JP2005127694A - 蓄熱式ソーラーパネル、ソーラーシステム、蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム、および蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機への液冷媒の流入防止と太陽電池パネル温度の均一化の両立、および蓄熱槽の小型化を実現した、エネルギー効率が高い蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムを提供すること。
【解決手段】圧縮機５、放熱器７、膨張弁９および蒸発器４で構成されるヒートポンプサイクルと、太陽電池パネル２５、太陽電池パネル２５の裏面側に配置された、蒸発器４および所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部２を有するハイブリッドコレクター１と、放熱器７で生成された熱を貯蔵する蓄熱槽１３とを備え、蒸発器４は太陽電池パネル２５の熱が潜熱蓄熱部２を介して伝わるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱を蓄熱する手段を備えた蓄熱式ソーラーパネル、ソーラーシステム、および、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、その運転方法に関する。例えば、太陽熱の蓄熱手段を有する蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムに関する。

従来の蓄熱式ソーラーパネルでは、図１４に示すように太陽電池パネル６１の裏面に潜熱蓄熱材６５を設けることによって、熱容量を増加させ、太陽電池パネル６１の温度上昇を抑制する構成がある（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、太陽光熱を利用する冷暖房給湯機では、太陽光熱集熱器の表面に太陽電池を配設し、この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取っており、この搬送された熱を一旦蓄熱槽に蓄熱し、給湯または暖房の熱源として利用する構造となっている。

ところが、このような構造の冷暖房給湯機では、蓄熱槽の温度状態によって太陽光熱集熱器の温度が上昇し、このため太陽電池の温度も上昇して、発電効率が低下するという課題を有していた。この課題を解決するため、ヒートポンプのフロン冷媒等の作動流体を太陽光熱集熱器に循環させて、太陽電池の温度を低く保つようにしたソーラーヒートポンプシステムがある（例えば、特許文献２参照）。

図１５は、特許文献２に記載されたソーラーヒートポンプシステムを示す図である。図１５において、ソーラーヒートポンプ給湯回路およびソーラーヒートポンプ暖房回路の運転時には、ハイブリッドコレクター１が熱交換器構成になっており、その冷媒温度が第１膨張弁９の作動によって大気温度以下に作用する。その結果、太陽電池パネル２５が配設されている以外の部分から入射する太陽熱、さらに太陽電池パネル２５の排熱、フィン１６を通しての大気熱をも集熱し、一旦得られた熱量を大気へ放熱することなく、全て暖房給湯加熱として利用することとなり、システム効率が高くなる。また、太陽電池パネル２５は、低温の冷媒によって冷却されるため、太陽電池パネル２５の発電効率が高くなるという特徴が得られる。

しかし、上記特許文献２の冷暖房給湯機では、太陽光熱の集熱は給湯または暖房用途に限定されている。このため、夏季の冷房運転時には、太陽電池パネル２５の温度も上昇して、発電効率が低下するという課題を有していた。また、暖房運転時にも、暖房負荷と太陽熱集熱量の不整合により、太陽電池パネル２５の温度も上昇して発電効率が低下する、あるいは太陽光熱を有効利用できないという課題を有していた。この課題を解決するため、用途や負荷に応じて、ヒートポンプの放熱器と蒸発器を切り替えて機能させるようにしたソーラーヒートポンプシステムがある（例えば、特許文献３参照）。

図１６は、特許文献３に記載されたソーラーヒートポンプシステムを示す図である。図１６において、第１電磁弁８、第２電磁弁３２の開閉、第１膨張弁９、第２膨張弁１１を各々制御することにより、太陽光熱のみ、空気熱のみ、あるいは太陽光熱と空気熱の両方を熱源とするモードで運転することができる。

また、暖房運転時または蓄熱槽１３への蓄熱時に、ハイブリッドコレクター１のみ、室外熱交換器６０のみ、あるいはハイブリッドコレクター１と室外熱交換器６０の両方を蒸発器として切り替えて機能させることができる。この結果、例えば暖房運転時において、ハイブリッドコレクター１での蒸発熱量が室内熱交換器３で要求される凝縮熱量に比較して不足する場合でも、太陽光熱を有効利用することができる。

また、冷房運転時にハイブリッドコレクター１と室内熱交換器３を蒸発器として機能させるとともに、室外熱交換器６０のみ、あるいは室外熱交換器６０と蓄熱槽加熱手段７の両方を凝縮器として切り替えて機能させることが可能となる。このため、太陽光熱による余剰熱を蓄熱槽１３に蓄えて太陽光熱を有効に利用するとともに、太陽電池パネルの温度上昇を抑制することができる。

さらに、ヒートポンプ装置の冷媒として従来使われてきたＨＣＦＣ冷媒（分子中に塩素、水素、フッ素、炭素の各原子を含む）や、ＨＦＣ冷媒（分子中に水素、フッ素、炭素の各原子を含む）が、オゾン層破壊あるいは地球温暖化に直接的に影響するとして、これらの代替として自然界に存在する炭化水素や二酸化炭素などの自然冷媒への転換が提案されている。
特開昭５７-１５５０５５号公報（例えば、第１図） 特開平５-６６０６５号公報（例えば、第１図） 特開２０００-１７１１０５号公報（例えば、第４−９頁、第５図）

しかしながら、特許文献１に記載された蓄熱式ソーラーパネルの構成では、太陽熱による集熱量に対して太陽電池パネル６１を十分冷却できる量の潜熱蓄熱材６５を設ける必要があった。つまり、太陽電池パネル６１を冷却する能力は、潜熱蓄熱材６５の量に依存し、太陽電池パネル６１を効率的に冷却できなかった。

また、自然冷媒である二酸化炭素を冷媒として用いるヒートポンプ装置では、蒸発器出口側の冷媒の過熱度が変動して液圧縮が発生すると、作動圧力が高く液密度も大きいため、従来のＨＣＦＣ冷媒やＨＦＣ冷媒を用いる場合と比較して、圧縮機の耐久性に与える影響は甚大である。

また、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。

また、図１６に示した特許文献３に記載されたソーラーヒートポンプシステムの構成では、冷房運転時においては、ハイブリッドコレクター１と室内熱交換器３との両方を蒸発器として並列に機能させ、暖房運転および／または給湯運転時においては、ハイブリッドコレクター１での蒸発熱量が過剰に得られる場合には、ハイブリッドコレクター１のみを蒸発器として機能させている。しかし、日射量や外気温度は変化するため、常には圧縮機５への液冷媒の流入防止と太陽電池パネル温度の均一化とを両立できないという課題があった。

また、この図１６に示すシステムの構成では、暖房運転時において、ハイブリッドコレクター１での蒸発熱量が室内熱交換器３で要求される凝縮熱量に比較して大きい場合には蓄熱槽１３に蓄熱を行っているため、家庭内での熱需要量以上の大きい蓄熱槽１３を要するという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、太陽電池パネルを効率的に冷却できる蓄熱式ソーラーパネル、およびソーラーシステムを提供することを目的とする。また、別の本発明は、圧縮機への液冷媒の流入防止と太陽電池パネル温度の均一化の両立を実現し、エネルギー効率が高い蓄熱式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、別の本発明は、蓄熱槽の小型化を実現した蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの裏面に接して配置され、その内部を複数の蓄熱室に分割する１以上の仕切り板を有し、潜熱蓄熱材料が前記複数の蓄熱室のそれぞれに内蔵された蓄熱容器と、
前記複数の蓄熱室のそれぞれの内部を通るように配置され、その内部を熱媒体が流通する複数の媒体流路とを備えた蓄熱式ソーラーパネルである。

第２の本発明は、
地面に対して傾斜して設置されており、
前記蓄熱容器は、実質上直方体形状をしており、
前記仕切り板は、前記蓄熱容器の傾斜している側面に対して実質上直交し、かつ前記太陽電池パネル側の面に実質上垂直の向きに、前記蓄熱容器の内面に接して設けられている、第１の本発明の蓄熱式ソーラーパネルである。

第３の本発明は、
前記複数の媒体流路のそれぞれは、前記それぞれの蓄熱室の地面から遠い側に配置されている、第１の本発明の蓄熱式ソーラーパネルである。

第４の本発明は、
前記複数の媒体流路は、蓄熱式ソーラーパネルの外部で一つの媒体流路が分岐したものであり、それぞれの内部を前記熱媒体が並列に流通するようになっている、第１の本発明の蓄熱式ソーラーパネルである。

第５の本発明は、
第１の本発明のソーラーパネルと、
太陽電池パネルの発電出力を検出する発電出力検出手段と、
潜熱蓄熱材料の温度を検出する蓄熱材料温度検出手段と、
熱媒体の流量を制御する流量制御弁と、
前記太陽電池パネルの発電出力が所定出力以上であって、かつ前記潜熱蓄熱材料の温度が融点以上の場合に、前記流量制御弁を開くように制御する制御手段とを備えたソーラーシステムである。

第６の本発明は、
前記蓄熱材料温度検出手段は、複数の蓄熱室のうちの地面から最も遠い蓄熱室の、地面から遠い側の角部に設けられている、第５の本発明のソーラーシステムである。

第７の本発明は、
さらに、ヒートポンプ回路を備え、
前記熱媒体は前記ヒートポンプ回路の冷媒である、第５の本発明のソーラーシステムである。

第８の本発明は、
前記熱媒体の温度は、前記潜熱蓄熱材料の過冷却温度以上でかつ融点未満になるように制御される、第７の本発明のソーラーシステムである。

第９の本発明は、
圧縮機、放熱器、膨張弁および蒸発器で構成されるヒートポンプサイクルと、
太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、前記蒸発器および所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部を有するハイブリッドコレクターと、
前記放熱器で生成された熱を貯蔵する蓄熱槽とを備え、
前記蒸発器は、前記太陽電池パネルの熱が前記潜熱蓄熱部を介して伝わるように配置されている蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１０の本発明は、
前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
前記蒸発器は、前記潜熱蓄熱部の前記太陽電池パネルと接している面とは反対側の面に接して、または前記潜熱蓄熱部の内部に配置されている、第９の本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１１の本発明は、
圧縮機、放熱器、膨張弁および蒸発器で構成されるヒートポンプサイクルと、
太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部、および前記潜熱蓄熱部と熱媒体が熱交換する熱交換器を有するハイブリッドコレクターと、
前記放熱器で生成された熱を貯蔵する蓄熱槽とを備え、
前記熱交換器は、前記太陽電池パネルの熱が前記潜熱蓄熱部を介して伝わるように配置されており、
前記蒸発器は、前記熱交換器で加熱された前記熱媒体を熱源として利用する蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１２の本発明は、
前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
前記熱交換器は、前記潜熱蓄熱部の前記太陽電池パネルと接している面とは反対側の面に接して、または前記潜熱蓄熱部の内部に配置されている、第１１の本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１３の本発明は、
前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
前記潜熱蓄熱部は、前記熱交換器を兼ねている、第１１の本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１４の本発明は、
前記潜熱蓄熱部は、前記潜熱蓄熱材料が充填された複数の蓄熱容器を有する、第９乃至第１３のいずれかの本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１５の本発明は、
前記複数の蓄熱容器は、前記潜熱蓄熱部内の所定の位置に固定され、熱媒体と接触して熱交換を行う、第１４の本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１６の本発明は、
さらに、前記ハイブリッドコレクターは、前記潜熱蓄熱材より熱伝導率が高い伝熱シートを有し、
前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの熱が前記伝熱シートを介して伝わるように配置されている、第９乃至第１５のいずれかの本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１７の本発明は、
さらに、前記ヒートポンプサイクルは、室外放熱手段を有し、
前記室外放熱手段は、蓄熱運転時に前記蓄熱槽が最大蓄熱容量に達する際または達した際に放熱する、第９乃至第１６のいずれかの本発明の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムである。

第１８の本発明は、
太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部を有するハイブリッドコレクターを備えた蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの運転方法であって、
前記潜熱蓄熱部の温度が前記潜熱蓄熱材料の相変化温度以下となるように、かつ前記潜熱蓄熱部の熱を利用する蒸発器から液体状の冷媒が流出しないように、冷媒循環量を制御する、蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの運転方法である。

本発明により、太陽電池パネルを効率的に冷却できる蓄熱式ソーラーパネル、およびソーラーシステムを提供することができる。また、別の本発明により、圧縮機への液冷媒の流入防止と太陽電池パネル温度の均一化の両立を実現し、エネルギー効率が高い蓄熱式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ができる。また、別の本発明により、蓄熱槽の小型化を実現した蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムを提供することができる。

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。

（実施の形態１）
図１〜図４は、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である。これらの図を主として参照しながら、本実施の形態１の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。

図１〜図４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、各々、蓄熱運転、暖房運転、暖房＋蓄熱運転、冷房運転時のヒートポンプサイクル構成図である。また、図５は、各運転時における、四方弁、三方弁、電磁弁の動作状態を示している。

図１〜図４において、１は、冷媒熱交換器４上に積層した潜熱蓄熱部２の表面に太陽電池パネル２５（ここでは結晶系シリコンを使用）を配設したハイブリッドコレクターである。３は室内熱交換器、５は圧縮機、７は蓄熱槽加熱手段、９は第１膨張弁、１１は第２膨張弁であり、本実施の形態１のヒートポンプサイクルは、これらから構成される。

なお、冷媒熱交換器４は本発明の蒸発器の一例であり、室内熱交換器３および蓄熱槽加熱手段７は本発明の放熱器の一例である。

ここで、図１〜図４において、実線矢印で示す太線の部分は冷媒の流れを表している。また、圧縮機５の運転の電源には、日射量がある場合は少なくともハイブリッドコレクター１の太陽電池パネル２５で発電した電力を、また日射量がない場合は商用電力を用いている。

次に、本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムの、定常運転時の動作について説明する。

（１）蓄熱運転
蓄熱運転動作について、図１を用いて説明する。

この運転モードでは、図５に示すように、第１四方弁６を６Ａ、第２三方弁３３を３３Ａ、第３三方弁３５を３５Ａの方向に切り替え、第１電磁弁８を閉、第２電磁弁３２を開とし、ハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４を蒸発器、蓄熱槽加熱手段７を放熱器として、ヒートポンプサイクルを構成する。

このヒートポンプサイクルにおいて、冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機５で圧縮されて高温高圧の状態となり、蓄熱槽加熱手段７で給湯用途の水と熱交換して、この水を加熱することにより冷媒は冷却される。また、加熱された水（お湯）は蓄熱槽１３に貯湯される。

次に、冷媒は、第１膨張弁９で減圧されて、低温低圧の状態となり、蒸発器であるハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４に流入する。このとき、ハイブリッドコレクター１の上流近傍に設置された第１温度センサ３９で検出される冷媒の温度が、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度より低温（５℃以上低温となるのが、好ましい）となるように、第１膨張弁9の開度が制御される。

さらに冷媒は、潜熱蓄熱部２を介して、冷媒熱交換器４で太陽熱と熱交換して加熱され、再び圧縮機５に吸入される。

（２）暖房運転・暖房＋蓄熱運転
次に、暖房運転動作について、図２を用いて説明する。

この運転モードでは、図５に示すように、第１四方弁６を６Ａ、第１三方弁３１を３１Ａ、第２三方弁３３を３３Ａ、第３三方弁３５を３５Ａの方向に切り替え、第１電磁弁８を開、第２電磁弁３２を閉とし、ハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４を蒸発器、室内熱交換器３を放熱器として、ヒートポンプサイクルを構成する。

このヒートポンプサイクルにおいて、冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機５で圧縮されて高温高圧の状態となり、室内熱交換器３で暖房用途の空気と熱交換して、この空気を加熱することにより冷却される。また、加熱された空気は室内に吹き出される。

次に、冷媒は、第１膨張弁９で減圧されて、低温低圧の状態となり、蒸発器であるハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４に流入する。このとき、ハイブリッドコレクター１の上流近傍に設置された第１温度センサ３９で検出される冷媒の温度が、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度より低温（５℃以上低温となるのが、好ましい）となるように、第１膨張弁９の開度が制御される。

さらに冷媒は、潜熱蓄熱部２を介して、冷媒熱交換器４で太陽熱と熱交換して加熱され、再び圧縮機５に吸入される。

なお、日射量が大きく、ハイブリッドコレクター１での集熱量が室内熱交換器３での暖房負荷を上回る場合、最初は固体から液体への相変化を利用して、潜熱蓄熱部２において蓄熱が行われる。その後、潜熱蓄熱部２に設置された第２温度センサ４０により、潜熱蓄熱部２の温度が相変化温度以上になったことを検知すると、第１膨張弁９の開度を制御して冷媒循環量を増加させ、暖房＋蓄熱運転に切り替えられる。

この暖房＋蓄熱運転動作について、図３を用いて説明する。

この運転モードでは、図５に示すように、第１四方弁６を６Ａ、第１三方弁３１を３１Ａ、第２三方弁３３を３３Ａ、第３三方弁３５を３５Ａの方向に切り替え、第１電磁弁８を開、第２電磁弁３２を開とし、ハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４を蒸発器、室内熱交換器３と蓄熱槽加熱手段７を放熱器として、ヒートポンプサイクルを構成する。

このヒートポンプサイクルにおいて、冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機５で圧縮されて高温高圧の状態となり、室内熱交換器３で暖房用途の空気と熱交換して、この空気を加熱することにより冷却される。また、加熱された空気は室内に吹き出される。また、蓄熱槽加熱手段７で、冷媒が保有する暖房負荷以上の余剰熱と給湯用途の水とが熱交換され、加熱された水（お湯）は蓄熱槽１３に貯湯される。

次に、冷媒は、第１膨張弁９で減圧されて、低温低圧の状態となり、蒸発器であるハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４に流入する。このとき、ハイブリッドコレクター１の上流近傍に設置された第１温度センサ３９で検出される冷媒の温度が、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度より低温（５℃以上低温となるのが、好ましい）となるように、第１膨張弁９の開度が制御される。

さらに冷媒は、潜熱蓄熱部２を介して、冷媒熱交換器４で太陽熱と熱交換して加熱され、再び圧縮機５に吸入される。

なお、このヒートポンプサイクルに室外放熱手段を備えて、暖房＋蓄熱運転時に蓄熱槽１３が最大蓄熱容量に達した場合には、この室外放熱手段を放熱器として機能させても良い。

（３）冷房運転
次に、冷房運転動作について、図４を用いて説明する。

この運転モードでは、図５に示すように、第１四方弁６を６Ｂ、第１三方弁３１を３１Ｂ、第２三方弁３３を３３Ｂ、第３三方弁３５を３５Ｂの方向に切り替え、第１電磁弁８を開、第２電磁弁３２を閉とし、ハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器4と室内熱交換器３とを蒸発器、蓄熱槽加熱手段７を放熱器として、ヒートポンプサイクルを構成する。

このヒートポンプサイクルにおいて、冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機５で圧縮されて高温高圧の状態となり、蓄熱槽加熱手段７で給湯用途の水と熱交換して、この水を加熱することにより冷却される。また、加熱された水（お湯）は蓄熱槽１３に貯湯される。

次に、冷媒は分流された後、第１膨張弁９で減圧されて、低温低圧の状態となり、蒸発器であるハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４に流入する。このとき、ハイブリッドコレクター１の上流近傍に設置された第１温度センサ３９で検出する冷媒の温度が、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度より低温（５℃以上低温となるのが、好ましい）となるように、第１膨張弁９の開度が制御される。

また冷媒は、潜熱蓄熱部２を介して、冷媒熱交換器４で太陽熱と熱交換して加熱され、再び圧縮機５に吸入される。

さらに、もう一方の分流された冷媒は、第２膨張弁１１でも同様に減圧されて、低温低圧の状態となり、蒸発器である室内熱交換器３に流入し、空気と熱交換して加熱され、再び圧縮機５に吸入される。一方、ここで冷却された空気は、冷房用途として室内に吹き出される。

なお、（１）〜（３）の運転時に、冷媒の温度が超臨界温度３１℃以上になると、蒸発器での熱交換特性が著しく低下する。従って、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度を３１℃以下にする必要があるので、ここでは潜熱蓄熱部２を構成する潜熱蓄熱材料として、相変化温度が２９．９℃である塩化カルシウム６水和塩を用いている。

本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムは、冷媒熱交換器４に接するように潜熱蓄熱部２を設けたことで、太陽電池パネル２５の温度の均一化と圧縮機５への液冷媒の流入防止とを両立させている。

ここで、本実施の形態１の構成により、このような効果が得られる原理について説明する。図１０は、本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムのハイブリッドコレクター１の各部の温度分布を示している。

図１０（ａ）は、冷媒熱交換器４内を流通する冷媒の温度分布を示している。冷媒熱交換器４の入口からは、気体・液体２相の状態の冷媒が流入する。冷媒熱交換器４内を進むにしたがって冷媒は加熱され、液体部分が蒸発して気体に変化していく。全て気体となった状態の冷媒は、さらに加熱されて温度が上昇していく。従って、冷媒熱交換器４内を流通する冷媒は、冷媒熱交換器４の入口から出口の間で、図１０（ａ）に示すような温度分布となる。

潜熱蓄熱部２が設けられておらず、太陽電池パネル２５と冷媒熱交換器４が直接熱交換する構成の従来のソーラーヒートポンプシステムの場合には、太陽電池パネル２５の温度分布は、冷媒熱交換器４と直接接しているため、図１０（ａ）と同様の温度変化をもつ温度分布となる。つまり、冷媒熱交換器４の出口部分に向けて上昇するような温度分布となり、太陽電池パネル２５の温度は不均一となる。この場合、太陽電池パネル２５の温度を均一化させるために、図１０（ａ）に示す冷媒熱交換器４の温度分布が均一になるように冷媒の循環量を調節すると、冷媒熱交換器４から液体状の冷媒が流出してしまう。

図１０（ｂ）は、本実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムのハイブリッドコレクター１の各部の温度分布を示している。太陽電池パネル２５の熱は、潜熱蓄熱部２により蓄熱され、冷媒は潜熱蓄熱部２からの熱によって加熱される。

ここで、潜熱蓄熱部２は、相変化温度以下になるように第一膨張弁９の開度が制御されてヒートポンプサイクルの冷媒の循環量が調節されるので、冷媒熱交換器４の出口付近においても相変化温度以上に温度が上昇することなく、冷媒熱交換器４の入口から出口まで一定の温度となる。従って、太陽電池パネル２５は冷媒熱交換器４の表面に配設されているので、太陽電池パネル２５の温度も図１０（ｂ）に示すように一定温度に保たれるとともに均一化される。

一方、冷媒は潜熱蓄熱部２からの熱によって加熱され、冷媒熱交換器４の出口付近では気体状態となり、液体状の冷媒が流出することがなく、圧縮機５への液冷媒の流入も防止できる。

なお、潜熱蓄熱部２には、そのソーラーヒートポンプシステムにおけるハイブリッドコレクター１の集熱量、冷媒循環量に対して温度制御ができる蓄熱量を有する容量の潜熱蓄熱材を使用する。

上記の効果が得られるハイブリッドコレクター１の構成例を図９に示す。図９（ａ）は、図１〜図４に示した本実施の形態１の構成であり、潜熱蓄熱部２は、太陽電池パネル２５と冷媒熱交換器４の間に配置されている。図９（ｂ）は、冷媒熱交換器４の裏面側に潜熱蓄熱部２が配置されている構成である。図９（ｃ）は、潜熱蓄熱部２が冷媒熱交換器４の内部に配置されている構成である。

太陽電池パネル２５から潜熱蓄熱部２へ伝熱が行われる構造であれば、図９（ｂ）のような構成であっても、潜熱蓄熱部２が冷媒熱交換器４と接しているので同様の効果が得られる。さらに、太陽電池パネル２５の熱が効率よく潜熱蓄熱部２に蓄熱されその熱が冷媒熱交換器４に伝熱される構成、例えば図９（ａ）、図９（ｃ）のような構成であればより大きな効果が得られる。なお、図９に示す各構成はハイブリッドコレクター１の構成の一例であり、冷媒熱交換器４と接している潜熱蓄熱部２を備えていれば、これ以外の構成であってもよい。

また、本実施の形態１の構成で、ヒートポンプサイクルにさらに室外放熱手段を備え、蓄熱運転時に蓄熱槽１３が最大蓄熱容量に達した場合に、室外放熱手段を放熱器として機能させるようにしても良い。この場合には、家庭内での熱需要量以上の余剰熱を放熱できるため、蓄熱槽１３をより小型化することができる。

なお、本発明のヒートポンプサイクルは、本実施の形態１のヒートポンプサイクルに限定されるものではない。ハイブリッドコレクター１の冷媒熱交換器４を蒸発器として機能させ、また冷房運転時には、室内熱交換器３を蒸発器として機能させるとともに、室内熱交換器３が冷媒熱交換器４と並列に配置された構成の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。

また、本実施の形態１では、太陽電池パネル２５として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。

また、本実施の形態１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、または炭化水素、アンモニア等の自然冷媒を使用しても良く、これらを使用した場合においても上記と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態１では、所定温度で固体から液体に相変化する潜熱蓄熱材料として塩化カルシウム６水和塩を使用しているが、無機塩類の硝酸リチウム３水和塩や有機系のｎ−オクタデカン等のノルマルパラフィンを使用しても良く、これらを使用した場合においても上記と同様の効果が得られる。

ここで、ヒートポンプサイクルの冷媒として、臨界温度がより高いＨＣＦＣ、ＨＦＣ、炭化水素、アンモニア等を使用する場合には、伝熱特性の観点からは、冷媒の臨界温度に応じた潜熱蓄熱材料を選定しても良い。しかし、太陽電池パネル２５の低温化による発電量向上の観点からは、上述した塩化カルシウム６水和塩、硝酸リチウム３水和塩、ｎ−オクタデカン等の室温近傍の相変化温度を有する潜熱蓄熱材料を選定すると、より高い効果が得られる。

また、本実施の形態１では、蓄熱槽１３として、お湯を貯める貯湯式を使用しているが、水酸化ストロンチウム８水和塩等の潜熱蓄熱材料、２−プロパノールの脱水素反応等の有機化学反応、吸着材の脱水反応等の無機化学反応等を利用する化学蓄熱システムとしても良く、これらの反応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。

以上、本実施の形態１について説明してきたが、圧縮機５、第１膨張弁９、第２膨張弁１１、室内熱交換器３、冷媒熱交換器４、第１四方弁６、第１三方弁３１、第２三方弁３３、第３三方弁３５、第１電磁弁８、第２電磁弁３２、第１温度センサ３９、第２温度センサ４０、電力検出器４２等については、実現手段を限定するものではなく、公知の手段を用いることができる。

また、太陽電池パネル２５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５に供給す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。

（実施の形態２）
図６は、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蓄熱運転時の構成図を示している。また、図７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ハイブリッドコレクター１の構成図を示している。これらの図を主として参照しながら、本実施の形態２の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。図６〜図７において、図１〜図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

本実施の形態２のソーラーヒートポンプシステムの構成および動作は、実施の形態１のソーラーヒートポンプシステムの構成および動作と類似している。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の構成および動作の説明については、主として実施の形態１と異なる点について説明する。

図６において、４は冷媒熱交換器、５は圧縮機、７は蓄熱槽加熱手段、９は第１膨張弁であり、本実施の形態２のヒートポンプサイクルは、これらから構成される。ここで、図６中の実線矢印で示す太線部分は冷媒の流れを表す。

なお、冷媒熱交換器４は本発明の蒸発器の一例であり、蓄熱槽加熱手段７は本発明の放熱器の一例である。

１は、太陽電池パネル２５（ここでは結晶系シリコンを使用）の裏面に潜熱蓄熱部２を設け、太陽電池パネル２５と潜熱蓄熱部２の間に伝熱シート４１を敷設した構成のハイブリッドコレクターである。また、４３は循環ポンプであり、これらと冷媒熱交換器４から、本実施の形態２の熱媒体（ここでは空気を使用）サイクルが構成される。ここで、図６中の破線矢印で示す太線部分は熱媒体の流れを表す。

圧縮機５の運転の電源には、日射量がある場合は少なくともハイブリッドコレクター１の太陽電池パネル２５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。

次に、本実施の形態２の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。

（１）蓄熱運転
蓄熱運転動作について、図６を用いて説明する。

図６のヒートポンプサイクルにおいて、冷媒（二酸化炭素）は、圧縮機５で圧縮されて高温高圧の状態となり、蓄熱槽加熱手段７で給湯用途の水と熱交換して、この水を加熱することにより冷媒は冷却される。また、加熱された水（お湯）は蓄熱槽１３に貯湯される。

次に、冷媒は、第１膨張弁９で減圧されて低温低圧の状態となり、蒸発器として機能する冷媒熱交換器４に流入する。このとき、冷媒熱交換器４の上流近傍に設置されている第１温度センサ３９で検出された冷媒の温度が、ハイブリッドコレクター１の潜熱蓄熱部２の相変化温度より低温（５℃以上低温となるのが、好ましい）となるように、第１膨張弁９の開度が制御される。

一方、太陽熱は、太陽電池パネル２５、伝熱シート４１を介して、潜熱蓄熱部２に伝熱され、ここから熱媒体に伝熱が行われる。また、この加熱された熱媒体は、続いて冷媒熱交換器４に流入する。ここで、熱媒体は、冷媒の蒸発潜熱の熱源として吸熱され、低温となる。この低温となった熱媒体は、循環ポンプ４３により、再度潜熱蓄熱部２に流入する。

図７を用いて、このヒートポンプサイクルのうちの、ハイブリッドコレクター１の詳細構成について説明する。ハイブリッドコレクター１は、太陽電池パネル２５の裏面に、潜熱蓄熱部２を設け、太陽電池パネル２５と潜熱蓄熱部２の間に、潜熱蓄熱材５１（ここでは塩化カルシウム６水和塩を使用）よりも熱伝導率が高い材料（ここではカーボンを使用）で構成される伝熱シート４１を敷設した構成である。

また、潜熱蓄熱部２は、潜熱蓄熱材５１を充填した蓄熱容器５０（ここではプラスチックを使用）を内設した構成である。ここで、蓄熱容器５０は、球状の形状をしており、伝熱シート４１に接触するとともに、隣接する蓄熱容器５０同士が接触することにより、位置固定される構成となっている。

このハイブリッドコレクター１において、熱媒体は、図７の右上から流入し、潜熱蓄熱部２内の蓄熱容器５０との間の空隙を流通し、左下に流出する構成となっている。そして、蓄熱容器５０と熱媒体の接触により、潜熱蓄熱材５１との熱交換が行われる。

ここで、潜熱蓄熱部２が相変化温度以下になるように第１膨張弁９によって冷媒の循環量が調整されるので、潜熱蓄熱部２は、一定温度（潜熱蓄熱部２の相変化温度）に保たれることになる。

そして、伝熱シート４１の蓄熱容器５０と接触している部分から潜熱蓄熱材５１への熱伝導よりも速い速度で、伝熱シート４１の蓄熱容器５０と接触していない部分から接触している部分に向かう熱伝導が行われるので、太陽電池パネル２５の温度の均一化が図られる。

以上のように、本実施の形態２のソーラーヒートポンプシステムは、太陽電池パネル２５の裏面に、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材５１を内設した潜熱蓄熱部２が配設されたハイブリッドコレクター１を備えている。そして、潜熱蓄熱部２に熱媒体との熱交換機能を持たせ、潜熱蓄熱部２で加熱された熱媒体を冷媒熱交換器４の熱源として利用する構成としている。これにより、蒸発器として機能する冷媒熱交換器４で冷媒を過熱状態にしても、太陽電池パネル２５の温度の均一化と圧縮機５への液冷媒の流入防止とを両立することができる。

単に潜熱蓄熱部２に潜熱蓄熱材を充填させた構成の場合には、融解領域になると密度差により固体と液体の分離が生じる。これに対し、本実施の形態２の構成では、潜熱蓄熱部２は潜熱蓄熱材５１を充填した複数の蓄熱容器５０を備えた構成としているので、潜熱蓄熱部２内において潜熱蓄熱材５１が固体と液体に分離することがなく、伝熱量にムラが生じることを抑制できる。これによって、伝熱シート４１を介して接している太陽電池パネル２５の温度を均一化することができる。

また、本実施の形態２の構成では、蓄熱容器５０は、潜熱蓄熱部２内で位置固定されるとともに、熱媒体が直接蓄熱容器５０と接触して熱交換を行うことにより、太陽電池パネル２５の温度を均一化することができるとともに、高い伝熱効率を実現することができる。

熱媒体が蓄熱容器５０の壁面から直接伝熱されるので、仮に蓄熱容器５０内で固体と液体との分離が生じようとしても、常に（液体の部分と熱媒体の温度差）＞（固体の部分と熱媒体の温度差）となる。したがって、潜熱蓄熱材５１からの熱媒体に対する伝熱量は、液体の部分からの方が大きくなるため、均質化されるように作用する。

なお、本発明のヒートポンプサイクルは、本実施の形態２のヒートポンプサイクルに限定されるものではなく、冷媒熱交換器４を蒸発器として機能させ、また冷房運転時には、室内熱交換器を備えて蒸発器として機能させるとともに、冷媒熱交換器４と並列に配置された構成の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。

また、潜熱蓄熱部２は、本実施の形態２の構成に限定されるものではなく、固体から液体への相変化時に密度差による固体と液体の分離が生じない構成であれば、上記と同様の効果が得られるものである。

また、本実施の形態２では、潜熱蓄熱部２に内設する蓄熱容器５０は、図７に示すような球状の形状としたが、潜熱蓄熱部２内に位置固定され、伝熱シート４１に接触し、熱媒体が接触して流通できるような構成であればよい。

図８に、潜熱蓄熱部２における蓄熱容器５０の別の構成例を示す。図８（ａ）の蓄熱容器は、直方体で潜熱蓄熱部２内に所定の間隔で固定されており、蓄熱容器と潜熱蓄熱部２の内側の空間を熱媒体が流通するようになっている。図８（ｂ）の蓄熱容器は、円筒形で潜熱蓄熱部２の内側と隣接する蓄熱容器とに接することにより固定されており、蓄熱容器と潜熱蓄熱部２の内側の空間を熱媒体が流通するようになっている。上記の条件を満たす構成であれば、図８以外の構成であってもよい。

また、本実施の形態２では、太陽電池パネル２５として結晶シリコン型を使用しているが、アモルファスシリコン型、ＣＩＳ等の化合物型を使用しても良く、半導体を使用しているものであれば、上記と同様の効果が得られるものである。

また、本実施の形態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、または炭化水素、アンモニア等の自然冷媒を使用しても良く、これらを使用した場合においても上記と同様の効果が得られるものである。

また、本実施の形態２では、所定温度で固体から液体に相変化する潜熱蓄熱材料として、塩化カルシウム６水和塩を使用しているが、無機塩類の硝酸リチウム３水和塩や有機系のｎ−オクタデカン等のノルマルパラフィンを使用しても良く、これらを使用した場合においても上記と同様の効果が得られるものである。

ここで、ヒートポンプサイクルの冷媒として、臨界温度がより高いＨＣＦＣ、ＨＦＣ、炭化水素、アンモニア等を使用する場合には、伝熱特性の観点からは、冷媒の臨界温度に応じた潜熱蓄熱材料を選定しても良い。しかし、太陽電池パネル２５の低温化による発電量向上の観点からは、上述した塩化カルシウム６水和塩、硝酸リチウム３水和塩、ｎ−オクタデカン等の室温近傍の相変化温度を有する潜熱蓄熱材料を選定すると、より高い効果が得られるものである。

また、本実施の形態２では、蓄熱槽１３として、お湯を貯める貯湯式を使用しているが、水酸化ストロンチウム８水和塩等の潜熱蓄熱材料を使用するシステムや、有機化学反応、無機化学反応等を利用する化学蓄熱システムとしても良く、これらの反応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ものである。

また、本実施の形態２では、熱媒体として空気を使用しているが、水や不凍液等を用いても良く、これらを使用した場合においても上記と同様の効果が得られるものである。なお、熱媒体流路のメンテナンス性の向上を目的とする場合には、空気を熱媒体とする方が好ましい。一方、冷媒熱交換器４の小型化を目的とする場合には、水や不凍液等の液体を熱媒体とする方が好ましい。

また、本実施の形態２では、伝熱シート４１としてカーボン材料を使用しているが、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属材料を用いても良く、上記と同様の効果が得られるものである。また、潜熱蓄熱部２内の蓄熱容器５０との間の空隙を小さくすれば、特に伝熱シート４１を用いなくても上記と同様の効果が得られるものである。また、熱媒体として水や不凍液等の液体を使用する場合には、伝熱シート４１を設置しなくても、より高い効果が得られる。

また、本実施の形態２では、蓄熱容器５０の材料として、プラスチックを使用しているが、熱媒体や潜熱蓄熱材５１と反応を生じない材料であれば良く、上記と同様の効果が得られるものである。なお、この条件を満足した上で、さらに高い熱伝導率を有する材料であれば、伝熱効率も高くなるため、より好ましい。

以上、本実施の形態２について説明してきたが、圧縮機５、第１膨張弁９、冷媒熱交換器４、第１温度センサ３９等については、実現手段を限定するものではなく、公知の手段を用いることができる。

また、太陽電池パネル２５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５に供給す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。

（実施の形態３）
図１１、図１２は、それぞれ、本発明の実施の形態３における蓄熱式ソーラーパネルの断面図、全体構成図を示している。また、図１３は、本実施の形態３の蓄熱式ソーラーパネルを備えたソーラーシステムの構成図を示している。

図１１、図１２、図１３において、本実施の形態３の蓄熱式ソーラーパネルは、太陽電池パネル７１と、直方体形状の蓄熱容器７２を備えている。また、蓄熱容器７２は、仕切り板７３により、複数の蓄熱室７４に分割されている。図１１に示すように、各仕切り板７３は、蓄熱容器７２の傾斜している側面に対して直交の向きで、太陽電池パネル７１の面に対して垂直の向きに設けられている。そして、それぞれの蓄熱室７４内には潜熱蓄熱材７５が充填されている。

また、７６は媒体の流路、７７は温度検出手段、７８は流量制御弁を示している。さらに、図１３において、７９は圧縮機、８０は凝縮器、８１は膨張手段を示しており、このソーラーシステムは、ヒートポンプ回路を構成している。媒体の流路７６は、図１１に示すように、各蓄熱室７４内の上部、つまり地面に対して遠い側に偏って設けられている。

なお、温度検出手段７７は、本発明の蓄熱材料温度検出手段の一例である。また、潜熱蓄熱材７５は、本発明の潜熱蓄熱材料の一例である。また、媒体の流路７６は、本発明の媒体流路の一例であり、媒体は、本発明の熱媒体の一例である。

なお、ここでは太陽電池パネル７１として単結晶シリコン、潜熱蓄熱材７５として硫酸ナトリウム・１０水塩、媒体としてヒートポンプ回路の冷媒である二酸化炭素、温度検出手段７７としてサーミスタを用いている。

まず、図１１に示す蓄熱式ソーラーパネルについて、その動作を説明する。

日射強度が強くなり、太陽電池パネル７１の温度が上昇し始めると、太陽電池パネル７１の熱は、裏面に設けられた蓄熱容器７２との接触面および仕切り板７３から、各蓄熱室７４内に充填された潜熱蓄熱材７５に伝えられる。これによって、潜熱蓄熱材７５の温度も上昇し、融点（ここでは、３２℃）を超えた部分から融解し始める。なお、太陽電池パネル７１の裏面とは、太陽に相対している側と反対側の面を指している。

潜熱蓄熱材７５が融解し始めると、液相の密度は固相より小さいことから、液相の潜熱蓄熱材が蓄熱室７４の上部に移動する。ここで、複数の蓄熱室７４のうち地面から最も遠く位置する蓄熱室７４の地面から遠い側の角の近傍に設けられた温度検出手段７７の検出温度が潜熱蓄熱材７５の融点以上に達することで、潜熱蓄熱材７５が融解を開始したことが検出される。

このとき、図１３に示す本実施の形態３のソーラーシステムにおいては、太陽電池パネル７１の発電出力検出手段（ここでは、図示せず）が所定出力以上であれば、制御手段（ここでは、図示せず）が流量制御弁７８を開いて、ヒートポンプ回路を構成する媒体の流路７６に二酸化炭素を流し始める。そして、蓄熱室７４の上部に移動した液相の潜熱蓄熱材は、媒体の流路７６を流れる二酸化炭素との熱交換を行う。ここで、媒体の流路７６は各蓄熱室７４の上部に偏った位置に設けられているため、蓄熱室７４の上部に存在する液相の潜熱蓄熱材を優先的に冷却することができる。

また、媒体の流路７６を流れる二酸化炭素の温度は、膨張手段８１の開度を調整することにより、潜熱蓄熱材７５の過冷却温度以上、かつ融点未満に制御されており、二酸化炭素が液体から気体へと相変化するとともに、液相の潜熱蓄熱材は冷却されて過冷却状態になる。この冷却された部分の潜熱蓄熱材は密度が大きくなることから、蓄熱室７４内で下降し、固相の潜熱蓄熱材と接触する。さらに、固相の潜熱蓄熱材を核として、発核が行われ凝固を開始する。

ここで、媒体の流路７６は、図１２に示すように、各蓄熱室７４に流入する手前で分岐し、複数の蓄熱室７４に対して並列に配置されているため、各々の蓄熱室７４に流れる媒体の温度は同じであり、各々の蓄熱室７４で上記と同様の現象が起こっている。

このように、仕切り板７３が設けられた本実施の形態３の蓄熱式ソーラーパネルの構成によって、潜熱蓄熱材７５が細かく分割されるため、蓄熱容器７２内の潜熱蓄熱材７５が液相と固相とに上下方向で２分されて太陽電池パネル７１内に大きい温度差を生じさせることを抑制することができる。

また、潜熱蓄熱材７５をそのまま蓄熱室７４内に充填しているため、低コストで製造することができる。

さらに、実施の形態２で説明した図７に示すような構成では、潜熱蓄熱材が被覆部材で被覆されているのに対し、本実施の形態３の場合には、潜熱蓄熱材７５が被覆部材で被覆されていないことから、潜熱蓄熱材７５の蓄熱容量を全て利用することができ、蓄熱式ソーラーパネルを薄型化することができる。

また、太陽電池パネル７１の熱は、潜熱蓄熱材７５の厚み方向にも伝熱されることから、太陽電池パネル７１に直接接触している部分以外まで加熱、融解させることができる。また、蓄熱室７４内の上側に存在する液相の潜熱蓄熱材を優先的に冷却することから、潜熱蓄熱材７５全体を均一に固相に保つことができる。さらに、複数の蓄熱室７４に流れる媒体の温度差が生じないため、太陽電池パネル７１の温度を均一化することができる。

また、本実施の形態３のソーラーシステムの構成によって、太陽電池パネル７１の発電出力が大きく、温度の高いときに選択的に冷却するため、省エネルギーで太陽電池パネル７１の発電効率を向上させることができる。また、潜熱蓄熱材７５が融解を開始した時点ですぐに冷却を開始できる。また、冷媒の蒸発を利用して均一、かつ低温で冷却することから、太陽電池パネル７１の温度を均一、かつ低温にすることができる。さらに、潜熱蓄熱材７５の過冷却状態を利用して、密度差によって液相の潜熱蓄熱材を循環して均一に冷却することができる。

よって、低コストでの製造が可能であり、蓄熱式ソーラーパネルの厚みを薄くすることと、太陽電池パネル７１の温度上昇を抑制することとを両立することができる、発電効率が高い蓄熱式ソーラーパネルおよびこれを用いたソーラーシステムを実現することができる。

なお、本実施の形態３では、太陽電池パネル７１として単結晶シリコンを用いているが、これに限定されるものではなく、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ＣＩＳ等の化合物系太陽電池等を用いても、上記と同様の効果が得られるものである。ただし、アモルファスシリコンは温度に対する発電効率の変化幅が小さいため、他の太陽電池と比較してその効果は小さいものとなる。

また、潜熱蓄熱材７５として硫酸ナトリウム・１０水和塩を用いているが、これに限定されるものではなく、塩化カルシウム・６水和塩、オクタデカン等を用いても、上記と同様の効果が得られるものである。ただし、融点が昼間の大気温度より高温となる材料を選択する必要がある。

また、媒体としてヒートポンプ回路の冷媒である二酸化炭素を用いているが、これに限定されるものではなく、ヒートポンプ回路の冷媒であれば、ＨＦＣ、炭化水素等を、２次冷媒であれば、水、不凍液、空気等を用いても、上記と同様の効果が得られるものである。

また、温度検出手段７７としてサーミスタを用いているが、これに限定されるものではなく、熱電対等を用いても、上記と同様の効果が得られるものである。

さらに、図１１では、仕切り板７３は、蓄熱容器７２の太陽電池パネル７１と反対側の壁と接した構成としたが、太陽電池パネル７１側の壁と接していればよく、蓄熱容器７２の太陽電池パネル７１と反対側の壁と仕切り板７３とを切り離した構成としても、上記と同様の効果が得られるものである。

なお、本実施の形態３の構成の蓄熱式ソーラーパネルは、実施の形態１および実施の形態２のソーラーヒートポンプシステムのハイブリッドコレクター１として使用できるものである。

本発明にかかる蓄熱式ソーラーパネルおよびこれを用いたソーラーシステムは、低コスト、薄型のパネル構成で、高い発電効率を有する家庭用冷暖房給湯機等として有用である。また工業用加熱・冷却装置等の用途にも応用できる。

また、本発明にかかる蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムは、信頼性を確保しつつ、省スペース、かつ高いエネルギー効率を有し、家庭用冷暖房給湯機等として有用である。また工業用加熱・冷却装置等の用途にも応用できる。

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蓄熱運転時のヒートポンプサイクル構成図 本発明の実施の形態１における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの暖房運転時のヒートポンプサイクル構成図 本発明の実施の形態１における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの暖房＋蓄熱運転時のヒートポンプサイクル構成図 本発明の実施の形態１における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの冷房運転時のヒートポンプサイクル構成図 本発明の実施の形態１における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの四方弁、三方弁、電磁弁の動作状態を示す図 本発明の実施の形態２における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの蓄熱運転時のヒートポンプサイクル構成図 本発明の実施の形態２における蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムのハイブリッドコレクターの構成図 （ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態２の潜熱蓄熱部における蓄熱容器の構成例を示す図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）本発明の実施の形態１のハイブリッドコレクターの構成例を示す図 （ａ）、（ｂ）本発明におけるソーラーヒートポンプシステムのハイブリッドコレクターの温度分布を示す図 本発明の実施の形態３における蓄熱式ソーラーパネルの断面図 本発明の実施の形態３における蓄熱式ソーラーパネルの全体構成図 本発明の実施の形態３におけるソーラーシステムの構成図 従来の蓄熱式ソーラーパネル（特許文献１）の構成図 従来のソーラーヒートポンプシステム（特許文献２）の構成図 従来のソーラーヒートポンプシステム（特許文献３）の構成図

符号の説明

１ ハイブリッドコレクター
２ 潜熱蓄熱部
３ 室内熱交換器
４ 冷媒熱交換器
５ 圧縮機
６ 第１四方弁
７ 蓄熱槽加熱手段
８ 第１電磁弁
９ 第１膨張弁
１０ 第２四方弁
１１ 第２膨張弁
１２ 第３膨張弁
１３ 蓄熱槽
１４ 循環ポンプ
１６ フィン
１７ 第１ヘッダー管
１８ 第２ヘッダー管
１９ 第３ヘッダー管
２５ 太陽電池パネル
２６ 交直変換装置
２７ 蓄電池
２８ インバータ
２９ サイクル制御装置
３０ 電力供給制御装置
３１ 第１三方弁
３２ 第２電磁弁
３３ 第２三方弁
３４ 第３電磁弁
３５ 第３三方弁
３６ 第４電磁弁
３７ 第５電磁弁
３８ 第６電磁弁
３９ 第１温度センサ
４０ 第２温度センサ
４１ 伝熱シート
４２ 電力検出器
４３ 循環ポンプ
４９ 第２給湯経路
５０ 蓄熱容器
５１ 潜熱蓄熱材
７１ 太陽電池パネル
７２ 蓄熱容器
７３ 仕切り板
７４ 蓄熱室
７５ 潜熱蓄熱材
７６ 媒体の流路
７７ 温度検出手段
７８ 流量制御弁
７９ 圧縮機
８０ 凝縮器
８１ 膨張手段

Claims (18)

1. 太陽電池パネルと、
   前記太陽電池パネルの裏面に接して配置され、その内部を複数の蓄熱室に分割する１以上の仕切り板を有し、潜熱蓄熱材料が前記複数の蓄熱室のそれぞれに内蔵された蓄熱容器と、
   前記複数の蓄熱室のそれぞれの内部を通るように配置され、その内部を熱媒体が流通する複数の媒体流路とを備えた蓄熱式ソーラーパネル。
2. 地面に対して傾斜して設置されており、
   前記蓄熱容器は、実質上直方体形状をしており、
   前記仕切り板は、前記蓄熱容器の傾斜している側面に対して実質上直交し、かつ前記太陽電池パネル側の面に実質上垂直の向きに、前記蓄熱容器の内面に接して設けられている、請求項１に記載の蓄熱式ソーラーパネル。
3. 前記複数の媒体流路のそれぞれは、前記それぞれの蓄熱室の地面から遠い側に配置されている、請求項１に記載の蓄熱式ソーラーパネル。
4. 前記複数の媒体流路は、蓄熱式ソーラーパネルの外部で一つの媒体流路が分岐したものであり、それぞれの内部を前記熱媒体が並列に流通するようになっている、請求項１に記載の蓄熱式ソーラーパネル。
5. 請求項１に記載のソーラーパネルと、
   太陽電池パネルの発電出力を検出する発電出力検出手段と、
   潜熱蓄熱材料の温度を検出する蓄熱材料温度検出手段と、
   熱媒体の流量を制御する流量制御弁と、
   前記太陽電池パネルの発電出力が所定出力以上であって、かつ前記潜熱蓄熱材料の温度が融点以上の場合に、前記流量制御弁を開くように制御する制御手段とを備えたソーラーシステム。
6. 前記蓄熱材料温度検出手段は、複数の蓄熱室のうちの地面から最も遠い蓄熱室の、地面から遠い側の角部に設けられている、請求項５に記載のソーラーシステム。
7. さらに、ヒートポンプ回路を備え、
   前記熱媒体は前記ヒートポンプ回路の冷媒である、請求項５に記載のソーラーシステム。
8. 前記熱媒体の温度は、前記潜熱蓄熱材料の過冷却温度以上でかつ融点未満になるように制御される、請求項７に記載のソーラーシステム。
9. 圧縮機、放熱器、膨張弁および蒸発器で構成されるヒートポンプサイクルと、
   太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、前記蒸発器および所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部を有するハイブリッドコレクターと、
   前記放熱器で生成された熱を貯蔵する蓄熱槽とを備え、
   前記蒸発器は、前記太陽電池パネルの熱が前記潜熱蓄熱部を介して伝わるように配置されている蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
10. 前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
    前記蒸発器は、前記潜熱蓄熱部の前記太陽電池パネルと接している面とは反対側の面に接して、または前記潜熱蓄熱部の内部に配置されている、請求項９に記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
11. 圧縮機、放熱器、膨張弁および蒸発器で構成されるヒートポンプサイクルと、
    太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部、および前記潜熱蓄熱部と熱媒体が熱交換する熱交換器を有するハイブリッドコレクターと、
    前記放熱器で生成された熱を貯蔵する蓄熱槽とを備え、
    前記熱交換器は、前記太陽電池パネルの熱が前記潜熱蓄熱部を介して伝わるように配置されており、
    前記蒸発器は、前記熱交換器で加熱された前記熱媒体を熱源として利用する蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
12. 前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
    前記熱交換器は、前記潜熱蓄熱部の前記太陽電池パネルと接している面とは反対側の面に接して、または前記潜熱蓄熱部の内部に配置されている、請求項１１に記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
13. 前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの裏面に接して配置されており、
    前記潜熱蓄熱部は、前記熱交換器を兼ねている、請求項１１に記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
14. 前記潜熱蓄熱部は、前記潜熱蓄熱材料が充填された複数の蓄熱容器を有する、請求項９乃至１３のいずれかに記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
15. 前記複数の蓄熱容器は、前記潜熱蓄熱部内の所定の位置に固定され、熱媒体と接触して熱交換を行う、請求項１４に記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
16. さらに、前記ハイブリッドコレクターは、前記潜熱蓄熱材より熱伝導率が高い伝熱シートを有し、
    前記潜熱蓄熱部は、前記太陽電池パネルの熱が前記伝熱シートを介して伝わるように配置されている、請求項９乃至１５のいずれかに記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
17. さらに、前記ヒートポンプサイクルは、室外放熱手段を有し、
    前記室外放熱手段は、蓄熱運転時に前記蓄熱槽が最大蓄熱容量に達する際または達した際に放熱する、請求項９乃至１６のいずれかに記載の蓄熱式ソーラーヒートポンプシステム。
18. 太陽電池パネル、前記太陽電池パネルの裏面側に配置された、所定温度で相変化する潜熱蓄熱材料が内設された潜熱蓄熱部を有するハイブリッドコレクターを備えた蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの運転方法であって、
    前記潜熱蓄熱部の温度が前記潜熱蓄熱材料の相変化温度以下となるように、かつ前記潜熱蓄熱部の熱を利用する蒸発器から液体状の冷媒が流出しないように、冷媒循環量を制御する、蓄熱式ソーラーヒートポンプシステムの運転方法。
    

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