JP2006062439A - 熱気球の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置でしかもフライト中であれば熱気球に搭載される機器に電力を供給し続けることができるようにする。
【解決手段】熱気球に備えられる機器に電力を供給するための熱気球の電源装置であって、
熱気球の球皮１の外部に固定され、球皮１内部の温度と球皮１外部の温度との温度差により発電する熱電素子を備えた熱電モジュール７と、熱電モジュール７により発電した電力を機器６に導くための電力供給部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱気球に備えられる機器に電力を供給するための熱気球の電源装置に関するものである。

近年、熱気球によるフライトをスポーツ或いは娯楽として楽しむことが行われている。熱気球は、一般的に、熱ガスを収容するための上部が略半球状を有し下部が略截頭円錐形を有して下端が開口した球皮と、該球皮の開口の下部に吊下げられるバスケットとを備えており、前記球皮の開口の内部中央に備えた燃焼装置（バーナ）により燃焼した熱ガスを球皮内部に供給し、球皮内部を密度が小さい軽い熱ガスで満たすことにより浮力を生じさせて浮上するようになっている。

前記熱気球では、消火器、高度計、昇降計、燃料残量計、コンパス、時計、通信機器等を搭載することが義務付けられており、又、球皮内温度計、ＧＰＳ、ラジオ、ランプ等を搭載することが望ましいとされている。

前記したように熱気球に搭載される機器のうち、高度計、昇降計、燃料残量計、時計、通信機器、球皮内温度計、ラジオ、ランプ等は作動させるための電力が必要であり、このために通常前記機器にはバッテリ（二次電池）又は乾電池（一次電池）等の電池が用いられている。

特許文献１には、航空機における高温空気の流れと冷たい空気の流れとの間で熱エネルギーが熱電素子を通って流れることにより発電するようにした熱電モジュールを備えることによって、通常の航空機に備えられる発電用のトランスミッションを省略して航空機の軽量化を図った航空機用の熱電発電機が記載されている。
特表２００３−５２３２９８号公報

前記したような従来から知られている熱気球においては、各種機器の作動に電池を用いているために、熱気球のフライト中に電池の出力が不足したり、切れたような場合には、上空であるために補給することができず、熱気球の制御が不能になることによって安全なフライトができなくなる可能性があり、又、通信が不能になることによって搭乗員の不安を招くといった問題を生じる可能性がある。

又、前記特許文献１の航空機用の熱電発電機は、航空機における高温空気の流れと冷たい空気の流れとの間の熱エネルギーを利用して航空機で必要な電気を発電することによって航空機の軽量化を図るようにしたものであり、熱気球に搭載される機器の電力が不足した場合に、その機器に電力を継続して供給できるようにすることによって熱気球の安全なフライトを達成するようにしたものではない。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、簡単な装置でしかもフライト中は熱気球に搭載される機器に電力を供給し続けることができるようにした熱気球の電源装置を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１に係る発明は、熱気球に備えられる機器に電力を供給するための熱気球の電源装置であって、
熱気球の球皮の外部に固定され、球皮内部の温度と球皮外部の温度との温度差により発電する熱電素子を備えた熱電モジュールと、
該熱電モジュールにより発電した電力を機器に導くための電力供給部と、
を備えたことを特徴とする熱気球の電源装置である。

請求項２に係る発明は、前記熱電モジュールの外部に冷却用フィンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱気球の電源装置である。

請求項３に係る発明は、前記熱電モジュールが、球皮の外面に熱伝導性両面テープで固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱気球の電源装置である。

請求項４に係る発明は、前記熱電モジュールが、球皮の外面に熱伝導性グリスを介在して固定具で固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱気球の電源装置である。

請求項５に係る発明は、前記球皮の外面に凹部を設けて球皮の内面側に薄肉部を形成し、該薄肉部の外面に前記熱電モジュールを固定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱気球の電源装置である。

本発明の熱気球の電源装置によれば、熱気球の球皮の外部に固定されて、球皮内部の温度と球皮外部の温度との温度差により発電する熱電モジュールを備えたので、熱気球のフライト中は電力を供給し続けることができ、よって安全で安心なフライトが可能になり、更に簡単な装置でしかも電源等を必要としないために省エネルギー製品として安価に実施できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の形態の一例を示す全体側面図、図２は図１の一部切断側面図である。図１、図２中、１は熱ガスを収容するための上部が略半球状部１ａを有し、下部が略截頭円錐形状部１ｂを有して下端が開口２した球皮であり、該球皮１の開口２の下部には吊下部材３により人が搭乗できるバスケット４が吊下げられている。又、前記球皮１の開口２の内部中央には燃焼装置５（バーナ）が設けてあり、燃焼装置５は燃焼による熱ガスを球皮１内部に噴出するようになっている。前記燃焼装置５によって熱ガスを球皮１内部に噴出すると、球皮１内部が密度の小さい軽い空気によって置換されることで浮力が生じ、熱気球が浮上するようになっている。

前記バスケット４の内部には、高度計、昇降計、燃料残量計、時計、通信機器、球皮内温度計、ＧＰＳ、ラジオ、ランプ等の種々の機器６が設けられている。

図１、図２に示した球皮１の外面には、図３、図４にその一例を示す如く、平面形状が矩形形状で且つ所要の厚さを有した熱電モジュール７が固定されている。球皮１に対する熱電モジュール７の固定位置は特に特定されないが、太陽の熱を受け難い略截頭円錐形状部１ｂとすることが好ましい。

熱電モジュール７は、矩形の枠材８の内部に、複数のＰ型の熱電素子９ａとＮ型の熱電素子９ｂとを交互に並べて、これら熱電素子９ａと９ｂとが直列に導通するように、熱電素子９ａと９ｂの高温側となる一端部（図４の左側）同士が電極１０（例えば銅）により順次電気的に接続されていると共に、低温側となる他端部（図４の右側）同士が電極１１（例えば銅）により順次電気的に接続され、接続の両端に位置する電極１０と電極１１に電力回収ライン１２が接続されている。

更に、電極１０の球皮１側（図４の左側）と電極１１の外側（図４の右側）には、夫々セラミック或いはプラスチック（耐熱エンジニアリングプラスチックＰＰｓ）等の薄い基板１３が固定されている。前記電極１０，１１と基板１３との接合には、例えば融点１９０℃以上のハンダ接着等が望ましい。

前記外側（図４の右側）の基板１３の外面には、伝熱性の高い部材（例えば銅等）により形成した冷却フィン１４が固定されている。

前記熱電モジュール７の各熱電素子９ａ，９ｂ、電極１０，１１及び基板１３以外の部分には断熱材１５が配置されている。

そして、前記熱電モジュール７の球皮１側（図４の左側）の面を球皮１の外面に固定している。

熱電モジュール７を球皮１の外面に固定するには、図５に示すように、前記熱電モジュール７を、熱伝導性両面テープ１６を用いて球皮１の外面に固定する方法を採用することができる。

又、他の方法としては、図６に示すように、熱電モジュール７を、球皮１の外面に熱伝導性グリス１７を挾持するように介在させてボルト等の機械的な固定具１８で固定する方法を採用することができる。

又、図７に示すように、熱電モジュール７を球皮１の外面に固定する際に、前記球皮１の外面に凹部１９を設けて球皮１の内面側に薄肉部２０を形成し、この凹部１９の薄肉部２０の外面に前記熱電モジュール７を固定するようにしてもよい。上記凹部１９に熱電モジュール７を固定する場合にも、前記図５の熱伝導性両面テープ１６を用いる方法、或いは図６の熱伝導性グリス１７を介在させてボルト等の固定具１８で固定する方法を採用することができる。

前記熱電モジュール７の電極１０，１１に接続された電力回収ライン１２は、図１、図２に示す如くバスケット４に導かれて端部に電力出力部２１（ソケット）を備えた電力供給部２２を構成している。

尚、図３、図４に示した前記熱電モジュール７では、１段の熱電素子９ａ，９ｂを平面的に複数個並べて直列に接続することにより発電電力を増加するようにした場合を示したが、図８に示すように２段或いはそれ以上の複数段に熱電素子９ａ，９ｂを積み重ねたカスケード構造とすることによって、発電電力を更に高めるようにしてもよい。

又、前記熱電素子９ａ，９ｂの配置と接続には種々の方法を採用することができ、例えば図９に直流電流の流れを矢印で示すように、電流が一筆書き状に流れるように熱電素子９ａ，９ｂを接続することは狭いスペースにおいて発電電力を高められることから好ましい。

以下、図示した形態の作用を説明する。

図１に示すように、燃焼装置５（バーナ）の燃焼により熱ガスを球皮１内部に噴出し、球皮１内部に密度の小さい軽い熱ガスを充填すると球皮１は浮力で上昇し、更に熱気球全体が上昇する。

このとき、通常合成繊維で構成されている球皮１は耐熱性がそれほど高くないため、一般の熱気球では、球皮１の内面温度は限度を１００℃としてそれ以下の球皮１の内面温度が保持されるように燃焼装置による燃焼を制御してフライトを行っている。

球皮１の内面温度の限度が１００℃であるため、実際にフライトを行う熱気球の球皮１の内面温度は略８５℃〜９５℃程度であることが予想される。一方、球皮１外部の温度は大気温度となるが、球皮１の外面温度は高度に応じて地上での温度より低くなっており、又風の影響によっても一般には更に低くなっている。例えば外気温度が２５℃である場合の球皮１の外面温度は約２０℃程度であることが考えられる。

更に、前記したように球皮１の内面温度が８５℃〜９５℃である場合には、球皮１の外面に固定された熱電モジュール７の球皮１側（図４の左側）の温度も、伝熱によって同等の略８５℃〜９５℃となる。

従って、上記した如く、球皮１の内面温度が８５℃〜９５℃で、球皮１の外面温度が２０℃の場合には、熱電モジュール７の高温側と低温側との間には６５℃〜７５℃の温度差が生じることになるので、この温度差を利用して熱電素子９ａ，９ｂはゼーベック効果により発電する。

前記熱電素子９ａ，９ｂは直列に接続したことにより発電電力が増加され、この電力は電力供給部２２の電力回収ライン１２によりバスケット４に設けられた電力出力部２１（ソケット）に導かれる。従って、バスケット内に設けられている電力の供給が必要な機器６（例えば、高度計、昇降計、燃料残量計、時計、通信機器、球皮内温度計、ＧＰＳ、ラジオ、ランプ等）を電力出力部２１に接続すると、機器６に必要な電力を供給することができる。

熱気球が浮上している間は、球皮１の内面温度が８５℃〜９５℃を保持し続けられるので、熱電モジュール７には球皮１の内部と外部の温度差が作用し続け、よって熱気球のフライト中は機器６に電力を供給し続けることができる。

又、前記したように、熱電モジュール７の外側に冷却フィン１４を設けているので、熱電モジュール７の外側面を常に冷却することにより球皮１の内面温度との温度差を常に大きく保持して安定した発電を行わせることができる。

更に、図７に示したように、球皮１の外面に凹部１９を形成することによって球皮１の薄肉部２０を形成し、この凹部１９の薄肉部２０に前記熱電モジュール７を固定すると、球皮１の内面温度が直ちに熱電モジュール７に伝えられることになるので、熱電モジュール７での温度差を常に大きく確実にとることができ、よって更に安定した発電を行わせことができる。

前記したように、球皮１の外面に固定した熱電モジュール７により、浮上している熱気球の球皮１の内部と外部の温度差を利用して発電し、この電力を熱気球に搭載される種々の機器６に供給するようにしたので、熱気球のフライト中は電力の供給が不能になることを防止して電力を供給し続けることができ、よって安全で安心なフライトが可能になり、更に簡単な装置でしかも電源等を必要としないために省エネルギー製品として安価に実施することができる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の形態の一例を示す全体側面図である。 図１の一部切断側面図である。 熱電モジュールの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ方向断面図である。 熱電モジュールを球皮の外面に固定する方法の一例を示す断面図である。 熱電モジュールを球皮の外面に固定する方法の他の例を示す断面図である。 熱電モジュールを球皮の外面に固定する他の形態を示す断面図である。 熱電素子を２段に積み重ねたカスケード構造の例を示す側面図である。 直流電流の流れが一筆書き状になるように熱電素子を配置した例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 球皮
２ 開口
６ 機器
７ 熱電モジュール
９ａ，９ｂ 熱電素子
１４ 冷却フィン
１６ 熱伝導性両面テープ
１７ 熱伝導性グリス
１８ 固定具
１９ 凹部
２０ 薄肉部
２２ 電力供給部

Claims (5)

1. 熱気球に備えられる機器に電力を供給するための熱気球の電源装置であって、
   熱気球の球皮の外部に固定され、球皮内部の温度と球皮外部の温度との温度差により発電する熱電素子を備えた熱電モジュールと、
   該熱電モジュールにより発電した電力を機器に導くための電力供給部と、
   を備えたことを特徴とする熱気球の電源装置。
2. 前記熱電モジュールの外部に冷却用フィンを備えたことを特徴とする請求項１に記載の熱気球の電源装置。
3. 前記熱電モジュールが、球皮の外面に熱伝導性両面テープで固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱気球の電源装置。
4. 前記熱電モジュールが、球皮の外面に熱伝導性グリスを介在して固定具で固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱気球の電源装置。
5. 前記球皮の外面に凹部を設けて球皮の内面側に薄肉部を形成し、該薄肉部の外面に前記熱電モジュールを固定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱気球の電源装置。

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