JP2012094596A - Light condensing power generator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光を集めて発電する集光発電装置に関する。 The present invention relates to a concentrating power generation apparatus that collects light and generates electric power.
太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽光発電システムでは、光電変換素子が太陽光を受けて温度上昇し、その温度上昇の影響で光電変換効率が低下するという問題がある。 In a photovoltaic power generation system that converts sunlight energy into electric power, there is a problem that the photoelectric conversion element receives sunlight and rises in temperature, and the photoelectric conversion efficiency decreases due to the rise in temperature.
対策として、光電変換素子に気中放熱冷却機構を取付けた構成の集光型太陽光発電装置が知られている(例えば特許文献1) As a countermeasure, a concentrating solar power generation apparatus having a configuration in which an air heat radiation cooling mechanism is attached to a photoelectric conversion element is known (for example, Patent Document 1).
上記の集光型太陽光発電装置は、太陽光を受けるパラボラ反射板の焦点位置に光電変換素子を配置し、その光電変換素子に気中放熱冷却機構を取付けている。この構成では、パラボラ反射板に向かう太陽光の光路上に光電変換素子と気中放熱冷却機構およびその支持部材が存在し、それが光を遮るため、光電変換素子への集光量が少なる。 In the above concentrating solar power generation device, a photoelectric conversion element is disposed at the focal position of a parabolic reflector that receives sunlight, and an air heat radiation cooling mechanism is attached to the photoelectric conversion element. In this configuration, the photoelectric conversion element, the air heat radiation cooling mechanism, and its supporting member exist on the optical path of sunlight toward the parabolic reflector, and the light is blocked, so that the amount of light collected on the photoelectric conversion element is small.
安定した発電を行うためには、光電変換素子への集光量をできるだけ多くすることが望まれる。ただし、集光量が増えると、光電変換素子の温度上昇が大きくなって光電変換効率が低下するため、その温度上昇を抑制する対策が必要となる。 In order to perform stable power generation, it is desirable to increase the amount of light collected on the photoelectric conversion element as much as possible. However, when the amount of light collection increases, the temperature rise of the photoelectric conversion element increases and the photoelectric conversion efficiency decreases, so a measure for suppressing the temperature rise is required.
この発明の目的は、光電変換素子への集光量を多くすることができるとともに、光電変換素子の温度上昇を確実に抑制できる集光発電装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a condensing power generation apparatus that can increase the amount of light condensing on a photoelectric conversion element and reliably suppress the temperature rise of the photoelectric conversion element.
この発明の集光発電装置は、光電変換素子と、この光電変換素子の受光面に光を集める光学レンズと、前記光電変換素子に設けられた自励振動ヒートパイプと、を備える。 A condensing power generation device of the present invention includes a photoelectric conversion element, an optical lens that collects light on a light receiving surface of the photoelectric conversion element, and a self-excited vibration heat pipe provided in the photoelectric conversion element.
この発明によれば、光電変換素子への集光量が多くなるとともに、それに伴う光電変換素子の温度上昇を確実に抑制できる集光発電装置を提供できる。 According to this invention, while the amount of condensing to a photoelectric conversion element increases, the condensing electric power generation apparatus which can suppress reliably the temperature rise of the photoelectric conversion element accompanying it can be provided.
[1]以下、第1の実施形態について説明する。
図1に示すように、架台1の上面にブラケット2を介して基板3の下縁部が回動自在に枢支され、その基板3の下面と架台1の上面との間に支持ロッド4の先端が係止される。そして、基板3の上面に多数の集光発電装置10が縦横に配置される。ブラケット2における基板3の回動位置および基板3に対する支持ロッド4の係止位置を調節することにより、各集光発電装置10を太陽に向く最適な状態に設定することができる。
[1] The first embodiment will be described below.
As shown in FIG. 1, the lower edge of the
各集光発電装置10の構成を図2および図3に示す。
11は光電変換素子で、光が到来する方向に受光面11aを向けて配置され、受光面11aで受けた光をその受光量に対応する大きさの電力に変換して出力する。この光電変換素子11の受光面11aの上方に、その受光面11aに光を集める集光手段として、光学レンズ12が設けられる。
The configuration of each condensing
A
13は伝熱体で、熱伝導性が良好な部材たとえば銅やアルミニウムによって光電変換素子11と略同じ径を有する円柱状に形成され、軸方向端部が光電変換素子11の背面部に取付けられる。そして、伝熱体13の周面に、熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ14が取付けられる。
自励振動ヒートパイプ14は、1本の細管およびその細管に封入された流体とで構成される。細管は、伝熱体13の周面に接する位置とその周面から同伝熱体13の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体13の周方向に沿って螺旋状に繰り返される形状を有する。この細管の各巻回部分は、伝熱体13の周面に接する部分が加熱部(受熱部ともいう)、伝熱体13の周面から離間する部分が冷却部となる。細管内の流体はそれぞれ表面張力によって形成された液状体および蒸気泡からなり、これら液状体および蒸気泡が管軸方向に分布している。なお、エンドレスの細管を用いているが、両端がそれぞれ閉じた非エンドレスの細管を用いてもよい。
The self-excited
太陽光を受けて温度上昇する光電変換素子11の熱は、伝熱体13を介して自励振動ヒートパイプ14の加熱部に伝わり、その加熱部から蒸発潜熱として流体に伝わり、その流体を伝わって冷却部に運ばれ、凝縮潜熱となって気中に放出される。この放熱に伴い、冷却部が冷え、その冷熱が流体を伝わって加熱部に運ばれる。
The heat of the
このとき、自励振動ヒートパイプ14の流体には、加熱部での蒸発作用および冷却部での凝縮作用により、加熱部と冷却部との間を揺れ動く自励的な振動いわゆる自励振動が生じる。すなわち、加熱部で生じる蒸気泡は冷却部へと流れ、冷却部で生じる液状体は加熱部へと流れる。この場合、加熱部から冷却部に向かう蒸気泡の流れ方向はその加熱部から冷却部を見た一方向および他方向においてランダムであり、冷却部から加熱部に向かう液状体の流れ方向もその冷却部から加熱部を見た一方向および他方向においてランダムである。
At this time, in the fluid of the self-excited
この流体の自励振動によって加熱部から冷却部への熱輸送が継続し、光電変換素子11の熱が効率よく気中に放出される。
Due to the self-excited vibration of the fluid, heat transport from the heating part to the cooling part continues, and the heat of the
以上のように、光電変換素子11の受光面11aを光が到来する方向に向け、その受光面11aの上方に集光用の光学レンズ12を設けることにより、より多くの光を光電変換素子11の受光面11aに集めることができる。これにより、光電変換素子11の出力が増大する。
As described above, by directing the
集光量が増えると、それに伴って光電変換素子11の温度上昇が大きくなるが、光電変換素子11に伝熱体13を取付け、その伝熱体13に熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ14を取付けているので、光電変換素子11の熱を効率よく気中に放出できる。これにより、光電変換素子11の温度上昇を確実に抑制でき、ひいては光電変換素子11の光電変換効率の低下を回避することができ、常に安定した発電が可能となる。
As the amount of collected light increases, the temperature rise of the
とくに、自励振動ヒートパイプ14は、伝熱体13の周面に接する位置とその周面から同伝熱体13の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体13の周方向に沿って螺旋状に繰り返される形状を有し、多数の巻回部分が伝熱体13の周面全体を覆うように接するとともに、それぞれの巻回部分の放熱部が互いに離れてその相互間に十分な放熱空間を確保する構成であるから、伝熱体13からの受熱効率に優れるとともに放熱部から気中への放熱効率にも優れ、もともと持っている高い熱輸送性能を最大限に発揮することができる。これにより、光電変換素子11の温度上昇に対する抑制効果がより高まる。
In particular, the self-excited
[2]第2の実施形態について説明する。
図4に示すように、集光発電装置10が太陽に向かって傾斜状態で配置されることに対処し、自励振動ヒートパイプ14の各巻回部分のうち、加熱部が上方で冷却部が下方となる位置関係を持つ少なくとも1つの巻回部分に、逆止弁15が設けられる。
[2] A second embodiment will be described.
As shown in FIG. 4, the concentrating
加熱部が上方で冷却部が下方となる位置関係を持つ巻回部分では、冷却部で凝縮して加熱部の方向(昇り方向)に向かう液状体の流れに対し、重力が加わる。この重力による液状体の落下を抑えるために逆止弁15を設けている。
他の構成、作用、効果は、第1の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
In the winding part having a positional relationship in which the heating part is above and the cooling part is below, gravity is applied to the flow of the liquid material condensed in the cooling part and moving in the direction of the heating part (upward direction). A
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment. Therefore, the description is omitted.
[3]第3の実施形態について説明する。
図5および図6に示すように、伝熱体13の周面に、熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ16が取付けられる。図5は要部を側方から見た図、図6は図5を上方から見た図である。
[3] A third embodiment will be described.
As shown in FIGS. 5 and 6, a self-excited
自励振動ヒートパイプ16の細管は、伝熱体13の周面に接する位置とその周面から同伝熱体13の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体13の軸方向に沿って繰り返され、かつ伝熱体13の周方向における各巻回の位置がその伝熱体の周方向に沿って所定角度ずつずれる形状を有する。この細管の各巻回部分は、伝熱体13の周面の略半分を被うように接する部分が加熱部となり、伝熱体13の周面から離間する部分が冷却部となる。細管内の流体はそれぞれ表面張力によって形成された液状体および蒸気泡からなり、その液状体および蒸気泡が管軸方向に分布している。なお、エンドレスの細管を用いているが、両端がそれぞれ閉じた非エンドレスの細管を用いてもよい。
The thin tube of the self-excited
他の構成は、第1の実施形態に示した図1および図2と同じである。 Other configurations are the same as those in FIGS. 1 and 2 shown in the first embodiment.
光電変換素子11の受光面11aへの集光量が増えることで光電変換素子11の温度上昇が大きくなるが、光電変換素子11に伝熱体13を取付け、その伝熱体13に熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ16を取付けているので、光電変換素子11の熱を効率よく気中に放出できる。これにより、光電変換素子11の温度上昇を確実に抑制でき、ひいては光電変換素子11の光電変換効率の低下を回避することができ、常に安定した発電が可能となる。
Although the temperature rise of the
とくに、自励振動ヒートパイプ16は、伝熱体13の周面に接する位置とその周面から同伝熱体13の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体13の周方向に沿って螺旋状に繰り返され、かつ伝熱体13の周方向における各巻回の位置がその伝熱体の周方向に沿って所定角度ずつずれる形状を有し、多数の巻回部分が伝熱体13の周面全体を覆うように接するとともに、それぞれの巻回部分の放熱部が上下および水平の両方向において互いに離れてその相互間に十分な放熱空間を確保する構成であるから、伝熱体13からの受熱効率に優れるとともに放熱部から気中への放熱効率にも優れ、もともと持っている高い熱輸送性能を最大限に発揮することができる。これにより、光電変換素子11の温度上昇に対する抑制効果がより高まる。
In particular, the self-excited
[4]第4の実施形態について説明する。
図7および図8に示すように、光学レンズ12と光電変換素子11との間に筒状体21が設けられる。筒状体21は、熱伝導性が良好な部材たとえば銅やアルミニウムにより円筒状に形成され、光学レンズ12を経た光が入る開口21aを軸方向一端に有する。この筒状体21の内周面の全域に、その開口21aに入る光を反射により同筒状体21の軸方向他端側に導く反射部材(ホモジナイザーともいう)22が装着される。
[4] A fourth embodiment will be described.
As shown in FIGS. 7 and 8, a
光電変換素子11は、筒状体21の軸方向他端に、かつ受光面11aが開口21aに向く状態に、配設される。
The
筒状体21の開口21aに入る太陽光は、反射部材22で反射されながら筒状体21の軸方向他端側に進み、光電変換素子11の受光面11aに照射される。照射される光の強さは、反射部材22の反射を経ていることにより、受光面11aの全域において一定となる。受光面11aの一点に強い光が集中しない。
Sunlight entering the opening 21 a of the
そして、筒状体21の周面に、熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ14が取付けられる。
And the self-excited
自励振動ヒートパイプ14の細管は、筒状体21の周面に接する位置とその周面から同筒状体21の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が筒状体21の周方向に沿って螺旋状に繰り返される形状を有する。この細管の各巻回部分は、筒状体21の周面に接する部分が加熱部、筒状体21の周面から離間する部分が冷却部となる。この自励振動ヒートパイプ14の構成そのものは、図2および図3に示した第1の実施形態のものと同じである。
The thin tube of the self-excited
以上のように、筒状体21および反射部材22を設けることにより、光電変換素子11の受光面11aに照射される光の強さをその受光面11aの全域において一定にすることができる。
As described above, by providing the
光電変換素子11は熱伝導性が良好な筒状体21に接しており、その筒状体21に熱輸送性能の高い自励振動ヒートパイプ14を取付けているので、光電変換素子11の熱を効率よく気中に放出できる。これにより、光電変換素子11の温度上昇を確実に抑制でき、ひいては光電変換素子11の光電変換効率の低下を回避することができ、常に安定した発電が可能となる。
Since the
とくに、自励振動ヒートパイプ14は、筒状体21の周面に接する位置とその周面から同筒状体21の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が筒状体21の周方向に沿って螺旋状に繰り返される形状を有し、多数の巻回部分が筒状体21の周面全体を覆うように接するとともに、それぞれの巻回部分の放熱部が互いに離れてその相互間に十分な放熱空間を確保する構成であるから、伝熱体13からの受熱効率に優れるとともに放熱部から気中への放熱効率にも優れ、もともと持っている高い熱輸送性能を最大限に発揮することができる。
In particular, the self-excited
[5]第5の実施形態について説明する。
この第5の実施形態は、図5および図6の第3の実施形態と図7および図8の第4の実施形態との組合せに相当するもので、とくに図示していないが、図7および図8に示した筒状体21に対し、自励振動ヒートパイプ14に代えて、図5および図6に示した自励振動ヒートパイプ16が取付けられる構成である。
[5] A fifth embodiment will be described.
The fifth embodiment corresponds to a combination of the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6 and the fourth embodiment shown in FIGS. 7 and 8, and is not particularly shown. In place of the self-excited
この構成によれば、集光に関して第4の実施形態と同じ作用および効果が得られ、放熱に関して第3の実施形態と同じ作用および効果が得られる。 According to this configuration, the same operation and effect as in the fourth embodiment can be obtained with respect to light collection, and the same operation and effect as in the third embodiment can be obtained with respect to heat dissipation.
[6]第6の実施形態について説明する。
この第6の実施形態は、図7および図8に示した第4の実施形態の変形例であり、図9に示すように、自励振動ヒートパイプ14の各巻回部分が筒状体21の側壁に挿通される。
[6] A sixth embodiment will be described.
The sixth embodiment is a modification of the fourth embodiment shown in FIGS. 7 and 8, and as shown in FIG. 9, each winding portion of the self-excited
この構成によれば、筒状体21と自励振動ヒートパイプ14との密着度が増して両者間の伝熱性能が向上するという効果を奏する。
According to this structure, there exists an effect that the adhesiveness of the
他の構成、作用、効果は第4の実施形態と同じである。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment.
[7]第7の実施形態について説明する。
第7の実施形態は、図7および図8に示した第4の実施形態のさらなる変形例であり、図9のように自励振動ヒートパイプ14の各巻回部分が筒状体21の側壁に挿通されるとともに、図10に示すように、筒状体21の側壁とその側壁から出る自励振動ヒートパイプ14の外周面との間にロウ付け部材23がロウ付けされる。
[7] A seventh embodiment will be described.
The seventh embodiment is a further modification of the fourth embodiment shown in FIGS. 7 and 8, and each winding portion of the self-excited
この構成によれば、筒状体21と自励振動ヒートパイプ14との密着度がさらに増して両者間の伝熱性能が向上するという効果を奏する。
According to this structure, there exists an effect that the adhesiveness of the
他の構成、作用、効果は第4の実施形態と同じである。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment.
[8]なお、上記第1乃至第7の実施形態では、太陽光を光電変換する場合を例に説明したが、太陽光に限らず、照明器具の光を光電変換する場合についても同様に実施可能である。
その他、各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
[8] In the first to seventh embodiments, the case of photoelectric conversion of sunlight has been described as an example. However, the present invention is not limited to sunlight and is similarly applied to the case of photoelectric conversion of light from a lighting fixture. Is possible.
In addition, each embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the scope of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…架台、2…ブラケット、3…基板、4…支持ロッド、10…集光発電装置、11…光電変換素子、11a…受光面、12…光学レンズ、13…伝熱体、14…自励振動ヒートパイプ、15…逆止弁、16…自励振動ヒートパイプ、21…筒状体、21a…開口、22…反射部材、23…ロウ付け部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この光電変換素子の受光面に光を集める光学レンズと、
前記光電変換素子に設けられた自励振動ヒートパイプと、
を備えることを特徴とする集光発電装置。 A photoelectric conversion element;
An optical lens that collects light on the light receiving surface of the photoelectric conversion element;
A self-excited vibration heat pipe provided in the photoelectric conversion element;
A condensing power generation device comprising:
前記自励振動ヒートパイプは、前記伝熱体に取付けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の集光発電装置。 A heat transfer body attached to the back surface of the photoelectric conversion element,
The self-excited vibration heat pipe is attached to the heat transfer body,
The condensing power generation device according to claim 1.
前記自励振動ヒートパイプは、前記伝熱体の周面に接する位置とその周面から同伝熱体の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体の周方向に沿って螺旋状に繰り返される形状を有する、
ことを特徴とする請求項2に記載の集光発電装置。 The heat transfer body is formed in a column shape, and the axial end is attached to the back surface portion of the photoelectric conversion element.
The self-excited vibration heat pipe is wound while being reciprocated between a position in contact with the circumferential surface of the heat transfer body and a position spaced from the circumferential surface in the radial direction of the heat transfer body. Has a shape that is repeated spirally along the circumferential direction of the heat transfer body,
The concentrating power generation device according to claim 2.
前記自励振動ヒートパイプは、前記伝熱体の周面に接する位置とその周面から同伝熱体の径方向に離間する位置との間を往復する状態に巻回されつつ、その巻回が伝熱体の軸方向に沿って繰り返され、かつ伝熱体の周方向における各巻回の位置がその伝熱体の周方向に沿って所定角度ずつずれる形状を有する、
ことを特徴とする請求項2に記載の集光発電装置。 The heat transfer body is formed in a column shape, and the axial end is attached to the back surface portion of the photoelectric conversion element.
The self-excited vibration heat pipe is wound while being reciprocated between a position in contact with the circumferential surface of the heat transfer body and a position spaced from the circumferential surface in the radial direction of the heat transfer body. Is repeated along the axial direction of the heat transfer body, and the position of each winding in the circumferential direction of the heat transfer body has a shape shifted by a predetermined angle along the circumferential direction of the heat transfer body,
The concentrating power generation device according to claim 2.
この筒状体の内周面に設けられ、その筒状体の前記開口に入る光を反射により同筒状体の軸方向他端に導く反射部材と、
を備え、
前記光電変換素子は、前記筒状体の軸方向他端に設けられ、前記反射部材により導かれる光を受ける、
前記自励振動ヒートパイプは、前記筒状体に取付けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の集光発電装置。 A cylindrical body with good thermal conductivity, provided between the optical lens and the light receiving surface of the photoelectric conversion element, and having an opening at one end in the axial direction for receiving light passing through the optical lens;
A reflecting member that is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical body and guides light entering the opening of the cylindrical body to the other axial end of the cylindrical body by reflection;
With
The photoelectric conversion element is provided at the other axial end of the cylindrical body and receives light guided by the reflecting member.
The self-excited vibration heat pipe is attached to the cylindrical body,
The condensing power generation device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項5に記載の集光発電装置。 The self-excited vibration heat pipe is wound in a state of reciprocating between a position contacting the side wall of the cylindrical body and a position spaced apart from the side wall in the radial direction of the cylindrical body. Having a shape that spirally repeats along the circumferential direction of the body,
The concentrating power generation device according to claim 5.
ことを特徴とする請求項5に記載の集光発電装置。 The self-excited vibration heat pipe is wound in a state of reciprocating between a position contacting the side wall of the cylindrical body and a position spaced apart from the side wall in the radial direction of the cylindrical body. Repeated along the axial direction of the cylindrical body, and the position of each winding in the circumferential direction of the cylindrical body has a shape shifted by a predetermined angle along the circumferential direction of the cylindrical body,
The concentrating power generation device according to claim 5.
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の集光発電装置。 The self-excited vibration heat pipe is inserted through a side wall of the cylindrical body,
The concentrating power generation device according to claim 6 or 7, wherein
をさらに備えることを特徴とする請求項8に記載の集光発電装置。 A brazing member brazed between a side wall of the cylindrical body and an outer peripheral surface of the self-excited vibration heat pipe coming out of the side wall;
The condensing power generation device according to claim 8, further comprising:
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