JP4323998B2 - 集熱アルミ瓦 - Google Patents
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Description
図14は上記システムの1例を示すもので、瓦は一般の陶器瓦が使用されている。図14のシステムでは、屋根上に敷きつめられた陶器瓦と野地板間の空間が集熱用循環空気の集熱通路62となっており、循環空気は太陽熱を吸収してあたたかくなった陶器瓦の裏面の熱を吸収することで熱せられて、集熱通路62の中を矢印のように屋根の上方へと上昇する構成となっている。
屋根の下方から上方へと上昇してきたあたためられた循環空気は、屋根の最上部に設けられた棟ダクト64に集められ、熱交換器65により立ち下がりダクト67を経由して床下へと送られる。床下や壁面には、蓄熱装置(図示せず)が設けられていて、屋根の瓦であたためられた循環空気の熱が蓄熱される。また、循環空気の一部は床の吹出口69から室内に流れ出し室内の暖房として利用された後、部屋の上部に設けられた室内空気循環口68から回収されて熱交換器を経由して循環通路63へと送られる。
上記システムで陶器瓦は、瓦の表面で太陽熱を吸収し、裏面で集熱用循環空気に対して放熱する機能をもっている。
また、陶器瓦の他に金属製の瓦なども存在するが上記のソーラーシステムハウス用に熱交換率を考慮しているものではない。
本発明は上記の実状に鑑み開発されたもので、ソーラーシステムハウスにおいて、瓦の表面で太陽熱を効率よく吸収し、裏面で集熱用循環空気に対して効率よく放熱する熱交換率のよいアルミ瓦を提供することを課題としている。
アルミ瓦の本体部と裏面の凸部とが一体的に形成されているので、太陽熱であたためられたアルミ瓦の表面の熱が、本体部を経由して効率よく裏面の凸部に伝導され、立設している多数の凸部から集熱用循環空気に対して放熱されることとなる。
多数の板状のフィンを上記のように形成することで瓦裏面の放熱面積が大きくなり、フィンの周辺を通過する集熱用循環空気に対する瓦の放熱効率を上げることとなる。さらに、フィンの向きは通過する集熱用循環空気の流れを妨げることがないように通気方向に対して平行に立設されている。しかし、集熱用循環空気に対する瓦の放熱効率を上げるという目的からは、集熱用空気を単なる層流ではなく乱流として空気の流速を遅くしてフィンから集熱用空気への放熱効率を上げことが必要である。そのため、フィンを千鳥状に配置して乱流を作り出すという方法をとっている。
裏面に立設されている凸部を上記のように形成することで瓦裏面の放熱面積が大きくなるので、凸部の周辺を通過する集熱用循環空気に対する瓦の放熱効率を上げることができる。
アルミ瓦本体部の裏面に立設されている放熱用のフィンや円柱形あるいは楕円柱形のピンの高さに傾斜を持たせることにより、図12に示すように、集熱用循環空気が通過する空気通路12を野地板9と屋根上に葺き合わせた集熱アルミ瓦20とで構成することができる。この場合は空気通路12を形成するとき隔壁を設ける必要がないので隔壁の材料費の削減や施工費の低減につながる。
従って、屋根上に葺き合わせたときには、外観上通常の瓦と同じであるが裏面に放熱用凸部が形成されているので集熱瓦として優れた特性をもっている。
瓦の表面に突条が形成されることにより従来の表面が平面的に形成されている瓦に比較して太陽光の当たる表面積が多くなるので瓦の太陽熱の集熱効果が高まり、本体部を経由して裏面の立設している凸部に、より多くの熱が伝導されるので集熱アルミ瓦としての性能が向上する。
この表面構造も、表面積を大きくするために上記の突起物を形成しているもので、瓦の表面の表面積を広くすることで平面状のアルミ瓦と比較して太陽光が当たる面積が広くなり太陽熱をより多く集熱することができる。
この表面構造も、表面積を大きくするために上記の溝を形成しているもので、瓦の表面の表面積を広くすることで平面状のアルミ瓦と比較して太陽光が当たる面積が広くなり太陽熱をより多く集熱することができる。
これらの模様が形成されることで、太陽光の当たる表面積が広くなるので太陽熱をより多く集熱することができる。
アルミ瓦は従来の陶器瓦に比較すると、同じ大きさで約1/4の重量である。
また、強度は約2倍である。従って、多連式とすることで瓦製作および施工における効率化を図ることができる。
前述のように、アルミ瓦は重量や強度の点から多連瓦とする効果は大きい。異なる形状のものを組み合わせた多連瓦であっても、施工における効率化を図ることができる。
従って、同一段に葺き合わせた瓦は桟部と差込み部を密着して重ね合わせた状態となり、さらに、尻部は上段に葺き合わせた瓦の頭部により密着して覆われるので、瓦の裏面から表面にあたためられた集熱用循環空気が漏れにくい構造となっている。
従って、屋根の下方から空気通路12を上昇してきた集熱用循環空気は瓦固定枠11に遮られることなく、上段に葺き合わされたアルミ瓦の空気通路へと上昇していくことができる。
集熱アルミ瓦の材質としては熱伝導率のよいアルミ合金を使用し、かつ、瓦の本体部の表面と裏面に、例えば突条からなる集熱効果を高める突起物とフィンからなる放熱効果を高める凸部が形成されていて、さらに、集熱アルミ瓦の裏側に直に集熱用空気の通路を形成しても集熱用空気が外部に漏れにくく、また、集熱用空気が空気通路を下部から上部へと滞りなく流れる瓦の構造としたので、従来の瓦に比較して太陽熱の集熱効果が高まり、さらに集熱用空気に対する放熱効果も著しく向上した集熱アルミ瓦となっている。
また、集熱アルミ瓦を多連構成とした場合には、製作および施工時の効率が上がるので、より安価な集熱アルミ瓦を提供することが可能となる。
図1は、本発明に係る実施の形態の基本的な集熱アルミ瓦の構造図で、単体の集熱アルミ瓦を表面から見た斜視図であり、図2は図1の集熱アルミ瓦を裏面から見た斜視図である。
図1および図2に示すように、集熱アルミ瓦10は本体部1と差込み部5と桟部6と表面の突条2と裏面の凸部3とから構成されている。
図1及び図2の集熱アルミ瓦10は、本体部1の表面の突条2として、断面形状が山形の複数の突条が本体部1の尻部7から頭部6にかけて等間隔で形成されていて、裏面の凸部3として多数の板状のフィンが形成されている場合を示している。そして、突条2と凸部3は本体部1と一体的に形成されている。
図1の集熱アルミ瓦10を勾配が30°の屋根上に葺き合わせた時の状態を図11に屋根の勾配方向の断面形状で示す。
図11において、複数の集熱アルミ瓦10はボルト(またはネジ)で瓦固定枠11に固定されており、葺き合わせた集熱アルミ瓦10の裏面側には、集熱アルミ瓦10と隔壁13とで囲まれた集熱用循環空気の空気通路12が屋根に沿って形成されていて、空気通路12内の集熱用循環空気は屋根の下部において、集熱アルミ瓦10の熱により暖められて空気通路12を屋根の上部へと上昇してくる構成となっている。
このとき、葺き合わせた集熱アルミ瓦10の裏面の凸部3である多数のフィンは、空気通路12に下向きに張り出した構成となっているがフィンの向きは通過する集熱用循環空気の流れを妨げることがないように、フィンの面が通気方向と平行になるように立設されている。
さらに、フィンを千鳥状に配置し、集熱用循環空気の流れを乱流にして集熱用循環空気の流れを遅くすることにより、フィンから集熱用循環空気への放熱効率を上げている。
また、凸部3は上記のフィンや円柱形または楕円柱形のピンに限定されるものではなく、瓦裏面の放熱面積を広くして集熱用循環空気に対して瓦の放熱効率を上げる構造物であればよい。例えば、複数の半円形の小さい突起物、流線型の翼状のフィン等を形成したものでもよい。
図4は、円柱形の高さの低い突起9が形成されている表面形状を図示したものである。
集熱アルミ瓦の表面形状は、太陽光の当たる面積を広くして瓦の集熱効率を上げること が目的なので、瓦本来の機能(雨水を滞りなく流すこと)を妨げるものでなければ前述の形状に限定されるものではない。
集熱アルミ瓦10は、本体部1と表面の突条2と裏面の凸部3とはアルミダイカスト用のアルミ合金(ADC−1相当)を使用している。
アルミ合金(ADC−1)は、図13に示すように、陶器製瓦や他の金属製瓦(軟銅やステンレス)に比較して熱伝導率がよいので太陽熱を瓦表面で集熱して裏面で放熱する上で陶器製瓦や他の金属製瓦より効率が極めてよい材質である。
なお、本実施例1では、アルミ瓦の材質としてADC−1を使用しているが、材質としてはADC−1に限定されるものではなく、ADC−10、ADC−12など、強度、重量、熱伝導率および加工のし易さ等を考慮して選定したものであればよい。
図5および図6において、集熱アルミ瓦10の縦方向の長さLは350mm、横幅Wは338mm、高さHは27mmである。
本体部1の表面に形成されている突条2の長さaは210mmで、幅は6mm、高さは3mmで断面形状は半円形である(図5のA部X−X断面拡大図参照)。
裏面に形成されている凸部3であるフィンの長さbは40mm、厚さtは2.5mm、高さhは12mmであり、図6の平面図に示すように千鳥状に配列されている。本発明の集熱アルミ瓦はアルミダイカストで製造されるので、実施例1のように凸部3を板状の フィンで形成する場合は、フィンは図5のA部X−X断面拡大図に示されているように本体部1と結合する根元部分は厚くて先端が薄い抜勾配の構造となっている。
なお、集熱アルミ瓦10の重量は約1Kgである。
図7において、集熱アルミ瓦K1とK2は同一段に葺き合わせた瓦であり、K3とK4は、その上段に葺き合わせた瓦である。K1の差込み部4は隣接のK2の桟部5により覆われ、重ね合わされて、釘穴8を挿通しているボルト(図示せず)により野地板15に取り付けられている瓦固定枠11に固定される。このようにして順次隣接の瓦を重ね合わしてK1、K2と同一段の瓦が葺き上げられる。
次に、図7及び図8に示すように、上段の瓦K3の下向きに湾曲した頭部6が、K1及びK2の尻部7を密着して覆うように重ね合わせ、瓦K3をボルト(図示せず)により瓦固定枠11に固定する。このようにして、K3、K4の順に葺き合わせていく。
上記のように、集熱アルミ瓦10を葺き合わせた場合、瓦裏面のフィンの先端と隔壁13との間隔は5mmとしている。また、尻部7の内側先端と隔壁13との間隔も10mmを確保する瓦構造としているので、図8の断面図で矢印で示すように集熱用循環空気は、滞ることなく空気通路12を上方へとフィンの熱を吸収して暖められながら上昇していく構成となっている。
実施例1の集熱アルミ瓦は、図11に示すように屋根の野地板15と葺き合わせた集熱アルミ瓦10との間に隔壁13を設けて集熱用空気の通路を絞り込んだ空気通路12を対象としたものであるが、瓦と野地板との間に隔壁等は設けず、図12に示すように、屋根上に葺き合わせた瓦と野地板との間をすべて集熱用空気の通路とする方法もある。本変形態様の集熱アルミ瓦はそのような集熱用空気の通路を対象としたものである。
本変形態様の集熱アルミ瓦20は、請求項5に記載の発明に係わる集熱アルミ瓦であり、裏面の平面図と側面図を図9に示す。表面は図示していないが実施例1のアルミ瓦10と同じ構成(図5参照)である。
本変形態様の集熱アルミ瓦20が実施例1の集熱アルミ瓦10と異なる点は、凸部3であるフィンの高さで、集熱アルミ瓦10のフィンの高さは全て同じ高さであるのに対して、集熱アルミ瓦20の場合は、上端側のフィンと下端側のフィンの高さが異なり一定の傾斜がつけられていることである。
すなわち、最も高いフィンは、上端側(頭部6側)のフィンでその高さは本体部1の裏面から50mmである。下端側(尻部7側)のフィンが最も低くなっており、上端側のフィンから下端側のフィンにかけて直線的に一定の傾斜がつけられている。このため、図12に示すように本変形態様のアルミ瓦20を葺き合わせたとき、すべてのフィンの先端は、集熱用空気の通路の下辺である野地板15の近くまで張り出している。従って、集熱用空気に対して効率よく瓦の熱を伝達することができる構造となっている。
集熱アルミ瓦20の寸法は、縦方向の長さLは350mm、横幅Wは338mm、フィンの長さbは40mm、本体部1の表面からの高さH2は39mm、H3は62mmである。
集熱アルミ瓦50は、本体部1の表面に断面形状が台形の突条2が形成された瓦を横に2枚連なった形で金型で一体成形で製作したものである。裏面には凸部3(図示せず)が形成されていて、横方向外形寸法Wtは640mm、縦方向外形寸法Ltは345mmである。
アルミ瓦は陶器瓦に比較すると軽く、約1/4の重量で、強度の点では陶器瓦の2倍の強度があるので、2連瓦あるいは2連以上の多連瓦とすることが可能で多連瓦とすることで製作および施工時の効率を向上させることができる。
なお、実施例2は、同一形状の瓦を横に複数枚連続して形成したものであるが、同一形状の瓦を縦に複数枚連続して形成してもよい。縦に複数枚連続して形成した多連瓦は、製作および施工時の効率を向上させるとともに、上段と下段の瓦の葺き合わせ部が少なくなるので雨水進入防止や風による瓦の吹き上げ防止の効果が大きいという利点もある。
異なる形状の瓦を組み合わせるので、製造上は単瓦の製造と比較して手間や費用の点ではあまり効果は期待出来ないものの、施工上及び機能上は多連瓦とする効果は大きい。
2:突条 65:熱交換器
3:凸部 66:ダンパー
4:差込み部 67:立下がりダクト
5:桟部 68:室内空気循環口
6:頭部 69:吹出口
7:尻部 K1,K2,K3,K4:集熱アルミ瓦10
8:釘穴
9:円柱形突起
10,20,30,40,50:集熱アルミ瓦
11:瓦固定枠
12:空気通路
13:隔壁
14:防水シート
15:野地板
60:ソーラーシステムハウス
61:瓦
62:集熱通路
63:循環通路
Claims (13)
- 屋根上に複数枚葺き合わせて使用するアルミ瓦であって、
屋根を覆う本体部と、
該本体部の裏面に互いに間隔を隔てて立設された板状のフィンである複数の凸部と、を備え、
該フィンの面は前記本体部の上端側から下端側に向かう方向に平行に形成され、かつ、複数の前記フィンが千鳥状に配置され、その高さが尻部と頭部で異なり、尻部から頭部にかけて一定の傾斜をつけて形成されていることを特徴とする集熱アルミ瓦。 - 屋根上に複数枚葺き合わせて使用するアルミ瓦であって、
屋根を覆う本体部と、
該本体部の裏面に互いに間隔を隔てて立設された円柱形または楕円柱形のピンである複数の凸部と、を備え、
前記ピンは、その高さが尻部と頭部で異なり、尻部から頭部にかけて一定の傾斜をつけて形成されていることを特徴とする集熱アルミ瓦。 - 前記本体部の表面は、平面であることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記本体部の表面は、複数の突条が前記本体部の上端側から下端側に向かって形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記突条は、断面形状が半円形、台形または矩形であることを特徴とする請求項4に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記本体部の表面は、半球形、小判形、円柱形または楕円柱形の複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記本体部の表面は、複数の凹状の溝が前記本体部の上端側から下端側に向かって形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記本体部の表面は、波形模様、風紋状模様あるいはディンプル模様が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記アルミ瓦は、同一形状のものを横または縦に複数枚連続して形成した多連式瓦であることを特徴とする請求項1〜7に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記アルミ瓦は、異なる形状のものを横または縦に複数枚連続して形成した多連式瓦であることを特徴とする請求項1〜7に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記アルミ瓦は、前記本体部に連続して差込み部と桟部が延設されていて、屋根上に葺き合わせたとき、該桟部が同一段の隣接する前記アルミ瓦の差込み部を密着して覆い、該差込み部が同一段の隣接する前記アルミ瓦と反対側の前記アルミ瓦の桟部により密着して覆われる構成であることを特徴とする請求項1〜10に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記アルミ瓦は、屋根上に葺き合わせたとき、尻部が上段に葺き合わした前記アルミ瓦の頭部により密着して覆われる構成であることを特徴とする請求項1〜11に記載の集熱アルミ瓦。
- 前記アルミ瓦は、屋根上に葺き合わせたとき、該アルミ瓦を固定する固定枠と該アルミ瓦の前記本体部裏面との間に空気流通空間が確保される構成であることを特徴とする請求項1〜12に記載の集熱アルミ瓦。
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