JP2011087416A - Solar thermal power generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、熱を電力に変換する熱発電素子に太陽熱を集めて発電を行う集熱型の太陽熱発電装置に関するものである。 The present invention relates to a heat collection type solar thermal power generation apparatus that collects solar heat and generates power in a thermoelectric generation element that converts heat into electric power.
太陽光を利用して発電する場合、太陽光には熱線が含まれているから、その熱線を利用した太陽熱発電装置が従来、開発されている。従来の太陽熱発電装置は、熱発電素子を平板状に配列して発電パネルモジュールを構成し、その発電パネルモジュールを太陽に向けて多数枚配列して構成されている。したがって、この種の発電システムでは、太陽光を受ける面の全体に発電パネルモジュールを敷き詰めることになる。 When power is generated using sunlight, since solar rays contain heat rays, solar thermal power generation devices that use the heat rays have been developed in the past. The conventional solar thermal power generation apparatus is configured by arranging thermoelectric power generation elements in a flat plate shape to constitute a power generation panel module, and arranging a large number of the power generation panel modules facing the sun. Therefore, in this type of power generation system, a power generation panel module is spread over the entire surface that receives sunlight.
そこで例えば特許文献1に記載されている発明は、熱発電装置の冷却水タンクの冷却水面を一定に保つ弁手段からなる構成を有している。また、特許文献2に記載されている発明は、一部の光のみ太陽電池に入射するため太陽光が全て太陽電池に入射しない構成である。そして、特許文献3に記載されている発明もまた熱発電装置の所定の空隙に磁場を発生する手段が備えられている。さらに、特許文献4に記載されている発明もまた熱発電装置の熱交換層を中空配管が構成される。加えて、特許文献5に記載されている発明は太陽光・熱複合発電装置の記載がされているが、太陽熱を直接照射される太陽電池は化合物系の太陽電池に限定されるため装置のコストが高くなるという問題があった。
Therefore, for example, the invention described in
上述した従来の太陽熱発電装置および太陽光発電装置では、目標とする電力を得るための充分な効率が得られていないという問題がある。また、充分な電力を得ようとするとその装置が大型し、コストが嵩む問題がある。 In the conventional solar thermal power generation apparatus and the solar power generation apparatus described above, there is a problem that sufficient efficiency for obtaining target power is not obtained. Further, if sufficient electric power is obtained, the apparatus becomes large and the cost increases.
また、特許文献1ないし5に記載されているように、それぞれの装置において目標とする電力を得るために充分な効率を得ようとすると、その各装置が大型化しコストなどの点で未だ解決するべき技術課題があるのが実情である。
Further, as described in
この発明は上記の技術的背景のもとになされたものであり、この発明は、熱を電力に変換する熱発電素子に太陽熱を集めて発電を行う集熱型発電装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made based on the above technical background, and an object of the present invention is to provide a heat collecting power generation apparatus that collects solar heat and generates power in a thermoelectric power generation element that converts heat into electric power. It is what.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、太陽熱を電力に変換する熱発電部と、反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得る太陽熱発電装置において、前記反射パネルによって太陽熱を集熱する前記熱発電部が設けられ、この熱発電部は熱電変換素子と冷却部とで形成され、この集光部の反射パネルに向かう面と反対側となる面には冷却部が設けられ、この冷却部は冷却管によって形成され、この冷却管の内部には熱輸送媒体が循環流動され、この熱輸送媒体は冷却貯蔵タンクからポンプによって前記冷却管内を循環流動されるように構成されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記冷却管は金属で形成されていることを特徴とする太陽熱発電装置である。 A second aspect of the present invention is the solar thermal power generation apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the cooling pipe is made of metal.
請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記熱輸送媒体は、水で構成されていることを特徴とする太陽熱発電装置である。 A third aspect of the invention is a solar thermal power generation apparatus according to the first or second aspect of the invention, wherein the heat transport medium is made of water.
この発明によれば、太陽熱を電力に変換する熱発電部が反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得ることができる。 According to this invention, electric power can be obtained when the thermoelectric generator that converts solar heat into electric power concentrates the solar heat with the reflection panel.
また、請求項2の発明のように、前記冷却管は金属で形成されていることにより装置全体としての構成を簡素化することができる。
Further, as in the invention of
そして、請求項3の発明のように、前記熱輸送媒体は、水で構成されていることにより冷却のためのコストが低減される。
And as invention of
以下、この発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。この発明の発電装置は、太陽光熱を電力に変換するように構成されており、特に熱を電力に変換する発電部に集中させて、効率良く発電するように構成されている。熱電変換はTEG(サーモエレクトリックジェネレータ)によって構成されている。そして、発電部に対する集熱は、反射によって行ってもよく、あるいは屈折によって行ってもよい。前者の反射によって集熱するための反射パネルは、多数の平面鏡であってもよく、あるいはパラボラ型反射鏡あるいは半円筒状の反射鏡のいずれであってもよい。後者の屈折によって集熱する場合には、たとえばフレネルレンズなどのレンズを用いてもよい。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The power generation apparatus of the present invention is configured to convert solar heat into electric power, and is particularly configured to efficiently generate power by concentrating heat on a power generation unit that converts heat into electric power. Thermoelectric conversion is configured by a TEG (thermoelectric generator). And the heat collection with respect to an electric power generation part may be performed by reflection, or may be performed by refraction. The reflection panel for collecting heat by the former reflection may be a large number of plane mirrors, or may be a parabolic reflection mirror or a semi-cylindrical reflection mirror. When collecting heat by the latter refraction, for example, a lens such as a Fresnel lens may be used.
第1の実施例について図1において説明すると、断面形状がパラボラ型をなす反射パネル1によって熱発電部2が焦点位置に配置されている。そして、この熱発電部2を構成される熱電変換素子であるTEG(サーモエレクトリックジェレネーター)3(以下、TEG3という)に集熱するように反射パネル1の焦点の位置にこのTEG3が配置されている。この反射パネル1とTEG3との相対位置は固定されていることが好ましく、反射パネル1を支えているフレーム4によって熱発電部2を支えるように構成されている。ここで、TEG3は、その材料としてビスマス・テルルで構成されている。
The first embodiment will be described with reference to FIG. 1. A
反射パネル1は太陽に対して正対するように配置されており、したがって太陽の移動に追従するように図示しない追尾装置(あるいはヘリオスタット)によって設置角度が調整されるようになっている。また、反射パネル1の角度は、太陽に追尾するように逐次変更されるので、TEG3に対する集熱状態が常時維持される。しかし、常に正確に太陽熱を集熱しなくともおおよその太陽熱の焦点で熱を発生させることができるから、厳密な反射パネル1の調節は必要ない。
The
この反射パネル1は、多数のパラボラ型反射板1aを長手方向に並べて伸びるいわば半円筒状の形状を有している。この反射パネル1の焦点位置にはこの反射パネル1の長手方向に沿って太陽光が反射して照射する側の面に熱電変換素子であるTEG3につながるパイプ5が配置されている。このパイプ5は柔軟な金属(例えば、銅)管あるいはプラスチック管で構成されている。そしてこのパイプ5の内部には図示しない水(冷却水)もしくは冷却液が循環流動できるように充填されている。
The
前記パイプ5内を循環流動できるように充填される水を冷却するための蓄冷材が冷却貯蔵タンク6に充分に蓄えられている。この冷却貯蔵タンク6には、フィン7が形成されていて、冷却効果を高めている。そして、冷却水は、例えば電動ポンプ8でパイプ内を循環流動するように構成されている。この冷却貯蔵タンク6内に配設される管は金属管(例えば銅管)で構成されている。前記蓄冷材は後述するPEG(ポリエチレングリコール)によって形成されている。特にこの蓄冷材はPEG♯1000を用いて形成されている。この冷却貯蔵タンク6は図面では反射パネル1のそばに配置されているが、実際には太陽熱の直射から遮蔽された位置に配置されている。
A cold storage material for cooling the water filled so as to be able to circulate and flow in the
前記熱発電部2を同図の拡大図で示すと、熱発電部2の下側面つまり反射パネル1の焦点方向に熱電変換素子であるTEG3が配置されている。そして、その熱発電部2の下側の面であるTEG3と反対側面である上側部分を冷却管9とする。そして、この冷却管9は、金属(例えば、銅)で形成されている。そして、その冷却管9の内部に前記冷却水が循環流動するように構成されている。
When the
上記構成の熱発電装置の作用について説明すると、前記TEG3が熱発電部2の下側つまり反射パネル1の焦点方向に配置されている。そして、その熱発電部2の下側面のTEG3とその反対側面である冷却管9にはその内部に前記の冷却水が循環流動することによって温度差が生じる。このとき、より高温となるTEG3に対して冷却のための冷却水は、その流速を前記電動ポンプ8によって変える(速める)必要がある。そして、熱発電部2の下側面であるTEG3とその反対側面である冷却管9との温度差によるゼーベック効果によって電力が発生する。そして、例えば夜間など太陽熱が照射されない時間帯には冷却貯蔵タンク6は、フィン7等を介してその内部に充填されている蓄冷材の冷却を行うようにしてもよい。
The operation of the thermoelectric generator having the above configuration will be described. The
次に、第2の実施例を示す。第2実施例は、前記第1実施例の図面(図1)または図2を用いて説明する。第2実施例は前記図1で示したように断面形状がパラボラ型をなす反射パネル1によって熱発電部2を構成するTEG3に集熱するように構成した例であり、その反射パネル1の焦点の位置にTEG3が配置されている。これら反射パネル1とTEG3との相対位置は固定されていることが好ましく、反射パネル1を支えているフレーム4によって熱発電部2をも支えるように構成されている。
Next, a second embodiment is shown. The second embodiment will be described with reference to the drawing (FIG. 1) or FIG. 2 of the first embodiment. The second embodiment is an example in which the
反射パネル1は太陽に対して正対するように配置されており、したがって太陽の移動に追従するように図示しない追尾装置(あるいはヘリオスタット)によって設置角度が調整されるようになっている。また、反射パネル1の角度は、太陽に追尾するように逐次変更されるので、TEG3に対する集熱状態が常時維持される。
The
この反射パネル1は、多数のパラボラ型反射板1aを長手方向に並べて伸びるいわば半円筒状の形状を有している。この反射パネル1の焦点位置にはこの反射パネル1の長手方向に沿って太陽熱が反射して照射する側の面にTEG3を配置する。そしてそのTEG3の反対側面となる位置に冷却管9が配置されている。前述のごとくこの冷却管9は金属(例えば、銅)管で構成されている。そしてこの冷却管9の内部9aには図示しない冷却水もしくは冷却液が循環流動できるように充填されている。
The
前記冷却管内9aを循環流動できるように充填される水を冷却するための蓄冷材が冷却貯蔵タンク6に充分蓄えられている。この冷却貯蔵タンク6には、フィン7が形成されていて、冷却効果を高めている。この冷却貯蔵タンク6内に配設される管は金属管(例えば銅管)で構成されている。そして、冷却水は例えば電動ポンプ8で冷却管内9aを循環流動するように構成されている。この冷却貯蔵タンク6は図面では反射パネル1のそばに配置されているが、実際には太陽光の直射から遮蔽された位置に配置されている。
A cool storage material for cooling the water filled so as to be able to circulate and flow in the
前記冷却管9を図2で示すと、熱発電部2を構成する前記冷却管9の下側面つまり反射パネル1の焦点方向にTEG3が配置されている。そして、その熱発電部2のTEG3と反対側面である冷却管9にはその内部9aに前記冷却水が循環流動するように構成されている。
When the
前記第2の実施例の構成の発電装置の作用について説明すると、この冷却貯蔵タンク6から延びるパイプ5の一端に設けられた例えば電動ポンプ8によって冷却水を強制的に循環流動させる。この循環流動する冷却水は、前述のごとくより高温となるTEG3に対して、冷却のための冷却水の流速を電動ポンプ8によって変化させる(速める)必要がある。そして、冷却管9の内部9aを冷却水が流動することにより前記反射パネル1からの太陽熱の照射による熱変換素子であるTEG3とその反対側面の冷却管9を冷却することとなる。この熱発電部2の下面(TEG3)と上面(冷却管9)との温度差によるゼーベック効果によって電力が発生する。
The operation of the power generation device having the configuration of the second embodiment will be described. For example, the cooling water is forcibly circulated and flowed by, for example, the
また、PEG(ポリエチレングリコール)の基本特性の表を図3に示す。この図で示すPEGのうち本発明の蓄冷材を構成するのは主にPEG♯1000である。
A table of basic characteristics of PEG (polyethylene glycol) is shown in FIG. Of the PEG shown in this figure,
1…反射パネル、 2…熱発電部、 3…TEG、 4…フレーム、 5…パイプ、 6…冷却貯蔵タンク、 7…フィン、 8…電動ポンプ、 9…冷却管。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記反射パネルによって太陽熱を集熱する前記熱発電部が設けられ、この熱発電部は熱電変換素子と冷却部とで形成され、
この集光部の反射パネルに向かう面と反対側となる面には冷却部が設けられ、この冷却部は冷却管によって形成され、この冷却管の内部には熱輸送媒体が循環流動され、
この熱輸送媒体は冷却貯蔵タンクからポンプによって前記冷却管内を循環流動されるように構成されていることを特徴とする太陽熱発電装置。 In a solar power generation device that obtains electric power by concentrating solar heat with a reflective panel, and a thermoelectric generator that converts solar heat into electric power,
The thermoelectric generator that collects solar heat by the reflective panel is provided, and the thermoelectric generator is formed of a thermoelectric conversion element and a cooling unit,
A cooling part is provided on the surface opposite to the surface facing the reflection panel of the light collecting part, the cooling part is formed by a cooling pipe, and a heat transport medium is circulated and flown inside the cooling pipe,
The solar thermal power generation apparatus, wherein the heat transport medium is configured to circulate and flow in the cooling pipe by a pump from a cooling storage tank.
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