JP2008283770A

JP2008283770A - 太陽熱と地下放熱との温度差を利用した発電装置

Info

Publication number: JP2008283770A
Application number: JP2007124940A
Authority: JP
Inventors: Masahide Ichikawa; 雅英市川; Toru Kogure; 徹木暮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】地球温暖化の問題が大きくなっている現状を踏まえ、化石燃料以外の新エネルギー源の一つとして太陽の放射熱を利用して公害の発生のない発電装置を提供する。
【解決手段】上部板に太陽の放射熱を吸収し、その熱を蓄熱する部材とその周囲に蓄熱した熱を逃さないように断熱材を配置し、下部板には地中もしくは水中に下部板の熱を放出するか、地中もしくは水中の低温を下部板に伝導し、下部板の温度を下げる働きをする熱伝導パイプを設け、上部板と下部板との間にペルチェ素子を挟んだ構造とする発電装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱と地下放熱との温度差を利用した発電装置に関し、さらに詳しくは太陽の輻射熱を吸収して高温部となる上部板と、地下放熱することにより低温部となる下部板との間にペルチェ素子を挟んで発電する装置に関する。

近年、エネルギー源として主に利用されているのは化石燃料である。しかし、化石燃料はその燃焼時にNO_x、SO_xなどの有害物質やCO₂を排出し、環境汚染を引起こす原因となっている。特にCO₂は地球温暖化の主原因と考えられ、CO₂削減が人類に与えられたテーマであると云っても過言ではない。現に世界中でCO₂排出量を減らそうとする動きが見られている。

その一環として化石燃料以外の原料から新エネルギー源を創出しようとする研究がなされ、醗酵技術を応用して植物からエネルギー源を取出そうとする研究が行われている。いわゆるバイオマスからバイオエタノールを得ようとする研究で、ガソリンに混ぜて自動車の燃料として使われている。しかし、バイオマスの原料は主にトウモロコシなどの穀物であり、人間や家畜に対する食料の供給を減らすことになり、穀物価格の高騰を招き、人間や家畜の生活を圧迫しつつある。

このような状況を踏まえ、食料資源を損なうことなく新エネルギーを得ようとする動きが出てきた。太陽光発電、風力発電、波力発電、地熱発電などが研究され、実用化が進みつつあり、種々の技術が開示されている。
特開２００１−１５３７２１公報特開２００６−１５６９９３公報特開平５−１６７１０４公報特開２００５−２９１１１２公報特開２００５−２８５８１１公報

太陽光発電は太陽電池の発電素子の発電効率が低いこと、設置面積が広くなること、曇天には十分な発電量が得られないことなどの懸念がある。近年、クリーンエネルギーとして注目を集めている風力発電は、常時風が吹いていることが必要で、発電に適した場所に限りがあるし、無風状態では発電できず、効率が悪く、発電コストが高くなるという欠点があった。その他のエネルギー源による発電も化石燃料による発電コストに比べ高くなっているのが現状である。

本発明者らはこのような現状に鑑み、曇天でも無風状態でも効率よく発電できるシステムを模索した結果、太陽の輻射熱で加温する部分と地下放熱により冷却した部分との間にペルチェ素子を挟み込んだ装置で目的が達せられることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、上面に太陽熱を受光し蓄熱することにより高温となる上部板と、地中もしくは水中に熱伝導パイプで熱を放出するかまたは地中もしくは水中の低温を熱伝導パイプで導いて冷却し低温となる下部板の間にペルチェ素子を挟んだことを特徴とする発電装置であり、上面に装置において蓄熱する部分を取囲むように断熱材部分を配したことを特徴とする発電装置であり、熱伝導パイプの下部先端にドリル刃を有することを特徴とする発電装置にある。

本発明によれば、太陽光発電のように曇天には発電効率が悪くなったり、風力発電のように無風状態では発電できないといった状況が起こりにくく、太陽の輻射熱を利用するため曇天でも無風状態でも発電でき、設置場所にも制限がなく、設置面積も少なくてすむという利点がある。また、用途によっては上部板を広くし、ペルチェ素子の数を増やしたり、下部板に連結するパイプの太さを調節したりパイプを複数本にする等の方法で対応可能となる。

以下に本発明を図面を交えて詳細に説明する。本発明の発電装置は、太陽光を利用するのではなく、太陽の放射熱（輻射熱）を利用するものであるから、曇天でも効率よく発電することができるのが特徴である。本発明は太陽の放射熱を吸収し、備蓄した高温部の板と地中や水中に熱を放射するか低温を熱伝導して熱の低い低温部とした板との間に挟んだペルチェ素子によって発電する装置である。

本発明の装置の実施態様の概略を図１に示す。また、上部板の概略を図２に示す。まずペルチェ素子５を挟んでいる上部板２について説明する。上板の中央部には太陽放射熱を吸収し、蓄熱する蓄熱部材３が設けられている。太陽放射熱を効率よく吸収させるため、出来る限り黒っぽい色の覆い１を掛けることもできる。また、吸熱部材自体の色を黒くすれば覆いは省略できる。蓄熱部材としては熱伝導率に優れた金属類、セラミック類が挙げられるが、なかでも銅、真鍮、グラファイトが好ましく用いられる。

上部板および下部板は間に挟むペルチェ素子の補強材としての役割をも果たすので、ある程度の強度が必要となる。そのため金属板が好ましい。厚みは３ｍｍ程度で十分である。グラファイトを使用する場合には薄い金属板もしくは箔を併用するとよい。上部板は蓄熱した熱をペルチェ素子に伝導できればよい。

覆い１は集熱目的の他にも上部板の保護と美観のためにも装着する。覆いは太陽の輻射熱を吸収し、内部の蓄熱部分に多量の熱を伝えるため、黒っぽい色が好ましいが、美観の面から茶色や水色でもその設置場所の雰囲気に合ったものにすればよい。また、覆いに花や鳥などの模様を印刷することもできる。

蓄熱部分の面積は大きいほど発電効率は上がるので、上記の上部板のままでもよいが、蓄熱した熱を周囲に逃さないために蓄熱部の周囲に断熱材４を設けることもできる。断熱材は熱伝導率の小さいセラミックが好ましく用いられるが、断熱性のよいプラスチック類も用いることができる。蓄熱部材と周囲の断熱材を一体として上部板として用いることができる。

本発明の起電部分は地表から離れた位置に設置してもよいし、地面に埋め込んでもよい。地面に埋め込む場合は、集熱部や蓄熱部は地表面に近い方が好ましい。また集熱部や蓄熱部は道路の舗装に使われているアスファルトで覆えば地表面に凹凸を生じさせないという利点もあって好ましい。この場合は装置を設置した地表面がすべて蓄熱部となる。

ペルチェ素子を挟む下部板６は熱伝導性のよい材質のものが好ましい。すなわち、地中もしくは水中に熱伝導パイプ７を通じて熱を放出して下部板の温度を下げたり、地中もしくは水中の低温を熱伝導パイプを通じて下部板に伝え、下部板の温度を下げるためである。従って、熱伝導性のよい金属板やセラミック板もしくは補強したグラファイト板を使用できるが、上部板と同じ材質のものを使うことが便利である。

下部板には熱伝導パイプが接続される。熱伝導パイプは熱伝導性のよい金属製のパイプが好ましく用いられる。金属製パイプとしては真鍮、銅、鉄、アルミニウム、ステンレス製のものが好ましい。なかでも熱伝導性のよい真鍮や銅製のものが好ましく、サビないということとコスト面でステンレス製のパイプも好都合に用いることができる。

周囲の温度の影響を出来る限り受けないようにするため、パイプの表面は熱を反射するような色にするのがよい。また、パイプの周囲を断熱材で巻付けてもよい。パイプを地中に埋め込む場合には、パイプの周囲の地下に断熱層を設けるのが好ましい。地中の温度も１ｍ以上の深さでは地表の温度の影響が少なくなるので、断熱材も１ｍ程度の範囲に設ければよい。

熱伝導パイプの下部先端は地中や水中の底に埋め込み易くするため、ドリル刃８を設けるのが好ましい。所定の場所にパイプを埋め込んだ後、接合装置１０を介して起電装置を載せ一体化する。また設置場所の関係でパイプは途中折れ曲がっていてもよい。そうすれば設置場所が傾斜地でも問題なく設置することができる。

設置場所が水面であれば、冷却効果は空気中より大きいため、発電効果は高くなるので好ましい。この場合は底に熱伝導パイプを打ち込むか、水深が深い場合は起電部が水面より上に出るようにブイをつけ、さらに熱伝導パイプの下部の起電装置が安定する程度の錘を付けることで目的を達することができる。

本発明では上部板と下部板に挟むペルチェ素子を起電材として用いる。ペルチェ素子にはその材質によりいろいろな種類のものがある。本発明では市販のペルチェ素子を使用した。
ペルチェ素子により起電された電力は内部配線されたルートを通して充電地電源盤９に送られ、さらに照明灯や標識灯に導かれてこれらの電源となる。また電力を消費しない時や余剰に起電された場合には蓄電池に貯えておくことができ、発電していない際の電源とすることができる。さらにコンセントを接続すれば、緊急事態用の電源としても用いることもできる。また、起電力が弱い場合は、これらの装置を複数個設置し、それぞれを接続すればよい。

このようにして作られた本発明の装置は電源のない道路際や山中に設置し道路標識用の電源として、登山道路の標識灯の電源、緊急事態用の電源として用いることができる。また上部板を地上と同じ平面に埋め込めば道路標識の電源として用いることができる。さらに水上に設置すれば水路標識の電源としても便利に利用することができる。

ペルチェ素子は日本テクモ株式会社製の型式１ＭＨ１４−１２７−１６のものを使用した。上部板および下部板は厚さ３ｍｍの銅板を用いた。上部板の表面は黒色塗料を塗布して黒くした。覆いは黒色の塗料を塗布した銅板を広口の皿状のものとし、起電部をすっぽり覆うように被せ、上部板に載せて固定した。本実験は、これを４月の室内で行った。室温は約２０℃であった。熱伝導パイプを１２℃の水中に入れ、覆いの上から照明灯で加熱した。上部板の温度は６５℃、下部板の温度が３５℃の時、１．７５Ｖの起電力が得られた。

本発明の装置の実施態様の一例を示す概略図。本発明の装置の上部板の概略図。

符号の説明

１ …… 覆い
２ …… 上部板
３ …… 蓄熱部材
４ …… 断熱部材
５ …… ペルチェ素子
６ …… 下部板
７ …… 地中熱伝導パイプ
８ …… ドリル刃
９ …… 充電地電源盤
１０ …… 接合装置

Claims

上面に太陽熱を受光し蓄熱することにより高温となる上部板と、地中もしくは水中に熱伝導パイプで熱を放出するかまたは地中もしくは水中の低温を熱伝導パイプで導いて冷却し低温となる下部板の間にペルチェ素子を挟んだことを特徴とする発電装置。
上面に太陽熱を受光し蓄熱する部分と、それを取囲むように断熱材部分を配した高温となる上部板と、地中もしくは水中に熱伝導パイプで熱を放出するかまたは地中もしくは水中の低温を熱伝導パイプで導いて冷却し低温となる下部板の間にペルチェ素子を挟んだことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
熱伝導パイプの下部先端にドリル刃を有することを特徴とする請求項１記載の発電装置。