(57)【要約】【課題】熱を電力に変換する熱発電素子に太陽熱を集めて発電を行う集熱型の太陽熱発電装置を提供する。【解決手段】太陽熱を電力に変換する熱発電部と、反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得る太陽熱発電装置であって、前記反射パネルによって太陽熱を集熱する集熱部が設けられ、この集熱部は熱電変換素子と冷却部とで形成され、この集熱部の反射パネルに向かう面と反対側となる面には冷却部が設けられ、この冷却部は冷却管によって形成され、この冷却管の内部には熱輸送媒体が循環流動され、この熱輸送媒体は冷却貯蔵タンクからポンプによって循環流動されるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を電力に変換する熱発電部と、反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得る太陽熱発電装置において、
前記反射パネルによって太陽熱を集熱する前記熱発電部が設けられ、この熱発電部は熱電変換素子と冷却部とで形成され、
この集光部の反射パネルに向かう面と反対側となる面には冷却部が設けられ、この冷却部は冷却管によって形成され、この冷却管の内部には熱輸送媒体が循環流動され、
この熱輸送媒体は冷却貯蔵タンクからポンプによって前記冷却管内を循環流動されるように構成されていることを特徴とする太陽熱発電装置。
【請求項２】
前記冷却管は金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱発電装置。
【請求項３】
前記熱輸送媒体は、水で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱を電力に変換する熱発電素子に太陽熱を集めて発電を行う集熱型の太陽熱発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用して発電する場合、太陽光には熱線が含まれているから、その熱線を利用した太陽熱発電装置が従来、開発されている。従来の太陽熱発電装置は、熱発電素子を平板状に配列して発電パネルモジュールを構成し、その発電パネルモジュールを太陽に向けて多数枚配列して構成されている。したがって、この種の発電システムでは、太陽光を受ける面の全体に発電パネルモジュールを敷き詰めることになる。
【０００３】
そこで例えば特許文献１に記載されている発明は、熱発電装置の冷却水タンクの冷却水面を一定に保つ弁手段からなる構成を有している。また、特許文献２に記載されている発明は、一部の光のみ太陽電池に入射するため太陽光が全て太陽電池に入射しない構成である。そして、特許文献３に記載されている発明もまた熱発電装置の所定の空隙に磁場を発生する手段が備えられている。さらに、特許文献４に記載されている発明もまた熱発電装置の熱交換層を中空配管が構成される。加えて、特許文献５に記載されている発明は太陽光・熱複合発電装置の記載がされているが、太陽熱を直接照射される太陽電池は化合物系の太陽電池に限定されるため装置のコストが高くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３４３７５１号公報
【特許文献２】特開平１１−３１８３５号公報
【特許文献３】特開平０８−４６２４６号公報
【特許文献４】特開２００１−１５３４７０号公報
【特許文献５】特開平１０−１１０６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の太陽熱発電装置および太陽光発電装置では、目標とする電力を得るための充分な効率が得られていないという問題がある。また、充分な電力を得ようとするとその装置が大型し、コストが嵩む問題がある。
【０００６】
また、特許文献１ないし５に記載されているように、それぞれの装置において目標とする電力を得るために充分な効率を得ようとすると、その各装置が大型化しコストなどの点で未だ解決するべき技術課題があるのが実情である。
【０００７】
この発明は上記の技術的背景のもとになされたものであり、この発明は、熱を電力に変換する熱発電素子に太陽熱を集めて発電を行う集熱型発電装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽熱を電力に変換する熱発電部と、反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得る太陽熱発電装置において、前記反射パネルによって太陽熱を集熱する前記熱発電部が設けられ、この熱発電部は熱電変換素子と冷却部とで形成され、この集光部の反射パネルに向かう面と反対側となる面には冷却部が設けられ、この冷却部は冷却管によって形成され、この冷却管の内部には熱輸送媒体が循環流動され、この熱輸送媒体は冷却貯蔵タンクからポンプによって前記冷却管内を循環流動されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記冷却管は金属で形成されていることを特徴とする太陽熱発電装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記熱輸送媒体は、水で構成されていることを特徴とする太陽熱発電装置である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、太陽熱を電力に変換する熱発電部が反射パネルによって太陽熱を集中させることにより電力を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２の発明のように、前記冷却管は金属で形成されていることにより装置全体としての構成を簡素化することができる。
【００１３】
そして、請求項３の発明のように、前記熱輸送媒体は、水で構成されていることにより冷却のためのコストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の全体像を示す模式的な構成を示す斜視図と一部拡大図である。
【図２】この発明の集光パネルと集光部とを模式的に示す側断面図である。
【図３】この発明で使用するポリエチレングリコールの基本特性を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。この発明の発電装置は、太陽光熱を電力に変換するように構成されており、特に熱を電力に変換する発電部に集中させて、効率良く発電するように構成されている。熱電変換はＴＥＧ（サーモエレクトリックジェネレータ）によって構成されている。そして、発電部に対する集熱は、反射によって行ってもよく、あるいは屈折によって行ってもよい。前者の反射によって集熱するための反射パネルは、多数の平面鏡であってもよく、あるいはパラボラ型反射鏡あるいは半円筒状の反射鏡のいずれであってもよい。後者の屈折によって集熱する場合には、たとえばフレネルレンズなどのレンズを用いてもよい。
【００１６】
第１の実施例について図１において説明すると、断面形状がパラボラ型をなす反射パネル１によって熱発電部２が焦点位置に配置されている。そして、この熱発電部２を構成される熱電変換素子であるＴＥＧ（サーモエレクトリックジェレネーター）３（以下、ＴＥＧ３という）に集熱するように反射パネル１の焦点の位置にこのＴＥＧ３が配置されている。この反射パネル１とＴＥＧ３との相対位置は固定されていることが好ましく、反射パネル１を支えているフレーム４によって熱発電部２を支えるように構成されている。ここで、ＴＥＧ３は、その材料としてビスマス・テルルで構成されている。
【００１７】
反射パネル１は太陽に対して正対するように配置されており、したがって太陽の移動に追従するように図示しない追尾装置（あるいはヘリオスタット）によって設置角度が調整されるようになっている。また、反射パネル１の角度は、太陽に追尾するように逐次変更されるので、ＴＥＧ３に対する集熱状態が常時維持される。しかし、常に正確に太陽熱を集熱しなくともおおよその太陽熱の焦点で熱を発生させることができるから、厳密な反射パネル１の調節は必要ない。
【００１８】
この反射パネル１は、多数のパラボラ型反射板１ａを長手方向に並べて伸びるいわば半円筒状の形状を有している。この反射パネル１の焦点位置にはこの反射パネル１の長手方向に沿って太陽光が反射して照射する側の面に熱電変換素子であるＴＥＧ３につながるパイプ５が配置されている。このパイプ５は柔軟な金属（例えば、銅）管あるいはプラスチック管で構成されている。そしてこのパイプ５の内部には図示しない水（冷却水）もしくは冷却液が循環流動できるように充填されている。
【００１９】
前記パイプ５内を循環流動できるように充填される水を冷却するための蓄冷材が冷却貯蔵タンク６に充分に蓄えられている。この冷却貯蔵タンク６には、フィン７が形成されていて、冷却効果を高めている。そして、冷却水は、例えば電動ポンプ８でパイプ内を循環流動するように構成されている。この冷却貯蔵タンク６内に配設される管は金属管（例えば銅管）で構成されている。前記蓄冷材は後述するＰＥＧ（ポリエチレングリコール）によって形成されている。特にこの蓄冷材はＰＥＧ♯１０００を用いて形成されている。この冷却貯蔵タンク６は図面では反射パネル１のそばに配置されているが、実際には太陽熱の直射から遮蔽された位置に配置されている。
【００２０】
前記熱発電部２を同図の拡大図で示すと、熱発電部２の下側面つまり反射パネル１の焦点方向に熱電変換素子であるＴＥＧ３が配置されている。そして、その熱発電部２の下側の面であるＴＥＧ３と反対側面である上側部分を冷却管９とする。そして、この冷却管９は、金属（例えば、銅）で形成されている。そして、その冷却管９の内部に前記冷却水が循環流動するように構成されている。
【００２１】
上記構成の熱発電装置の作用について説明すると、前記ＴＥＧ３が熱発電部２の下側つまり反射パネル１の焦点方向に配置されている。そして、その熱発電部２の下側面のＴＥＧ３とその反対側面である冷却管９にはその内部に前記の冷却水が循環流動することによって温度差が生じる。このとき、より高温となるＴＥＧ３に対して冷却のための冷却水は、その流速を前記電動ポンプ８によって変える（速める）必要がある。そして、熱発電部２の下側面であるＴＥＧ３とその反対側面である冷却管９との温度差によるゼーベック効果によって電力が発生する。そして、例えば夜間など太陽熱が照射されない時間帯には冷却貯蔵タンク６は、フィン７等を介してその内部に充填されている蓄冷材の冷却を行うようにしてもよい。
【００２２】
次に、第２の実施例を示す。第２実施例は、前記第１実施例の図面（図１）または図２を用いて説明する。第２実施例は前記図１で示したように断面形状がパラボラ型をなす反射パネル１によって熱発電部２を構成するＴＥＧ３に集熱するように構成した例であり、その反射パネル１の焦点の位置にＴＥＧ３が配置されている。これら反射パネル１とＴＥＧ３との相対位置は固定されていることが好ましく、反射パネル１を支えているフレーム４によって熱発電部２をも支えるように構成されている。
【００２３】
反射パネル１は太陽に対して正対するように配置されており、したがって太陽の移動に追従するように図示しない追尾装置（あるいはヘリオスタット）によって設置角度が調整されるようになっている。また、反射パネル１の角度は、太陽に追尾するように逐次変更されるので、ＴＥＧ３に対する集熱状態が常時維持される。
【００２４】
この反射パネル１は、多数のパラボラ型反射板１ａを長手方向に並べて伸びるいわば半円筒状の形状を有している。この反射パネル１の焦点位置にはこの反射パネル１の長手方向に沿って太陽熱が反射して照射する側の面にＴＥＧ３を配置する。そしてそのＴＥＧ３の反対側面となる位置に冷却管９が配置されている。前述のごとくこの冷却管９は金属（例えば、銅）管で構成されている。そしてこの冷却管９の内部９ａには図示しない冷却水もしくは冷却液が循環流動できるように充填されている。
【００２５】
前記冷却管内９ａを循環流動できるように充填される水を冷却するための蓄冷材が冷却貯蔵タンク６に充分蓄えられている。この冷却貯蔵タンク６には、フィン７が形成されていて、冷却効果を高めている。この冷却貯蔵タンク６内に配設される管は金属管（例えば銅管）で構成されている。そして、冷却水は例えば電動ポンプ８で冷却管内９ａを循環流動するように構成されている。この冷却貯蔵タンク６は図面では反射パネル１のそばに配置されているが、実際には太陽光の直射から遮蔽された位置に配置されている。
【００２６】
前記冷却管９を図２で示すと、熱発電部２を構成する前記冷却管９の下側面つまり反射パネル１の焦点方向にＴＥＧ３が配置されている。そして、その熱発電部２のＴＥＧ３と反対側面である冷却管９にはその内部９ａに前記冷却水が循環流動するように構成されている。
【００２７】
前記第２の実施例の構成の発電装置の作用について説明すると、この冷却貯蔵タンク６から延びるパイプ５の一端に設けられた例えば電動ポンプ８によって冷却水を強制的に循環流動させる。この循環流動する冷却水は、前述のごとくより高温となるＴＥＧ３に対して、冷却のための冷却水の流速を電動ポンプ８によって変化させる（速める）必要がある。そして、冷却管９の内部９ａを冷却水が流動することにより前記反射パネル１からの太陽熱の照射による熱変換素子であるＴＥＧ３とその反対側面の冷却管９を冷却することとなる。この熱発電部２の下面（ＴＥＧ３）と上面（冷却管９）との温度差によるゼーベック効果によって電力が発生する。
【００２８】
また、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）の基本特性の表を図３に示す。この図で示すＰＥＧのうち本発明の蓄冷材を構成するのは主にＰＥＧ♯１０００である。
【符号の説明】
【００２９】
１…反射パネル、  ２…熱発電部、  ３…ＴＥＧ、  ４…フレーム、  ５…パイプ、  ６…冷却貯蔵タンク、  ７…フィン、  ８…電動ポンプ、  ９…冷却管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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