(57)【要約】  【課題】太陽集熱を低搬送動力で制御性よく行うとともに、利用価値の高い高温の熱を必要分だけ低いエネルギーで得ることができ、また、集熱された太陽熱を必要分のみ利用することが可能で、また、太陽電池パネルの均一な冷却を行うことが可能なソーラーヒートポンプシステムを実現する。  【解決手段】太陽熱を集熱する集熱器１、集熱器１に熱的に接続され揮発性媒体を吸着し揮発性媒体の蒸気を内部に流通させる吸放熱器２、蒸気を凝縮して貯蔵する貯蔵部５、吸放熱器２と貯蔵部５を接続する揮発性媒体流路３、を有する吸放熱サイクル装置と、圧縮機７、放熱器８、膨張弁９、貯蔵部５と熱的に接続されている蒸発器６、を有するヒートポンプサイクル装置とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を集熱する集熱器、前記集熱器に熱的に接続され揮発性媒体を吸着し前記揮発性媒体の蒸気を内部に流通させる吸放熱器、前記蒸気を凝縮して貯蔵する貯蔵部、前記吸放熱器と前記貯蔵部を接続する揮発性媒体流路、を有する吸放熱サイクル装置と、
圧縮機、放熱器、膨張弁、前記貯蔵部と熱的に接続されている蒸発器、を有するヒートポンプサイクル装置とを備えた、ソーラーヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記集熱器は、板状であり、
前記吸放熱器は、前記集熱器の裏面の熱が、吸着した前記揮発性媒体に伝わるように配置されており、
前記吸放熱サイクル装置は、さらに、前記集熱器の表面に熱的に接続されている太陽電池パネルを有する、請求項１に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記貯蔵部に貯蔵された前記揮発性熱媒体は、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差によって、気化して前記吸放熱器に移動し、前記吸放熱器において吸着または凝縮される、請求項１または２に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記貯蔵部は、日射時には前記吸放熱器よりも低温になり、非日射時には前記吸放熱器よりも高温になる位置に配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項５】
さらに、前記吸放熱器の温度または外気の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記貯蔵部内部の温度を測定する第２の温度測定手段と、
前記揮発性媒体流路に設けられ、前記揮発性媒体流路の前記蒸気の流通を制御する制御バルブとを備え、
前記制御バルブは、前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差に基づいて開閉し、前記蒸気の流通を制御する、請求項１乃至４のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記制御バルブは、前記吸放熱器または前記外気の温度が前記貯蔵部内部の温度よりも高く、かつこれらの温度差が所定値よりも大きくなった場合に開き、前記揮発性媒体流路内の前記蒸気を流通させる、請求項５に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項７】
さらに、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差を制御する圧力制御手段を備えている、請求項１乃至４のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記圧力制御手段は、前記ヒートポンプサイクルの運転動力量を制御することにより、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差を調整する、請求項７に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項９】
さらに、前記吸放熱器の温度または外気の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記貯蔵部内部の温度を測定する第２の温度測定手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差が所定値よりも小さい場合には、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を減じて、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を増加させる、請求項７または８に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１０】
さらに、前記太陽電池パネルの発電量を計測する発電量計測手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記太陽電池パネルの発電量に基づいて、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を変更し、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を調整する、請求項７乃至９のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１１】
さらに、前記外気の湿度を検出する手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記吸放熱器の温度、前記外気の温度、前記貯蔵部内部の温度のいずれかの温度と、前記外気の湿度に基づいて、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を調整する、請求項９または１０に記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１２】
前記ヒートポンプサイクル装置を逆転運転させて前記蒸発器から放熱させることにより、前記貯蔵部を加熱し、前記吸放熱器の内部よりも前記貯蔵部の内部の圧力を高める、請求項１乃至１１のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１３】
前記貯蔵部は、前記放熱器と熱的に接続されており、前記放熱器の放熱する熱により加熱される、請求項１乃至１２のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１４】
さらに、前記放熱器および前記貯蔵部のいずれにも熱的に接続され、前記放熱器から放熱される熱を貯蔵し、その熱により前記貯蔵部を加熱する、蓄熱部を備えた、請求項１乃至１２のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１５】
前記ヒートポンプサイクル装置は、さらに室内機を有し、
前記ヒートポンプサイクル装置において、冷房運転時の前記室内機の排熱は、前記貯蔵部の加熱に利用される、請求項１乃至１４のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステム。
【請求項１６】
請求項５に記載のソーラーヒートポンプシステムの運転方法において、
日射時に、前記集熱器の温度が所定の温度以上になった際には、前記吸放熱器に吸着している前記揮発性熱媒体を気化させて、前記揮発性媒体流路を通じて前記貯蔵部に移動させるように、前記制御バルブを開くステップと、
実質的な非日射時に、前記吸放熱器内部の温度が前記貯蔵部内部の温度よりも所定の温度差以上に低くなった際には、前記貯蔵部に凝縮させて貯蔵している前記揮発性熱媒体を気化させて、前記揮発性媒体流路を通じて前記吸放熱器に移動させるように、前記制御バルブを開くステップとを備えた、ソーラーヒートポンプシステムの運転方法。
【請求項１７】
請求項９に記載のソーラーヒートポンプシステムの運転方法において、
前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差が所定値よりも小さい場合には、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を増加させるように、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を減じるステップを備えた、ソーラーヒートポンプシステムの運転方法。
【請求項１８】
請求項７乃至１１のいずれかに記載のソーラーヒートポンプシステムの、前記圧力制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ手段を用いた太陽光熱利用のソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽熱を集熱して給湯等に利用するソーラーシステムが実用化されている。また、近年同様の構成を応用し、太陽電池パネルと太陽熱集熱器を複合化したハイブリッドコレクターも実用化されている。
【０００３】
この種の太陽光熱を利用するソーラーシステムやハイブリッドコレクターでは、太陽光熱集熱器で集めた熱を、温水または不凍液等の作動流体を用いて熱搬送する顕熱熱搬送形態を採っており、この搬送された熱を一旦蓄熱槽に蓄熱し、給湯等の熱源として利用する構造が提示され、一部実用化されている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、太陽電池パネルを冷却する効果もあり、日射による温度上昇で太陽電池パネルの発電効率が低下することをある程度抑制する効果もある。
【０００４】
また、太陽熱を上記と同様に水により輸送して蓄熱槽に貯蔵し、それを熱源として利用したヒートポンプで給湯や暖房を行う構成も示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、従来より水や不凍液などの顕熱を用いずに、例えば水蒸気などの気化潜熱を利用した熱搬送方式も、特に冷凍等を主目的として開発されている（例えば、非特許文献１参照）。この太陽熱利用吸着冷凍装置は、例えば図１３に示す基本構成をとっており、昼間時には、太陽光照射される集熱部７０に接して設けられた吸着材７１に吸着した水を日射時の熱によって脱離させ、経路で放熱をさせながら水を凝縮して凝縮器７２で貯蔵する。一方、吸着材７１を乾燥状態とし、夜間には吸着材７１が冷却されるため、凝縮された水が蒸発して吸着材７１側に移行すると同時に、凝縮器７２の凝縮水が気化潜熱によって冷却される。そして、この冷却熱を昼間などに利用する。
【特許文献１】特開平１０−２８１５６２号公報（例えば、第１、８図）
【特許文献２】特開平７−２３４０２０号公報（例えば、第１図）
【非特許文献１】「新太陽エネルギーハンドブック」日本太陽エネルギー学会、２００１年１０月３０日初版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のソーラーシステムでは、水を熱媒体として用いるために、一般住宅の屋根に設置される集熱パネルと貯湯タンク間の配管による圧力損失で、搬送動力を要するという問題点があった。
【０００７】
また、この構成で太陽電池パネルの冷却の目的に用いた場合は、水または不凍液等の作動流体を用いて熱搬送する顕熱熱搬送形態を取っているため、太陽電池パネルから熱を回収するとともに、作動流体の温度上昇が生じることになる。そのため、太陽電池パネルには、作動流体の流路に沿って上流側から下流側にかけて温度分布が生じるようになる。温度が異なる太陽電池パネルを並列に接続すると、最大電力が大きく内部インピーダンスが小さいパネルに近い発電電圧となり、最大電力が小さいパネルからは最大電力よりも小さい電力しか取り出せず、システム全体の発電効率は低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、図１３に示す構成を用いた場合には、蒸気の移動に伴う熱の移動が集熱部７０と凝縮器７２の間で行われることになるため、搬送動力を減らす効果はあるが、集熱部７０で集めた熱は給湯等に供するには温度が十分ではない。また、気候による変動を補うために、別途貯湯タンクに対して電気ヒータなどの補助熱源で加熱する必要がある。これらのいずれの場合も、かかるエネルギーを削減することが望まれていた。
【０００９】
また、図１３に示す構成を用いる場合は、気候条件の変動などの中で安定した熱収集動作を行えるように、凝縮器７２と集熱部７０の圧力差を十分に制御する必要があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、低搬送動力で効率よく太陽集熱を行い、集熱された太陽熱を必要分のみ利用することができる、ソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法を提供することを目的とする。また、本発明は、太陽電池パネルの均一な冷却も行える、ソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
太陽熱を集熱する集熱器、前記集熱器に熱的に接続され揮発性媒体を吸着し前記揮発性媒体の蒸気を内部に流通させる吸放熱器、前記蒸気を凝縮して貯蔵する貯蔵部、前記吸放熱器と前記貯蔵部を接続する揮発性媒体流路、を有する吸放熱サイクル装置と、
圧縮機、放熱器、膨張弁、前記貯蔵部と熱的に接続されている蒸発器、を有するヒートポンプサイクル装置とを備えた、ソーラーヒートポンプシステムである。
【００１２】
第２の本発明は、
前記集熱器は、板状であり、
前記吸放熱器は、前記集熱器の裏面の熱が、吸着した前記揮発性媒体に伝わるように配置されており、
前記吸放熱サイクル装置は、さらに、前記集熱器の表面に熱的に接続されている太陽電池パネルを有する、第１の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１３】
第３の本発明は、
前記貯蔵部に貯蔵された前記揮発性熱媒体は、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差によって、気化して前記吸放熱器に移動し、前記吸放熱器において吸着または凝縮される、第１または第２の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１４】
第４の本発明は、
前記貯蔵部は、日射時には前記吸放熱器よりも低温になり、非日射時には前記吸放熱器よりも高温になる位置に配置されている、第１乃至第３のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１５】
第５の本発明は、
さらに、前記吸放熱器の温度または外気の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記貯蔵部内部の温度を測定する第２の温度測定手段と、
前記揮発性媒体流路に設けられ、前記揮発性媒体流路の前記蒸気の流通を制御する制御バルブとを備え、
前記制御バルブは、前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差に基づいて開閉し、前記蒸気の流通を制御する、第１乃至第４のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１６】
第６の本発明は、
前記制御バルブは、前記吸放熱器または前記外気の温度が前記貯蔵部内部の温度よりも高く、かつこれらの温度差が所定値よりも大きくなった場合に開き、前記揮発性媒体流路内の前記蒸気を流通させる、第５の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１７】
第７の本発明は、
さらに、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差を調整する圧力制御手段を備えている、第１乃至第４のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１８】
第８の本発明は、
前記圧力制御手段は、前記ヒートポンプサイクルの運転動力量を制御することにより、前記吸放熱器の内部と前記貯蔵部の内部の圧力差を調整する、第７の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００１９】
第９の本発明は、
さらに、前記吸放熱器の温度または外気の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記貯蔵部内部の温度を測定する第２の温度測定手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差が所定値よりも小さい場合には、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を減じて、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を増加させる、第７または第８の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２０】
第１０の本発明は、
さらに、前記太陽電池パネルの発電量を計測する発電量計測手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記太陽電池パネルの発電量に基づいて、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を変更し、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を調整する、第７乃至第９のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２１】
第１１の本発明は、
さらに、前記外気の湿度を検出する手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記吸放熱器の温度、前記外気の温度、前記貯蔵部内部の温度のいずれかの温度と、前記外気の湿度に基づいて、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を調整する、第９または第１０の本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２２】
第１２の本発明は、
前記ヒートポンプサイクル装置を逆転運転させて前記蒸発器から放熱させることにより、前記貯蔵部を加熱し、前記吸放熱器の内部よりも前記貯蔵部の内部の圧力を高める、第１乃至第１１のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２３】
第１３の本発明は、
前記貯蔵部は、前記放熱器と熱的に接続されており、前記放熱器の放熱する熱により加熱される、第１乃至第１２のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２４】
第１４の本発明は、
さらに、前記放熱器および前記貯蔵部のいずれにも熱的に接続され、前記放熱器から放熱される熱を貯蔵し、その熱により前記貯蔵部を加熱する、蓄熱部を備えた、第１乃至第１２のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２５】
第１５の本発明は、
前記ヒートポンプサイクル装置は、さらに室内機を有し、
前記ヒートポンプサイクル装置において、冷房運転時の前記室内機の排熱は、前記貯蔵部の加熱に利用される、第１乃至第１４のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムである。
【００２６】
第１６の本発明は、
第５の本発明のソーラーヒートポンプシステムの運転方法において、
日射時に、前記集熱器の温度が所定の温度以上になった際には、前記吸放熱器に吸着している前記揮発性熱媒体を気化させて、前記揮発性媒体流路を通じて前記貯蔵部に移動させるように、前記制御バルブを開くステップと、
実質的な非日射時に、前記吸放熱器内部の温度が前記貯蔵部内部の温度よりも所定の温度差以上に低くなった際には、前記貯蔵部に凝縮させて貯蔵している前記揮発性熱媒体を気化させて、前記揮発性媒体流路を通じて前記吸放熱器に移動させるように、前記制御バルブを開くステップとを備えた、ソーラーヒートポンプシステムの運転方法である。
【００２７】
第１７の本発明は、
第９の本発明のソーラーヒートポンプシステムの運転方法において、
前記吸放熱器または前記外気の温度と前記貯蔵部内部の温度の差が所定値よりも小さい場合には、前記吸放熱器における前記揮発性熱媒体の蒸発速度を増加させるように、前記揮発性熱媒体の流路の圧力を減じるステップを備えた、ソーラーヒートポンプシステムの運転方法である。
【００２８】
第１８の本発明は、
第７乃至第１１のいずれかの本発明のソーラーヒートポンプシステムの、前記圧力制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００２９】
第１９の本発明は、
第１８の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、低搬送動力で効率よく太陽集熱を行い、集熱された太陽熱を必要分のみ利用することができる、ソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法を提供できる。また、本発明は、太陽電池パネルの均一な冷却も行える、ソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
はじめに、図１〜図４を主として参照しながら、本発明の実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの構成について説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。
【００３３】
図１は、本実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図を示している。
【００３４】
図１において、集熱パネル１の裏側に、気化部１９と揮発性熱媒体（ここでは水を使用）の蒸気流路２１（図２参照）を配設した吸放熱器２が備えられている。そして、揮発性熱媒体の貯蔵部５が、配管３により吸放熱器２と接続されている。配管３には、バルブ４が設けられており、これらにより吸放熱サイクル装置が形成されている。また、温度センサ２５が、集熱パネル１の周囲の日射面側に設けられている。また、気化部１９には温度センサ２７が、貯蔵部５の内部には温度センサ２８が、それぞれ設けられている。また、図１のＳは、太陽の日射を表している。
【００３５】
なお、集熱パネル１、配管３、バルブ４が、それぞれ本発明の、集熱器、揮発性媒体流路、制御バルブの一例である。また、温度センサ２７、温度センサ２８が、それぞれ本発明の、第１の温度測定手段、第２の温度測定手段の一例である。
【００３６】
また、蒸発器６、圧縮機７、放熱部８、膨張弁９が、冷媒流路１０で接続されてヒートポンプサイクル装置を形成している。ここで、蒸発器６は貯蔵部５内部と熱交換するように配置されている。そして、制御装置３０が、圧縮機７の動力を変化させて、このヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環流量を調整する。なお、放熱部８、制御装置３０が、それぞれ本発明の、放熱器、圧力制御手段の一例である。
【００３７】
また、放熱部８から放熱される熱を蓄熱するための蓄熱部１１が備えられている。図１に示すように、この蓄熱部１１を貯湯タンクとする場合は、水供給口１３から温水形成流路１２を通して放熱部８と熱交換を行い、蓄熱部１１で温水を貯蔵する。蓄熱部１１で貯蔵された温水は、温水供給口１４から排出されて、給湯や暖房に利用される。そして、蓄熱部１１内部の異なる所定位置に、２つの温度センサ４２、４３が設けられている。
【００３８】
そして、熱交換器４７が、貯蔵部５内を加熱するように、貯蔵部５と熱的に接続されて設けられている。蓄熱部１１の水供給側の配管には三方バルブ４９が、温水排出側には三方バルブ４８が、それぞれ設けられている。そして、これらの三方バルブ４８、４９から、バイパス４６によって熱交換器４７に接続されており、蓄熱部１１の温水が熱交換器４７に供給されるようになっている。
【００３９】
ここで、図１のヒートポンプサイクル部分に示す実線矢印は、冷媒の流れを表している。また、圧縮機７の運転には商用電力を電源として用いている。また、ここでは冷媒に二酸化炭素を用いている。
【００４０】
図２は、集熱パネル１と一体化された吸放熱器２の構成を示している。
【００４１】
集熱パネル１の裏側に、集熱パネル１と略平行に伝熱板１８が密着して設けられ、伝熱板１８に吸着剤３３（図４参照、ここでは特殊活性炭を使用）が固定されてなる気化部１９が設けられている。ここで用いる伝熱板１８は、集熱パネル１と同一であっても構わない。また、吸着剤３３は、粉末の一次成型物を伝熱板１８に密着して設けられているが、金属メッシュなどで補強しても構わない。そして、気化部１９との間に空間が設けられるように断熱板２０が設けられており、その空間が蒸気流路２１を形成している。
【００４２】
図３は、図２に示す吸放熱器２の流路方向の、ａ−ａ’断面図を示しており、図４は、図３のｂ−ｂ’断面図を示している。
【００４３】
図３および図４に示すように、吸放熱器２の側面は、外枠１７で囲まれている。そして、図２に示すように、上端部と下端部はシール部３９によって密閉されている。
【００４４】
伝熱板１８には、図３に示すようにフィン２２が形成されており、フィン２２は、略平行に設けられて蒸気流路方向を決定しており、吸放熱器２が設置される屋根などの傾斜に対して、平行になるようにしている。蒸気流路２１は、複数のフィン２２で簡易分割されており、絞り部２３に形成されている絞り部出口２６の部分で配管３と接続されている。なお、ここでフィン２２は下方の断熱板２０まで到達していてもよく、また本実施の形態１ではプレート状フィンを用いているが、矩形状、山形でもよく、この形状に限定されない。
【００４５】
また、図２に示すように、吸放熱器２の傾斜方向の下部には凝縮状態の揮発性媒体の液溜め２４が設けられるよう下端が密閉されており、液溜め２４には吸着剤３３が浸漬されるようになっている。
【００４６】
次に、本実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの動作について説明する。
【００４７】
（１）日射時の運転
本実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの日射時の運転を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００４８】
制御装置３０は、集熱パネル１周囲の温度が設定値（ここでは２０〜３０℃）以上になったことを温度センサ２５が検知すると、バルブ４を開放し、吸放熱器２と貯蔵部５が実質的に連結される。集熱パネル１の温度上昇に伴い、伝熱板１８によって熱が気化部１９に伝えられ、気化部１９に設けられた吸着剤３３に吸着保持されている揮発性熱媒体が蒸発を開始し、蒸発潜熱を集熱パネル１から奪うことで集熱パネル１より集熱することができる。なお、ここで、バルブ４を開放するための判断に用いた集熱パネル１周囲の温度の設定値が、本発明の、吸放熱器または外気の温度と貯蔵部内部の温度との温度差に対する所定値の一例である。
【００４９】
また、蒸気流路２１の圧力が一定の場合、ほぼ一定温度で蒸発が生じるため、集熱パネル１の面方向を、各部の温度分布に合わせて同一温度で冷却することが可能となる。気化された揮発性熱媒体は、気化部１９と貯蔵部５内の圧力差によってフィン２２によって形成された流路方向に沿って上側に移動し、絞り部２３から絞り部出口２６を経由して配管３を流れて貯蔵部５に到達する。
【００５０】
一方、ヒートポンプサイクルは、圧縮機７等を作動し、冷媒流路１０内で冷媒を循環させる。循環する冷媒は、膨張弁９で低温低圧状態になるため、蒸発器６で貯蔵部５内部より熱を奪うことになる。したがって、貯蔵部５内部は冷却されて圧力が低下するため、揮発性熱媒体は、吸放熱器２内部との圧力差を利用して吸放熱器２から貯蔵部５に移動し、一部蒸発器６に熱を与えながら凝縮されて貯蔵される。
【００５１】
ここで、日射の状態、気温の状態等によって吸放熱器２と貯蔵部５の間の圧力差が変動するために、揮発性熱媒体の輸送速度が影響を受ける。
【００５２】
そこで、本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムでは、制御装置３０が、温度センサ２７で吸放熱器２の内部の温度と、温度センサ２８で貯蔵部５の内部の温度をそれぞれ検知することによって、本動作時には常に貯蔵部５の内部が吸放熱器２の内部よりも低温となるように、圧縮機７の動力を変化させてヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環流量を調整するようになっている。したがって、制御装置３０は、吸放熱器２の温度と貯蔵部５の内部の温度との温度差が所定値以下になったと判断した場合に、貯蔵部５の内部の温度を下げるようにヒートポンプサイクルを運転させるように制御する。
【００５３】
このようにして、蒸発器６による貯蔵部５内の冷却速度を調整することにより、吸放熱器２の内部と貯蔵部５の内部の圧力差を調整し、集熱パネル１の集熱作用を安定して行うことを可能としている。また、この時、蒸発器６を流通する冷媒の温度が冷媒固有の超臨界温度（二酸化炭素の場合約３１℃）以下になるように制御することにより、高い熱交換特性を確保することができる。
【００５４】
そして、制御装置３０は、気化部１９の温度センサ２７と貯蔵部５の温度センサ２８の検知温度が同一になった場合には、平衡になったと判断し、バルブ４を閉じるように制御する。
【００５５】
なお、上記で吸放熱器２と貯蔵部５の間の圧力差を検知する手段として、本実施の形態１では、気化部１９の置かれている温度環境の判断を温度センサ２７で行うようにしている。このようにすると、より精度よく圧力差を判断することができるが、温度センサ２７を温度センサ２５で共用したり、外気温度を測定する手段を別個に用いるようにしても日射の強度が反映されるため、間接的に判断することが可能である。
【００５６】
そして、吸放熱器２と貯蔵部５内部の温度差が小さい場合、あるいは外気温などにより小さくなると推定された場合には、制御装置３０は、ヒートポンプサイクルの運転動力量を増加させて蒸発器６による貯蔵部５内の冷却速度を増加させ、貯蔵部５内の温度を低下させる。このようにして、揮発性熱媒体の輸送速度を増加させるように制御することが可能となる。
【００５７】
一方、吸放熱器２と貯蔵部５内部の温度差が大きい場合には、圧力差によって十分揮発性熱媒体は輸送されるため、制御装置３０は、ヒートポンプサイクルの運転動力量を減少させることにより、蒸発器６による冷却速度を低下させることができる。
【００５８】
また、このとき、ヒートポンプサイクルの放熱部８では、いわゆるヒートポンプ式給湯機と同様に高温の冷媒（二酸化炭素）を放熱し、温水形成流路１２を流通する水を加熱してお湯を形成させる。形成されたお湯は、蓄熱部１１で貯蔵され、給湯や暖房に用いることができる。
【００５９】
以上のような構成にすると、集熱パネル１は、温度レベルや温度分布の影響を少なくしながら低減された動力で集熱することができる。それとともに、ヒートポンプサイクルの蒸発器６における熱源温度を、集熱パネル１の集熱分を利用することによって比較的高めに設定できることから、ヒートポンプサイクルの成績効率ＣＯＰを向上させることができる。
【００６０】
また、制御装置３０は、蓄熱部１１内部の２つの温度センサ４２、４３の温度情報から蓄熱量を算出するようになっている。制御装置３０は、その算出した蓄熱量に基づいて蓄熱部１１の熱量が需要に対して十分になったことを判断すると、ヒートポンプの動作を終了させるようになっている。なお、この蓄熱量の判断は、この方式によらなくてもよい。
【００６１】
蓄熱部１１は、需要に対してある程度の余裕度を見た程度の量、すなわち必要量以上に蓄熱量を増加させる必要はない。本実施の形態１では、ヒートポンプサイクルの制御装置３０が、蓄熱部１１の温度センサ４２、４３の温度情報に基づいて熱需要量を演算し、日々のその演算結果から必要蓄熱量を推定するいわゆる学習機能を有しており、それに基づいて貯蔵部５からの汲み上げ熱量を判断するようになっている。
【００６２】
ヒートポンプ停止後は、吸放熱器２から貯蔵部５への揮発性熱媒体の移動が、貯蔵部５内が吸放熱器２と平衡になるまでさらに進行し、貯蔵部５の温度を上昇させ、逆動作、すなわち非日射時における貯蔵部５から吸放熱器２への揮発性熱媒体の移動を、圧力差によってスムーズに行わせることができる。なお、貯蔵部５の温度を高くするために、ヒートポンプの停止は、段階的に冷媒循環量を減少させ、汲み上げ熱量を減少させながら行われるようにしてもよい。
【００６３】
（２）非日射時の運転
本実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの非日射時の運転について、図１〜図４に基づいて説明する。
【００６４】
上記で説明したように、日射時において揮発性熱媒体を貯蔵部５に移動させているため、次の日射時の動作のために、実質的な非日射時において貯蔵部５から気化部１９に、揮発性熱媒体を移動させる必要がある。
【００６５】
そこで、非日射時には、制御装置３０は、温度センサ２７によって検知される気化部１９の温度が、放射冷却などにより温度センサ２８によって検知される貯蔵部５内の温度よりも十分低くなったのを判断した時点で、再びバルブ４を開くように制御する。すなわち、貯蔵部５と気化部１９の温度の違いによって生じる圧力差によって、揮発性熱媒体を気相状態で輸送することができる。
【００６６】
このようにして、凝縮されていた揮発性熱媒体は、貯蔵部５から、配管３を経由して、気化部１９に設けられた吸着剤３３に移動するようになる。また、吸着剤３３に吸着しきれない分の揮発性熱媒体は、液溜め２４に輸送される。気化部１９における揮発性熱媒体の吸着や液溜め２４における凝縮によって、揮発性熱媒体の凝縮潜熱が放出され、外気で冷却されている集熱パネル１を放熱板として利用して放熱する。
【００６７】
以上のように動作することにより、ほとんど動力を要することなく、次の日射時の運転のために揮発性熱媒体を気化部１９に戻すことができる。
【００６８】
ここで、例えば気象条件などによって、低外気温時の場合、日射が少なかった場合、著しく熱需要があった場合などは、貯蔵部５内部の温度が揮発性熱媒体を吸放熱器２に輸送するのに十分でない場合も生じる。このような場合には、揮発性熱媒体を輸送するのに十分な、貯蔵部５内部と吸放熱器２との圧力差を確保する必要がある。
【００６９】
そのため、本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムでは、圧力調整手段を設けている。この圧力調整手段には、蓄熱部１１を用い、バイパス４６を経由して貯蔵部５内を加熱するようにしている。すなわち、蓄熱部１１からの温水によって貯蔵部５内部を熱交換器４７で加熱することによって、貯蔵部５内部の圧力を増加させる。一方、吸放熱器２は集熱パネル１を通じて放射冷却されているため、その内部圧力が低くなる。このようにして実現される貯蔵部５と吸放熱器２の圧力差を利用して、揮発性熱媒体を輸送するようになっている。この動作は、特に集熱パネル１が冷却されている時間帯に行われることが望ましい。
【００７０】
また、上記の貯蔵部５を加熱する方法として、蓄熱部１１の熱を利用するかわりに、四方弁（図示せず）を切り替えることによってヒートポンプサイクルを逆転運転し、蒸発器６を凝縮器として用いて加熱してもよい。または、放熱部８から別途バイパスを形成させ、蓄熱部１１を利用する場合と同様に貯蔵部５を加熱する経路を設けても構わない。このような操作を行う場合でも、深夜時間帯であれば、電力会社が設定する安価な深夜料金体系が利用できるため、ユーザに対する経済的な負担を軽減できる。
【００７１】
また、温度差を利用する以外の手段による圧力の調整手段としては、単純にもうひとつ圧縮機を設けるなどの方法をとることも可能であるが、上記の温度差を利用する方法で行う方が、圧力差による熱的駆動力が利用できるため経済的である。
【００７２】
なお、本実施の形態１の構成で用いられる揮発性熱媒体には、例えば、水、低級アルコールなどを用いることが可能であり、使用温度範囲内で、蒸発または吸着剤からの脱離が可能なのものであれば使用することができる。使用温度域は、例えば、蒸発は１０〜３０℃の範囲で行えるものが好ましく、減圧等によって調整することが可能である。また、使用する吸着剤についても、揮発性熱媒体が上記の条件を満たすように選択すればよく、例えば、活性炭、グラファイト、吸着性ポリマー、シリカ、無機塩類などを用いることができる。また、気化部１９に用いられる材料としては、上記の吸着剤に限定されず、例えば、メッシュ状、焼結金属などの、ヒートパイプ技術に用いられるいわゆるウィックであってもよい。
【００７３】
また、フィン２２と吸着剤３３との位置関係は、図４に示すような、吸着剤３３がフィン２２の間に充填される形状以外に、例えば、フィン２２に沿って吸着剤３３の塗膜を形成して用いるなどしてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態１で用いられるヒートポンプサイクルは、図１に示すような構成に限定されるものではなく、貯蔵部５と蒸発器６を機能させ、一方で温熱を発生させる温度域の合致したヒートポンプサイクルであれば、上記と同様の効果が得られるものである。
【００７５】
また、本実施の形態１の構成で用いられる伝熱板１８は、少なくとも吸着剤３３よりも熱良導性の材料であれば効果があり、特にカーボン、Ａｌ、Ｃｕなどを用いることが好ましい。
【００７６】
また、本実施の形態１の構成で用いられる各温度センサは、それぞれ非冷却時における、温度センサ２５が集熱パネル１の温度を、温度センサ２７が吸放熱器２の温度を、温度センサ２８が貯蔵部５内の温度を、それぞれ直接または間接的に判断できればよく、設置場所について図面で限定するものではない。
【００７７】
なお、貯蔵部５内部の温度が吸放熱器２の温度に対して、日射時には相対的に低温になり、非日射時に相対的に高温になる部分に貯蔵部５を設置することで、本質的に日射時には揮発性熱媒体が貯蔵部５側へ、深夜などの非日射時には吸放熱器２側へ移動するような環境とすることができ、熱の輸送に係る運転動力をさらに減少させることができる。
【００７８】
なお、ヒートポンプサイクルの動力用の電力は、本実施の形態１では一般商用電力を利用することにしているが、別途設けた蓄電手段によって貯蔵された電力を使っても良い。
【００７９】
（実施の形態２）
次に、図５、図６を主として参照しながら、本発明の実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの構成について説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段、また実施の形態１で同様な構成を有し同様な動作を行う部分については、詳細な説明を省略する。また、図５、図６においては、図１、図２と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【００８０】
図５は、本実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図を示している。
【００８１】
図５において、太陽電池パネル４４の裏側に、気化部１９と揮発性熱媒体（ここでは水を使用）の蒸気流路２１（図６参照）を配設した吸放熱器２が備えられている。そして、揮発性熱媒体の貯蔵部５が、配管３により吸放熱器２と接続されている。配管３には、バルブ４が設けられている。また、太陽電池パネル４４の発電量を計測する電力計測部２９が、太陽電池パネル４４に接続されている。また、外気の湿度を検知する湿度センサ４５が、吸放熱器２の外枠１７に設けられている。湿度センサ４５は、温度センサ２５と一体となっている。なお、電力計測部２９、湿度センサ４５は、それぞれ本発明の、発電量計測手段、湿度を検出する手段の一例である。
【００８２】
また、ヒートポンプサイクルは、図１に示す実施の形態１と同様の構成であるが、圧縮機７の運転の電源には、日射量がある場合には、少なくとも太陽電池パネル４４で発電した電力を、また日射量がない場合には商用電力を用いている。また、ここでは冷媒に二酸化炭素を用いている。
【００８３】
図６は、太陽電池パネル４４と一体化された吸放熱器２の構成を示している。太陽電池パネル４４は、カバーガラス１５、太陽電池セル１６（ここでは結晶系シリコンを使用）、および基板、電極等からなる一般的な構成である。太陽電池セル１６の基板の裏側に、太陽電池パネル４４と略平行に伝熱板１８が密着して設けられ、伝熱板１８に吸着剤（ここでは特殊活性炭を使用）が固定されてなる気化部１９が設けられている。また、温度センサ２５が、太陽電池パネル４４の周囲の日射面側に設けられている。なお、その他の吸放熱器２の構成は、図３および図４に記載の構成における集熱パネル１が太陽電池パネル４４に置き換わった構成なので、説明を省略する。
【００８４】
次に、本実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの動作について説明する。
【００８５】
（１）日射時の運転
本実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの日射時の運転を、図５、図６、図３に基づいて説明する。図６に示す吸放熱器２の流路方向の、ａ−ａ’断面図は、実施の形態１と同様の構成であり、図３に示す通りである。
【００８６】
制御装置３０は、太陽電池パネル４４周囲の温度が設定値（ここでは２０〜３０℃）以上になったことを温度センサ２５が検知すると、バルブ４を開放し、吸放熱器２と貯蔵部５が実質的に連結される。太陽電池パネル４４の温度上昇に伴い、伝熱板１８によって熱が気化部１９に伝えられ、気化部１９に設けられた吸着剤に吸着保持されている揮発性熱媒体が蒸発を開始し、蒸発潜熱を太陽電池パネル４４から奪うことで太陽電池パネル４４を冷却する。
【００８７】
また、蒸気流路２１の圧力が一定の場合、ほぼ一定温度で蒸発が生じるため、太陽電池パネル４４の面方向を、各部の温度分布に合わせて同一温度で冷却することが可能となる。気化された揮発性熱媒体は、フィン２２によって形成された流路方向に沿って上側に移動し、絞り部２３から絞り部出口２６を経由して配管３を流れて貯蔵部５に到達する。
【００８８】
一方、ヒートポンプサイクルは、太陽電池パネル４４で発生する電力を主体的に使用しながら圧縮機７等を作動させ、冷媒流路１０内で冷媒を循環させる。循環する冷媒は、膨張弁９で低温低圧状態になるため、蒸発器６で貯蔵部５内部より熱を奪うことになる。したがって、貯蔵部５内部は冷却されて圧力が低下するため、揮発性熱媒体は、吸放熱器２から貯蔵部５に移動して、一部蒸発器６に熱を与えながら凝縮されて貯蔵される。
【００８９】
また、このとき、ヒートポンプサイクルの放熱部８は、実施の形態１と同様に高温の冷媒（二酸化炭素）を放熱し、温水形成流路１２を流通する水を加熱してお湯を形成する。形成されたお湯は、蓄熱部１１で貯蔵し、給湯や暖房に用いることができる。
【００９０】
以上のような構成にすると、太陽電池パネル４４は均一に冷却されるため、単に水などの顕熱媒体で冷却するよりも発電効率を向上させることが可能になる。それとともに、ヒートポンプサイクルの蒸発器６における熱源温度を、太陽電池パネル４４の冷却熱を利用することによって比較的高めに設定できることから、ヒートポンプサイクルの成績効率ＣＯＰを向上させることができる。
【００９１】
ここで、本実施の形態２では、太陽電池パネル４４の発電量算出手段として、電力計測部２９を用い、日射量と密接な関係のある太陽電池パネル４４の発電電力量を算出する。そして、制御装置３０は、電力計測部２９で算出された発電電力量から求められる日射の強度に応じて、日射時の動作時には、常に貯蔵部５の内部が吸放熱器２の内部よりも低温となるように、圧縮機７を制御してヒートポンプサイクルにおける冷媒の循環流量を調整する。このようにして、貯蔵部５内の圧力調整を行い、太陽電池パネル４４の冷却作用を安定して行うことを可能としている。
【００９２】
また、太陽電池パネル４４に対する吸熱は、発電効率を向上させながらも太陽電池パネル４４の内部の絶縁性を確保できるように、結露しない程度で可能な限り低温まで吸熱することが好ましい。
【００９３】
そこで、本実施の形態２のソーラーヒートポンプシステムでは、太陽電地パネル４４内の結露を防ぐ手段として、外気の湿度を検知する湿度センサ４５を、吸放熱器２の外枠１７に設けている。そして、制御装置３０は、湿度センサ４５の情報によって外気の露点を算出し、気化部１９に設けられた温度センサ２７の温度が露点以下にならないように、ヒートポンプサイクルの運転動力量を制御するようになっている。
【００９４】
このようにすることで、太陽電池パネル４４の絶縁性を確保しながら、できるだけ太陽電池パネル４４の温度を低下させて発電量を増加させることが可能になるとともに、集熱量を増加させることができる。また、本実施の形態２では、湿度の状態を湿度センサ４５で検知して得るようにしているが、天気予報などの気象情報から予測される数値を情報ネットワークで取得して利用しても構わない。
【００９５】
また、制御装置３０は、実質的に太陽光発電の期待できない非日射時になったことを電力計測部２９で計測される太陽電池パネル４４の発電量から判断すると、バルブ４を閉じて蒸気の流路を遮断し、ヒートポンプサイクルも停止するように制御する。
【００９６】
ここで、制御装置３０では、非日射時の判断は、日毎形成されている日没時間テーブルを基本として判断する。さらに、別途作成された日毎発電電力予測テーブルより求められた推定最高出力に比べて、太陽電池パネル４４の発電電力が所定電力値以下（ここでは５％以下に設定）で、かつ１時間前からの低下傾向が検出される場合に、停止の判断が下されるようになる。
【００９７】
なお、上記では、非日射時の判断を行ってからヒートポンプサイクルの停止を行っているが、これに限定されるものではない。例えば、日射が減少してきたことを上記手段や温度センサ２５などによって判断すると、バルブ４を開放したままでヒートポンプサイクルを先に停止する制御を行うことも可能である。
【００９８】
ヒートポンプ停止後は、吸放熱器２から貯蔵部５への揮発性熱媒体の移動が、貯蔵部５内が吸放熱器２と平衡になるまでさらに進行し、貯蔵部５の温度を上昇させ、非日射時における貯蔵部５から吸放熱器２への揮発性熱媒体の移動をよりスムーズに行わせることができる。また、貯蔵部５の温度を上昇させるために、段階的に冷媒循環量を減少させ、汲み上げ熱量を減少させながら、ヒートポンプの停止を行ってもよい。
【００９９】
なお、ヒートポンプの動力分の電力量を太陽電池パネル４４による発電電力量が上回る場合は、太陽電池パネル４４による発電電力をその他の電気機器で使用してもよく、さらにその余剰分は系統で売電し、下回る場合は買電するようになっている。
【０１００】
（２）非日射時の運転
本実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの非日射時の運転について、図５、図６に基づいて説明する。
【０１０１】
上記で説明したように、日射時において揮発性熱媒体を貯蔵部５に移動させているため、次の日射時の動作のために、実質的に太陽光発電の期待できない非日射時には、貯蔵部５から気化部１９に揮発性熱媒体を移動させる必要がある。また、同時に貯蔵部５には余剰の熱量が貯蔵されているため、その熱を放熱させる必要がある。
【０１０２】
そこで、非日射時には、制御装置３０は、実施の形態１と同様に、温度センサ２７によって検知される気化部１９の温度が、温度センサ２８によって検知される貯蔵部５内の温度よりも十分低くなったのを判断した時点で、再びバルブ４を開くように制御する。すなわち、貯蔵部５と気化部１９の温度の違いによって生じる圧力差によって、揮発性熱媒体を気相状態で輸送することができる。
【０１０３】
このようにして、凝縮されていた揮発性熱媒体は、貯蔵部５から、配管３を経由して、気化部１９に設けられた吸着剤に移動するようになる。また、吸着剤に吸着しきれない分の揮発性熱媒体は、液溜め２４に輸送される。気化部１９における揮発性熱媒体の吸着や液溜め２４における凝縮によって、揮発性熱媒体の凝縮潜熱が放出され、外気で冷却されている太陽電池パネル４４を放熱板として利用して放熱する。
【０１０４】
以上のように動作することにより、ほとんど動力を要することなく、次の日射時の運転のために揮発性熱媒体を気化部１９に戻すことができるとともに、貯蔵部５内の余剰熱を外部に放熱することが可能となり、翌日の太陽電池パネル４４の冷却に揮発性熱媒体を用いることが可能となる。
【０１０５】
また、貯蔵部５内に貯蔵された熱量が、揮発性熱媒体を輸送するのに対して少ない場合には、四方弁（図示せず）によって冷媒の流通方向を逆転させ、蓄熱部１１の熱を放熱部８を経由して輸送することが可能な構成とすることにより、貯蔵部５を加熱することが可能である。この際、蓄熱部１１から放熱部８への熱伝達は、温水形成流路１２の循環流路を逆転させるなどの手段によって行うことが可能である。また、実施の形態１と同様に、蓄熱部１１の熱によって貯蔵部５を加熱する構成とすることも可能である。
【０１０６】
（実施の形態３）
次に、図７〜図９を主として参照しながら、本発明の実施の形態３におけるソーラーヒートポンプシステムの構成および動作について説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段、また実施の形態１、２と同様な構成を有し同様な動作を行う部分については、詳細な説明を省略する。また、図７〜図９においては、図５と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【０１０７】
図７は、本実施の形態３におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図を示している。
【０１０８】
本実施の形態３のソーラーヒートポンプシステムは、実施の形態２とは、ヒートポンプサイクルにおける冷媒流路１０が、バイパス５３、バイパス６０、バイパス５１、およびバイパス５８によって分岐されており、膨張弁５２および室内機５０が設けられている点が異なっている。また、バルブ５５、５６、５９、６４、および三方バルブ５４、５７が設けられており、これらのバルブの開閉制御により、冷媒の流路が制御されるようになっている。なお、各バルブは、制御装置３０によって制御されるが、図７では、制御装置３０と各バルブとの接続の記載は省略している。
【０１０９】
すなわち、圧縮機７の動作で、蒸発器６を動作させるとともに、室内機５０を利用して室内の冷暖房を行う流路を形成しており、室内機５０を利用して室内を冷房した際の排熱を貯蔵部５内の温度および圧力の調整に用いるようになっている。また、実施の形態１と同様に蓄熱部１１に設けられたバイパス４６が設けられており、同様に動作する。
【０１１０】
次に、図８、図９を中心に、本実施の形態３におけるソーラーヒートポンプシステムの動作について説明する。
【０１１１】
図８は、日射時の各条件における各バルブの状態を、図９は、非日射時の各条件における各バルブの状態を、それぞれ示している。図８および図９における、バルブ５５、５６、５９、６４、および三方バルブ５４、５７における黒塗りの▲は、そのバルブまたは三方バルブに接続される流路が閉じられていることを示し、白抜きの△は、そのバルブまたは三方バルブに接続される流路が開かれていることを示す。また、図８、図９に示す実線矢印は、各条件における冷媒の流通方向を示している。
【０１１２】
（日射時の動作）
放熱部８、膨張弁９、蒸発器６、圧縮機７で構成されるヒートポンプサイクルの基本動作は、バルブ５５、バルブ６４が開かれていることで、実施の形態２と同様に蒸発器６が貯蔵部５内から熱をくみ上げるようになり、貯蔵部５内の温度と圧力を調整するようになっている。
【０１１３】
夏季期間中などに冷房を行う場合は、図８（ａ）に示すようにバルブおよび三方バルブが制御される。バルブ５９が開かれ、三方バルブ５７をバイパス５８方向を閉じて、膨張弁５２からの冷媒がバイパス５１方向に流れ、バイパス５１に位置する室内機５０を経由するように制御される。そして、冷媒が、室内機５０で冷房対象の室内から熱を奪い、バイパス５３を経由して圧縮機７、放熱部８に至るように、三方バルブ５４、バルブ５６が制御される。室内から汲み上げられた熱量は、別途蒸発器６で汲み上げられた貯蔵部５内部の熱と合わせて、放熱部８を経由して、大気に放出せずに蓄熱部１１に貯蔵することができる。
【０１１４】
ここで、室内の冷房負荷に対して、バルブ５９の開度や圧縮機７の運転動力量等が、蒸発器６側の冷媒流量に配慮しながら調整されるようになっている。
【０１１５】
そして、本実施の形態３では、室内機５０を利用した冷暖房を必要としない場合は、図８（ｂ）に示す流路のように、バルブ５９を閉じて三方バルブ５４がバイパス５１とバイパス５３の連通を閉じることによって、バイパス５１に冷媒が流れないように制御されるようになっている。
【０１１６】
また、暖房を必要とする冬期などの場合は、図８（ｃ）に示す流路のように、バルブ５９を閉じ、バルブ５６を開き、三方バルブ５７および三方バルブ５４を調整して、室内機５０と放熱部８が並列となるように制御される。このようにして、蒸発器６で汲み上げた熱量を、室内機５０では暖房に、放熱部８では蓄熱部１１での貯蔵に、それぞれ用いられる。
【０１１７】
（非日射時の動作）
実施の形態１または２と同様に、実質的な非日射時を判断した後は、揮発性熱媒体を貯蔵部５から吸放熱器２に輸送する必要がある。
【０１１８】
本実施の形態３のソーラーヒートポンプシステムでは、太陽電池パネル４４から回収した熱量に加え、さらに不要とされて通常大気に放出されている冷房排熱の熱量も蓄熱部１１に貯蔵しているため、蓄熱部１１に貯蔵されている熱量を貯蔵部５に対して、バイパス４６を経由して、実施の形態１と同様に十分に供給することが可能となる。そのため、本実施の形態３では、夏季などで吸放熱器２の温度が比較的高い場合でも、主に夏季特有の冷房排熱を利用することで、貯蔵部５を揮発性熱媒体の輸送が十分に可能となるレベルまで加熱することができる。
【０１１９】
そして、制御装置３０は、温度センサ２７で検知される吸放熱器２の温度よりも、温度センサ２８で検知される貯蔵部５内の揮発性熱媒体の温度が十分高くなったことを判断すると、バルブ４を開くように制御し、揮発性熱媒体を輸送させることができる。
【０１２０】
また、夜間においても冷房を行う場合は、図９（ａ）に示すようにバルブ６４を閉じて蒸発器６を経由しないヒートポンプサイクルにする。このように制御することで、室内機５０の熱を蓄熱部１１に貯蔵し、さらにバイパス４６により貯蔵部５内部の加熱に用いることが可能となる。
【０１２１】
また、蓄熱部１１に熱量を供給する必要のない場合は、ヒートポンプサイクルを逆転運転させ、冷媒流路を図９（ｂ）に示す流路とする。この場合、蒸発器６は放熱器として機能し、室内機５０で汲み上げた熱が、蒸発器６で放熱されて貯蔵部５で用いられる。このように、室内機５０で汲み上げた熱が、揮発性熱媒体を輸送するための熱量として用いられる。
【０１２２】
また、図７において室内機５０を利用した冷暖房を必要としない場合は、バルブ５９を閉じ、三方バルブ５４がバイパス５１とバイパス５３の連通を閉じて、図９（ｃ）に示す流路になるように制御され、バイパス５１に冷媒が流れないようになっている。
【０１２３】
また、暖房を必要とする場合は、図９（ｄ）に示す流路のように、バルブ５５、バルブ５９を閉じ、圧縮機７からバイパス６０を経由して、室内機５０、膨張弁９、蒸発器６から圧縮機７となるヒートポンプサイクルを形成させる。このヒートポンプサイクルにより、蒸発器６が貯蔵部５から吸熱した熱が、室内機５０で暖房として利用される。すなわち、蓄熱部１１によって加熱された貯蔵部５の熱を利用して暖房ができるようになっている。
【０１２４】
以上の構成とすることで、特に外気温の高い夏場において、図５に示した実施の形態２に記載の基本構成のソーラーヒートポンプシステムに加え、同一の圧縮機７の動力で室内の冷房時に汲み上げられる排熱量を貯蔵部５に供給することが可能となる。したがって、貯蔵部５の圧力を吸放熱器２よりも高くして、揮発性熱媒体の輸送をより経済的に行うことが可能となる。
【０１２５】
なお、本実施の形態３における、その他の部分の運転制御については、実施の形態１、２に記載の方法と同様に行うことができる。
【０１２６】
（実施の形態４）
次に、図１０〜１２を主として参照しながら、本発明の実施の形態４におけるソーラーヒートポンプシステムの構成について説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段、また各実施の形態と同様な構成を有し同様な動作を行う部分については、詳細な説明を省略する。また、図１０〜図１２においては、図５および図７と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【０１２７】
図１０は、本実施の形態４におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図を示している。
【０１２８】
本実施の形態４のソーラーヒートポンプシステムは、図５に示す実施の形態２におけるヒートポンプサイクルが分岐されて、室内機５０がバイパス５１を経由して設けられている点は実施の形態３と同じであるが、蒸発器６に対して、室内機５０の利用によって室内の冷房排熱を供給できるようにヒートポンプサイクルを形成されるように、バイパス６２などが設けられている点が異なっている。また、実施の形態３とは、図７に示す実施の形態３のバルブ５９、６４が無く、バイパス５８の経路上にバルブ６３を設けた点が異なっている。また、実施の形態３の膨張弁５２とは異なる位置に、膨張弁６５を設けている。なお、各バルブは、制御装置３０によって制御されるが、図１０では、制御装置３０と各バルブとの接続の記載は省略している。
【０１２９】
次に、図１１、図１２を中心に、本実施の形態４におけるソーラーヒートポンプシステムの動作について説明する。
【０１３０】
図１１は、日射時の各条件における各バルブの状態を、図１２は、非日射時の各条件における各バルブの状態を、それぞれ示している。図１１および図１２における、バルブ５５、５６、６３、および三方バルブ５４、５７、６１における黒塗りの▲は、そのバルブまたは三方バルブに接続される流路が閉じられていることを示し、白抜きの△は、そのバルブまたは三方バルブに接続される流路が開かれていることを示す。また、図１１、図１２に示す実線矢印は、各条件における冷媒の流通方向を示している。
【０１３１】
（日射時の動作）
放熱部８、膨張弁９、蒸発器６、圧縮機７で構成されるヒートポンプサイクルの基本動作は、バルブ５５が開かれていることで、実施の形態２と同様に蒸発器６が貯蔵部５内から熱をくみ上げるようになり、貯蔵部５内の温度と圧力を調整するようになっている。
【０１３２】
夏季期間中などに冷房を行う場合の日射時の動作は、図１１（ａ）に示す流路となるように各バルブが制御され、主に放熱部８、膨張弁５２、室内機５０、圧縮機７を経由する流路が設けられる。そして、バイパス５１に位置する室内機５０は、実施の形態３と同様に、冷房対象の室内から熱を奪い、その熱量は、別途蒸発器６で汲み上げられた太陽熱と合わせて、放熱部８を経由して蓄熱部１１に貯蔵される。
【０１３３】
ここで、室内の冷房負荷に対して、三方バルブ５７の開度や圧縮機７の運転動力量などが、蒸発器６側の冷媒流量に配慮しながら調整されるようになっている。
【０１３４】
なお、本実施の形態４では、室内機５０を利用した冷暖房を必要としない場合は、図１１（ｂ）に示す流路となるように、各バルブおよび各三方バルブが図１１（ａ）の状態より変更され、バイパス５１に冷媒が流れないように制御されるようになっている。
【０１３５】
また、暖房を必要とする場合は、図１１（ｃ）に示す流路となるように各バルブを制御し、冷媒流路１０の流量を調節しながら、蒸発器６で汲み上げた熱を、放熱部８および室内機５０で放熱するようにヒートポンプサイクルを形成して暖房を行うか、または、図１１（ｄ）に示す流路となるように各バルブを制御し、蒸発器６で汲み上げた熱を、放熱部８を用いずに室内機５０のみで放熱し、暖房に用いることができる。
【０１３６】
（非日射時の動作）
実施の形態１または２と同様に、制御装置３０が実質的な非日射時を判断した後は、揮発性熱媒体を貯蔵部５から吸放熱器２に輸送する必要がある。
【０１３７】
本実施の形態４のソーラーヒートポンプシステムでは、図１２（ａ）に記載のような流路となるように各バルブが制御され、圧縮機７、蒸発器６、バイパス５１、室内機５０と冷媒が流れるヒートポンプサイクルが形成される。この構成とすることで、実施の形態２に示す構成に加えて、夜間において室内機５０によって汲み上げられた熱量も、ヒートポンプサイクルの凝縮器として作用する蒸発器６で貯蔵部５内を加熱することができる。
【０１３８】
そして、図１０において、制御装置３０は、温度センサ２７で検知される吸放熱器２の温度よりも、温度センサ２８で検知される貯蔵部５内の揮発性熱媒体の温度が十分高くなったことを判断すると、バルブ４を開き、揮発性熱媒体が輸送されるように制御する。この間、冷房排熱を利用しつづけることも可能であるが、別途図７に示す実施の形態３に記載の構成のようにバイパス４６および熱交換器４７を設けても構わない。
【０１３９】
なお、室内機５０を利用した冷暖房を必要としない場合は、図１２（ｂ）に示す流路となるように、バルブ類を調整することによってバイパス５１に冷媒が流れないようにするようになっている。
【０１４０】
また、暖房を必要とする場合は、図１２（ｃ）に示す流路のヒートポンプサイクルを形成するように各バルブが制御されることで、蒸発器６と室内機５０が並列となり、室内機５０が室内の暖房に利用できるように構成されるようになっている。
【０１４１】
以上に説明したように、本実施の形態４では、実施の形態３と同様に、夏季などで吸放熱器２の温度が高い場合でも、主に夏季特有の冷房排熱を利用することで、貯蔵部５を揮発性熱媒体の輸送が十分に可能となるレベルまで加熱することができる。
【０１４２】
なお、実施の形態４におけるその他の部分の運転制御については、実施の形態１、２に記載の方法と同様に行うことができる。
【０１４３】
なお、実施の形態３、４に記載のソーラーヒートポンプシステムの動作は、室内機５０を複数設ける場合も上記に準じて用いることができる。
【０１４４】
また、本実施の形態３、４では、吸放熱器２に太陽電池パネル４４を設置した構成について記載しているが、勿論太陽電池パネル４４の代わりに集熱パネル１を用いても構わない。
【０１４５】
また、実施の形態１、２では、ヒートポンプサイクルに使用する冷媒として二酸化炭素を使用しているが、ＨＣＦＣ、ＨＦＣ、炭化水素、アンモニアなどの自然冷媒を使用しても良く、これらを利用した場合においても上記と同様の効果が得られる。
【０１４６】
また、実施の形態２〜４では、太陽電池セル１６に結晶系シリコンを使用しているが、アモルファスシリコン、ＣＩＳ等の化合物を使用しても良く、半導体を用いているものであれば、上記と同様の効果が得られる。
【０１４７】
また、実施の形態２〜４において、太陽電池パネル４４で発電された電力は、全量ヒートポンプサイクルの圧縮機７に供給されることに限定されるものではない。余剰電力は、別途設置した蓄電装置に蓄えても良く、また電力会社と系統連携して売電を行っても良い。
【０１４８】
また、実施の形態１〜４のソーラーヒートポンプシステムでは、配管３にバルブ４を設けているが、必ずしもバルブ４を設ける必要はない。ただし、ヒートポンプサイクルの動作と連結して効率的に太陽集熱を行うことができるようにするためには、バルブ４を設けるのが好ましい。不必要時にはバルブ４を閉じて揮発性熱媒体の流路を絶っておき、比較的吸放熱器２の温度が高い時のみバルブ４を開いて輸送することができるからである。
【０１４９】
また、実施の形態１〜４に記載の冷媒流路の分配方法、バルブ類などは、これらの構成および制御に限ることなく、実施の形態１〜４に記載の目的動作を行うことができる構成および制御であればよい。
【０１５０】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明のソーラーヒートポンプシステムの圧力制御手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【０１５１】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明のソーラーヒートポンプシステムの圧力制御手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。
【０１５２】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１５３】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【０１５４】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【０１５５】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【０１５６】
以上、本発明について説明してきたが、集熱パネル、太陽電池パネル、吸放熱器、圧縮機、膨張弁、蒸発器、放熱部、蓄熱部、バルブ、温度センサ、電力測定手段等、およびその周辺機器については、実現手段を限定するものではなく、公知の手段が用いられる。また、太陽電池パネルやパワーコンディショナ、ヒートポンプのサイクル制御装置、その他設置に必要な部材などについても公知の手段が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明にかかるソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法は、太陽集熱を低搬送動力で制御性よく行うとともに、利用価値の高い高温の熱を必要分だけ低いエネルギーで得ることができ、また、集熱された太陽熱を必要分のみ利用することが可能で、また、太陽電池パネルの均一な冷却を行うことも可能とするソーラーヒートポンプシステムおよびその運転方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における吸放熱器の断面構成図
【図３】本発明の実施の形態１における吸放熱器の流路方向の断面構成図（図２のａ−ａ’断面図）
【図４】本発明の実施の形態１における吸放熱器の流路に垂直な方向の断面構成図（図３のｂ−ｂ’断面図）
【図５】本発明の実施の形態２におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図
【図６】本発明の実施の形態２における吸放熱器の断面構成図
【図７】本発明の実施の形態３におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図
【図８】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態３のソーラーヒートポンプシステムの日射時における条件毎のヒートポンプサイクルを示す図
【図９】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態３のソーラーヒートポンプシステムの非日射時における条件毎のヒートポンプサイクルを示す図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるソーラーヒートポンプシステムの構成図
【図１１】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態４のソーラーヒートポンプシステムの日射時における条件毎のヒートポンプサイクルを示す図
【図１２】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態４のソーラーヒートポンプシステムの非日射時における条件毎のヒートポンプサイクルを示す図
【図１３】従来の吸着冷凍技術の作動原理図（非特許文献１より引用）
【符号の説明】
【０１５９】
１  集熱パネル
２  吸放熱器
３  配管
４  バルブ
５  貯蔵部
６  蒸発器
７  圧縮機
８  放熱部
９  膨張弁
１０  冷媒流路
１１  蓄熱部
１２  温水形成流路
１３  水供給口
１４  温水供給口
１５  カバーガラス
１６  太陽電池セル
１７  外枠
１８  伝熱板
１９  気化部
２０  断熱板
２１  蒸気流路
２２  フィン
２３  絞り部
２４  液溜め
２５  温度センサ
２６  絞り部出口
２７  温度センサ
２８  温度センサ
２９  電力計測部
３０  制御装置
３３  吸着剤
３９  シール部
４２  温度センサ
４３  温度センサ
４４  太陽電池パネル
４５  湿度センサ
４６  バイパス
４７  熱交換器
４８  三方バルブ
４９  三方バルブ
５０  室内機
５１  バイパス
５２  膨張弁
５３  バイパス
５４  三方バルブ
５５  バルブ
５６  バルブ
５７  三方バルブ
５８  バイパス
５９  バルブ
６０  バイパス
６１  三方バルブ
６２  バイパス
６３  バルブ
６４  バルブ
６５  膨張弁
７０  集熱部
７１  吸着材
７２  凝縮器
Ｓ  日射
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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