JP2009182103A - Heat sink for solar power generation, and system for solar power generation - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ソーラ発電用ヒートシンク、特にユニットのソーラ発電素子の熱を放熱するヒートシンク、および、ソーラ発電用システムに関する。 The present invention relates to a heat sink for solar power generation, in particular, a heat sink that dissipates heat from a solar power generation element of a unit, and a solar power generation system.
環境問題の高まりと共に、クリーンなエネルギーとしてソーラ発電が注目されている。即ち、太陽電池を用いて太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換して使用するソーラ発電システムが用いられている。ソーラ発電は、光を受けると電気エネルギーを発生させる一種の半導体「太陽電池」を利用した発電方式である。即ち、P型とN型を接続したシリコン半導体に太陽光線が当ると、負の電気と正の電気が生まれ、負の電気はN型シリコンへ、正の電気はP型シリコンに移動し、電極に電圧が生じる。この電極に外部から電球のような負荷を接続すると電流が流れて点灯する。この原理を利用し、周辺技術も応用してソーラ発電が実用化されている。 With the growing environmental problems, solar power generation is attracting attention as clean energy. That is, solar power generation systems that use solar light energy by converting solar light energy into electrical energy are used. Solar power generation is a power generation method using a kind of semiconductor “solar cell” that generates electrical energy when receiving light. That is, when sunlight hits a silicon semiconductor connecting P-type and N-type, negative electricity and positive electricity are produced, negative electricity moves to N-type silicon, and positive electricity moves to P-type silicon, Produces a voltage. When a load such as a light bulb is connected to the electrode from the outside, a current flows to light the electrode. Using this principle, solar power generation has been put into practical use by applying peripheral technology.
ソーラ発電システムが特開2006−29668号公報(特許文献1)に開示されている。図6は特許文献1に開示されたソーラ発電システムの概略構成図である。図6に示すように、ソーラ発電システム101は、太陽光を受けて発電するソーラパネル120と、ソーラパネル120の発電電力で駆動する電動圧縮機112を備えた冷媒回路110と、冷媒回路110によるヒートポンプ効果により温められたブラインをポンプ137により循環するブライン循環回路と、温水回路140とを備えている。
A solar power generation system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-29668 (Patent Document 1). FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a solar power generation system disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 6, the solar
冷媒回路110は、電動圧縮機112、放熱器113、キャピラリチューブ116および蒸発器117等を順次環状に配管接続して形成されている。放熱器113は、貯湯槽142を加熱するための第1の熱交換器114と、ブライン循環回路130と熱交換可能に設けられた第2の熱交換器115からなっている。
The
特許文献1に開示されたソーラ発電システムにおいては、流動性熱媒体であるブラインがブライン循環回路に封入され、ブラインが循環する加熱配管34がソーラパネルの裏側に熱交換可能に設けられている。
第2の熱交換器において、冷媒回路内の冷媒が流通する冷媒配管と、ブライン循環回路内のブラインが流通するブライン配管とを熱交換可能に密着固定している。
In the solar power generation system disclosed in Patent Document 1, brine, which is a fluid heat medium, is enclosed in a brine circulation circuit, and a heating pipe 34 through which the brine circulates is provided on the back side of the solar panel so that heat can be exchanged.
In the second heat exchanger, the refrigerant pipe through which the refrigerant in the refrigerant circuit circulates and the brine pipe through which the brine in the brine circulation circuit circulates are closely fixed so as to allow heat exchange.
太陽光を集光する集光型ソーラ発電装置が特開2001−274449号公報(特許文献2)に開示されている。図7は、特許文献2に開示された集光型ソーラ発電装置を説明する図である。六角錐形状の集光プリズムを上部縁が互いに隣接するように多数配列して、大きな面積の集光体を形成している。このように六角錐形状の集光プリズムを間に隙間がなく稠密に配置すると、多数の集光プリズムにより太陽光が集積化されるので、小さい面積の発電素子で入射する太陽光を無駄にすることなく有効に利用することができる。ソーラ発電素子は、各集光プリズムのそれぞれの下部先端に限定された部分にお互いに離間して設けられる。即ち、受光面積を大きく、ソーラ発電素子のトータル使用面積を小さくしている。
A concentrating solar power generation apparatus that condenses sunlight is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-274449 (Patent Document 2). FIG. 7 is a diagram for explaining the concentrating solar power generation apparatus disclosed in
図7に示すように、配線115および引き出し電極端子116が設けられた1枚の共通絶縁基板114の上部に、ソーラ発電装置を複数個一体的に結合して形成された集光体113を受光面である底部103を上向きにして配置し、集光体113を形成する複数の錐形状集光プリズム103の下方先端部と基板114との間に光発電素子102をそれぞれ接着配置することによって、小さなトータル占有面積のソーラ発電素子で大きなソーラ発電装置110を実現している。
特許文献1に示すソーラ発電システムでは、ソーラ発電素子の発熱を冷媒回路内の冷媒が流通する冷媒配管と、ブライン循環回路内のブラインが流通するブライン配管とを熱交換可能に密着固定した熱交換器によって行っている。従って、放熱機能は高いものの、広い面積を有し、複雑な構造を必要とする。従って、コンパクトなソーラ発電システムが困難である。 In the solar power generation system shown in Patent Document 1, heat exchange in which heat generation of the solar power generation element is closely fixed to a refrigerant pipe through which the refrigerant in the refrigerant circuit circulates and a brine pipe through which the brine in the brine circulation circuit circulates. It is done with a vessel. Therefore, although the heat dissipation function is high, it has a wide area and requires a complicated structure. Therefore, a compact solar power generation system is difficult.
特許文献2に示すソーラ発電装置では、集光率が小さい場合には何ら問題は生じないが、個々のソーラ発電素子の集光率が大きくなってくると、ソーラ発電素子の機能が低下する。即ち、集光型ソーラ発電においては、発電量を多くするために集光率を上げると、ソーラ発電素子が高温となり発電効率が低下する。ソーラ発電素子が多くなっても、機能を維持するためには、ソーラ発電素子の熱を効率的に放熱する必要がある。
In the solar power generation device shown in
更に、集光型ソーラ発電装置は、時間または季節によって、太陽の位置に対応して効率的に受光できるように、所定の軸に関して回転できることが必要であり、ソーラ発電装置の回転移動に対応して、放熱装置も放熱機能を維持しつつ回転移動する必要がある。更に、ソーラ発電装置は昼夜の温度差が大きい条件下においても、故障することなく、コンパクトで、上述した放熱機能を維持しつつ、発電効率を高める必要がある。 Furthermore, the concentrating solar power generation device needs to be able to rotate about a predetermined axis so that it can receive light efficiently according to the position of the sun according to time or season, and it corresponds to the rotational movement of the solar power generation device. Therefore, it is necessary to rotate the heat dissipation device while maintaining the heat dissipation function. Furthermore, the solar power generation device needs to increase power generation efficiency while maintaining the above-described heat dissipation function without being broken down even under conditions where the temperature difference between day and night is large.
従って、この発明の目的は、太陽の位置に対応して効率的に受光できるように、所定の軸に関して回転するソーラ発電装置のソーラ発電素子の熱を、限定された空間を利用して、効率的に放熱することができるヒートシンクを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to efficiently use the heat of the solar power generation element of the solar power generation device that rotates about a predetermined axis so as to efficiently receive light corresponding to the position of the sun, using a limited space. An object of the present invention is to provide a heat sink capable of radiating heat.
発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、平らな中央フィン部と、一方の側端部付近が上方または下方に屈曲された第1折り曲げ板状フィンとからなる複数枚の放熱フィンを、平行に配置すると、中央フィン部および第1折り曲げ板状フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成され、ソーラユニットの熱を効果的に放熱することができることが判明した。 The inventor has conducted extensive research to solve the above-described conventional problems. As a result, when a plurality of heat dissipating fins composed of a flat central fin portion and a first bent plate-like fin bent around one side end portion upward or downward are arranged in parallel, the central fin portion and the first fin It has been found that a cooling airflow channel that flows along the one-fold plate-like fin portion is formed, and the heat of the solar unit can be effectively dissipated.
同様に、平らな中央フィン部と、相互に反対方向に屈曲され前記中央フィン部のそれぞれの側端部に位置する第1折り曲げ板状フィン部および第2折り曲げ板状フィン部とからなる複数枚の放熱フィンを、第1折り曲げ板状フィン部と第2折り曲げ板状フィン部が概ね平行になるように配置すると、第1折り曲げ板状フィン部に導入された空気が放熱フィンによって温められて上方に移動するので、第1折り曲げ板状フィン部、中央フィン部、および第2折り曲げ板状フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成され、ソーラユニットの熱を効果的に放熱することができることが判明した。 Similarly, a plurality of sheets consisting of a flat central fin portion and first and second bent plate-like fin portions bent in opposite directions and positioned at respective side end portions of the central fin portion. When the heat sink fins are arranged so that the first bent plate fin portion and the second bent plate fin portion are substantially parallel, the air introduced into the first bent plate fin portion is warmed by the heat sink fin and Therefore, a cooling air flow passage is formed along the first bent plate-like fin portion, the central fin portion, and the second bent plate-like fin portion to effectively dissipate the heat of the solar unit. It turns out that you can.
更に、底部に基板が設けられているソーラユニットの基板の熱を移動する放熱部が基板の下方に配置される状態で、基板の熱を効果的に放熱するためには、ヒートパイプが所謂トップヒートモードとなるので、ヒートパイプのコンテナの内部に毛細管力を備えたウイック機能を備えた逆作動型ヒートパイプを使用する必要があることが判明した。
この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。
Furthermore, in order to effectively dissipate the heat of the substrate in a state where the heat dissipating part for moving the heat of the substrate of the solar unit provided with the substrate at the bottom is disposed below the substrate, the heat pipe is a so-called top. Since it becomes a heat mode, it turned out that it is necessary to use the reverse operation type heat pipe provided with the wick function provided with the capillary force inside the container of the heat pipe.
The present invention has been made based on the research results described above.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第1の態様は、ソーラ発電素子を搭載した少なくとも1つの基板を底部に備えたソーラユニットの下方に配置されて、前記基板と熱的に接続される少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプに挿通された平らな中央フィン部と、前記中央フィン部の一方の側端部付近が上方または下方に屈曲された第1折り曲げ板状フィン部とからなる複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部とを有するソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a first aspect of the heat sink for solar power generation of the present invention, there is provided at least one piece which is disposed below a solar unit having at least one substrate on which a solar power generation element is mounted and which is thermally connected to the substrate. A plurality of heat pipes, a flat central fin portion inserted through the heat pipe, and a first bent plate-like fin portion where one side end portion of the central fin portion is bent upward or downward. It is a heat sink for solar power generation which has a heat radiating fin part which consists of a heat radiating fin.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第2の態様は、ソーラ発電素子を搭載した少なくとも1つの基板を底部に備えたソーラユニットの下方に配置されて、前記基板と熱的に接続される少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプに挿通された平らな中央フィン部と、相互に反対方向に屈曲され前記中央フィン部のそれぞれの側端部に位置する第1折り曲げ板状フィン部および第2折り曲げ板状フィン部とからなる複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部とを有するソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a second aspect of the heat sink for solar power generation of the present invention, at least one heat sink is disposed below a solar unit having at least one substrate on which a solar power generation element is mounted, and is thermally connected to the substrate. Heat pipe, a flat central fin portion inserted through the heat pipe, a first bent plate-like fin portion and a second bent portion that are bent in opposite directions and located at respective side end portions of the central fin portion. A heat sink for solar power generation having a heat dissipating fin portion composed of a plurality of heat dissipating fins composed of a plate-shaped fin portion.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第3の態様は、並列配置された複数枚の放熱フィンによって、前記第1折り曲げ板状フィン部および前記中央フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成されている、ソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a third aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, a cooling air flow channel that flows along the first bent plate fin portion and the central fin portion is provided by a plurality of heat radiating fins arranged in parallel. This is a heat sink for solar power generation.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第4の態様は、前記放熱フィンの前記第1折り曲げ板状フィン部と前記第2折り曲げ板状フィン部が概ね平行であり、並列配置された複数枚の放熱フィンによって、前記第1折り曲げ板状フィン部、前記中央フィン部、および前記第2折り曲げ板状フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成されている、ソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a fourth aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, the first bent plate-like fin portion and the second bent plate-like fin portion of the heat radiating fin are substantially parallel, and a plurality of heat radiating fins arranged in parallel. Is a solar power generation heat sink in which a flow path for cooling air flowing along the first bent plate-like fin portion, the central fin portion, and the second bent plate-like fin portion is formed.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第5の態様は、ヒートパイプの基板側の端部がループ状であり、前記ループ状の端部が前記受熱板材の固定されていることを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a fifth aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, the end of the heat pipe on the substrate side has a loop shape, and the loop-shaped end portion is fixed to the heat receiving plate member. Heatsink.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第6の態様は、前記第1折り曲げ板状フィン部および前記第2折り曲げ板状フィン部とを結ぶ線に略並行な軸を回転軸として前記ソーラユニットが回転し、前記ヒートパイプ及び前記放熱フィンが前記ソーラユニットと一体的に回転することを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a sixth aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, the solar unit rotates about an axis substantially parallel to a line connecting the first bent plate-like fin portion and the second bent plate-like fin portion. The solar power generation heat sink is characterized in that the heat pipe and the radiating fin rotate integrally with the solar unit.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第7の態様は、前記ヒートパイプが、コンテナの内部に毛細管力を有する機構を備えているソーラ発電用ヒートシンクである。 A seventh aspect of the heat sink for solar power generation according to the present invention is a heat sink for solar power generation in which the heat pipe includes a mechanism having a capillary force inside the container.
この発明のソーラ発電用システムの第1の態様は、上述したソーラユニットの底部に複数の基板が配置され、それぞれの基板に対応する上述したヒートパイプおよび放熱フィン部が設けられている、ソーラ発電用システムである。 A first aspect of the solar power generation system according to the present invention is a solar power generation in which a plurality of substrates are arranged at the bottom of the above-described solar unit, and the above-described heat pipes and heat radiation fin portions corresponding to the respective substrates are provided. System.
この発明のソーラ発電用システムの第2の態様は、前記ソーラユニットが複数個並列配置され、各ユニットの基板に熱的に接続された並列配置された複数枚の放熱フィンによって形成される、前記第1折り曲げ板状フィン部、前記中央フィン部、および前記第2折り曲げ板状フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が、並列配置されている、ソーラ発電用システムである。 According to a second aspect of the solar power generation system of the present invention, a plurality of the solar units are arranged in parallel, and the solar power generation system is formed by a plurality of parallel-arranged heat radiation fins that are thermally connected to the substrate of each unit. A solar power generation system in which flow paths of cooling air flowing along the first bent plate-like fin portion, the central fin portion, and the second bent plate-like fin portion are arranged in parallel.
この発明のソーラ発電用システムの第3の態様は、前記ソーラ発電素子の太陽光受光面が太陽を追随するように前記ソーラユニットが回転されることを特徴とする、ソーラ発電用システムである。 According to a third aspect of the solar power generation system of the present invention, the solar power generation system is characterized in that the solar unit is rotated so that a solar light receiving surface of the solar power generation element follows the sun.
この発明のソーラ発電用のヒートシンクによると、垂直方向に所定間隔で積層された複数枚の薄板放熱フィンによって、緩やかに下方から上方に向かう空気の流路が形成されるので、ソーラユニットの下方の限定された空間において、風の自然流を利用して、放熱することができる。 According to the heat sink for solar power generation of the present invention, a plurality of thin plate radiating fins stacked at predetermined intervals in the vertical direction form an air flow path from the lower side to the upper side. In a limited space, heat can be dissipated using the natural flow of wind.
ソーラユニットの下方の限定された空間に複数枚の放熱フィンが積層された状態で、放熱フィンを挿通してヒートパイプを配置すると、基板が上方に位置して、基板に熱的に接続されるヒートパイプが所謂トップヒートモードになるが、ヒートパイプのコンテナの内部に毛細管力を備えたウイック機能を備えた逆作動型ヒートパイプを使用するので、効果的な放熱を維持することができる。 When a heat pipe is arranged by inserting heat radiating fins in a state where a plurality of heat radiating fins are stacked in a limited space below the solar unit, the substrate is located above and is thermally connected to the substrate. Although the heat pipe is in a so-called top heat mode, since a reverse operation type heat pipe having a wick function having a capillary force is used inside the container of the heat pipe, effective heat dissipation can be maintained.
更に、ヒートシンクがソーラユニットと一体的に形成されるので、ソーラユニットの回転と一体的にヒートシンクが回転して、優れた放熱効率を維持することができる。ヒートパイプの端部をU字形に形成し、受熱板材の中にU字形部分を挿入することによって、作動液の凍結を防止し、温度差によるコンテナの破裂を防止することができる。 Furthermore, since the heat sink is formed integrally with the solar unit, the heat sink rotates together with the rotation of the solar unit, and excellent heat dissipation efficiency can be maintained. By forming the end portion of the heat pipe into a U-shape and inserting the U-shaped portion into the heat receiving plate, the working fluid can be prevented from freezing and the container from being ruptured due to a temperature difference.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの1つの態様は、ソーラ発電素子を搭載した少なくとも1つの基板を底部に備えたソーラユニットの下方に配置されて、前記基板と熱的に接続される少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプに挿通された平らな中央フィン部と、前記中央フィン部の一方の側端部付近が上方または下方に屈曲された第1折り曲げ板状フィン部とからなる複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部とを有するソーラ発電用ヒートシンクある。
An embodiment of a heat sink for solar power generation according to the present invention will be described with reference to the drawings.
One aspect of the heat sink for solar power generation according to the present invention is arranged below a solar unit having at least one substrate mounted with a solar power generation element at the bottom, and is thermally connected to the substrate. A plurality of sheets comprising a heat pipe, a flat central fin portion inserted through the heat pipe, and a first bent plate-shaped fin portion in which one side end portion of the central fin portion is bent upward or downward. There is a heat sink for solar power generation having a heat dissipating fin portion made of a heat dissipating fin.
更に、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの1つの態様は、ソーラ発電素子を搭載した少なくとも1つの基板を底部に備えたソーラユニットの下方に配置されて、前記基板と熱的に接続される少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプに挿通された平らな中央フィン部と、相互に反対方向に屈曲され前記中央フィン部のそれぞれの側端部に位置する第1折り曲げ板状フィン部および第2折り曲げ板状フィン部とからなる複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部とを有するソーラ発電用ヒートシンクである。 Furthermore, one aspect of the heat sink for solar power generation according to the present invention is at least one which is disposed below a solar unit having at least one substrate on which a solar power generation element is mounted and is thermally connected to the substrate. A first heat pipe, a flat central fin portion inserted through the heat pipe, a first bent plate-like fin portion and a second bent portion that are bent in opposite directions and located at respective side ends of the central fin portion. It is a heat sink for solar power generation having a heat radiation fin portion composed of a plurality of heat radiation fins composed of a bent plate-shaped fin portion.
並列配置された複数枚の放熱フィンによって、第1折り曲げ板状フィン部および中央フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成されている。更に、放熱フィンの第1折り曲げ板状フィン部と第2折り曲げ板状フィン部が概ね平行であり、並列配置された複数枚の放熱フィンによって、第1折り曲げ板状フィン部、中央フィン部、および第2折り曲げ板状フィン部に沿って流れる冷却用の風の流路が形成されている。 A plurality of heat dissipating fins arranged in parallel form a cooling wind passage that flows along the first bent plate-like fin portion and the central fin portion. Further, the first bent plate-like fin portion and the second bent plate-like fin portion of the heat radiating fin are substantially parallel, and a plurality of heat radiating fins arranged in parallel, the first bent plate-like fin portion, the central fin portion, and A cooling air flow channel that flows along the second bent plate-like fin portion is formed.
図1は、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの1つの態様を説明する図である。図1に示す態様は、ソーラ発電素子を搭載する基板が水平になるように配置されている。即ち、太陽に追随してソーラユニットの受光面が回転する回転軸が地面に対して水平である例である。 FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a heat sink for solar power generation according to the present invention. The aspect shown in FIG. 1 is arranged so that the substrate on which the solar power generation element is mounted is horizontal. That is, this is an example in which the axis of rotation about which the light receiving surface of the solar unit rotates following the sun is horizontal to the ground.
図1に示すように、この発明のソーラ発電用ヒートシンク1は、ソーラ発電素子を搭載した少なくとも1つの基板7を底部に備えたソーラユニット2の下方に配置される。ソーラ発電用ヒートシンクは、基板7と熱的に接続される少なくとも1本のヒートパイプ5と、ヒートパイプ5に挿通された平らな中央フィン部4−1と、相互に反対方向に屈曲中央フィン部4−1のそれぞれの側端部に位置する第1折り曲げ板状フィン部4−2と、第2折り曲げ板状フィン部4−3とからなる複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部4とを有する。
As shown in FIG. 1, a solar power generation heat sink 1 according to the present invention is disposed below a
基板の位置に対応して配置される受熱板材3を備えていてもよい。その際には、基板の熱が受熱板材に移動して、ヒートパイプによって放熱フィン部に移動される。
図1に示すように、ソーラユニット2の下方の空間にヒートシンク1が配置される。放熱フィンは、上述したように、第1折り曲げ板状フィン部4−2、中央フィン部4−1および第2折り曲げ板状フィン部4−3からなっており、複数枚の放熱フィンが垂直方向に所定間隔を空けて配置されている。このように複数枚の薄板状の放熱フィンが垂直方向に配置されて形成された空間を空気が流れる。即ち、下方から上方に向かって、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の一方の端部から空気が取り込まれ、概ね水平の中央フィン部4−1に沿って流れ、更に、下方から上方に向かって、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の一方の端部から他方の端部へと流れていく。
You may provide the heat receiving board |
As shown in FIG. 1, the heat sink 1 is disposed in a space below the
換言すれば、冷たい風が、下方から上方に向かって傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の一方の端部から空気が取り込まれ、他方の端部を経て中央フィン部に入り、概ね水平の中央フィン部の一方の端部から他方の端部に移動する際にヒートパイプによって移動された熱によって、温度が上昇し、温度が上昇した空気が、下方から上方に向かって傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の一方の端部から他方の端部へと流れていく。このようにして、図中矢印で示すように、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、水平の中央フィン部4−1、第2折り曲げ板状フィン部4−3に沿って、自然対流によって放熱することができる。 In other words, cold air is taken in from one end of the first bent plate-shaped fin portion 4-2 inclined from below to above and enters the central fin portion through the other end, The temperature rises due to the heat moved by the heat pipe when moving from one end of the horizontal central fin portion to the other end, and the temperature-increased air is tilted upward from below. The two-folded plate-like fin portion 4-3 flows from one end portion to the other end portion. In this way, as shown by the arrows in the figure, along the inclined first bent plate-like fin portion 4-2, horizontal central fin portion 4-1 and second bent plate-like fin portion 4-3, Heat can be dissipated by convection.
ソーラ発電用のユニット2は、底部に配置されてソーラ発電素子を搭載した基板7と、基板7と所定の間隔を隔てて上方に配置された太陽光受光面によって形成される多角柱形状体物からなっている。即ち、ソーラ発電用のユニット2は、太陽に面する側が受光面としてできるだけ広く設定され、概ね同一横断面の多角形状で、基板の位置する下方に延伸しているので、上述したように、ソーラユニットの下方における空間を使用してヒートシンクが配置される。
The
図1に示す態様では、放熱フィン部4を形成する個々の放熱フィンは、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、水平の中央フィン部4−1、第2折り曲げ板状フィン部4−3からなっている。このように折り曲げられて形成された複数枚の薄板状フィンが並列配置されている。 In the embodiment shown in FIG. 1, the individual radiating fins forming the radiating fin portion 4 are the inclined first bent plate-like fin portion 4-2, horizontal central fin portion 4-1, and second bent plate-like fin portion 4. -3. A plurality of thin plate-like fins formed by being bent in this way are arranged in parallel.
少なくとも1つのソーラ発電素子が搭載された基板7の下部には、例えば熱伝導性に優れた金属で形成された受熱板材3が熱的に接続される。受熱板材3の一部にヒートパイプ5の一方の端部が受熱部として熱的に接続される。ヒートパイプ5の他方の端部は放熱部として並列配置された複数枚の薄板状フィン6に熱的に接続される。例えば、薄板状フィンの中央フィン部4−1に孔部を形成し、孔部にヒートパイプ5を挿通する。その際、孔部とヒートパイプ5の接触面を大きくするように孔部の回りを加工してもよい。
For example, a
図2は、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの1つの態様を説明する図である。図2(a)は正面図、図2(b)は側面図、図2(c)は底面図である。図2(a)に示すように、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、水平の中央フィン部4−1、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3からなる放熱フィン4が所定の間隔で垂直方向に積層されている。放熱フィンの中央フィン部の上方には、基板に熱的に接続されて基板の熱を移動する受熱板材3が設けられ、受熱板材にヒートパイプの一方の端部が熱的に接続されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of the heat sink for solar power generation according to the present invention. 2A is a front view, FIG. 2B is a side view, and FIG. 2C is a bottom view. As shown in FIG. 2A, the heat radiation fin 4 including the inclined first bent plate-like fin portion 4-2, the horizontal central fin portion 4-1, and the inclined second bent plate-like fin portion 4-3. They are stacked vertically at a predetermined interval. Above the central fin portion of the radiating fin, there is provided a heat receiving
ヒートパイプは所定の間隔で垂直方向に積層配置された複数の放熱フィンの中央フィン部を挿通し、他方の端部は放熱フィンの下方に突き出た状態で位置している。このように、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、水平の中央フィン部4−1、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3からなる放熱フィン4が所定の間隔で垂直方向に積層された放熱フィンの間を矢印で示すように、自然対流によって冷却用の空気が流れていく。 The heat pipe is inserted through the central fin portions of the plurality of heat dissipating fins stacked in the vertical direction at a predetermined interval, and the other end portion is located in a state of protruding below the heat dissipating fins. In this way, the heat radiation fins 4 including the inclined first bent plate-like fin portion 4-2, the horizontal central fin portion 4-1 and the inclined second bent plate-like fin portion 4-3 are vertically arranged at predetermined intervals. As indicated by the arrows between the heat radiation fins stacked on each other, cooling air flows by natural convection.
ヒートパイプは、所謂U字形の丸型ヒートパイプを使用し、U字形の部分を受熱板材に熱的に接続してもよい。更に熱的な接続を容易にするために、受熱板材に対応する溝部を形成して、溝部にU字形の部分を嵌め込んでもよい。図2(b)は図2(a)に示すヒートシンクを図の右側から見た側面図である。図2(b)に示すように、放熱フィンの傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の端部が正面上部に位置している。その下方に傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の裏面が見える。最下部には傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の裏面が見える。傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3と傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2との間の線が、最下方に位置する放熱フィンの中央フィン部を示している。傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の最上部の上方には、受熱板材3が示されている。図2(b)に示すように、放熱フィン部を備えたヒートシンク1の全体がソーラユニットの下部に位置している。
As the heat pipe, a so-called U-shaped round heat pipe may be used, and the U-shaped portion may be thermally connected to the heat receiving plate material. In order to facilitate thermal connection, a groove corresponding to the heat receiving plate material may be formed, and a U-shaped portion may be fitted into the groove. FIG. 2B is a side view of the heat sink shown in FIG. As shown in FIG.2 (b), the edge part of the 2nd bending plate-shaped fin part 4-3 in which the radiation fin inclined was located in the front upper part. The back surface of the second bent plate-like fin portion 4-3 inclined downward can be seen. In the lowermost part, the back surface of the inclined first bent plate-like fin portion 4-2 can be seen. A line between the inclined second bent plate-like fin portion 4-3 and the inclined first bent plate-like fin portion 4-2 indicates the central fin portion of the heat radiating fin located at the lowermost position. The heat receiving
図2(c)は、図2(a)に示すヒートシンクを裏側から見た状態を示している。図2(c)に示すように、最下端の放熱フィンの裏面が示されており、図中の上方から傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3、中央に中央フィン部、下方に傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2が位置している。中央フィン部には放熱フィンに垂直に設けられた2本のヒートパイプの下端部が示されている。 FIG.2 (c) has shown the state which looked at the heat sink shown to Fig.2 (a) from the back side. As shown in FIG. 2 (c), the back surface of the lowermost radiating fin is shown. The second bent plate-like fin portion 4-3 is inclined from above in the figure, the central fin portion is in the center, and is inclined downward. The first bent plate-like fin portion 4-2 is positioned. In the center fin portion, lower ends of two heat pipes provided perpendicular to the heat radiating fins are shown.
図3は、図1に示したヒートシンクを裏側から見た斜視図である。図3に示すように、ソーラユニット2の下方の空間にヒートシンク1が配置される。放熱フィンは、第1折り曲げ板状フィン部4−2、中央フィン部4−1および第2折り曲げ板状フィン部4−3からなっており、複数枚の放熱フィンが垂直方向に所定間隔を空けて配置されている。このように複数枚の薄板状の放熱フィンが垂直方向に配置されて形成された空間を空気が流れる。即ち、下方から上方に向かって、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の一方の端部から空気が取り込まれ、概ね水平の中央フィン部4−1に沿って流れ、更に、下方から上方に向かって、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の一方の端部から他方の端部へと流れていく。
FIG. 3 is a perspective view of the heat sink shown in FIG. 1 viewed from the back side. As shown in FIG. 3, the heat sink 1 is disposed in a space below the
基板の熱は基板の下方に熱的に接続されて設けられた受熱板材3に移動する。受熱板材3の一部にヒートパイプ5の一方の端部が受熱部として熱的に接続される。ヒートパイプ5の他方の端部は放熱部として並列配置された複数枚の薄板状フィン6に熱的に接続される。例えば、薄板状フィンの中央フィン部4−1に孔部を形成し、孔部にヒートパイプ5を挿通する。
The heat of the substrate moves to the heat receiving
図1から図3を参照して説明したように、ソーラユニットの底部に設けられた基板、および、基板に熱的に接続される受熱板材は、ヒートパイプの上方に位置している。従って、ヒートパイプは所謂トップヒートモードで作動する。即ち、受熱板材に熱的に接続される吸熱部が、放熱フィンに熱的に接続される放熱部よりも常に上方に位置している。ヒートパイプのコンテナ内の吸熱部において受熱板材から伝わった熱によって作動液が吸熱して蒸発して、放熱部に移動し、放熱フィンによって冷却されて液相に戻った作動液が吸熱部に容易に戻ることが必要となる。 As described with reference to FIGS. 1 to 3, the substrate provided at the bottom of the solar unit and the heat receiving plate member thermally connected to the substrate are located above the heat pipe. Therefore, the heat pipe operates in a so-called top heat mode. That is, the heat absorption part thermally connected to the heat receiving plate member is always located above the heat radiation part thermally connected to the heat radiation fin. The hydraulic fluid absorbs and evaporates due to the heat transferred from the heat-receiving plate at the heat-absorbing part in the heat pipe container, moves to the heat-dissipating part, is cooled by the heat-dissipating fins, and returns to the liquid phase. It is necessary to return to
このため、コンテナの内壁にグルーブを形成し、更に、毛細管力を発揮するウイック等をコンテナ内に配置して、液相に戻った作動液をウイック等の毛細管力を使用して吸熱部に還流させる。この際、コンテナ内壁とウイック等との間に鋭角部分を形成すると、鋭角部分に沿って毛細管力が更に強くなる。何れの場合においても、ヒートパイプが垂直方向に位置している場合にも、優れた毛細管力を備えて、放熱部において液相に戻った作動液を吸熱部に還流させるようにコンテナ内部の設計を適切にすることが重要である。 Therefore, a groove is formed on the inner wall of the container, and a wick that exhibits capillary force is placed in the container, and the working fluid that has returned to the liquid phase is returned to the heat absorption part using capillary force such as the wick. Let At this time, if an acute angle portion is formed between the container inner wall and the wick or the like, the capillary force is further increased along the acute angle portion. In any case, even when the heat pipe is positioned in the vertical direction, it has an excellent capillary force, and the design inside the container so that the working fluid that has returned to the liquid phase in the heat radiating part is returned to the heat absorbing part. It is important to make it appropriate.
図1から図3に示した態様では、基板は水平に位置しているが、実際の配置に際しては、季節を通して、太陽の位置に追随して受光面が水平面においても、垂直方向においても回転するように基板が傾斜して配置される。受熱板材を介して基板と熱的に接続されるヒートパイプおよびヒートパイプに挿通された放熱フィン部は、回転軸の周りに回転するソーラユニットと概ね一体的に回転する。この発明のヒートシンクは、上述したソーラユニットの回転に伴って、ソーラユニットの下方に位置して、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の一方の端部から空気が取り込まれ、概ね水平の中央フィン部4−1に沿って流れ、更に、下方から上方に向かって、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の一方の端部から他方の端部へと流れて、自然対流を行う。 In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the substrate is positioned horizontally, but in actual arrangement, the light receiving surface rotates in the horizontal plane and in the vertical direction following the position of the sun throughout the season. In this way, the substrate is arranged to be inclined. The heat pipe that is thermally connected to the substrate via the heat receiving plate member and the radiating fin portion inserted through the heat pipe rotate substantially integrally with the solar unit that rotates around the rotation axis. The heat sink of the present invention is positioned below the solar unit with the rotation of the solar unit described above, and air is taken in from one end portion of the inclined first bent plate-like fin portion 4-2 and is generally horizontal. Of the second bent plate-like fin portion 4-3 that is inclined from the lower side to the upper side, and flows from one end to the other end of the second bent plate-like fin portion 4-3. I do.
図4は、基板を傾斜させたユニットを備えた、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの他の態様を説明する図である。図4に示すように、この態様においては、ソーラユニットが太陽の位置に追随して受光面が傾斜して配置されている。ソーラユニットの底部にはソーラ発電素子を搭載した基板が設けられ、基板に受熱板材が熱的に接続されている。受熱板材はソーラユニットの底部に設けられた基板と共に傾斜している。このように傾斜したソーラユニットの下方にヒートシンクを収納する空間部が位置している。 FIG. 4 is a diagram for explaining another aspect of the heat sink for solar power generation according to the present invention, which includes a unit having an inclined substrate. As shown in FIG. 4, in this aspect, the solar unit follows the position of the sun and the light receiving surface is inclined. A substrate on which a solar power generation element is mounted is provided at the bottom of the solar unit, and a heat receiving plate material is thermally connected to the substrate. The heat receiving plate is inclined together with the substrate provided at the bottom of the solar unit. A space for housing the heat sink is located below the inclined solar unit.
このように位置する空間部に、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、中央フィン部4−1、および、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3からなる放熱フィンが、中央フィン部が受熱板材と平行になるように傾斜して、配置され、複数枚の放熱フィンが所定間隔で積層されている。即ち、傾斜したソーラユニットと一体的にヒートシンクの放熱フィン部が傾斜している。傾斜したソーラユニットは、太陽の位置に追随して、基板の長軸の延長線を回転軸として、図中に示すように回転する。 In the space portion thus positioned, the radiating fin including the inclined first bent plate-like fin portion 4-2, the central fin portion 4-1 and the inclined second bent plate-like fin portion 4-3 is provided at the center. The fin portions are arranged so as to be parallel to the heat receiving plate member, and a plurality of heat radiation fins are laminated at a predetermined interval. That is, the heat dissipating fin portion of the heat sink is inclined integrally with the inclined solar unit. The inclined solar unit follows the position of the sun and rotates as shown in the figure with the extended line of the long axis of the substrate as the rotation axis.
ヒートパイプ5は、放熱フィンの傾斜した中央フィン部を挿通して配置されて、受熱板材4に一方の端部が挿入されて固定されている。所定の角度で傾斜して設置されたソーラユニット2の底部の受熱板材3に熱的に接続されたヒートパイプ5は、吸熱部が高く、放熱部が低くなるように配置され、所謂トップヒートモード状態にある。このため、所謂ドライアウトを回避して、効果的に放熱するために、コンテナ内に封入された作動液が毛細管力によって吸熱部に戻るように、コンテナ内のウイック構造を適切にする必要がある。
The
図4に示す態様では、冷たい風が、下方から上方に向かって傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2の一方の端部から空気が取り込まれ、他方の端部を経て中央フィン部に入り、傾斜した中央フィン部の一方の端部から他方の端部に移動する際にヒートパイプによって移動された熱によって、温度が上昇し、温度が上昇した空気が、下方から上方に向かって傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3の一方の端部から他方の端部へと流れていく。このようにして、図中矢印で示すように、傾斜した第1折り曲げ板状フィン部4−2、傾斜した中央フィン部4−1、傾斜した第2折り曲げ板状フィン部4−3に沿って、自然対流によって放熱することができる。 In the embodiment shown in FIG. 4, the cold wind is taken in from one end of the first bent plate-shaped fin portion 4-2 inclined from below to above, and passes through the other end to the central fin portion. The temperature rises due to the heat moved by the heat pipe when moving from one end of the inclined central fin portion to the other end, and the temperature-increased air is inclined upward from below. The second bent plate-like fin portion 4-3 flows from one end portion to the other end portion. In this way, as indicated by the arrows in the figure, along the inclined first bent plate fin portion 4-2, the inclined central fin portion 4-1, and the inclined second bent plate fin portion 4-3. The heat can be dissipated by natural convection.
図示しないが、図1から3、または、図4を参照して説明したソーラ発電用ヒートシンクがソーラユニットの数に対応して複数個並列して配置されていてもよい。個々のソーラユニットが太陽の位置に追随して受光面が傾斜して配置されている。個々のソーラユニットの下方部に位置する空間部に、それぞれ対応してヒートシンクがソーラユニットと一体的に配置される。ヒートシンクの放熱フィンの中央フィン部が、ソーラユニットの底部に設けられた基板、および受熱板材と平行になるように設けられる。 Although not shown, a plurality of solar power generation heat sinks described with reference to FIGS. 1 to 3 or 4 may be arranged in parallel corresponding to the number of solar units. The individual solar units follow the position of the sun and the light receiving surface is inclined. A heat sink is integrally disposed with the solar unit corresponding to each of the space portions located below the individual solar units. The central fin portion of the heat radiating fin of the heat sink is provided so as to be parallel to the substrate and the heat receiving plate material provided at the bottom of the solar unit.
ヒートパイプ5は、放熱フィンの傾斜した中央フィン部を挿通して配置されて、受熱板材4に一方の端部が挿入されて固定される。所定の角度で傾斜して設置されたソーラユニット2の底部の受熱板材3に熱的に接続されたヒートパイプ5は、他の態様と同様に、吸熱部が高く、放熱部が低くなるように配置され、所謂トップヒートモード状態にある。従って、所謂ドライアウトを回避して、効果的に放熱するために、コンテナ内に封入された作動液が毛細管力によって吸熱部に戻るように、コンテナ内のウイック構造を適切にする必要がある。
The
図5はヒートパイプの部分拡大図である。図5(a)に示すように、受熱板材に熱的に接続されるヒートパイプ5の端部をU字形またはループ状に形成すると、端部における作動液の流れを可能にし、作動液の凍結を防止することができる。図5(b)に示すように、更に、U字形のヒートパイプ5の端部を受熱板材3の中に挿入することによって、急激な温度変化によってヒートパイプ5のコンテナの破裂を防止することができる。なお、放熱フィン部は、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部と、垂直に配置される垂直板状フィン部とからなる放熱フィン部について説明したが、放熱フィン部は、曲げ部の無い、垂直に配置される板状のフィンからなっていてもよい。
FIG. 5 is a partially enlarged view of the heat pipe. As shown in FIG. 5A, when the end portion of the
主としてソーラ発電用ヒートシンクについて説明したが、上述したソーラ発電用ヒートシンクを組み込んだソーラ発電用システムとしても、同様に機能する。 Although the solar power generation heat sink has been mainly described, the solar power generation system incorporating the solar power generation heat sink described above functions similarly.
上述したように、この発明のソーラ発電用ヒートシンクおよびソーラ発電用システムによると、垂直方向に所定間隔で積層された複数枚の薄板放熱フィンによって、緩やかに下方から上方に向かう空気の流路が形成されるので、ソーラユニットの下方の限定された空間において、風の自然流を利用して、放熱することができる。更に、この発明のソーラ発電用のヒートシンクによると、ソーラユニットの下方の限定された空間に複数枚の放熱フィンが積層された状態で、放熱フィンを挿通してヒートパイプを配置すると、基板が上方に位置して、基板に熱的に接続されるヒートパイプが所謂トップヒートモードになるが、ヒートパイプのコンテナの内部に毛細管力を備えたウイック機能を備えた逆作動型ヒートパイプを使用するので、効果的な放熱を維持することができる。 As described above, according to the solar power generation heat sink and solar power generation system of the present invention, a plurality of thin plate radiating fins stacked at predetermined intervals in the vertical direction form a flow path of air gently from below to above. Therefore, in a limited space below the solar unit, heat can be radiated by utilizing the natural flow of wind. Furthermore, according to the heat sink for solar power generation of the present invention, when a plurality of heat radiation fins are stacked in a limited space below the solar unit and the heat pipe is disposed through the heat radiation fins, the substrate is The heat pipe that is thermally connected to the substrate is in the so-called top heat mode, but because the reverse operation type heat pipe with wick function with capillary force is used inside the heat pipe container, Effective heat dissipation can be maintained.
1 ソーラ発電用ヒートシンク
2 ソーラユニット
3 受熱板材
4 放熱フィン部
4−1 中央フィン部
4−2 第1折り曲げ板状フィン部
4−3 第2折り曲げ板状フィン部
7 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink for
Claims (10)
The heat sink for solar power generation according to any one of claims 1 to 4, 6, and 8, wherein the heat pipe includes a mechanism having a capillary force inside the container.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008018953A JP2009182103A (en) | 2008-01-30 | 2008-01-30 | Heat sink for solar power generation, and system for solar power generation |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120017987A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Solar cell apparatus |
CN102623540A (en) * | 2012-03-13 | 2012-08-01 | 友达光电股份有限公司 | Heat radiation structure |
JP2015164393A (en) * | 2014-01-28 | 2015-09-10 | 学校法人日本大学 | Heat sink and compound type solar energy conversion device |
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2008
- 2008-01-30 JP JP2008018953A patent/JP2009182103A/en active Pending
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