(57)【要約】      （修正有）【課題】発電部や集熱部において太陽エネルギーから取得エネルギーを取り出す取得効率を向上させ、取得エネルギーをロス無く蓄え使用する使用効率も高めることで、太陽エネルギーの利用効率を高めることができる太陽エネルギー利用システムを提供する。【解決手段】伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態及び又は蓄熱部９の蓄熱状態に応じて伝熱量を調整する構成とすることにより、蓄熱部９の状態や蓄熱部９と一体に構成された発電部７や集熱部８の状態を制御し、蓄熱部９と接続された加熱部１２の状態も制御することで、太陽エネルギーから熱や電力といった取得エネルギーを取り出す取得効率を高めることができる。【選択図】図１
2012052726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギーから発電を行う発電部と、太陽エネルギーから集熱を行う集熱部と、前記発電部及び前記集熱部と一体に構成され熱を蓄える蓄熱部と、前記蓄熱部から熱を伝える伝熱部と、前記伝熱部に対して前記蓄熱部よりも下流側に接続される加熱部と、前記伝熱部に接続され前記加熱部よりも下流側に接続される温熱機器と、前記伝熱部に設けられ前記蓄熱部から前記加熱部への伝熱量を調整する伝熱量制御部とを備え、前記伝熱量制御部は前記発電部の発電状態及び又は前記蓄熱部の蓄熱状態に応じて伝熱量を調整する構成とした太陽エネルギー利用システム。
【請求項２】
前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以上の場合に前記伝熱量を増やす制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項３】
前記蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以上であり前記蓄熱部の温度が相変化の発生する潜熱温度領域より高い場合に伝熱量を増やす制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項４】
前記蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以上であり前記蓄熱部の温度が潜熱温度領域に入っている場合には前記蓄熱部が潜熱温度領域を維持しつつ出来るだけ熱を蓄えた状態となるよう伝熱量を調整する制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項５】
前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以下である場合に太陽エネルギーによって前記蓄熱部に蓄えられた熱のうち使用された熱の総量が一定値以上になると伝熱量を増やす制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項６】
前記蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以下であり前記蓄熱部の温度が潜熱温度領域に入っている場合に伝熱量を増やす制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項７】
前記伝熱量制御部は、前記発電部の発電量が一定値以下である場合に前記蓄熱部の温度が低くなるほど伝熱量を減少させる制御を行う構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項８】
前記伝熱量制御部は、所定期間の前記温熱機器の動作負荷を予測する動作負荷予測手段を備え、前記動作負荷予測手段による動作負荷予測に基づいて伝熱量を変更する構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項９】
前記伝熱量制御部は、前記動作負荷予測手段による動作負荷予測に基づいて動作負荷の変動が少なく安定すると思われる時間に伝熱量を増やす制御を行う構成とした請求項８に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項１０】
前記伝熱量制御部は、前記伝熱部における放熱量を予測する放熱量予測手段を備え、前記放熱量予測手段による放熱量予測に基づいて伝熱量を変更する構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【請求項１１】
前記伝熱量制御部は、前記加熱部の加熱エネルギー効率を予測する加熱効率予測手段を備え、前記加熱効率予測手段による加熱効率予測に基づいて伝熱量を変更する構成とした請求項１に記載の太陽エネルギー利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを受けて熱及び電力を得る太陽エネルギー利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の太陽エネルギー利用システムとしては、効率良く太陽エネルギーを利用するために太陽エネルギーを電力として取り出す発電部と、太陽エネルギーを熱として取り出す集熱部とを一体に構成しているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、発電部で太陽エネルギーを電力として取り出す際に発生する熱及び集熱部において太陽エネルギーから取り出した熱を確実に蓄熱部に蓄えるため、発電部と集熱部と蓄熱部を一体に構成しているものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
図８は、特許文献１に記載された従来の太陽エネルギー利用システムを示すものである。図８に示すように、太陽エネルギー利用システムは太陽エネルギーから発電を行う発電部１と、発電部１と一体に構成され太陽エネルギーから集熱を行う集熱部２と、集熱部２から熱を伝える伝熱部３と、伝熱部３に対して集熱部２よりも下流側に接続される加熱部４と、伝熱部３に対して加熱部４よりも下流側に接続される蓄熱部５と、伝熱部３に対して蓄熱部５よりも下流側に接続される温熱機器６から構成されている。
【０００５】
図９は、特許文献２に記載された従来の太陽エネルギー利用システムを示すものである。図９に示すように、太陽エネルギー利用システムは発電部１と、発電部１と一体に構成された集熱部２と、発電部１と集熱部２と一体に構成された蓄熱部５と、蓄熱部５から熱を伝える伝熱部３から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２１１２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１０８４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の太陽エネルギー利用システムでは、蓄熱部５から伝熱部３によって取り出され温熱機器６へと伝えられる熱量は温熱機器６の瞬間的な動作負荷に応じて調整されており、発電部１や集熱部２において太陽エネルギーから電力や熱といった利用可能な取得エネルギーを取り出す際の取得効率を高める制御は行われていなかった。また、取り出された取得エネルギーを蓄熱部５にロスなく蓄え使用するという使用効率を高める制御もされていなかった。そのため、太陽エネルギー利用システム全体としては太陽エネルギーのうち最終的に利用したエネルギーの割合を示す利用効率が悪くなってしまうという課題を有していた。
【０００８】
また、蓄熱部５と温熱機器６との間に加熱部４が接続される場合には、温熱機器６の瞬間的な動作負荷の変化に対しては主に加熱部４の動作を変化させることで対応するが、この場合も同様に伝熱部３は特に太陽エネルギーの利用効率を高めるための制御を行わないため、太陽エネルギーの利用効率が悪いという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発電部や集熱部において太陽エネルギー
から取得エネルギーを取り出す取得効率を向上させ、取得エネルギーをロス無く蓄え使用する使用効率も高めることで、太陽エネルギー利用システム全体として太陽エネルギーの利用効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の太陽エネルギー利用システムは伝熱部に伝熱量制御部を設け、伝熱量制御部は発電部の発電状態及び又は蓄熱部の蓄熱状態に応じて伝熱部の伝熱量を調整する構成としたものである。
【００１１】
伝熱量制御部を設け伝熱部の伝熱量を調整可能な構成とすることで、伝熱量制御部は蓄熱部の蓄熱状態を制御できるようになり、蓄熱部に接続された発電部や集熱部の状態を間接的に制御することができる。さらに、温熱機器の動作負荷は使用者の操作によって決定されるため調整不可能であるが、蓄熱部から取り出される熱と加熱部で発生する熱を合わせて動作負荷を満足する制御が行われるため、伝熱部の伝熱量を調整することで逆に加熱部の動作も調整することができる。
【００１２】
発電部の発電状態に応じて伝熱量制御部を制御し発電部の発電状態と集熱部の集熱状態を変化させることで太陽エネルギーから取得エネルギーを取り出す取得効率を高めることができる。また、蓄熱部の蓄熱状態に応じて伝熱量制御部を制御し蓄熱部の蓄熱状態や加熱部の加熱状態を変化させることで取得エネルギーを蓄え使用する使用効率を高めることができる。さらに、厳密には取得効率を高めるためにも蓄熱部の蓄熱状態に応じ制御を行う必要があり、逆に使用効率を高めるためには発電部の発電状態を調べる必要がある。発電部の発電状態と蓄熱部の蓄熱状態を調べることによって取得効率と使用効率のそれぞれをより一層高めることができる。
【００１３】
太陽エネルギー利用システム全体として太陽エネルギーの利用効率を高めるためには取得効率と使用効率を同時に高める制御が必要であり、発電部の発電状態と蓄熱部の蓄熱状態に応じて伝熱量の制御を行うことによって太陽エネルギーの利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽エネルギー利用システムは、太陽エネルギーから熱や電力といった取得エネルギーを得る取得効率と取得エネルギーをロスなく蓄え使用する使用効率を同時に考慮して伝熱量を制御するため、太陽エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００１５】
また、太陽エネルギーの利用効率を高めることができるため、環境負荷が低くコストの安いエネルギーを使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図２】同、発電状態、蓄熱状態、動作負荷及び伝熱量の変化図
【図３】同、発電部の発電量と蓄熱部の温度に応じた伝熱量制御部の概略制御方法の一覧表を示す図
【図４】本発明の実施の形態２における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図５】同、発電状態、蓄熱状態、動作負荷、伝熱量及び動作負荷予測手段の動作負荷予測の変化図
【図６】同、発電部の発電量及び温熱機器の動作時間に対するタイミングに応じた伝熱量制御部の概略制御方法の一覧表を示す図
【図７】本発明の実施の形態３における太陽エネルギー利用システムの概略図
【図８】従来の太陽エネルギー利用システムの概略図
【図９】従来の太陽エネルギー利用システムの部分詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、太陽エネルギーから発電を行う発電部と、太陽エネルギーから集熱を行う集熱部と、前記発電部及び前記集熱部に一体に構成され熱を蓄える蓄熱部と、前記蓄熱部から熱を伝える伝熱部と、前記伝熱部に対して前記蓄熱部よりも下流側に接続される加熱部と、前記伝熱部に接続され前記加熱部よりも下流側に接続される温熱機器と、前記伝熱部に設けられ前記蓄熱部から前記加熱部への伝熱量を調整する伝熱量制御部とを備え、前記伝熱量制御部は前記発電部の発電状態及び又は前記蓄熱部の蓄熱状態に応じて伝熱量を調整する構成とすることにより、蓄熱部の状態や蓄熱部と一体に構成された発電部や集熱部の状態を制御し、蓄熱部と接続された加熱部の状態も制御することで、太陽エネルギーから取得エネルギーを取り出す取得効率を高めることができる。また発電状態や蓄熱状態を調べることで取得効率を高める効果が高い時点で取得効率を高め全体としての取得効率を高めることができる。同時に取得エネルギーをロスなく蓄え使用することができるため使用効率を高めることができる。これらによって太陽エネルギー利用システム全体として太陽エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００１８】
第２の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以上の場合に伝熱量を増やす制御を行う構成とすることにより、発電量が多くすなわち太陽エネルギーが多い状況において蓄熱部の温度を低下させると同時に蓄熱部と一体に構成された発電部と集熱部の温度を低下させることができる。発電部と集熱部は一般に温度が低い状態であるほど取得効率が向上し、また太陽エネルギーが多い状況であることから取得効率の向上により多くの取得エネルギーを得ることができる。また蓄熱部の温度が低下するため、集熱部で熱として取り出された取得エネルギーは蓄熱部に伝わり蓄えやすくなっており使用効率も向上する。さらに蓄熱部の蓄熱量も減少しているため、集熱部から蓄熱部へと伝わった熱が蓄熱部の蓄熱容量を超えてしまい、蓄えられずに捨てられてロスとなることが無いため使用効率を高めることができる。
【００１９】
第３の発明は、特に第１の発明の蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以上であり前記蓄熱部の温度が相変化の発生する潜熱温度領域より高い場合に伝熱量を増やす制御を行う構成とすることにより、発電量が多くすなわち太陽エネルギーが多い状況であると同時に、潜熱温度領域より温度が高く顕熱領域であるため温度が上昇しやすい状況にある蓄熱部の温度上昇を抑え、蓄熱部と一体に構成された発電部と集熱部の温度上昇を抑えることができ、取得効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
第４の発明は、特に第１の発明の蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以上であり前記蓄熱部の温度が潜熱温度領域に入っている場合には前記蓄熱部が潜熱温度領域を維持しつつ出来るだけ熱を蓄えた状態となるよう伝熱量を調整する制御を行う構成とすることにより、発電量が多くすなわち太陽エネルギーが多い状況において潜熱温度領域にあるため蓄熱部及び蓄熱部と一体に構成された発電部と集熱部の温度上昇を抑えことができ取得効率と使用効率を維持することができる。また蓄熱部は潜熱温度領域を維持しすなわち取得効率と使用効率を維持しつつ出来るだけ取得エネルギーである熱を蓄えた状態にあるため、太陽エネルギーが少ない状況でも加熱部によって熱を発生させること無く温熱機器の動作負荷に対応できるようになる。
【００２１】
第５の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以下である場合に太陽エネルギーによって前記蓄熱部に蓄えられた熱のうち使用された熱の総量が一定値以上になると伝熱量を増やす制御を行う構成とすることにより、熱が蓄熱部の内部で不均一に蓄えられた状態であり伝熱量制御部による熱の取り出しの制御が困難な期間
は伝熱量を抑えることで制御を行い易くしロスなくエネルギーを使用することができる。また、不均一に熱が蓄えられた状態では、自然とより多くの熱が蓄えられた場所から多くの熱が使用されるため熱を使用するにつれ不均一さは減少していく。熱を一定値以上使用した後は蓄熱材内部の熱は均一に蓄えられているため、伝熱量制御部による熱の取り出しの制御は容易であり伝熱量を増やしてもロスなくエネルギーを使用することができる。また発電量が少なく太陽エネルギーが少ないため取得効率を考慮する必要は無い。
【００２２】
第６の発明は、特に第１の発明の蓄熱部は潜熱蓄熱材で構成され、前記伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以下であり前記蓄熱部の温度が潜熱温度領域に入っている場合に伝熱量を増やす制御を行う構成とすることにより、蓄熱部は潜熱温度領域に入っているため熱を取り出しても温度が変化しにくく伝熱量制御部は伝える熱量を容易に制御できる。そのため伝熱量制御部が例えば温熱機器の動作負荷の変化などに対応して伝熱量を変化させる場合に実際の伝熱量が求められる伝熱量よりも大きく変化してしまいエネルギーを無駄にすることが無く使用効率を高めることができる。また発電量が少なく太陽エネルギーが少ないため取得効率を考慮する必要は無い。
【００２３】
第７の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、前記発電部の発電量が一定値以下である場合に前記蓄熱部の温度が低くなるほど伝熱量を減少させる制御を行う構成とすることにより、蓄熱材の温度が低くなるほど熱の取り出しは困難となるため求められる伝熱量を取り出せなかったり、求められる伝熱量を取り出すために伝熱部を大きく動作させ動作のためのエネルギーを多く使用したりすることが無いため、蓄熱部に蓄えられた熱の使用効率を高めることができる。また発電量が少なく太陽エネルギーが少ないため取得効率を考慮する必要は無い。
【００２４】
第８の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、所定期間の前記温熱機器の動作負荷を予測する動作負荷予測手段を備え、前記動作負荷予測手段による動作負荷予測に基づいて伝熱量を変更する構成とすることにより、温熱機器の動作負荷の瞬間的な変化に対応するだけでなく長期的な負荷の変化を考慮し効率の良い取り出しを行うことができる。また、長期的な負荷を見ることによって熱の総需要を調べることができ蓄熱部の熱を残すことなく利用できるため蓄熱部に蓄えられた熱の使用効率を高めることができる。
【００２５】
第９の発明は、特に第８の発明の伝熱量制御部を、前記動作負荷予測手段による動作負荷予測に基づいて動作負荷の変動が少なく安定すると思われる時間に伝熱量を増やす制御を行う構成とすることにより、動作負荷の変化に対応して伝熱量を変化させることが減り、伝熱量を変化させる場合に実際の伝熱量が求められる伝熱量よりも大きく変化してしまいエネルギーを無駄にすることが無く使用効率を高めることができる。
【００２６】
第１０の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、前記伝熱部における放熱量を予測する放熱量予測手段を備え、前記放熱量予測手段による放熱量予測に基づいて伝熱量を変更する構成とすることにより、周囲の気温や伝熱部の管路長などによって変化し伝熱量に応じても変化する放熱量も踏まえて伝熱量を制御することで、蓄熱部に蓄えられた熱の使用効率を高めることができる。
【００２７】
第１１の発明は、特に第１の発明の伝熱量制御部を、前記加熱部の加熱エネルギー効率を予測する加熱効率予測手段を備え、前記加熱効率予測手段による加熱効率予測に基づいて伝熱量を変更する構成とすることにより、太陽エネルギーの利用効率を高めることができるだけでなく太陽エネルギーと補助的に使用される加熱部の補助エネルギーの全体を考慮してエネルギーを効率的に使うことができる。また、補助エネルギーのコストが高いといった太陽エネルギーを利用するメリットの高い時期に太陽エネルギーを利用することで、コストで考えた場合の見かけ上の太陽エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００２８】
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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽エネルギー利用システムの概略図を示すものである。
【００３０】
図１において、太陽エネルギー利用システムは太陽エネルギーから発電を行う発電部７と、太陽エネルギーから集熱を行う集熱部８を有しており、発電部７と集熱部８は一体に構成されている。さらに熱を蓄える蓄熱部９も発電部７と集熱部８と一体に構成されている。そのため、発電部７の発電にともなう熱と集熱部８で集熱された熱は蓄熱部９へと伝わり蓄えられる。ここで蓄熱部９は潜熱蓄熱材によって構成されている。
【００３１】
蓄熱部９には蓄えられている熱の一部を取り出し下流側に伝達していく伝熱部１０が接続されている。伝熱部１０の蓄熱部９よりも下流側に伝熱量制御部１１が接続されており、伝熱部１０の伝熱量制御部１１よりも下流側に加熱部１２が接続され、さらに加熱部１２よりも下流側に温熱機器１３が設けられている。ここで、加熱部１２はガスを燃焼させることで熱を得るガス加熱部１２Ａとなっており、温熱機器１３は暖められた水を使う給湯器１３Ａとなっている。
【００３２】
伝熱部１０は第１伝熱部１４と第２伝熱部１５と熱交換器１６から構成されている。第１伝熱部１４は蓄熱部９と伝熱量制御部１１と熱交換器１６をつなぎ循環する管路によって構成されており内部に第１熱媒体１７が流されている。第２伝熱部１５は熱交換器１６と加熱部１２と温熱機器１３をつなぐ管路となっており内部に第２熱媒体１８が流されている。第２伝熱部１５は一端を水道の元栓に接続され、もう一端は給湯器１３Ａに接続されており、第２熱媒体１５として水が流され第１熱媒体１７とは異なり循環はしていない。
【００３３】
第１伝熱部１４において、第１熱媒体１７は蓄熱部９から熱を取り出し熱交換器１６へと伝える。熱交換器１６では第１熱媒体１７から第２熱媒体１８へと熱が伝えられる。熱を奪われた第１熱媒体１７は蓄熱部９へと戻り再び熱を取り出す。一方、第２熱媒体１８へと伝えられた熱は加熱部１２を経由し温熱機器１３に伝えられる。したがって蓄熱部９から取り出された熱は温熱機器１３へと伝えられる。
【００３４】
伝熱量制御部１１は発電部７の発電状況と蓄熱部９の蓄熱状況を調べ、その結果に基づいて伝熱部１０の伝熱量を制御する。伝熱量制御部１１は第１熱媒体１７の流量を調整することで蓄熱部９からの伝熱量を制御する。
【００３５】
図２は、本発明の実施の形態１における太陽エネルギー利用システムの発電状態、蓄熱状態、動作負荷及び伝熱量の変化図を示すものである。
【００３６】
図２において、上図において横軸は時間を示し、縦軸は発電量及び温度を示している。また上図に示された実線は発電部７の発電量の時間変化を示しており、一点差線は伝熱量制御部１１において発電状態の状況判断を行う発電量閾値を示している。また破線は蓄熱部９の温度の時間変化を示しており、灰色で囲まれた領域は蓄熱部９を構成する潜熱蓄熱材において相変化の発生する潜熱温度領域を示している。
【００３７】
下図において横軸は時間を示し、縦軸は熱量を示している。また下図に示された黒い点の打たれた領域は温熱機器１３の動作負荷の時間変化を示している。また斜線で示された
領域は温熱機器１３の動作負荷に対して蓄熱部９から取り出され伝熱部１０を通じて温熱機器１３で使用された熱量の時間変化を示している。
【００３８】
上図と下図ともに横軸は同じ時間を示している。時間ｔ１、ｔ４及びｔ７は温熱機器１３が操作され熱を使用し始めた時間を表しており、時間ｔ３、ｔ６及びｔ１０は温熱機器１３が停止され熱の使用が止まった時間を示している。また時間ｔ２、ｔ５、ｔ８及びｔ９は伝熱量制御部１１が制御を変化させた時間を示している。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１における太陽エネルギー利用システムの発電部の発電量及び蓄熱部の温度に応じた伝熱量制御部の概略制御方法の一覧表を示すものである。
【００４０】
図３において、一覧表の行項目は発電部７の発電量を示しており、列項目は蓄熱部９の温度を示している。それぞれの項目は、その項目が位置している行が示す発電部７の状態と、この項目が位置している列が示す蓄熱部９の状態が組み合わさった条件において、伝熱量制御部１１がどのように伝熱量を制御するのかという概略の制御方法が示されている。
【００４１】
また、それぞれの項目にはその条件が発生する時間として、図２に示した時間ｔ１〜ｔ１１が示されている。なお、時間ｔ１〜ｔ１１のうち温熱機器１３が動作しておらず伝熱を行う必要が無い時間帯は記入されていない。
【００４２】
以上のように構成された太陽エネルギー利用システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
太陽が昇っている状態において、発電部７と集熱部８では太陽光を受け太陽エネルギーから熱や電力といった取得エネルギーが取り出される。発電部７では太陽エネルギーから電力と同時に熱が取り出され、集熱部８では熱が取り出される。発電部７で取り出された電力は主幹電力系統（図示せず）に接続され活用される。また発電部７及び集熱部８で取り出された熱は一体に構成された蓄熱部９へと自然と伝わり蓄えられていく。
【００４４】
一方、発電部７と集熱部８において太陽エネルギーから取得エネルギーが取り出されているか否かには関わらず、温熱機器１３は使用者によって起動され、温熱機器１３の動作負荷は使用者によって調整される。それに伴って伝熱量制御部１１は温熱機器１３の動作負荷の範囲内で伝熱部１０により蓄熱部９から熱を取り出し温熱機器１３へと伝えていく。
【００４５】
伝熱量制御部１１は蓄熱部９から温熱機器１３へと熱を伝えるため第１熱媒体１７を流し始める。第１熱媒体１７は蓄熱部９から熱を取り出した後に熱交換器１６へと流れ、熱交換器１６において第２熱媒体１８へと熱を伝える。熱を受け取った第２熱媒体１８は熱を持ったまま加熱部１２へと流れる。一方、熱を奪われた第１熱媒体１７は再び蓄熱部９へと戻る。
【００４６】
加熱部１２において第２熱媒体１８には、温熱機器１３の動作負荷を満たすようさらに熱が加えられる。加熱部１２はガス加熱部１２Ａとなっているためガスを燃焼させその熱で第２熱媒体１８を暖める。第１熱媒体１７によって蓄熱部９から取り出され第２熱媒体１８へと伝わった熱と加熱部１２によって加えられた熱を合わせて動作負荷を満たす熱を持った第２熱媒体１８が温熱機器１３へと流れる。
【００４７】
第２熱媒体１８によって伝えられた熱は温熱機器１３よって利用される。温熱機器１３は給湯器１３Ａであるため、使用者は熱を持った状態である第２熱媒体１８をそのままお
湯として取り出し利用する。
【００４８】
さらにここで、伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態及び又は蓄熱部９の蓄熱状態に応じて伝熱部１０の伝熱量を調整するよう動作する。またこの時、伝熱部１０の伝熱量に関わらず温熱機器１３の動作負荷は満足する必要があるため、加熱部１２によって第２熱媒体１８へ与えられる熱量は伝熱部１０の伝熱量の変化とは逆に変化する。
【００４９】
伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態として発電部７の発電量を調べる。発電部７の発電量は時刻によって大きく左右され、大きく分けて太陽が昇り太陽エネルギーが多く取得エネルギーを取り出せている時間帯と、太陽が沈んでいる時間帯や朝夕といった太陽は出ているが低い位置にあるため太陽エネルギーが少なく取得エネルギーを取り出せない時間帯に分けることができる。伝熱量制御部１１は発電部７の発電量を調べ、発電量があらかじめ設定した発電量閾値を超えるかどうかによって取得エネルギーを取り出せる時間帯かどうかを判断する。
【００５０】
また伝熱量制御部１１は蓄熱部９の蓄熱状態として蓄熱部９の温度を調べる。蓄熱部９の温度が蓄熱部９を構成する潜熱蓄熱材の物性によってあらかじめ決まる潜熱温度領域にあるかどうかを調べることで、蓄熱部９の状態が熱の授受を行っても温度の変化しにくい相変化の発生している状態かどうかを調べる。同時に蓄熱部９の温度から間接的に蓄熱材に蓄えられた熱量を調べる。
【００５１】
伝熱量制御部１１における発電部７の発電状態に関する判断と蓄熱部９の蓄熱状態に関する判断を組み合わせ、組み合わせに応じて伝熱量制御部１１は伝熱量を変化させる。またこれらの判断はそれぞれが時刻や常に変化しており、温熱機器１３の動作に対して熱を取り出している最中にも変化していく。
【００５２】
１日の範囲で動作を考えていくと、まず太陽が出る前の初期条件おいて、太陽エネルギー利用システムは発電部７で発電は行っておらず、集熱部８においても集熱は行われていない。すなわち太陽エネルギーから取得エネルギーは取り出されていない。また蓄熱部９の熱は前日にすべて使用され蓄熱部９に熱は蓄えられていない。
【００５３】
まず太陽が昇りはじめ、次第に太陽エネルギーから取得エネルギーが取り出され始め発電部７の発電量も徐々に増えていく。取り出された取得エネルギーのうち熱は蓄熱部に蓄えられていく。
【００５４】
時刻ｔ１になると、例えば朝の洗面などのために操作者が温熱機器１３を動作させる。この時、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量は発電量閾値を越えていないため取得エネルギーをほぼ取り出せていない時間帯であると判断し、同時に蓄熱部９の温度も非常に低いため熱は蓄えられていないと判断する。この判断に基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９から熱を取り出すような動作はせず、温熱機器１３の動作負荷には加熱部１２の熱によって対応する。
【００５５】
時刻ｔ２になると、温熱機器１３の動作負荷はそのままだが、時間が経過したことで太陽が高く上り取得エネルギーが増える。その結果として発電部７の発電量は発電量閾値を越え取得エネルギーを取り出せている時間帯であると判断される。蓄熱部９も取得エネルギーの熱が徐々に蓄えられ若干温度が上昇した状態となっているが、しかし潜熱温度領域には到達していない。
【００５６】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９からわずかに熱を取り出し温熱機器１３で利用するよう動作する。蓄熱部９の熱を取り出し蓄熱部９の温度が低下することで蓄熱
部９と一体に構成された発電部７と集熱部８の温度上昇が抑えられ熱を取り出さない場合に比べ温度が低下する。ここで発電部７と集熱部８は一般に温度が低い状態であるほど取得効率が向上し、同時に発電部７の発電量に基づく判断により太陽エネルギーが多い状況であることから取得効率の向上によってより多くの取得エネルギーを得ることができる。加えて蓄熱部９の温度が低下するため、熱として取り出された取得エネルギーは蓄熱部９に伝わり蓄えやすくなっており取り出された取得エネルギーをロスやロスなく使用する使用効率も向上する。
【００５７】
時刻ｔ３になると温熱機器１３は停止される。時刻ｔ３以降は太陽エネルギーから取り出された熱は蓄熱部９へとすべて蓄えられる。蓄熱部９に熱が蓄えられるにつれ蓄熱部９の温度は徐々に上昇するが、潜熱温度領域にはいるといったん温度上昇が止まる。その後さらに熱が蓄えられると潜熱温度領域を超え温度が再び上昇していく。
【００５８】
時刻ｔ４になると、例えば帰宅直後の入浴や夕食の準備などにお湯を使用するため操作者は温熱機器１３を動作させる。この時、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り出せている時間帯であると判断する。また蓄熱部９の温度は潜熱温度領域を超えた状態であることが分かる。
【００５９】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９から取り出す熱を最大限に増やし温熱機器１３の動作負荷を蓄熱部９から取り出した熱でまかなうよう動作する。これによって取得エネルギーが多く熱が多く取り出されている状況であると同時に潜熱温度領域を抜けたため比熱の低い顕熱温度領域であることから、より温度が上昇しやすい状況にある蓄熱部９の温度上昇を抑えさらには温度を低下させることができる。したがって発電部７と集熱部８の温度も低下する。よって太陽エネルギーが多い状況で取得エネルギーの取得効率が上昇するためメリットが大きい。また一般に潜熱蓄熱材は潜熱温度領域を大きく超えて温度が上昇すると潜熱蓄熱材の物性が変化し蓄熱量の低下や過冷却の発生といった悪影響が生じるため、ある程度以上の温度になった場合はその悪影響を回避するため熱を蓄えずに捨てる必要があり使用効率が低下してしまう。この使用効率の低下を防ぐことができるため全体としての利用効率を高めることができる。
【００６０】
時刻ｔ５になると、温熱機器１３の動作負荷はそのままであり、発電部７の発電量も依然として発電量閾値を超えた状態であるが、蓄熱部９から熱を大量に取り出し温熱機器１３で使用したことにより蓄熱部９の温度が下がり潜熱温度領域に入る。
【００６１】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９から取り出す熱を先ほどよりも若干減らし、蓄熱部９が潜熱温度領域を維持しつつ出来るだけ熱を蓄えた状態となるよう伝熱量を調整する。蓄熱部９の温度を維持することで発電部７と集熱部８の温度も維持されるため、取得効率を維持することができる。ちなみに、この場合に大量の熱を取り出すよう制御を行ったとしても蓄熱部９は潜熱温度領域にあるため温度は低下せず、取得効率は伝熱量を調整した場合と同じである。また蓄熱部９には多くの熱が蓄えられた状態となっているため、太陽エネルギーが少ない状況でも加熱部１２による熱の発生が少なくなることが期待できる。
【００６２】
時刻ｔ６になると温熱機器１３は停止される。時刻ｔ６以降は太陽エネルギーから取り出された熱は蓄熱部９へとすべて蓄えられる。しかし太陽が沈んでいくことで発電部７の発電量は低下し、蓄熱部９の温度については熱が蓄えられなくなるため上昇が止まっていく。
【００６３】
時刻ｔ７になると、例えば夜の入浴やなどにお湯を使用するため操作者は温熱機器１３を動作させる。この時、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り
出せていない時間帯であると判断する。取得エネルギーを取り出せる時間帯から取得エネルギーを取り出せていない時間帯に移り変わってからはじめて蓄熱部９から熱を取り出すこの場合において伝熱量制御部１１は、蓄熱部９の温度に関わらずわずかな熱量だけを取り出して使用するよう伝熱量を制御する。伝熱量制御部１１は取り出した熱の総量が一定値以上になるまでこの動作を続ける。
【００６４】
太陽エネルギーから熱を取り出し蓄えた直後は熱が蓄熱部の内部で不均一に蓄えられた状態になることがある。このため、この状態で熱を取り出そうとすると取り出したい熱量を取り出すことが困難で、温熱機器へと余分に熱を伝え無駄にしてしまうことで使用効率を低下させてしまったり、逆に熱が足りず操作者に不快感をあたえたりすることがある。取り出す熱量が少なければ変動の絶対値は少なくなるため無駄になる熱量は少なくなる。そして、熱を取り出す過程で自然とより多くの熱が蓄えられた場所から多くの熱が使用されるため蓄熱部９の内部に生じていた不均一さは減少していく。
【００６５】
またここで蓄熱部の内部の不均一は取得エネルギーを取り出せる時間帯においても同様に発生しているが、取得エネルギーを取り出せる時間帯は不均一を解消しようとしても不均一を発生させる取得エネルギーの蓄積が行われているため効果がない。
【００６６】
時刻ｔ８になると、時刻ｔ７で設定した通り取り出した熱の総量が一定値以上になる。この時点で蓄熱部９から安定して熱を取り出される状態となっている。ここで再び伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り出せていない時間帯であると判断する。また蓄熱部９の温度は潜熱温度領域にあることが分かる。
【００６７】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９から取り出す熱を最大限に増やし温熱機器１３の動作負荷を蓄熱部９から取り出した熱でまかなうよう動作する。蓄熱部９は潜熱温度領域に入っているため熱を取り出しても温度が変化しにくく伝熱量制御部１１は伝える熱量を容易に制御できる。そのため伝熱量制御部１１が例えば温熱機器の動作負荷の変化などに対応して伝熱量を変化させる場合に実際の伝熱量が求められる伝熱量よりも大きく変化してしまいエネルギーを無駄にすることが無く使用効率を高めることができる。
【００６８】
時刻ｔ９になると、温熱機器１３の動作負荷はそのままであり、発電部７の発電量も依然として発電量閾値を下回った状態であるが、蓄熱部９から熱を大量に取り出し温熱機器１３で使用したことにより蓄熱部９の温度が下がり潜熱温度領域以下になる。
【００６９】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は、蓄熱部９の温度が低下し蓄熱部９に残った熱量が少なくなるほど蓄熱部９から取り出す熱を減少させていく制御を行う。蓄熱部９の温度が低くなるほど熱の取り出しは困難となるため多くの熱を取り出そうとすると、設定した熱量が取り出せず操作者に不快感を与えることがある。また具体的に蓄熱部９から多くの熱を取り出すためには、伝熱部１０の第１熱媒体１７の流量を多くしようとする必要があり、第１熱媒体１７を動作させる無駄なエネルギーが必要となる。そのためシステム全体としての効率が悪くなってしまう。伝熱量制御部１１が蓄熱部９の温度が低下するほど蓄熱部９から取り出す熱を減少させていく制御によってこれらを回避することができる。
【００７０】
時刻ｔ１０になると蓄熱部９に蓄えられた熱がすべてなくなり、以降は加熱部１２で発生する熱によって温熱機器１３の動作負荷に対応する。
【００７１】
時刻ｔ１１になると温熱機器１３は停止され、すべての状態は１日の初期条件にもどる。
【００７２】
１日を通して、伝熱量制御部１１は発電部７における発電状態と蓄熱部９の蓄熱状態を
調べて伝熱量を制御する。このため太陽エネルギーが多いタイミングで熱や電力といった取得エネルギーを取り出す取得効率が高められるため１日を通じての取得効率が向上する。また熱が蓄えられずに捨てられてしまうといったことや、余計に取り出されて無駄になってしまうといったことを無くすことができるため、取得エネルギーを蓄え取り出して使用する使用効率も向上する。取得効率と使用効率が向上することで全体として太陽エネルギーの利用効率が向上する。
【００７３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における太陽エネルギー利用システムの概略図を示すものである。
【００７４】
図４において、太陽エネルギー利用システムは太陽エネルギーから発電を行う発電部７と、太陽エネルギーから集熱を行う集熱部８を有しており、発電部７と集熱部８は一体に構成されている。さらに熱を蓄える蓄熱部９も発電部７と集熱部８と一体に構成されている。そのため、発電部７の発電にともなう熱と集熱部８で集熱された熱は蓄熱部９へと伝わり蓄えられる。ここで蓄熱部９は潜熱蓄熱材によって構成されている。
【００７５】
蓄熱部９には蓄えられている熱の一部を取り出し下流側に伝達していく伝熱部１０が接続されている。伝熱部１０の蓄熱部９よりも下流側に伝熱量制御部１１が接続されており、伝熱部１０の伝熱量制御部１１よりも下流側に加熱部１２が接続され、さらに加熱部１２よりも下流側に温熱機器１３が設けられている。ここで、加熱部１２は電気によって熱を得る電気加熱部１２Ｂとなっており、温熱機器１３は暖房機１３Ｂとなっている。
【００７６】
伝熱部１０は第１伝熱部１４と第２伝熱部１５と熱交換器１６から構成されている。第１伝熱部１４は蓄熱部９と伝熱量制御部１１と熱交換器１６をつなぎ循環する管路によって構成されており内部に第１熱媒体１７が流されている。第２伝熱部１５は熱交換器１６と加熱部１２と温熱機器１３をつなぎ循環する管路によって構成されており内部に第２熱媒体１８が流されている。
【００７７】
第１伝熱部１４において、第１熱媒体１７は蓄熱部９から熱を取り出し熱交換器１６へと伝える。熱交換器１６では第１熱媒体１７から第２熱媒体１８へと熱が伝えられる。熱を奪われた第１熱媒体１７は蓄熱部９へと戻り再び熱を取り出す。一方、第２熱媒体１８は加熱部１２を経由してさらに熱を加えられた後に温熱機器１３に伝えられる。したがって蓄熱部９から取り出された熱は温熱機器１３へと伝えられる。温熱機器１３は暖房機１３Ｂであるため、温熱機器１３では第２熱媒体１８から熱が取り出され室内の暖房として使用される。熱を奪われた第２熱媒体１８は熱交換機１６へと戻り再び第１熱媒体１７から熱をうけとる。
【００７８】
また伝熱量制御部１１は温熱機器１３の動作負荷を予測する動作負荷予測手段１９を有している。また伝熱量制御部１１は伝熱部１０における放熱量を予測する放熱量予測手段２０を有している。伝熱量制御部１１は発電部７の発電状況と蓄熱部９の蓄熱状況を調べ、その結果と動作負荷予測及び放熱量予測に基づいて伝熱部１０の伝熱量を制御する。
【００７９】
また伝熱量制御部１１は第１熱媒体１７の流量を調整することで蓄熱部９からの伝熱量を制御する。
【００８０】
図５は、本発明の実施の形態２における太陽エネルギー利用システムの発電状態、蓄熱状態、動作負荷、伝熱量及び動作負荷予測手段の動作負荷予測の変化図を示すものである。
【００８１】
図５において、上図において横軸は時間を示し、縦軸は発電量及び温度を示している。また上図に示された実線は発電部７の発電量の時間変化を示しており、一点差線は伝熱量制御部１１において発電状態の状況判断を行う発電量閾値を示している。また破線は蓄熱部９の温度の時間変化を示しており、灰色で囲まれた領域は蓄熱部９を構成する潜熱蓄熱材において相変化の発生する潜熱温度領域を示している。
【００８２】
中図において横軸は時間を示し、縦軸は熱量を示している。また中図に示された横線で示された領域は動作負荷予測手段１９による温熱機器１３の動作負荷の時間変化を予測したものを示している。
【００８３】
下図において横軸は時間を示し、縦軸は熱量を示している。また下図に示された黒い点の打たれた領域は温熱機器１３の実際の動作負荷の時間変化を示している。また斜線で示された領域は温熱機器１３の動作負荷に対して蓄熱部９から取り出され伝熱部１０を通じて温熱機器１３で使用された熱量の時間変化を示している。
【００８４】
上図、中図、下図ともに横軸は同じ時刻を示しているが、中図はあらかじめ動作負荷を予測したものであるため、上図と下図において示された実際に各種動作変更などが発生した時刻ｔ１〜ｔ１０とは誤差が生じている。
【００８５】
時間ｔ１、ｔ５、ｔ’１、ｔ’５は温熱機器１３が動作し始める時間を示しており、時間ｔ４、ｔ８、ｔ’４、ｔ’８は温熱機器１３が停止する時間を示している。また時間ｔ２、ｔ３、ｔ６、ｔ７及びｔ’２、ｔ’３、ｔ’６、ｔ’７は伝熱量制御部１１が制御を変化させた時間を示している。
【００８６】
図６は、本発明の実施の形態２における太陽エネルギー利用システムの発電部の発電量及び温熱機器の動作時間に対するタイミングに応じた伝熱量制御部の概略制御方法の一覧表を示すものである。
【００８７】
図６において、一覧表の行項目は発電部７の発電量を示しており、列項目は温熱機器１３の動作時間に対するタイミングを示している。それぞれの項目は、その項目が位置している行が示す発電部７の状態と、この項目が位置している列が示す温熱機器１３の動作時間中のタイミングが組み合わさった条件において、伝熱量制御部１１がどのように伝熱量を制御するのかという概略の制御方法が示されている。
【００８８】
以上のように構成された太陽エネルギー利用システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００８９】
太陽が昇っている状態において、発電部７と集熱部８では太陽光を受け太陽エネルギーから熱や電力といった取得エネルギーが取り出される。発電部７では太陽エネルギーから電力と同時に熱が取り出され、集熱部８では熱が取り出される。発電部７で取り出された電力は主幹電力系統（図示せず）に接続され活用される。また発電部７及び集熱部８で取り出された熱は一体に構成された蓄熱部９へと自然と伝わり蓄えられていく。
【００９０】
一方、発電部７と集熱部８において太陽エネルギーから取得エネルギーが取り出されているか否かには関わらず、温熱機器１３は使用者によって起動され、温熱機器１３の動作負荷は使用者によって調整される。それに伴って伝熱量制御部１１は温熱機器１３の動作負荷の範囲内で伝熱部１０により蓄熱部９から熱を取り出し温熱機器１３へと伝えていく。
【００９１】
伝熱量制御部１１は蓄熱部９から温熱機器１３へと熱を伝えるため第１熱媒体１７を流
し始める。第１熱媒体１７は蓄熱部９から熱を取り出した後に熱交換器１６へと流れ、熱交換器１６において第２熱媒体１８へと熱を伝える。熱を受け取った第２熱媒体１８は熱を持ったまま加熱部１２へと流れる。一方、熱を奪われた第１熱媒体１７は再び蓄熱部９へと戻る。
【００９２】
加熱部１２において第２熱媒体１８には、温熱機器１３の動作負荷を満たすようさらに熱が加えられる。加熱部１２は電気加熱部１２Ｂとなっているため電気抵抗を利用し熱を発生させその熱で第２熱媒体１８を暖める。第１熱媒体１７によって蓄熱部９から取り出され第２熱媒体１８へと伝わった熱と加熱部１２によって加えられた熱を合わせて動作負荷を満たす熱を持った第２熱媒体１８が温熱機器１３へと流れる。
【００９３】
第２熱媒体１８によって伝えられた熱は温熱機器１３よって利用される。温熱機器１３は暖房機１３Ｂであるため、第２熱媒体１８から熱が奪われ室内の暖房などに利用される。熱を奪われた第２熱媒体１８は再び熱交換器１６へと戻る。
【００９４】
さらにここで、伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態及び又は蓄熱部９の蓄熱状態に応じて伝熱部１０の伝熱量を調整するよう動作する。ここで伝熱量制御部１１は動作負荷予測手段１９の動作負荷予測と放熱量予測手段２０の放熱量予測も踏まえて伝熱量を調整していく。またこの時、伝熱部１０の伝熱量に関わらず温熱機器１３の動作負荷は満足する必要があるため、加熱部１２によって第２熱媒体１８へ与えられる熱量は伝熱部１０の伝熱量の変化とは逆に変化する。
【００９５】
伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態として発電部７の発電量を調べ、発電量があらかじめ設定した発電量閾値を超えるかどうかによって取得エネルギーを取り出せる時間帯であるかどうかを判断する。また伝熱量制御部１１は蓄熱部９の蓄熱状態として蓄熱部９の温度を調べ、間接的に蓄熱材に蓄えられた熱量を調べる。
【００９６】
さらに伝熱量制御部１１の動作負荷予測手段１９は、接続されている温熱機器１３がどのような用途のものであるかといった情報やこれまでの使用履歴などから、今後発生する動作負荷の予測を行う。
【００９７】
また伝熱量制御部１１の放熱量予測手段２０は、周囲の気温や伝熱部１０の管路長などから、伝熱部１０によって伝熱量に応じた放熱によるロスを調べ放熱量の予測を行う。
【００９８】
１日の範囲で動作を考えていくと、まず太陽が出る前の初期条件おいて、太陽エネルギー利用システムは発電部７で発電は行っておらず、集熱部８においても集熱は行われていない。すなわち太陽エネルギーから取得エネルギーは取り出されていない。また蓄熱部９の熱は前日にすべて使用され蓄熱部９に熱は蓄えられていない。
【００９９】
まず太陽が昇りはじめ、次第に太陽エネルギーから取得エネルギーが取り出され始め発電部７の発電量も徐々に増えていく。取り出された取得エネルギーのうち熱は蓄熱部に蓄えられていく。
【０１００】
時刻ｔ１になると、操作者は温熱機器１３を動作させる。この時、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り出せる時間帯であると判断する。また蓄熱部９の温度は潜熱温度領域であることが分かる。
【０１０１】
また動作負荷予測手段１９はこの時刻ｔ１で発生した動作負荷があらかじめ時刻ｔ’１において発生すると予測していた動作負荷が予想よりも速く発生したと判断する。動作予測では時刻ｔ’１から時刻ｔ’２の間は操作者の操作などにより動作負荷が変動しやすい
期間になると予想しているため、実際の動作負荷もしばらく間は変動しやすいと考える。
【０１０２】
また放熱量予測手段２０は、発電状態から取得エネルギーを取り出せる時間帯であることから太陽エネルギーによって気温も上昇していると考え、熱を多く流しても放熱量は少ないと予測する。
【０１０３】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９からわずかに熱を取り出し温熱機器１３の動作負荷の一部のみをまかなうようにする。動作負荷全体に対応しようとすると、動作負荷が大きく変動するのに対して伝熱量制御部１１で取り出す熱量を同時に変化させることは困難であることから、実際の伝熱量が求められる伝熱量とことなってしまい温熱機器へと余分に熱を伝え無駄にしてしまうことで使用効率を低下させてしまったり、逆に熱が足りず操作者に不快感をあたえたりすることがあるため、これを回避することができる。動作負荷の変動に対しては変動にすばやく対応できる加熱部１２によって対応する。
【０１０４】
時刻ｔ２では、発電部７の発電状態や蓄熱部９の蓄熱状態に大きな変化は無く、外気温も変化が無いと思われることから放熱量予測手段２０の放熱量予測にも変化は無い。温熱機器１３の動作負荷については動作負荷予測手段１９の動作負荷予測の通り変動が収まり安定している。また動作負荷予測手段１９ではあらかじめ予測していた時刻ｔ’２から時刻ｔ’３の間と対応して、実際の動作負荷もしばらく安定すると判断する。
【０１０５】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９から取り出す熱を最大限に増やし温熱機器１３の動作負荷を蓄熱部９から取り出した熱でまかなうよう動作する。動作負荷が安定しているため伝熱量を急激に変化させる必要が無く、したがってそれに伴うロスは発生しない。また、多くの熱を伝熱しているが気温は高い状態であるため放熱によるロスは少なく使用効率が高い状態を維持できる。さらに加熱部１２においてエネルギーを消費することが無いため全体としての太陽エネルギーの利用効率がよくなる。
【０１０６】
時刻ｔ３では、発電部７の発電状態や蓄熱部９の蓄熱状態に大きな変化は無く、外気温も変化が無いと思われることから放熱量予測手段２０の放熱量予測にも変化は無い。温熱機器１３の動作負荷については動作負荷予測手段１９の動作負荷予測の通り安定した時間帯が終わりつつあり温熱機器１３の停止に向けて動作負荷が低下しつつある状態である。動作負荷予測手段１９ではあらかじめ予測していた時刻ｔ’３から時刻ｔ’４の間と対応して、実際の動作負荷は今後速やかに低下しやがて停止すると判断する。
【０１０７】
これらに基づいて伝熱量制御部１１は蓄熱部９からわずかに熱を取り出し温熱機器１３の動作負荷の一部のみをまかなうようにする。これは時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に行った制御と同様であり動作負荷の変化に対応しきれず熱を無駄にしてしまうことを防ぐ。
【０１０８】
時刻ｔ４になると温熱機器１３は停止される。時刻ｔ４以降は太陽エネルギーから取り出された熱は蓄熱部９へとすべて蓄えられる。
【０１０９】
時刻ｔ５になると、操作者は再び温熱機器１３を動作させる。この時、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り出せない時間帯であると判断する。また蓄熱部９の温度は潜熱温度領域であり熱が蓄積されていることがわかる。
【０１１０】
また動作負荷予測手段１９はこの時刻ｔ５で発生した動作負荷があらかじめ時刻ｔ’５において発生すると予測していた動作負荷が予想よりも遅く発生したと判断する。
【０１１１】
また放熱量予測手段２０は、発電状態から取得エネルギーを取り出せない時間帯であることから気温が低下していると考え、伝熱部１０に熱を流すほど放熱が増えると放熱量予
測を行う。この状況において放熱によるロスを減少させるためには単位時間当たりに蓄熱部９から取り出され温熱機器１３へと伝えられる熱量を低下させればよい。しかし、伝熱量を低下させすぎてしまった場合には蓄熱部９に熱が残った状態で温熱機器１３の動作が停止してしまう恐れがあり、蓄熱部９に残った熱はロスになってしまう。結果として取得エネルギーの使用効率は低下してしまう。
【０１１２】
この状況において伝熱量制御部１１は、今後の動作負荷予測の全体である時刻ｔ’５から時刻ｔ’９の間の動作負荷の予測全体を考慮し、放熱が少なくなるように単位時間当たりの伝熱量を下げつつ、温熱機器１３の動作が終了すると同時に蓄熱部９に蓄えられた熱を全て使いきるように計画を立て伝熱量を微調整していく。
【０１１３】
まず動作負荷予測によると時刻ｔ’５から時刻ｔ’６の間は操作者の操作などにより動作負荷が変動しやすい期間と考えられ、さらに時刻ｔ’７から時刻ｔ’８も安定した時間帯が終わり温熱機器１３の停止に向けて動作負荷が低下しつつある状態であり動作負荷が変動する時間帯であると考えられる。これらの時間帯については動作負荷の不安定さに対応するため、時刻ｔ’１から時刻ｔ’２の時間帯及び時刻ｔ’３から時刻ｔ’４の時間帯と同様に伝熱量下げる制御を行うよう計画が立てられる。
【０１１４】
また時刻ｔ’６から時刻ｔ’７の時間帯は動作負荷が安定した時間帯であるが、時刻ｔ’２から時刻ｔ’３の時間帯で行ったような動作負荷を蓄熱部９で取り出した熱でまかなうような動作はしない。一定量の熱を取り出しつつ最終的に時刻ｔ’８で蓄熱部９に蓄えられた熱が使いきれるよう伝熱量を制御する計画が立てられる。
【０１１５】
実際の時刻が時刻ｔ６、時刻ｔ７、となるにつれ伝熱量制御部１１は時刻ｔ５で作成した計画に従って伝熱量を制御していく。これによって蓄熱部９に蓄えられた熱は放熱によるロスが少なく、蓄熱部９に残った状態で使用されずに捨てられることも無いため取得エネルギーの使用効率は向上する。
【０１１６】
時刻ｔ’８になると蓄熱部９に蓄えられた熱がすべてなくなり、同時に温熱機器１３が停止される。これによってすべての状態が１日の初期条件にもどる。
【０１１７】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における太陽エネルギー利用システムの概略図を示すものである。
【０１１８】
図７において、太陽エネルギー利用システムは太陽エネルギーから発電を行う発電部７と、太陽エネルギーから集熱を行う集熱部８を有しており、発電部７と集熱部８は一体に構成されている。さらに熱を蓄える蓄熱部９も発電部７と集熱部８と一体に構成されている。そのため、発電部７の発電にともなう熱と集熱部８で集熱された熱は蓄熱部９へと伝わり蓄えられる。ここで蓄熱部９は潜熱蓄熱材によって構成されている。
【０１１９】
蓄熱部９には蓄えられている熱の一部を取り出し下流側に伝達していく伝熱部１０が接続されている。伝熱部１０の蓄熱部９よりも下流側に伝熱量制御部１１が接続されており、伝熱部１０の伝熱量制御部１１よりも下流側に加熱部１２が接続され、さらに加熱部１２よりも下流側に温熱機器１３が設けられている。ここで、加熱部１２はガスを燃焼させることで熱を得るガス加熱部１２Ａとなっており、温熱機器１３は暖房機１３Ｂとなっている。
【０１２０】
伝熱部１０は蓄熱部９と加熱部１２と温熱機器１３をつなぎ循環する管路によって構成されており内部に熱媒体２１が流されている。熱媒体２１は蓄熱部９から熱を取り出し加
熱部１２を経由し熱を加えられた後に温熱機器１３に伝えられる。温熱機器１３は暖房機１３Ｂであるため、温熱機器１３では熱媒体２１から熱が取り出され室内の暖房として使用される。熱を奪われた熱媒体２１は蓄熱部９へと戻り再び蓄熱部９から熱を取り出す。
【０１２１】
また伝熱量制御部１１は温熱機器１３の動作負荷を予測する動作負荷予測手段１９を有している。また伝熱量制御部１１は加熱部１２において熱を得るための加熱エネルギー効率を予測する加熱効率予測手段２２を有している。伝熱量制御部１１は発電部７の発電状況と蓄熱部９の蓄熱状況を調べ、その結果と動作負荷予測及び加熱エネルギー効率予測に基づいて伝熱部１０の伝熱量を制御する。
【０１２２】
また伝熱量制御部１１は熱媒体２１の流量を調整することで蓄熱部９からの伝熱量を制御する。
【０１２３】
以上のように構成された太陽エネルギー利用システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【０１２４】
太陽が昇っている状態において、発電部７と集熱部８では太陽光を受け太陽エネルギーから熱や電力といった取得エネルギーが取り出される。発電部７では太陽エネルギーから電力と同時に熱が取り出され、集熱部８では熱が取り出される。発電部７で取り出された電力は主幹電力系統（図示せず）に接続され活用される。また発電部７及び集熱部８で取り出された熱は一体に構成された蓄熱部９へと自然と伝わり蓄えられていく。
【０１２５】
一方、発電部７と集熱部８において太陽エネルギーから取得エネルギーが取り出されているか否かには関わらず、温熱機器１３は使用者によって起動され、温熱機器１３の動作負荷は使用者によって調整される。それに伴って伝熱量制御部１１は温熱機器１３の動作負荷の範囲内で伝熱部１０により蓄熱部９から熱を取り出し温熱機器１３へと伝えていく。
【０１２６】
伝熱量制御部１１は蓄熱部９から温熱機器１３へと熱を伝えるため熱媒体２１を流し始める。熱媒体２１は蓄熱部９から熱を取り出した後に加熱部１２へと流れる。加熱部１２において熱媒体２１には、温熱機器１３の動作負荷を満たすようさらに熱が加えられる。加熱部１２は電気加熱部１２Ｂとなっているため電気抵抗を利用し熱を発生させその熱で熱媒体２１を暖める。蓄熱部９から取り出された熱と加熱部１２によって加えられた熱を合わせて動作負荷を満たす熱を持つ熱媒体２１が温熱機器１３へと流れる。
【０１２７】
熱媒体２１によって伝えられた熱は温熱機器１３よって利用される。温熱機器１３は暖房機１３Ｂであるため、熱媒体２１から熱が奪われ室内の暖房などに利用される。熱を奪われた２１熱媒体１８は再び蓄熱部９へと戻る。
【０１２８】
さらにここで、伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態及び又は蓄熱部９の蓄熱状態に応じて伝熱部１０の伝熱量を調整するよう動作する。ここで伝熱量制御部１１は動作負荷予測手段１９の動作負荷予測と加熱効率予測手段２２の加熱エネルギー効率予測も踏まえて伝熱量を調整していく。またこの時、伝熱部１０の伝熱量に関わらず温熱機器１３の動作負荷は満足する必要があるため、加熱部１２によって熱媒体２１へ与えられる熱量は伝熱部１０の伝熱量の変化とは逆に変化する。
【０１２９】
伝熱量制御部１１は発電部７の発電状態として発電部７の発電量を調べ、発電量があらかじめ設定した発電量閾値を超えるかどうかによって取得エネルギーを取り出せる時間帯であるかどうかを判断する。また伝熱量制御部１１は蓄熱部９の蓄熱状態として蓄熱部９の温度を調べ、間接的に蓄熱材に蓄えられた熱量を調べる。
【０１３０】
さらに伝熱量制御部１１の動作負荷予測手段１９は、接続されている温熱機器１３がどのような用途のものであるかといった情報やこれまでの使用履歴などから、今後発生する動作負荷の予測を行う。
【０１３１】
また伝熱量制御部１１の加熱効率予測手段２２は、接続されている温熱機器１３がどのような用途のものであるかといった情報などから、加熱部１２における補助エネルギーから熱への加熱エネルギー変換効率の予測を行う。ここで加熱部１２は電気加熱部１２Ｂであるため補助エネルギーは電力である。
【０１３２】
操作者が温熱機器１３を動作させた場合で、伝熱量制御部１１は発電部７の発電量から取得エネルギーを取り出せない時間帯であると判断され、蓄熱部９の温度は潜熱温度領域であり熱が蓄積されていることがわかった場合を考える。
【０１３３】
さらに加えて、動作負荷が安定しており熱を余計に取り出すことで無駄にすることがなく、伝熱部１０おける放熱も無いと考えると、使用効率は蓄熱部９から取り出された熱の総量によってきまるため、蓄熱部９に蓄えられた熱を使い切れれば単位時間当たりの伝熱量にはよらなくなる。
【０１３４】
一方で温熱機器１３の動作負荷を満足するため、加熱部１２で発生させ熱媒体２１へ与えられる熱量は伝熱部１０の伝熱量の変化とは逆に変化しており、発生させる熱量が変化することで加熱エネルギー変換効率も変化する。ここで一般に加熱エネルギー変換効率は取り出す熱量に対してピークを持つように変化し、そのピークを示す最適熱量より少ない熱量を取り出す場合も多くの熱量を取り出す場合も加熱エネルギー変換効率は低下する。
【０１３５】
これらを踏まえて伝熱量制御部１１はハイブリッド車のエンジンのように加熱部１２を一定動作させ動作負荷の変動にたいしては伝熱量を調整することで対応するよう動作する。
【０１３６】
また、動作負荷予測に基づいて、動作負荷全体が蓄熱部９に蓄えられた熱によってまかなうことができると考えられた場合には、加熱部１２を動作させない。また動作負荷が発生している全ての時間において加熱部１２を最高効率で動作させると、蓄熱部９に蓄えられていた熱と加熱部１２で発生する熱の総量が動作負荷全体を超えてしまう場合には、加熱部１２を低効率で動かす時間帯を設けるのではなく、蓄熱部９からの伝熱だけで動作負荷をまかなう時間帯と、加熱部１２を最高効率で動かすと同時に蓄熱部９の熱を利用する時間帯を設けて動作させる。
【０１３７】
これによって太陽エネルギーの利用効率を高めることができるだけでなく太陽エネルギーと補助的に使用される加熱部の補助エネルギーの全体を考慮してエネルギーを効率的に使うことができる。
【０１３８】
またさらに、動作負荷が安定せず熱を余計に取り出してしまい無駄にする可能性がある場合や、伝熱部１０おける放熱が無視できない場合においては、これら蓄熱部に蓄えられた熱の使用効率の低下と、補助エネルギーからの加熱エネルギー変換効率の低下を同時に考慮し両者のバランスを取ることで、システム全体としてのエネルギー効率を高めることができる。
【０１３９】
なお、本実施の形態において加熱部１２は電気加熱部１２Ｂとしたが、例えばガスやヒートポンプ式の加熱部を用いてもかまわない。
【０１４０】
なお、本実施の形態において蓄熱部９は発電部７及び集熱部８と一体に構成したが、蓄熱部９を別に構成し発電部７及び集熱部８から熱を運ぶ伝熱部を新たに設ける構成としてもかまわない。
【０１４１】
上記した実施の形態における構成は、必要に応じて適宜組み合わせて使用することができるものであり、実施の形態そのものの構成に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上のように、本発明にかかる太陽エネルギー利用システムはエネルギー蓄えた後に取り出して活用する装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１４３】
７  発電部
８  集熱部
９  蓄熱部
１０  伝熱部
１１  伝熱量制御部
１２  加熱部
１３  温熱機器
１９  動作負荷予測手段
２０  放熱量予測手段
２２  加熱効率予測手段
【図１】
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【図３】
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【図４】
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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２】
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【図５】
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