができる。第１及び第２のオプションのいずれかの機能を実行するために比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置を構成することができる。

【0040】

次に図３０を参照すると、太陽熱制御システム２７００は、制御システム２７００の水循環機能に関連する様々なコンポーネントを含むように示されている。水循環機能を実行するために、少なくとも空気温度センサー２７１６と、下部水タンク（冷）温度センサー２７２２と、上部水タンク（温）温度センサー２７２４と、水流センサー２７２６と、グリッドタイド（ガス又は電気）加熱要素２７３０とを利用することができる。制御システム２７００はまた、空気が適当な温度に達したときに循環水ポンプ２７０４を作動させるように構成されたウォーターポンプ制御装置を含むことができる。ウォーターポンプ制御装置は、オンオフ電磁リレーと１アンペア（Ａ）の最大スイッチング電流とを有する制御信号を含むことができる。一実施形態では、空気（すなわち、空気温度センサー２７１６による）とタンク２７０２内の水（すなわち、温度センサー２７２２及び２７２４の１つ以上による）とが最小温度差に達したときに水を循環させるためにウォーターポンプ制御装置がウォーターポンプ２７０４をオンにする。例えば、ウォーターポンプ２７０４は、８℃の温度差に達したときに作動させ、その後４℃の温度差に達したときに停止させることができる。

【0041】

次に図３１Ａを参照すると、太陽熱制御システム２７００は、制御システム２７００の暖房機能に関連する様々なコンポーネントを含むように示されている。暖房機能を実行するために、少なくとも排気温度センサー２７１８と、室内（又は建物）温度センサー２７２０と、供給プレナム２７１４とを利用することができる。暖房制御要件の一部として、制御システム２７００は、屋根２７１０に形成された（通気）棟２７３２から排気を放出することができる。棟２７３２は、通気口付き棟１０６と同様であることができる。

【0042】

図３１Ｂは、上述の暖房機能を実行するために利用することができる他の太陽熱制御システム３１００を示す。太陽熱制御システム３１００は、制御システム２７００と同様であり且つ類似のコンポーネントを含むことができる。しかしながら、制御システム２７００とは異なり、制御システム３１００は閉ループの構成を有する。棟２７３２のような棟に排気を排出するのではなく、制御システム３１００は、関連する建物の軒へ排気を再循環させることができる。より高い標高での又は赤道から更に離れた設置は、例えば、特に寒い季節に温度の上昇を得るために閉ループの構成によって恩恵を受けることができる。また、閉ループの構成は、雪／氷の溶融のために装備されることができる。

【0043】

制御システム２７００と３１００は、関連する建物の空間温度（例えば、室内温度センサー２７２０によって測定された温度）を制御するサーモスタットを含むことができる。排気が目標温度を超えると、サーモスタット（又は制御装置）は、排気が換気システムに接続されるのを可能にするダンパーを作動させる。換気システムは、制御システムが閉ループの構成を利用するか否かに応じて、通気棟（例えば、棟２７３２）から排気を放出するか又は軒に排気を再循環させるように構成されることができる。サーモスタットは、建物内（室内温度センサー２７２０によって測定される）が目標温度に達するか又は排気温度（排気温度センサー２７１８によって測定される）が建物内の温度（すなわち、空間温度）より低いときにエアダンパーを停止させる。雪／氷の溶融のために、ダンパーは、熱ボックスの排気を屋根の軒のマニホールドに直接移動するようにＨＶＡＣ循環から分離する。水タンク２７０２内の水を加熱するのに、グリッドタイド加熱要素（例えば、要素２７３０）を利用することができる。ウォーターポンプ２７０４はその結果、循環空気を暖めるために熱交換器（例えば、熱収集ユニット２７２８）に温水を移動させるべく作動されることができる。

【0044】

次に図３２を参照すると、他の実施形態による太陽熱制御システム２７００が示されている。本実施形態では、制御システム２７００は、制御システム２７００のハイブリッド／従来の水加熱システム又は機能に関連する様々なコンポーネントを含む。本実施形態では、制御システム２７００は、電気ヒーター、ガスボイラー、オイルボイラー、ヒートポンプなどの予備又は代わりの水加熱器を含むことができる。予備の水加熱器は、オンオフ電磁リレーと約１０アンペア（Ａ）の最大スイッチング電流とを有する制御信号によって水タンク２７０２内の水を加熱するように始動されることができる。例えば、制御装置が、予備の水加熱システムの一部として予備の水加熱器に連結され、制御信号を通信することによって予備の水加熱器を制御するように構成されることができる。予備の水加熱器は、予め設定された時間に（すなわち、水を加熱するために）始動されることができ、予め設定されたスイッチオン温度及び／又は予め設定されたスイッチオフ温度を有することができる。一実施形態では、例えば、予備の水加熱器は、２４時間のうちに一定数の予め設定された期間（例えば、３つの期間）中に始動されることができる。これらの期間の１つの間に、予備の水加熱器（すなわち、予備の水加熱システム）は、水タンク２７０２の上部の温度（すなわち、上部水タンク温度センサー２７２４によって測定される）が予め設定されたスイッチオン温度よりも下がるとオンにすることができる。予備の水加熱器はその後、水タンク２７０２の上部の温度が（予め設定された）スイッチオフ温度に達したときにオフにされる。温度センサー２７２４が存在しない場合のような一部の実施形態では、予備の水加熱器をオンにするか又はオフにするかを決定するために水タンク２７０２の下部の温度（すなわち、下部水タンク温度センサー２７２２によって測定される）が使用されることができる。一実施形態では、従来の水加熱システムがタンク２７０２内の水の加熱プロセスを終了する。

【0045】

次に図３３を参照すると、一実施形態によるハイブリッド水加熱システム３３００が示されている。ハイブリッドシステム３３００は、制御システム２７００のあらゆるコンポーネントと、ヒートポンプ水加熱器３３０２と、貯水タンク３３０４とを含むことができる。水加熱器３３０２は、冷水入口３３０６と、温水出口３３０８とを含む。水加熱器３３０２は、太陽熱制御システム（例えば、制御システム２７００）の水加熱能力を補うことができる。水加熱器３３０２の成績係数（ＣＯＰ）を向上させるために熱収集ユニット（例えば、ユニット２７２８）から水加熱器３３０２の空気入口に暖かい排気を送ることができる。ＣＯＰは、コンポーネントで受け取られ又は利用されるエネルギー量とコンポーネントによって提供（すなわち、供給）されるエネルギーの量との関係を参照することができる。熱収集ユニットにおける周囲空気の吸入口へのダンパーは、熱収集ユニットから水加熱器３３０２に行く空気の温度を最適化することができる。水加熱器３３０２はその結果、空気調節に適した冷たい空気を排気することができる。水貯蔵タンク３３０４には、スイミングプールやスパなどの補助加熱のない貯蔵タンクであり得る。貯蔵タンク３３０４からの暖かい／冷たい水を水加熱器３３０２の冷水入口３３０６に送ることができる。水加熱器３３０２はその後、加熱処理を終了し、温水出口３３０８を通して必要に応じて温水を供給する。ハイブリッドシステム３３００は分離して特定の屋根面に割り当てることができることに留意すべきである。例えば、屋根の南側面を加熱するのに温水を使用することができ、屋根の北側面にヒートポンプと貯蔵タンクによる空気調節を使用することができる。

【0046】

ハイブリッド水加熱システム３３００、又は太陽熱制御システムとヒートポンプとを有する別のハイブリッドシステムは、空気から熱を抽出するのに使用されることができる。例えば、水の加熱及び空気の冷却における補助システムとして空気源水ヒートポンプを使用することができる。熱屋根を通しての太陽放射が、一次飲料水タンク（例えば、タンク２７０２）に貯蔵された水を予熱することができる。システム３３００はその後、（１）一次水タンクが所望の温度に達し、（２）空気から二次貯蔵タンク３３０４に熱を放出し、（３）システム３３００に関連する居住空間に涼しく、乾燥した空気を供給するように、熱ボックスの排気又は周囲空気から熱を抽出するヒートポンプを使って水を循環させる。熱ボックス（例えば、熱収集ユニット２７２８）からの排気は、ヒートポンプ用の源として使用され、ヒートポンプのＣＯＰを高める。ヒートポンプは水の加熱を完了することができる。ヒートポンプが必要な又は所望の温度に達することができない場合、一次温水タンク内に電気加熱コイルが存在してもよい。

【0047】

次に図３４Ａ〜Ｄ及び図３５Ａ〜Ｂを参照すると、「ハイブリッド」太陽熱制御システム用の可能な構成が様々な実施形態によって示され且つ説明されている。第１の構成は熱交換器を含む。第２の構成は周囲空気を用いるヒートポンプを含む。第３の構成は屋根の空気を用いるヒートポンプを含む。第４の構成は熱交換器とヒートポンプとを並列に含む。第５の構成は熱交換器とヒートポンプとを直列に含む。図３５Ａ〜Ｂは、図３４Ａ〜Ｄに示されるハイブリッド太陽熱制御システムの様々な構成の性能統計を示す。図３５Ａの表１は、様々な構成の全体的な性能を示し、様々な構成に関する熱エネルギー（ｋＷｈ）、消費エネルギー（ｋＷｈ）及び成績係数（ＣＯＰ）を含む。図３５Ｂの表２は、様々な構成の水加熱能力を示し、初期水温（℃）、最終水温（℃）、及び最終水温に達するまでの時間（分）を含む。

【0048】

次に図３６を参照すると、一実施形態による、吸収ベースの冷房を有する太陽熱制御システム３６００が示されている。制御システム３６００は、本明細書に記載されている制御システムのいずれかと同様であることができ、あらゆる同一コンポーネントを含むことができる。制御システム３６００は、吸収体３６０２と、エアサプライ３６１２及びエアリターン３６１４を有する蒸発器３６０４とを含むように示されている。エアリターン３６１４は、居住空間から蒸発器３６０４に空気を戻すことができ、エアサプライ３６１２は、蒸発器３６０４から居住空間に空気を供給することができる。制御システム３６００はまた、クーラントサプライ３６１６及びクーラントリターン３６１８を有する凝縮器３６０６を含むように示されている。クーラントリターン３６１８は、凝縮器３６０６に加熱されたクーラントを戻すことができ、クーラントサプライ３６１６は、システム３６００に関連する別の場所（例えば、水タンク、周囲空気、プール又はスパなど）にクーラントを供給することができる。制御システム３６００はまた、発生器３６０８として示される加熱要素と、ウォーターポンプ３６１０とを含む。加熱要素（すなわち、発生器３６０８）は、従来のガス又は電気のものであることができる。代替的に、システム３６００は、ＣＯＰを高めるために熱供給用の太陽熱加熱空気を受け取る並列のヒートポンプを利用することができる。

【0049】

次に図３７Ａ〜Ｄを参照すると、様々なタイプの太陽熱制御システム用の冷却に関連する様々な性能統計が示されている。図３７Ａのグラフ３７００は、周囲の空気を用いるヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示し、ヒートポンプの空気出口及び空気源における経時的な空気温度を含む。図３７Ｂのグラフ３７０２は、屋根の空気を用いるヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示し、先と同様にヒートポンプの空気出口及び空気源における経時的な空気温度を含む。図３７Ｃのグラフ３７０４は、熱交換器とヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示す。グラフ３７０４は、並列で使用される場合と直列で使用される場合の両方の加熱要素の空気出口及び空気源における経時的な空気温度を含む。図３７Ｄのグラフ３７０６は、熱交換器を有する制御システムの加熱性能を示し、熱交換器の空気出口及び空気源における経時的な空気温度を含む。

【0050】

次に図３８Ａ〜Ｂを参照すると、グラフ３８００及び３８０２は、様々なタイプの太陽熱制御システムの水加熱に関連する様々な性能統計を示す。図３８Ａのグラフ３８００は、様々な水加熱の構成を用いて経時的な水の温度を示し、直列のヒートポンプ（ＨＰ）と熱交換器（ＨＥＸ）、並列のヒートポンプと熱交換器、屋根の空気を用いるヒートポンプ、周囲の空気を用いるヒートポンプ、及び熱交換器のみ、を有する制御システムを含む。図３８Ｂのグラフ３８０２は、水加熱プロセス中の様々な水加熱の構成の各々の経時的な総合ＣＯＰ（すなわち、システムのＣＯＰ）を示し、総合ＣＯＰは、水加熱装置で使用されるエネルギー量対水加熱装置（Ｓ）によって生成又は供給されるエネルギー量に基づくことができる。

【0051】

次に図３９を参照すると、一実施形態による太陽熱制御システム３９００が示されている。制御システム３９００は、制御システム２７００又は本明細書に開示されているあらゆる他の制御システム又は屋根システムと同様であることができる。制御システム３９００の本実施形態では、熱エネルギーは、システム３９００内で他の屋根傾斜３９０２（例えば、熱エネルギーを収集するのに使用されるもの以外の屋根傾斜）に方向を変えられる。例えば、熱エネルギーは、第２の屋根傾斜の上の雪又は氷を溶かすのに使用されることができる。同様のシステムが図１６に示されている。

【0052】

次に図４０及び４１を参照すると、例示的な実施形態による熱収集ユニット４００（すなわち、熱ボックス、熱交換ユニット）が示されている。熱収集ユニット４００は、ユニット１０４、８００、１３０２、１５０２、１６０２及び２７２８を含む、本明細書に記載されている熱収集ユニット又はモジュールのいずれかと同様であることができる。熱収集ユニット４００は、空洞から導かれる加熱空気を収集するために空洞１０８のような空洞に流体接続するように構成されることができる。ユニット４００は、関連する建物内の水を加熱するために又は他の方法で建物環境に熱又は他のエネルギーを供給するために加熱空気を進路変更することができる。熱収集ユニット４００はまた、空気から熱と従って湿度（例えば、水分）を除去するように構成されることができる。除湿され、冷却された排気はその後、関連する建物の居住空間を冷却するのに使用されることができる。熱収集ユニット４００は、ユニット１０４と同様に関連する建物の外側から設置されることができる。

【0053】

ユニット４００は、（旋回可能な）第１フード部４０２（例えば、部分、セグメント、ピース、パーツなど）と、第２フード部４０６（すなわち、フードベース）とを含むことができる、フード４２８（すなわち、フードアセンブリ）を含む。図示の実施形態では、第１フード部４０２は、第２フード部４０６の上に配置され且つ第２フード部４０６に連結されている。フード４２８は、熱収集ユニット４００が建物に設置される場合に関連する建物の屋根の勾配（例えば、傾斜、角度、急峻度など）に実質的に一致することが必要とされる場合がある。第１フード部４０２は従って、ユニット４００のいかなる部分も切断又は除去せずに関連する屋根の勾配に実質的に一致するようにユニット４００の第２フード部４０６又は他のコンポーネントに対して旋回するように構成されることができる。例えば、第１フード部４０２は第２フード部４０６に旋回可能に連結され、屋根の勾配に一致するように第２フード部４０６に対して旋回するように構成されることができる。一実施形態では、フード部４０２及び／又は４０６を様々な屋根勾配に適合させるために、少なくともフード部４０２及び４０６の一方に柔軟な蛇腹状の材料を使用することができる。第１フード部４０２の例示的な可動域４３０が図４２に示されている。

【0054】

フード４２８はまたリブ４０４を含む。リブ４０４は、熱収集ユニット４００が建物に設置された後にフード４２８に加えられてもよい。リブ４０４は、屋根瓦２００用の固定点を提供することができる。例えば、１つの瓦２００の固定点２０８は、瓦２００をユニット４００に連結するためにリブ４０４に貼り付けられるか又は他の方法で連結されることができ、瓦２００及び／又はユニット４００を安定させることができる。一実施形態において、シール１１６は、膜１０２と熱収集ユニット４００との間に概ね気密なシールを形成するために、第１端部がリブ４０４の１つに連結し且つ第２端部が屋根膜１０２に連結するように構成されている。フード４２８はまた、熱収集ユニット４００を建物の屋根に固定する（すなわち、取り付けえる）のに使用されることができるフランジ４１４及び４２２を含む。フランジ４１４は第１フード部４０２に位置することができ、フランジ４２２は第２フード部４０６に位置することができる。

【0055】

フード４２８はまた、リブ４０４のそれぞれの間で且つ第１フード部４０２内に配置された開口部４１６、４１８及び４２０を含む。開口部４１６、４１８及び４２０は、空洞１０８から空気を受け取るように及び／又は通気口付き棟１０６にある抽出点を通して空気を建物の外側に進路変更又は排気するように構成されることができる。例示的な実施形態では、熱収集ユニット４００は、開口部４１６及び４１８を通して空気を収集し又は受け取り、開口部４２０を通して通気口付き棟１０６に空気を送るように構成されている。別の実施形態では、空気は、クローズドシステムを形成するように膜１０２の下の屋根の下部に排出される。第１フード部４０２内に受け入れられると、空気は、第２フード部４０６を通して建物内へ進路変更されることができる。第２フード部４０６の頂部開口部４２４は、第１フード部４０２から空気を受け取るように構成されており、空気は、第２フード部４０６の底部開口部４２６を通して関連する建物内へ進路変更されることができる。

【0056】

熱収集ユニット４００はまた、フード４２８に連結されたベース部４３４を含む。ベース部４３４は、フード４２８から空気を受け取るように構成された熱交換モジュール４０８を含む。ベース部４３４はまた、空洞１０８から受け取った空気流を建物内へ運ぶように構成されたファンを含むことができるファンモジュール４１２を含む。ファンはまた、フード４２８を通して且つ通気口付き棟１０６の抽出点を通して戻すように、空気流を逆方向に動かすように構成されることができる。ベース部４３４はまた、通気口付き棟１０６の下に位置し且つ余分な空気が通気口付き棟１０６の１つ以上の抽出点を通して排出又は放出されることを誘導し且つ可能にするように構成されたダクトモジュール４１０を含む。

【0057】

次に図４２を参照すると、フード４２８の可動域が示されている。図示されるように、フード４２８（例えば、第１フード部４０２）は、ユニット４００の他のコンポーネントに対して第１フード部４０２が旋回（例えば、回転、延伸、伸張など）することを可能にするように構成された背面部４３２を含むことができる。例えば、背面部４３２（又はフード４２８の他のコンポーネント）は、フード４２８の勾配を調整するために柔軟な蛇腹状の材料から形成されることができる。例示的な実施形態では、第１フード部４０２は、少なくとも図４２に示されている範囲４３０の可動域を有する。一部の実施形態では、第１フード部４０２は、第２フード部４０６と実質的に同一面である勾配（すなわち、角度）から第１フード部４０２が実質的に垂直であり且つ第２フード部４０６の前縁部に対して平行である勾配まで延びる、旋回可能な範囲を有することができる。

【0058】

本明細書に記載されているいかなる制御システムも、塩素によって処理されていない水のためのレジオネラ菌対策を含む追加の制御機能を含むことができる。タンクの上部の温度が一時期低い場合に水タンク内に細菌が発生するのを防ぐために、制御装置が自動的に７日ごとに水の温度をチェックする。この期間に温度が目標温度（例えば、７０℃）を超えていない場合、細菌が死滅する目標温度まで水を加熱するために予備のシステムが始動される。その後、機能はリセットされる。他の追加の制御機能は、予備のシステムと同じ制御システムを用いる空気調節（ヒートポンプの使用を必要とする）、可逆ファン又は空気循環を用いる融雪、水循環と同じ制御システムを用いるプール／スパの加熱、熱エネルギーの測定、電力消費量、及び太陽光発電エネルギーの測定を含むことができる。

【0059】

例示的な実施形態によれば、本開示の太陽熱システムは、有利には、建物の加熱源を提供又は増強するために空気の太陽熱加熱を利用するべく建物の外部パネルを空気流チャンバー（例えば、空洞）と一体化する。太陽熱システムは、例として屋根パネル（例えば、瓦）を含むように示されているが、システムは、他の建築材料（例えば、サイディング、ファサードなど）に一体化され得る。全てのこのような変形は、本開示の範囲内にあることが意図されている。

【0060】

様々な例示的な実施形態に示される太陽熱システムの構成及び配置は例に過ぎない。本開示において一部の実施形態のみを詳細に説明してきたが、本明細書に記載された主題の新規な教示及び利点から著しく逸脱することなく、多くの変更（例えば、様々な要素の大きさ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、向きなどの変更）が可能である。一体的に形成されたものとして示されている一部の要素は、複数の部品又は要素で構成することができ、要素の位置は反転し又は他の方法で変えることができ、別個の要素又は位置の性質又は数は変更又は変化させることができる。あらゆるプロセス、論理アルゴリズム、又は方法ステップの順番又は順序は、代替的な実施形態に従って変えるか又は並べ直すことができる。他の置換、修正、変更及び省略も、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な例示的な実施形態の設計、動作条件及び配置で行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31A】

【図31B】

【図32】

【図33】

【図34A】

【図34B】

【図34C】

【図34D】

【図35A】

【図35B】

【図36】

【図37A】

【図37B】

【図37C】

【図37D】

【図38A】

【図38B】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】