JP2012136053A - Power generation apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation apparatus that can eliminate decrease of power generation due to regolith on the moon and mulfunction of a drive mechanism and can compensate battery power consumption required during a night.SOLUTION: The power generation apparatus includes: a plurality of power generation panels that are composed of an outer panel and an internal panel inserted between thermoelectric conversion elements and are arranged for each of the panels to intersect; a thermally conductive part that is thermally connected to the internal panel of the power generation panel; a heat exchanging part that is thermally connected to part of the thermally conductive part; and a power control device that is connected to the thermoelectric conversion elements.

Description

本発明は、例えば月面上で利用される、発電装置に関するものである。   The present invention relates to a power generation device used on the moon surface, for example.

現在、宇宙用の発電システムは、太陽電池パドルを用いたシステムが主流である。   At present, the power generation system for space is mainly a system using a solar cell paddle.

太陽電池パドルは、文字通りパドル上に取り付けた太陽電池パネルを太陽方向に正対させることで、最も効率的に太陽光エネルギーを電力に変換する光電変換システムである。この太陽電池パドルを、電力の途中補給が困難な人工衛星や宇宙ステーション等の宇宙機に搭載することで、軌道上での発電により電力を供給することが可能となる。   The solar cell paddle is a photoelectric conversion system that converts solar energy into electric power most efficiently by literally facing a solar cell panel mounted on the paddle in the solar direction. By mounting this solar cell paddle on a spacecraft such as an artificial satellite or a space station where it is difficult to replenish power during power supply, power can be supplied by power generation in orbit.

現在、太陽電池セルの発電効率の高いものは35.8%であり、この発電効率の良いセルを使用した太陽電池パドルは、実装率(実際にパネルにセルを設置できる面積率)を80%としても、太陽光強度を約1300W/m2(遠日点)とした場合、約373W/m2となる。 Currently, solar cells with high power generation efficiency of solar cells are 35.8%, and solar cell paddles using cells with good power generation efficiency can be installed even if the mounting rate (the area ratio where cells can actually be installed on the panel) is 80%. When the sunlight intensity is about 1300 W / m 2 (far day point), it becomes about 373 W / m 2 .

これは、現在軌道上で稼動している衛星が使用している太陽電池パドルの、2倍近い数値である(軌道上では200W/m2程度)。 This is nearly twice the number of solar cell paddles used by satellites currently operating in orbit (about 200 W / m 2 in orbit).

通常、軌道上では太陽電池パドルを太陽と正対させるため、パドルに駆動機構を設け、太陽電池パドルを太陽方向に向けるように駆動する。また、スピン衛星のように衛星周辺に太陽電池パネルを張り、どの方向から太陽光が入射しても電力が発生するような構成もある。パドル駆動機構がある場合は、太陽電池パネルの重量は適正となるが、太陽電池パネルの他にパドル駆動機構が必要となる。スピン衛星の場合、太陽電池パネルは本来必要な発生電力より数倍多くの面積が必要となり、重量的に重くなっていた。   Usually, in order to make the solar cell paddle face the sun in orbit, a drive mechanism is provided in the paddle, and the solar cell paddle is driven to face the sun. In addition, there is a configuration in which a solar cell panel is stretched around the satellite, such as a spin satellite, and electric power is generated no matter which direction the sunlight enters. When there is a paddle drive mechanism, the weight of the solar cell panel is appropriate, but a paddle drive mechanism is required in addition to the solar cell panel. In the case of a spin satellite, the solar cell panel requires an area several times larger than the originally required generated power and is heavier in weight.

このような技術を用いて、月面に発電システムを構築するには、相当な質量の資材を地球から月面上に運び、月面で組立てる必要があった。   In order to construct a power generation system on the moon using such a technique, it was necessary to carry a considerable mass of material from the earth onto the moon and assemble it on the moon.

また、人工衛星の発電に、深宇宙に飛翔する探査衛星用の原子力電池を利用することも考えられるが、原子力を利用することから月面での有人作業を伴う場合には、多くの安全装置や放射線の防護対策などが必要となり、かつ地上での打上げ作業にも同等の対策が必要になる。つまり、射場設備、ロケットの安全性、宇宙機クルー及び月面作業クルー等の安全対策等の観点から、個別の効率を上げるために数多くの課題を生じる。   In addition, it is conceivable to use nuclear batteries for exploration satellites that fly into the deep space for the power generation of artificial satellites. And radiation protection measures are required, and equivalent measures are also required for launch operations on the ground. In other words, from the viewpoint of launching facilities, rocket safety, safety measures for spacecraft crews, lunar work crews, etc., many problems arise in order to increase individual efficiency.

一方、人工衛星用に熱電変換素子をパネルに組み付けて、発電を行うシステムが知られている。このような例として、例えば特許文献1〜3が開示されている。特許文献1及び2は、主に熱電変換素子を如何にしてパネル上に組み付け、効率を上げるかが主目的であり、発電システムとして着目したものではない。   On the other hand, a system for generating electricity by attaching a thermoelectric conversion element to a panel for an artificial satellite is known. As such an example, for example, Patent Documents 1 to 3 are disclosed. In Patent Documents 1 and 2, the main purpose is mainly to increase the efficiency by assembling the thermoelectric conversion element on the panel and is not intended as a power generation system.

また、特許文献3は、人工衛星の放熱面上に熱電変換素子を貼り付け、高熱側に衛星の負荷部品を用いて、電気を回生する技術を開示している。しかし、特許文献3は、熱電変換素子のモジュール面積だけの放熱を行うことになっており、もし同サイズの面積で放熱可能であれば、モジュール内側の高熱側の衛星熱源の熱量がそもそも大きくないことを示すものである。逆に熱電変換モジュールの内側の熱量が大きければ、熱電変換素子はヒートポンプであり、いずれ外面に熱が伝達してしまい、内外の温度差は生じないものとなる。つまり、特許文献3の発明だけでは実効的には効力を発しない。また、特許文献3では熱電変換モジュールの特性である温度差と電圧の相関性について触れておらず、依然アイデアの域を出ていない。   Patent Document 3 discloses a technique for regenerating electricity by attaching a thermoelectric conversion element on the heat dissipation surface of an artificial satellite and using a load component of the satellite on the high heat side. However, Patent Document 3 is supposed to radiate only the module area of the thermoelectric conversion element. If heat can be radiated in the same size area, the amount of heat of the satellite heat source on the high heat side inside the module is not large in the first place. It shows that. On the other hand, if the amount of heat inside the thermoelectric conversion module is large, the thermoelectric conversion element is a heat pump, and heat is transferred to the outer surface, and there is no temperature difference between the inside and outside. That is, the invention of Patent Document 3 alone is not effective effectively. Further, Patent Document 3 does not touch on the correlation between the temperature difference and the voltage, which is a characteristic of the thermoelectric conversion module, and has not left the idea.

さらに、熱電変換素子に関する構成を示したものとして特許文献4乃至7があるが、これらは何れも、宇宙用に供されることを示したものではない。   Further, Patent Documents 4 to 7 show configurations related to thermoelectric conversion elements, but none of them indicates that they are used for space.

一方、地上での熱電変換を利用した発電システムとして、海洋発電システムが知られている。海面下1000m程度の深海には10℃の温度で安定した海水があり、海洋上の水温が常に25℃であることから、この温度差を利用して発電を行うシステムが研究されている。しかし、熱電素子を使用するものは、発電効率から実用的ではないとされている。その理由は、地上での熱電変換は、海洋深層水や温泉などの流体を熱源として採取し、地表近くの流体との温度差を利用して発電するため、必然的に最低温度は0℃以下になれず、温度差が限定される。また、地熱のような高温の熱源を得るためには、システムを設置できる地域が限定されるなどの制約が多い。さらに、これらの温度差を利用するならば、アンモニアを利用したタービン型の発電機を利用した方がはるかに効率的であるとされている。   On the other hand, an ocean power generation system is known as a power generation system using thermoelectric conversion on the ground. In the deep sea about 1000m below sea level, there is seawater that is stable at a temperature of 10 ° C, and the water temperature on the ocean is always 25 ° C. Therefore, a system that uses this temperature difference to generate electricity has been studied. However, those using thermoelectric elements are considered impractical because of power generation efficiency. The reason for this is that ground thermoelectric conversion uses fluids such as deep ocean water and hot springs as heat sources, and generates electricity using the temperature difference with fluids near the surface of the earth. The temperature difference is limited. Moreover, in order to obtain a high-temperature heat source such as geothermal heat, there are many restrictions such as a limited area where the system can be installed. Furthermore, if these temperature differences are used, it is said that it is much more efficient to use a turbine generator using ammonia.

そのため、熱電変換素子による発電は、効率の悪さから設備設置費用との経済性がつりあわず、従前では使用されることがなかった。   For this reason, the power generation by the thermoelectric conversion element is not used in the past because of the inefficiency and the economic efficiency of the equipment installation cost is not balanced.

また、海洋温度差発電と同様に冷却側のシステムが必要な構成の発電システムとして特許文献8などがあげられるが、同様に温度差が限定されるため、発電効率が悪いという欠点がある。   Further, Patent Document 8 and the like can be cited as a power generation system having a configuration that requires a cooling system as in the case of ocean temperature difference power generation. However, since the temperature difference is similarly limited, there is a drawback in that power generation efficiency is poor.

特開平7−283443 傾斜構造素子を用いた超高効率エネルギー変換装置Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-283443 Ultra-high efficiency energy conversion device using inclined structure element 特開平2006−108480 自己発電型パネルJapanese Patent Laid-Open No. 2006-108480 Self-generating panel 特許番号 第2973996号 宇宙機の電力回収構造Patent No. 2973996 Spacecraft power recovery structure 特開昭63−128681 熱電変換装置JP-A 63-128681 Thermoelectric converter 特開2003−258323 熱電素子JP-A-2003-258323 Thermoelectric Element 特開2004−281666 熱電変換デバイスJP-A-2004-281666 Thermoelectric Conversion Device 特開平4−30586 熱電装置JP-A-4-30586 Thermoelectric device 特開2001−53322 発電装置及び情報処理機器Patent application title: POWER GENERATION DEVICE AND INFORMATION PROCESSING DEVICE

月面では、月自転周期に対応して、約14.8日の昼と夜が発生する。日照中は大気がないため、太陽光輻射を受け、月面は最高110℃(383K)まで温度が上昇する。また、夜間は宇宙空間へ熱放射が行われるため、最低-170℃(103K)まで温度が低下する。   On the lunar surface, about 14.8 days of day and night occur corresponding to the moon rotation period. Since there is no air in the sunshine, the sun rises up to 110 ° C (383K) due to solar radiation. In addition, since heat is radiated into outer space at night, the temperature drops to a minimum of -170 ° C (103K).

そのため、月面で作業を実施しようとすると、夜間に月面での作業を行う、もしくは月面に設置され移動させることができない各種機器は、低温による不具合を保温しておく必要が生じ、保温ヒータによる電力の消費が不可避になる。   For this reason, when trying to work on the moon, various devices that work on the moon at night or cannot be moved on the moon need to be kept warm for defects caused by low temperatures. Power consumption by the heater becomes inevitable.

このような月面において、太陽電池パドルを用いて発電システムを組む場合、以下のような状況と、それに伴う課題がある。   In such a lunar surface, when a power generation system is assembled using solar cell paddles, there are the following situations and problems associated therewith.

月面の太陽光強度は大気がほとんどないため、軌道上と同様と考える。しかし、月面は軌道上と違う環境として、レゴリスと呼ばれる推積層が表面を覆っている。レゴリスはいわゆる月の砂といわれるもので、非常に細かい粒子であり、有人探査の際、宇宙服の継ぎ目に侵入したものであり、駆動系に対して障害になる可能性のある物質である。   The lunar sunlight intensity is almost the same as in orbit because there is almost no air. However, the lunar surface has an environment different from that on orbit, and a layer called a regolith covers the surface. Regolith is called so-called lunar sand, it is a very fine particle, and it penetrates into the joint of space suits during manned exploration and is a substance that can be an obstacle to the driving system.

月面上で太陽電池パドルを使用する場合、太陽電池パドルを組み立てる際や周辺で月面作業者(有人である場合)や、月面作業車(有人、無人含む)などがレゴリスを巻き上げることがある。レゴリスは非常に粒子が細かいため、太陽電池パドルの表面に付着し、発生電力の低下や、太陽電池パドルを可動する駆動部に入り込み、駆動部の不具合による発生電力低下の原因にもなり得る。これらを解消するために、駆動部を持たない固定式の太陽電池パドルも考慮されているが、太陽電池パドルを構成する太陽電池パネルの大型化もしくは数量増を招くことになる。   When using solar cell paddles on the moon surface, lunar workers (if manned) and lunar work vehicles (including manned and unmanned) may roll up regolith when assembling solar cell paddles and around is there. Since regolith is very fine particles, it attaches to the surface of the solar cell paddle and can cause a decrease in generated power or a drive unit that moves the solar cell paddle, which can cause a decrease in generated power due to a malfunction of the drive unit. In order to solve these problems, a fixed solar cell paddle having no drive unit is also considered, but this leads to an increase in the size or quantity of solar cell panels constituting the solar cell paddle.

また、太陽電池パドルは、一番電力が必要になる夜間には発電できないため、日照中に夜間に使用する分の電力もバッテリに蓄電し、夜間に電力を供給する必要がある。そのため、太陽電池パドルは日照中に使用する電力量を賄うに必要な面積に加えて、夜間の消費電力分を蓄電するために必要な電力を発生させるための面積を必要とする。これは宇宙機器が地上から資材を輸送する前提を考慮すると、輸送する質量が大きくなるという問題を招く。   Further, since the solar cell paddle cannot generate power at night when the most power is required, it is necessary to store the power for use at night during sunshine in the battery and supply the power at night. Therefore, the solar cell paddle needs an area for generating electric power necessary for storing the amount of electric power consumed at night in addition to an area necessary for covering the amount of electric power used during sunshine. This causes a problem that the mass to be transported becomes large in consideration of the assumption that space equipment transports materials from the ground.

本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、月面上での発生電力の低下を抑制するとともに、夜間の所要バッテリ消費電力を補うことを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress a decrease in generated power on the moon and to supplement required battery power consumption at night.

本発明による発電装置は、熱電変換素子を間に挟む外面パネル及び内面パネルからなり、互いに交差して配置された複数枚の発電パネルと、上記発電パネルの内面パネルに熱的に接続された熱伝導部と、上記熱伝導部の一部に熱的に接続された熱交換部と、上記熱電変換素子に接続された電力制御装置とを備えたものである。
また、上記熱電変換素子は、上記外面パネルと内面パネルの温度差に応じて発電する。
また、上記熱交換部は、月面の地中に埋設されて利用される。
また、上記電力制御装置は、上記熱電変換素子の電極の極性を切替えるスイッチを有する。
A power generation device according to the present invention includes an outer panel and an inner panel sandwiching a thermoelectric conversion element therebetween, a plurality of power generation panels arranged to cross each other, and heat thermally connected to the inner panel of the power generation panel. A conduction part, a heat exchange part thermally connected to a part of the heat conduction part, and a power control device connected to the thermoelectric conversion element are provided.
The thermoelectric conversion element generates power according to the temperature difference between the outer panel and the inner panel.
Moreover, the said heat exchange part is embed | buried under the surface of the moon surface and utilized.
The power control device has a switch for switching the polarity of the electrode of the thermoelectric conversion element.

本発明によれば、月面での日照部分と日陰部分の温度差を電気エネルギーに変換して発電する発電装置を構成し、冷却側に月面への放熱部を配置することにより、日照中に太陽電池と同じ面積で大きな電力を発生させることができる。また、太陽電池パドルが発電できなかった日陰中にも発電することができる。   According to the present invention, the power generation device configured to generate electric power by converting the temperature difference between the sunshine part and the shade part on the moon surface into electric energy, and by disposing the heat radiation part to the moon surface on the cooling side, In addition, large electric power can be generated in the same area as the solar cell. It is also possible to generate electricity during the shade when the solar cell paddle could not generate electricity.

本発明に係る実施の形態1の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の構成を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows the structure of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structure of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1における発電パネルの温度遷移図である。It is a temperature transition figure of the electric power generation panel in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1における発電パネルの発生電力遷移図である。It is the generated electric power transition diagram of the electric power generation panel in Embodiment 1 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態1における発電パネルの発生電圧遷移図である。It is a generated voltage transition diagram of the power generation panel according to the first embodiment of the present invention. 本発明に係る実施の形態2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の構成を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows the structure of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の温度遷移図である。It is a temperature transition diagram of Embodiment 2 concerning the present invention. 本発明に係る実施の形態2の発生電力遷移図である。It is the generated electric power transition diagram of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の発生電圧遷移図である。It is the generated voltage transition diagram of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態2の総合発生電力遷移を示す図である。It is a figure which shows the total generated electric power transition of Embodiment 2 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Embodiment 3 which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態3の構成を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows the structure of Embodiment 3 which concerns on this invention.

実施の形態1.
図1乃至図4は、本発明に係る実施の形態1による発電装置の構成を示す。図1は実施の形態1による発電装置の断面図であり、図2は実施の形態1による発電装置の鳥瞰図である。図1及び図2に示す発電装置は、月面の赤道上に設置することを想定した第1の実施例の月面発電装置を構成している。図3は、実施の形態1による発電装置の発電パネルの構成を示す断面図であり、図4は実施の形態1の回路構成図である。また、図5は実施の形態1における発電パネルの温度遷移図であり、図6は実施の形態1における発電パネルの発生電力遷移図であり、図7は実施の形態1における発電パネルの発生電圧遷移図である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 4 show a configuration of a power generator according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the power generator according to the first embodiment, and FIG. 2 is a bird's-eye view of the power generator according to the first embodiment. The power generator shown in FIGS. 1 and 2 constitutes the lunar power generator of the first embodiment, which is assumed to be installed on the lunar equator. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of the power generation panel of the power generation apparatus according to the first embodiment, and FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the first embodiment. 5 is a temperature transition diagram of the power generation panel according to the first embodiment, FIG. 6 is a power generation transition diagram of the power generation panel according to the first embodiment, and FIG. 7 is a generated voltage of the power generation panel according to the first embodiment. It is a transition diagram.

図において、実施の形態1の発電装置は、複数枚の発電パネル8と、地下熱伝導部5と、熱交換部6と、電力制御装置7と、ケーブル10から構成される。図1及び図2の例では、8枚の発電パネル8(8a〜8h)が、所定の角度(例えば22.5度)をなして互いに交差して配置されるとともに、発電パネル8(8a〜8h)の端部同士が近接して設置されている。隣接した発電パネル8(8a〜8h)の端部間は断熱されている。8枚の発電パネル8(8a〜8h)は、太陽の移動に合せて順次太陽と正対するように、月面上に線対称形状に配置されている。最端部に位置する発電パネル8(8a、8h)の端部は、縁部9に接続されている。   In the figure, the power generation device of the first embodiment includes a plurality of power generation panels 8, an underground heat conduction unit 5, a heat exchange unit 6, a power control device 7, and a cable 10. In the example of FIGS. 1 and 2, eight power generation panels 8 (8a to 8h) are arranged so as to cross each other at a predetermined angle (for example, 22.5 degrees), and the power generation panels 8 (8a to 8h) are arranged. 8h) end parts are installed close to each other. The ends of adjacent power generation panels 8 (8a to 8h) are thermally insulated. The eight power generation panels 8 (8a to 8h) are arranged in a line-symmetric shape on the moon surface so as to face the sun sequentially as the sun moves. The end of the power generation panel 8 (8a, 8h) located at the extreme end is connected to the edge 9.

発電パネル8は、図3に示すようにそれぞれる外面パネル1(1a〜1h)と、内面側に接合された熱電変換素子2(2a〜2h)と、熱電変換素子2を外面パネル1と挟み込むように接合された内面パネル3(3a〜3h)とから構成される。熱電変換素子2は、外面パネル1(1a〜1h)と内面パネル3(3a〜3h)の温度差に応じて発電する熱電対を構成する。外面パネル1及び内面パネル3は、熱伝導率の良い素材(例えばアルミニウムや銅等の合金)により組成され、表面を熱吸収し易いように加工し、黒色塗装してある。特に、外部パネル1の太陽正対面は熱吸収の良い材質または表面処理がなされている。また、外面パネル1(1a〜1h)は太陽輻射熱吸収面を構成し、太陽輻射熱吸収面の裏面に熱電変換素子2(2a〜2h)の高温側が設置されることとなる。また、熱電変換素子2の低温側に内面パネル3(3a〜3h)が設置されることとなる。   As shown in FIG. 3, the power generation panel 8 sandwiches the outer panel 1 (1 a to 1 h), the thermoelectric conversion element 2 (2 a to 2 h) joined to the inner surface side, and the thermoelectric conversion element 2 with the outer panel 1. It is comprised from the inner surface panel 3 (3a-3h) joined in this way. The thermoelectric conversion element 2 constitutes a thermocouple that generates power according to the temperature difference between the outer panel 1 (1a to 1h) and the inner panel 3 (3a to 3h). The outer panel 1 and the inner panel 3 are made of a material having good thermal conductivity (for example, an alloy such as aluminum or copper), processed so that the surface can easily absorb heat, and painted black. In particular, the solar facing surface of the external panel 1 is made of a material with good heat absorption or a surface treatment. Moreover, the outer surface panel 1 (1a-1h) comprises a solar radiation heat absorption surface, and the high temperature side of the thermoelectric conversion element 2 (2a-2h) will be installed in the back surface of a solar radiation heat absorption surface. Moreover, the inner surface panel 3 (3a-3h) will be installed in the low temperature side of the thermoelectric conversion element 2. FIG.

図2に示すように、内面パネル3(3a〜3h)には地上熱伝導部4が接合されている。地上熱伝導部4は、帯状の熱良導性の板から構成され、各内面パネル3(3a〜3h)の内面に沿って配置される。地上熱伝導部4の端部は縁部9を介して地下熱伝導部5に接合されている。地下熱伝導部5は熱良導性の棒状部材から構成されている。地下熱伝導部5の下部には地下熱と熱交換を行うための熱交換部6が設けられている。これによって、地上熱伝導部4及び地下熱伝導部5を介して、発電パネル8と熱交換部6の間で熱交換が行われる。熱交換部6は、放熱フィンを構成する三角形状の板からなり、地下熱伝導部5の軸線に対して放熱フィンが垂直に突き出すように、地下熱伝導部5に放射状に取り付けられている。熱交換部6は、地下熱伝導部5を介して伝導される熱を放射する放射面および/または月面下に放熱をする放熱杭を構成する。熱電変換素子2は、ケーブル10により発生した電力を制御及び蓄電する電力制御装置7に接続されている。電力制御装置7は、図示しないケーブルを介し図示しない外部の負荷に接続される。   As shown in FIG. 2, the ground heat conduction part 4 is joined to the inner surface panel 3 (3a-3h). The ground heat conduction part 4 is comprised from a strip | belt-shaped heat conductive board, and is arrange | positioned along the inner surface of each inner surface panel 3 (3a-3h). The end of the ground heat conduction part 4 is joined to the underground heat conduction part 5 via the edge 9. The underground heat conduction part 5 is comprised from the heat-conductive rod-shaped member. A heat exchanging unit 6 for exchanging heat with underground heat is provided at the lower part of the underground heat conducting unit 5. Thus, heat exchange is performed between the power generation panel 8 and the heat exchange unit 6 via the ground heat conduction unit 4 and the underground heat conduction unit 5. The heat exchanging part 6 is made of a triangular plate constituting a heat radiating fin, and is radially attached to the underground heat conducting part 5 so that the heat radiating fin protrudes perpendicularly to the axis of the underground heat conducting part 5. The heat exchanging section 6 constitutes a radiation plane that radiates heat conducted through the underground heat conduction section 5 and / or a heat radiation pile that radiates heat below the moon surface. The thermoelectric conversion element 2 is connected to a power control device 7 that controls and stores power generated by the cable 10. The power control device 7 is connected to an external load (not shown) via a cable (not shown).

次に、図2、4について、電力制御装置7の基本的な動作を説明する。
熱電変換素子2(2a〜2h)にケーブル10が接続され、電力制御装置7と熱電変換素子2(2a〜2h)との間の電気的な接続がなされている。図2において、各熱電変換素子2a〜2hとケーブル10間の接続は図示していないが、熱電変換素子2a〜2h毎にそれぞれ対応するケーブル10が接続され、電力制御装置7に接続されている。熱電変換素子2(2a〜2h)の一方の電極は正極もしくは負極を構成し、他方の電極は一方の電極とは逆の極性を構成する。
Next, the basic operation of the power control device 7 will be described with reference to FIGS.
The cable 10 is connected to the thermoelectric conversion element 2 (2a to 2h), and an electrical connection is made between the power control device 7 and the thermoelectric conversion element 2 (2a to 2h). In FIG. 2, the connection between the thermoelectric conversion elements 2 a to 2 h and the cable 10 is not shown, but the corresponding cable 10 is connected to each of the thermoelectric conversion elements 2 a to 2 h and connected to the power control device 7. . One electrode of the thermoelectric conversion element 2 (2a to 2h) constitutes a positive electrode or a negative electrode, and the other electrode constitutes a polarity opposite to that of the one electrode.

熱電変換素子2の一方の電極から入力された導線7j上に電圧計7aが接続されており、電圧計7aには、スイッチ切替器7bが接続されている。また、熱電変換素子2から入力された導線7jは、スイッチ7cに接続され、スイッチの接続状態を切り替えることにより、電流経路を切り替えるようになっている。スイッチ7cは、四つの端子S1〜S4から構成され、第1接続状態では、S1とS2が接続されるとともにS3とS4が接続される。また、スイッチ7cの第2接続状態では、S2とS3が接続されるとともにS1とS4が接続される。導線7jはスイッチ7cの端子S2に接続されている。また、熱電変換素子2の他方の電極に入力される導線7kはスイッチ7cの端子S4に接続されている。   A voltmeter 7a is connected to the conducting wire 7j input from one electrode of the thermoelectric conversion element 2, and a switch switch 7b is connected to the voltmeter 7a. Moreover, the conducting wire 7j input from the thermoelectric conversion element 2 is connected to the switch 7c, and the current path is switched by switching the connection state of the switch. The switch 7c includes four terminals S1 to S4. In the first connection state, S1 and S2 are connected and S3 and S4 are connected. In the second connection state of the switch 7c, S2 and S3 are connected and S1 and S4 are connected. The conducting wire 7j is connected to the terminal S2 of the switch 7c. The conducting wire 7k input to the other electrode of the thermoelectric conversion element 2 is connected to the terminal S4 of the switch 7c.

スイッチ切替器7bは、電圧計7aが検出した電圧の正負により、スイッチ7cを切り替えるように接続されている。また、スイッチ7cの端子S3は配線7gに接続されており、配線7gの下流側は電力を消費する図示しない負荷に接続されている。配線7gにおけるこの負荷とスイッチ7cの間には、充放電制御部7eが接続されており、充放電制御部7eはバッテリ7dに接続されている。バッテリ7dは、この負荷が消費する電力が発生電力より小さい場合に余剰電力を蓄積する。充放電制御部7eは、このバッテリ7dの充放電の制御を行う。スイッチ7cの下流側には、DC/DC変換器7fが設けられており、下流に対して一定の電圧で電力を供給するようになっている。DC/DC変換器7fはスイッチ7cの端子S1に接続される。   The switch switch 7b is connected so as to switch the switch 7c depending on whether the voltage detected by the voltmeter 7a is positive or negative. The terminal S3 of the switch 7c is connected to the wiring 7g, and the downstream side of the wiring 7g is connected to a load (not shown) that consumes power. A charge / discharge control unit 7e is connected between the load in the wiring 7g and the switch 7c, and the charge / discharge control unit 7e is connected to the battery 7d. The battery 7d accumulates surplus power when the power consumed by the load is smaller than the generated power. The charge / discharge control unit 7e controls charge / discharge of the battery 7d. A DC / DC converter 7f is provided on the downstream side of the switch 7c, and power is supplied to the downstream with a constant voltage. The DC / DC converter 7f is connected to the terminal S1 of the switch 7c.

次に、実施の形態1に係る発電装置の動作について説明する。
月の環境条件は、大気がほとんどないので、太陽輻射による熱入力と日陰部分の輻射による放熱が著しいため、日照部分が最高120℃(393K)で、日陰部分が最低−157℃(116K)になる。つまり、赤道上で平面の部分であれば、日の出直後が最低の−157℃(116K)となり、月の正午が最高の120℃(393K)になる。
Next, the operation of the power generator according to Embodiment 1 will be described.
The environmental condition of the moon is that there is almost no atmosphere, so heat input by solar radiation and heat radiation by the radiation of the shaded part are remarkable, so the sunshine part is at a maximum of 120 ° C (393K) and the shaded part at a minimum of -157 ° C (116K) Become. In other words, if it is a flat part on the equator, the minimum is -157 ° C (116K) right after sunrise, and the highest noon of the moon is 120 ° C (393K).

また、月の表面のレゴリスは熱伝導効率が悪く、月面から1m程の地中で-30℃(243K)でほぼ一定に保たれている。   Also, the regolith on the surface of the moon has poor heat conduction efficiency and is kept almost constant at -30 ° C (243K) in the ground about 1 m from the moon surface.

まず、発電パネル8aに太陽光が入射する日照時の場合について説明する。
発電パネル8aに太陽光が入射すると、その太陽輻射により外面パネル1の温度が上昇する。温度上昇は外面パネル1の表面状態と材質の熱容量により定まる。例えば、実施例の外面パネル1を構成する材質をアルミニウムと仮定すると、135℃(408K)まで温度が上昇する。
First, the case of sunshine when sunlight enters the power generation panel 8a will be described.
When sunlight enters the power generation panel 8a, the temperature of the outer panel 1 rises due to the solar radiation. The temperature rise is determined by the surface state of the outer panel 1 and the heat capacity of the material. For example, assuming that the material constituting the outer surface panel 1 of the embodiment is aluminum, the temperature rises to 135 ° C. (408 K).

一方、内面パネル3は環境条件的に-170℃(103K)に置かれるが、月面下1m以下に設置された熱交換部6の環境温度-30℃(243K)より熱を受け、地下熱伝導部5及び地上熱伝導部4を介して時間経過とともに-30℃(243K)になる。   On the other hand, the inner panel 3 is placed at -170 ° C (103K) in terms of environmental conditions, but receives heat from the environmental temperature -30 ° C (243K) of the heat exchanger 6 installed 1m or less below the lunar surface. The temperature becomes −30 ° C. (243 K) with the passage of time through the conduction part 5 and the ground heat conduction part 4.

太陽光が外面パネル1に入射して最も温度が上昇し、外面パネル1の温度が135℃(408K)に上昇した時点でも、内面パネル3の初期温度は-30℃(243K)であり、外面パネル1が135℃(408K)になった時点での温度差は165℃(165K)である。   Even when sunlight enters the outer panel 1 and the temperature rises the most and the temperature of the outer panel 1 rises to 135 ° C (408K), the initial temperature of the inner panel 3 is -30 ° C (243K). The temperature difference when the panel 1 reaches 135 ° C. (408K) is 165 ° C. (165K).

この温度差により熱電変換素子2から電力が発生する。発生した電力は、ケーブル10により電力制御装置7に送られ、電力制御装置7から所定の負荷もしくは余剰電力をバッテリ7dに充電する。   Electric power is generated from the thermoelectric conversion element 2 due to this temperature difference. The generated power is sent to the power control device 7 through the cable 10, and the battery 7d is charged with a predetermined load or surplus power from the power control device 7.

ここで、熱電変換素子2の機能はヒートポンプであり、長時間使用すると熱電変換素子2を介して熱量が内面パネル3に移動することになる。内面パネル3の温度が上昇すると、温度差がなくなり、起電力が低下してしまう。そこで、実施の形態1の発電装置においては、この外面パネル1から熱電変換素子2を介して移動する熱量を、地上熱伝導部4及び地下熱伝導部5を介して熱交換部6に伝導し、熱交換部6から-30℃(243K)の月面下に放熱する。これにより、内面パネル3は安定した温度環境を維持することができるようになる。   Here, the function of the thermoelectric conversion element 2 is a heat pump, and the amount of heat moves to the inner panel 3 via the thermoelectric conversion element 2 when used for a long time. When the temperature of the inner panel 3 increases, the temperature difference disappears and the electromotive force decreases. Therefore, in the power generation apparatus of the first embodiment, the amount of heat transferred from the outer panel 1 via the thermoelectric conversion element 2 is conducted to the heat exchange unit 6 via the ground heat conduction unit 4 and the underground heat conduction unit 5. Then, heat is dissipated from the heat exchanging section 6 to below the moon surface at -30 ° C (243K). As a result, the inner surface panel 3 can maintain a stable temperature environment.

逆に、外面パネル1に太陽が入射しない場合は、これと逆の事象が発生する。ここでは、発電パネル8aに太陽光が入射しない日陰時の場合について説明する。
上述のように内面パネル3は、月面下の温度環境より-30℃(243K)の安定した温度環境を保持することとなる。一方、外部に曝露されている外面パネル1は、月面は-170℃(103K)及び環境は宇宙空間の-270.25℃(2.75K)となっている。そのため、外面パネル1aは、その表面及び材質の熱特性から最大-182℃(91K)まで低下する。つまり、内面パネル3と外面パネル1の温度差は極性が反転するが152℃(152K)となる。
Conversely, when the sun does not enter the outer panel 1, an opposite event occurs. Here, the case of the shade where sunlight does not enter the power generation panel 8a will be described.
As described above, the inner panel 3 maintains a stable temperature environment of −30 ° C. (243 K) from the temperature environment below the lunar surface. On the other hand, the external panel 1 exposed to the outside has a lunar surface of −170 ° C. (103K) and an environment of −270.25 ° C. (2.75K) in outer space. Therefore, the outer surface panel 1a is reduced to a maximum of -182 ° C (91K) due to the thermal characteristics of the surface and the material. That is, the temperature difference between the inner panel 3 and the outer panel 1 is 152 ° C. (152 K) although the polarity is reversed.

日照時が(外面パネル1の温度)>(内面パネル3の温度)に対して、日陰時は(外面パネル1の温度)<(内面パネル3の温度)と、温度差の極性が逆転する。そのため、発電素子2が発生する電力も、日照時と日陰時で電圧の極性が逆転する。そこで、電力制御装置7は、熱電変換素子2で起電した電力の電圧の極性を電圧計7aにより検知し、スイッチ切替器7bを制御し、スイッチ7cにより電力制御装置7の下流に接続された図示しない負荷に対して、極性(HOT,RETURN)が変わらないように電力を供給している。スイッチ7cのHOT側の下流には負荷への出力から分岐してバッテリ7dに対して充放電を制御する充放電制御部7eが設けられている。これにより、負荷が消費する電力が、発電パネル8aが供給できる電力より下回ったときは充電し、上回ったときは放電するように制御される。   The polarity of the temperature difference is reversed when the sunlight is (temperature of the outer panel 1)> (temperature of the inner panel 3) and when it is in the shade (temperature of the outer panel 1) <(temperature of the inner panel 3). For this reason, the polarity of the voltage generated by the power generation element 2 is also reversed between sunshine and shade. Therefore, the power control device 7 detects the polarity of the voltage of the power generated by the thermoelectric conversion element 2 by the voltmeter 7a, controls the switch switch 7b, and is connected downstream of the power control device 7 by the switch 7c. Electric power is supplied to a load (not shown) so that the polarity (HOT, RETURN) does not change. A charge / discharge control unit 7e that branches from the output to the load and controls the charge / discharge of the battery 7d is provided downstream of the switch 7c on the HOT side. As a result, control is performed such that charging is performed when the power consumed by the load is lower than the power that can be supplied by the power generation panel 8a, and discharging is performed when the power is higher.

この月面上に設けられた発電装置は、熱電変換効率が良いとされる市販の熱電変換モジュールを用いて発電した場合、以下の発電能力を示す。熱電変換モジュールは、50mm×50mm×4.2mmで、温度差250℃で24Wの発電能力がある。これを1平方メートルあたりの発電量に換算すると、モジュールの実装率を80%とした場合、7680W/m2となる。 The power generation device provided on the surface of the moon exhibits the following power generation capacity when power is generated using a commercially available thermoelectric conversion module that has good thermoelectric conversion efficiency. The thermoelectric conversion module is 50mm x 50mm x 4.2mm and has a power generation capacity of 24W with a temperature difference of 250 ° C. When this is converted into the amount of power generated per square meter, it is 7680 W / m 2 when the module mounting rate is 80%.

熱電変換効率は、温度差の二乗に比例することから、日照時の温度差165℃の場合、3348W/m2となる。 Since the thermoelectric conversion efficiency is proportional to the square of the temperature difference, the temperature difference is 3348 W / m 2 when the temperature difference is 165 ° C. during sunlight.

日陰時には、この逆の減少が発生する。内面パネルが-30℃となり、外面パネルが-182℃(91K)となり、152℃(152K)の温度差となり、電圧の極性は反対になるが、同様に2848W/m2の電力を発生する。 This reverse decrease occurs during the shade. The inner panel is -30 ° C, the outer panel is -182 ° C (91K), the temperature difference is 152 ° C (152K), and the polarity of the voltage is opposite, but it also generates 2848W / m 2 of power.

上述の説明はピーク時の発生電力を述べているが、月の自転により発電パネル8に順次太陽光が照射されていくため、太陽光入射強度が入射角度により変化し、外面パネル1の温度変化となる。そのため、外面パネル1の温度遷移により、発電パネル8a〜8hの発生電力も遷移していく。   Although the above description describes the generated power at the peak time, since the solar panel is sequentially irradiated with sunlight by the rotation of the moon, the sunlight incident intensity varies depending on the incident angle, and the temperature change of the outer panel 1 It becomes. Therefore, the generated power of the power generation panels 8a to 8h also changes due to the temperature transition of the outer panel 1.

図5(a)は発電パネル8a〜8hと月面の温度遷移を示し、図5(b)は発電パネル8a〜8hのパネル内外の温度差を示す。図6(a)は各発電パネル8a〜8hの発生電力の推移を示し、図6(b)は各発電パネル8a〜8hの発生電圧を合計した発電装置全体の発生電力の推移を示す。図7は発電パネル8a〜8hの発生電圧を示す。図中の横軸の数値は、新月から新月までの月齢を示しており、7.2月齢から22.7月齢が昼、それ以外が夜となっている。さらに、図7の発電パネル8a〜8hの電圧については、数値が実際の負荷に必要となる電圧(0V〜60V)に近づけるために、上記モジュールを直列に10個接続した状態で表示している。   Fig.5 (a) shows the temperature transition of the power generation panels 8a-8h and the moon surface, and FIG.5 (b) shows the temperature difference inside and outside the power generation panels 8a-8h. FIG. 6A shows the transition of the generated power of each of the power generation panels 8a to 8h, and FIG. 6B shows the transition of the generated power of the entire power generation apparatus in which the generated voltages of the respective power generation panels 8a to 8h are totaled. FIG. 7 shows the generated voltages of the power generation panels 8a to 8h. The numbers on the horizontal axis in the figure indicate the age from the new moon to the new moon, with 7.2 to 22.7 months being noon and the rest being night. Further, the voltages of the power generation panels 8a to 8h in FIG. 7 are displayed in a state where 10 modules are connected in series so that the numerical value approaches the voltage (0V to 60V) required for the actual load. .

図5に示す通り、日陰時には発電パネル8a〜8hの温度がマイナスとなり、日照時に遷移すると温度が急上昇する。また、この温度変化に応じて、図7に示す通り日陰から日照に掛けて発電パネル8a〜8hの極性が反転する。しかし、図6(a)(b)に示す通り、日陰から日照に掛けて何れかの発電パネル8a〜8hが電力を発生しており、日陰時の発生電力の方が日照時の発生電力よりも高めになっている。また、日陰から日照に遷移した直後、または日照から日陰に遷移する直前に、発生電力が低下して極小となる。   As shown in FIG. 5, the temperature of the power generation panels 8a to 8h becomes negative during the shade, and the temperature rapidly rises when transitioning during the sunshine. Further, in accordance with this temperature change, the polarity of the power generation panels 8a to 8h is reversed from the shade to the sunshine as shown in FIG. However, as shown in FIGS. 6A and 6B, any one of the power generation panels 8a to 8h generates power from the shade to the sunshine, and the generated power in the shade is more than the generated power in the sunshine. Is also higher. Further, immediately after the transition from the shade to the sunshine, or immediately before the transition from the sunshine to the shade, the generated power decreases and becomes minimal.

図8(a)(b)は、このような温度の遷移がなされるときの電力制御装置7の内部の動作を示す。また、図9は発電パネル8aの外部パネル1aの温度、外部パネル1aと内部パネル3aの温度差、熱電変換素子2aの発生電力及び電圧の遷移を示す。
なお、図4の回路図から判る通り、発電パネル8a〜8hにそれぞれ対応して図8のような回路が構成されるが、説明を明瞭にするために、図8では発電パネル8a単体での動作を図示するものとする。
FIGS. 8A and 8B show the internal operation of the power control apparatus 7 when such a temperature transition is performed. Moreover, FIG. 9 shows the transition of the temperature of the external panel 1a of the power generation panel 8a, the temperature difference between the external panel 1a and the internal panel 3a, the generated power and voltage of the thermoelectric conversion element 2a.
As can be seen from the circuit diagram of FIG. 4, a circuit as shown in FIG. 8 is configured corresponding to each of the power generation panels 8a to 8h. However, in order to clarify the explanation, FIG. 8 shows the power generation panel 8a alone. The operation shall be illustrated.

図9のグラフから判るように、温度差と発生電力及び電圧には相関がある。上記のように発生電力は、温度差の二乗に比例し、電圧は(温度差)×(ゼーベック係数)にて導かれる。   As can be seen from the graph of FIG. 9, there is a correlation between the temperature difference and the generated power and voltage. As described above, the generated power is proportional to the square of the temperature difference, and the voltage is derived from (temperature difference) × (Seebeck coefficient).

特に電圧については、温度差により変化が著しいため、図8(a)(b)に示すように電力制御装置7の内部にDC/DC変換器7fを設置し、負荷及びバッテリに供給する電力を一定の電圧に変換している。   In particular, since the voltage changes significantly due to the temperature difference, a DC / DC converter 7f is installed inside the power control device 7 as shown in FIGS. It is converted to a constant voltage.

また、温度差と熱電変換素子2の電圧の極性には相関があり、外部パネル1と内部パネル3の温度差が逆転した時点で電圧も逆転するため、図8(a)(b)のように電力制御装置7内部の電圧計7aにおいて電圧を測定し、その符号によってスイッチ7cを切替えるよう、スイッチ切替器7bが設けられている。図8(a)では、スイッチ7cが接点端子S1とS2間と、接点端子S3とS4間をそれぞれ接続している(第1接続状態)。一方、図8(b)では、スイッチ7cが接点端子S1とS4間と、接点端子S3とS2間をそれぞれ接続している(第2接続状態)。このように電力制御装置7は、電圧計7aで計測した電圧極性の反転に応じて、熱電変換素子2の電極とスイッチ7cの接続を切替えることにより、熱電変換素子2の電圧極性の逆転に合わせて接続される負荷の極性を切替えることができる。   In addition, since there is a correlation between the temperature difference and the polarity of the voltage of the thermoelectric conversion element 2, the voltage is also reversed when the temperature difference between the external panel 1 and the internal panel 3 is reversed, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). Further, a switch switch 7b is provided so that a voltage is measured by a voltmeter 7a inside the power control device 7 and the switch 7c is switched according to the sign. In FIG. 8A, the switch 7c connects between the contact terminals S1 and S2 and between the contact terminals S3 and S4 (first connection state). On the other hand, in FIG. 8B, the switch 7c connects between the contact terminals S1 and S4 and between the contact terminals S3 and S2 (second connection state). In this way, the power control device 7 switches the connection between the electrode of the thermoelectric conversion element 2 and the switch 7c in accordance with the reversal of the voltage polarity measured by the voltmeter 7a, so as to match the reversal of the voltage polarity of the thermoelectric conversion element 2. The polarity of the connected load can be switched.

このように電力制御装置7を設けることで、発生電力を安定して負荷へ供給することができる。   By providing the power control device 7 in this way, the generated power can be stably supplied to the load.

以上説明した通り、実施の形態1による発電装置は、太陽輻射熱吸収面と、太陽輻射熱吸収面の裏面を高温側として設置された熱電変換素子と、熱電変換素子の低温側に設置された熱伝導部と、熱伝導部を介して熱を放射する放射面および/または月面下に放熱をする放熱杭から構成されることを特徴とする。
この構成によって、月面での日照部分と日陰部分の温度差を電気エネルギーに変換して発電する発電装置を構成し、冷却側に月面への放熱部を配置することにより、日照中に太陽電池と同じ面積で大きな電力を発生させることができる。また、太陽電池パドルが発電できなかった日陰中にも発電することができる。
また、これによって、月面の昼夜の温度差と、地中の安定した温度を活用することで、安定した発電を実現するとともに、地球から輸送する資源を最小とする発電装置を提供することができる。
As described above, the power generation apparatus according to Embodiment 1 includes the solar radiation heat absorption surface, the thermoelectric conversion element installed on the back side of the solar radiation heat absorption surface as the high temperature side, and the heat conduction installed on the low temperature side of the thermoelectric conversion element. Part and a radiation surface which radiates heat via a heat conduction part and / or a heat radiation pile which radiates heat under the moon surface.
This configuration constitutes a power generation device that generates electricity by converting the temperature difference between the sunshine and shade on the moon into electrical energy, and by disposing a heat dissipation part to the moon on the cooling side, Large electric power can be generated in the same area as the battery. It is also possible to generate electricity during the shade when the solar cell paddle could not generate electricity.
In addition, this makes it possible to provide a power generation device that realizes stable power generation and minimizes resources transported from the earth by utilizing the temperature difference between the day and night of the moon and a stable temperature in the ground. it can.

なお、発電パネル8は、図1に示すように8枚に限ることはなく、日照時に何れかの発電パネルが日照を受けるように、互いに交差して配置された複数枚の発電パネルから構成されれば良い。また、複数枚の発電パネルが線対称形状や、正多面体を構成するように配置されても良い。また、月面上を半球状に覆うように、半球ドーム型に360度全周に配置されても良い。   The power generation panel 8 is not limited to eight as shown in FIG. 1, and is composed of a plurality of power generation panels arranged so as to cross each other so that any one of the power generation panels receives sunlight during sunshine. Just do it. Further, the plurality of power generation panels may be arranged so as to form a line-symmetric shape or a regular polyhedron. Moreover, you may arrange | position at 360 degree | times all around in a hemispherical dome shape so that the lunar surface may be covered hemispherically.

実施の形態2.
図10乃至図12は、本発明に係る実施の形態2による発電装置を示す。図10は実施の形態2による発電装置の発電パネルの構成を示す断面図であり、図11は実施の形態2による発電装置の断面図であり、図12は実施の形態2による発電装置の鳥瞰図である。また、図13は実施の形態2における発電パネルの総合発生電力遷移を示す図である。実施の形態2の発電装置も、月面の赤道上に設置することを想定した第2の実施例の月面発電装置を構成する。
Embodiment 2. FIG.
10 to 12 show a power generator according to Embodiment 2 of the present invention. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the power generation panel of the power generation apparatus according to the second embodiment, FIG. 11 is a cross-sectional view of the power generation apparatus according to the second embodiment, and FIG. 12 is a bird's-eye view of the power generation apparatus according to the second embodiment. It is. FIG. 13 is a diagram showing a total generated power transition of the power generation panel according to the second embodiment. The power generator of Embodiment 2 also constitutes the lunar power generator of the second example that is assumed to be installed on the equator of the moon.

図10に示すように外面パネル11の内側に熱電変換素子12を接合し、かつその熱電変換素子12に内面パネル13を接合して、発電パネルを構成している。内面パネル13は、外面パネル11と同様な素材から形成されている。この外面パネル11、熱電変換素子12、内面パネル13は、発電パネル18(18a,18b,18c)を構成する。外面パネル11は、例えば熱伝導効率の良い素材(例えばアルミニウムや銅等の合金)により組成され、表面を熱吸収し易いように加工し、黒色塗装してある。また、外面パネル11は、内面パネル13より巾を大きくしてある。これは月軌道が地球軌道面に対して、約5度傾いているため、内面パネル13に太陽光が入射しないようにすると同時に熱入力を大きくするためである。外面パネル11と内面パネル13の間に挟みこみ接合された熱電変換素子12から、図示しないケーブルを介して、電力が出力される。   As shown in FIG. 10, a thermoelectric conversion element 12 is joined to the inside of the outer panel 11, and an inner panel 13 is joined to the thermoelectric conversion element 12 to constitute a power generation panel. The inner panel 13 is formed from the same material as the outer panel 11. The outer panel 11, the thermoelectric conversion element 12, and the inner panel 13 constitute a power generation panel 18 (18a, 18b, 18c). The outer surface panel 11 is composed of, for example, a material having a good heat conduction efficiency (for example, an alloy such as aluminum or copper), and the surface is processed so as to easily absorb heat and is painted black. The outer panel 11 is wider than the inner panel 13. This is because the lunar orbit is inclined about 5 degrees with respect to the earth's orbital surface, so that sunlight is not incident on the inner panel 13 and at the same time the heat input is increased. Electric power is output from the thermoelectric conversion element 12 sandwiched and joined between the outer panel 11 and the inner panel 13 via a cable (not shown).

発電パネル18は、図11及び図12に示すように配置される。発電パネル18aと発電パネル18bは、90度より大きく180度よりも小さい角度(鈍角)を成して配置され、発電パネル18bと発電パネル18cは、90度前後の角度を成して配置される。発電パネル18(18a,18b,18c)における内面パネル13側には、その端縁部において地上熱伝導部14が接合されている。地上熱伝導部14は、内面パネル13の熱を地下熱伝導部15に伝導する熱伝導板が、内面パネル13の縁部に立設している。地上熱伝導部14は、月面に設置する部分で地中に埋設される地下熱伝導部15に接合されている。地下熱伝導部15は、1m以上の長さを有した熱良導性の棒状部材から構成され、1mを超えた部分に熱交換板16を接合している。熱交換板16は、放熱フィンを構成する三角形状の板からなり、放熱フィンが地下熱伝導部15の軸線に対し垂直かつ放射状に突き出るように、地下熱伝導部15に取り付けられている。電力制御装置17は、ケーブル20を介して発電パネル18に接続されている。   The power generation panel 18 is arranged as shown in FIGS. 11 and 12. The power generation panel 18a and the power generation panel 18b are arranged at an angle (obtuse angle) larger than 90 degrees and smaller than 180 degrees, and the power generation panel 18b and the power generation panel 18c are arranged at an angle of about 90 degrees. . The ground heat conduction part 14 is joined to the inner panel 13 side of the power generation panel 18 (18a, 18b, 18c) at the edge. In the ground heat conduction part 14, a heat conduction plate that conducts the heat of the inner panel 13 to the underground heat conduction part 15 stands on the edge of the inner panel 13. The terrestrial heat conduction part 14 is joined to the underground heat conduction part 15 buried in the ground at a portion installed on the moon surface. The underground heat conduction part 15 is composed of a heat-conducting rod-like member having a length of 1 m or more, and a heat exchange plate 16 is joined to a part exceeding 1 m. The heat exchange plate 16 is formed of a triangular plate that constitutes a heat radiating fin, and is attached to the underground heat conduction unit 15 such that the heat radiating fin protrudes perpendicularly and radially to the axis of the underground heat conduction unit 15. The power control device 17 is connected to the power generation panel 18 via the cable 20.

地上熱伝導部14は、発電パネル18(18a,18b,18c)間の熱交換を実施するように熱伝導率の高い部材(カーボンナノチューブ等)もしくはヒートパイプなどを組み込み、発電パネル18、熱交換板16との間の熱交換を実施する。   The ground heat conduction unit 14 incorporates a member having high thermal conductivity (such as carbon nanotube) or a heat pipe so as to perform heat exchange between the power generation panels 18 (18a, 18b, 18c). A heat exchange with the plate 16 is performed.

熱交換板16は、月面下1mへ熱を効率よく逃がすため表面積を大きく取るものである。また、日陰中は月面下1mの安定した熱を内面パネルまで移動させることができる。   The heat exchange plate 16 has a large surface area for efficiently releasing heat to 1 m below the lunar surface. Also, during the shade, it can move the stable heat of 1m below the lunar surface to the inner panel.

断熱材19は、発電パネル18a,18b,18cの外面パネル11a、11b、11c間の熱移動と、月面と発電パネル18a、18cとの熱移動を、抑制するために設けられている。   The heat insulating material 19 is provided to suppress heat transfer between the outer surface panels 11a, 11b, and 11c of the power generation panels 18a, 18b, and 18c and heat transfer between the moon surface and the power generation panels 18a and 18c.

次に、実施の形態2に係る発電装置の動作について説明する。実施の形態2による発電装置は、実施の形態1による発電装置と同様の作用を有する。   Next, the operation of the power generator according to Embodiment 2 will be described. The power generation device according to the second embodiment has the same operation as the power generation device according to the first embodiment.

一方、実施の形態1の発電装置においては、最大発電力と最小発電力の差異が最小5kWから最大29.5kWと開いている。月面上では夜間にヒータ電力の負荷が大きくなることが予想され、夜間に最大発電力が大きくなることは効果的である。しかし、余りに大きな発生電力差は、余剰電力の蓄積のため、バッテリの大型化を招き、本来の課題の解決に反することになる。そこで、この実施の形態2の発電装置では、パネル角度を調整することで、昼夜の発生電力差を少なくしている。   On the other hand, in the power generator according to Embodiment 1, the difference between the maximum generated power and the minimum generated power is as wide as 5kW minimum and 29.5kW maximum. On the moon, it is expected that the heater power load will increase at night, and it is effective to increase the maximum power generation at night. However, an excessively large generated power difference causes an increase in the size of the battery due to the accumulation of surplus power, which is contrary to the solution of the original problem. Therefore, in the power generation device of the second embodiment, the difference in generated power between day and night is reduced by adjusting the panel angle.

図13は、実施の形態2による発電装置の発生電力パターンを示す。最大11.5kW、最小3.6kWで最大発生電力差が約3倍に抑えられている。また、昼夜の平均も日照中平均5.3kW、日陰中平均9.1kWと1.7倍程度に抑えられている。
このように最大発生電力差を抑えることで、バッテリ7dのバッテリサイズの大型化を抑制することができる。
FIG. 13 shows a generated power pattern of the power generator according to the second embodiment. The maximum generated power difference is suppressed to about 3 times with a maximum of 11.5kW and a minimum of 3.6kW. The average of daytime and nighttime is about 1.7 times that of 5.3kW during sunshine and 9.1kW during the shade.
By suppressing the maximum generated power difference in this way, it is possible to suppress an increase in the battery size of the battery 7d.

なお、実施の形態2は、3枚の同サイズのパネル構成の例について説明したが、これはサイズやパネルの傾きを限定するものではなく、必要な負荷の消費電力の遷移パターンに合せて、単数もしくは複数のパネルを角度や駆動機構を組合せて実行しても良い。   Although the second embodiment has been described with respect to an example of three panel configurations having the same size, this does not limit the size or the inclination of the panel, and in accordance with the transition pattern of necessary power consumption of the load, One or a plurality of panels may be executed in combination with an angle or a driving mechanism.

実施の形態3.
図14及び図15は、この発明に係る実施の形態3による発電装置の構成を示す図である。実施の形態3による発電装置は、極域に設置された第3の実施例を示している。
Embodiment 3 FIG.
14 and 15 are diagrams showing the configuration of the power generation device according to Embodiment 3 of the present invention. The power generation apparatus according to Embodiment 3 shows a third example installed in the polar region.

南北の極域では、真横から太陽光が入射するため、図14及び図15に示すように、発電パネルを多角形状またはリング様に組み合わせるか、或いは対となる発電パネルを相対して配置させ、発電パネルの法線が月面に対し水平に配置されるように配置したものを使用する。なお、実施の形態3では説明を容易にするために周辺に障害物がないことを想定している。   In the north and south polar regions, since sunlight enters from the side, as shown in FIGS. 14 and 15, the power generation panels are combined in a polygonal shape or a ring shape, or the power generation panels to be paired are arranged relative to each other. Use the one that is arranged so that the normal line of the power generation panel is horizontal to the lunar surface. In the third embodiment, it is assumed that there are no obstacles in the vicinity for ease of explanation.

外面パネル21a〜hの内面に熱電変換素子22a〜h、その内面に内面パネル23a〜hが接合されている。外面パネル21a〜hは、図示しない断熱材により断熱されており、内面パネル23a〜hは互いに熱的に接合されている。また、外面パネル21a〜hの高さは、熱電変換素子22a〜h、内面パネル23a〜hの高さよりも縦方向に長い。これは月面の軌道傾斜角5.1454度により、太陽光が円筒内部に入射しないように、パネル高さに差を設けたからである。図14において、図左側より太陽光が入射してきたときの入射線を破線で示している。   Thermoelectric conversion elements 22a-h are joined to the inner surfaces of the outer panels 21a-h, and inner panels 23a-h are joined to the inner surfaces thereof. The outer surface panels 21a to 21h are thermally insulated by a heat insulating material (not shown), and the inner surface panels 23a to 23h are thermally joined to each other. Moreover, the height of the outer surface panels 21a-h is longer in the vertical direction than the height of the thermoelectric conversion elements 22a-h and the inner surface panels 23a-h. This is because the difference in the panel height is set so that sunlight does not enter the cylinder due to the orbit inclination angle 5.1454 degrees of the lunar surface. In FIG. 14, the incident line when sunlight enters from the left side of the figure is indicated by a broken line.

内面パネル23a〜hは、地上熱伝導部であるブーム24により、円筒部中心にある支柱25に接合されている。支柱25は、地上熱伝導部と地下熱伝導部を一体的な構造としたものであり、月面に立設している。支柱25は月面下1m以上にその先端を埋設し、1m以下の部分に熱交換部26を有している。熱交換部26は複数の放熱フィンから構成されている。また、支柱25は、内部に熱伝導部を有しており、地下の熱を内面パネル23に伝えている。月面表面と外面パネル21a〜hの間の隙間は、月面からの太陽反射光が内部パネルに入射しないように、断熱材29により遮蔽されている。   The inner panels 23a to 23h are joined to a column 25 at the center of the cylindrical portion by a boom 24 that is a ground heat conduction portion. The support column 25 is an integral structure of the ground heat conduction part and the underground heat conduction part, and stands on the moon surface. The support | pillar 25 embeds the front-end | tip under 1 m or less of the moon surface, and has the heat exchange part 26 in the part 1 m or less. The heat exchange unit 26 is composed of a plurality of heat radiation fins. Moreover, the support | pillar 25 has a heat conductive part inside, and is transmitting the heat | fever of underground to the inner surface panel 23. FIG. The gap between the lunar surface and the outer panels 21a-h is shielded by a heat insulating material 29 so that solar reflected light from the lunar surface does not enter the inner panel.

また、熱変換素子22a〜hは図示しない電力制御装置に接続されている。電力制御装置の構成は、実施の形態1の電力制御装置7に準じている。   The heat conversion elements 22a to 22h are connected to a power control device (not shown). The configuration of the power control apparatus conforms to the power control apparatus 7 of the first embodiment.

また、円筒上部には内面パネル23a〜hと接触しない放熱面31があり、支柱25と熱スイッチ32を介してつながっている。   In addition, a heat radiating surface 31 that does not come into contact with the inner surface panels 23a to 23h is provided at the upper portion of the cylinder, and is connected to the support column 25 via a thermal switch 32.

熱スイッチ32は、図示しないスイッチ制御回路が接続され、スイッチ制御回路は内面パネルに設置された同じく図示しない熱センサに接続されている。   The thermal switch 32 is connected to a switch control circuit (not shown), and the switch control circuit is connected to a thermal sensor (not shown) installed on the inner panel.

次に、実施の形態3に係る発電装置の動作について説明する。
実施の形態1、2においては、日照中は外面パネル21a〜dから地中に熱移動し、日陰中は地中から内面パネル23a〜hへ熱移動することで熱交換が行われていた。しかし、実施の形態3では、実施の形態1、2の発電装置とは異なり、常に半分の面が太陽光の入射を受けることとなる。そのため、内面パネル23a〜hの熱交換において、内面パネル23a〜hを-30℃に安定させることに終始している。
Next, the operation of the power generator according to Embodiment 3 will be described.
In the first and second embodiments, heat exchange is performed by heat transfer from the outer panels 21a to 21d to the ground during sunshine, and heat transfer from the ground to the inner panels 23a to 23h during the shade. However, in the third embodiment, unlike the power generation devices of the first and second embodiments, half the surface is always subjected to sunlight. Therefore, in the heat exchange of the inner surface panels 23a to h, the inner surface panels 23a to 23h are constantly stabilized at -30 ° C.

そのため、太陽光の入射する外面パネル21a〜dからの熱を地中に逃がし、同時に日陰面となる外面パネル21e〜h側については地中からの熱を内面パネル23e〜hに伝えるという、相反する作用をもつことになる。これは明らかに矛盾しているため、実施の形態3において、支柱25は、外面パネル21a〜dの熱を移動させるためではなく、内面パネル23a〜hの温度を安定化させるための媒体として作用する。   Therefore, heat from the outer panels 21a to 21d on which sunlight is incident is released into the ground, and at the same time, the outer panel 21e to h which is a shaded surface transmits heat from the ground to the inner panels 23e to 23h. Will have the effect of Since this is clearly contradictory, in the third embodiment, the column 25 acts not as a medium for moving the heat of the outer panels 21a to 21d but as a medium for stabilizing the temperature of the inner panels 23a to 23h. To do.

したがって、外面パネル21a〜dに入射した太陽光熱量は、接合された内面パネル23a〜hやブーム24及び支柱25を介して日陰面側の外面パネル21e〜hから放射される。また、これらの入射熱量が蓄積された場合を考慮して、放熱面31より、熱スイッチ32を介して放熱を実施する。熱スイッチ32は、内面パネル23a〜hの温度をモニタしているスイッチ制御回路が規定値以上の温度になったときに支柱25と放熱面31を熱的に接続し、放熱量の増加を図るものである。また、内面パネル23a〜hの温度が規定値以下に下がってしまった場合は、反対に放熱面31と支柱25の熱的接続を解除(切断)し、放熱量を制限する。これにより内面パネル23a〜hの温度をほぼ一定に保つことにより、安定した電力供給が図れるものである。   Therefore, the amount of solar heat incident on the outer surface panels 21a to 21d is radiated from the outer surface panels 21e to 21h on the shaded surface side through the joined inner surface panels 23a to 23h, the boom 24 and the support column 25. In consideration of the case where these incident heat quantities are accumulated, heat is radiated from the heat radiating surface 31 via the thermal switch 32. The thermal switch 32 thermally connects the support column 25 and the heat radiating surface 31 when the switch control circuit that monitors the temperature of the inner surface panels 23a to 23h reaches a temperature equal to or higher than a specified value, thereby increasing the heat radiation amount. Is. On the other hand, when the temperature of the inner surface panels 23a to 23h drops below a specified value, the thermal connection between the heat radiating surface 31 and the support column 25 is canceled (cut) to limit the heat radiation amount. Accordingly, stable power supply can be achieved by keeping the temperature of the inner panels 23a to 23h substantially constant.

上記実施の形態で説明した発電装置は、この発明の構成例を説明するためのものであって、電気回路や熱伝導部等は各実施の形態で説明した範囲に限られるものではない。   The power generation apparatus described in the above embodiment is for describing a configuration example of the present invention, and the electric circuit, the heat conduction unit, and the like are not limited to the ranges described in each embodiment.

さらにまた、上記実施の形態の発電装置を、太陽電池パドルや燃料電池と併用しても良い。例えば、燃料電池で夜間の電力を供給し、日照中に燃料電池で消費された燃料を水から酸素と水素に分解して、夜間の電力供給に備えても良い。また、燃料電池の電気分解には発生電力と同等以上の電力が必要となるので、太陽電池パドルを設けて日中に発電し電気分解に必要な電力を供給しても良い。   Furthermore, you may use together the power generator of the said embodiment with a solar cell paddle or a fuel cell. For example, nighttime power may be supplied by a fuel cell, and fuel consumed by the fuel cell during sunshine may be decomposed from water into oxygen and hydrogen to prepare for nighttime power supply. Further, since the fuel cell electrolysis requires power equal to or higher than the generated power, a solar cell paddle may be provided to generate power during the day and supply the power required for electrolysis.

1 外面パネル、2 熱電変換素子、3 内面パネル、4 地上熱伝導部、5 地下熱伝導部、6 熱交換部、7 電力制御装置、7a 電圧計、7b スイッチ切替器、7c スイッチ、7d バッテリ、7e 充放電制御部、8 発電パネル、9 縁部、10 ケーブル、11 外面パネル、12 熱電変換素子、13 内面パネル、14 地上熱伝導部、17 電力制御装置、18 発電パネル、19 断熱材、20 ケーブル、21 外面パネル、22 熱電変換素子、23 内面パネル、24 ブーム、25 支柱、26 熱交換部、31 放熱面、32 熱スイッチ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer panel, 2 Thermoelectric conversion element, 3 Inner panel, 4 Ground heat conduction part, 5 Underground heat conduction part, 6 Heat exchange part, 7 Power control apparatus, 7a Voltmeter, 7b Switch switch, 7c Switch, 7d Battery, 7e charge / discharge control unit, 8 power generation panel, 9 edge, 10 cable, 11 outer panel, 12 thermoelectric conversion element, 13 inner panel, 14 ground heat conduction unit, 17 power control device, 18 power generation panel, 19 heat insulating material, 20 Cable, 21 outer panel, 22 thermoelectric conversion element, 23 inner panel, 24 boom, 25 strut, 26 heat exchange part, 31 heat radiating surface, 32 heat switch.

Claims (10)

熱電変換素子を間に挟む外面パネル及び内面パネルからなり、互いに交差して配置された複数枚の発電パネルと、
上記発電パネルの内面パネルに熱的に接続された熱伝導部と、
上記熱伝導部の一部に熱的に接続された熱交換部と、
上記熱電変換素子に接続された電力制御装置と、
を備えた発電装置。
A plurality of power generation panels, which are composed of an outer panel and an inner panel sandwiching the thermoelectric conversion elements between them,
A heat conducting portion thermally connected to the inner panel of the power generation panel;
A heat exchanging part thermally connected to a part of the heat conducting part;
A power control device connected to the thermoelectric conversion element;
A power generator with
上記発電パネルは、線対称形状に配置されたことを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   The power control apparatus according to claim 1, wherein the power generation panel is arranged in a line symmetrical shape. 上記発電パネルの内面パネルは、内面パネルの熱を上記熱伝導部に伝導する熱伝導板が当該パネルの端縁に立設されたことを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   The power control apparatus according to claim 1, wherein the inner panel of the power generation panel is provided with a heat conductive plate that conducts heat of the inner panel to the heat conducting unit, and is erected on an edge of the panel. 上記発電パネルはリング状に配置されるか、または相対して配置され、
更に、上記それぞれの発電パネルの内面パネルと上記熱伝導部との間を接続する接続部材と、
上記熱伝導部の他端部側に配置された放熱板と、
上記熱伝導部と上記放熱板の間を、熱的に接続もしくは切断する熱スイッチと、
を備えた特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。
The power generation panels are arranged in a ring shape or arranged relative to each other,
Furthermore, a connecting member for connecting between the inner panel of each of the power generation panels and the heat conducting part,
A heat sink arranged on the other end side of the heat conducting part;
A thermal switch that thermally connects or disconnects between the heat conducting unit and the heat sink;
The power control apparatus according to claim 1, further comprising:
上記熱電変換素子は、上記外面パネルと内面パネルの温度差に応じて発電することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電力制御装置。   5. The power control apparatus according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion element generates power in accordance with a temperature difference between the outer panel and the inner panel. 上記熱交換部は、月面の地中に埋設されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の電力制御装置。   The power control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat exchange unit is embedded in the ground of the moon surface. 上記電力制御装置は、上記熱電変換素子の電極の極性を切替えるスイッチを有したことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の電力制御装置。   The power control apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the power control apparatus includes a switch that switches a polarity of an electrode of the thermoelectric conversion element. 上記電力制御装置は、上記熱電変換素子の発生電圧の極性反転に応じて、上記熱電変換素子に接続される負荷の極性を切替えるスイッチを有したことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の電力制御装置。   7. The power control device according to claim 1, further comprising a switch that switches a polarity of a load connected to the thermoelectric conversion element in accordance with a polarity inversion of a voltage generated by the thermoelectric conversion element. The power control apparatus according to item 1. 上記電力制御装置は、上記熱電変換素子に接続され、上記熱電変換素子からの供給電圧の大きさを調整する電圧変換器を有したことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の電力制御装置。   9. The power according to claim 7, wherein the power control device includes a voltage converter that is connected to the thermoelectric conversion element and adjusts a magnitude of a supply voltage from the thermoelectric conversion element. Control device. 上記電力制御装置は、上記熱電変換素子とバッテリとの間の充放電を制御する充放電制御部を有したことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の電力制御装置。   The power control apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the power control apparatus includes a charge / discharge control unit that controls charge / discharge between the thermoelectric conversion element and the battery.
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