(57)【要約】      （修正有）【課題】蓄熱層から集熱層を介して放熱される熱量（放熱ロス）を低減することが可能な太陽熱集熱装置を提供する。【解決手段】ガラス板２、第１断熱層３，上面４ａ（受光面）を有し、当該上面４ａで太陽光を受けて集熱する集熱層４と、集熱層４で集熱された熱を蓄える蓄熱層６と、集熱層４と蓄熱層６との間に配置される第二断熱層５とを具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を有し、当該受光面で太陽光を受けて集熱する集熱層と、
前記集熱層で集熱された熱を蓄える蓄熱層と、
前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される断熱層と、
を具備する太陽熱集熱装置。
【請求項２】
前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される前記断熱層は、空気層により形成される、
請求項１に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱層は、潜熱蓄熱材により形成される、
請求項１又は請求項２に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項４】
前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される前記断熱層とは別に、透光性を有し、前記集熱層の受光面側に配置される他の断熱層をさらに具備する、
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項５】
前記集熱層と前記蓄熱層との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環機構をさらに具備する、
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項６】
前記集熱層及び前記蓄熱層の熱を熱負荷へと供給可能な熱供給機構をさらに具備し、
前記熱供給機構は、
前記集熱層及び前記蓄熱層を順に流通するように熱媒体を案内する案内配管と、
前記案内配管に接続され、前記集熱層の少なくとも一部分を流通し、かつ前記蓄熱層を流通する前の熱媒体を取り出し、熱負荷へと供給する第一熱供給配管と、
前記蓄熱層の少なくとも一部分を流通した後の熱媒体を取り出し、前記熱負荷へと供給する第二熱供給配管と、
を具備する、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の太陽熱集熱装置。
【請求項７】
前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度が所定の値より大きい場合には、当該第一熱供給配管から前記熱負荷へと熱媒体を供給させ、前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度が所定の値以下である場合には、前記第二熱供給配管から前記熱負荷へと熱媒体を供給させる制御装置と、
を具備する請求項６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、太陽光を受けて集熱する太陽熱集熱装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光を受けて集熱する太陽熱集熱装置の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
特許文献１には、集熱層（集熱部）と、当該集熱層の下面に接するように配置された蓄熱層（潜熱蓄熱材）と、を具備する太陽熱集熱装置（潜熱蓄熱材付集熱パネル）が記載されている。このような太陽熱集熱装置では、集熱層が太陽光を受けて集熱し、集熱された熱が当該集熱層から蓄熱層に伝達される。蓄熱層は、集熱層から伝達された熱を蓄えることができる。蓄熱層に蓄えられた熱は、当該蓄熱層内を循環する熱媒体を介して外部へと供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、集熱層と蓄熱層とが直接接するように配置されている。このため、太陽光が照射されない夜間等には、蓄熱層に蓄えられた熱が集熱層を介して外部へと放熱され易い、すなわち放熱ロスが発生し易い点で不利である。
【０００６】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、蓄熱層から集熱層を介して放熱される熱量（放熱ロス）を低減することが可能な太陽熱集熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、受光面を有し、当該受光面で太陽光を受けて集熱する集熱層と、前記集熱層で集熱された熱を蓄える蓄熱層と、前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される断熱層と、を具備するものである。
【０００９】
前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される前記断熱層は、空気層により形成されることとしてもよい。
このような構成により、断熱層の軽量化を図ることができる。
【００１０】
前記蓄熱層は、潜熱蓄熱材により形成されることとしてもよい。
このような構成により、比較的小さな体積で大きな熱量を蓄えることができ、太陽熱集熱装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
前記集熱層と前記蓄熱層との間に配置される前記断熱層とは別に、透光性を有し、前記集熱層の受光面側に配置される他の断熱層をさらに具備することとしてもよい。
このような構成により、集熱層の受光面側から放熱される熱量（放熱ロス）を低減することができる。
【００１２】
前記集熱層と前記蓄熱層との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環機構をさらに具備することとしてもよい。
このような構成により、集熱層で集熱された熱を蓄熱層へと効率良く伝達することができる。
【００１３】
前記集熱層及び前記蓄熱層の熱を熱負荷へと供給可能な熱供給機構をさらに具備し、前記熱供給機構は、前記集熱層及び前記蓄熱層を順に流通するように熱媒体を案内する案内配管と、前記案内配管に接続され、前記集熱層の少なくとも一部分を流通し、かつ前記蓄熱層を流通する前の熱媒体を取り出し、熱負荷へと供給する第一熱供給配管と、前記蓄熱層の少なくとも一部分を流通した後の熱媒体を取り出し、前記熱負荷へと供給する第二熱供給配管と、を具備することとしてもよい。
このような構成により、集熱層からの熱及び蓄熱層からの熱を熱負荷へと供給することができる。
【００１４】
前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度を検出する温度検出部と、前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度が所定の値より大きい場合には、当該第一熱供給配管から前記熱負荷へと熱媒体を供給させ、前記第一熱供給配管によって取り出される熱媒体の温度が所定の値以下である場合には、前記第二熱供給配管から前記熱負荷へと熱媒体を供給させる制御装置と、を具備することとしてもよい。
このような構成により、第一熱供給配管から取り出される熱媒体を優先して熱負荷へと供給することで、集熱層の温度を低下させることができ、ひいては集熱層の集熱効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
蓄熱層から集熱層を介して放熱される熱量（放熱ロス）を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係る太陽熱集熱装置の全体的な構成を示した斜視図。（ｂ）側壁を取り除いた状態の太陽熱集熱装置を示した分解斜視図。
【図２】熱媒体循環機構及び給湯機構の構成を示した斜視図。
【図３】制御に関する構成を示したブロック図。
【図４】制御装置による制御の流れを示したフローチャート。
【図５】制御装置による制御が実行された場合の蓄熱量等を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る太陽熱集熱装置１の構成について説明する。
【００１８】
太陽熱集熱装置１は、太陽光を受けて集熱した熱を蓄えると共に、適宜外部へと供給するものである。太陽熱集熱装置１は、主としてガラス板２、第一断熱層３、集熱層４、第二断熱層５、蓄熱層６、第三断熱層７、側壁８、熱媒体循環機構９、給湯機構１０及び制御装置１１（図３参照）を具備する。
【００１９】
ガラス板２は、透明な（透光性を有する）ガラスで形成された矩形板状の部材である。ガラス板２は、その板面を概ね上下方向に向けた状態で配置される。ガラス板２は、耐衝撃性を有する素材で形成されることが望ましい。
【００２０】
第一断熱層３は、ガラス板２と集熱層４との間の熱伝達を減少させるものである。第一断熱層３は、透光性を有するように形成される。具体的には、第一断熱層３は、透明な直方体箱状のケースに収容された空気（空気層）によって形成される。第一断熱層３は、平面視においてガラス板２と同一形状（矩形状）に形成される。第一断熱層３は、ガラス板２の底面に接するように、当該ガラス板２の下方に配置される。
【００２１】
集熱層４は、太陽光を受けて熱を集める（集熱する）ものである。集熱層４は、直方体箱状のケースの内部に、不凍液を満たすことで形成される。集熱層４（前記ケース）の上面４ａが、太陽光を受けるための面（受光面）となる。当該ケースの上面４ａには、光選択吸収膜（特定の波長域の吸収特性を高める材料）を塗布した金属板が貼り付けられる。集熱層４は、平面視において第一断熱層３と同一形状（矩形状）に形成される。集熱層４は、第一断熱層３の底面に接するように、当該第一断熱層３の下方に配置される。集熱層４の上面４ａ（光選択吸収膜）が太陽光を受けると、当該太陽光によって集熱層４内の不凍液が温められる。これによって、集熱層４は集熱を行うことができる。集熱層４は、その温度（具体的には、不凍液の温度）が低いほど、効率よく集熱を行うことができる。集熱層４は、温められた不凍液を保持することで、一時的に熱を蓄える（蓄熱する）こともできる。
【００２２】
第二断熱層５は、集熱層４と蓄熱層６との間の熱伝達を減少させるものである。第二断熱層５は、直方体箱状のケースに収容された空気（空気層）によって形成される。第二断熱層５は、平面視において集熱層４と同一形状（矩形状）に形成される。第二断熱層５は、集熱層４の底面に接するように、当該集熱層４の下方に配置される。
【００２３】
蓄熱層６は、集熱層４で集熱された熱を蓄える（蓄熱する）ものである。蓄熱層６は、具体的には潜熱蓄熱材により形成される。潜熱蓄熱材は、物質の相が変化するときに必要とされる潜熱を利用して蓄熱可能な材料である。潜熱蓄熱材は、潜熱蓄熱材以外の素材（例えば、水等）に比べて小さな体積で大きな熱量を蓄えることができる。蓄熱層６は、潜熱蓄熱材を構成する材料を適宜選択することで、任意の温度で蓄熱することができる。本実施形態においては、蓄熱層６は温度Ｔｃで蓄熱（相変化）するものとする。蓄熱層６は、直方体状に形成される。蓄熱層６は、平面視において第二断熱層５と同一形状（矩形状）に形成される。蓄熱層６は、第二断熱層５の底面に接するように、当該第二断熱層５の下方に配置される。蓄熱層６が蓄えることができる熱量は、集熱層４が一時的に蓄えることができる熱量よりも十分に大きくなるように設定される。
【００２４】
第三断熱層７は、蓄熱層６からの熱伝達を減少させるものである。第三断熱層７は、直方体状の適宜の断熱材によって形成される。第三断熱層７は、平面視において蓄熱層６と同一形状（矩形状）に形成される。第三断熱層７は、蓄熱層６の底面に接するように、当該蓄熱層６の下方に配置される。
【００２５】
側壁８は、平面視矩形枠状に形成される部材である。側壁８は、適宜の断熱材によって形成される。側壁８は、平面視においてガラス板２等と略同一形状（矩形状）に形成される。側壁８は、ガラス板２、第一断熱層３、集熱層４、第二断熱層５及び蓄熱層６を周囲から囲むように配置される。
【００２６】
このように第三断熱層７及び側壁８によって、上面が開放された直方体箱状の部材が形成される。当該部材（第三断熱層７及び側壁８）によってガラス板２、第一断熱層３、集熱層４、第二断熱層５及び蓄熱層６が側方及び下方から囲まれることで、当該蓄熱層６等の側方や下方への放熱が抑制される。
【００２７】
熱媒体循環機構９は、集熱層４と蓄熱層６との間で熱媒体を循環させるものである。熱媒体循環機構９によって、集熱層４で集熱された熱を蓄熱層６に伝達して蓄熱することができる。
なお、熱媒体循環機構９の詳細な構成については後述する。
【００２８】
給湯機構１０は、太陽熱集熱装置１に蓄えられた熱を用いて湯を沸かし、外部へと供給する（給湯する）ものである。具体的には、給湯機構１０は、集熱層４において集熱された熱及び蓄熱層６において蓄熱された熱を用いて湯を沸かすことができる。
なお、給湯機構１０の詳細な構成については後述する。
【００２９】
制御装置１１（図３参照）は、太陽熱集熱装置１の動作を制御するものである。
なお、制御装置１１の詳細な構成については後述する。
【００３０】
このように、太陽熱集熱装置１は、矩形板状（直方体状）の集熱層４や蓄熱層６等を積層させて略矩形板状（パネル状）に形成されている。また、太陽熱集熱装置１は、蓄熱層６で蓄熱することができるため、集熱層４で集熱された熱を蓄えるための貯湯タンク等を別途設ける必要がない。このため、太陽熱集熱装置１は、省スペース化及びコストの削減を図ることができる。
【００３１】
以下では、上述の如く構成された太陽熱集熱装置１を用いて集熱及び蓄熱が行われる様子について説明する。
【００３２】
太陽熱集熱装置１（制御装置１１を除く）は、住宅の屋根の上など、日当たりの良い場所に設置される。この際、ガラス板２の上面が太陽光を受け易いように、適宜当該太陽熱集熱装置１の姿勢が調節される。
【００３３】
まず、晴れた日の日中など、太陽熱集熱装置１に太陽光が照射される場合について説明する。
【００３４】
この場合、ガラス板２に太陽光が照射されると、当該太陽光は、透光性を有するガラス板２及び第一断熱層３を透過して集熱層４の上面４ａ（光選択吸収膜）に到達する。当該太陽光によって、集熱層４内の不凍液が温められる。このようにして、集熱層４によって集熱が行われる。
【００３５】
集熱層４内の温度が蓄熱層６内の温度よりも高い状態で、熱媒体循環機構９によって当該集熱層４と蓄熱層６との間で熱媒体を循環させると、集熱層４の熱が熱媒体を介して蓄熱層６へと運ばれる。このようにして、蓄熱層６に熱が蓄えられる。
【００３６】
次に、夜間など、太陽熱集熱装置１に太陽光が照射されない場合について説明する。
【００３７】
この場合、太陽熱集熱装置１の周囲の温度は日中等（太陽光が照射される場合）に比べて下がる。このため、当該太陽熱集熱装置１に蓄熱された熱が、上方（第三断熱層７及び側壁８によって囲まれていない部分）から外部へと放熱するおそれがある。
【００３８】
しかしながら、本実施形態においては、蓄熱層６の上方には、第二断熱層５、集熱層４、第一断熱層３及びガラス板２が積層するように配置されている。これによって、蓄熱層６から外部への放熱を効果的に抑制することができる。特に、本実施形態に係る太陽熱集熱装置１では、蓄熱層６と集熱層４との間に第二断熱層５を配置している。これによって、蓄熱層６から集熱層４への熱伝達が抑制されるため、当該集熱層４を介する放熱を効果的に抑制することができる。
【００３９】
以下では、図２及び図３を用いて、熱媒体循環機構９、給湯機構１０及び制御装置１１に関する構成について詳細に説明する。
【００４０】
図２に示す熱媒体循環機構９は、主として循環配管９ａ及び循環ポンプ９ｂを具備する。
【００４１】
循環配管９ａは、熱媒体を案内するものである。循環配管９ａは、集熱層４内及び蓄熱層６内を循環するように配置される。具体的には、循環配管９ａは、集熱層４内の略全域及び蓄熱層６内の略全域をそれぞれ蛇行するように配置された配管の両端部（図２の紙面奥側端部同士と手前側端部同士）をそれぞれ接続して形成される。これによって、循環配管９ａは、切れ目のない環状となるように形成される。循環配管９ａ内には、熱媒体（例えば、不凍液）が満たされる。
【００４２】
循環ポンプ９ｂは、循環配管９ａ内の熱媒体を圧送するものである。循環ポンプ９ｂは、循環配管９ａの中途部に設けられる。循環ポンプ９ｂは、回転方向を切り替えることで、双方向に熱媒体を圧送することができる。すなわち、循環ポンプ９ｂは、図２の矢印Ｄ１方向及び矢印Ｄ２方向に熱媒体を圧送することができる。
【００４３】
このように構成された熱媒体循環機構９において、循環ポンプ９ｂが駆動すると、循環配管９ａ内の熱媒体は当該循環配管９ａに案内されて集熱層４内及び蓄熱層６内を流通する。
【００４４】
具体的には、循環ポンプ９ｂが矢印Ｄ１方向に熱媒体を圧送すると、当該熱媒体は蓄熱層６の奥側（図２の紙面奥側）から当該蓄熱層６内に流入する。当該熱媒体は、蓄熱層６内を蛇行した後、当該蓄熱層６の手前側（図２の紙面手前側）から流出する。当該熱媒体は、さらに集熱層４の手前側から当該集熱層４内に流入する。当該熱媒体は、集熱層４内を蛇行した後、当該集熱層４の奥側から流出する。当該熱媒体は、再び蓄熱層６の奥側から当該蓄熱層６内に流入する。
【００４５】
循環ポンプ９ｂが矢印Ｄ２方向に熱媒体を圧送した場合には、当該熱媒体は循環配管９ａ内を上記の場合（循環ポンプ９ｂが矢印Ｄ１方向に熱媒体を圧送した場合）と逆方向に循環することになる。
【００４６】
このように、熱媒体循環機構９によって熱媒体が集熱層４内及び蓄熱層６内を循環することで、集熱層４で集熱された熱が蓄熱層６に蓄熱される。すなわち、熱媒体が集熱層４内を流通する際に、当該集熱層４内の不凍液から熱を奪う。当該熱媒体が蓄熱層６内を流通することで、熱が蓄熱層６へと伝達され、蓄熱層６は当該熱を蓄えることができる。
【００４７】
給湯機構１０は、主として案内配管１０ａ、給水配管１０ｂ、第一給湯配管１０ｃ、第二給湯配管１０ｄ、第一開閉弁１０ｅ及び第二開閉弁１０ｆを具備する。
【００４８】
案内配管１０ａは、熱媒体（本実施形態においては、水（湯））を案内するものである。案内配管１０ａは、集熱層４内及び蓄熱層６内を通過するように配置される。具体的には、案内配管１０ａは、集熱層４内の略全域及び蓄熱層６内の略全域をそれぞれ蛇行するように配置された配管の一端部（図２の紙面手前側端部同士）を接続して形成される。
なお、案内配管１０ａは、集熱層４内及び蓄熱層６内において、循環配管９ａに沿うように配置される。
【００４９】
給水配管１０ｂは、案内配管１０ａ内に水を供給する（給水する）ものである。給水配管１０ｂは、案内配管１０ａの端部（具体的には、集熱層４の奥側に位置する端部）に接続される。給水配管１０ｂを介して、外部から案内配管１０ａ内へと水が適宜供給される。
【００５０】
第一給湯配管１０ｃは、案内配管１０ａ内で沸かされた湯を外部へと供給する（給湯する）ものである。第一給湯配管１０ｃは、案内配管１０ａの中途部（具体的には、集熱層４と蓄熱層６との間に位置する部分）に接続される。第一給湯配管１０ｃを介して案内配管１０ａ内の湯を取り出し、外部（例えば、浴室等の湯を必要とする設備（給湯負荷））へと供給することができる。
【００５１】
第二給湯配管１０ｄは、案内配管１０ａ内で沸かされた湯を外部へと供給する（給湯する）ものである。第二給湯配管１０ｄは、案内配管１０ａの端部（具体的には、蓄熱層６の奥側に位置する端部）に接続される。第二給湯配管１０ｄを介して案内配管１０ａ内の湯を取り出し、外部（前記給湯負荷）へと供給することができる。
【００５２】
第一開閉弁１０ｅは、第一給湯配管１０ｃからの給湯の可否を切り替えるものである。第一開閉弁１０ｅは、第一給湯配管１０ｃの中途部に設けられる。第一開閉弁１０ｅは、第一給湯配管１０ｃを開閉することで、当該第一給湯配管１０ｃ内の湯の流通の可否を切り替えることができる。
【００５３】
第二開閉弁１０ｆは、第二給湯配管１０ｄからの給湯の可否を切り替えるものである。第二開閉弁１０ｆは、第二給湯配管１０ｄの中途部に設けられる。第二開閉弁１０ｆは、第二給湯配管１０ｄを開閉することで、当該第二給湯配管１０ｄ内の湯の流通の可否を切り替えることができる。
【００５４】
このように構成された給湯機構１０において、給水配管１０ｂを介して水が供給されると当該水は案内配管１０ａに案内されて集熱層４内及び蓄熱層６内を流通する。
【００５５】
具体的には、給水配管１０ｂに水が供給されると、当該水は集熱層４の奥側から当該集熱層４内に流入する。当該水は、集熱層４内を蛇行した後、当該集熱層４の手前側から流出する。当該水は、さらに蓄熱層６の手前側から当該蓄熱層６内に流入する。当該水は、蓄熱層６内を蛇行した後、当該蓄熱層６の奥側から流出する。この際、集熱層４を流通する水は、当該集熱層４の熱を奪って高温（湯）になる。また集熱層４を流通した後に蓄熱層６を流通する湯は、当該蓄熱層６の熱を奪ってさらに高温になる。
【００５６】
この際、第一開閉弁１０ｅが開かれると共に第二開閉弁１０ｆが閉じられている場合には、集熱層４を流通した湯が第一給湯配管１０ｃから前記給湯負荷へと供給される。すなわち、第一給湯配管１０ｃから供給される湯は、集熱層４の熱によって沸かされたものである。
【００５７】
また、第二開閉弁１０ｆが開かれると共に第一開閉弁１０ｅが閉じられている場合には、集熱層４及び蓄熱層６を流通した湯が第二給湯配管１０ｄから前記給湯負荷へと供給される。すなわち、第二給湯配管１０ｄから供給される湯は、集熱層４及び蓄熱層６の熱によって沸かされたものである。
【００５８】
図３に示す制御装置１１は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、Ｉ／Ｏ等の入出力装置、並びにモニター等の表示装置等により構成される。制御装置１１には、太陽熱集熱装置１の動作を制御するための種々の情報やプログラム等が予め記憶される。制御装置１１は、集熱層温度センサ１１ａ、第一蓄熱層温度センサ１１ｂ、第二蓄熱層温度センサ１１ｃ及び第一給湯温度センサ１１ｄに接続される。
【００５９】
集熱層温度センサ１１ａは、集熱層４内の温度（以下、「集熱層温度Ｔ１」と称する）を検出するものである。集熱層温度センサ１１ａは、集熱層４内の適宜の位置に配置される。
【００６０】
第一蓄熱層温度センサ１１ｂは、蓄熱層６内の温度を検出するものである。より詳細には、第一蓄熱層温度センサ１１ｂは、蓄熱層６のうち、紙面（図２）奥行き方向中央よりも手前側の温度（以下、「第一蓄熱層温度Ｔ２ａ」と称する）を検出するものである。第一蓄熱層温度センサ１１ｂは、蓄熱層６内の手前側に配置される。
【００６１】
第二蓄熱層温度センサ１１ｃは、蓄熱層６内の温度を検出するものである。より詳細には、第二蓄熱層温度センサ１１ｃは、蓄熱層６のうち、紙面（図２）奥行き方向中央よりも奥側の温度（以下、「第二蓄熱層温度Ｔ２ｂ」と称する）を検出するものである。第二蓄熱層温度センサ１１ｃは、蓄熱層６内の奥側に配置される。
【００６２】
第一給湯温度センサ１１ｄは、第一給湯配管１０ｃによって取り出される湯の温度（以下、「第一給湯温度Ｔｓ」と称する）を検出するものである。第一給湯温度センサ１１ｄは、第一給湯配管１０ｃの中途部（第一開閉弁１０ｅよりも案内配管１０ａに近い側）に配置される。
【００６３】
また、制御装置１１は循環ポンプ９ｂに接続され、当該循環ポンプ９ｂの動作（駆動の有無、及び熱媒体の圧送方向）を制御することができる。
また、制御装置１１は第一開閉弁１０ｅ及び第二開閉弁１０ｆに接続され、当該第一開閉弁１０ｅ及び第二開閉弁１０ｆの動作（開閉）を制御することができる。
また、制御装置１１は、図示せぬ前記給湯負荷に接続され、当該給湯負荷からの熱の要求（給湯需要）についての情報（具体的には、給湯需要の有無、及び要求される湯の温度）を受信することができる。
【００６４】
以下では、図４を用いて、制御装置１１による太陽熱集熱装置１の各部の制御について詳細に説明する。
【００６５】
ステップＳ１０１において、制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が閾値ａよりも大きいか否かを判定する。閾値ａは、集熱層温度Ｔ１が十分に高いか否か（集熱層４が十分に温められているか否か）を判定するために、任意に定められる値である。
制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が閾値ａよりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。
制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が閾値ａ以下であると判定した場合（ステップＳ１０１でＮｏ）、ステップＳ１０６に移行する。
【００６６】
ステップＳ１０２において、制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が、第一蓄熱層温度Ｔ２ａ及び第二蓄熱層温度Ｔ２ｂのうち低い方（最小値）より大きいか否かを判定する。
制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が、第一蓄熱層温度Ｔ２ａ及び第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの最小値より大きいと判定した場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、ステップＳ１０３に移行する。
制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が、第一蓄熱層温度Ｔ２ａ及び第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの最小値以下であると判定した場合（ステップＳ１０２でＮｏ）、ステップＳ１０６に移行する。
【００６７】
ステップＳ１０３において、制御装置１１は、第一蓄熱層温度Ｔ２ａと第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの温度差の絶対値が閾値ｂよりも大きいか否かを判定する。閾値ｂは、蓄熱層６の内部の温度が不均一な状態か否かを判定するために、任意に定められる値である。
制御装置１１は、第一蓄熱層温度Ｔ２ａと第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの温度差の絶対値が閾値ｂよりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、ステップＳ１０４に移行する。
制御装置１１は、第一蓄熱層温度Ｔ２ａと第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの温度差の絶対値が閾値ｂ以下であると判定した場合（ステップＳ１０３でＮｏ）、ステップＳ１０５に移行する。
【００６８】
ステップＳ１０４において、制御装置１１は、循環ポンプ９ｂの圧送方向の設定を変更する。例えば、現在循環ポンプ９ｂから矢印Ｄ１（図２）方向に熱媒体を圧送するように設定されている場合には、矢印Ｄ２方向に圧送するように設定を変更する。このように設定を変更することで、循環ポンプ９ｂを駆動させた際に、熱媒体が循環配管９ａ内を循環する方向が反転することになる。
制御装置１１は、当該ステップＳ１０４の処理を行った後、ステップＳ１０５に移行する。
【００６９】
ステップＳ１０５において、制御装置１１は、循環ポンプ９ｂを駆動させる。これによって、循環配管９ａ内を熱媒体が循環することになる。すなわち、当該熱媒体によって、集熱層４の熱が蓄熱層６へと伝達され、蓄熱層６に蓄熱される。
制御装置１１は、当該ステップＳ１０５の処理を行った後、ステップＳ１０６に移行する。
【００７０】
ステップＳ１０６において、制御装置１１は、浴室等の給湯負荷で給湯需要が発生しているか否かを判定する。
制御装置１１は、前記給湯負荷で給湯需要が発生していると判定した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、ステップＳ１０７に移行する。
制御装置１１は、前記給湯負荷で給湯需要が発生していないと判定した場合（ステップＳ１０６でＮｏ）、ステップＳ１０１に移行する。
【００７１】
ステップＳ１０７において、制御装置１１は、第一給湯温度Ｔｓが前記給湯負荷から要求されている湯の温度（以下、「要求温度Ｔｄ」と称する）よりも大きいか否かを判定する。
制御装置１１は、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄよりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。
制御装置１１は、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄ以下であると判定した場合（ステップＳ１０７でＮｏ）、ステップＳ１０９に移行する。
【００７２】
ステップＳ１０８において、制御装置１１は、第一開閉弁１０ｅを開くと共に第二開閉弁１０ｆを閉じる。これによって、湯が第一給湯配管１０ｃから前記給湯負荷へと供給される。
制御装置１１は、当該ステップＳ１０８の処理を行った後、ステップＳ１０１に移行する。
【００７３】
ステップＳ１０９において、制御装置１１は、第二開閉弁１０ｆを開くと共に第一開閉弁１０ｅを閉じる。これによって、湯が第二給湯配管１０ｄから前記給湯負荷へと供給される。
制御装置１１は、当該ステップＳ１０９の処理を行った後、ステップＳ１０１に移行する。
【００７４】
このように、制御装置１１は、集熱層温度Ｔ１が大きく、十分に集熱が行われている状態（ステップＳ１０１でＹｅｓ）で、かつ当該集熱層温度Ｔ１が第一蓄熱層温度Ｔ２ａ及び第二蓄熱層温度Ｔ２ｂの最小値より大きい場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、循環ポンプ９ｂを駆動させて蓄熱層６への蓄熱を行う（ステップＳ１０５）。
【００７５】
この際、制御装置１１は、蓄熱層６の内部の温度が不均一な場合（ステップＳ１０３でＹｅｓ）には、熱媒体の循環方向を反転させ（ステップＳ１０４）、蓄熱層６の内部の温度の均一化を図る。これによって、蓄熱層６の蓄熱効率の向上を図ることができる。
【００７６】
また、制御装置１１は、給湯需要が発生している場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄよりも大きければ（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、第一給湯配管１０ｃから前記給湯負荷へと湯を供給する（ステップＳ１０８）。第一給湯配管１０ｃから供給される湯は、集熱層４の熱によって沸かされたものである。すなわち、第一給湯配管１０ｃから湯を供給することで、集熱層４の温度を下げることができ、ひいては当該集熱層４の集熱効率を高めることができる。
【００７７】
一方、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄ以下であれば（ステップＳ１０７でＮｏ）、第一給湯配管１０ｃからの湯では給湯需要を賄うことはできない。よって、制御装置１１は、第二給湯配管１０ｄから前記給湯負荷へと湯を供給する（ステップＳ１０９）。第二給湯配管１０ｄから供給される湯は、集熱層４及び蓄熱層６の熱によって沸かされたものである。すなわち、集熱層４に比べて多くの熱を蓄えている蓄熱層６からの熱（湯）を前記給湯負荷へと供給することで、給湯需要を賄うことができる。
【００７８】
このように、制御装置１１は、給湯需要が発生した場合には、第二給湯配管１０ｄからの湯よりも第一給湯配管１０ｃからの湯を優先して前記給湯負荷へと供給する。これによって、積極的に集熱層４の温度を下げることができ、ひいては当該集熱層４の集熱効率を高めることができる。なお、このように集熱層４の温度を下げた場合であっても、当該集熱層４と蓄熱層６との間には第二断熱層５が配置されているため、蓄熱層６の熱が集熱層４へと伝達されるのを防止することができる。
【００７９】
以下では、図５を用いて、制御装置１１による制御の具体例について説明する。
【００８０】
図５には、ある一日における集熱層４の蓄熱量等を示している。
具体的には、図５には、集熱層４の蓄熱量、蓄熱層６の蓄熱量、集熱層４の温度、蓄熱層６の温度及び各時刻において取得されるエネルギー（取得エネルギー）を示している。
【００８１】
図５に示した例から、蓄熱層６は温度Ｔｃで蓄熱（相変化）を行っていることが分かる。蓄熱層６においては、前述の如く外部への放熱が抑制されているため、日中に蓄熱された熱が夜間にあまり放熱されていないことが分かる。すなわち、蓄熱層６からの放熱ロスは小さく抑えられている。一方、集熱層４は、蓄熱層６に比べて夜間に放熱し易い。しかし、集熱層４の蓄熱量は蓄熱層６に比べて少ないため、太陽熱集熱装置１全体の放熱ロスに与える影響は小さい。よって、太陽熱集熱装置１全体の放熱ロスは小さくなる。
【００８２】
また、図５に示した例から、集熱層４の温度が閾値ａに達した時点で蓄熱層６への蓄熱が行われていることが分かる。またこの例では、時刻ｔにおいて給湯需要が発生している。この場合、制御装置１１は第一給湯配管１０ｃからの湯を優先して前記給湯負荷へと供給する、すなわち集熱層４の熱を優先して利用するため、集熱層４の温度が蓄熱層６の温度よりも小さくなることがある（図５の矢印Ａ参照）。
【００８３】
従来の技術のように、集熱層４と蓄熱層６が直接接するように配置されている場合には、当該集熱層４と蓄熱層６との間で熱伝達が行われるため、集熱層４の温度が蓄熱層６の温度よりも小さくなることはない。すなわち、本実施形態においては、従来の技術と比べて、集熱層４の温度を小さくすることができ、ひいては集熱層４の集熱効率を高めることができる。
【００８４】
集熱層４の容量（蓄熱容量）を小さく設定することで、上述のような集熱層４の温度が蓄熱層６の温度よりも小さくなる状態を発生させ易くすることができる。すなわち、集熱層４の容量をできるだけ小さくすることで、当該集熱層４の集熱効率を高めることができる。特に、日中の時間帯に給湯需要が発生し、集熱層４の温度が蓄熱層６の温度よりも小さくなれば、当該集熱層４は効率良く集熱を行うことができる。よって、日中に給湯需要が多く発生する施設（住宅等）に太陽熱集熱装置１を適用することが望ましい。
【００８５】
以上の如く、本実施形態に係る太陽熱集熱装置１は、
上面４ａ（受光面）を有し、当該上面４ａで太陽光を受けて集熱する集熱層４と、
集熱層４で集熱された熱を蓄える蓄熱層６と、
集熱層４と蓄熱層６との間に配置される第二断熱層５（断熱層）と、
を具備するものである。
このように構成することにより、蓄熱層６から集熱層４を介して放熱される熱量（放熱ロス）を低減することができる。一般的に、蓄熱層６の蓄熱量は集熱層４の蓄熱量に比べて大きくなるように構成される、当該蓄熱層６から放熱される熱量を低減することで、太陽熱集熱装置１全体の放熱ロスを低減することができる。
【００８６】
また、集熱層４と蓄熱層６との間に配置される第二断熱層５は、空気層により形成されるものである。
このように構成することにより、第二断熱層５の軽量化を図ることができる。また、特殊な素材を使用する必要がなく、太陽熱集熱装置１の製造コストの削減を図ることができる。
【００８７】
また、蓄熱層６は、潜熱蓄熱材により形成されるものである。
このように構成することにより、比較的小さな体積で大きな熱量を蓄えることができ、太陽熱集熱装置１の小型化を図ることができる。また、蓄熱層６を比較的軽量に形成することができる。
【００８８】
また、太陽熱集熱装置１は、
集熱層４と蓄熱層６との間に配置される第二断熱層５とは別に、透光性を有し、集熱層４の上面４ａ側に配置される第一断熱層３（他の断熱層）をさらに具備するものである。
このように構成することにより、集熱層４の上面４ａ側から放熱される熱量（放熱ロス）を低減することができる。これに伴って、蓄熱層６から放熱される熱量も低減することができ、太陽熱集熱装置１全体の放熱ロスをより効果的に低減することができる。
【００８９】
また、太陽熱集熱装置１は、
集熱層４と蓄熱層６との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環機構９をさらに具備するものである。
このように構成することにより、集熱層４で集熱された熱を蓄熱層６へと効率良く伝達することができる。これによって、集熱層４と蓄熱層６との間に第二断熱層５を配置しても、蓄熱層６への熱の伝達が損なわれることがない。
【００９０】
また、太陽熱集熱装置１は、
集熱層４及び蓄熱層６の熱を給湯負荷（熱負荷）へと供給可能な給湯機構１０（熱供給機構）をさらに具備し、
給湯機構１０は、
集熱層４及び蓄熱層６を順に流通するように水（熱媒体）を案内する案内配管１０ａと、
案内配管１０ａに接続され、集熱層４の少なくとも一部分を流通し、かつ蓄熱層６を流通する前の水（湯）を取り出し、前記給湯負荷へと供給する第一給湯配管１０ｃ（第一熱供給配管）と、
蓄熱層６の少なくとも一部分を流通した後の水を取り出し、前記給湯負荷へと供給する第二給湯配管１０ｄ（第二熱供給配管）と、を具備するものである。
このように構成することにより、集熱層４からの熱及び蓄熱層６からの熱を熱負荷へと供給することができる。すなわち、一旦蓄熱層６に蓄えられた熱だけではなく、集熱層４で集熱された熱を直接熱負荷へと供給することができるため、集熱層４から蓄熱層６へと熱を伝達する際の放熱ロスを低減することができ、熱の有効利用を図ることができる。
【００９１】
また、太陽熱集熱装置１は、
第一給湯温度Ｔｓ（第一給湯配管１０ｃによって取り出される水（湯）の温度）を検出する第一給湯温度センサ１１ｄ（温度検出部）と、
第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄ（所定の値）より大きい場合には、当該第一給湯配管１０ｃから前記給湯負荷へと熱媒体を供給させ、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄ以下である場合には、第二給湯配管１０ｄから前記給湯負荷へと熱媒体を供給させる制御装置１１と、
を具備するものである。
このように構成することにより、第一給湯温度Ｔｓによって取り出される水（湯）を優先して給湯負荷へと供給することで、集熱層４の温度を低下させることができ、ひいては集熱層４の集熱効率の向上を図ることができる。また、第一給湯温度Ｔｓが要求温度Ｔｄ以下である場合には、第二給湯配管１０ｄから前記給湯負荷へと熱媒体を供給することで、蓄熱層６に蓄えられた熱を利用し、前記給湯負荷へ十分な熱を供給することができる。
【００９２】
また、本実施形態に係る集熱層４の上面４ａは、受光面の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第二断熱層５は、集熱層と蓄熱層との間に配置される断熱層の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一断熱層３は、他の断熱層の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一給湯配管１０ｃは、第一熱供給配管の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る給湯負荷は、熱負荷の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第二給湯配管１０ｄは、第二熱供給配管の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る給湯機構１０は、熱供給機構の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る第一給湯温度センサ１１ｄは、温度検出部の実施の一形態である。
【００９３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９４】
例えば、集熱層は、本実施形態の集熱層４に限るものではない。すなわち、集熱層は、太陽光を受けて熱を集める（集熱する）ことができるものであれば、その構成を限定するものではない。
【００９５】
また、蓄熱層は、本実施形態の蓄熱層６に限るものではない。すなわち、蓄熱層は、熱を蓄える（蓄熱する）ことができるものであれば、その構成を限定するものではない。例えば、ケースに満たされた熱媒体（不凍液や水等）に熱を蓄える構成とすることも可能である。
【００９６】
また、集熱層と蓄熱層との間に配置される断熱層は、本実施形態の第二断熱層５に限るものではない。すなわち、集熱層と蓄熱層との間に配置される断熱層は、熱伝達を減少させるものであれば、その構成を限定するものではない。例えば、第二断熱層５は、空気層ではなく、種々の断熱材を用いて形成することも可能である。
【００９７】
また、他の断熱層は、本実施形態の第一断熱層３に限るものではない。すなわち、他の断熱層は、透光性を有し、熱伝達を減少させるものであれば、その構成を限定するものではない。
【００９８】
また、本実施形態で例示した熱媒体（集熱層４内の不凍液、熱媒体循環機構９の不凍液、給湯機構１０の水）は一例であり、種々の熱媒体を用いることが可能である。
【００９９】
また、本実施形態においては、熱負荷の一例として給湯負荷（湯を必要とする設備）を例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち熱負荷は、湯に限らず、熱を必要とする設備であれば良い。例えば熱負荷は、湯を必要とする浴室等だけでなく、暖房器具等であっても良い。
【０１００】
また、本実施形態においては、案内配管１０ａは、集熱層４内及び蓄熱層６内において、循環配管９ａに沿うように配置されるものとしたが、当該循環配管９ａと案内配管１０ａを一体的に形成しても良い。すなわち、循環配管９ａと案内配管１０ａとを並列するように配置した状態で互いに固定しても良い。これによって、当該循環配管９ａ及び案内配管１０ａを太陽熱集熱装置１に組み付ける際の作業性を向上させることができる。また、循環配管９ａから案内配管１０ａへの熱伝達を促すことができ、給湯負荷へと効率良く熱を供給することができる。さらに、循環配管９ａ内を流通する熱媒体の流通方向が、極力案内配管１０ａ内を流通する水の流通方向と反対方向（いわゆる、対向流）になるように循環ポンプ９ｂを制御する（すなわち、極力矢印Ｄ１（図２）方向へと熱媒体を圧送させる）ことで、当該循環配管９ａから案内配管１０ａへの熱伝達をより効果的に促すことができる。
【０１０１】
また、本実施形態においては、第一給湯配管１０ｃは、集熱層４と蓄熱層６との間に位置する部分において案内配管１０ａと接続されるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、第一給湯配管１０ｃは、集熱層４の少なくとも一部分を流通し、当該集熱層４の熱のみ（蓄熱層６の熱を含まない）によって沸かされた湯を取り出すことができれば良く、案内配管１０ａとの接続箇所は限定するものではない。例えば、第一給湯配管１０ｃは、集熱層４内において案内配管１０ａと接続されていても良い。
【０１０２】
また、本実施形態においては、第二給湯配管１０ｄは、案内配管１０ａの端部と接続されるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、第二給湯配管１０ｄは、蓄熱層６の少なくとも一部分を流通し、集熱層４の熱に加えて蓄熱層６の熱によっても沸かされた湯を取り出すことができれば良く、案内配管１０ａとの接続箇所は限定するものではない。例えば、第二給湯配管１０ｄは、蓄熱層６内において案内配管１０ａ（案内配管１０ａの中途部）と接続されていても良い。
【０１０３】
また、本実施形態においては、ガラス板２、第一断熱層３、集熱層４、第二断熱層５及び蓄熱層６を矩形板状（直方体状）に形成し、上方から集熱層４の上面４ａに太陽光が照射されるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、本発明は、当該集熱層４等の形状を限定するものではない。例えば、集熱層４を箱状に形成し、蓄熱層６を当該集熱層４の内部に収容することも可能である。この場合、集熱層４は１つの受光面（上面４ａ）だけでなく、複数の受光面で太陽光を受けることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１      太陽熱集熱装置
２      ガラス板
３      第一断熱層（他の断熱層）
４      集熱層
４ａ    上面（受光面）
５      第二断熱層（断熱層）
６      蓄熱層
９      熱媒体循環機構
１０    給湯機構（熱供給機構）
１０ａ  案内配管
１０ｃ  第一給湯配管（第一熱供給配管）
１０ｄ  第二給湯配管（第二熱供給配管）
１１    制御装置
１１ｄ  第一給湯温度センサ（温度検出部）
【図１】
2016128729.tif 000003
【図２】
2016128729.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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