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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6548925
(24)【登録日】2019年7月5日
(45)【発行日】2019年7月24日
(54)【発明の名称】太陽熱集熱システム
(51)【国際特許分類】
F24H 1/00 20060101AFI20190711BHJP
F24S 90/00 20180101ALI20190711BHJP
F24S 50/40 20180101ALI20190711BHJP
【ＦＩ】
F24H1/00 621Z
F24S90/00 100
F24S50/40
【請求項の数】4
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2015-56449(P2015-56449)
(22)【出願日】2015年3月19日
(65)【公開番号】特開2016-176631(P2016-176631A)
(43)【公開日】2016年10月6日
【審査請求日】2017年9月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082991
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 泰和
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100124372
【弁理士】
【氏名又は名称】山ノ井 傑
(72)【発明者】
【氏名】後藤 功一
(72)【発明者】
【氏名】高畑 和夫
(72)【発明者】
【氏名】小菅 崇弘
【審査官】
渡邉 聡
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１４−０６２６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６１−０４９９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１０／０６７４３４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開昭５９−１００３５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３５５９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−０７９７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１２７５３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０６９２７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０２２２８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−２６２４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０４２１２２８７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２４Ｈ １／００
Ｆ２４Ｓ ５０／４０
Ｆ２４Ｓ ９０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
太陽光線により熱媒体を加熱する集熱器と、
前記熱媒体の熱により熱利用流体を加熱する加熱装置と、
前記集熱器と前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体流路と、
前記太陽光線の日射量に基づいて、または、第１箇所における前記熱媒体の第１温度と前記第１箇所より前記熱媒体に関して下流の第２箇所における前記熱媒体の第２温度との温度差に基づいて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、または、前記温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、前記集熱器の全体または一部における前記熱媒体の流通を停止する事を特徴とする太陽熱集熱システム。
前記熱媒体の熱により熱利用流体を加熱する加熱装置と、
前記集熱器と前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体流路と、
前記太陽光線の日射量に基づいて、または、第１箇所における前記熱媒体の第１温度と前記第１箇所より前記熱媒体に関して下流の第２箇所における前記熱媒体の第２温度との温度差に基づいて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、または、前記温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、前記集熱器の全体または一部における前記熱媒体の流通を停止する事を特徴とする太陽熱集熱システム。
【請求項2】
太陽光線により熱媒体を加熱する集熱器と、
前記熱媒体の熱により熱利用流体を加熱する加熱装置と、
前記集熱器と前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体流路と、
前記太陽光線の日射量に基づいて、または、第１箇所における前記熱媒体の第１温度と前記第１箇所より前記熱媒体に関して下流の第２箇所における前記熱媒体の第２温度との温度差に基づいて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記集熱器の全体または一部における前記熱媒体の流通停止中にて、前記日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、または、前記温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、前記集熱器における前記熱媒体の流通を再開する事を特徴とする太陽熱集熱システム。
前記熱媒体の熱により熱利用流体を加熱する加熱装置と、
前記集熱器と前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体流路と、
前記太陽光線の日射量に基づいて、または、第１箇所における前記熱媒体の第１温度と前記第１箇所より前記熱媒体に関して下流の第２箇所における前記熱媒体の第２温度との温度差に基づいて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記集熱器の全体または一部における前記熱媒体の流通停止中にて、前記日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、または、前記温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いた場合にのみ、前記集熱器における前記熱媒体の流通を再開する事を特徴とする太陽熱集熱システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記集熱器の全体または一部における前記熱媒体の流通を日中に停止する事を特徴とする、請求項１に記載の太陽熱集熱システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記集熱器の全体または一部における日中での前記熱媒体の流通停止中にて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を日中に再開する事を特徴とする、請求項２に記載の太陽熱集熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、太陽熱集熱システムに関する。
【背景技術】
【0002】
図１１は、従来の太陽熱集熱システムの構成の第１の例を示す模式図である。
【0003】
図１１の太陽熱集熱システムは、集熱器１と、ポンプ２と、熱媒体流路３と、加熱器４と、開閉弁５と、熱利用流体流路６とを具備し、太陽光線から太陽熱を集熱する。矢印Ｘ及びＹは、互いに垂直な水平方向を示す。矢印Ｚは、鉛直方向を示す。
【0004】
熱媒体流路３内の熱媒体１１は、ポンプ２で搬送され、集熱器１に流入する。熱媒体１１は、集熱器１にて太陽光線により加熱される。加熱された熱媒体１１は、集熱器１から流出して加熱器４に流入し、加熱器４内の熱利用流体１２を熱交換により加熱する。
【0005】
加熱器４から流出した熱利用流体１２は、熱利用流体流路６を介して不図示の熱利用先に流入する。熱利用先の例は温熱利用設備であり、熱利用先が例えば給湯設備であれば、加熱器４にて熱利用流体１２である水が加熱され給湯される。熱利用先の別の例は発電設備であり、熱利用先が例えばランキンサイクルを構成するタービン発電設備であれば、加熱器４にて熱利用流体１２であるタービン作動媒体が加熱される。熱利用先の別の例は水処理施設であり、熱利用先が例えば海水淡水化設備であれば、加熱器４にて熱利用流体１２である海水が加熱される。
【0006】
熱利用流体１２の熱は、熱利用先で利用され、熱利用流体１２は、その温度が低下して熱利用先から流出する。このようにして、熱利用流体１２は、加熱器４と熱利用先との間を熱利用流体流路６を介して循環する。熱利用流体流路６には、開閉弁５が設けられている。一方、熱媒体１１の熱は、加熱器４で利用され、熱媒体１１は、その温度が低下して加熱器４から流出する。このようにして、熱媒体１１は、集熱器１と加熱器４との間を熱媒体流路３を介して循環する。
【0007】
図１２及び図１３は、従来の集熱器１の構造を示す斜視図及び断面図である。
【0008】
集熱器１の種類には、集光型と非集光型がある。集光型の集熱器１の例は、トラフ型、フレネル型、タワー型などの集熱器１である。図１２及び図１３は、トラフ型の集熱器１の一例を示している。
【0009】
集熱器１は、図１３に示すように、反射鏡２１と、集熱管２２と、支柱２３と、ガラス管２４とを具備し、大地Ｇに設置されている。
【0010】
反射鏡２１は、水平方向に長い曲面状の形状を有している。反射鏡２１の長手方向に垂直な断面は、放物線である。集熱器１は、太陽光線Ｓ１が放物線の軸Ｋ（焦点と頂点を結ぶ直線）と平行になるように、反射鏡２１を回転駆動させる。即ち、反射鏡２１は、太陽の高度に関して太陽を追尾する。符号Ｓ２は、反射鏡２１で反射された太陽光線Ｓ１の反射光を示す。
【0011】
集熱管２２は、放物線の焦点位置に設置されている。反射鏡２１の回転中心は、集熱器１によって放物線の焦点である場合もあるし、焦点でない場合もある。図１３では、支柱２３の先端が回転中心であり、反射鏡２１は矢印Ａ１のように回転駆動される。反射鏡２１と集熱管２２は構造上つながっており一体化されているので、反射鏡２１が矢印Ａ１のように回転すると、それに合わせて集熱管２２も矢印Ａ２のように回転する。集熱管２２の回転中心は、反射鏡２１の回転中心と同一である。そのため、集熱管２２の周方向位相の観点では、集熱管２２における反射鏡２１に最も近い表面場所は、反射鏡２１が回転しても変わらない。
【0012】
図１４は、従来の集熱器１の構造を示す拡大断面図である。
【0013】
集熱管２２は、反射鏡２１の水平軸と平行に配置された管である。太陽光線Ｓ１は、反射鏡２１で反射され、反射光Ｓ２として集熱管２２の位置に集光される。集熱管２２の内部には、熱媒体１１が流通している。熱媒体１１は、集熱管２２の一方の端から流入し、集熱管２２の他方の端から流出する。
【0014】
集熱管２２は、反射光Ｓ２が集光される部分のみが、透明なガラス管２４の中に設置されている。集熱管２２は、例えば金属管である。集熱管２２とガラス管２４との間の空間は、真空１３である事が望ましい。ただし、集熱管２２とガラス管２４との間のシール構造の都合上、集熱管２２とガラス管２４との間には空気がある場合もある。熱媒体１１は例えば油であり、集光された反射光Ｓ２により加熱される。
【0015】
図１５は、従来の太陽熱集熱システムの構成の第２の例を示す模式図である。図１５の説明において、第１の例と同一部分の説明は省略する。
【0016】
図１５の太陽熱集熱システムは、加熱器４の代わりに蓄熱槽７を具備している。図１５の太陽熱集熱システムはさらに、蓄熱槽７の入口付近にて熱利用流体流路６に設けられた開閉弁５に加えて、蓄熱槽７の出口付近にて熱利用流体流路６に設けられた開閉弁８と具備している。
【0017】
蓄熱運転時において、熱媒体流路３内の熱媒体１１は、ポンプ２で搬送され、集熱器１に流入する。熱媒体１１は、集熱器１にて太陽光線により加熱される。加熱された熱媒体１１は、集熱器１から流出して蓄熱槽７に流入し、蓄熱槽７内の蓄熱物質１４を熱交換により加熱する。このとき、開閉弁５、８は閉じられており、熱利用流体１２は循環していない。
【0018】
熱利用運転時には、これらの開閉弁５、８が開けられる。その結果、熱利用流体流路６内の熱利用流体１２が、蓄熱槽７に流入し、蓄熱物質１４との熱交換により加熱される。このように、本システムの熱媒体１１の熱は、蓄熱物質１４を介して熱利用流体１２に与えられる。蓄熱槽７から流出した熱利用流体１２は、不図示の熱利用先に流入する。熱利用流体１２の熱は、熱利用先で利用され、熱利用流体１２は、その温度が低下して熱利用先から流出する。このとき、ポンプ２は停止しており、熱媒体１１は循環していない。
【0019】
図１６は、従来の太陽熱集熱システムの構成の第３の例を示す模式図である。図１６の説明において、第１及び第２の例と同一部分の説明は省略する。
【0020】
図１６の太陽熱集熱システムは、図１５の太陽熱集熱システムと同様に、蓄熱槽７及び開閉弁８を具備している。ただし、図１６の蓄熱槽７は、蓄熱物質１４を有していない。
【0021】
蓄熱運転時において、熱媒体流路３内の熱媒体１１は、ポンプ２で搬送され、集熱器１に流入する。熱媒体１１は、集熱器１にて太陽光線により加熱される。加熱された熱媒体１１は、集熱器１から流出して蓄熱槽７に流入し、蓄熱槽７内の温度を上昇させていく。このとき、開閉弁５、８は閉じられており、熱利用流体１２は循環していない。
【0022】
熱利用運転時には、これらの開閉弁５、８が開けられる。その結果、熱利用流体流路６内の熱利用流体１２が、蓄熱槽７に流入し、蓄熱槽７内の熱媒体１１との熱交換により加熱される。蓄熱槽７から流出した熱利用流体１２は、不図示の熱利用先に流入する。熱利用流体１２の熱は、熱利用先で利用され、熱利用流体１２は、その温度が低下して熱利用先から流出する。このとき、ポンプ２は停止しており、熱媒体１１は循環していない。
【0023】
図１７は、従来の太陽熱集熱システムの構成の第４の例を示す模式図である。図１７の説明において、第１から第３の例と同一部分の説明は省略する。
【0024】
図１７の集熱器１は、非集光型であり、太陽の追尾も行わない。図１７の太陽熱集熱システムは、集熱器１が家屋の屋上に設置された給湯システムである。
【0025】
蓄熱運転時において、熱媒体流路３内の熱媒体１１は、ポンプ２で搬送され、集熱器１に流入する。熱媒体１１の例は不凍液である。熱媒体１１は、集熱器１にて太陽光線により加熱される。加熱された熱媒体１１は、集熱器１から流出して蓄熱槽７に流入し、蓄熱槽７内の熱利用流体１２を熱交換により加熱する。このとき、不図示の開閉弁５、８は閉じられており、熱利用流体１２は循環していない。熱利用流体１２の例は水である。
【0026】
熱利用運転時には、これらの開閉弁５、８が開けられる。その結果、蓄熱槽７内の熱利用流体１２が、蓄熱槽７から流出して、不図示の熱利用先に流入する。熱利用流体１２の熱は、熱利用先で利用され、熱利用流体１２は、その温度が低下して熱利用先から流出する。このとき、ポンプ２は停止しており、熱媒体１１は循環していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0027】
【特許文献1】特開２０１２−１２７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0028】
図１８は、従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第１の例を示すグラフである。
【0029】
図１８(ａ)は、集熱器１付近での直達日射量の時間変化の一例を示す。直達日射量は、太陽光線の入射方向を法線とする平面が、単位時間当たりかつ単位面積当たりに受ける熱量である。
【0030】
図１８(ｂ)は、図１８(ａ)の直達日射量に対する集熱器１の集熱量の時間変化を示す。図１８(ｂ)の集熱量は、集熱器１の出口付近の熱媒体１１が、集熱器１の入口から出口までに太陽光線により集熱した熱量を示す。図１８(ｂ)の横軸に示す時間の間、太陽光線の集熱器１への入射角の変化は無視できる量とする。
【0031】
図１８(ａ)では、時刻ｔ１から時刻ｔ３まで太陽が雲に隠れており、時刻ｔ１以前と時刻ｔ３以後には太陽が雲から現れている。時刻ｔ２は、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間の時刻である。時刻ｔ４は、時刻ｔ３以後の時刻である。時刻ｔ１に太陽が雲に隠れると、直達日射量は急低下しゼロになる。また、時刻ｔ３に太陽が雲から現れると、直達日射量は急上昇し時刻ｔ１以前の値に戻る。
【0032】
図１８(ｂ)では、時刻ｔ１に直達日射量がゼロになると、集熱量が時刻ｔ１からゆるやかに低下して負値になる。集熱量がゆるやかに低下する理由は、集熱器１から流出する熱媒体１１が、時刻ｔ１以前に太陽光線により加熱されていたためである。時刻ｔ５は、集熱量がゼロに達する時刻を示す。時刻ｔ６は、集熱量が負値である時刻の一例を示す。また、時刻ｔ３に直達日射量がゼロでなくなると、集熱量が時刻ｔ３からゆるやかに上昇し、時刻ｔ１以前の値に戻る。集熱量がゆるやかに上昇する理由は、集熱器１から流出する熱媒体１１が、時刻ｔ３以前に太陽光線により加熱されていなかったためである。
【0033】
集熱器１の集熱量は、太陽光線からの受熱量から、集熱器１から大気への放熱量を差し引いた値である。集熱量が負値である時間帯には、直達日射量がゼロとなり受熱量がゼロとなる一方で、放熱量はゼロにはならない。その結果、この時間帯の集熱量が負値となっている。
【0034】
図１９は、従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第２の例を示すグラフである。図１９(ａ)は、集熱器１付近での直達日射量の時間変化の一例を示す。図１９(ｂ)は、この直達日射量に対する集熱器１の集熱量の時間変化を示す。
【0035】
図１９(ａ)では、時刻ｔ１から時刻ｔ３までに、太陽が雲に隠れたり雲から現れたりを何度も繰り返している。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで太陽が雲に隠れているが、時刻ｔ２に太陽が再び雲から現れている。よって、直達日射量ゼロが続いている時間は図１８(ａ)より短い。直達日射量がゆるやかに低下しているため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの積算集熱量は正値となる。また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までにこれが何度も繰り返されるため、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの積算集熱量も正値となる。
【0036】
図２０は、従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第３の例を示すグラフである。図２０(ａ)は、集熱器１付近での直達日射量の時間変化の一例を示す。図２０(ｂ)は、この直達日射量に対する集熱器１の集熱量の時間変化を示す。
【0037】
図２０(ａ)では、時刻ｔ１から時刻ｔ３までに、太陽が雲に隠れたり雲から現れたりを何度も繰り返している。この繰り返し頻度は、図１９(ａ)より多い。また、直達日射量ゼロが続いている時間は図１８(ａ)及び図１９(ａ)より短い。その結果、時刻ｔ１から時刻ｔ３までに、集熱量は時刻ｔ１以前の値より低下しているものの、負値には達していない。
【0038】
以下、図１８〜図２０の説明を踏まえて、従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量について説明する。
【0039】
集熱器１の集熱量が負値である時間帯には、放熱量が受熱量より大きい。この時間帯が長くなると、日の出から日の入りまでの集熱器１の積算集熱量は減少する。さらに、この時間帯にポンプ２にて消費している電力は無駄である。そのため、太陽熱集熱システムにてこの時間帯が長くなると、太陽光線から得たエネルギ量から消費エネルギ量を差し引いた獲得エネルギ量が大きく減少する。
【0040】
太陽熱集熱システムが図１５〜図１７のように蓄熱槽７を具備する場合、集熱量の変動が時間の観点または変動幅の観点で大きくても、蓄熱槽７にて熱利用流体１２を加熱する熱量の変動は小さく、この熱量は一般に負値にはならない。しかしながら、集熱量が負値である時間帯は、蓄熱槽７に熱供給していないどころか、集熱器１の表面から大気へ放熱している。そのため、この時間帯が長くなると、日の出から日の入りまでの蓄熱槽７の蓄熱量は減少する。さらに、この時間帯にポンプ２にて消費している電力は無駄である。太陽熱集熱システムにてこの時間帯が長くなると、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が大きく減少する。
【0041】
そこで、本発明は、集熱器の集熱量の変動により太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制可能な太陽熱集熱システムを提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0042】
一の実施形態によれば、太陽熱集熱システムは、太陽光線により熱媒体を加熱する集熱器と、前記熱媒体の熱により熱利用流体を加熱する加熱装置と、前記集熱器と前記加熱装置との間で前記熱媒体を循環させる熱媒体流路とを具備する。さらに、前記システムは、前記太陽光線の日射量に基づいて、または、第１箇所における前記熱媒体の第１温度と前記第１箇所より前記熱媒体に関して下流の第２箇所における前記熱媒体の第２温度との温度差に基づいて、前記集熱器における前記熱媒体の流通を制御する制御部を具備する。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】第１実施形態の太陽熱集熱システムの構成を示す模式図である。
【図2】第１実施形態の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び獲得熱量の例を示すグラフである。
【図3】第２実施形態の太陽熱集熱システムの構成を示す模式図である。
【図4】第３実施形態の太陽熱集熱システムの構成を示す模式図である。
【図5】第４実施形態の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び獲得熱量の例を示すグラフである。
【図6】第６実施形態の太陽熱集熱システムの構成を示す模式図である。
【図7】第９実施形態の太陽熱集熱システムの構成を示す模式図である。
【図8】第１３実施形態の集熱器の動作を説明するための断面図である。
【図9】第１４実施形態の集熱器の動作を説明するための断面図である。
【図10】第１５実施形態の集熱器の動作を説明するための断面図である。
【図11】従来の太陽熱集熱システムの構成の第１の例を示す模式図である。
【図12】従来の集熱器の構造を示す斜視図である。
【図13】従来の集熱器の構造を示す断面図である。
【図14】従来の集熱器の構造を示す拡大断面図である。
【図15】従来の太陽熱集熱システムの構成の第２の例を示す模式図である。
【図16】従来の太陽熱集熱システムの構成の第３の例を示す模式図である。
【図17】従来の太陽熱集熱システムの構成の第４の例を示す模式図である。
【図18】従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第１の例を示すグラフである。
【図19】従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第２の例を示すグラフである。
【図20】従来の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び集熱量の第３の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【0047】
図１の太陽熱集熱システムは、図１６のシステムと同様に、集熱器１と、ポンプ２と、熱媒体流路３と、開閉弁５と、熱利用流体流路６と、蓄熱槽７と、開閉弁８とを具備している。本実施形態の蓄熱槽７は、図１６の蓄熱槽７に相当するが、図１１の加熱器４、図１５の蓄熱槽７、または図１７の蓄熱槽７に置き換えてもよい。これらの加熱器４や蓄熱槽７は、いずれも加熱装置の例である。本実施形態の集熱器１は、集光型でも非集光型でもよい。本実施形態の集熱器１は、例えばトラフ型である。図１の太陽熱集熱システムはさらに、直達日射量計３１と、制御部３２とを具備している。
【0048】
直達日射量計３１は、太陽光線の直達日射量を計測可能な位置、例えば、集熱器１付近に配置されている。直達日射量計３１は、太陽光線の直達日射量を計測し、直達日射量の計測結果を制御部３２に送信する。
【0049】
制御部３２は、直達日射量計３１から受信した直達日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。制御部３２は例えば、熱媒体１１の流通の停止、熱媒体１１の流通の再開、熱媒体１１の流量の調整などの制御を行う。本実施形態の制御部３２は、ポンプ２のオン／オフや動作速度を制御する事で、熱媒体１１の流通を制御する事ができる。制御部３２はさらに、集熱器１、蓄熱槽７、開閉弁５、８などの動作を制御してもよい。
【0050】
以下、本実施形態の制御部３２の動作について説明する。
【0051】
制御部３２は、直達日射量計３１を利用して直達日射量を継続的に監視し、直達日射量とあらかじめ定めておいた所定値とを定期的に比較する。所定値は例えば、制御部３２のメモリまたはストレージに格納されている。所定値の例は、０Ｗ／ｍ２、または０Ｗ／ｍ２付近の値である。
【0052】
制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、直達日射量が所定値より大きいときには、ポンプ２の動作を継続する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が継続される。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、直達日射量が所定値より小さくなったときには、ポンプ２を停止する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が停止される。
【0053】
制御部３２は、直達日射量が所定値に一致するときには、熱媒体１１の流通を継続してもよいし、熱媒体１１の流通を停止してもよい。ただし、所定値を０Ｗ／ｍ２に設定する場合には、直達日射量が所定値に一致するときに熱媒体１１の流通が停止される。この場合には、直達日射量が０Ｗ／ｍ２以外であれば熱媒体１１の流通が継続され、直達日射量が０Ｗ／ｍ２であれば熱媒体１１の流通が停止される。
【0054】
このように、制御部３２は、直達日射量が所定値より小さくなったときには、ポンプ２を停止して、集熱器１における熱媒体１１の流通を停止する。制御部３２は、その後も直達日射量の監視を継続する。
【0055】
そして、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が所定値より小さいときには、ポンプ２の停止を継続する。これにより、熱媒体１１の流通の停止が継続される。一方、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が所定値より大きくなったときには、ポンプ２の動作を再開する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開される。
【0056】
本実施形態では、ポンプ２の動作を再開するための所定値は、ポンプ２を停止するための所定値と同じ値である。ただし、これらの所定値は、互いに異なる値としてもよい。
【0057】
図２は、第１実施形態の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び獲得熱量の例を示すグラフである。図２(ａ)は、直達日射量計３１により計測される直達日射量の時間変化の一例を示す。図２(ｂ) の実線は、この直達日射量に対する集熱器１の獲得熱量の時間変化を示す。図２(ｂ)の獲得熱量は、集熱器１内の熱媒体１１が流通したと仮定した場合に、集熱器１の出口に搬送される熱量を示す。熱媒体１１の獲得熱量の総量は、集熱器１内の熱媒体１１が集熱した熱量（図２(ｂ)にて点線で示す）の総量に一致する事になる。
【0058】
図２(ａ)の直達日射量は、時刻ｔ１に０Ｗ／ｍ２に低下している。そのため、所定値が０Ｗ／ｍ２である場合、ポンプ２は時刻ｔ１に停止される。その後、ポンプ２の停止は、時刻ｔ３まで継続される。一方、図２(ａ)の直達日射量は、時刻ｔ３に０Ｗ／ｍ２から上昇している。そのため、ポンプ２の動作は時刻ｔ３に再開される。
【0059】
直達日射量がゼロになると、集熱器１の受熱量はゼロに減少する。一方、集熱器１の受熱量がゼロになっても、集熱器１は放熱している。よって、集熱器１の獲得熱量は、図２(ｂ)に示すように、直達日射量がゼロになると負値になる。図２(ｂ)では、直達日射量が時刻ｔ１からゼロになる事で、集熱器１の獲得熱量が時刻ｔ５から負値になっている。
【0060】
これは、図１８(ｂ)でも見られる現象である。しかしながら、図２(ｂ)の負値の絶対値は図１８(ｂ)の負値の絶対値より小さくなっている。理由は、本実施形態では、直達日射量がゼロになると、ポンプ２を停止するからである。ポンプ２の停止中には、熱媒体１１が搬送されないため、熱媒体１１により集熱器１から搬出される熱量はゼロである（そのため、ポンプ２の停止中の集熱量はゼロである）。よって、図２(ｂ)の負値の絶対値は、図１８(ｂ)の負値の絶対値より小さくなる（詳細な理由は後述）。よって、本実施形態によれば、直達日射量がゼロのときの集熱器１の無駄な放熱を低減する事ができる。
【0061】
また、本実施形態では、直達日射量がゼロになるとポンプ２を停止させる。一方、直達日射量がゼロになってもポンプ２の動作を継続する場合には、集熱量が負値である期間にもポンプ２が動作する事になる。この場合、この期間には太陽光線からエネルギを得られないにもかかわらず、ポンプ２の動作により電力が消費されるため、エネルギの無駄が大きくなり、システムの獲得エネルギ量が大きく減少する。しかしながら、本実施形態によれば、直達日射量がゼロになるとポンプ２を停止させる事で、このようなエネルギの無駄を減らす事ができ、システムの獲得エネルギ量の低下を抑制する事ができる。
【0062】
また、熱媒体１１の流通が停止すると、集熱器１の内壁面と熱媒体１１との間の熱伝導が強制対流熱伝達ではなくなるため、集熱器１の内壁面と熱媒体１１との間の熱伝達率が低下する。そのため、熱媒体１１の流通が停止すると、集熱器１を通じての熱媒体１１からの大気への放熱量は低減される。その結果、日の出から日の入りまでの集熱量はより増加するため、この事も本実施形態の獲得エネルギの増加に寄与する。
【0063】
また、熱媒体１１の流通停止は、ポンプ２の停止以外の手法で実現してもよい。熱媒体１１の流通停止は例えば、熱媒体流路３に設置された不図示の開閉弁を全閉する事で実現してもよい。この場合、熱媒体１１の流通再開は、この開閉弁を開く事で実施できる。この開閉弁の動作は、制御部３２により制御される。
【0064】
以上のように、本実施形態では、太陽光線の日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。よって、本実施形態によれば、集熱器１の集熱量の変動により太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0066】
図３の太陽熱集熱システムは、図１の構成要素に加えて、温度計３３、３４を具備している。ただし、図３では、直達日射量計３１、ポンプ２、開閉弁５、熱利用流体流路６、蓄熱槽７、及び開閉弁８の図示が省略されている。
【0067】
温度計３３は、集熱器１の入口付近の熱媒体流路３に設置されており、集熱器１の入口における熱媒体１１の温度（入口温度）を計測する。集熱器１の入口は、第１箇所の例である。集熱器１の入口温度は、第１温度の例である。温度計３３は、集熱器１の入口温度の計測結果を制御部３２に送信する。
【0068】
温度計３４は、集熱器１の出口付近の熱媒体流路３に設置されており、集熱器１の出口における熱媒体１１の温度（出口温度）を計測する。集熱器１の出口は、第１箇所より熱媒体に関して下流の第２箇所の例である。集熱器１の出口温度は、第２温度の例である。温度計３４は、集熱器１の出口温度の計測結果を制御部３２に送信する。
【0069】
制御部３２は、温度計３３から受信した入口温度と温度計３４から受信した出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、この温度差に基づいてポンプ２を停止する事で、熱媒体１１の流通を停止する。本実施形態では、この温度差を、出口温度から入口温度を差し引いた値とする。よって、熱媒体１１の温度が集熱器１内で上昇すれば、温度差は正となり、熱媒体１１の温度が集熱器１内で低下すれば、温度差は負となる。
【0070】
また、制御部３２は、直達日射量計３１から受信した直達日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、この直達日射量に基づいてポンプ２の動作を再開する事で、熱媒体１１の流通を再開する。
【0071】
以下、本実施形態の制御部３２の動作について説明する。
【0072】
制御部３２は、温度計３３、３４を利用して上記の温度差を継続的に監視し、温度差とあらかじめ定めておいた所定値（第１所定値）とを定期的に比較する。第１所定値は例えば、制御部３２のメモリまたはストレージに格納されている。第１所定値の例は、０℃、または０℃付近の値である。第１所定値が０℃の場合、温度差と第１所定値との比較結果は、熱媒体１１の温度が集熱器１内で上昇したか低下したかを示す。
【0073】
また、制御部３２は、直達日射量計３１を利用して直達日射量を継続的に監視し、直達日射量とあらかじめ定めておいた所定値（第２所定値）とを定期的に比較する。第２所定値は例えば、第１所定値と同様に、制御部３２のメモリまたはストレージに格納されている。第２所定値の例は、０Ｗ／ｍ２、または０Ｗ／ｍ２付近の値である。
【0074】
制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が第１所定値より大きいときには、ポンプ２の動作を継続する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が継続される。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が第１所定値より小さくなったときには、ポンプ２を停止する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が停止される。制御部３２は、温度差が第１所定値に一致するときには、熱媒体１１の流通を継続してもよいし、熱媒体１１の流通を停止してもよい。
【0075】
このように、制御部３２は、温度差が第１所定値より小さくなったときには、ポンプ２を停止して、集熱器１における熱媒体１１の流通を停止する。一般に、集熱器１の集熱量はこの温度差に比例する。そのため、温度差が０℃の時刻には、集熱量はゼロである。図２の時刻ｔ５は、このような時刻の一例である。第１実施形態で所定値が０Ｗ／ｍ２の場合には、直達日射量が０Ｗ／ｍ２になる時刻ｔ１にポンプ２が停止される。一方、第２実施形態で第１所定値が０℃の場合には、温度差が０℃になり集熱量がゼロになる時刻ｔ５にポンプ２が停止される。
【0076】
そして、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が第２所定値より小さいときには、ポンプ２の停止を継続する。これにより、熱媒体１１の流通の停止が継続される。一方、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が第２所定値より大きくなったときには、ポンプ２の動作を再開する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開される。
【0077】
このように、本実施形態では、ポンプ２の停止の判断には温度差を利用するが、ポンプ２の動作の再開の判断には直達日射量を利用する。理由は、ポンプ２の停止時には、太陽光線からの集熱量を温度差から評価する事ができないからである。
【0078】
以上のように、本実施形態では、入口温度と出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、集熱器１の集熱量の変動により太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0079】
図２０の場合、図２０(ａ)の直達日射量がゼロに変わるときは何回もあるが、図２０(ｂ)の集熱量は正値のままである。この場合、第１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにポンプ２が停止してしまう事になる。ポンプ２の停止と再稼働が短時間で繰り返されるため、仮にこれが毎日多数回繰り返されると、ポンプ２は老朽化が激しくなり好ましくない。これに対し、第２実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにもポンプ２は停止しない。第２実施形態には、このような利点がある。一方、第１実施形態には、直達日射量が温度差に影響するまでのタイムラグ（例えば、時刻ｔ１と時刻ｔ５とのタイムラグ）が熱媒体１１の流通制御に影響する事を回避できるという利点がある。
【0081】
図４の太陽熱集熱システムは、図３の構成要素に加えて、温度計３５、３６を具備している。ただし、図４では、直達日射量計３１、ポンプ２、開閉弁５、熱利用流体流路６、蓄熱槽７、及び開閉弁８の図示が省略されている。
【0082】
本実施形態の集熱器１は、第１から第３集熱部（集熱ユニット）１ａ〜１ｃを具備している。第１集熱部１ａと第２集熱部１ｂは、熱媒体１１に関して互いに並列に配置されている。第３集熱部１ｃは、熱媒体１１に関して第１及び第２集熱部１ａ、１ｂと直列に配置されている。本実施形態の第１から第３集熱部１ａ〜１ｃの各々は、図１２及び図１３に示す集熱器１と同じ構造を有している。
【0083】
第１から第３集熱部１ａ〜１ｃは、熱媒体流路３により互いに接続されている。熱媒体流路３は、第１集熱部１ａが設けられた第１流路３ａと、第２集熱部１ｂが設けられた第２流路３ｂと、第３集熱部１ｃが設けられた第３流路３ｃとを具備している。熱媒体流路３は、第１及び第２流路３ａ、３ｂに分岐しており、第１及び第２流路３ａ、３ｂは、第３流路３ｃに合流している。
【0084】
温度計３５は、第１集熱部１ａの出口付近の第１流路３ａに設置されており、第１集熱部１ａの出口における熱媒体１１の温度（第１出口温度）を計測する。温度計３５は、第１出口温度の計測結果を制御部３２に送信する。なお、第１集熱部１ａの入口における熱媒体１１の温度（第１入口温度）は、温度計３３により計測される。第１入口温度は、集熱器１の入口温度に相当する。
【0085】
温度計３６は、第３集熱部１ｃの入口付近の第３流路３ｃに設置されており、第３集熱部１ｃの入口における熱媒体１１の温度（第３入口温度）を計測する。温度計３５は、第３入口温度の計測結果を制御部３２に送信する。なお、第３集熱部１ｃの出口における熱媒体１１の温度（第３出口温度）は、温度計３４により計測される。第３出口温度は、集熱器１の出口温度に相当する。
【0086】
制御部３２は、温度計３３から受信した入口温度と温度計３４から受信した出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、この温度差に基づいてポンプ２を停止する事で、熱媒体１１の流通を停止する。
【0087】
制御部３２は、温度計３３からの第１入口温度と温度計３５からの第１出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御してもよい。また、制御部３２は、温度計３６からの第３入口温度と温度計３４からの第３出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御してもよい。これらの場合、温度差の算出方法や、第１所定値の設定方法は、温度計３３からの入口温度と温度計３４からの出口温度とを使用する場合と同じ方法を使用可能である。
【0088】
また、制御部３２は、直達日射量計３１から受信した直達日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、この直達日射量に基づいてポンプ２の動作を再開する事で、熱媒体１１の流通を再開する。
【0089】
本実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0090】
なお、図４の集熱器１の集熱部１ａ〜１ｃの個数は、３個であるが、２個としてもよいし、４個以上としてもよい。
【0092】
本実施形態の制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度計３３からの入口温度と温度計３４からの出口温度との温度差に基づいて、熱媒体１１の流通を停止する。温度計３４からの出口温度は、温度計３５からの第１出口温度に置き換えてもよい。同様に、温度計３３からの入口温度は、温度計３６からの第３入口温度に置き換えてもよい。また、本実施形態の制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量計３１からの直達日射量に基づいて、熱媒体１１の流通を再開する。これらの動作は、第３実施形態と同様である。
【0093】
ただし、本実施形態の制御部３２は、集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が第１所定値より小さい時間が所定時間より長く続かない限り、ポンプ２の動作を継続する。一方、制御部３２は、集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が第１所定値より小さい時間が所定時間より長く続いたときには、ポンプ２を停止する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が停止される。制御部３２は、温度差が第１所定値より小さい時間が所定時間と同じ時間だけ続いたときには、熱媒体１１の流通を継続してもよいし、熱媒体１１の流通を停止してもよい。所定時間は例えば、第１及び第２所定値と同様に、制御部３２のメモリまたはストレージに格納されている。
【0094】
図５は、第４実施形態の太陽熱集熱システムにおける直達日射量及び獲得熱量の例を示すグラフである。図５(ａ)は、直達日射量計３１により計測される直達日射量の時間変化の一例を示す。図５(ｂ)は、この直達日射量に対する集熱器１の獲得熱量の時間変化を示す。
【0095】
図５(ｂ)では、時刻ｔ５に温度差が０℃になる事で、時刻ｔ５に獲得熱量がゼロになっている。図５(ｂ)ではさらに、時刻ｔ５以後に温度差が０℃より小さく維持される事で、時刻ｔ５以後に獲得熱量が負値に維持されている。そのため、第１所定値が０℃である場合、温度差が０℃より小さい時間が時刻ｔ５以降に所定時間より長く続くと、ポンプ２が停止される。図５(ｂ)の時刻ｔ６は、温度差が０℃より小さい時間が所定時間に達した時刻を示している。その結果、図５(ｂ)の獲得熱量は時刻ｔ６にて増加している。その後、ポンプ２の停止は、時刻ｔ３まで継続されている。図５(ｂ)の獲得熱量は、集熱器１内の熱媒体１１が流通したと仮定した場合に、集熱器１の出口に搬送される熱量を示す。
【0096】
本実施形態によれば、第１から第３実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0097】
また、第１実施形態では、図１９(ａ)のように直達日射量がゼロになったり正値になったりを繰り返すと、ポンプ２の停止と再稼働とが何度も繰り返される。同様に、第２及び第３実施形態では、温度差が正値になったり負値になったりを繰り返すと、ポンプ２の停止と再稼働とが何度も繰り返される。これは、一般にポンプ２にとって好ましくない。一方、本実施形態によれば、温度差が正値になったり負値になったりを繰り返しても、ポンプ２の停止と再稼働とが何度も繰り返される事を回避する事ができる。
【0099】
本実施形態の制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度計３３からの入口温度と温度計３４からの出口温度との温度差に基づいて、熱媒体１１の流通を停止する。温度計３４からの出口温度は、温度計３５からの第１出口温度に置き換えてもよい。同様に、温度計３３からの入口温度は、温度計３６からの第３入口温度に置き換えてもよい。また、本実施形態の制御部３２は、ポンプ２が停止して熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量計３１からの直達日射量に基づいて、熱媒体１１の流通を再開する。これらの動作は、第３及び第４実施形態と同様である。
【0100】
ただし、本実施形態の制御部３２は、熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が第２所定値より大きい時間が所定時間より長く続かない限り、ポンプ２の停止を継続する。一方、制御部３２は、熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が第２所定値より大きい時間が所定時間より長く続いたときには、ポンプ２の動作を再開する。これにより、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開される。制御部３２は、直達日射量が第２所定値より大きい時間が所定時間と同じ時間だけ続いたときには、熱媒体１１の停止を継続してもよいし、熱媒体１１の流通を再開してもよい。所定時間は例えば、第１及び第２所定値と同様に、制御部３２のメモリまたはストレージに格納されている。
【0101】
第４実施形態の流通停止方法と第５実施形態の流通再開方法とを組み合わせて使用する場合、流通再開用の所定時間は、流通停止用の所定時間と同じ値としても異なる値としてもよい。また、第５実施形態の流通再開方法は、第１または第２実施形態の流通停止方法と組み合わせて使用してもよい。
【0102】
本実施形態によれば、第１から第４実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。また、本実施形態によれば、直達日射量がゼロになったり正値になったりを繰り返しても、ポンプ２の停止と再稼働とが何度も繰り返される事を回避する事ができる。
【0104】
図６の太陽熱集熱システムは、図４のシステムから第３集熱部１ｃ、第３流路３ｃ、及び温度計３３、３４、３６を除去し、図４のシステムに温度計３７と開閉弁４１、４２とを追加した構成を具備している。第１集熱部１ａと第２集熱部１ｂは、熱媒体１１に関して並列に配置されている。
【0105】
温度計３７は、第１集熱部１ａの入口付近の第１流路３ａに設置されており、第１集熱部１ａの入口における熱媒体１１の温度（第１入口温度）を計測する。温度計３７は、第１入口温度の計測結果を制御部３２に送信する。
【0106】
温度計３５は、第１集熱部１ａの出口付近の第１流路３ａに設置されており、第１集熱部１ａの出口における熱媒体１１の温度（第１出口温度）を計測する。温度計３５は、第１出口温度の計測結果を制御部３２に送信する。
【0107】
開閉弁４１は、第２集熱部１ｂの入口より上流の第２流路３ｂに設けられている。開閉弁４２は、第２集熱部１ｂの出口より下流の第２流路３ｂに設けられている。本実施形態の開閉弁４１、４２の開閉は、制御部３２により制御される。ポンプ２の動作中に開閉弁４１、４２が開けられると、第２集熱部１ｂに熱媒体１１が流通する。ポンプ２の動作中に開閉弁４１、４２が閉じられると、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止する。このように、ポンプ２の発停は、集熱器１の全体における熱媒体１１の流通の制御用に使用できるのに対し、開閉弁４１、４２の開閉は、集熱器１の一部における熱媒体１１の流通の制御用に使用できる。
【0108】
制御部３２は、温度計３７からの第１入口温度と温度計３５からの第１出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が所定値より大きいときには、開閉弁４１、４２を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、温度差が所定値より小さくなったときには、開閉弁４１、４２を全閉する。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止され、集熱器１の放熱量が低減される。
【0109】
この場合、制御部３２は、開閉弁４１、４２を閉じると共に、ポンプ２の流量を低下させる。その結果、開閉弁４１、４２を閉じた後の集熱器１における熱媒体１１の流量は、開閉弁４１、４２を閉じる前の集熱器１における熱媒体１１の流量より低下し、集熱器１の放熱量がさらに低減される。これは、後述する第７及び第８実施形態でも同様である。第１集熱部１ａは、第１部分の例である。第２集熱部１ｂは、第２部分の例である。
【0110】
また、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられ第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、温度差が所定値より小さいときには、開閉弁４１、４２を閉じておく。一方、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられている場合に、温度差が所定値より大きくなったときには、開閉弁４１、４２を開く。その結果、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第２集熱部１ａ、１ｂに熱媒体１１が流通する事となる。
【0111】
この場合、制御部３２は、開閉弁４１、４２を開くと共に、ポンプ２の流量を上昇させる。例えば、ポンプ２の流量を、開閉弁４１、４２を閉じる前の値に戻す。その結果、開閉弁４１、４２を開いた後の集熱器１における熱媒体１１の流量は、開閉弁４１、４２を開く前の集熱器１における熱媒体１１の流量より上昇する。これは、後述する第７及び第８実施形態でも同様である。
【0112】
以上のように、本実施形態では、入口温度と出口温度との温度差に基づいて、集熱器１の一部における熱媒体１１の流通の停止及び再開や、集熱器１における熱媒体１１の流量を制御する。これにより、ポンプ２の消費電力を低減する事ができ、また、放熱量も低減する事ができる。仮に図６の太陽熱集熱システムが直達日射量計３１を具備していない場合、第１及び第２集熱部１ａ、１ｂの両方における熱媒体１１の流通を停止させると、熱媒体１１の流通を再開させる判断基準がないという問題があった。しかしながら、本実施形態では、温度計３５、３７を利用して得られる温度差という判断基準があるので、図６の太陽熱集熱システムが直達日射量計３１を具備していない場合でも、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、第１集熱部１ａからの放熱量を低減する事ができる。よって、本実施形態によれば、集熱器１の集熱量の変動により太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0113】
また、本実施形態によれば、熱媒体１１の流通の再開を温度に基づいて制御する事が可能となるので、直達日射量計３１を不要とする事ができる。
【0114】
太陽熱集熱システムの起動特性の都合で、システム全体としては熱媒体１１の流通を継続したい場合がある。この場合、システムの一部だけでも熱媒体１１の流通を停止させれば、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、熱媒体１１の流通を停止した第２集熱部１ｂからの放熱量を低減する事ができる。
【0115】
なお、図６の集熱器１の集熱部１ａ、１ｂの個数は、２個であるが、３個以上としてもよい。この場合、開閉弁４１、４２と同様の弁を、２個以上の集熱部の上流及び下流に設けてもよい。これにより、制御部３２は、２個以上の集熱部における熱媒体１１の流通の停止や再開を制御する事が可能となる。
【0117】
本実施形態の制御部３２は、温度計３７からの第１入口温度と温度計３５からの第１出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を全閉する。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止される。
【0118】
また、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられ第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を閉じておく。一方、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられている場合に、温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を開く。その結果、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第２集熱部１ａ、１ｂに熱媒体１１が流通する事となる。
【0119】
本実施形態によれば、第６実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。また、本実施形態によれば、熱媒体１１の流通の再開を温度に基づいて制御する事が可能となるので、直達日射量計３１を不要とする事ができる。
【0120】
図２０の場合、図２０(ａ)の直達日射量がゼロに変わるときは何回もあるが、図２０(ｂ)の集熱量は正値のままである。この場合、第１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにポンプ２が停止してしまう事になるが、第７実施形態では、ポンプ２の発停を開閉弁４１、４２の開閉に置き換える事になり、このときに開閉弁４１、４２が閉じられてしてしまう事になる。開閉弁４１、４２の開放と閉止が短時間で繰り返されるため、仮にこれが毎日多数回繰り返されると、開閉弁４１、４２は老朽化が激しくなり好ましくない。これに対し、第７実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにも開閉弁４１、４２は閉じられない。第７実施形態には、このような利点がある。
【0122】
本実施形態の制御部３２は、直達日射量計３１からの直達日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、直達日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、直達日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を全閉する。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止される。
【0123】
また、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられ第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を閉じておく。一方、制御部３２は、開閉弁４１、４２が閉じられている場合に、直達日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を開く。その結果、第２集熱部１ｂにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第２集熱部１ａ、１ｂに熱媒体１１が流通する事となる。
【0124】
本実施形態によれば、第６及び第７実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。なお、本実施形態では、直達日射量が所定値より小さいまたは大きい時間と所定時間を比較する代わりに、直達日射量と所定値を比較する事で、熱媒体１１の流通を制御してもよい。
【0125】
太陽熱集熱システムの起動特性の都合で、システム全体としては熱媒体１１の流通を継続したい場合がある。この場合、システムの一部だけでも熱媒体１１の流通を停止させれば、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、熱媒体１１の流通を停止した第２集熱部１ｂからの放熱量を低減する事ができる。
【0126】
図２０の場合、図２０(ａ)の直達日射量がゼロに変わるときは何回もあるが、図２０(ｂ)の集熱量は正値のままである。この場合、第１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにポンプ２が停止してしまう事になるが、第８実施形態では、ポンプ２の発停を開閉弁４１、４２の開閉に置き換える事になり、このときに開閉弁４１、４２が閉じられてしてしまう事になる。開閉弁４１、４２の開放と閉止が短時間で繰り返されるため、仮にこれが毎日多数回繰り返されると、開閉弁４１、４２は老朽化が激しくなり好ましくない。これに対し、第８実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにも開閉弁４１、４２は閉じられない。第８実施形態には、このような利点がある。
【0128】
図７の太陽熱集熱システムは、図４のシステムから第２集熱部１ｂと温度計３３、３５とを除去し、図４のシステムに開閉弁４１〜４４を追加した構成を具備している。第１集熱部１ａと第３集熱部１ｃは、熱媒体１１に関して直列に配置されている。本実施形態の第２流路３ｂは、熱媒体１１が第１集熱部１ａをバイパスして流通するバイパス流路として使用可能である。
【0129】
開閉弁４１は、第２流路３ｂの入口付近に設けられている。開閉弁４２は、第２流路３ｂの出口付近に設けられている。開閉弁４３は、第１集熱部１ａの入口より上流の第１流路３ａに設けられている。開閉弁４４は、第１集熱部１ａの出口より下流の第１流路３ａに設けられている。これらの開閉弁４１〜４４の開閉は、制御部３２により制御される。
【0130】
ポンプ２の動作中に開閉弁４１、４２が閉じられ開閉弁４３、４４が開けられると、第１及び第３集熱部１ａ、１ｃに熱媒体１１が流通する。ポンプ２の動作中に開閉弁４１、４２が開けられ開閉弁４３、４４が閉じられると、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止し、第３集熱部１ｃのみに熱媒体１１が流通する。この際、熱媒体１１は、第１集熱部１ａをバイパスして第２流路３ｃを流通する。このように、ポンプ２の発停は、集熱器１の全体における熱媒体１１の流通の制御用に使用できるのに対し、開閉弁４１〜４４の開閉は、集熱器１の一部における熱媒体１１の流通の制御用に使用できる。
【0131】
制御部３２は、温度計３６からの第３入口温度と温度計３４からの第３出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が所定値より大きいときには、開閉弁４１、４２を全閉しておき、開閉弁４３、４４を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、温度差が所定値より小さくなったときには、開閉弁４１、４２を開き、開閉弁４３、４４を全閉する。その結果、第３集熱部１ｃにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止され、集熱器１の放熱量が低減される。
【0132】
この場合、制御部３２は、開閉弁４３、４４を閉じると共に、ポンプ２の流量を低下させる。その結果、開閉弁４３、４４を閉じた後の集熱器１における熱媒体１１の流量は、開閉弁４３、４４を閉じる前の集熱器１における熱媒体１１の流量より低下し、集熱器１の放熱量がさらに低減される。これは、後述する第１０及び第１１実施形態でも同様である。第３集熱部１ｃは、第１部分の例である。第１集熱部１ａは、第２部分の例である。
【0133】
また、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられ第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、温度差が所定値より小さいときには、開閉弁４１、４２を開いておき、開閉弁４３、４４を全閉しておく。一方、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられている場合に、温度差が所定値より大きくなったときには、開閉弁４１、４２を全閉し、開閉弁４３、４４を開く。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第３集熱部１ａ、１ｃに熱媒体１１が流通する事となる。また、開閉弁４１、４２が閉じられる事で、第２流路３ｂの使用が解除される。
【0134】
この場合、制御部３２は、開閉弁４３、４４を開くと共に、ポンプ２の流量を上昇させる。例えば、ポンプ２の流量を、開閉弁４３、４４を閉じる前の値に戻す。その結果、開閉弁４３、４４を開いた後の集熱器１における熱媒体１１の流量は、開閉弁４３、４４を開く前の集熱器１における熱媒体１１の流量より上昇する。これは、後述する第１０及び第１１実施形態でも同様である。
【0135】
以上のように、本実施形態では、入口温度と出口温度との温度差に基づいて、集熱器１の一部における熱媒体１１の流通の停止及び再開や、集熱器１における熱媒体１１の流量を制御する。よって、本実施形態によれば、集熱器１の集熱量の変動により太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。
【0136】
また、本実施形態によれば、熱媒体１１の流通の再開を温度に基づいて制御する事が可能となるので、直達日射量計３１を不要とする事ができる。
【0137】
なお、図７の集熱器１の集熱部１ａ、１ｃの個数は、２個であるが、３個以上としてもよい。この場合、開閉弁４３、４４と同様の弁を、２個以上の集熱部の上流及び下流に設けてもよい。これにより、制御部３２は、２個以上の集熱部における熱媒体１１の流通の停止や再開を制御する事が可能となる。
【0138】
太陽熱集熱システムの起動特性の都合で、システム全体としては熱媒体１１の流通を継続したい場合がある。この場合、システムの一部だけでも熱媒体１１の流通を停止させれば、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、熱媒体１１の流通を停止した第１集熱部１ａからの放熱量を低減する事ができる。
【0140】
本実施形態の制御部３２は、温度計３６からの第３入口温度と温度計３４からの第３出口温度との温度差に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を全閉しておき、開閉弁４３、４４を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、温度差が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を開き、開閉弁４３、４４を全閉する。その結果、第３集熱部１ｃにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止される。
【0141】
また、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられ第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を開いておき、開閉弁４３、４４を全閉しておく。一方、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられている場合に、温度差が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を全閉し、開閉弁４３、４４を開く。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第３集熱部１ａ、１ｃに熱媒体１１が流通する事となる。また、開閉弁４１、４２が閉じられる事で、第２流路３ｂの使用が解除される。
【0142】
本実施形態によれば、第９実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。また、本実施形態によれば、熱媒体１１の流通の再開を温度に基づいて制御する事が可能となるので、直達日射量計３１を不要とする事ができる。
【0143】
太陽熱集熱システムの起動特性の都合で、システム全体としては熱媒体１１の流通を継続したい場合がある。この場合、システムの一部だけでも熱媒体１１の流通を停止させれば、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、熱媒体１１の流通を停止した第１集熱部１ａからの放熱量を低減する事ができる。
【0144】
図２０の場合、図２０(ａ)の直達日射量がゼロに変わるときは何回もあるが、図２０(ｂ)の集熱量は正値のままである。この場合、第１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにポンプ２が停止してしまう事になるが、第１０実施形態では、ポンプ２の発停を開閉弁４１〜４４の開閉に置き換える事になり、このときに開閉弁４３、４４が閉じられてしてしまう事になる。開閉弁４１〜４４の開放と閉止が短時間で繰り返されるため、仮にこれが毎日多数回繰り返されると、開閉弁４１〜４４は老朽化が激しくなり好ましくない。これに対し、第１０実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにも開閉弁４１、４３は閉じられない。第１０実施形態には、このような利点がある。
【0146】
本実施形態の制御部３２は、直達日射量計３１からの直達日射量に基づいて、集熱器１における熱媒体１１の流通を制御する。具体的には、制御部３２は、ポンプ２が動作して集熱器１に熱媒体１１が流通している場合に、直達日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を全閉しておき、開閉弁４３、４４を開いておく。一方、制御部３２は、ポンプ２が動作している場合に、直達日射量が所定値より小さい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を開き、開閉弁４３、４４を全閉する。その結果、第３集熱部１ｃにおける熱媒体１１の流通が維持されたまま、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止される。
【0147】
また、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられ第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が停止している場合に、直達日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続かない限り、開閉弁４１、４２を開いておき、開閉弁４３、４４を全閉しておく。一方、制御部３２は、開閉弁４３、４４が閉じられている場合に、直達日射量が所定値より大きい時間が所定時間より長く続いたときには、開閉弁４１、４２を全閉し、開閉弁４３、４４を開く。その結果、第１集熱部１ａにおける熱媒体１１の流通が再開され、第１及び第３集熱部１ａ、１ｃに熱媒体１１が流通する事となる。また、開閉弁４１、４２が閉じられる事で、第２流路３ｂの使用が解除される。
【0148】
本実施形態によれば、第９及び第１０実施形態と同様に、太陽熱集熱システムの獲得エネルギ量が低下する事を抑制する事が可能となる。なお、本実施形態では、直達日射量が所定値より小さいまたは大きい時間と所定時間を比較する代わりに、直達日射量と所定値を比較する事で、熱媒体１１の流通を制御してもよい。
【0149】
太陽熱集熱システムの起動特性の都合で、システム全体としては熱媒体１１の流通を継続したい場合がある。この場合、システムの一部だけでも熱媒体１１の流通を停止させれば、ポンプ２の消費電力を低減する事ができる。また、仮にポンプ２の流量を低下させなかったとしても、熱媒体１１の流通を停止した第１集熱部１ａからの放熱量を低減する事ができる。
【0150】
図２０の場合、図２０(ａ)の直達日射量がゼロに変わるときは何回もあるが、図２０(ｂ)の集熱量は正値のままである。この場合、第１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにポンプ２が停止してしまう事になるが、第１１実施形態では、ポンプ２の発停を開閉弁４１〜４４の開閉に置き換える事になり、このときに開閉弁４３、４４が閉じられてしてしまう事になる。開閉弁４１〜４４の開放と閉止が短時間で繰り返されるため、仮にこれが毎日多数回繰り返されると、開閉弁４１〜４４は老朽化が激しくなり好ましくない。これに対し、第１１実施形態の太陽熱集熱システムでは、このときにも開閉弁４１、４３は閉じられない。第１１実施形態には、このような利点がある。
【0151】
（第１２実施形態）第１２実施形態の集熱器１の動作を、図１３を参照して説明する。本実施形態の集熱器１は、第１から第１１実施形態のいずれかの太陽熱集熱システムに設置されている。これは、後述する第１３から第１５実施形態の集熱器１についても同様である。
【0152】
本実施形態の集熱器１は、集熱器１に熱媒体１１が流通している場合には、図１３に示すように、太陽光線を集熱管２２に集光するように動作する。加えて、本実施形態の集熱器１は、集熱器１の全体または一部における熱媒体１１の流通が停止している場合にも、太陽光線を集熱管２２に集光するように動作する。即ち、本実施形態の反射鏡２１は、熱媒体１１の流通時にも流通停止時にも、集熱管２２に太陽光線の焦点が合うように回転し続ける。集熱器１は、太陽高度を追尾するように反射鏡２１を回転させる事で、太陽光線を集熱管２２に集光させる事ができる。
【0153】
本実施形態によれば、熱媒体１１の流通停止中にも集熱器１が集光を継続する事で、熱媒体１１の流通再開時に集熱器１による集熱を直ちに再開する事が可能となる。
【0156】
本実施形態の集熱器１は、集熱器１に熱媒体１１が流通している場合には、太陽光線を集熱管２２に集光するように動作する（図１３参照）。しかしながら、本実施形態の集熱器１は、集熱器１の全体または一部における熱媒体１１の流通が停止している場合には、図８に示すように、太陽光線を集熱管２２に集光しないように動作する。即ち、本実施形態の反射鏡２１は、熱媒体１１の流通停止時には、集熱管２２に太陽光線の焦点が合わない位置に回転移動させておく。そして、本実施形態の集熱器１は、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開された場合には、集熱管２２への太陽光線の集光を再開するように動作する。
【0157】
本実施形態によれば、熱媒体１１の流通停止中に集熱器１の集光を停止する事で、集熱管２２内の熱媒体１１が高温で劣化する事を防止可能となる。太陽が急に雲から現れたとき、直達日射量は充分にあるが、ポンプ２の起動特性の都合でポンプ２の流量が充分に小さいかゼロである場合がある。この際、太陽光線の焦点が集熱管２２に合っていると、熱媒体１１が局所的に高温になり、その領域において熱媒体１１が劣化してしまう。しかしながら、本実施形態のように太陽光線の焦点が集熱管２２に合っていなければ、このような劣化を防止できる。本実施形態の動作は例えば、熱媒体１１の流通停止中や流通再開直後の熱媒体１１の流量がゼロである場合や小さい場合などに効果的である。
【0160】
本実施形態の集熱器１は、集熱器１の全体または一部における熱媒体１１の流通が停止している場合には、反射鏡２１の凸面を風Ｗの上流側に向け、反射鏡２１を集熱管２２より風Ｗの上流側に移動する。図９では、風Ｗは−Ｘ方向に吹いているため、反射鏡２１の凸面は＋Ｘ方向を向いている。そして、本実施形態の集熱器１は、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開された場合には、集熱管２２への太陽光線の集光を再開するように反射鏡２１を回転させる。反射鏡２１は、集光パネルの例である。集熱管２２は、集光により集熱する部分の例である。
【0161】
本実施形態によれば、集熱管２２に当たる風Ｗ（空気流）の流速を、反射鏡２１により低下させる事ができる。よって、本実施形態によれば、集熱管２２から大気への強制対流熱伝達率を低下させる事ができ、集熱管２２からの放熱量を低減する事ができる。
【0164】
本実施形態の集熱器１は、集熱器１の全体または一部における熱媒体１１の流通が停止している場合には、反射鏡２１の凸面を上方（＋Ｚ方向）に向け、反射鏡２１を集熱管２２より上方に移動する。そして、本実施形態の集熱器１は、集熱器１における熱媒体１１の流通が再開された場合には、集熱管２２への太陽光線の集光を再開するように反射鏡２１を回転させる。
【0165】
風Ｗが充分に小さい場合、集熱管２２から大気への強制対流熱伝達は小さい。よって、集熱管２２から大気への自然対流熱伝達を小さくすれば、集熱管２２からの放熱量は低減される。そこで、本実施形態では、反射鏡２１の凸面を上方に向ける事で、集熱管２２の真上の空気流れを抑制する。これにより、本実施形態によれば、集熱管２２から大気への自然対流熱伝達を低下させる事ができ、集熱管２２からの放熱量を低減する事ができる。
【0167】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定する事を意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施する事ができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行う事ができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【0168】
１：集熱器、１ａ：第１集熱部、１ｂ：第２集熱部、１ｃ：第３集熱部、２：ポンプ、３：熱媒体流路、３ａ：第１流路、３ｂ：第２流路、３ｃ：第３流路、
４：加熱器、５：開閉弁、６：熱利用流体流路、７：蓄熱槽、８：開閉弁、
１１：熱媒体、１２：熱利用流体、１３：真空、１４：蓄熱物質、
２１：反射鏡、２２：集熱管、２３：支柱、２４：ガラス管、
３１：直達日射量計、３２：制御部、３３、３４、３５、３６、３７：温度計、
４１、４２、４３、４４：開閉弁