JP7358705B2 - 太陽熱利用システムの設置構造 - Google Patents

Description

本発明は、太陽熱利用システムの設置構造に関する。

特許文献１には、住宅の屋根裏空間に太陽熱温水器が設置された太陽熱利用住宅が開示されている。この太陽熱利用住宅は、屋根部を通して太陽光から集熱し、屋根裏空間に配置された太陽温水器の内部の貯留水と熱交換を行うことで貯留水を温めている。そして、温められた貯留水が、送水管を通じて住宅内に供給され、給湯器や床暖房システムに利用されている。

特開２０１４－０４７５２９号公報

しかしながら、上記先行技術では、熱交換ユニットを含めた大型設備となる太陽温水器が屋根裏空間に配置されている。このため、住宅の建築後に太陽熱利用システムを設置する場合、屋根裏空間に連通する大きな開口を設ける必要が生じるため、工事が大掛かりとなり、設置作業が容易ではない。よって、この点において改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、住宅の建築後でも、容易に設置することができる太陽熱利用システムの設置構造を得ることが目的である。

第１の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、住宅の屋内に供給される流動体の流路に設けられ、屋外に設置されると共に内部に貯留された熱媒体と前記流動体の熱交換を行う熱交換ユニットと、チューブ状又はパイプ状をなし、集熱部を有し、屋根裏構造材に取り付けられて屋根裏空間の空気から集熱すると共に、両端部が前記熱交換ユニットに接続されて、前記熱媒体が内部を循環する集熱パイプと、を備えている。

第１の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造では、集熱部が屋根裏空間の屋根裏構造材に取り付けられる一方、熱交換ユニットが屋外に設置されている。この太陽熱利用システムでは、太陽熱で温められた屋根裏空間の空気が集熱部を介して内部を流動する熱媒体に伝達される。そして、温められた熱媒体は、集熱パイプの内部を循環して住宅の屋外に設置された熱交換ユニットの内部へ戻る構成とされている。これにより、熱媒体を通して太陽熱が熱交換ユニットに集められる。さらに、熱交換ユニットでは、温められた熱媒体と住宅の屋内に供給される流動体との間で熱交換が行われ、流動体が温められている。このように、集熱パイプの一部（集熱部）が屋根裏空間に配置され、熱交換ユニットが屋外に設置されることにより、屋根裏空間に大型の設備を設置する作業が不要となる。その結果、住宅のリフォーム等により、建築後に太陽熱利用システムを設置する場合に、工事が大掛かりとならない。

第２の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、第１の態様に記載の構成において、前記集熱部は、屋根材を支持する二以上の垂木にそれぞれ取り付けられている。

第２の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造では、集熱パイプの集熱部が、屋根裏空間に配置された二以上の垂木にそれぞれ取り付けられている。このため、集熱部の長さを充分に確保することができ、屋根裏空間から供給される熱量が増加する。

第３の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、第１の態様又は第２の態様に記載の構成において、前記集熱部は、前記集熱パイプの中間部をループ状に巻いて形成される複数の環状部を有する構成とされている。

第３の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造では、集熱部に複数の環状部を形成することにより、集熱部の表面積が増加されている。これにより、集熱部による熱の吸収効率が向上し、ひいては、太陽熱エネルギーの利用効率が向上される。

以上説明したように、第１の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、住宅の建築後でも、太陽熱利用システムを容易に設置することができるという優れた効果を有する。

第２の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、屋根裏空間からの集熱量を増加させることができるという優れた効果を有する。

第３の態様に係る太陽熱利用システムの設置構造は、集熱部による熱の吸収効率を向上させて太陽熱エネルギーの利用効率を向上させることができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る太陽熱利用システムの設置構造を概略的に示す全体図である。 図１に示す集熱パイプの集熱部を拡大して示す拡大斜視図である。 本実施形態に係る太陽熱利用システムのブロック図である。

以下、図１～図３を用いて、本実施形態に係る太陽熱利用システム１０の設置構造について説明する。まず、図１には、太陽熱利用システム１０が適用された住宅１２を概略的な断面図で示している。また、図３には、太陽熱利用システム１０のブロック図が示されている。

まず、図１及び図２を用いて、太陽熱利用システム１０が適用された住宅１２の概要について説明する。

（住宅）
図１に示されるように、住宅１２は、切妻屋根とされた屋根部１４と、屋根部１４の建物下方側に配置されて居室空間１６の天井面を構成する天井部１８を有している。また、屋根部１４と天井部１８の間の空間に屋根裏空間２０が形成されている。

屋根裏空間２０の内部には、屋根裏構造材としての棟木２２と複数の垂木２４が配置されている。この棟木２２と垂木２４は、屋根部１４の一部を構成している。

図２に示されるように、棟木２２は、屋根部１４の頂部に配置され、住宅１２の桁行方向を長手方向として配置された横架材である。この棟木２２には、複数の垂木２４の長手方向の一端が固定されている。複数の垂木２４は、平面視で棟木２２の長手方向と略直交する方向を長手方向として配置された梁材であり、棟木２２から住宅１２の軒桁（不図示）に向かって斜めに架け渡されると共に、棟木２２の長手方向に沿って略平行に配置されている。

次に、図１及び図３を用いて、太陽熱利用システム１０の概要について説明する。

（太陽熱利用システム）
太陽熱利用システム１０は、太陽熱で暖められた屋根裏空間２０の熱気を集熱する集熱パイプ２６と、集熱パイプ２６によって集められた熱を蓄熱する熱交換ユニット２８を含んで構成されている。

図１に示されるように、集熱パイプ２６は、チューブ状又はパイプ状に形成されると共に、配策方向の両端部が住宅の屋外に配置された熱交換ユニット２８に接続されている。集熱パイプ２６の大部分は、住宅１２の壁部３０を構成する外壁パネル３２に形成された開口部３４から壁部３０の内部に収容されている。また、集熱パイプ２６は、開口部３４を通って建物上方側へ延在され、長手方向の中間部が屋根裏空間２０内に配置されている。そして、当該中間部が後述する集熱部３６とされている。なお、図示はしないが、集熱パイプ２６は、壁部３０の内部に収納された部位、及び、屋外に露出され熱交換ユニット２８に接続される部位に断熱材が巻かれている。

この集熱パイプ２６は、熱交換ユニット２８の内部に貯留された不凍液を循環させる循環路とされている。具体的には、熱交換ユニット２８に貯留された不凍液を、ポンプ４０によって集熱パイプ２６の一端に送り出し、集熱パイプ２６の内部に供給された後、熱交換ユニット２８の内部に戻る構成となっている。なお、不凍液が本発明における「熱媒体」に相当する。

集熱部３６は、その表面積を増加させるために、集熱パイプ２６をループ状に巻いて環状にした複数の環状部３６Ａを有している。当該複数の環状部３６Ａは、二以上の垂木２４に取付部材（一例としてフック４２）を介してそれぞれ吊り下げられている。これにより、集熱部３６が、屋根裏構造材としての垂木２４に取り付けられている。なお、図１、図２では、説明の便宜上、屋根裏空間２０に配置された一の垂木２４に集熱部３６が取り付けられた構成を図示ししている。

住宅１２では、太陽熱によって温められた棟木２２や垂木２４から熱が伝達され、屋根裏空間２０の内部に熱気が閉じ込められる。上記構成の集熱部３６は、太陽を吸収した垂木２４の近傍に取り付けられ、集熱パイプ２６の内部を流動する不凍液を熱媒として、屋根裏空間２０の空気から集熱している。そして、不凍液が再び熱交換ユニット２８に戻ることで熱交換ユニット２８の内部に貯留された他の不凍液との間で熱交換が行われる。このように、集熱パイプ２６を通じて不凍液が循環されることにより、熱交換ユニット２８で屋根裏空間２０の熱が蓄熱される。

熱交換ユニット２８は、上述した通り、内部に貯留された不凍液を熱媒として屋根裏空間２０の熱気を蓄熱する蓄熱漕として屋外に配置されている。この熱交換ユニット２８は、住宅１２内の給湯システム４４に温水を供給するための給水路４６、及び、住宅１２内の床暖房システム５２に温められた不凍液を供給するための床下循環路５４の流路に設けられている。

給水路４６は、上述した熱交換ユニット２８と熱交換を行う熱交換路４８と、温水を貯留する貯湯タンク４９から住宅１２内の給湯システム４４に温水を送り出す送水路５０とを備えている。熱交換路４８は、一端が図示しない給水口に接続され、電磁弁５１の開閉によって内部に冷水が供給される。また、熱交換路４８の他端は、住宅１２の屋外に配置された貯湯タンク４９に接続されている。熱交換ユニット２８は、この熱交換路４８の途中に設けられ、熱交換路４８内を流動する冷水が、熱交換ユニット２８の内部で温められた不凍液との熱交換により温められる。これにより、貯湯タンク４９に温水が供給され、貯留される。さらに、この貯湯タンク４９から送水路５０へ温水が取り出され、住宅１２内の給湯システム４４に温水が供給される。

給湯システム４４は、図示しないボイラー等の補助熱源を備え、必要に応じて温水の追い炊きを行い、住宅１２の浴室やキッチン等に供給する。

一方、床下循環路５４は、床暖房システム５２の一部を構成しており、チューブ状又はパイプ状に形成されて、不凍液が流動可能とされている。一例として、床下循環路５４は、居室空間１６の床部５６に配置された図示しない床暖房パネルの内部に配置されており、居室空間１６の床部５６の一端側から他端側に向かってジグザグ状となるように配設されている。そして、床下循環路５４の配策方向の一端及び他端は、熱交換ユニット２８と接続され、電磁弁５８の開閉により床下循環路５４内へ供給された不凍液は、ポンプ６０を用いて熱交換ユニット２８へ戻る構成とされている。つまり、床部５６内を流れる不凍液は循環している。また、図示はしないが、上述した給湯システム４４と同様に、床暖房システム５２は図示しないボイラー等の補助熱源を備えている。これにより、必要に応じて不凍液の加熱を行い、床部５６の温度を調節可能とされている。

（作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

本実施形態の太陽熱利用システム１０の設置構造では、集熱部３６が屋根裏空間２０の垂木２４に取り付けられる一方、熱交換ユニット２８が屋外に設置されている。この太陽熱利用システム１０は、太陽熱で温められた屋根裏空間２０の空気から熱が伝達されて、集熱パイプ２６の集熱部３６を通る不凍液が温められている。また、温められた不凍液は、集熱パイプ２６の内部を循環して住宅１２の屋外に設置された熱交換ユニット２８の内部へ戻る。これにより、不凍液を熱媒として、太陽熱が熱交換ユニット２８に集熱される。

さらに、この熱交換ユニット２８では、屋内に供給される冷水及び不凍液との間で熱交換が行われる。具体的には、集熱パイプ２６から熱交換ユニット２８へ戻る不凍液によって熱交換ユニット２８に貯留された不凍液との熱交換が行われ、熱交換ユニット２８内の不凍液が温められる。そして、この温められた不凍液と屋内の給湯システム４４に供給される冷水との間で熱交換が行われ、温水が得られる。一方、熱交換ユニット２８内の温められた不凍液が、屋内の床暖房システム５２に供給されている。

上述した構成によれば、屋根裏空間２０に集熱部３６のみを配置することにより、熱交換ユニット２８等大型の設備を、屋根裏空間２０に設置する作業が不要となる。その結果、住宅のリフォーム等により、建築後に太陽熱利用システム１０を設置する場合に、工事が大掛かりとならず、容易に行うことができる。

また、本実施形態では、集熱パイプ２６の集熱部３６が、屋根裏空間２０に配置された二以上の垂木２４に取り付けられている。このため、集熱部３６の長さを充分に確保することができ、屋根裏空間２０から供給される熱量を増加させることができる。

また、本実施形態では、集熱部３６に複数の環状部３６Ａを形成することで、集熱部３６の表面積を増加させている。これにより、集熱部３６による太陽熱の吸収効率が向上し、ひいては、太陽熱エネルギーの利用効率が向上される。

また、本実施形態では、給湯システム４４に供給される温水が貯留された貯湯タンク４９が、熱交換ユニット２８と同様に、屋外に設置されている。このため、住宅内に大型の貯湯タンク４９を設置する構造と比べて居室空間１６を広く確保できる。また、貯湯タンク４９を屋外に設置することにより、住戸内に入らずに大型設備の設置を行うことができるため、設置作業が容易になる。

また、本実施形態では、集熱パイプ２６の大部分が住宅１２の壁部３０の内部に配置されているため、集熱パイプ２６が外気の温度差による影響を受けにくく、遮熱効果が高められている。これにより、不凍液による太陽熱の伝達効率を向上させることができる。

[補足説明]
上記実施形態では、集熱部３６が垂木２４に取り付けられる構成としたが、これに限らず、棟木２２に取り付けられる構成としてもよい。また、集熱部が二以上の垂木２４にそれぞれ取り付けられる構成としたが、一の垂木２４に取り付けられる構成としてもよい。

また、上記実施形態では、太陽熱利用システム１０に、給湯システム４４と床暖房システム５２が含まれる構成となっている。しかし、本発明はこれに限らず、給湯システム４４と床暖房システム５２の何れか一方を含む構成としてもよい。つまり、熱交換ユニット２８が、給水路４６の流路にのみ設けられる構成としてもよいし、熱交換ユニット２８が、床下循環路５４の流路にのみ設けられる構成としてもよい。

また、上記実施形態の床暖房システム５２では、床下循環路５４を不凍液が循環する構成としたが、本発明はこれに限らず、床下循環路を温水が循環する温水式の床下暖房システムとしてもよい。この場合、床下循環路の配策方向の一端及び他端が上記実施形態の貯湯タンク４９に接続される構成とし、貯湯タンク４９から床下循環路内へ温水が供給される構成としてもよい。

１０ 太陽熱利用システム
１２ 住宅
２０ 屋根裏空間
２２ 屋根裏構造材（棟木）
２４ 屋根裏構造材（垂木）
２６ 集熱パイプ
２８ 熱交換ユニット
３６ 集熱部
３６Ａ環状部
４６ 給水路（流路）
５４ 床下循環路（流路）

Claims (3)

1. 住宅の屋内に供給される流動体の流路に設けられ、屋外に設置されると共に内部に貯留された熱媒体と前記流動体の熱交換を行う熱交換ユニットと、
   チューブ状又はパイプ状をなし、両端部が前記熱交換ユニットに接続されて、前記熱媒体が内部を循環する集熱パイプと、を備え、
   前記集熱パイプは、前記住宅の屋根部の梁材を構成する屋根裏構造材に取り付けられて屋根裏空間の空気から集熱する集熱部を有し、該集熱部は、前記集熱パイプの中間部をループ状に巻いて形成される複数の環状部を有しており、
   前記屋根裏構造材には、延在方向に沿って複数の取付部材が配置され、該取付部材を介して、前記屋根裏構造材から前記複数の環状部が吊り下げられている、
   太陽熱利用システムの設置構造。
2. 前記屋根裏構造材は、前記屋根部の屋根材を支持する二以上の垂木で構成されている、 請求項１に記載の太陽熱利用システムの設置構造。
3. 前記取付部材は、フック状に形成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の太陽熱利用システムの設置構造。