JP5989302B2

JP5989302B2 - Power generation system

Info

Publication number: JP5989302B2
Application number: JP2011024119A
Authority: JP
Inventors: 武藤　佳恭; 佳恭武藤; 幸市郎小路; 敬太谷口
Original assignee: Science Park Corp
Current assignee: Science Park Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-02-07
Also published as: JP2012164815A

Description

本発明は、温泉等の排熱エネルギーの温度差を利用して電気エネルギーに変換する発電システムに関する。更に詳しくは、特に温泉等で排出される高温の温泉エネルギーを利用し、熱電変換素子を使用して温泉の温度差で排熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system that converts temperature energy of exhaust heat energy such as hot springs into electrical energy. More specifically, the present invention relates to a power generation system that uses high-temperature hot spring energy discharged from a hot spring or the like and converts exhaust heat energy into electrical energy by a temperature difference of the hot spring using a thermoelectric conversion element.

近年環境問題の観点から、自然エネルギーを有効に利用することが求められており、そのための要素技術、装置、システムが種々開発されている。この自然エネルギーの有効利用においては、風力、太陽光等のエネルギーを直接利用する発電ユニットが既に開発され多くの分野で使用され広く実施されている。又、地熱、熱水或いは潮流等を利用した発電ユニットも知られている。 In recent years, effective use of natural energy has been demanded from the viewpoint of environmental problems, and various elemental technologies, devices, and systems have been developed. In the effective use of natural energy, a power generation unit that directly uses energy such as wind power and sunlight has already been developed and widely used in many fields. In addition, power generation units using geothermal, hot water or tidal currents are also known.

又、出力の規模は小さいが、排熱エネルギーを電気エネルギーに変換する装置も開発されている。これら規模の小さい装置には、熱電効果を大きくする熱電変換装置として、トムソン効果を伴うもの、ペルチェ効果を伴うもの、ゼーベック効果を伴うものが知られている。この中で特にゼーベック効果を伴う熱電変換素子を組み込んだ装置が注目されている。ゼーベック効果とは、物体の温度差を電圧に変換させる現象の効果をいう。これは熱エネルギーの高温部と低温部の間にゼーベック素子即ち、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料を交互に配置して構成される素子に、熱エネルギーの温度差が生じたときに電子が活性化され、ｎ型熱電材料は高温側、ｐ型熱電材料は低温側へ拡散し電流が流れ、電気エネルギーに変換される現象をいう。 In addition, although the output scale is small, an apparatus for converting waste heat energy into electric energy has been developed. As these thermoelectric conversion devices that increase the thermoelectric effect, devices with the Thomson effect, devices with the Peltier effect, and devices with the Seebeck effect are known as devices with small scales. Among these, a device incorporating a thermoelectric conversion element accompanied by the Seebeck effect is attracting attention. The Seebeck effect is an effect of a phenomenon that converts a temperature difference of an object into a voltage. This is because when a temperature difference in thermal energy occurs in a Seebeck element, that is, an element configured by alternately arranging a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material between a high-temperature part and a low-temperature part of thermal energy. When activated, the n-type thermoelectric material diffuses to the high temperature side and the p-type thermoelectric material diffuses to the low temperature side, and a current flows to convert it into electrical energy.

これにより構成される熱電変換装置は、モータ、ポンプ等の回転稼動部がなく、少量のエネルギーにも対応し熱から直接電気が得られる利点がある。このため特に規模の小さい排熱の利用に効果がある。又、熱交換装置として、ヒートパイプが使用されている場合もあるが、ヒートパイプそのものは公知である。これらゼーベック素子、ヒートパイプは前述のとおり公知の技術であり、又、熱電変換素子の片面にヒートパイプを取り付け一体化させたユニット構成のものも知られている。また高温側に温泉を利用し温度差を生じさせ発電することも知られている。 The thermoelectric conversion device configured as described above has an advantage that there is no rotation operation unit such as a motor and a pump, and that electricity can be directly obtained from heat corresponding to a small amount of energy. For this reason, it is effective especially in utilization of a small scale exhaust heat. Moreover, although a heat pipe may be used as a heat exchange device, the heat pipe itself is known. These Seebeck elements and heat pipes are known techniques as described above, and those having a unit configuration in which a heat pipe is attached and integrated on one side of a thermoelectric conversion element are also known. It is also known to use a hot spring on the high temperature side to generate a temperature difference and generate electricity.

規模の小さい発電ユニットとして公開されている技術は、例えば、ヒートパイプを使用するものではないが、電気絶縁体間にＮ型半導体とＰ型半導体を有する電極体が設けられ、一方の電気絶縁体に冷水部が設けられ他方の電気絶縁体に温泉等の温水部が設けられるようにした発電ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。又、ヒートパイプを使用する例として、ヒートパイプの蒸発部に熱電変換素子を張り合わせ、ヒートパイプの凝縮部を低温流体流路中に配置し、ヒートパイプの蒸発部を加温流体流路中に配置し発電する発電ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照）。 The technology disclosed as a small-scale power generation unit does not use, for example, a heat pipe, but an electrode body having an N-type semiconductor and a P-type semiconductor is provided between electrical insulators, and one electrical insulator There is known a power generation unit in which a cold water part is provided and a hot water part such as a hot spring is provided in the other electrical insulator (see, for example, Patent Document 1). As an example of using a heat pipe, a thermoelectric conversion element is attached to the evaporation part of the heat pipe, the condensation part of the heat pipe is arranged in the low-temperature fluid flow path, and the evaporation part of the heat pipe is placed in the warming fluid flow path. A power generation unit that arranges and generates power is known (for example, see Patent Document 2).

更に、熱電モジュールの低温側が銅製の冷却板と基端が冷却板に挿入され、先端が外方へ突出した低温側のヒートパイプの先端部に冷却フィンを設けた構成の発電ユニットが知られている（例えば特許文献３参照）。更に、温度調整の可能な熱電モジュールを温泉等に設置し発電させる発電ユニットも知られている（例えば、特許文献４参照）。 Furthermore, a power generation unit is known in which a low temperature side of the thermoelectric module has a copper cooling plate and a base end inserted into the cooling plate, and a cooling fin is provided at the tip of a low temperature side heat pipe with the tip protruding outward. (For example, refer to Patent Document 3). Furthermore, a power generation unit is also known in which a thermoelectric module capable of temperature adjustment is installed in a hot spring or the like to generate power (see, for example, Patent Document 4).

特開２００２−３４２７３号公報JP 2002-34273 A 特開平１１−２２５４９１号公報JP-A-11-225491 特開２０１０−１４７２３６号公報JP 2010-147236 A 特開２００７−３０５９９３号公報JP 2007-305993 A

以上記載した従来の装置は、自然エネルギーや排熱を利用する技術として提案されているものであるが、ほとんどは設置する装置にコストを要し、かつ発電効率も悪く、まだ改善の余地があるものである。特に、規模の小さい発電でよい場合、例えば必要とする電力が家屋周辺への電気供給のみでよい場合、或いは災害時の緊急を要する場合の臨時的な電気供給等の場合に使用する発電ユニットは、大きい設備を必要とせず低コストでメンテナンスが容易で安全なものが望まれている。 The conventional devices described above have been proposed as technologies using natural energy and exhaust heat, but most of them are expensive to install and have poor power generation efficiency, and there is still room for improvement. Is. In particular, when small-scale power generation is sufficient, for example, the power generation unit used in the case of temporary power supply in the case of requiring emergency power supply in the event of a disaster, for example, when the required power only needs to be supplied around the house Therefore, there is a demand for a low-cost, easy-to-maintain and safer system that does not require large equipment.

例えば、従来の温泉熱を利用する温度差発電では、温水と冷水をそれぞれパイプに流し込み、複数のゼーベック素子を温水パイプと冷水パイプ間に挟んで装着しているものがある。この構成は発電量を増やすためにはゼーベック素子の接触表面積を大きくするためにパイプの長さを長くするなどで、発電ユニットが比較的大きくなる傾向があった。又パイプ方式では、実行温度差が実際の温度差の６割程度しか利用されていないことが実証され熱の有効利用の面では不十分である。 For example, in conventional temperature difference power generation using hot spring heat, hot water and cold water are respectively poured into pipes, and a plurality of Seebeck elements are sandwiched between the hot water pipe and the cold water pipe. In this configuration, in order to increase the power generation amount, the power generation unit tends to be relatively large by increasing the length of the pipe in order to increase the contact surface area of the Seebeck element. In the pipe system, it is proved that only about 60% of the actual temperature difference is used as the effective temperature difference, and it is insufficient in terms of effective use of heat.

更に、前述の特許技術においてのヒートパイプの使用は限定されたものであり必ずしも有効な活用とはいえない。温泉利用について公開されている内容は単に利用することのみの技術内容であり、利用方法の具体的構成について提案されているものはない。特に小規模の発電ユニットとしては、企業レベルでなく個人レベルにおいても容易に設置できる装置であることが理想である。 Furthermore, the use of heat pipes in the above-mentioned patented technology is limited and is not necessarily an effective use. The contents published about the use of hot springs are technical contents only for use, and there is no proposal about the concrete composition of the use method. In particular, a small-scale power generation unit is ideally a device that can be easily installed not only at the company level but also at the individual level.

特に、温泉地においては、源泉の汲み上げられた直後の温泉温度が１００℃前後であり、入浴のための温度としては高温の場合が多い。実情はこれを冷やして４０℃前後にして実用に供している。この温度差は大きく、現状は放熱または冷水を加えて適温にしており、温度差に伴う熱利用は本格的には行われていない。熱電変換素子を使用して発電を行うことは非常に有効であり、最近モジュールとして種々その装置は開発されているが、現場において実用に供されているものは少ない。設置するためには、高い設備費を要しない形態で容易に設置できる低コストの発電ユニットが望まれている。 In particular, in hot spring areas, the hot spring temperature immediately after the source spring is pumped is around 100 ° C., and the temperature for bathing is often high. Actually, this is cooled down to about 40 ° C. for practical use. This temperature difference is large, and at present, heat dissipation or cold water is added to achieve an appropriate temperature, and heat utilization associated with the temperature difference is not carried out in earnest. It is very effective to generate power using a thermoelectric conversion element, and various devices have recently been developed as modules, but few have been put to practical use in the field. In order to install, a low-cost power generation unit that can be easily installed in a form that does not require high equipment costs is desired.

本発明はこのような技術背景のもとに創案されたもので、次の目的を達成するものである。本発明の目的は、配管工事等のコストの高い設備を必要とすることなく、低コストで構成される発電システムの提供にある。本発明の他の目的は、特に温泉の排熱、余剰温泉等の自然排熱を適温に下げるまでの排熱等をそのままの形態で利用し、且つメンテナンスを容易にした発電システムの提供にある。 The present invention was created based on such a technical background and achieves the following object. An object of the present invention is to provide a power generation system configured at low cost without requiring expensive equipment such as piping work. Another object of the present invention is to provide a power generation system that uses exhaust heat, etc., until the natural exhaust heat, such as excess hot springs, is reduced to an appropriate temperature, as it is, and facilitates maintenance. .

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の発電システムは、
温度差により熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子（９）と、
前記熱電変換素子を挟んで張り合わされ、且つ高温側流体（７）に設置される第１ヒートパイプ（１０）と、
前記熱電変換素子を挟んで張り合わされ、且つ前記第１ヒートパイプに対峙し低温側流体（８）に設置される第２ヒートパイプ（１１）と、
前記熱電変換素子を前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプに保持する保持体（１２）と、
前記第１ヒートパイプの浸される前記高温側流体と前記第２ヒートパイプの浸される前記低温側流体とを遮断する隔壁体（１５）と
からなる発電システムであって、
前記高温側流体（７）と前記低温側流体（８）は、温度の異なる同一温水であり、
前記低温側流体は、前記高温側流体の水位より相対的に低い水位に配置され、自然流で高温側から低温側に流れる流体であることを特徴とする。 The present invention takes the following means in order to achieve the object.
The power generation system of the present invention 1
A thermoelectric conversion element (9) that converts thermal energy into electrical energy due to a temperature difference;
A first heat pipe (10) that is bonded to the thermoelectric conversion element and is installed in the high temperature fluid (7);
A second heat pipe (11), which is attached to the low temperature side fluid (8) opposite to the first heat pipe, with the thermoelectric conversion element sandwiched therebetween,
A holding body (12) for holding the thermoelectric conversion element on the first heat pipe and the second heat pipe;
A power generation system comprising: a partition wall (15) that blocks the high temperature side fluid immersed in the first heat pipe and the low temperature side fluid immersed in the second heat pipe,
The high temperature side fluid (7) and the low temperature side fluid (8) are the same hot water having different temperatures,
The low temperature side fluid is a fluid that is disposed at a water level relatively lower than the water level of the high temperature side fluid, and is a fluid that flows from the high temperature side to the low temperature side in a natural flow.

本発明２の発電システムは、本発明１の発電システムにおいて、前記第２ヒートパイプには外周に複数のフィン（１９）を設けた構成のものであることを特徴とする。 The power generation system of the present invention 2 is characterized in that, in the power generation system of the present invention 1, the second heat pipe is provided with a plurality of fins (19) on the outer periphery.

本発明３の発電システムは、本発明１の発電システムにおいて、前記高温側流体と前記低温側流体との間に放熱のための放熱流体域（１４）を構成していることを特徴とする。
本発明４の発電システムは、本発明１において、前記熱電変換素子はゼーベック素子（９）であることを特徴とする。 Power generation system of the present invention 3, in the power generation system of the present invention 1, characterized in that it constitutes a heat radiation fluid area for heat radiation (14) between said cold side fluid and the hot side fluid.
The power generation system of the present invention 4 is characterized in that, in the present invention 1, the thermoelectric conversion element is a Seebeck element (9).

本発明５の発電システムは、本発明１において、前記保持体（１２）は、銅製であることを特徴とする。
本発明６の発電システムは、本発明１において、前記隔壁体（１５）は断熱性を有する構成のものであることを特徴とする。 The power generation system of the present invention 5 is characterized in that, in the present invention 1, the holding body (12) is made of copper.
A power generation system according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, the partition wall (15) has a heat insulating property.

本発明７の発電システムは、本明発明１において、前記高温側流体の流路に高温の温水の流れを堰きとめる隔壁（１６）を設けた構成を特徴とする。
本発明８の発電システムは、本発明１において、前記第１ヒートパイプは、外周が断熱材（１３）で被覆されていることを特徴とする。 The power generation system of the present invention 7 is characterized in that, in the present invention 1, a partition wall (16) for blocking the flow of hot hot water is provided in the flow path of the high temperature side fluid.
The power generation system of the present invention 8 is the power generation system according to the first aspect of the present invention, characterized in that an outer periphery of the first heat pipe is covered with a heat insulating material (13).

本発明９の発電システムは、本発明１において、前記第１ヒートパイプ（２１）及び前記第２ヒートパイプ（２２）は、各々重層に構成になっていることを特徴とする。 Power generation system of the present invention 9, in the present invention 1, the first heat pipe (21) and the second heat pipe (22) is characterized in that it is configured in each layer.

本発明１０の発電システムは、本発明１において、前記第２ヒートパイプ（３２）は、外気側に複数のフィン（３３）を有して設けられていることを特徴とする。 The power generation system of the present invention 10 is characterized in that, in the present invention 1, the second heat pipe (32) is provided with a plurality of fins (33) on the outside air side.

本発明１１の発電システムは、本発明１において、前記高温側流体と前記低温側流体の中間流路域に地中（４０）に埋設する第３ヒートパイプ（４１）を設けたことを特徴とする。
本発明１２の発電システムは、本発明１において、前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプを含むユニット構成の発電ユニット（１）を多段に直列配置した構成の発電ユニット（４２）であることを特徴とする。 The power generation system of the present invention 11 is characterized in that, in the present invention 1, a third heat pipe (41) embedded in the ground (40) is provided in an intermediate flow path region of the high temperature side fluid and the low temperature side fluid. To do.
It power generation system of the present invention 12, in the present invention 1, which is the first heat pipe and the power generation unit configured to said second power generation unit of a unit configuration that includes a heat pipe (1) arranged in series in multiple stages (42) It is characterized by.

本発明１３の発電システムは、本発明１において、前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプは、中間部が曲部を有して端部が外方へ張り出し温泉に浸る構成のものであることを特徴とする。
本発明１４の発電システムは、本発明３において、前記放熱流体域（１４）に、前記熱電変換素子を挟持し高温側を前記放熱流体域に浮遊状態で浸し、低温側は外気側にフィンを有するヒートシンクで構成される発電ユニット（５１）を設けたことを特徴とする。 Power generation system of the present invention 13, in the present invention 1, the first heat pipe and the second heat pipe is one end middle portion has a curved portion is configured to soak in hot springs projecting outward It is characterized by that.
A power generation system according to a fourteenth aspect of the present invention is the power generation system according to the third aspect of the present invention, wherein the thermoelectric conversion element is sandwiched in the radiating fluid region (14) and the high temperature side is floated in the radiating fluid region in a floating state. A power generation unit (51) including a heat sink is provided.

本発明１５の発電システムは、本発明３において、前記放熱流体域（１４）に、前記高温側流体を放熱冷却させる放熱装置（６０）を設け、放熱冷却された温泉を前記低温側流体とする構成にしたことを特徴とする。 A power generation system according to a fifteenth aspect of the present invention is the power generation system according to the third aspect , wherein a heat radiating device (60) for radiating and cooling the high temperature side fluid is provided in the radiating fluid region (14), It is characterized by having a configuration.

本発明の発電システムは、温泉等で発生する未使用の熱をヒートパイプにより取り出すコンパクトな形態にしたことで、配管工事等のコストの高い設備等を必要とせずに低コストで構成されることとなった。特に、温泉においてはその排熱、余剰温泉等の自然排熱、適温に下げるまでの排熱等をそのままの形態で利用でき、温泉地の旅館、一般家庭でも設置が可能で、しかもメンテナンスの容易な構成のものとなった。 The power generation system of the present invention is configured at a low cost without requiring costly facilities such as piping work, etc., by adopting a compact form in which unused heat generated in a hot spring or the like is taken out by a heat pipe. It became. Especially in hot springs, exhaust heat, natural exhaust heat from surplus hot springs, etc., exhaust heat until it is reduced to the appropriate temperature, etc. can be used as they are, can be installed in hot spring inns and general households, and easy maintenance It became the thing of the composition.

図１は、本発明の発電システムの原理を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing the principle of the power generation system of the present invention. 図２は、本発明の発電システムを温泉に適用した実施の形態の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment in which the power generation system of the present invention is applied to a hot spring. 図３は、本発明の発電システムのを温泉に適用したときの実施の形態の平面で表した説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing the plane of the embodiment when the power generation system of the present invention is applied to a hot spring. 図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図５は、ゼーベック素子とヒートパイプの取り付け構成を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a mounting configuration of the Seebeck element and the heat pipe. 図６は、ゼーベック素子とヒートパイプの取り付け構成を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the mounting configuration of the Seebeck element and the heat pipe. 図７は、第２ヒートパイプにフィンを設けた例を示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing an example in which fins are provided in the second heat pipe. 図８は、２つのヒートパイプの外周に断熱材を被覆させた状態を示す側面図である。FIG. 8 is a side view showing a state in which the outer periphery of two heat pipes is covered with a heat insulating material. 図９は、ヒートパイプの取り付け構成を２列にした場合を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a case where the heat pipe mounting structure is arranged in two rows. 図１０は、ヒートパイプの取り付け構成を２列にした場合を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing a case where the heat pipe mounting configuration is arranged in two rows. 図１１は、低温側のヒートパイプを外気で冷やす構成を示した場合の側面図である。FIG. 11 is a side view showing a configuration in which a low-temperature heat pipe is cooled by outside air. 図１２は、温泉の流路途中の地中に第３ヒートパイプを設置した構成を部分断面図で示す説明図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration in which a third heat pipe is installed in the ground in the middle of a hot spring channel. 図１３は、発電ユニットを複数直列に配置した構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration in which a plurality of power generation units are arranged in series. 図１４は、放冷のための中間域に断熱材で水面を覆い、これに複数の発電ユニットを設置した例である。FIG. 14 shows an example in which a water surface is covered with a heat insulating material in an intermediate region for cooling, and a plurality of power generation units are installed on the water surface. 図１５は、発電ユニットを経て流れる高温の温泉と低温の温泉の中間に放熱装置を設けた例を、模式的に断面で示した説明図である。FIG. 15 is an explanatory view schematically showing a cross-section of an example in which a heat dissipation device is provided between a high temperature hot spring and a low temperature hot spring flowing through the power generation unit.

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のディップ型ヒートパイプ温度差発電ユニット１の基本的な構成図である。本発明におけるディップ型とは、装置の一部であるヒートパイプ２、３を温水４と冷水５に浸けるだけで、熱電変換素子６により、熱エネルギーを電気変換する温度差発電ユニットをいう。図２に温泉に適用した本実施の形態におけるディップ型ヒートパイプ温度差発電ユニット（以下「発電ユニット１」という）の構成図を示す。高温熱媒体の温水７と低温熱媒体の冷水８を温泉とし、熱電変換素子をゼーベック素子９とし、これを２つのヒートパイプ１０，１１で挟む構成の発電ユニット１を温泉に浸して発電する発電システムとしたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic configuration diagram of a dip heat pipe temperature difference power generation unit 1 of the present invention. The dip type in the present invention refers to a temperature difference power generation unit that converts thermal energy into electricity by the thermoelectric conversion element 6 only by immersing the heat pipes 2 and 3 that are part of the apparatus in the hot water 4 and the cold water 5. FIG. 2 shows a configuration diagram of a dip type heat pipe temperature difference power generation unit (hereinafter referred to as “power generation unit 1”) in the present embodiment applied to a hot spring. Hot water 7 as a high-temperature heat medium and cold water 8 as a low-temperature heat medium are used as hot springs, the thermoelectric conversion element is used as a Seebeck element 9, and the power generation unit 1 is sandwiched between two heat pipes 10 and 11 to generate power. It is a system.

発電ユニット１は、ゼーベック素子９と、高温側ヒートパイプである第１ヒートパイプ１０と低温側ヒートパイプである第２ヒートパイプ１１とを、保持体１２で挟み結合したものである。またこの発電ユニット１は外周を、即ち２つのヒートパイプ１０，１１外周を断熱材１３で被覆し熱の発散を防止している。この断熱材１３は発電ユニット１の保護の機能も有している。 The power generation unit 1 is a unit in which a Seebeck element 9, a first heat pipe 10 that is a high-temperature side heat pipe, and a second heat pipe 11 that is a low-temperature side heat pipe are sandwiched and joined by a holding body 12. In addition, the power generation unit 1 covers the outer periphery, that is, the outer periphery of the two heat pipes 10 and 11, with a heat insulating material 13 to prevent the heat from being diffused. The heat insulating material 13 also has a function of protecting the power generation unit 1.

先ず、基本的な内容を説明する。ゼーベック効果とは、前述のように異種の導体に温度差ΔＴを与え接触させたときに、導体の両端に電位差ΔＶが生じる現象をいう。金属の場合では、熱拡散により電子が低温側に、金属イオンが高温側に移動する。イオンと電子がある程度移動すると、その間に電界が発生する。熱拡散による力と電子が電界から受ける力とが釣り合ったとき、電荷の移動が停止し電位差が生じる。
発電ユニット１において、ゼーベック素子一枚当たりの発電量Ｐは、
Ｐ＝V^２／4Ri＝Ｓ^２ΔＴ^２／4Ri （１）
で表される。 First, the basic contents will be described. The Seebeck effect is a phenomenon in which a potential difference ΔV is generated at both ends of a conductor when a temperature difference ΔT is applied to and brought into contact with different kinds of conductors as described above. In the case of a metal, electrons move to a low temperature side and metal ions move to a high temperature side by thermal diffusion. When ions and electrons move to some extent, an electric field is generated between them. When the force due to thermal diffusion balances the force that the electrons receive from the electric field, the movement of charges stops and a potential difference is generated.
In the power generation unit 1, the power generation amount P per Seebeck element is
P = V ² / 4Ri = S ² ΔT ² / 4Ri (1)
It is represented by

Ｖはゼーベック素子９の起電圧、Ｓはゼーベック係数、Ｒｉはゼーベック素子の内部抵抗である。ゼーベック素子９の起電圧Ｖはゼーベック係数Ｓと温度差ΔＴに比例する。即ち発電量Ｐは温度差の２乗に比例する。従って、発電量Ｐは温度差を高めると大きくなることは自明である。本実施例を温泉に適用したのは、例えば次の事例に基づいている。 V is an electromotive voltage of the Seebeck element 9, S is a Seebeck coefficient, and Ri is an internal resistance of the Seebeck element. The electromotive voltage V of the Seebeck element 9 is proportional to the Seebeck coefficient S and the temperature difference ΔT. That is, the power generation amount P is proportional to the square of the temperature difference. Therefore, it is obvious that the power generation amount P increases as the temperature difference increases. The application of this embodiment to a hot spring is based on the following case, for example.

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構による成果報告書「温排水パイプに装着可能な熱電発電モジュール研究の可能性調査」（平成２０年3月）によると、草津温泉の高温源９５度、低温源１０度であるにも関わらず従来の構成の発電ユニットでの実行温度差は５０度ということであり、温度低下が大きい。この温度低下は、５０／８５＝０．６であり、実際の温度差に対し６割しか利用していないことを意味する。熱電発電モジュールの発電効率、及び発電容量を大きくするには、この実行温度差をいかに大きくするかが課題となる。 According to the results report by the New Energy and Industrial Technology Development Organization, “Investigation of the possibility of research on thermoelectric power generation modules that can be attached to hot drain pipes” (March 2008), Although the low-temperature source is 10 degrees, the effective temperature difference in the power generation unit having the conventional configuration is 50 degrees, and the temperature drop is large. This temperature drop is 50/85 = 0.6, which means that only 60% of the actual temperature difference is used. In order to increase the power generation efficiency and the power generation capacity of the thermoelectric power generation module, how to increase the effective temperature difference becomes a problem.

本発明は実際の温度差に近づけるようにするもので、特にヒートパイプの構成を特徴とする発電ユニットとしたものである。この構成で、実際の温度差を適用すると、発電量Ｐは温度差の２乗に比例することから、発電性能は理論値が従来比で略３倍に向上することになる。次に、図２に基づく発電ユニット１の具体的な構成について説明する。尚、ゼーベック素子９は公知の熱電変換素子であるので、詳細の構造、機能の説明は省略する。図３は発電ユニット１を含むシステムを平面的に表した説明図である。 The present invention is intended to be close to an actual temperature difference, and is particularly a power generation unit characterized by a heat pipe configuration. In this configuration, when an actual temperature difference is applied, the power generation amount P is proportional to the square of the temperature difference, so that the theoretical value of the power generation performance is approximately three times that of the conventional one. Next, a specific configuration of the power generation unit 1 based on FIG. 2 will be described. In addition, since Seebeck element 9 is a well-known thermoelectric conversion element, description of a detailed structure and function is abbreviate | omitted. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the system including the power generation unit 1 in a plan view.

図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。これらの図に示したシステムは、温泉に適用した形態で示している。温泉は、一般的には温度が季節、時間を問わず常に一定で、且つ絶えず流出している熱媒体であるので、安定した電力供給が可能である。高温の温泉７は供給口Ｘから取り込まれ、発電ユニット１を介して矢印のように循環して流れ、冷却された低温の温泉８となり排出口Ｙから排出される。この流れている温泉流路の中間域１４は池となっていて温泉の放熱のための池、又は貯水池となっている。又、この中間域１４は池としているが、高温の温泉７が発電ユニット１を通過し、低温の温泉８となって再び発電ユニット１を通過するまでの全ての領域に亘っている領域でもある。 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. The system shown in these figures is shown in a form applied to a hot spring. In general, a hot spring is a heat medium in which the temperature is always constant regardless of the season and time, and is constantly flowing out, so that stable power supply is possible. The hot hot spring 7 is taken in from the supply port X, circulates through the power generation unit 1 as shown by the arrow, and becomes a cooled low temperature hot spring 8 and is discharged from the discharge port Y. The intermediate region 14 of the flowing hot spring channel is a pond, which is a pond for heat dissipation of the hot spring, or a reservoir. Moreover, although this intermediate area 14 is a pond, it is also an area over the entire area from when the hot spring 7 passes through the power generation unit 1 to become the low temperature hot spring 8 and again passes through the power generation unit 1. .

この中間域１４を通して放熱されることで、高温の温泉７は低温の温泉８となる。又、高温の温泉７と低温の温泉８との間には、遮断壁１５が設けられている。この遮断壁１５はコンクリート製（又は断熱材）であるが断熱構造となっていて、高温の温泉７と低温の温泉８とが混合することを防止し遮断している。又、高温の温泉７の流域には、発電ユニット１が設置されている近傍の流路を横切って堰となる隔壁１６が設けられている。高温の温泉７は流れ量が多くなると、この隔壁１６から溢れて流れることになる。 By dissipating heat through the intermediate region 14, the hot spring 7 becomes a low temperature hot spring 8. In addition, a blocking wall 15 is provided between the high temperature hot spring 7 and the low temperature hot spring 8. The barrier wall 15 is made of concrete (or a heat insulating material) but has a heat insulating structure, and prevents and blocks the mixing of the hot spring 7 and the low temperature hot spring 8. Further, in the basin of the hot spring 7, a partition wall 16 is provided that serves as a weir across the flow path in the vicinity where the power generation unit 1 is installed. The hot hot spring 7 overflows from the partition wall 16 as the flow rate increases.

この堰１６の上部は、発電ユニット１のヒートパイプ下部が常に一定位置で温泉に浸れるように高さが設定されている。このため、この堰１６を設けることにより、高温の温泉７の水平位置は一定であるので、高温の温泉７の供給量の多少に関わらず、安定した温度を保つことができる。低温の温泉の排出口Ｙ側にも堰１７が設けられていて、低温の温泉８も一定量の流量を超えると、この堰１７の上部からオーバーフローして排出される。なお、堰１６及び１７を中央にＶ字状の切り欠きが形成されている直角三角堰を用いると、流量が多少可変しても、水位の高さを自動的に一定にすることができる。 The height of the upper portion of the weir 16 is set so that the lower portion of the heat pipe of the power generation unit 1 is always immersed in the hot spring at a fixed position. For this reason, by providing this weir 16, since the horizontal position of the hot spring 7 is constant, a stable temperature can be maintained regardless of the amount of the hot spring 7 supplied. A weir 17 is also provided on the discharge port Y side of the low temperature hot spring, and if the low temperature hot spring 8 exceeds a certain amount of flow, it overflows from the upper portion of the weir 17 and is discharged. If a right triangular weir having a V-shaped cutout is formed at the center of the weirs 16 and 17, the height of the water level can be automatically made constant even if the flow rate is somewhat variable.

この結果、低温の温泉８の温度も安定状態を保つことができる。発電ユニット１は高温の温泉７の供給口Ｘ側近傍に、且つ冷却された低温の温泉８の排出口Ｙ側近傍に設置されている。高温の温泉７は、供給口Ｘの上部から断熱材が巻かれた管等により高温の温泉7域に供給される。又、冷却された低温の温泉８は、前述のように堰１７を構成した排出口Ｙからあふれる状態で排出される。発電ユニット１は、高温の温泉７の最も高温とする部位で、且つ低温の温泉８の最も低温とする部位に設置されている。 As a result, the temperature of the low temperature hot spring 8 can be kept stable. The power generation unit 1 is installed in the vicinity of the supply port X side of the hot spring 7 and in the vicinity of the discharge port Y side of the cooled low temperature hot spring 8. The hot hot spring 7 is supplied from the upper part of the supply port X to the hot hot spring 7 area by a pipe wound with a heat insulating material. Further, the cooled low temperature hot spring 8 is discharged in a state of overflowing from the discharge port Y constituting the weir 17 as described above. The power generation unit 1 is installed at the highest temperature of the hot spring 7 and at the lowest temperature of the low temperature hot spring 8.

発電ユニット１は、ゼーベック素子９を２つのヒートパイプ１０、１１で挟んで固定した構成になっていて、この２つのヒートパイプ１０、１１の各々の一方の端部１０ａ、１１ａがゼーベック素子９側に設置され、他方の端部１０ｂ，１１ｂが温泉に浸る構成になっている。ゼーベック素子９は、銅製の保持体１２を介して２つのヒートパイプ１０、１１に各々接続されている。即ち、第１ヒートパイプ１０は中間部が屈曲形状で外方に開き、上部はゼーベック素子９に相対し取り付けられ、第１ヒートパイプ１０の下部１０ｂは高温の温泉７に浸っている。 The power generation unit 1 has a configuration in which a Seebeck element 9 is sandwiched and fixed between two heat pipes 10 and 11, and one end portions 10a and 11a of each of the two heat pipes 10 and 11 are on the Seebeck element 9 side. The other end 10b, 11b is soaked in a hot spring. The Seebeck element 9 is connected to two heat pipes 10 and 11 via a copper holder 12. That is, the first heat pipe 10 has a bent middle portion and opens outward, the upper portion is attached to the Seebeck element 9, and the lower portion 10 b of the first heat pipe 10 is immersed in the hot spring 7.

他方、第２ヒートパイプ１１も同様構成で、上部がゼーベック素子９に相対して取り付けられ、第２ヒートパイプ１１の下部は低温の温泉８に浸っている。ゼーベック素子９の下部に前述の遮断壁１５が設けられ、温泉を高温側と低温側とに二分している。又、この温泉は高温側から低温側に自然流で流れる構成であり、発電ユニット１の下部に設置した２つのヒートパイプ１０、１１の浸る温泉の水位は相互に段差を形成している。即ち、この水位は、高温の温泉７の水位が低温の温泉８の水位に対して高く設定される。このため温泉はポンプ等の駆動機構を必要とすることなく流れる。 On the other hand, the second heat pipe 11 has the same configuration, with the upper part attached to the Seebeck element 9 and the lower part of the second heat pipe 11 immersed in the low temperature hot spring 8. The aforementioned blocking wall 15 is provided below the Seebeck element 9 and divides the hot spring into a high temperature side and a low temperature side. Further, this hot spring is configured to flow in a natural flow from the high temperature side to the low temperature side, and the water levels of the hot springs immersed in the two heat pipes 10 and 11 installed in the lower part of the power generation unit 1 form a step. That is, this water level is set so that the water level of the hot spring 7 is higher than that of the low temperature hot spring 8. For this reason, the hot spring flows without requiring a drive mechanism such as a pump.

図示していないが、ゼーベック素子９は複数有して構成され、その側面は外部と断熱体を介して保護されていて、表面と裏面が受熱面となっている。又、このゼーベック素子９を含め２つのヒートパイプ１０、１１の外周は全体に断熱材１３（図４参照）で被覆されており、熱の発散を防止している。図５、図６はゼーベック素子９と２つのヒートパイプ１０、１１の取り付け構成図であり、図５は平面断面図で図６はその側面図である。 Although not shown, a plurality of Seebeck elements 9 are provided, the side surfaces thereof are protected via the outside and a heat insulator, and the front and back surfaces are heat receiving surfaces. Further, the outer circumferences of the two heat pipes 10 and 11 including the Seebeck element 9 are entirely covered with a heat insulating material 13 (see FIG. 4) to prevent the heat from spreading. FIGS. 5 and 6 are views showing the mounting structure of the Seebeck element 9 and the two heat pipes 10 and 11, FIG. 5 is a sectional plan view, and FIG. 6 is a side view thereof.

図５及び６に示すようにゼーベック素子９は、この両面に２つのヒートパイプ１０、１１を保持体１２で保持し挟持されている。保持体１２は、熱伝導性に優れた銅製で作られており、２つのヒートパイプ１０、１１の熱を効率的にゼーベック素子９に伝達している。保持体１２は、それぞれ分割された2つの挟持部材１２ａ、及び2つの蓋部材１２ｂで構成されている。挟持部材１２ａの一側面は、ゼーベック素子９に接し、他の側面は、断面形状が半円形の複数の凹部が並列して形成されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the Seebeck element 9 has two heat pipes 10, 11 held on both sides by a holding body 12 and sandwiched between them. The holding body 12 is made of copper having excellent thermal conductivity, and efficiently transfers the heat of the two heat pipes 10 and 11 to the Seebeck element 9. The holding body 12 includes two sandwiching members 12a and two lid members 12b that are divided. One side surface of the sandwiching member 12a is in contact with the Seebeck element 9, and the other side surface is formed with a plurality of recesses having a semicircular cross-sectional shape in parallel.

同様に、蓋部材１２ｂの一側面には、断面形状が半円形の複数の凹部が並列して形成されている。挟持部材１２ａの凹部と蓋部材１２ｂの凹部に、ヒートパイプ１０、１１の上端１０ａ、１１ｂがそれぞれ挿入され、これらは熱伝導性の高いロウ材によりロウ付けにより固定されている。ただし、このロウ付けは、腐食防止、温泉成分等の異物の侵入防止等から好ましいが、必ず必要なものではない。更に、二つの挟持部材１２ａの両端部は、ボルト１８で締結し一体化させて、ゼーベック素子９に圧着させている。保持体を固定するボルト１８は、断熱性のあるものが望ましい。この圧着面には、密着性を向上させるために熱伝導性グリス等を介在させている。第１ヒートパイプ１０は、高温の温泉熱をゼーベック素子９側にもたらし（熱フラックス）、第２ヒートパイプ１１は、低温の温泉熱をゼーベック素子９にもたらしている（熱フラックス）。 Similarly, a plurality of concave portions having a semicircular cross-sectional shape are formed in parallel on one side surface of the lid member 12b. The upper ends 10a and 11b of the heat pipes 10 and 11 are inserted into the recesses of the sandwiching member 12a and the lid member 12b, respectively, and these are fixed by brazing with a brazing material having high thermal conductivity. However, this brazing is preferable for preventing corrosion and preventing entry of foreign substances such as hot spring components, but is not always necessary. Further, both end portions of the two holding members 12 a are fastened and integrated by bolts 18 and are crimped to the Seebeck element 9. The bolt 18 for fixing the holding body is preferably heat insulating. Thermally conductive grease or the like is interposed on the crimping surface in order to improve adhesion. The first heat pipe 10 brings high temperature hot spring heat to the Seebeck element 9 (heat flux), and the second heat pipe 11 brings low temperature hot spring heat to the Seebeck element 9 (heat flux).

これはヒートパイプのもつ蒸発、凝縮の機能によっている。従って、第１ヒートパイプ１０及び第２ヒートパイプ１１は、ゼーベック素子９の取り付け位置が熱媒体の位置と離れていても、これらのヒートパイプを使用することにより、温泉熱を直接ゼーベック素子９に大量の熱を効率的に伝達することが可能な要素である。ゼーベック素子９において、このヒートパイプでもたらされる温泉熱の温度差を直接電圧に変換する。 This depends on the evaporation and condensation functions of the heat pipe. Therefore, even if the mounting position of the Seebeck element 9 is separated from the position of the heat medium, the first heat pipe 10 and the second heat pipe 11 can directly transfer hot spring heat to the Seebeck element 9 by using these heat pipes. It is an element capable of efficiently transferring a large amount of heat. In the Seebeck element 9, the temperature difference of the hot spring heat caused by this heat pipe is directly converted into a voltage.

温泉の高温側と低温側は、断熱材である遮断壁１５によって遮断されているので、高温の温泉７と低温の温泉８とは混合することなく各々の温度は維持される。このような構成にすることで、発電ユニット１の設置が容易なシステムとすることができる。結果的に少量の熱エネルギーであっても、ヒートパイプの使用で効率よく電気に変換でき必要とする電力量が得られる。このシステムのメンテナンスは、発電ユニット１に駆動源等の稼動部がないので、定期的にシステム周辺を清掃するのみでよい。特に、外部に露出しているヒートパイプ部分の清掃を集中的に施せばよい。この清掃は専門的なものではなく容易な作業である。 Since the high temperature side and the low temperature side of the hot spring are blocked by the blocking wall 15 that is a heat insulating material, the high temperature hot spring 7 and the low temperature hot spring 8 are maintained without mixing. By setting it as such a structure, it can be set as the system where installation of the electric power generation unit 1 is easy. As a result, even a small amount of heat energy can be efficiently converted into electricity by using a heat pipe, and the required amount of power can be obtained. Maintenance of this system need only be periodically cleaned around the system because the power generation unit 1 does not have an operating part such as a drive source. In particular, the heat pipe exposed to the outside may be intensively cleaned. This cleaning is not an expert and is an easy task.

［他の実施の形態］
これまで本発明の基本的な実施の形態の説明を行ったが、次に他の実施の形態について説明する。図７に示すものは部分断面図であるが、冷却側である第２ヒートパイプ１１に複数のフィン１９を設けた例である。フィン１９を設けることにより、ヒートパイプの凝縮、蒸発の機能を促進させ、第２ヒートパイプ１１を効果的に低温化させることができる。図８に示すものは、２つのヒートパイプの外周に隙間無く断熱材１３を密着させ被覆した構成を示している。 [Other embodiments]
Although the basic embodiment of the present invention has been described so far, another embodiment will be described next. 7 is a partial cross-sectional view, but is an example in which a plurality of fins 19 are provided on the second heat pipe 11 on the cooling side. By providing the fins 19, the functions of condensation and evaporation of the heat pipe can be promoted, and the temperature of the second heat pipe 11 can be effectively lowered. FIG. 8 shows a configuration in which the heat insulating material 13 is in close contact with the outer circumferences of the two heat pipes without any gap.

発電ユニット１全体を単なるカバー程度でなく完全に断熱材を施す構成にすることにより、熱を一層発散させず保持させることができる。この断熱材１３を施す方法は、例えば建築関係で行っている方法であってもよい。即ち、発電ユニット１の形状は、凹凸部が多く複雑になるので、断熱材１３をガン等で吹き付ける方法により、隙間まで満遍なく断熱材を付着形成する方法であってもよい。二点鎖線はカバーを示す。 By adopting a configuration in which the entire power generation unit 1 is completely covered with a heat insulating material rather than a mere cover, heat can be held without being further dissipated. The method of applying the heat insulating material 13 may be, for example, a method performed in an architectural relationship. That is, since the shape of the power generation unit 1 is complicated with many uneven portions, a method in which the heat insulating material is adhered and formed evenly to the gaps by a method of spraying the heat insulating material 13 with a gun or the like may be used. A two-dot chain line indicates a cover.

図９は、ヒートパイプを複数列で重層にした場合の発電ユニットのゼーベック素子９とヒートパイプの取り付け構成２０を部分的に示す平面断面図で、図１０は同構成の側面図である。この構造は、ヒートパイプを単列に配置した構成に比し、前述したものと同様に熱をより移動させるための構造として効果的である。２つのヒートパイプ構成を各々2列にし、第１ヒートパイプ２１、第２ヒートパイプ２２とし、ゼーベック素子９を二つの保持体２３で挟み、この保持体２３をボルト２４で各々締結した構成の側面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional plan view partially showing the Seebeck element 9 of the power generation unit and the heat pipe mounting structure 20 when the heat pipes are stacked in multiple rows, and FIG. 10 is a side view of the same structure. This structure is more effective as a structure for transferring heat more similarly to the structure described above, as compared with the configuration in which the heat pipes are arranged in a single row. Two heat pipe configurations are arranged in two rows, a first heat pipe 21 and a second heat pipe 22, a Seebeck element 9 is sandwiched between two holding bodies 23, and the holding bodies 23 are fastened with bolts 24. FIG.

１個の保持体２３は、一つの挟持部材２３ａ、及び二つの蓋部材２３ｂで構成されている。挟持部材２３ａの両側面には、断面形状が半円形の複数の凹部が並列して形成されている。また、同様に、二つの蓋部材２３ｂの一側面にも断面形状が半円形の複数の凹部が並列して形成されている。２列の第１ヒートパイプ２１の上端は、挟持部材２３ａ及び蓋部材２３ｂの凹部に挿入され、挟まれて固定される。このとき、第１ヒートパイプ２１、挟持部材２３ａ及び蓋部材２３ｂとは、ボルト１８で相互に固定されているが、ロウ付けを併用したものが熱伝達効率の向上、及び接合表面の劣化防止の観点から好ましい。 One holding body 23 is composed of one clamping member 23a and two lid members 23b. A plurality of concave portions having a semicircular cross-sectional shape are formed in parallel on both side surfaces of the sandwiching member 23a. Similarly, a plurality of recesses having a semicircular cross-sectional shape are formed in parallel on one side surface of the two lid members 23b. The upper ends of the two rows of the first heat pipes 21 are inserted into the recesses of the holding member 23a and the lid member 23b, and are fixed by being pinched. At this time, the first heat pipe 21, the sandwiching member 23a, and the lid member 23b are fixed to each other with the bolt 18, but the combination of brazing improves heat transfer efficiency and prevents deterioration of the joint surface. It is preferable from the viewpoint.

同様の固定構造で、２列の第１ヒートパイプ２２の上端は、一つの挟持部材２３ａ及び２個の蓋部材２３ｂの凹部に挿入され、挟まれて固定されている。二つの保持体２３の挟持部材２３ａは、ボルト２４で相互に連結されて、ゼーベック素子９を挟む。なお、ヒートパイプの配列は、3列以上を配列したものであってもよい。図１１に示すものは、高温側ヒートパイプのみ温泉に浸し、低温側ヒートパイプを温泉に浸さず外気で空冷させる構成の発電ユニット３０の例である。 With the same fixing structure, the upper ends of the two rows of the first heat pipes 22 are inserted into the concave portions of the one clamping member 23a and the two lid members 23b, and are clamped and fixed. The holding members 23 a of the two holding bodies 23 are connected to each other by bolts 24 and sandwich the Seebeck element 9. Note that the heat pipes may be arranged in three or more rows. What is shown in FIG. 11 is an example of the power generation unit 30 having a configuration in which only the high temperature side heat pipe is immersed in a hot spring and the low temperature side heat pipe is not immersed in the hot spring and is air-cooled with outside air.

この場合の低温側の熱媒体は外気となり、この部分は前述の場合と異なる例である。この場合は、ゼーベック素子９の取り付け位置を温泉の水位と平行にする。これにより高温側の第１ヒートパイプ３１の上部３１ａの中心線は、ゼーベック素子９の面と平行になるが、端部３１ｂは折り曲げた形状で下方向に延在し、下部の高温の温泉７に浸る。第１ヒートパイプ３１の端部３１ｂの中心線は、ゼーベック素子９の面に垂直方向である。同様に、低温側の第２ヒートパイプ３２の下部３２ａの中心線は、ゼーベック素子９の面と平行になる。第２ヒートパイプ３２の上部３２ｂは、折り曲げられた形状で上方に直状、即ちゼーベック素子９の面と垂直方向に張り出している。 In this case, the heat medium on the low temperature side is outside air, and this portion is an example different from the above case. In this case, the mounting position of the Seebeck element 9 is made parallel to the water level of the hot spring. As a result, the center line of the upper portion 31a of the first heat pipe 31 on the high temperature side is parallel to the surface of the Seebeck element 9, but the end portion 31b extends downward in a bent shape, and the high temperature hot spring 7 in the lower portion. Soak in. The center line of the end portion 31 b of the first heat pipe 31 is perpendicular to the surface of the Seebeck element 9. Similarly, the center line of the lower part 32 a of the second heat pipe 32 on the low temperature side is parallel to the surface of the Seebeck element 9. The upper part 32 b of the second heat pipe 32 has a bent shape and extends straight upward, that is, in a direction perpendicular to the surface of the Seebeck element 9.

図５で示したものと同様に、この第２ヒートパイプ３２の外周に複数のフィン３３を設ける。第１ヒートパイプ３１、第２ヒートパイプ３２の各々の端部３１ａ，３２ａは、保持体３４により結合される。又、ゼーベック９を挟んだ部位の第１ヒートパイプ３１と第２ヒートパイプ３２との間には、前述の遮断壁に相当する断熱材である仕切板３５を配置し、高温の温泉の熱が第２ヒートパイプ３２側に影響を及ぼさないようにする。この例は、外気の温度が低温の温泉熱より低い温度で維持される場合に効果的である。尚、第２ヒートパイプ３２とフィン３３の設置形状は、図の構成のような水平に限定されることはなく、向きが異なる方向の形状であってもよい。 Similar to the one shown in FIG. 5, a plurality of fins 33 are provided on the outer periphery of the second heat pipe 32. The end portions 31 a and 32 a of the first heat pipe 31 and the second heat pipe 32 are coupled by a holding body 34. In addition, a partition plate 35 that is a heat insulating material corresponding to the above-described blocking wall is disposed between the first heat pipe 31 and the second heat pipe 32 in a portion sandwiching the Seebeck 9 so that the heat of the hot springs is high. The second heat pipe 32 side is not affected. This example is effective when the temperature of the outside air is maintained at a temperature lower than the low temperature hot spring heat. In addition, the installation shape of the 2nd heat pipe 32 and the fin 33 is not limited horizontally like the structure of a figure, The shape of the direction from which directions differ may be sufficient.

図１２は、循環する温泉の流路途中の地中４０に第３ヒートパイプ４１を埋め込んだものである。地中４０の低温域と温泉とで熱交換を行い、高温の温泉７の温度を下げるようにした構成例である。地中４０の温度は温泉熱より低い温度で一定であるので、特に夏の気温が高い地域に設置すると温度差が大きいので効果的である。図１３は、発電ユニット１を１つのユニット単位とし、複数直列に配置した構成の発電ユニット４２である。 FIG. 12 shows the third heat pipe 41 embedded in the underground 40 in the middle of the circulating hot spring. This is a configuration example in which heat is exchanged between the low temperature region of the underground 40 and the hot spring, and the temperature of the hot hot spring 7 is lowered. Since the temperature of the underground 40 is constant at a temperature lower than that of hot spring heat, it is effective when installed in an area where the temperature in summer is particularly high because the temperature difference is large. FIG. 13 shows a power generation unit 42 having a configuration in which the power generation unit 1 is a single unit and a plurality of power generation units 1 are arranged in series.

高温の温泉流域には前述同様に各ユニット毎に温泉が滞留できるように複数の堰４３を設ける。これにより、供給口Ｘから供給された高温の温泉７は、多段で滞留しながら温度を一定に保ち流れることになる。高温の温泉７域を流れた温泉は、前述のとおり中間域１４を経て低温の温泉となり排出口Ｙから排出される。なお、高温の温泉７を流れる上下の温度を均一にするために、堰４３から流れる温泉７の流れを堰４３の上部、又は下部から交互に流れるように堰４３の上下位置を配置したものが良い。これにより、滞留によって生じる温泉７の低温化を防ぐことができる。 In the hot spring basin, a plurality of weirs 43 are provided so that the hot springs can stay for each unit as described above. Accordingly, the hot spring 7 supplied from the supply port X flows while maintaining a constant temperature while staying in multiple stages. As described above, the hot spring flowing through the high temperature hot spring 7 area becomes a low temperature hot spring through the intermediate area 14 and is discharged from the outlet Y. In order to make the upper and lower temperatures flowing through the hot spring 7 uniform, the upper and lower positions of the weir 43 are arranged so that the flow of the hot spring 7 flowing from the weir 43 flows alternately from the upper part or the lower part of the weir 43. good. Thereby, the low temperature of the hot spring 7 caused by staying can be prevented.

図１１に示した発電ユニット３０は、高温側ヒートパイプのみを温泉に浸し、低温側ヒートパイプを温泉に浸さず外気で空冷させるものである。図１４に示すものは、この発電ユニット３０の他の使用方法を示したものである。本例の発電ユニット５１は、水面に断熱材５０を浮かべて、この断熱材５０に複数の発電ユニット３０を設置した例である。即ち、図３に示した温泉熱を利用した発電システムにおいて、冷却のための池のような中間域１４に設置するものであり、この中間域１４を断熱効果のある断熱材５０で水面を覆う。この断熱材５０に前述のように複数の発電ユニット３０を設置して浮遊状態にし、温泉水が空気で放熱冷却されると共に、この発電ユニット３０でも同時に発電を行うものである。この方法は、上流で発電した後の湯であるので温泉の温度は低下しているので発電効率は落ちるが、発電ユニット１を通過した温泉であっても温泉の温度は外気より高いので、温泉水の冷却と共に、外気との間で発電を行うことができる。 The power generation unit 30 shown in FIG. 11 immerses only the high temperature side heat pipe in the hot spring, and cools the low temperature side heat pipe in the outdoor air without immersing it in the hot spring. FIG. 14 shows another method for using the power generation unit 30. The power generation unit 51 of this example is an example in which a heat insulating material 50 is floated on the water surface, and a plurality of power generation units 30 are installed on the heat insulating material 50. That is, in the power generation system using hot spring heat shown in FIG. 3, it is installed in an intermediate area 14 such as a pond for cooling, and the intermediate area 14 is covered with a heat insulating material 50 having a heat insulating effect. . As described above, the plurality of power generation units 30 are installed in the heat insulating material 50 to be in a floating state, and the hot spring water is radiated and cooled with air, and the power generation unit 30 also generates power at the same time. Since this method is hot water after generating electricity upstream, the temperature of the hot spring is lowered, so the power generation efficiency is lowered. However, even if the hot spring has passed through the power generation unit 1, the temperature of the hot spring is higher than that of the outside air. Along with the cooling of the water, it is possible to generate electricity with the outside air.

冬期においては、温泉熱の変動に比し大気温度が低いので、その温度差は大きい。中間域１４の温泉熱は大気に比べると高いので、この中間域１４の温泉も放熱のみならず有効に発電エネルギーとして利用できる。又、発電ユニット５１は浮遊させる構成になっているので温泉水位の高さ方向の変動に対応できる。従って、発電ユニット１に加わる形で、２系列の発電ユニット１，５１を設ける本例の発電システムにすることにより、安定的により多くの発電力が得られる。複数ユニットを設置することでその効果は大きくなる。 In winter, the temperature difference is large because the atmospheric temperature is lower than that of hot spring heat. Since the hot spring heat in the intermediate zone 14 is higher than that in the atmosphere, the hot spring in the intermediate zone 14 can be used not only for heat dissipation but also effectively as power generation energy. Moreover, since the power generation unit 51 is configured to float, it can cope with fluctuations in the hot spring water level in the height direction. Accordingly, by generating the power generation system of this example in which the two power generation units 1 and 51 are provided in addition to the power generation unit 1, more power generation can be stably obtained. The effect is increased by installing multiple units.

図１５は、発電ユニット１を経て流れる高温の温泉６１と低温の温泉６２の中間に放熱装置６０を設けた例を模式的に断面で示した説明図である。この例の場合は、高温の温泉６１と低温の温泉６２との間で、流れの高低差がある場合に有効である。即ち、この高低差のある落差部分に放熱装置６０を設け、高温の温泉６１をこの放熱装置６０を通過させ放熱させて低温の温泉６２とするものである。この発電ユニット１は、設置する敷地が狭いときに最適である。 FIG. 15 is an explanatory view schematically showing a cross section of an example in which a heat dissipation device 60 is provided between a high temperature hot spring 61 and a low temperature hot spring 62 flowing through the power generation unit 1. This example is effective when there is a difference in flow between the hot spring 61 and the low temperature hot spring 62. That is, the heat radiating device 60 is provided at the head portion having a difference in elevation, and the high temperature hot spring 61 is passed through the heat radiating device 60 to radiate heat to form the low temperature hot spring 62. This power generation unit 1 is optimal when a site to be installed is small.

この放熱装置６０は、例えば大気に露出する波状の板６３のようなもので構成され、高温の温泉６１をこの板６３の表面に矢印で示すように自由落下で流れる構成としたものである。大気は温泉より温度は低いので、温泉は板６３を通過する過程で大気によって放熱冷却される。冷却された温泉は矢印で示すように低温の温泉６２として放流される。波状にした板６３は表面積が大きいので冷却効果は大きい。 The heat dissipating device 60 is composed of, for example, a corrugated plate 63 exposed to the atmosphere, and the hot spring 61 is configured to flow freely on the surface of the plate 63 as indicated by an arrow. Since the temperature of the atmosphere is lower than that of the hot spring, the hot spring is radiated and cooled by the atmosphere as it passes through the plate 63. The cooled hot spring is discharged as a low temperature hot spring 62 as indicated by an arrow. Since the corrugated plate 63 has a large surface area, the cooling effect is large.

この例の場合は低温の温泉６２側のゼーベック素子９に接続するヒートパイプ６４が長くなるので、このヒートパイプ６４周囲に断熱材６５を取り付けて熱放散を防いでいる。又、高温の温泉６１と低温の温泉６２との間には、前述同様に温泉熱が伝播しないように断熱性の遮断壁６６を設けられている。このような構成にすることで、高温の温泉温度と低温の温泉温度の差を大きくすることができ、発電の高効率化を促進することができる。 In this example, since the heat pipe 64 connected to the Seebeck element 9 on the low temperature hot spring 62 side becomes long, a heat insulating material 65 is attached around the heat pipe 64 to prevent heat dissipation. Further, between the high temperature hot spring 61 and the low temperature hot spring 62, a heat insulating barrier 66 is provided so that the hot spring heat does not propagate as described above. With such a configuration, the difference between the hot spring temperature and the cold hot spring temperature can be increased, and high efficiency of power generation can be promoted.

以上他の実施の形態について、主に発電ユニットの構成について説明したが、発電ユニット以外のシステム構成については、前述の説明の内容に準じて構成され、本発明のシステムとしている。又、低温側は、低温の温泉として説明したが、低温側の熱媒体は河川あるいは地下水からの流水を引き込んだ構成のものであってもよい。この場合は、安定的に冷水が得られることが必要で、設置場所が限定される条件はあるが、同様の熱電効果が得られる。 Although the configuration of the power generation unit has been mainly described with respect to the other embodiments above, the system configuration other than the power generation unit is configured according to the contents of the above description and is the system of the present invention. Moreover, although the low temperature side demonstrated as a low temperature hot spring, the heat medium of a low temperature side may be a thing of the structure which drawn in the flowing water from a river or groundwater. In this case, it is necessary to stably obtain cold water, and the same thermoelectric effect can be obtained although there are conditions where the installation location is limited.

以上の実施の形態において、主に低温側のヒートパイプにフィンを設けた例を説明した。しかしながら、高温側のヒートパイプにフィンを設けたものであっても良い。ただし、低温側のヒートパイプ、又は高温側のヒートパイプであっても、流体の流れを悪くするようなフィンの配置は熱移動を妨げるので好ましくなく、可能な限り流体の流れを妨げる構造は好ましくはない。以上、本発明の実施の形態について種々説明したが、本発明はこの形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。本システムは、温泉以外に例えば車両等の排熱や家庭で生じる排熱等を熱媒体として適用できることはいうまでもない。 In the above embodiment, the example which mainly provided the fin in the low temperature side heat pipe was demonstrated. However, the heat pipe on the high temperature side may be provided with fins. However, even in the case of a heat pipe on the low temperature side or a heat pipe on the high temperature side, the arrangement of fins that deteriorates the flow of fluid is not preferable because it prevents heat transfer, and a structure that prevents the flow of fluid as much as possible is preferable. There is no. While various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that modifications can be made without departing from the object and spirit of the present invention. . Needless to say, this system can apply, for example, exhaust heat from a vehicle, exhaust heat generated at home, or the like as a heat medium in addition to a hot spring.

卓上の実験例として次のような結果を得た。
温泉地：温水
ゼーベック素子：４ｃｍ×４ｃｍ１枚（内部抵抗１．６７Ω）
温度差：温水９８℃、冷水５℃
ヒートパイプ：材質は銅、直径８ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、流体は蒸留水、５本
発生電力：５．１４ｗ As a tabletop experimental example, the following results were obtained.
Hot spring area: warm water Seebeck element: 4cm x 4cm 1 piece (internal resistance 1.67Ω)
Temperature difference: hot water 98 ° C, cold water 5 ° C
Heat pipe: Material is copper, diameter 8mm, length 250mm, fluid is distilled water, 5 generation power: 5.14w

１，３０…発電ユニット
７…高温の温泉
８…低温の温泉
９…ゼーベック素子
１０…第１ヒートパイプ
１１…第２ヒートパイプ
１２…保持体
１３…断熱材
１４…中間域
１５…遮断壁
１６、１７…堰 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 ... Power generation unit 7 ... High temperature hot spring 8 ... Low temperature hot spring 9 ... Seebeck element 10 ... 1st heat pipe 11 ... 2nd heat pipe 12 ... Holding body 13 ... Heat insulating material 14 ... Middle area 15 ... Shut-off wall 16, 17 ... Weir

Claims

A thermoelectric conversion element (9) that converts thermal energy into electrical energy due to a temperature difference;
A first heat pipe (10) that is bonded to the thermoelectric conversion element and is installed in the high temperature fluid (7);
A second heat pipe (11), which is attached to the low temperature side fluid (8) opposite to the first heat pipe, with the thermoelectric conversion element sandwiched therebetween,
A holding body (12) for holding the thermoelectric conversion element on the first heat pipe and the second heat pipe;
A power generation system comprising: a partition wall (15) that blocks the high temperature side fluid immersed in the first heat pipe and the low temperature side fluid immersed in the second heat pipe,
The high temperature side fluid (7) and the low temperature side fluid (8) are the same hot water having different temperatures,
The power generation system, wherein the low temperature side fluid is a fluid that is disposed at a water level relatively lower than the water level of the high temperature side fluid and flows from the high temperature side to the low temperature side in a natural flow.

2. The power generation system according to claim 1, wherein the second heat pipe has a configuration in which a plurality of fins (19) are provided on an outer periphery. 3.

2. The power generation system according to claim 1, wherein a heat dissipating fluid region (14) for heat dissipation is configured between the high temperature side fluid and the low temperature side fluid. 3.

The power generation system according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion element is a Seebeck element (9).

The power generation system according to claim 1, wherein the holding body (12) is made of copper.

The power generation system according to claim 1, wherein the partition body (15) has a heat insulating property.

2. The power generation system according to claim 1, wherein a partition wall (16) for blocking a flow of high-temperature hot water is provided in the flow path of the high-temperature side fluid. 3.

2. The power generation system according to claim 1, wherein an outer periphery of the first heat pipe is covered with a heat insulating material (13).

The power generation system according to claim 1, wherein the first heat pipe (21) and the second heat pipe (22) each have a multilayer structure.

The power generation system according to claim 1, wherein the second heat pipe (32) is provided with a plurality of fins (33) on the outside air side.

The power generation system according to claim 1,
A power generation system comprising a third heat pipe (41) embedded in the ground (40) in an intermediate flow path region between the high temperature side fluid and the low temperature side fluid.

The power generation system according to claim 1, wherein the power generation unit (42) has a configuration in which power generation units (1) having a unit configuration including the first heat pipe and the second heat pipe are arranged in series in multiple stages. Power generation system.

2. The power generation system according to claim 1, wherein the first heat pipe and the second heat pipe have a configuration in which an intermediate portion has a curved portion and an end portion projects outward and is immersed in hot water. Characteristic power generation system.

In the electric power generation system described in Claim 3,
A second power generation unit (51) comprising a heat sink having the thermoelectric conversion element sandwiched in the radiating fluid region (14), the high temperature side being floated in the radiating fluid region in a floating state, and the low temperature side having fins on the outside air side. A power generation system characterized by being provided.

The power generation system according to claim 3, wherein a heat dissipating device (60) for dissipating and cooling the high temperature side fluid is provided in the heat dissipating fluid region (14), and the heat-cooled hot water is used as the low temperature side fluid. A power generation system characterized by that.