JP6280663B1 - 宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかも、これらのシステムは電力を発生させるためにコストが高く、大掛かりな設備、施工工事を必要としていた。
これは、自然対流のみにより、コンパクトかつ低コストの効率的な太陽電池を冷却する太陽電池パネルの冷却装置、および、回収した熱の利用システムを提供することを目的とするものであり、太陽電池パネルを冷却する太陽電池パネルの冷却装置であって、太陽電池パネルに接し、パネルの熱を回収し、管内の冷却用の熱媒体に自然対流を発生させるパネル冷却管と、冷却用の熱媒体を供給する熱媒体供給管と、冷却用の熱媒体が入れられたタンクが、一連に接続され、熱媒体が自然対流により循環する構成とされている。
すなわち、従来の太陽光発電シリコンモジュールを利用してその発電過程の昇温熱、抵抗熱を裏面より集熱利用することは大変伝導放熱が多く、集熱、蓄熱利用に充分ではなく、手段、方法も合理性に欠けたものがほとんどである。
また、太陽光発電用のソーラーパネルに用いられるシリコンは希少金属であり、また廃棄処分時にも前記ソーラーパネルは、有害物質の環境負荷が大きな問題になりつつある。
より詳しくは、ガラス真空二重管の中で太陽光発電を行い、同時にシリコンやCIGS(銅、インジウム、ガリウム、セレン等の合金属発電素子)、アモルファス(非結晶体、フレキシブル薄膜発電素子)発電素子等から出る熱を真空二重透明ガラス管の中で集熱してから蓄熱タンクに蓄積し、冷暖房や給湯にも利用することである。
すなわち、宇宙で本発明のシステムが回転しても、太陽光がどの方向からでも一定の面に照射される円筒状のガラス真空二重管を用いており、したがって地上の建築物を含め、世界中の宇宙ステーションや月面基地、火星基地等を含めて非常に広範囲に使用することができるシステムの開発を目的としている。
なお、本発明者が先に発明した真空管ソーラー集熱システム(特許第5625557号、特許文献2参照)による太陽光熱交換装置を利用することが望ましい。
すなわち、本発明の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムにおいては透明ガラス真空二重管は従来の平板シリコン発電体と異なり、太陽光線に対してほとんどの方向角度に最適な角度になる合理的な丸円筒型であるので、最適集光角度で多くの集光線を得られることになり、地球上のみならず宇宙空間でも場所や施工方法の選択は不要であるという大きな構造的特徴を有するのである。
本発明の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムの1実施例を示す図1ないし図8において、本実施例の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムは、透明真空二重ガラス管11の内部に、所定の長さの光発電手段12および太陽光集熱手段21を内蔵させたものである。
そして、透明真空二重ガラス管11は、それぞれ筒状の真空用外管11aおよび真空用内管11bを微細な間隔で二重に配設したものであり、必要に応じて適宜位置に間隔を保つためのスペーサ(図示せず)を配置し、真空用外管11aと真空用内管11bとの間の空気を脱気して真空状態としたものである。
図において、13は光発電手段12の上端に取り付けたリード線14の端子、15は光発電手段12の下端に取り付けたリード線16の端子であり、それぞれ光発電手段12の発電によって得られた電力を別途配設した充電器等に送電するためのものである。
すなわち、前記太陽光集熱手段21は、前記透明真空二重ガラス管11内に前記光発電手段12と併設した熱交換パイプ22を内在させ、該熱交換パイプ22内部に液体、フロンガス、クロロフロロカーボンガスに類する熱交換媒体を流通させて、前記光発電手段12による太陽光発電と熱交換パイプ22による集熱とを同時に行うようにしたものである。
なお、22aは熱交換パイプ22の外管、22bは熱交換パイプ22の内管であり、外管22a内を通過して昇温した熱交換媒体はその先端で折り返して内管22bを通過して後述する蓄熱タンク26に送り込まれるのである。
さらには、前記光発電手段12および前記熱交換パイプ22が、前記真空二重透明ガラス管11の内部に収納して一体化してある。このように、前記真空二重透明ガラス管11内に前記光発電手段12および前記熱交換パイプ22を内蔵させたユニット化部材23は、図1に示すように複数本のユニット化部材23を並置するように設置してカバーホルダ24に内蔵させてある。
すなわち、前記真空二重透明ガラス管11の端部にそれと直角方向に給液管22cおよび気水体の送出管22dを配置しておき、前記給液管22cの適宜位置の前記真空二重透明ガラス管11側の壁面には前記外管22a用のやや大きな取付孔22eが、またその反対側の壁面には内管22b用の貫通孔22fが配設されている。さらに、前記気水体の送出管22dの前記真空二重透明ガラス管11側の壁面には前記内管22b用の取付孔22gが配設されている。
そして、前記給液管22cの前記真空二重透明ガラス管11側の壁面に設けた取付孔22eに前記外管22aの末端を取り付けて前記真空二重透明ガラス管11内に挿通して固定し、さらに前記気水体の送出管22dの取付孔22gに前記内管22bの末端を取り付けて、前記給液管22cの貫通孔22fから前記外管22a内に挿通し固定すれば組み付けは完了する。
まず、前記給液管22cから前記真空二重透明ガラス管11内に配設された外管22a内に熱交換媒体を送り込むと、前記真空二重透明ガラス管11内は太陽光によって昇温した状態にあり、前記外管22a内で昇温した熱交換媒体は気水体となる。その後、熱交換媒体は前記外管22aの先端で折り返し、前記内管22bの開口端部から前記内管22b内を経由して送出管22dから集熱パイプ25を介して蓄熱タンク26に送り込む。もちろん、蓄熱タンク26で冷却された熱交換媒体は、給水弁27を介して前記透明真空二重ガラス管11の端部から前記熱交換パイプ22に戻される。
28は透明二重真空管ガラス11内に収めたアモルファス発電素子による光発電の直流電力をインバータ型パワーコンディショナ(またはバッテリー)で、このインバータ型パワーコンディショナ28を経由して電力会社の系統電線へ売電する。
したがって、エアコンディショナーのファンコイル32から適宜の冷風あるいは温風を送出させることができる。
図において、35は前記蓄熱タンク26への補給用給水パイプ、36は前記冷温水チラー31に付設した給湯パイプである。
しかも、透明真空二重ガラス管11内に前記熱交換パイプ22を挿入して吸熱させ、完全に無駄なく熱交換かつ集熱循環を円滑に行うようにしてあり、合理的、画期的に前記従来例の課題を解決したのである。
内部に所定の長さの光発電手段12および太陽光集熱手段21を内蔵させた透明真空二重ガラス管11の1本のみを使用して35Vの電圧と5Wの出力、内部温度約110℃前後(図9のロガーグラフ参考、太陽光の強さ、大気・空中湿度にもよる)の温度が確認できたので、従来のシリコン光パネルの裏面の温度が70℃前後(図9のロガーグラフ参考、5CH)であるのと比較すると、大幅に効率が向上した合理的な熱電併給システムを提供することが可能であることを確認した。
このことは、熱電エネルギーの有効効率アップであり、従来のシリコン製の平板システムの半分以下の施設面積でも同等以上の太陽熱電供給を可能とするので、イニシャルコストの低下、工期短縮等の相乗効果を発生する。
そのことは普及を早めることとなることはもちろん、輸入が必要な化石燃料、LNG、ガス、石油、石炭等におけるわが国の輸出入のバランス改善にもつながるので、わが国の財政安定にも大いに貢献すると確信する。
すなわち、図10に示すように、本実施例の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムにおいても、透明真空二重ガラス管41は、それぞれ筒状の真空用外管41aおよび真空用内管41bを微細な間隔で二重に配設したものであり、前記真空用外管41aと真空用内管41bとの間の空気を脱気して真空状態としたものである。
前記所定の長さの給液管42cの各々は蛇腹管(ベローズ管)等のフレキシブル管43を介して連結されており、また前記透明真空二重ガラス管41の上端もそれぞれ連結ベルト44等を介して連結されている。
したがって、本実施例の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムは、図11に示すようにぐるぐる巻きにして丸めることができ、また宇宙空間で広げて使用することができる。
他方本発明の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムは軽量で宇宙空間での設置、施工作業の圧倒的な利便性は、日本国はもとより世界中の宇宙開発産業に不可欠のアイテムとしても貢献、普及するものであることを確信する。
11a 真空用外管
11b 真空用内管
12 光発電手段
13 端子
14 リード線
15 端子
16 リード線
21 太陽光集熱手段
22 熱交換パイプ
22a 外管
22b 内管
22c 給液管
22d 送出管
22e 取付孔
22f 貫通孔
22g 取付孔
23 ユニット化部材
24 カバーホルダ
25 集熱パイプ
26 蓄熱タンク
27 給水弁
28 パワーコンディショナ(またはバッテリー)
31 冷温水チラー
32 エアコンディショナーのファンコイル
33 冷水用給排水パイプ
34 温水用給排水パイプ
35 補給用給水パイプ
36 給湯パイプ
41 透明真空二重ガラス管
41a 真空用外管
41b 真空用内管
42a 真空用外管
42b 真空用内管
42c 給液管
42d 送出管
42e 取付孔
42f 貫通孔
42g 取付孔
43 フレキシブル管
44 連結ベルト
Claims (4)
- 透明真空二重ガラス管の内部に収納可能な長さの光発電手段および太陽光集熱手段を内蔵させた宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システムであって、
前記光発電手段は前記透明真空二重ガラス管内周に沿って、太陽光集熱手段と接触することなく間隔を置いて円筒型に配置して発電をするとともに、
その内側に配置した前記太陽光集熱手段は外管および内管からなる熱交換パイプを備え、
外管内を通過して昇温した熱交換媒体はその先端で折り返して内管を通過して蓄熱タンクに送り込むとともに、
該蓄熱タンクで冷却された熱交換媒体は、再度前記熱交換パイプに戻すようになっていることを特徴とする宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システム。 - 前記光発電手段が、フレキシブルアモルファス薄膜発電素子ないしフレキシブルCIGS等金属化合物発電素子、フィルム型の太陽電池から選ばれてなる請求項1に記載の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システム。
- 前記光発電手段および前記熱交換パイプが、光発電手段は前記透明真空二重ガラス管の内面に張設してあり、
熱交換パイプは、前記真空二重透明ガラス管の端部にそれと直角方向に給液管および気水体の送出管を配置しておき、前記給液管の適宜位置の前記真空二重透明ガラス管側の壁面には前記外管用のやや大きな取付孔が、またその反対側の壁面には内管用の貫通孔が配設するとともに、前記気水体の送出管の前記真空二重透明ガラス管側の壁面には前記内管用の取付孔が配設してあり、前記給液管の前記真空二重透明ガラス管側の壁面に設けた取付孔に前記外管の末端を取り付けて前記真空二重透明ガラス管内に挿通して固定し、さらに前記気水体の送出管の取付孔に前記内管の末端を取り付けて、前記給液管の貫通孔から前記外管内に挿通して固定することにより、前記真空二重透明ガラス管の内部に収納して一体化してなることを特徴とする請求項1または2に記載の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システム。 - 前記太陽熱電供給ソーラーシステムが、太陽光に当てるだけで地球大気内、宇宙(星を含む)圏内で、電力と熱エネルギーを同時に得られるようにしたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の宇宙・地上共用型の真空管式太陽熱電併給システム。
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