JP2010011718A

JP2010011718A - 太陽熱発電装置

Info

Publication number: JP2010011718A
Application number: JP2008191457A
Authority: JP
Inventors: Masahide Ichikawa; 雅英市川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】曲面形状の反射板を利用して、集光した太陽光線を集熱板で受け、この受けた熱を熱電モジュールに供給するようにして、熱電モジュールに供給される太陽光による温度が高いものとなり、効率良く且つ効果的に熱電モジュールで発電することができる太陽熱発電装置を提供する。
【解決手段】
太陽熱発電装置は、熱電素子を備え、高温側温度が７００℃に耐え、出力が４０Ｗで、実効面積基準の出力密度が３．８９Ｗ／ｃｍ^２（受熱面積基準の出力密度が２．８５Ｗ／ｃｍ^２）の封止型モジュールである熱電モジュールと、前記熱電モジュールの片面に結合され、熱伝導性の高い集熱板と、前記熱電モジュールの反対面に結合され、冷却手段を備えた放熱板と、前記集熱板に対して太陽光を反射集光する曲面形状に形成された反射板と、を備え、前記熱電モジュールは少なくとも複数個設けたことである。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電モジュールを用いて温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽熱発電装置に関し、詳しくは太陽光線を集光した熱源を利用して効率よく発電することができる太陽熱発電装置に関する。

従来技術における、所謂、熱電モジュールは、ｐ型発電素子とｎ型発電素子とが電気的に直列となるように接合された熱電素子の性質を利用したものであり、熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、又は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する機能を有する独立した部品である。

詳述すると、発電素子は、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子との接合部間に温度差を与えると電位差が発生するゼーベック効果と、ｐ型発電素子とｎ型発電素子との接合部間に電流を流すと、その電流の向きに応じて吸熱又は発熱するペルチェ効果とを有し、このような効果を利用して、電気エネルギーと熱エネルギーとを相互に変換する。

このように、熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する発電装置として、熱電発電素子を用いた発電技術が周知である。この熱電発電素子は、金属或いは半導体の両端に温度差を与え、高温部と低温部との間に電位差を生じさせるという上述したゼーベック効果を利用したものであり、温度差が大きいほど発電量も大きくなるという特徴がある。

具体的なものとして、熱電モジュールを利用した熱電発電装置として、例えば、内燃機関の排気熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために、熱電モジュールの高温の面と低温の面とに高温部材と低温部材をそれぞれ抵触させ、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する構成としたものが周知である。
特開２００１−７４１２号公報

しかしながら、従来技術で説明した熱電モジュールを利用した熱電発電装置は、高温熱源、例えば、太陽光線を集光した熱源に直接接触させる構造ではないため効率化に問題があった。
又、熱電モジュール自体が数百度に耐える構造ではないため、例えば７００度といった高温熱源で採用すると、機能が発揮できずに使用に耐えることができないという問題もある。

従って、太陽光線を集光した熱源を利用し、且つ数百度に耐えることができる熱電モジュールを利用した太陽熱発電装置に解決しなければならない課題を有する。

上記課題を解決するために、本願発明の太陽熱発電装置は、次に示す構成にしたことである。

（１）太陽熱発電装置は、熱電素子を備え、高温側温度が７００℃に耐え、出力が４０Ｗで、実効面積基準の出力密度が３．８９Ｗ／ｃｍ^２（受熱面積基準の出力密度が２．８５Ｗ／ｃｍ^２）の封止型モジュールである熱電モジュールと、前記熱電モジュールの片面に結合され、熱伝導性の高い集熱板と、前記熱電モジュールの反対面に結合され、冷却手段を備えた放熱板と、前記集熱板に対して太陽光を反射集光する曲面形状に形成された反射板と、を備え、前記熱電モジュールは少なくとも複数個設けたことである。
（２）前記反射板は、太陽の動きに追随して太陽の方向を向くように動く駆動手段を備えたことを特徴とする（１）に記載の太陽熱発電装置。
（３）前記放熱板に備えた冷却手段は、水冷による流路を備えた構造であることを特徴とする（１）に記載の太陽熱発電装置。

本発明においては、曲面形状の反射板を利用して、集光した太陽光線を集熱板で受け、この受けた熱を熱電モジュールに供給するようにしたことで、熱電モジュールに供給される太陽光による温度が高いものとなり、効率良く且つ効果的に熱電モジュールで発電することができる

次に、本願発明に係る太陽熱発電装置の実施例について図面を参照して説明する。

本願発明の太陽熱発電装置は、図１に示すように、熱電素子を備え、高温側温度が７００℃に耐え、出力が４０Ｗで、実効面積基準の出力密度が３．８９Ｗ／ｃｍ^２（受熱面積基準の出力密度が２．８５Ｗ／ｃｍ^２）の封止型モジュールである熱電モジュール１１と、熱電モジュールの片面に結合され、熱伝導性の高い集熱板１２と、熱電モジュール１１の反対面に結合され、冷却手段を備えた放熱板１３と、集熱板１２と放熱板１３との間に配置された熱伝導率の低い断熱材１４と、集熱板１２に対して太陽光を反射集光する曲面形状に形成された反射板１５と、太陽光線を受光する光センサー１６と、反射板１５を太陽光の方向に向くように動かす駆動手段１７と、を備えている。

熱電モジュール１１は、東芝の熱電モジュールｇｉｇａｔｏｐａｚ（ギガトパーズ）（トレードマーク）で更に進化したｇｉｇａｔｏｐａｚＧ７であり、１４ｃｍ^２のブロック状で、この熱電モジュールは高性能半導体の高密度実装と封止モジュール構造の採用によりモジュールの高温側温度７００℃、低温側温度１５℃、温度差６８５℃で出力４０Ｗを得る機能を有する。
このときの実効面積とは、図２に示す点線の部分で実際に熱電素子が配置されている領域の面積であり、その実効面積基準の出力密度は３．８９Ｗ／ｃｍ^２である。受熱面積とは、図２に示す熱電素子が配置されている上部を覆った面積であり、その受熱面積基準の出力密度は２．８５Ｗ／ｃｍ^２である。
このような熱電モジュール１１は、複数個配置されており、それぞれの端子が接続され、図示しない、出力電源を蓄電する蓄電部に接続されている。

集熱板１２は、反射板１５で反射された密度の高い太陽光線を受光して発熱するもので熱伝導性能が良く、熱電モジュール１１との隙間を減らすため表面の平坦度を上げた構造となっている。

放熱板１３は、アルミニュームなどの熱伝導率が高い材料を用いており、実施例においては、この放熱板１３内部に水を通す管路を設けた冷却手段を備えている。
この冷却手段は、図示しない放熱板１３の管路に流路１８を連結し、この流路１８が水循環部１９に連結して水を管路に供給する構成となっている。
この流路１８は水冷に限定することなく空冷でもよく冷却手段は特定事項に限定されるものではない。

断熱材１４は、熱電モジュール１１を保持する機能を持たせ、集熱板１２と放熱板１３とで挟持された熱電モジュール１１の隙間を埋めるもので、熱伝導率が低い部材で形成され、同時に構造体としてもある程度の強度も必要である、例えば、セラミック材などで形成されている。

駆動手段１７は、反射板１５を太陽の方向に追随させて動かすもので、図示しないモータ等を備え、光センサー１６からの信号に基づいて反射板１５を太陽方向に動かす構造となっている。

曲面形状の反射板を利用して、集光した太陽光線を集熱板で受け、この受けた熱を熱電モジュールに供給するようにしたことで、熱電モジュールに供給される太陽光による温度が高いものとなり、効率良く且つ効果的に熱電モジュールで発電することができる太陽熱発電装置を提供する。

本願発明の太陽熱発電装置を略示的に示した説明図である。本願発明の太陽熱発電装置に装着される熱電モジュールを略示的に示した説明図である。

符号の説明

１１熱電モジュール
１２集熱板
１３放熱板
１４断熱材
１５反射板
１６光センサー
１７駆動手段
１８流路
１９水循環部

Claims

熱電素子を備え、高温側温度が７００℃に耐え、出力が４０Ｗで、実効面積基準の出力密度が３．８９Ｗ／ｃｍ^２（受熱面積基準の出力密度が２．８５Ｗ／ｃｍ^２）の封止型モジュールである熱電モジュールと、
前記熱電モジュールの片面に結合され、熱伝導性の高い集熱板と、
前記熱電モジュールの反対面に結合され、冷却手段を備えた放熱板と、
前記集熱板に対して太陽光を反射集光する曲面形状に形成された反射板と、を備え、
前記熱電モジュールは少なくとも複数個設けたことを特徴とする太陽熱発電装置。
前記反射板は、太陽の方向を向いて太陽の動きに追随して動く駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電装置。
前記放熱板に備えた冷却手段は、水冷による流路を備えた構造であることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電装置。