JP6283785B2 - 太陽光発電パネル用冷却装置および太陽光発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電パネルを冷却する技術に関する。

従来より、太陽光を電気に変換する発電パネルを冷却する技術が知られている。例えば、特許文献１には、太陽光発電装置に生じた熱を自励振動型ヒートパイプで熱輸送して大気中に放熱することにより、太陽光発電装置を冷却する技術が記載されている。

特開２０１１−１０３３５０号公報

ところが、特許文献１に記載されている技術では、自励振動型ヒートパイプに封入されている作動流体の動作時の動きに関して配慮がされていないという問題があった。したがって、特許文献１に記載されている技術では、動作時において作動流体の循環性能が悪く、当該作動流体による熱輸送の効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、動作時の作動流体の動きを安定化させる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、太陽光発電パネル用冷却装置であって、第１室を形成する受熱部と、第２室を形成する放熱部と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通部とを備え、前記受熱部、前記放熱部および前記連通部には作動流体が封入されており、前記受熱部が太陽光発電パネルに対して熱伝導可能な状態で取り付けられるとともに、前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられ、かつ、前記太陽光発電パネルが発電可能に設置された状態において、前記連通部は、前記作動流体が前記第１室内を上方向に移動することにより前記受熱部に存在する作動流体が前記放熱部に移動するように配置され、かつ、前記作動流体が前記第２室内を下方向に移動することにより前記放熱部に存在する作動流体が前記受熱部に移動するように配置され、前記連通部は、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動するときに使用される高温流体流路と、前記作動流体が前記放熱部から前記受熱部に移動するときに使用される低温流体流路とを別々に形成し、前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の螺旋状に巻かれた流路が形成され、前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角が鋭角である。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記連通部は、作動流体の移動方向を規定する逆止弁を備える。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられた状態において、前記放熱部は前記受熱部の上方に配置される。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の板状の流路が形成される。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角を形成する部分において、前記螺旋状に巻かれた流路が前記太陽光発電パネルに沿う方向に曲がる。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状が略三角形である太陽光発電パネル用冷却装置。

また、請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられ、かつ、前記太陽光発電パネルが発電可能に設置された状態において、前記放熱部は、略垂直方向に延びるように配置される。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状が略平行四辺形である。

また、請求項９の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、前記低温流体流路は、前記受熱部に近づくにつれて高さ位置が低くなるように配置される。

また、請求項１０の発明は、太陽光発電装置であって、太陽光を電気に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子を固定する基材と、前記基材に固定される太陽光発電パネル用冷却装置とを備え、前記太陽光発電パネル用冷却装置は、第１室を形成する受熱部と、第２室を形成する放熱部と、前記第１室と前記第２室とを連通する連通部とを備え、前記受熱部、前記放熱部および前記連通部には作動流体が封入されており、前記光電変換素子が発電可能に設置された状態において、前記連通部は、前記作動流体が前記第１室内を上方向に移動することにより前記受熱部に存在する作動流体が前記放熱部に移動するように配置され、かつ、前記作動流体が前記第２室内を下方向に移動することにより前記放熱部に存在する作動流体が前記受熱部に移動するように配置され、前記連通部は、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動するときに使用される高温流体流路と、前記作動流体が前記放熱部から前記受熱部に移動するときに使用される低温流体流路とを別々に形成し、前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の螺旋状に巻かれた流路が形成され、前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角が鋭角である。

請求項１ないし１０に記載の発明は、連通部は、作動流体が第１室内を上方向に移動することにより受熱部に存在する作動流体が放熱部に移動するように配置され、かつ、作動流体が第２室内を下方向に移動することにより放熱部に存在する作動流体が受熱部に移動するように配置されることにより、作動流体の動きが安定するため、熱伝導効率が向上し、冷却効果が向上する。

第１の実施の形態における太陽光発電装置を示す図である。 第１の実施の形態における太陽光発電装置を基材の下面側から見た図である。 第１の実施の形態におけるヒートパイプの連通部の近傍部分を示す図である。 第２の実施の形態における太陽光発電装置を示す図である。 第２の実施の形態における太陽光発電装置を基材の下面側から見た図である。 第２の実施の形態におけるヒートパイプの連通部の近傍部分を示す図である。 第３の実施の形態における太陽光発電装置を示す図である。 第３の実施の形態における太陽光発電装置を基材の下面側から見た図である。 第３の実施の形態におけるヒートパイプを示す概略図である。 第４の実施の形態における太陽光発電装置を示す図である。 第４の実施の形態における太陽光発電装置を基材の下面側から見た図である。 第４の実施の形態におけるヒートパイプを示す概略図である。 第５の実施の形態における太陽光発電装置を示す図である。 第５の実施の形態における太陽光発電装置を基材の下面側から見た図である。 第５の実施の形態におけるヒートパイプを示す概略図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、以下の説明において特に断らない限り、方向や向きに関する記述は、当該説明の便宜上、図面に対応するものであり、例えば実施品、製品または権利範囲等を限定するものではない。

＜１． 第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０を示す図である。図１において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定義する。Ｘ軸およびＹ軸は、いずれも水平面内の軸である。また、Ｚ軸は、鉛直方向上向きを正とする軸である。図１において、太陽光発電装置１０は、図示しない台座等によって、地面や屋根等に設置されている状態（発電可能な状態）を示しているものとする。すなわち、図１では、太陽光発電装置１０の各構成について、動作時の姿勢を示している。

図１に示すように、太陽光発電装置１０は、太陽光を電気に変換する光電変換素子２と、光電変換素子２を固定する基材３と、基材３に固定される太陽光発電パネル用冷却装置４とを備えている。図１において、太陽光発電パネル用冷却装置４は、基材３に取り付けられている状態を示している。

光電変換素子２は、照射される太陽光により発電する素子で構成されており、太陽光の入射面積を広くするために板状の構造体を形成している。実際には、板状の構造体内に多数の素子が含まれているが、便宜上、これらをまとめて光電変換素子２と称する。

光電変換素子２は、効率のよい発電を実現するため、太陽光の入射角が略垂直となるように配置されている。また、動作時（発電時）において、光電変換素子２は、受光した太陽光のエネルギーが熱に変わることにより温められ、高温になる。そして、一般的な光電変換素子２においては、高温になると発電効率が低下する。したがって、光電変換素子２の発電効率を維持するためには、当該光電変換素子２を冷却することが好ましい。

基材３は、上面３０に光電変換素子２が固定された板状の部材であり、光電変換素子２を所定の位置に配置するとともに、光電変換素子２を構造的に補強する機能も有している。さらに、基材３は、熱伝導に優れた材料から構成され、光電変換素子２において発生した熱を、下面３１に固定された太陽光発電パネル用冷却装置４に向けて伝熱する機能も有している。

ここでは、詳細な説明は省略したが、光電変換素子２および基材３は、いわゆる「太陽光発電パネル」を構成している。図１に示すように、光電変換素子２は、太陽光の入射する方向に応じて、傾いた状態で配置される。なお、一般的には、太陽光発電装置１０の設置後において、光電変換素子２の姿勢は固定された状態となるが、太陽の位置に応じて、向きを変えるように、姿勢変換機構（図示せず）が設けられていてもよい。

図２は、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０を基材３の下面３１側から見た図である。

第１の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置４は、熱伝導に優れた材料（例えば、アルミニウムや銅など）から成る円管状（内部が中空）のヒートパイプ４０で構成されている。

なお、図２に破線で示す受熱領域９０とは、動作時（発電時）において、光電変換素子２からの熱により基材３が、他の部分に比べて高温となる領域である。また、図２に破線で示す放熱領域９１とは、動作時において、ヒートパイプ４０が大気中に熱を放熱する領域である。ただし、受熱領域９０および放熱領域９１は、他の領域との境界が明確なものではなく、おおよその位置として定義される領域である。

さらに、ここでは詳細な説明を省略するが、太陽光発電パネル用冷却装置４は、図示しない取り付け部材（あるいは接着剤や溶接等）によって、容易に脱落しないように、基材３の下面３１に固定されている。当該取り付け部材による太陽光発電パネル用冷却装置４の取り付けは、ヒートパイプ４０と基材３との間における熱伝導性を阻害しない方法であることが好ましい。すなわち、ヒートパイプ４０を基材３に密着させるか、あるいは、ヒートパイプ４０が他の部材を介して基材３に取り付けられるとしても、当該他の部材は、基材３からヒートパイプ４０に熱が伝わることを阻害しない材料（熱伝導性に優れた材料）、および、形状（薄膜など）であることが好ましい。

図２に示すように、第１の実施の形態におけるヒートパイプ４０は、受熱部４１および放熱部４２を備えている。また、管状のヒートパイプ４０の内部（中空部）には、作動流体９が封入されている。これにより、ヒートパイプ４０の内部は、作動流体９の流路となっている。すなわち、作動流体９は、ヒートパイプ４０の配管形状に従って移動が可能とされている。

受熱部４１は、ヒートパイプ４０の一部分であって、受熱領域９０内に配置される部分である。ヒートパイプ４０は、受熱領域９０に配置される受熱部４１において、基材３（光電変換素子２）からの熱を受熱する。

放熱部４２は、ヒートパイプ４０の一部分であって、放熱領域９１内に配置される部分である。すでに説明したように、ヒートパイプ４０は、放熱領域９１に配置される放熱部４２において、熱を放熱する。

図１に戻って、ヒートパイプ４０は、連通部４３を備えている。第１の実施の形態における連通部４３は、ヒートパイプ４０が「くの字型」に屈曲した部分として形成されている。すなわち、図１および図２から明らかなように、第１の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置４は、平板状に張り巡らせたヒートパイプ４０を、Ｘ軸に平行な軸Ｐ（図３参照。）を中心にして、屈曲させたような形状となっている。言い換えれば、受熱部４１、放熱部４２、および、連通部４３によって、作動流体９の板状の流路が形成される。

図３は、第１の実施の形態におけるヒートパイプ４０の連通部４３の近傍部分を示す図である。図３は、図１に示している連通部４３の断面を、（−Ｘ）方向から（＋Ｘ）方向に見た様子を示している。すなわち、図３は、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０が実際に発電するとき（設置されているとき）のヒートパイプ４０の姿勢を示している。

連通部４３の下方向（低い位置）には、熱を受熱する受熱部４１が存在している。受熱部４１は、管状のヒートパイプ４０の一部分であるから、受熱部４１は内部に空洞（第１室４４）を形成している。

また、連通部４３の上方向（高い位置）には、熱を放熱する放熱部４２が存在している。放熱部４２は、管状のヒートパイプ４０の一部分であるから、放熱部４２は内部に空洞（第２室４５）を形成している。

そして、図３から明らかなように、第１の実施の形態における連通部４３は、受熱部４１の第１室４４と放熱部４２の第２室４５とを連通している。したがって、作動流体９は、第１室４４と第２室４５との間で移動可能となっている。なお、受熱部４１、放熱部４２および連通部４３は、互いに明確な境界が存在するものではなく、ヒートパイプ４０における概略的な位置が定義される部分である。

また、連通部４３は、作動流体９が第１室４４内を上方向に移動することにより、受熱部４１に存在する作動流体９が放熱部４２に移動するように配置される。受熱部４１が受熱することにより加熱された第１室４４内の作動流体９は、比重が軽くなり、上方向への流れを形成する。この流れにより上方向へ移動した作動流体９は、連通部４３を通過して、スムーズに放熱部４２に移動する。

また、連通部４３は、作動流体９が第２室４５内を下方向に移動することにより、放熱部４２に存在する作動流体９が受熱部４１に移動するように配置される。放熱部４２が放熱することにより冷却された第２室４５内の作動流体９は、比重が重くなり、下方向への流れを形成する。この流れにより下方向へ移動した作動流体９は、連通部４３を通過して、スムーズに受熱部４１に移動する。

このように、太陽光発電パネル用冷却装置４は、受熱部４１において加熱された作動流体９が、第１室４４内を上方向に移動することにより、放熱部４２に向けて移動する。また、放熱部４２において冷却された作動流体９は、第２室４５内を下方向に移動することにより、受熱部４１に向けて移動する。すなわち、太陽光発電パネル用冷却装置４は、受熱および放熱によって生じる作動流体９の対流方向に従うように当該作動流体９を熱輸送に適した位置に導くことができる。したがって、このような配慮がされていない従来の技術に比べて、ヒートパイプ４０内の作動流体９の動き（流れ）が安定するため、作動流体９による熱伝導効率（熱輸送効率）が向上し、光電変換素子２に対する冷却効果が向上する。

また、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０（太陽光発電パネル用冷却装置４）において、放熱部４２は、受熱部４１の上方に配置される。言い換えれば、放熱部４２は、受熱部４１よりも高い位置に配置される。したがって、作動流体９の動きがさらに安定する。

さらに、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０は、受熱部４１と放熱部４２とが比較的離れた位置に配置される。すなわち、放熱部４２が、比較的高温の受熱部４１の影響を受けにくい配置とされており、放熱部４２における放熱効果が高い。

＜２． 第２の実施の形態＞
図４は、第２の実施の形態における太陽光発電装置１１を示す図である。図４において、太陽光発電装置１１は、図示しない台座等によって、地面や屋根等に設置されている状態（発電可能な状態）を示しているものとする。すなわち、図４では、太陽光発電装置１１の各構成について、動作時の姿勢を示している。また、図５は、第２の実施の形態における太陽光発電装置１１を基材３の下面３１側から見た図である。

第２の実施の形態における太陽光発電装置１１は、太陽光発電パネル用冷却装置４の代わりに、太陽光発電パネル用冷却装置５を備えている点が、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０と異なっている。以下の説明では、本実施の形態における太陽光発電装置１１について、太陽光発電装置１０と同様の構成については、同符号を付し、適宜説明を省略する。

太陽光発電パネル用冷却装置５は、第１の実施の形態におけるヒートパイプ４０と同様のヒートパイプ５０から構成されている。また、ヒートパイプ５０は、基材３の下面３１に取り付けられることにより、第１の実施の形態における受熱部４１、放熱部４２および連通部４３にそれぞれ相当する、受熱部５１、放熱部５２および連通部５３を備えている。

図６は、第２の実施の形態におけるヒートパイプ５０の連通部５３の近傍部分を示す図である。

第１の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置４と同様に、第２の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置５おいても、１つの放熱部５２は、２つの連通部５３によって受熱部５１に接続されている。以下の説明では、同一の放熱部５２に接続されている２つの連通部５３を、連通部５３１および連通部５３２と称して区別する。

第２の実施の形態におけるヒートパイプ５０の内部には、１以上の逆止弁５６が配置されている（図６においては２つの逆止弁５６を示す。）。逆止弁５６は、流体（作動流体９）を一方向のみに向けて通過させる弁である。すなわち、逆止弁５６は、配置されている位置において、作動流体９の移動方向を一方向に規定する機能を有している。逆止弁５６としては、従来から提案されている様々な構造、形状または方式のものを適宜採用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。

連通部５３１の近傍に配置された逆止弁５６は、下方から上方に向けて作動流体９を通過させる向きに設置されている。一方で、連通部５３２の近傍に配置された逆止弁５６は、上方から下方に向けて作動流体９を通過させる向きに設置されている。

これにより、連通部５３１は、作動流体９が受熱部５１から放熱部５２に移動するときに使用される高温流体流路を形成する。一方で、連通部５３２は、作動流体９が放熱部５２から受熱部５１に移動するときに使用される低温流体流路を形成する。

このように、第２の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置５においては、連通部５３により、高温流体流路（連通部５３１により形成される流路）と低温流体流路（連通部５３２により形成される流路）とが別々の流路として形成されている。これにより、１つの連通部５３において、上方に移動する作動流体９と下方に移動する作動流体９の衝突が回避されるため、第１の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置４に比べて、作動流体９の動きがさらに安定する。

＜３． 第３の実施の形態＞
図７は、第３の実施の形態における太陽光発電装置１２を示す図である。図７において、太陽光発電装置１２は、図示しない台座等によって、地面や屋根等に設置されている状態（発電可能な状態）を示しているものとする。すなわち、図７では、太陽光発電装置１２の各構成について、動作時の姿勢を示している。また、図８は、第３の実施の形態における太陽光発電装置１２を基材３の下面３１側から見た図である。

第３の実施の形態における太陽光発電装置１２は、太陽光発電パネル用冷却装置４の代わりに、太陽光発電パネル用冷却装置６を備えている点が、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０と異なっている。以下の説明では、本実施の形態における太陽光発電装置１２について、太陽光発電装置１０と同様の構成については、同符号を付し、適宜説明を省略する。

太陽光発電パネル用冷却装置６は、第１の実施の形態におけるヒートパイプ４０と同様のヒートパイプ６０から構成されている。すなわち、ヒートパイプ６０も、熱伝導性に優れた素材（例えば、アルミニウムや銅など）から構成された円管状の部材である。ただし、第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０のＹＺ平面視における配管形状（図７において二点鎖線で示す巻き形状９２）は、略矩形である。

また、ヒートパイプ６０は、基材３の下面３１に取り付けられることにより、第１の実施の形態における受熱部４１、放熱部４２および連通部４３にそれぞれ相当する、受熱部６１、放熱部６２および連通部６３が形成されている。言い換えれば、太陽光発電パネル用冷却装置５は、受熱部６１、放熱部６２および連通部６３を備えている。

より詳細には、ヒートパイプ６０の巻き形状９２により形成される略矩形のうちの長辺の一方に相当する部分が基材３の下面３１に取り付けられることにより、基材３（光電変換素子２）からの熱を受熱する受熱部６１を構成している。

また、ヒートパイプ６０の巻き形状９２により形成される略矩形のうちの長辺の他方に相当する部分が大気中に開放されており、熱を放熱する放熱部６２を構成している。

また、ヒートパイプ６０の巻き形状９２により形成される略矩形のうちの短辺の一方（上方に配置される方）に相当する部分が、受熱部６１と放熱部６２とを接続しており、連通部６３（連通部６３１）を構成している。

さらに、ヒートパイプ６０の巻き形状９２を形成する略矩形のうちの短辺の他方（下方に配置される方）に相当する部分も、受熱部６１と放熱部６２とを接続しており、連通部６３（連通部６３２）を構成する。

図７および図８に示すように、第３の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６では、ヒートパイプ６０（受熱部６１、放熱部６２、および、連通部６３）によって、作動流体９の螺旋状に巻かれた流路が形成される。言い換えれば、第３の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６では、ヒートパイプ６０の一部が、螺旋状（コイル状）に巻かれることにより、作動流体９の螺旋状の流路が形成されている。

図９は、第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０を示す概略図である。ヒートパイプ６０においても、円管状の受熱部６１により第１室６４が形成されるとともに、円管状の放熱部６２により第２室６５が形成される。

連通部６３１は、作動流体９が受熱部６１の第１室６４内を上方向に移動することにより、受熱部６１に存在する作動流体９が放熱部６２に移動するように配置される。受熱部６１が受熱することにより加熱された第１室６４内の作動流体９は、比重が軽くなり、上方向への流れを形成する。この流れにより上方向へ移動した作動流体９は、連通部６３１を通過して、スムーズに放熱部６２に移動する。

また、連通部６３２は、作動流体９が放熱部６２の第２室６５内を下方向に移動することにより、放熱部６２に存在する作動流体９が受熱部６１に移動するように配置される。放熱部６２が放熱することにより冷却された第２室６５内の作動流体９は、比重が重くなり、重力の作用によって下方向への流れを形成する。この流れにより下方向へ移動した作動流体９は、連通部６３２を通過して、スムーズに受熱部６１に移動する。

このように、太陽光発電パネル用冷却装置６においても、受熱部６１において加熱された作動流体９が、受熱部６１の第１室６４内を上方向に移動することにより、放熱部６２に向けて移動する。また、放熱部６２において冷却された作動流体９は、放熱部６２の第２室６５内を下方向に移動することにより、受熱部６１に向けて移動する。すなわち、本実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６においても、上記実施の形態と同様に、受熱および放熱によって生じる作動流体９の対流方向に従うように当該作動流体９を熱輸送に適した位置に導くことができる。

また、連通部６３１は、すでに説明したように、作動流体９が受熱部６１から放熱部６２に移動するときに使用される高温流体流路を形成する。一方で、連通部６３２は、作動流体９が放熱部６２から受熱部６１に移動するときに使用される低温流体流路を形成する。

このように、第３の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６においても、連通部６３により、高温流体流路（連通部６３１により形成される流路）と低温流体流路（連通部６３２により形成される流路）とが別々の流路として形成される。したがって、第２の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置５と同様に、各連通部６３において、放熱部６２に向けて移動する作動流体９と受熱部６１に向けて移動する作動流体９の衝突が回避されるため、作動流体９の動きが安定する。

また、第３の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６は、ヒートパイプ６０内に逆止弁を設けなくても、高温流体流路と低温流体流路とを別々の流路として形成することができる。ただし、第２の実施の形態と同様に、ヒートパイプ６０内に逆止弁５６に相当する構成を設けてもよい。

さらに、第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０は、第１および第２の実施の形態におけるヒートパイプ４０，５０と異なり、太陽光発電パネル（基材３）からはみ出る（突き出る）部分のないように配置されている。より詳細には、太陽光発電パネル用冷却装置６の最も高い位置に配置されている部分が、基材３の最も高い位置に配置されている部分よりも低くなるように構成されている。これにより、太陽光発電装置１２の小型化が実現される。

＜４． 第４の実施の形態＞
図１０は、第４の実施の形態における太陽光発電装置１３を示す図である。図１０において、太陽光発電装置１３は、図示しない台座等によって、地面や屋根等に設置されている状態（発電可能な状態）を示しているものとする。すなわち、図１０では、太陽光発電装置１３の各構成について、動作時の姿勢を示している。

第４の実施の形態における太陽光発電装置１３は、太陽光発電パネル用冷却装置４の代わりに、太陽光発電パネル用冷却装置７を備えている点が、第１の実施の形態における太陽光発電装置１０と異なっている。以下の説明では、本実施の形態における太陽光発電装置１３について、太陽光発電装置１０と同様の構成については、同符号を付し、適宜説明を省略する。

太陽光発電パネル用冷却装置７は、第１の実施の形態におけるヒートパイプ４０と同様のヒートパイプ７０から構成されている。すなわち、ヒートパイプ７０も、熱伝導性に優れた素材（例えば、アルミニウムや銅など）から構成された円管状の部材である。ただし、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０のＹＺ平面視における配管形状（図１０において二点鎖線で示す巻き形状９３）は、略三角形である。

また、ヒートパイプ７０は、基材３の下面３１に取り付けられることにより、第１の実施の形態における受熱部４１、放熱部４２および連通部４３にそれぞれ相当する、受熱部７１、放熱部７２および連通部７３が形成されている。言い換えれば、太陽光発電パネル用冷却装置７は、受熱部７１、放熱部７２および連通部７３を備えている。

図１１は、第４の実施の形態における太陽光発電装置１３を基材３の下面３１側から見た図である。

図１０および図１１に示すように、第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７では、ヒートパイプ７０（受熱部７１、放熱部７２、および、連通部７３）によって、作動流体９の螺旋状に巻かれた流路が形成される。言い換えれば、第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７では、ヒートパイプ７０の一部が、螺旋状（コイル状）に巻かれることにより、作動流体９の螺旋状の流路が形成されている。

第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０は、巻き形状９２が略矩形であったが、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０は、図１０に示すように、巻き形状９３が略三角形となっている。

図１２は、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０を示す概略図である。ヒートパイプ７０においても、円管状の受熱部７１により第１室７４が形成されるとともに、円管状の放熱部７２により第２室７５が形成されている。

すなわち、ヒートパイプ７０の巻き形状９３により形成される略三角形のうちの一辺に相当する部分が基材３の下面３１に取り付けられることにより、基材３（光電変換素子２）からの熱を受熱する受熱部７１を構成している。そして、円管状の受熱部７１は、第１室７４を形成している。

また、ヒートパイプ７０の巻き形状９３により形成される略三角形のうちの他の一辺に相当する部分が大気中に開放されており、熱を放熱する放熱部７２を構成している。特に、第４の実施の形態における放熱部７２は、略垂直方向（Ｚ軸に平行な方向）に延びるように配置されている。そして、円管状の放熱部７２は、第２室７５を形成している。

また、ヒートパイプ７０の巻き形状９３により形成される略三角形のうちのさらに他の一辺（受熱部７１および放熱部７２に相当する一辺以外の辺）に相当する部分が、受熱部７１と放熱部７２と接続しており、連通部７３（連通部７３２）を構成している。

さらに、ヒートパイプ７０の巻き形状９３により形成される略三角形の頂角うち最も高い位置に配置される頂角が、受熱部７１と放熱部７２とを接続しており、連通部７３（連通部７３１）を構成している。

連通部７３１は、作動流体９が受熱部７１の第１室７４内を上方向に移動することにより、受熱部７１に存在する作動流体９が放熱部７２に移動するように配置される。受熱部７１が受熱することにより加熱された第１室７４内の作動流体９は、比重が軽くなり、上方向への流れを形成する。この流れにより上方向へ移動した作動流体９は、連通部７３１を通過して、スムーズに放熱部７２に移動する。

また、連通部７３２は、作動流体９が放熱部７２の第２室７５内を下方向に移動することにより、放熱部７２に存在する作動流体９が受熱部７１に移動するように配置される。放熱部７２が放熱することにより冷却された第２室７５内の作動流体９は、比重が重くなり、重力の作用により下方向への流れを形成する。この流れにより下方向へ移動した作動流体９は、連通部７３２を通過して、スムーズに受熱部７１に移動する。

このように、太陽光発電パネル用冷却装置７においても、受熱部７１において加熱された作動流体９が、受熱部７１の第１室７４内を上方向に移動することにより、放熱部７２に向けて移動する。また、放熱部７２において冷却された作動流体９が、放熱部７２の第２室７５内を下方向に移動することにより、受熱部７１に向けて移動する。すなわち、上記実施の形態と同様に、受熱および放熱によって生じる作動流体９の対流方向に従うように当該作動流体９を熱輸送に適した位置に導くことができる。

特に、連通部７３２は、略垂直方向（Ｚ軸に平行な方向）に延びるように配置されているため、比重が増した作動流体９がスムーズに受熱部７１に向けて移動することが可能である。

また、連通部７３１は、作動流体９が受熱部７１から放熱部７２に移動するときに使用される高温流体流路を形成する。一方で、連通部７３２は、作動流体９が放熱部７２から受熱部７１に移動するときに使用される低温流体流路を形成する。

このように、第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７においても、連通部７３により、高温流体流路（連通部７３１により形成される流路）と低温流体流路（連通部７３２により形成される流路）とが別々の流路として形成されている。したがって、第２の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置５および第３の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置６と同様に、各連通部７３において、放熱部７２に向けて移動する作動流体９と受熱部７１に向けて移動する作動流体９の衝突が回避されるため、作動流体９の動きが安定する。

また、第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７は、ヒートパイプ７０内に逆止弁を設けなくても、高温流体流路と低温流体流路とを別々の流路として形成することができる。ただし、第２の実施の形態と同様に、ヒートパイプ７０内に逆止弁５６に相当する構成を設けてもよい。

また、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０は、第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０と同様に、太陽光発電パネル（基材３）から、高さ方向にはみ出る（突き出る）部分のないように配置されている。より詳細には、太陽光発電パネル用冷却装置７の最も高い位置に配置されている部分が、基材３の最も高い位置に配置されている部分よりも低くなるように構成されている。これにより、太陽光発電装置１３の小型化が実現される。

また、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０は、太陽光発電パネル（基材３）から、（＋Ｙ）方向に、はみ出る（突き出る）部分のないように配置されている。より詳細には、太陽光発電パネル用冷却装置７の最も（＋Ｙ）方向に配置されている部分が、基材３の最も（＋Ｙ）方向に配置されている部分よりも（−Ｙ）方向に配置されるように構成されている。これにより、太陽光発電装置１３をより小型化することができる。

また、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０の巻き形状９３は、最も下方に配置される頂角が鋭角となっている。これにより、光電変換素子２の最も下方に配置される部分よりも下方に配置されるヒートパイプ７０の部分（図１０において範囲ｄで示される範囲に配置される部分）が第３の実施の形態におけるヒートパイプ６０よりも減る。すなわち、加熱される部分よりも下方に配置される部分を減らすことができるため、作動流体９の滞留量を抑制することができる。

さらに、第４の実施の形態における連通部７３２は、受熱部７１に近づくにつれてＺ軸方向の位置が低くなるように配置されている。言い換えれば、連通部７３２は、放熱部７２側が高く、受熱部７１側が低くなるように、水平面（ＸＹ平面）に対して傾いた姿勢で配置される。これにより、放熱により比重が増した作動流体９が、スムーズに受熱部７１に移動する。

＜５． 第５の実施の形態＞
図１３は、第５の実施の形態における太陽光発電装置１４を示す図である。図１３において、太陽光発電装置１４は、図示しない台座等によって、地面や屋根等に設置されている状態（発電可能な状態）を示しているものとする。すなわち、図１３では、太陽光発電装置１４の各構成について、動作時の姿勢を示している。

第５の実施の形態における太陽光発電装置１４は、太陽光発電パネル用冷却装置７の代わりに、太陽光発電パネル用冷却装置８を備えている点が、第４の実施の形態における太陽光発電装置１３と異なっている。以下の説明では、本実施の形態における太陽光発電装置１４について、太陽光発電装置１３と同様の構成については、同符号を付し、適宜説明を省略する。

太陽光発電パネル用冷却装置８は、第４の実施の形態におけるヒートパイプ７０と同様のヒートパイプ８０から構成されている。すなわち、ヒートパイプ８０も、熱伝導性に優れた素材（例えば、アルミニウムや銅など）から構成された円管状の部材である。また、第５の実施の形態におけるヒートパイプ８０のＹＺ平面視における配管形状（図１３において二点鎖線で示す巻き形状９４）は、第４の実施の形態と同様に、略三角形である。

また、ヒートパイプ８０は、基材３の下面３１に取り付けられることにより、第４の実施の形態における受熱部７１、放熱部７２および連通部７３にそれぞれ相当する、受熱部８１、放熱部８２および連通部８３が形成されている。言い換えれば、太陽光発電パネル用冷却装置８は、受熱部８１、放熱部８２および連通部８３を備えている。

図１４は、第５の実施の形態における太陽光発電装置１４を基材３の下面３１側から見た図である。

図１３および図１４に示すように、第５の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置８では、ヒートパイプ８０（受熱部８１、放熱部８２、および、連通部８３）によって、作動流体９の螺旋状に巻かれた流路が形成される。言い換えれば、第５の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置８では、ヒートパイプ８０の一部が、螺旋状（コイル状）に巻かれることにより、作動流体９の螺旋状の流路が形成されている。

第５の実施の形態におけるヒートパイプ８０は、図１３に示すように、巻き形状９４が略三角形となっている。

第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７では、巻き形状９３のうちの最も下方に配置される頂角を形成する部分において、当該螺旋状に巻かれた流路が太陽光発電パネル（基材３）から離間する方向に曲がっていた。しかし、第５の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置８では、螺旋状に巻かれた流路の巻き形状９４において、最も下方に配置される頂角を形成する部分において、当該螺旋状に巻かれた流路が太陽光発電パネルに沿う方向に曲がる。

図１５は、第５の実施の形態におけるヒートパイプ８０を示す概略図である。ヒートパイプ８０においても、円管状の受熱部８１により第１室８４が形成されるとともに、円管状の放熱部８２により第２室８５が形成されている。

すなわち、ヒートパイプ８０の巻き形状９４により形成される略三角形のうちの一辺に相当する部分が基材３の下面３１に取り付けられることにより、基材３（光電変換素子２）からの熱を受熱する受熱部８１を構成している。そして、円管状の受熱部８１は、第１室８４を形成している。

また、ヒートパイプ８０の巻き形状９４により形成される略三角形のうちの他の一辺に相当する部分が大気中に開放されており、熱を放熱する放熱部８２を構成している。また、第５の実施の形態における放熱部８２は、第４の実施の形態における放熱部７２と同様に、略垂直方向（Ｚ軸に平行な方向）に延びるように配置されている。そして、円管状の放熱部８２は、第２室８５を形成している。

また、ヒートパイプ８０の巻き形状９４により形成される略三角形のうちのさらに他の一辺（受熱部８１および放熱部８２に相当する一辺以外の辺）に相当する部分が、受熱部８１と放熱部８２と接続しており、連通部８３（連通部８３２）を構成している。

さらに、ヒートパイプ８０の巻き形状９４により形成される略三角形の頂角うち最も高い位置に配置される頂角が、受熱部８１と放熱部８２とを接続しており、連通部８３（連通部８３１）を構成している。

連通部８３１は、作動流体９が受熱部８１の第１室８４内を上方向に移動することにより、受熱部８１に存在する作動流体９が放熱部８２に移動するように配置される。受熱部８１が受熱することにより加熱された第１室８４内の作動流体９は、比重が軽くなり、上方向への流れを形成する。この流れにより上方向へ移動した作動流体９は、連通部８３１を通過して、スムーズに放熱部８２に移動する。

また、連通部８３２は、作動流体９が放熱部８２の第２室８５内を下方向に移動することにより、放熱部８２に存在する作動流体９が受熱部８１に移動するように配置される。放熱部８２が放熱することにより冷却された第２室８５内の作動流体９は、比重が重くなり、重力の作用により下方向への流れを形成する。この流れにより下方向へ移動した作動流体９は、連通部８３２を通過して、スムーズに受熱部８１に移動する。

このように、本実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置８においても、第４の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置７と同様の効果を得ることができる。

さらに、第５の実施の形態における太陽光発電パネル用冷却装置８では、螺旋状に巻かれた流路の巻き形状９４において、最も下方に配置される頂角を形成する部分において、当該螺旋状に巻かれた流路が太陽光発電パネル（基材３）に沿う方向に曲がる。したがって、光電変換素子２の最も下方に配置される部分よりも下方に配置されるヒートパイプ７０の部分（図１０において範囲ｄで示される範囲に配置される部分）が大幅に減少する。すなわち、加熱される部分よりも下方に配置される部分を減らすことができるため、作動流体９の滞留量をさらに抑制することができる。

＜６． 変形例＞
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、上記好適な実施の形態は本質的に例示であって、本発明は上記好適な実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、ヒートパイプ４０，５０，６０，７０の形状は、上記実施の形態に示した形状に限定されるものではない。例えば、円管ではなく、角管であってもよい。

また、ヒートパイプ４０，５０，６０，７０の循環形状（配管形状）は、１つの直管を適宜折り曲げることにより作成してもよいし、部分的な部品を複数制作した後にこれらを互いに連通するように溶接等により接続して作成してもよい。

また、ヒートパイプ４０，５０，６０，７０に、適宜、放熱用のフィンを設けて、放熱効果を向上させてもよい。

また、光電変換素子２は、基材３の上面３０に複数の板状の構造体として固定されていてもよい。その場合は、各構造体のそれぞれに対応させて、太陽光発電パネル用冷却装置４，５，６，７を設ければよい。

また、第４および第５の実施の形態では、ヒートパイプ７０，８０の巻き形状９３，９４がいずれも略三角形の例について説明した。しかし、ヒートパイプの巻き形状において、最も下方に配置される頂角を鋭角とするためには、当該巻き形状が菱形や平行四辺形、あるいは、台形等であっても実現可能である。すなわち、巻き形状は、略三角形の構造に限定されるものではない。

１０，１１，１２，１３，１４ 太陽光発電装置
２ 光電変換素子
３ 基材
３０ 上面
３１ 下面
４，５，６，７，８ 太陽光発電パネル用冷却装置
４０，５０，６０，７０，８０ ヒートパイプ
４１，５１，６１，７１ 受熱部
４２，５２，６２，７２ 放熱部
４３，５３，５３１，５３２，６３，６３１，６３２，７３，７３１，７３２，８３，８３１，８３２ 連通部
４４，５４，６４，７４，８４ 第１室
４５，５５，６５，７５，８５ 第２室
５６ 逆止弁
９ 作動流体
９０ 受熱領域
９１ 放熱領域
９２，９３，９４ 巻き形状

Claims (10)

1. 第１室を形成する受熱部と、
   第２室を形成する放熱部と、
   前記第１室と前記第２室とを連通する連通部と、
   を備え、
   前記受熱部、前記放熱部および前記連通部には作動流体が封入されており、
   前記受熱部が太陽光発電パネルに対して熱伝導可能な状態で取り付けられるとともに、
   前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられ、かつ、前記太陽光発電パネルが発電可能に設置された状態において、前記連通部は、前記作動流体が前記第１室内を上方向に移動することにより前記受熱部に存在する作動流体が前記放熱部に移動するように配置され、かつ、前記作動流体が前記第２室内を下方向に移動することにより前記放熱部に存在する作動流体が前記受熱部に移動するように配置され、
   前記連通部は、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動するときに使用される高温流体流路と、前記作動流体が前記放熱部から前記受熱部に移動するときに使用される低温流体流路とを別々に形成し、
   前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の螺旋状に巻かれた流路が形成され、
   前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角が鋭角である太陽光発電パネル用冷却装置。
2. 請求項１に記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記連通部は、作動流体の移動方向を規定する逆止弁を備える太陽光発電パネル用冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられた状態において、前記放熱部は前記受熱部の上方に配置される太陽光発電パネル用冷却装置。
4. 請求項３に記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の板状の流路が形成される太陽光発電パネル用冷却装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角を形成する部分において、前記螺旋状に巻かれた流路が前記太陽光発電パネルに沿う方向に曲がる太陽光発電パネル用冷却装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状が略三角形である太陽光発電パネル用冷却装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記受熱部が前記太陽光発電パネルに取り付けられ、かつ、前記太陽光発電パネルが発電可能に設置された状態において、前記放熱部は、略垂直方向に延びるように配置される太陽光発電パネル用冷却装置。
8. 請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状が略平行四辺形である太陽光発電パネル用冷却装置。
9. 請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光発電パネル用冷却装置であって、
   前記低温流体流路は、前記受熱部に近づくにつれて高さ位置が低くなるように配置される太陽光発電パネル用冷却装置。
10. 太陽光を電気に変換する光電変換素子と、
    前記光電変換素子を固定する基材と、
    前記基材に固定される太陽光発電パネル用冷却装置と、
    を備え、
    前記太陽光発電パネル用冷却装置は、
    第１室を形成する受熱部と、
    第２室を形成する放熱部と、
    前記第１室と前記第２室とを連通する連通部と、
    を備え、
    前記受熱部、前記放熱部および前記連通部には作動流体が封入されており、
    前記光電変換素子が発電可能に設置された状態において、前記連通部は、前記作動流体が前記第１室内を上方向に移動することにより前記受熱部に存在する作動流体が前記放熱部に移動するように配置され、かつ、前記作動流体が前記第２室内を下方向に移動することにより前記放熱部に存在する作動流体が前記受熱部に移動するように配置され、
    前記連通部は、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動するときに使用される高温流体流路と、前記作動流体が前記放熱部から前記受熱部に移動するときに使用される低温流体流路とを別々に形成し、
    前記受熱部、前記放熱部、および、前記連通部によって、前記作動流体の螺旋状に巻かれた流路が形成され、
    前記螺旋状に巻かれた流路の巻き形状において、最も下方に配置される頂角が鋭角である太陽光発電装置。

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