JP5843316B2 - 熱エネルギー伝導装置を利用した発電システム - Google Patents

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。

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。

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。

本願請求項１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、前記温源室に接触した状態で配置され、前記温源室内の空気を加温するための温源と、前記温源室の壁の少なくとも一部を形成する熱エネルギー伝導装置と、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、前記ハウジングの前記他の部分に配置された羽根車とを備え、前記熱エネルギー伝導装置が、両端が閉鎖され、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た銅製のパイプによって構成されており、前記温源から前記前記熱エネルギー伝導装置を介して伝達された熱エネルギーによって前記前記温源室内の空気を加温し、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。

本願請求項２に記載の発電システムは、前記請求項１の発電システムにおいて、前記熱エネルギー伝導装置の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。

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。

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。

図１（ａ）は、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の一部切り取り図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線１ｂ−１ｂに沿って見た断面図、図１（ｃ）は、熱エネルギー伝導装置を上方と下方から押しつぶした状態を示した断面図、図１（ｄ）は、熱エネルギー伝導装置を上方から押しつぶした状態を示した断面図である。 図２（ａ）は、図１の熱エネルギー伝導装置を利用した発電システムを示した模式図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線２ｂ−２ｂに沿って見た断面図である。 図１の熱エネルギー伝導装置を利用した別の発電システムを示した図である。 図３の発電システムの変形形態を示した図である。 図１の熱エネルギー伝導装置を利用した排ガス冷却システムを示した図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (2)

1. 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、前記温源室に接触した状態で配置され、前記温源室内の空気を加温するための温源と、前記温源室の壁の少なくとも一部を形成する熱エネルギー伝導装置と、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、前記ハウジングの前記他の部分に配置された羽根車とを備え、前記熱エネルギー伝導装置が、両端が閉鎖され、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た銅製のパイプによって構成されており、
   前記温源から前記前記熱エネルギー伝導装置を介して伝達された熱エネルギーによって前記前記温源室内の空気を加温し、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。
2. 前記熱エネルギー伝導装置の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請求項１に記載された発電システム。

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