特許 7406335 太陽熱集熱装置

(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】

(24)【登録日】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(54)【発明の名称】太陽熱集熱装置

(51)【国際特許分類】

   F24S 60/00 20180101AFI20231220BHJP

   F24S 10/70 20180101ALI20231220BHJP

   F24S 20/60 20180101ALI20231220BHJP

   F24S 80/60 20180101ALI20231220BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20231220BHJP

   F28D 20/00 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

F24S60/00

F24S10/70

F24S20/60

F24S80/60

F28D15/02 101E

F28D20/00 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019186918

(22)【出願日】2019-10-10

(65)【公開番号】P2021063598

(43)【公開日】2021-04-22

【審査請求日】2022-08-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(74)【代理人】

【識別番号】100141243

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 靖夫

(72)【発明者】

【氏名】新井 勘

(72)【発明者】

【氏名】淵▲崎▼ 礼奈

【審査官】伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０２９７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１６７８５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５７－０９１０６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５８－１４５８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９０６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６９１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９２９７１９９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｓ ６０／００

Ｆ２４Ｓ １０／７０

Ｆ２４Ｓ ２０／６０

Ｆ２４Ｓ ８０／６０

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｆ２８Ｄ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光を透過可能な筒体と、
前記筒体の軸方向に沿って延長し、前記筒体の開口及び前記筒体への前記太陽光の透過を維持して前記筒体の一部を収容可能な筒体収容部を有する蓄熱体と、
前記蓄熱体の軸方向に沿って延長し、前記筒体の開口及び前記筒体への前記太陽光の透過を維持して前記蓄熱体を収容可能な蓄熱体収容部を有する断熱体と、
を備え、
前記蓄熱体における前記筒体の軸方向に沿って延長する表面が大気中に露出し、
前記筒体の一端側が大気に開放され、他端側が空調の対象空間に接続された太陽熱集熱装置。

【請求項2】

前記蓄熱体における前記筒体の一部と接する前記筒体収容部の表面及び前記筒体の軸方向に沿って延長する表面が黒色である請求項１に記載の太陽熱集熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光によるエネルギーを空調に利用することができる太陽熱蓄熱装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、熱媒体を封入したヒートパイプを真空管に挿入した太陽熱集熱装置が知られている。これは熱媒体の状態変化に伴う移動を利用したものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】富士エネルギー株式会社 製品情報 真空ガラス管形（ヒートパイプ形）太陽集熱器 ［２０１９年７月２６日検索］インターネット＜http://fujiene.com/?page_id=30＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前記太陽熱集熱装置は熱媒体の熱の移動や変換に伴い、熱量に損耗が生じるため太陽光から得られる熱量を十分に利用できるものではない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で効率良く太陽光の熱を空調に利用可能な太陽光蓄熱装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するための太陽熱集熱装置の構成として、太陽光を透過可能な筒体と、筒体の軸方向に沿って延長し、筒体の開口及び筒体への太陽光の透過を維持して筒体の一部を収容可能な筒体収容部を有する蓄熱体と、蓄熱体の軸方向に沿って延長し、筒体の開口及び筒体への太陽光の透過を維持して蓄熱体を収容可能な蓄熱体収容部を有する断熱体とを備え、蓄熱体における筒体の軸方向に沿って延長する表面が大気中に露出し、筒体の一端側が大気に開放され、他端側が空調の対象空間に接続された構成とした。
本構成によれば、熱媒体を介する必要がないため、熱損失を抑えることができるとともに特別な熱交換設備を設ける必要がない。また、一般的な空気式太陽熱集熱装置のような通風層を設ける必要がないため、既存建物等にも容易に導入することができる。また、日射を蓄熱体に直接照射させることができる。
また、蓄熱体における筒体の一部と接する筒体収容部の表面及び筒体の軸方向に沿って延長する表面が黒色である構成とした。
本構成によれば、日射を効率良く蓄熱体に吸収させることができる。

【0006】

なお、上記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】太陽熱集熱装置の概念図である。

【図2】太陽熱集熱装置の作用を示す図である。

【図3】太陽熱集熱装置の作用を示す図である。

【図4】太陽熱集熱装置の実施例を示す図である。

【図5】太陽熱集熱装置の設置例を示す図である。

【0008】

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本実施形態に係る太陽熱集熱装置１の概略構成図、及び分解斜視図である。以下、図１に基づいて太陽熱集熱装置１について説明する。
本実施形態に係る太陽熱集熱装置１は、筒体２と、蓄熱体４と、断熱体６とを備える。

【0010】

以後の説明において、蓄熱体４の辺Ａ１の寸法を幅Ｗとし、その方向をｘ方向という。また、辺Ａ１に直交する辺Ａ２の寸法を厚さＨとし、その方向をｚ方向という。さらに、軸ｃ方向の長さ寸法については長さＬとし、その方向をｙ方向という。

【0011】

筒体２は内径及び外径がｙ方向（軸方向）に一定であり、太陽光を透過可能な素材であれば良く、例えば、ガラス管または樹脂管等で構成される。
なお、筒体２は直管でも曲管でもよく、断面形状が楕円形上でもよい。さらに、部分ごとに管の太さが変わってもよい。さらに、後述の蓄熱体４及び断熱体６は、筒体２に形状に対応するように適宜形状を変化させれば良い。
筒体２は、一端側を後出する集合管８４に接続できるようにし、他端側を大気を取り入れるために、開放させておく。開放させた端部には、適宜フィルター等を取り付けても良い。筒体２は、開放させた端部から取り入れられた空気が、集合管８４を介して空調対象の空間に流通可能に空調機等に接続される。

【0012】

蓄熱体４は、ｙ方向と直交する平面内において辺Ａ１，Ａ２からなる矩形状となるように形成され、ｙ方向に延長した長尺の部材である。蓄熱体４は、面４ａ側に筒体２を収容するための凹部４０を備える。凹部４０は、筒体２の開口、及び筒体２への太陽光の透過を維持するように、筒体２の一部を大気中に露出させ、他部を収容可能に形成される。蓄熱体４は、日射による熱エネルギーを蓄えることができる蓄熱素材により構成される。好ましくは、凹部４０の表面４０ａ及び平面部４４；４４は黒色に彩色されているとよい。なお、蓄熱体４そのものの色が黒色である場合には、あえて彩色しなくても良い。

【0013】

凹部４０は、図１（ｂ）に示すように、断面視において筒体２の外周面の一部が密着するように、外周面の形状に倣って形成される。本実施形態では、筒体２の外形形状に合致する円弧状または半円弧状の断面として形成される。さらに、凹部４０は筒体２の円の中心が、２つの平面部４４；４４で形成される一つの平面上に位置するように形成される。即ち、凹部４０は、筒体２を収容する筒体収容部として機能する。筒体２は蓄熱体４のｙ方向に沿って、蓄熱体４の凹部４０に収容される。

【0014】

蓄熱体４の寸法は、例えば、幅Ｗが筒体２の外径寸法Ｄ１よりも長く、厚さＨが外径寸法Ｄ１の半分よりも長く、また、長さＬが筒体２の長さと同じに設定される。これにより、筒体２の一部は蓄熱体４に埋没され、残りが蓄熱体４から突起するように収容される。本実施形態では、凹部４０に筒体２を収容したときに、凹部４０の面４ａと、筒体２の中心とが面一となるように半円状に形成される。つまり、筒体２は中心よりも上部の半円弧が蓄熱体４から突起するように収容される。なお、筒体２はその両端または一端側にダクト等を接続する場合がある。この場合は、接続するダクト等の長さを考慮し適宜、筒体２に対する蓄熱体４の長さを変更してもよい。

【0015】

尚、上記実施例では蓄熱体４に対して筒体２を１本収容する構成としているが、蓄熱体４に対してｘ方向に並列で複数本収容しても構わない。

【0016】

断熱体６は底部６２と底部６２から立ち上がる壁部６４と６６からなる断面視が凹状の部材であり、底部６２，壁部６４，壁部６６に囲まれ、蓄熱体４を収容する蓄熱体収容部（以下、単に収容部という）６０を有する。

【0017】

収容部６０の面６２ａ，６４ａ，６６aは蓄熱体４の面４ｃ，４ｂ，４ｄとそれぞれ対応し、同一の寸法を有している。また収容部６０のｙ方向の長さは蓄熱体４のｙ方向の長さは同一の寸法値を有している。

【0018】

すなわち、収容部６０の幅、厚さは蓄熱体４の幅Ｗ、厚さＨと等しい構成となっている。
これにより、収容部６０は面６２ａ，６４ａ，６６ａを蓄熱体４の面４ｃ，４ｂ，４ｄと互いに接触するようにして、蓄熱体４を収容する。

【0019】

また、断熱体６は蓄熱体４に蓄えられた熱の損失を防ぐ断熱性を有する素材とすることが望ましい。例えば雨水などを吸水しない発泡系の断熱材などを用いることが好ましい。

【0020】

なお、断熱体６の剛性が不足する場合は、断熱体６を保護するための枠体を設けてもよい。
この場合、枠体の剛性は断熱体６の剛性よりも高い素材を用いればよい。

【0021】

太陽熱集熱装置１は冬季においては暖房用の熱源として利用することができ、夏季特に夜間は冷房として利用することができる。以下、図２及び図３を用いて、上記の利用における太陽熱集熱装置１の作用について説明する。

【0022】

図２は冬季の日中での作用を示すものである。
太陽熱集熱装置１は日射を受けることができる場所、例えば建物の屋上や壁面などに設置される。

【0023】

図２に記載のｆ１は太陽からの日射を表し、ｆ２は筒体２を透過し、凹部４０の表面４０ａまでに到達する日射（以下、透過日射という）を表し、ｆ３は蓄熱体４から放射される放射熱を表す。

【0024】

筒体２内の空気は日射ｆ１によって直接的に暖められ、また、蓄熱体４は透過日射ｆ２と蓄熱体４の平面部４４への日射ｆ１によって暖められる。

【0025】

前記、暖められた蓄熱体４は、日射ｆ１と透過日射ｆ２による熱、或いは日射ｆ１による熱を蓄積するとともに、放射熱ｆ３を放射する。そして、放射された放射熱ｆ３は筒体２を透過し、筒体２内の空気へ伝導される。
これにより、筒体２内の空気は暖められる。

【0026】

すなわち、筒体２内の空気は日射ｆ１および放射熱ｆ３にて効率よく暖められる。
また、蓄熱体４は日射ｆ１や透過日射ｆ２などにより暖められ、その熱を蓄積している。これにより、例えば夜間あるいは雨天時などで日射がない場合においても放射熱ｆ３により筒体２内の空気を暖めることができる。

【0027】

図３は夏季の夜間での作用を示すものである。
太陽熱集熱装置１は日射を受けることができる場所、例えば建物の屋上や壁面などに設置される。

【0028】

図３に記載のｆ４は蓄熱体４の平面部４４から放射冷却現象により放射される熱（以下、放射熱という）を表し、ｆ５は筒体２内から蓄熱体４へ伝わる熱（以下、伝達熱という）を表す。

【0029】

太陽熱集熱装置１は、例えば、夜間に次のように機能させることができる。
夜間、蓄熱体４の平面部４４からの放射熱ｆ４が外気に放射される（放射冷却現象）。この放射冷却現象により、蓄熱体４の温度が、外気温度より低い場合、蓄熱体４の平面部４４からの放射熱ｆ４が外気に放射され、蓄熱体４が冷却される。これにより、筒体２内の空気から蓄熱体４に向け伝達熱ｆ５が伝達され、筒体２内の温度が外気温度よりも低下する。この冷却された筒体２内の空気を室内に取り込むことにより、室内の夜間冷房に利用することができる。

【0030】

また、蓄熱体４の温度が筒体２内の空気の温度よりも低くなる前の段階では、蓄熱体４の熱により筒体２内の空気が温められる。筒体２内の空気は、温められた結果、浮力を得て開放された一端から大気中に放出される。その際、室内側に、ガラリ（図外）等から空気を取り込むことで、自然換気を行うことができる。

【0031】

図４は太陽熱集熱装置１の実施例を示す図である。
図４に示すように、太陽熱集熱モジュール１００は複数の太陽熱集熱装置１とヘッダー８０及び太陽熱集熱装置１とヘッダー８０を連結する接続する接続管８２から構成される。

【0032】

太陽熱集熱装置１は筒体２の開口が同一方向になるように向けられ、上記開口にヘッダー８０内の集合管８４にとりつけられた接続管８２が挿入される。接続管８２は集合管８４に太陽熱集熱装置１のｘ方向に複数個、取り付けされている。即ち、太陽熱集熱装置１はヘッダー８０に対して複数個、並列に連結される。なお、複数の太陽熱集熱装置は接続管８２以外の部分で図外の連結手段により連結させても構わない。太陽熱集熱装置１は、例えば、ヘッダー８０に対してＸ方向に並列に設置したり、さらに、Ｙ方向に複数の太陽熱集熱装置１を接続しても良い。

【0033】

集合管８４は給気口８６と一体に形成され、給気口８６からファン（図５参照）を介して建物内の対象空間に対して前述の暖められた筒体２内の空気を搬送する。

【0034】

太陽熱集熱モジュール１００は日射を受けることができる場所であれば設置場所を限定されない。図５に示すように建物の屋上や外壁に所定の傾斜角で取り付けることができる。

【0035】

太陽熱集熱モジュールは複数の太陽熱集熱装置を並列に連結していればよく、連結されるそれぞれの太陽熱集熱装置の構成は筒体２，蓄熱体４，断熱体６を最小単位とすればよく、最小単位を複数個直列に連結しても構わない。

【符号の説明】

【0036】

１ 太陽熱集熱装置、２ 筒体、４ 蓄熱体、６ 断熱体、８０ ヘッダー、
８２ 接続管、８４ 集合管、８６ 給気口、
ｆ１ 日射、ｆ２ 透過日射、ｆ３ 放射熱、ｆ４ 放射熱、ｆ５ 伝導熱。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】