JP2010045881A

JP2010045881A - 地熱利用の給電装置

Info

Publication number: JP2010045881A
Application number: JP2008206434A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugano; 昭菅野
Original assignee: STRESS CHOSA KENKYUSHO KK
Current assignee: STRESS CHOSA KENKYUSHO KK
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-25

Abstract

【課題】冬期等の積雪が多くて光エネルギを利用できない場所で電気計測装置等に十分な電力を供給することができる地熱利用の給電装置を提供する。
【解決手段】地熱利用の給電装置１は、電力を発生する発電手段２と、この発電手段２に地熱を伝達する給熱手段３と、発電手段２の出力側に出力変換回路５と蓄電池４とを備える装置であって、前記発電手段２が熱電変換素子６を有することで、地中温度より外気が高くなる温度が逆転する場合でも、熱起電力を蓄電することができ、給電装置として独立して利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱利用の給電装置に係り、特には冬期の積雪等のため光エネルギが十分に利用できないような現場に設置する地熱利用の給電装置に関する。

従来、各種の電気計測装置は小電力化、ワイヤレスシステム化が進んでいる。ワイヤレス化するには、当然のことながら各装置に固有の電源を有し、独立して給電することが不可欠である。そのため、各装置に付置されたソーラセルで光エネルギを電気エネルギに変換し給電している。
また、熱電変換素子で発生した電力は、逆流防止用のダイオードを介して２次電池に蓄電され、制御回路及び電子機器本体回路に給電開始されるように構成された電子機器が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−２８８３１９号公報

太陽光のみを利用する給電装置では、トンネル内や冬期の積雪の多い場所では、太陽光その他の光を十分に受光できないので、電気計測装置を作動させる電力を得ることができない。

従来の特許文献１の電子機器の熱電変換では電気計測器への適用が困難で、センサ等を１年を通じて作動するための電力を得るには不十分である。

積雪下の冬期といえども、地表層は０℃近傍でも地下数mではある一定温度、例えば１０〜１５℃を保持しているとされている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、トンネル内や冬期等の積雪の多い場所で計測装置等に十分な電力を確実に供給することができる地熱利用の給電装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る地熱利用の給電装置は、電力を発生する発電手段と、前記発電手段に地熱を伝達する給熱手段と、蓄電手段とを備える給電装置であって、前記発電手段が熱電変換素子を有し、かつ、前記発電手段の出力側に出力変換回路を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明に係る地熱利用の給電装置は、請求項１記載の発明の構成において、前記給熱手段が地中に埋設されたヒートパイプからなることを特徴とする。

請求項３記載の発明に係る地熱利用の給電装置は、請求項１又は２記載の発明の構成において、前記発電手段が光電変換素子を有することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、積雪の多い場所等の光エネルギが十分に利用できない場所でも電気計測装置の動作に必要な十分な電力を確実に得ることができる。特に、出力変換回路を備えたことで、地中温度より外気が高くなる温度が逆転する場合でも、熱起電力を蓄電することができ、給電装置として独立して利用することができる。

請求項２記載の発明によれば、地熱を容易に確実に利用することができ、十分な電力を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、電気計測装置等を作動するのに十分な電力を容易に確実に得ることができる。

以下、本発明の地熱利用の給電装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は本発明に係る地熱利用の給電装置の実施の形態を示すブロック図である。

この実施の形態の地熱利用の給電装置は、光エネルギを十分に利用できない冬期の積雪の多い地方等に設置される歪みやクラック等を測定する変位センサ等の各種の電気計測装置を作動させる電力を供給するために最適に使用される。給電装置１は、電力を発生する発電手段２と、発電手段２に地熱を伝達する給熱手段３と、蓄電池４等からなる蓄電手段とを備えている。そして、発電手段２の出力側に出力変換回路５を設けている。

発電手段２の光電変換素子７は、無機半導体からなるものでも、有機半導体からなるものであってもよく、要は光エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換できる公知のものでよい。

発電手段２は熱電変換素子６を有している。この熱電変換素子６としては、例えば、Ｐ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントとが２枚の基板に挟まれてなるゼーベック素子等からなる。この熱電変換素子６は、前記基板上でＰ型熱電材料エレメントとＮ型熱電材料エレメントが金属等の導電性物質を介してＰＮ接続されていて、複数個直列に、Ｐ、Ｎ、Ｐ、Ｎ、Ｐ、Ｎ、・・・というように接続された構成となっている。所要の起電力を得るために、所定の温度差とＰＮ接続数とする。

熱電変換素子６の一方に地熱温度を与える給熱手段３は、ヒートパイプから構成されている。積雪に埋もれた積雪期やトンネル内で、光エネルギを利用できない場所では、熱電変換素子に高温の地中の熱を伝えて、温度差を生じさせて、起電力を発生させる。発生された起電力は出力変換回路５を介して蓄電池４に送られてそこに蓄えられる。

蓄電池４は、繰り返し充放電が可能なリチウム２次電池等から構成される２次電池からなる、出力端子７を有している。この出力端子７を介して電力使用機器に接続され、電源手段２からの出力が蓄電池４から取り出される。

発電手段２と蓄電池４と間には出力変換回路５が介在し、地熱温度と対象温度が逆転した場合でも、蓄電池４に正常に電力を送ることができるようにされている。この出力変換回路５は、例えば、オペアンプによる演算回路における周知の絶対値回路としてもよい。

なお、発電手段２の電圧を昇圧するためための昇圧回路を設け、昇圧された電圧を出力変換回路５を介して、リチウム２次電池等によって構成される蓄電池４に蓄えるようにしてもよい。

この実施の形態の地熱利用の給電装置は、光エネルギを利用できない条件下でも電力を発生させることができ、電気計測装置等の作動電力を供給することができる。

上記において、熱電変換素子としてゼーベック素子のほかにベルチェ素子等も使用することができる。また、熱電変換素子として、Ｐ型半導体とＮ型半導体による組み合わせ以外に、多種多様な組み合わせが提案されているが、この発明では、熱電変換が行える材料であれば、その材料は限定しない。

図２は本発明に係る地熱利用の給電装置の他の実施の形態を示すブロック図である。

この実施の形態の給電装置は、発電手段２に光電変換素子８を有し、発電手段２の光電変換素子８と蓄電池４間には逆流防止手段９が介在している。この逆流防止手段９は、例えば、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタ等の寄生ダイオードを有する素子が使用されて構成され、電圧降下が小さいようにされている。
その他の構成は上記実施の形態と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成した地熱利用の給電装置は、簡単な構成で一年を通して確実に十分な電力を供給できる。

本発明に係る地熱利用の給電装置の実施の形態を示すブロック図である。本発明に係る地熱利用の給電装置の他の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１地熱利用の給電装置
２発電手段
３給熱手段
４蓄電池
５出力変換回路
６熱電変換素子
８光電変換素子

Claims

電力を発生する発電手段と、前記発電手段に地熱を伝達する給熱手段と、蓄電手段とを備える給電装置であって、前記発電手段が熱電変換素子を有し、かつ、前記発電手段の出力側に出力変換回路を備えたことを特徴とする地熱利用の給電装置。
前記給熱手段は地中に埋設されたヒートパイプからなることを特徴とする請求項１に記載の地熱利用の給電装置。
前記発電手段が光電変換素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の地熱利用の給電装置。