JP2013115292A - Heat energy conduction device, and power generation system and exhaust gas cooling system using the heat energy conduction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱エネルギー伝導装置並びに該熱エネルギー伝導装置を利用した発電システム及び排ガス冷却システムに関する。 The present invention relates to a thermal energy conduction device, a power generation system using the thermal energy conduction device, and an exhaust gas cooling system.
寒冷地においては、冬期に雪処理や暖房をどのように行うかが重要な問題となっている。一方、発電においても、二酸化炭素を排出せずに環境に優しいクリーンなエネルギーを如何にして得るかが重要な問題となっている。 In cold regions, how to handle snow and heat in winter is an important issue. On the other hand, also in power generation, how to obtain environmentally friendly clean energy without discharging carbon dioxide is an important issue.
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、寒冷地における雪処理や暖房の効率的な実施を可能にする熱エネルギー伝導装置を提供するとともに、二酸化炭素を排出せずに発電を可能にする発電システム及び排ガス冷却システムを提供することを目的としている。 The present invention has been developed in view of such a situation, and provides a thermal energy conduction device that enables efficient implementation of snow treatment and heating in cold regions, and does not emit carbon dioxide. An object of the present invention is to provide a power generation system and an exhaust gas cooling system that enable power generation.
本願請求項1に記載の熱エネルギー伝導装置は、両端が閉鎖された銅製のパイプを備え、前記パイプの内部に、実質的に真空状態にした上でアルコールが充填されていることを特徴とするものである。 The thermal energy conduction device according to claim 1 of the present application includes a copper pipe closed at both ends, and the pipe is substantially vacuumed and filled with alcohol. Is.
本願請求項2に記載の熱エネルギー伝導装置は、前記請求項1の装置において、接触面積を大きくするため、前記パイプの少なくとも一部が押しつぶされていることを特徴とするものである。 The thermal energy conduction device according to claim 2 of the present application is characterized in that, in the device of claim 1, at least a part of the pipe is crushed in order to increase the contact area.
本願請求項3に記載の発電システムは、半導体素子と、前記半導体素子の両面に接触した状態でそれぞれ配置された、一対の前記請求項1又は2に記載された熱エネルギー伝導装置と、前記熱エネルギー伝導装置の一方に接触した状態で配置された温源と、前記熱エネルギー伝導装置の他方に接触した状態で配置された冷源とを備えていることを特徴とするものである。 The power generation system according to claim 3 of the present application includes a semiconductor element, a pair of thermal energy conduction devices according to claim 1 or 2 arranged in contact with both surfaces of the semiconductor element, and the heat A heat source disposed in contact with one of the energy conduction devices and a cold source disposed in contact with the other of the thermal energy conduction devices are provided.
本願請求項4に記載の発電システムは、全体として密閉されたハウジングと、前記ハウジングの下部に配置された温源室と、前記温源室内の空気を加温するための温源と、前記温源室と前記ハウジングの他の部分とを連通するように配置された開閉可能な開口部と、前記ハウジングの他の部分に配置された羽根車とを備え、前記温源室の壁の少なくとも一部が、前記請求項1又は2に記載された熱エネルギー伝導装置によって形成されており、前記開口部を開放し、前記温源室から前記羽根車に向かう気流を作り出すことにより、前記羽根車を回転させて発電を行うように構成されていることを特徴とするものである。 A power generation system according to a fourth aspect of the present invention includes a housing that is hermetically sealed as a whole, a temperature source chamber disposed in a lower portion of the housing, a temperature source for heating air in the temperature source chamber, and the temperature An openable / closable opening disposed to communicate the source chamber and the other part of the housing; and an impeller disposed in the other part of the housing, wherein at least one of the walls of the temperature source chamber. The portion is formed by the thermal energy conduction device according to claim 1 or 2, and the impeller is formed by opening the opening and creating an air flow from the temperature source chamber toward the impeller. It is configured to generate electricity by rotating.
本願請求項5に記載の車両用排ガス冷却システムは、全体として密閉されたハウジングと、前記ハウジングの内部に配置された、複数基の前記請求項1又は2に記載された熱エネルギー伝導装置と、前記熱エネルギー伝導装置に冷気を供給するための冷源とを備え、前記ハウジング内に流入させた排ガスを、前記熱エネルギー伝導装置に接触させることにより冷却するように構成されていることを特徴とするものである。 The exhaust gas cooling system for a vehicle according to claim 5 of the present application includes a housing that is hermetically sealed as a whole, and a plurality of thermal energy conduction devices according to claim 1 or 2 that are disposed inside the housing. A cooling source for supplying cold air to the thermal energy conduction device, and configured to cool the exhaust gas flowing into the housing by bringing the exhaust gas into contact with the thermal energy conduction device. To do.
本願請求項6に記載の車両用排ガス冷却システムは、前記請求項5のシステムにおいて、前記熱エネルギー伝導装置には、その長さ方向にわたってフィンが取り付けられていることを特徴とするものである。 The exhaust gas cooling system for a vehicle according to claim 6 of the present application is characterized in that, in the system of claim 5, fins are attached to the thermal energy conduction device over its length direction.
本発明の熱エネルギー伝導装置は、比較的簡単な構成で熱エネルギーの効率的な伝導を可能にする。本発明の熱エネルギー伝導装置は、構造が簡単であるため、製造コストを低廉にすることができるとともに、故障も少なく運転コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。本発明の熱エネルギー伝導装置は、後述する発電システム及び冷却システムに利用することができる他、道路や屋根の融雪、農業用ハウスの暖房、一般住宅の暖房など広範な領域において活用することができる。 The thermal energy conduction device of the present invention enables efficient conduction of thermal energy with a relatively simple configuration. Since the thermal energy conduction device of the present invention has a simple structure, the manufacturing cost can be reduced, the number of failures can be reduced, and the operation cost and the maintenance cost can be suppressed. The thermal energy conduction device of the present invention can be used for a power generation system and a cooling system, which will be described later, and can be used in a wide range of areas such as snow melting on roads and roofs, heating of agricultural houses, and heating of ordinary houses. .
本発明の発電システム及び車両用排ガス冷却システムは、二酸化炭素等を排出せずに環境に優しい発電及び冷却を比較的簡単な装置で実施することができる。 The power generation system and the exhaust gas cooling system for a vehicle according to the present invention can perform power generation and cooling that are friendly to the environment with a relatively simple device without discharging carbon dioxide and the like.
次に、本発明の好ましい実施の形態に係る熱エネルギー伝導装置について詳細に説明する。図1(a)において全体として参照符号10で示される熱エネルギー伝導装置は、両端10bが閉鎖された銅製のパイプ10aを備えている。熱エネルギー伝導装置10の銅製のパイプ内には、実質的に真空状態にした上でアルコール10cが充填されている。アルコール10cとしては、例えばエチルアルコールがあげられるが、これに限定されるものではない。
Next, a thermal energy conduction device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. The thermal energy conducting device generally indicated by
熱エネルギー伝導装置10として、銅製のパイプを使用したのは、銅の熱伝導率が良好であるからである。パイプ内を真空状態にした上でアルコール10cを充填したのは、パイプ内に不純物が存在するのを排除し、かつ、アルコール10cを熱エネルギーの伝達媒体とするためである。
The reason why the copper pipe is used as the thermal
図1(c)は、熱エネルギー伝導装置10を上方と下方から力を加えて押しつぶすことによって形成された熱エネルギー伝導装置10′を示した図であり、図1(d)は、熱エネルギー伝導装置10を上方から力を加えて押しつぶすことによって形成された熱エネルギー伝導装置10′を示した図である。このように押しつぶすことによって接触面積を増大させることができるので、より良好な熱伝導を実施することが可能になる。
FIG. 1 (c) is a diagram showing a thermal
なお、上述の例では、銅製のパイプを使用して熱エネルギー伝導装置10が形成されているが、銅製のパイプを使用することは必須ではなく、例えば、銅板で箱型の容器を作り、その内部を実質的に真空状態にした上でアルコールを充填することによって、熱エネルギー伝導装置10を形成してもよい。
In the above example, the thermal
熱エネルギー伝導装置10は、比較的簡単な構造で熱エネルギーの良好な伝導を実施することができる。
The thermal
図2(a)は、熱エネルギー伝導装置10を利用した発電システムを示した模式図である。図2(a)に示される発電システムは、プレート状の半導体素子12と、半導体素子12の両面に接触した状態でそれぞれ配置された一対の熱エネルギー伝導装置10とを備えている。発電システムはまた、一方の熱エネルギー伝導装置10に接触した状態で配置された温源と、他方の熱エネルギー伝導装置10に接触した状態で配置された冷源とを備えている。
FIG. 2A is a schematic diagram showing a power generation system using the thermal
温源及び冷源は、公知の適当なものを使用してよい。また、温源/冷源を熱エネルギー伝導装置10に接触させる代わりに、高温の流体(気体又は液体)の流れ/低温の流体(気体又は液体)の流れを熱エネルギー伝導装置10に供給することによって温源/冷源としてもよい。なお、図2(a)及び図2(b)において参照符号10′が用いられているが、これは、温源/冷源及び半導体素子12との接触面積を大きくするため、図1(c)及び図1(d)に示されるような、押しつぶした形態の熱エネルギー伝導装置10を用いていることを意味する。
A well-known appropriate thing may be used for a temperature source and a cold source. Also, instead of bringing the heat source / cold source into contact with the thermal
図2(a)に示される発電システムは、半導体素子12の対向面に温度差を与えることによって発電が行われる、いわゆるゼーベック効果を利用したものである。なお、半導体素子12は、既存の型式のものを使用してもよい。
The power generation system shown in FIG. 2A utilizes a so-called Seebeck effect in which power generation is performed by giving a temperature difference to the facing surface of the
図2(a)に示される発電システムは、熱エネルギー伝導装置10を利用して大きな温度差を半導体素子12に与えることができるので、二酸化炭素等を排出せずに環境に優しい発電を比較的簡単な装置で実施することができる。
The power generation system shown in FIG. 2 (a) can provide a large temperature difference to the
図3(a)は、熱エネルギー伝導装置10を利用した別の発電システムを示した模式図である。図3(a)に示される発電システム20は、全体として密閉されたハウジングを備えており、ハウジングの下部に、温源室22が配置されている。温源室22は、壁の一部又は全て(図3に示される形態では、側壁及び底壁)が、熱エネルギー伝導装置10によって形成されている。温源室22の上面には、ハウジングの他の部分と連通するように開閉可能な開口部22aが設けられている。なお、温源室22には、温源室22内の空気を加温するための温源(図示せず)が接触した状態で配置されている。
FIG. 3A is a schematic diagram showing another power generation system using the thermal
発電システム20のハウジングの上部には、1基又は複数基(図3では、4基)の羽根車24が回転可能に配置されており、羽根車24に隣接して配置された発電機(図示せず)を備えている。そして、羽根車24の回転によって得られる回転力が発電機に伝達され、発電されるようになっている。なお、発電機は、通常の型式のものを使用してよい。
One or a plurality of (four in FIG. 3)
発電システム20の使用に先立ち、温源から熱エネルギー伝導装置10を介して伝達される熱エネルギーによって、温源室22内の空気を加温しておく。そして、開口部22aを開放すると、ハウジングの他の部分内の空気が温源室22内の空気よりも温度が低いため、温源室22からハウジングの他の部分に向かう気流が発生し(図3(b)参照)、この気流により羽根車24が回転し、回転が発電機に伝達されることにより、発電が行われる。
Prior to use of the
発電システム20においては、熱エネルギー伝導装置10を利用して温源室22とハウジングの他の部分との間に大きな温度差を作り、これにより温源室22からハウジングの他の部分に向かう気流を作り出すことができるので、二酸化炭素等を排出せずに環境に優しい発電を比較的簡単な装置で実施することができる。
In the
図4は、図3の発電システムの変形形態を示した図である。図4に示される発電システムは、図3に関連して説明した原理と実質的に同じ原理で作動する。なお、図4に示される太陽光パネルは、温源に相当するものである。また、図4において参照符号24が示した装置は、図3の羽根車に対応するロータである。図4のシステムにおいても、下部に熱エネルギー伝導装置10で形成された温源室が設けられ、温源室からロータ24が配置されている部分に気流が流れ、ロータ24を回転させるようになっている。
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the power generation system of FIG. The power generation system shown in FIG. 4 operates on substantially the same principle as described in connection with FIG. Note that the solar panel shown in FIG. 4 corresponds to a temperature source. Further, the device indicated by
図5(a)は、熱エネルギー伝導装置10を利用した車両用排ガス冷却システムを示した模式図である。図5(a)に示される車両用排ガス冷却システムは、全体として密閉されたハウジングを備えており、ハウジングの内部に、複数基(本例では、図5(c)に示されるように14基)の熱エネルギー伝導装置10が配置されている。熱エネルギー伝導装置10には、冷気が供給されるようになっている。ハウジングの内部には、一端(図5では左端)から排ガスが流入し、他端(図5では右端)から処理済みガスが流出するようになっている。
FIG. 5A is a schematic diagram showing a vehicle exhaust gas cooling system using the thermal
好ましくは、各熱エネルギー伝導装置10には、表面積を大きくするために、その長さ方向にわたってフィン10dが取り付けられている。
Preferably, in order to increase the surface area,
車両用排ガス冷却システムの使用に先立ち、熱エネルギー伝導装置10に冷気を供給しておく。そして、ハウジング内に排ガスを流入させると、排ガスは、ハウジング内を流れる際に熱エネルギー伝導装置10に接触することにより冷却され、処理済みガスとして排出されることとなる。
Prior to the use of the vehicle exhaust gas cooling system, cool air is supplied to the thermal
車両用排ガス冷却システムにおいては、熱エネルギー伝導装置10を利用してハウジング内に良好な冷却環境を作り出すことができるので、二酸化炭素等を排出せずに環境に優しい冷却を比較的簡単な装置で実施することができる。
In the exhaust gas cooling system for a vehicle, the thermal
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, it is something.
たとえば、図面に示された形状や大きさ等は単なる例示的なものにすぎず、各部について他の形状や大きさを採用してもよい。 For example, the shapes and sizes shown in the drawings are merely exemplary, and other shapes and sizes may be adopted for each part.
10 熱エネルギー伝導装置
10a パイプ
10b 端部
10c アルコール
10d フィン
12 半導体素子
20 発電システム
22 温源室
22a 開閉可能な開口部
24 羽根車
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記開口部を開放し、前記温源室から前記羽根車に向かう気流を作り出すことにより、前記羽根車を回転させて発電を行うように構成されていることを特徴とする発電システム。 A housing hermetically sealed as a whole; a temperature source chamber disposed at a lower portion of the housing; a temperature source for heating air in the temperature source chamber; and the temperature source chamber and other portions of the housing. 3. An openable / closable opening disposed so as to communicate with each other and an impeller disposed in another portion of the housing, wherein at least a part of the wall of the temperature source chamber is defined in claim 1 or 2. Formed by a thermal energy conduction device,
A power generation system configured to generate electricity by rotating the impeller by opening the opening and creating an air flow from the temperature source chamber toward the impeller.
前記ハウジング内に流入させた排ガスを、前記熱エネルギー伝導装置に接触させることにより冷却するように構成されていることを特徴とする車両用排ガス冷却システム。 A housing that is hermetically sealed as a whole, a plurality of thermal energy conduction devices according to claim 1 disposed inside the housing, and a cold source for supplying cold air to the thermal energy conduction device And
An exhaust gas cooling system for a vehicle, wherein the exhaust gas flowing into the housing is cooled by being brought into contact with the thermal energy conduction device.
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