JP2007278669A - Solar power generation and heat absorption system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽熱をそのまま熱エネルギーとして収集すると同時に、この太陽熱を使って電気エネルギーを得ることのできる太陽熱発電及び熱吸収システムに関する。 The present invention relates to a solar power generation and heat absorption system capable of collecting solar heat as it is as heat energy and simultaneously obtaining electric energy using the solar heat.
太陽エネルギーは、二酸化炭素など燃焼ガスを排出しないことから空気汚染がなく、水力発電、風力発電とともに、地球温暖化を生じないクリーンな自然エネルギーとして注目され、その活用方法に関する提案が多くなされるとともに、種々の実用化が進んでいる。 Solar energy does not emit carbon dioxide and other combustion gases, so there is no air pollution. Hydroelectric power generation and wind power generation have attracted attention as clean natural energy that does not cause global warming. Various practical applications are progressing.
その中でも、電気的性質の異なるN型シリコンとP型シリコンをつなぎ合わせた半導体に太陽光があたると、その光エネルギーによってプラスの電荷をもった正孔と、マイナスの電荷をもった電子とが生まれ、しかも正孔はP型シリコンへ、電子はN型シリコンへ集まる性質を利用して起電するソーラー発電は、システムが簡単でメンテナンスが比較的容易なことから普及が進んでいる。 Among them, when sunlight hits a semiconductor that combines N-type silicon and P-type silicon, which have different electrical properties, positive holes and negatively charged electrons are generated by the light energy. Solar power generation, which is born and generates electricity utilizing the property that holes are collected in P-type silicon and electrons are collected in N-type silicon, has become widespread because of its simple system and relatively easy maintenance.
しかしこのソーラー発電は、変換効率が約16%と低いことから、太陽光から取り出せる電力は1平方メートルあたり多い時で160ワット程度に留まるため、大電力を得るためにはかなりの発電面積が必要となる。従って例えば屋根全面でソーラー発電したとしても、電力を自給することは難しい状況にある。しかもソーラー発電が屋根面を占有すると、熱エネルギー収集用の太陽熱コレクターを設置する面積が不足することから、トータルとして太陽エネルギー利用効率を高める必要があった。 However, since this solar power generation has a low conversion efficiency of about 16%, the amount of power that can be extracted from sunlight is only about 160 watts per square meter, so a considerable power generation area is required to obtain a large amount of power. Become. Therefore, for example, even if solar power generation is performed on the entire roof surface, it is difficult to supply power. In addition, when solar power generation occupies the roof surface, the area for installing a solar heat collector for collecting thermal energy is insufficient, and thus it is necessary to increase the solar energy utilization efficiency as a whole.
そこで、屋根面の下位にソーラー発電用の太陽電池モジュールを敷設するとともに、その上位に太陽熱を収集する集熱体を敷設したハイブリッドタイプの太陽エネルギー装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。さらにこの装置では、太陽電池モジュールの下面に通風路が形成され、温度上昇により効率が低下する太陽電池モジュールを空冷している。そして、集熱体は、太陽光による直接的な熱交換に加えて、前記通風路を流れて温度上昇した空気の熱エネルギーを吸収することができるように構成されるため、集熱体の効率が改善されている。 Thus, a hybrid type solar energy device has been proposed in which a solar cell module for solar power generation is laid below the roof surface, and a heat collector for collecting solar heat is laid above the solar cell module (see, for example, Patent Document 1). ). Furthermore, in this apparatus, the ventilation path is formed in the lower surface of the solar cell module, and the solar cell module whose efficiency is lowered due to the temperature rise is air-cooled. And since the heat collection body is comprised so that the thermal energy of the air which flowed through the said ventilation path and rose in temperature could be absorbed in addition to the direct heat exchange by sunlight, the efficiency of a heat collection body Has been improved.
しかしながらこの装置においては、太陽光の受光面を、太陽電池モジュールと集熱体とで振り分けているため、限られた屋根面或いは外壁面の受光面から取得できるエネルギーの絶対量が不足するという問題がある。 However, in this device, since the solar light receiving surface is distributed between the solar cell module and the heat collector, there is a problem that the absolute amount of energy that can be acquired from the limited roof surface or the outer light receiving surface is insufficient. There is.
本発明は、太陽熱を受けて、内部を流動する熱媒体が加熱されて熱エネルギーを収集する集熱部と、この集熱部と冷却部に挟まれて両側表面の温度差によって発電するペルチェ素子とを積層して設けることを基本とし、太陽光受光面の全面において、熱エネルギーを収熱すると同時に発電できることから、太陽エネルギーの収集効率が高い太陽熱発電及び熱吸収システムの提供を課題としている。 The present invention relates to a heat collecting part that receives solar heat and collects heat energy by heating a heat medium flowing inside, and a Peltier element that is sandwiched between the heat collecting part and the cooling part to generate power by a temperature difference between both side surfaces. Is provided on the entire surface of the solar light receiving surface, and heat energy can be collected and generated at the same time. Therefore, it is an object to provide a solar thermal power generation and heat absorption system with high solar energy collection efficiency.
前記目的を達成するために、請求項1に係る発明では、太陽熱を受けて温度上昇し、内部を流動する液状の熱媒体を加熱するとともに裏面の温度が上昇する板状の集熱部、及び熱交換部を含む熱吸収手段と、前記集熱部の裏面に配置されるペルチェ素子と、このぺルチェ素子の裏面に配置されて、内部を液体が流動してぺルチェ素子の裏面を冷やす冷却部とを具え、前記ペルチェ素子は、前記集熱部の裏面に接する表面と、冷やされる裏面との温度差によって発電でき、かつ前記熱交換部は、熱媒体に集熱された熱を液体に熱交換することにより、冷却部においてペルチェ素子を冷却して加温された液体の温度を更に高めることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a plate-like heat collecting portion that rises in temperature upon receiving solar heat, heats a liquid heat medium flowing inside, and rises in temperature on the back surface, and Heat absorption means including a heat exchanging unit, a Peltier element disposed on the back surface of the heat collecting unit, and cooling disposed on the back surface of the Peltier element to cool the back surface of the Peltier element by liquid flowing inside The Peltier element is capable of generating electricity by a temperature difference between a surface in contact with the back surface of the heat collecting unit and a back surface to be cooled, and the heat exchanging unit converts the heat collected by the heat medium into a liquid. By performing heat exchange, the temperature of the heated liquid is further increased by cooling the Peltier element in the cooling unit.
請求項2に係る発明では、前記集熱部、冷却部は、その内部に熱媒体、液体を流す熱媒体流路、液体流路が各々形成され、前記熱媒体流路、及び液体流路は、同じ側の一方端部から他方端部に向けて、略同じ方向に向けて流れ、請求項3に係る発明において、前記集熱部は、矩形状の集熱パネルを複数枚接続して構成され、前記集熱パネルは、中空薄板状の本体部と、この本体部の両側で対称形をなすとともに本体部内部と連通する一方、他方の中空フランジとからなり、前記一方、他方の中空フランジは、本体部の略半分の厚さに形成されるとともに、各々が本体部の異なる表面から連続して同じ長さでのび、隣接して並ぶ集熱パネルの中空フランジが、重なり合って相欠矧ぎを構成して段差なく連続することを特徴とする。
In the invention which concerns on
請求項4に係る発明では、前記一方、他方の中空フランジは、各々重なり合う重ね面に凸状の嵌合口、凹状の受口が各々形成され、隣接する集熱パネルに形成された嵌合口と、これに向き合う受口とが相互に嵌合することにより、双方の本体部の内部が連通して熱媒体流路が形成され、請求項5に係る発明において、前記本体部は、等間隔を隔てて隔設され、厚さ方向を向く複数の仕切り板によって区切られ、前記仕切り板はその片端部が交互に途切れることによって、蛇行状の熱媒体流路が形成されることを特徴とする。 In the invention according to claim 4, the one and the other hollow flanges are respectively formed with a convex fitting port and a concave receiving port on the overlapping surface, and a fitting port formed in an adjacent heat collecting panel, When the receiving ports facing each other are fitted to each other, the insides of both main body portions communicate with each other to form a heat medium flow path. In the invention according to claim 5, the main body portions are spaced at equal intervals. The partition plates are separated by a plurality of partition plates facing in the thickness direction, and one end portion of the partition plates is alternately interrupted to form a meandering heat medium flow path.
請求項6に係る発明では、前記液体は、水であり、請求項7に係る発明において、前記熱交換部は、水がこの熱交換部において加熱して得られた湯を送る送湯管を介して貯湯タンクに接続され、この貯湯タンクは、前記送湯管から流れ込む湯を貯湯し、かつ湯を更に加熱する加熱手段を具えるとともに、貯湯された湯を必要箇所へ供給する給湯管が配管されることを特徴とする。
In the invention which concerns on
請求項1に係る発明においては、太陽熱を受けて、内部を流動する熱媒体が加熱されて熱エネルギーを収集する集熱部と、この集熱部と冷却部に挟まれて両側表面の温度差によって発電するペルチェ素子とを積層して設けるため、太陽光受光面の全面において、熱エネルギーを収熱するとともに発電できることから、太陽エネルギーの収集効率が高い。従って、例えば建物の屋根、及び外壁の全面に集熱部及びペルチェ素子を敷設すると、建物内で使用するエネルギー全てを賄うことが充分可能となり、或いは余剰の電力を蓄電して夜間に利用し、更には電力会社へ売電することによりランニングコストを賄うことができる。しかも化石燃料を使用しないため、CO2 排出を削減でき地球温暖化防止に寄与しうる。 In the invention which concerns on Claim 1, it receives solar heat, the heat medium which flows through the inside is heated, the heat collection part which collects heat energy, and the temperature difference of both surface sandwiched between this heat collection part and a cooling part Since the Peltier elements that generate electricity are stacked and provided, the thermal energy can be collected and generated over the entire surface of the sunlight receiving surface, so that the collection efficiency of solar energy is high. Therefore, for example, if a heat collecting part and a Peltier element are laid on the entire surface of the roof of the building and the outer wall, it becomes possible to cover all the energy used in the building, or to store excess power and use it at night, Furthermore, the running cost can be covered by selling power to an electric power company. Moreover, since no fossil fuel is used, CO 2 emissions can be reduced, which can contribute to the prevention of global warming.
またペルチェ素子裏面を冷やすため冷却部を流れる液体は、ペルチェ素子から熱を奪って加温されるが、熱媒体に集熱された熱は、この液体に熱交換して利用するものであることから、ペルチェ素子発電のために得られた熱も有効に利用され、エネルギーの収集効率を更に高めることができる。 In addition, the liquid flowing through the cooling unit is cooled by taking heat from the Peltier element to cool the back surface of the Peltier element, but the heat collected by the heat medium is used by exchanging heat with this liquid. Therefore, the heat obtained for the Peltier element power generation is also effectively used, and the energy collection efficiency can be further increased.
請求項2に係る発明のように、熱媒体流路、及び液体流路を、同じ側の一方端部から他方端部に向けて、略同じ方向に向けて流れるように構成すると、集熱部、冷却部を流れる熱媒体、液体の温度は、同方向の流れに従って共に温度上昇する。従って、ペルチェ素子の表面と裏面との温度差が略一定に維持されるため、太陽光受光面の全面に亘って略同じ起電力が得られることから、システム全体の発電効率が向上する。
When the heat medium flow path and the liquid flow path are configured to flow in substantially the same direction from one end portion on the same side to the other end portion as in the invention according to
請求項3に係る発明のように、中空薄板状の本体部と、この本体部の両側に配されるとともに本体部内部と連通する一方、他方の中空フランジとからなる矩形状の集熱パネルを複数枚接続して集熱部を構成すると、隙間なく集熱部を形成できるため最大の集熱面積を確保することができるとともに、システム構築時の組立作業を効率化しうる。しかも一方、他方の中空フランジは、本体部の略半分の厚さで、各々が本体部の異なる表面から連続してのび、かつ隣接する集熱パネルの中空フランジが、重なり合って相欠矧ぎを構成して段差なく連続するため、集熱部が均一の厚さに形成されることから、例えば外壁面に設置する場合などにおいても、出っ張りを生じることがないとともに外壁全体を薄く構成できる。更には、集熱パネルの接続も簡単、かつ確実に施工できることから、メンテナンスを含めて作業性に優れる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a rectangular heat collecting panel comprising a hollow thin plate-like main body portion and one of the hollow flanges disposed on both sides of the main body portion and communicating with the inside of the main body portion. When a plurality of sheets are connected to form the heat collecting section, the heat collecting section can be formed without any gap, so that the maximum heat collecting area can be secured and the assembly work at the time of system construction can be made efficient. On the other hand, the other hollow flange is approximately half the thickness of the main body, each extending continuously from a different surface of the main body, and the adjacent flanges of the heat collecting panels are overlapped to form a phase gap. Since the heat collecting part is formed with a uniform thickness because it is configured to be continuous without a step, for example, when it is installed on the outer wall surface, no protrusion is produced and the entire outer wall can be formed thin. Furthermore, since the heat collecting panel can be connected easily and reliably, it is excellent in workability including maintenance.
請求項4に係る発明のように、一方、他方の中空フランジに各々形成された凸状の嵌合口と凹状の受口と相互に嵌合することにより、双方の本体部の内部を連通させて熱媒体流路を形成すると、隣接する集熱パネルが確実に連結されて、熱媒体が滑らかに流動するため、集熱効率が向上するとともに接続部における液漏れを防止できることから、点検及びメンテナンス作業が容易となる。更には集熱パネルを複数枚接続して集熱部を構成する施工が簡単に行なえることから、熟練を要することなくしかも工期を短縮できる。 As in the invention according to claim 4, the insides of both the main body portions are made to communicate with each other by fitting the convex fitting port and the concave receiving port respectively formed on the other hollow flange. When the heat medium flow path is formed, adjacent heat collection panels are securely connected, and the heat medium flows smoothly, so that heat collection efficiency is improved and liquid leakage at the connection portion can be prevented. It becomes easy. Furthermore, since the construction for connecting the plurality of heat collecting panels to form the heat collecting portion can be easily performed, the construction period can be shortened without requiring skill.
請求項5に係る発明のように、本体部を、隔設された複数の仕切り板によって区切るとともに、この仕切り板の片端部を交互に途切れさせて蛇行状の熱媒体流路を形成すると、液媒体が長い経路を流れる過程で太陽熱によって充分の加熱されることから高温に温度上昇して、その結果高いエネルギーの収集効率が得られる。 As in the invention according to claim 5, when the main body is divided by a plurality of spaced partition plates, and one end portions of the partition plates are alternately interrupted to form a meandering heat medium flow path, Since the medium is sufficiently heated by solar heat in the process of flowing through a long path, the temperature rises to a high temperature, resulting in high energy collection efficiency.
請求項6に係る発明のように、液体として水を用いると、熱交換部において加熱されて高温の湯が得られるため、これを浴室、洗面、厨房などの各部に給湯して直接活用できる。
When water is used as the liquid as in the invention according to
請求項7に係る発明のように、送湯管を介して、熱交換部を貯湯タンクに接続するとともに、この貯湯タンクに給湯管を配管すると、貯湯タンクに貯えられた湯を、浴室、洗面、厨房などの使用箇所に給湯し、或いは温水式床暖房装置に循環するなどして便利に活用できる。しかも、貯湯タンクには、湯を更に高温に加熱する加熱手段が設けられるため、天候によって熱量が不足する場合はこれを補うことにより、充分な給湯量を得ることができる。 As in the invention according to claim 7, when the heat exchange part is connected to the hot water storage tank via the hot water supply pipe and the hot water supply pipe is connected to the hot water storage tank, the hot water stored in the hot water storage tank It can be conveniently used by supplying hot water to a use place such as a kitchen or circulating it to a hot water type floor heater. Moreover, since the hot water storage tank is provided with a heating means for heating the hot water to a higher temperature, if the heat amount is insufficient due to the weather, a sufficient hot water supply amount can be obtained by making up for this.
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図2に示すように、太陽熱発電及び熱吸収システム1は、太陽熱を収集する熱吸収手段4と、太陽熱を利用して発電するペルチェ素子5と、ペルチェ素子5の裏面を冷やす冷却部6とを具える。更に前記熱吸収手段4は、集熱部2と熱交換部3とを含み構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2, the solar thermal power generation and heat absorption system 1 includes a heat absorption means 4 that collects solar heat, a Peltier element 5 that generates power using solar heat, and a
前記集熱部2は、板状をなすとともに内部に熱媒体流路7が形成される。そして太陽熱を受けて温度が上昇することにより、前記熱媒体流路7を流動する熱媒体を加熱するものである。また太陽熱を受ける際には、集熱部2の裏面へも熱が伝わるため、裏面の温度も同時に上昇する。
The
本形態の集熱部2は、図3、4に示すように、矩形状の集熱パネル9を複数枚接続することにより構成される。この集熱パネル9は、互いに異なる片方の側部が鍵型に折れ曲がった段部21を有するとともに平行に向き合う一対の板材22、22と、この板材22、22の四周縁部間を、板材22に対して直角に繋ぐ周板23とで構成され、内部に密閉された中空部24が形成される。このように構成された集熱パネル9は、前記段部21を除く中央領域に配され中空薄板状をなす本体部10と、前記段部21を含むとともに本体部10の両側で対称形をなし、かつ前記本体部10の内部を連通する一方、他方の中空フランジ11、11とが形成される。なおこの一方、他方の中空フランジ11、11は互いに本体部10の異なる表面から連続するとともに双方同じ長さで側方へのび、しかも共に本体部10の略半分の厚さに形成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また集熱パネル9は図4に示すように、本体部10に形成される本体中空部24Aと、中空フランジ11に形成されるフランジ中空部24Bとが縦の隔壁板25によって仕切られている。更には、中空フランジ11の両側に設けられる一方、他方の隔壁板25、25には、上端部、又は下端部で途切れることにより、上の連通口26U、下の連通部26Dが形成され、この連通口26を介して本体中空部24Aとフランジ中空部24Bとが連通している。
As shown in FIG. 4, the
更に前記本体中空部24Aには、集熱パネル9の厚さ方向を向くとともに横にのびる長板状の仕切り板14が上下に等間隔で隔設される。そのため本体中空部24Aは、この仕切り板14によって上下に並ぶ複数の小空間に区切られる。更に上下に隔設された複数の仕切り板14は、その片側端部が左右交互に途切れて形成され、そのため本体中空部24A内部に、蛇行状の熱媒体流路7が形成される。このように本体部10に蛇行状の熱媒体流路7を形成すると、液媒体が長い蛇行経路を流れることから、太陽熱を充分に収集して高温に温度上昇させることができ、その結果太陽エネルギー収集効率が向上する点で好ましい。
Further, in the main body
集熱パネル9は本形態では、フランジ中空部24Bにおいても、同様に仕切り板14を上下に隔設することによって蛇行する熱媒体流路7が形成される。従って、熱媒体流路7が一層長く形成されるため、熱収集効率を更に向上できる。
In the present embodiment, the
なお本形態の集熱パネル9は図4、5に示すように、前記段部21にバーリング加工を用いて短ラッパ状の切り起こし片を設けることにより、一方、他方の中空フランジ11に凸状の嵌合口12と、凹状の受口13が各々形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
集熱パネル9を構成する、板材22、周板23、隔壁板25、及び仕切り板14は、本形態では、ステンレス鋼を用いて形成される。このほか、炭素鋼、合金鋼を含む鉄鋼材料、或いはアルミニウム、真鍮、銅、チタンなどの金属材料を用いることもできる。そして板材22と、周板23、隔壁板25、及び仕切り板14とは、隅肉溶接によりウォータータイト状に固着され、一部はスポット溶接を用いて固着する。
In this embodiment, the
このように構成される集熱パネル9は、建物の屋根、外壁、或いはフェンス、鉄柱を含む構築物の表面など、太陽光を受光しうる位置に、複数枚が連続して敷設される。本形態では図1に示すように、建物27の屋根面27R、及び窓などの開口部27Kを除く外壁面27Wの全面に、集熱パネル9を縦横に整列状態に隙間なく連続して敷設する。この時、隣接する集熱パネル9の中空フランジ11は、表側、裏側に相互に異なって配置されるとともに、前記の如く本体部10の略半分の厚さに形成されるため、重なり合って相欠き矧ぎを構成することから、段差、及び隙間の無い連続した集熱部2が形成される。従って、屋根面27R、外壁面27Wなど限られた受光面に対して、最大の集熱面積を得ることができることから太陽熱の収集率を向上でき、またシステム組立作業の施工、及びメンテナンス作業を簡単に行なえる点で好ましい。しかも一方、他方の中空フランジ11は相欠矧ぎを構成することにより隙間なく重なり合って、本体部10と略同厚に連続することから、集熱部2全体が均一の厚さに形成できるため、外壁面27Wに設置する場合でも、表面から出張りを生じることがないとともに外壁全体を薄く構成できる。
A plurality of the
また前記の如く、一方、他方の中空フランジ11の重なり合う面には、各々凸状の嵌合口12、凹状の受口13が形成されるため、相欠き矧ぎで接合すると、一方の集熱パネル9の受口13に、他方の集熱パネル9の嵌合口12が密に嵌合して、双方の中空部24が連通することから各々の熱媒体流路7が連続するとともに、隣接する集熱パネル9が確実に連結される。その結果接続部における熱媒体の漏れを防止できるとともに、連続して形成された熱媒体流路7内を熱媒体が滑らかに流動することから、集熱効率が高まり、また集熱部2の組立施工が熟練を要することなく簡単に行なえ、更には点検及びメンテナンス作業も容易となる。
Further, as described above, since the convex
前記熱媒体としては、流動性が高いとともに耐熱性に優れ、しかも熱容量の大きな液体を採用するのが好ましい。本形態では、合成油に耐磨耗剤、酸化防止剤、防錆剤、防食剤などの添加剤を加配した油圧用の作動オイルを用い、具体的には昭和シェル石油株式会社製「シェルテラスオイルSX」(登録商標)などを使用できる。なお図6は、切り妻形状の屋根面27R、及び外壁面27Wに集熱パネル9を敷設した他の実施形態を例示している。
As the heat medium, it is preferable to employ a liquid having high fluidity, excellent heat resistance, and a large heat capacity. In this embodiment, hydraulic oil is used in which synthetic oil is added with additives such as anti-wear, antioxidant, rust inhibitor, and anti-corrosive agent. Oil SX "(registered trademark) or the like can be used. FIG. 6 illustrates another embodiment in which the
前記ペルチェ素子5は、二枚のアルミナセラミック薄板間で、二種類の半導体(P型とN型)を直列につないだ電気部品であり、両側の温度差によって電圧を生じるゼーペック効果を有することから発電素子として使用されるものであり、このときの発電量は、両側の温度差が大きいほど増加する性質を有する。 The Peltier element 5 is an electrical component in which two kinds of semiconductors (P-type and N-type) are connected in series between two alumina ceramic thin plates, and has a Zepeck effect that generates a voltage due to a temperature difference between both sides. The power generation amount at this time has a property of increasing as the temperature difference between the two sides increases.
本形態では、ペルチェ素子5をパネル状に形成するとともに、前記集熱パネル9の裏面に積層して配置する。そして集熱部2に接する表面と冷やされる裏面との温度差によって発電し、その電力は図2に示すように、インバーター28を介して直流100Vの電流に変換されるとともに、建物27の照明、給湯ポンプなど設備機器その他に配電されて使用される。
In this embodiment, the Peltier element 5 is formed in a panel shape and is laminated on the back surface of the
このペルチェ素子5の裏面を冷やすため、前記冷却部6がペルチェ素子5に積層して設けられ、この冷却部6の内部には、冷却用の液体が流れる液体流路8が形成される。また本形態の冷却部6は、図3に示すように、冷却パネル29を複数枚接続することにより構成している。そしてこの冷却パネル29は、前記集熱パネル9と同じ構成を備え、但し厚さは集熱パネル9の略半分の大きさに形成されている。そして集熱パネル9と、冷却パネル29とで前記ペルチェ素子5をサンドイッチ状に挟み込み、集熱パネル9に接する表側と冷却パネル29に接する裏側との温度差を拡大することによってペルチェ素子5の起電力を増大している。
In order to cool the back surface of the Peltier element 5, the
本形態では、前記の如く同じ構成を有する集熱パネル9と冷却パネル29とを、ペルチェ素子5を挟んで各々同じ位置に配置することにより集熱部2と、冷却部6を構成している。従って、集熱部2の熱媒体流路7と冷却部6の液体流路8とは、表裏に重なる経路として形成されるため、同じ一方端部から他方端部に向けて流れる熱媒体と液体との温度は、同方向の流れるに従って同じ傾向で温度上昇する。その結果、ペルチェ素子5の表面と裏面との温度差が略一定に維持され、太陽光受光面の全面に亘って略同じ起電力が得られることから、システム全体の発電効率が向上する点で好ましい。なお冷却部6中を流れる液体は、本形態では水を採用し、普通は水道水を用いることができる。
In this embodiment, the
前記熱交換部3は、集熱部2において熱媒体に集熱された熱を、冷却部6においてペルチェ素子5を冷却することにより温度上昇した液体に熱交換して、その温度を更に上昇させるものである。本形態の熱交換部3は図2に示すように、集熱部2を流れる熱媒体が充填される容器部30と、この容器部30内に設けられるとともに前記熱媒体内に配され、液体の流れる螺旋状の伝熱管31とを含み構成される。前記容器部30は、集熱パネル9の熱媒体流路7との間を環状に連結した循環管路32によって連結される。しかしてポンプ33に吸引されることにより集熱パネル9内を流れて温度上昇した熱媒体は容器部30へ流れ込み、熱交換部3において液体に熱交換して温度が下げた後、再び集熱パネル9へと戻る循環を繰り返す。他方、冷却部6においてペルチェ素子5を冷却することによって加温された水道水が、伝熱管31内を流れる間に熱交換されて更に温度上昇することにより、高温の湯が得られる。
The heat exchanging unit 3 heat-exchanges the heat collected by the heat medium in the
本形態の熱交換部3は、水道水が熱交換して得られた湯を送る送湯管15を介して貯湯タンク16に接続されている。そして水道水が冷却部6で温水に変化し、さらに熱交換部3で加熱して得られた湯が送湯管15から貯湯タンク16へ流れ込んで貯湯される。この貯湯タンク16は、全周囲が断熱材に被覆されて、高い保温効果を有する。本形態では、貯湯タンク16の内部に、湯を更に加熱する加熱手段17が設けられる。この加熱手段17は、電気ヒーター(500W)により形成され、天候の影響下、太陽熱が不足する場合などに湯の温度を高める際補助的に使用される。更に貯湯タンク16からは、湯を必要な使用箇所へ供給するために給湯管18が配管される。
The heat exchanging unit 3 of this embodiment is connected to a hot
本形態のように液体として水(水道水)を用いると、熱交換部3において熱媒体と熱交換した高温の湯が得られるため、これを浴室、洗面、厨房などに給湯して、直接活用することができる。この際前記の如く、熱交換部3を送湯管15を介して貯湯タンク16に接続し、この貯湯タンク16から給湯管18を配管すると、貯湯タンク16に貯えられた高温の湯を、浴室、洗面、厨房などの使用箇所に直接給湯でき、或いは温水式床暖房装置に循環するなどして便利に使用できる。更に、湯を更に高温に加熱する加熱手段17を貯湯タンク16に、設けると、天候によって熱量が不足する場合はこれを補うことにより、充分な給湯量を得ることができる。
When water (tap water) is used as a liquid as in the present embodiment, hot water that is heat-exchanged with the heat medium is obtained in the heat exchanging unit 3, so that it is supplied directly to the bathroom, washroom, kitchen, etc. can do. At this time, as described above, when the heat exchanger 3 is connected to the hot
以上のように、太陽熱発電及び熱吸収システム1では、熱媒体流路7を流動する熱媒体が太陽熱で加熱されて熱エネルギーを収集する集熱部2と、この集熱部2と冷却部6に挟まれて、両側表面の温度差によって発電できるペルチェ素子5とを積層して設けるため、太陽光受光面の全面において、熱エネルギーを収熱するとともに同時に発電できることから、太陽エネルギーの収集効率が高い。従って、例えば建物の屋根、及び外壁の全面に集熱部2及びペルチェ素子5を敷設する場合には、建物内で使用する全エネルギーを賄うことができ、或いは昼間に余った電力を蓄電して夜間使用し、更には電力会社へ売電することによりランニングコストを賄うことができる。しかも化石燃料を使用しないため、CO2 排出を削減して地球温暖化防止に寄与しうる。またペルチェ素子裏面を冷やすため冷却部6を流れる液体は、ペルチェ素子から熱を奪って加温されるが、熱媒体に集熱された熱は、この液体に熱交換して利用するものであることから、ペルチェ素子発電のために得られた熱も有効に利用され、エネルギーの収集効率を更に高めることができる。
As described above, in the solar thermal power generation and heat absorption system 1, the
尚、叙上の説明は本発明の実施の形態を例示したものである。従って本発明の技術的範囲はこれに何ら限定されるものではなく、前記した実施の形態の他にも、各種の変形例が含まれる。 The above description is an example of the embodiment of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to this, and various modifications are included in addition to the above-described embodiment.
1 太陽熱発電及び熱吸収システム
2 集熱部
3 熱交換部
4 熱吸収手段
5 ペルチェ素子
6 冷却部
7 熱媒体流路
8 液体流路
9 集熱パネル
10 本体部
11 中空フランジ
12 嵌合口
13 受口
14 仕切り板
15 送湯管
16 貯湯タンク
17 加熱手段
18 給湯管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar thermal power generation and
Claims (7)
前記ペルチェ素子は、前記集熱部の裏面に接する表面と、冷やされる裏面との温度差によって発電でき、かつ前記熱交換部は、熱媒体に集熱された熱を液体に熱交換することにより、冷却部においてペルチェ素子を冷却して加温された液体の温度を更に高めることを特徴とする太陽熱発電及び熱吸収システム。 Heat absorption means including a plate-like heat collecting part that heats a liquid heat medium that rises in response to solar heat and flows inside and heats the back surface, and a heat exchanging part, and the back surface of the heat collecting part A Peltier element disposed on the back surface of the Peltier element, and a cooling part that cools the back surface of the Peltier element by liquid flowing inside,
The Peltier element can generate electric power due to a temperature difference between a surface in contact with the back surface of the heat collecting unit and a back surface to be cooled, and the heat exchanging unit exchanges heat collected by the heat medium into a liquid. A solar power generation and heat absorption system, wherein the temperature of the heated liquid is further increased by cooling the Peltier element in the cooling unit.
前記熱媒体流路、及び液体流路は、同じ側の一方端部から他方端部に向けて、略同じ方向に向けて流れることを特徴とする請求項1記載の太陽熱発電及び熱吸収システム。 The heat collecting part and the cooling part are each formed therein with a heat medium, a heat medium channel for flowing a liquid, and a liquid channel,
The solar thermal power generation and heat absorption system according to claim 1, wherein the heat medium flow path and the liquid flow path flow in substantially the same direction from one end portion on the same side toward the other end portion.
前記集熱パネルは、中空薄板状の本体部と、この本体部の両側で対称形をなすとともに本体部内部と連通する一方、他方の中空フランジとからなり、
前記一方、他方の中空フランジは、本体部の略半分の厚さに形成されるとともに、各々が本体部の異なる表面から連続して同じ長さでのび、
隣接して並ぶ集熱パネルの中空フランジが、重なり合って相欠矧ぎを構成して段差なく連続することを特徴とする請求項1又は2記載の太陽熱発電及び熱吸収システム。 The heat collecting part is configured by connecting a plurality of rectangular heat collecting panels,
The heat collecting panel is composed of a hollow thin plate-like main body portion, and a symmetric shape on both sides of the main body portion and communicated with the inside of the main body portion, and the other hollow flange,
The one and the other hollow flanges are formed to be approximately half the thickness of the main body, and each of them extends continuously from the different surfaces of the main body with the same length,
The solar thermal power generation and heat absorption system according to claim 1 or 2, wherein the hollow flanges of the heat collecting panels arranged adjacent to each other are overlapped to form a phase gap and are continuous without a step.
前記仕切り板はその片端部が交互に途切れることによって、蛇行状の熱媒体流路が形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の太陽熱発電及び熱吸収システム。 The main body is spaced apart at equal intervals and separated by a plurality of partition plates facing the thickness direction,
5. The solar thermal power generation and heat absorption system according to claim 1, wherein a meandering heat medium flow path is formed by alternately interrupting one end of the partition plate.
この貯湯タンクは、前記送湯管から流れ込む湯を貯湯し、かつ湯を更に加熱する加熱手段を具えるとともに、貯湯された湯を必要箇所へ供給する給湯管が配管されることを特徴とする請求項6記載の太陽熱発電及び熱吸収システム。 The heat exchanging unit is connected to a hot water storage tank via a hot water supply pipe for sending hot water obtained by heating water in the heat exchanging unit,
The hot water storage tank is provided with a heating means for storing hot water flowing from the hot water supply pipe and further heating the hot water, and a hot water supply pipe for supplying the hot water stored to a necessary location is provided. The solar thermal power generation and heat absorption system according to claim 6.
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