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JP2024121897A - Heat absorption structure and temperature difference power generation device - Google Patents

Heat absorption structure and temperature difference power generation device Download PDF

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JP2024121897A
JP2024121897A JP2023029123A JP2023029123A JP2024121897A JP 2024121897 A JP2024121897 A JP 2024121897A JP 2023029123 A JP2023029123 A JP 2023029123A JP 2023029123 A JP2023029123 A JP 2023029123A JP 2024121897 A JP2024121897 A JP 2024121897A
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JP
Japan
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heat
absorption structure
collection layer
heat absorption
power generation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023029123A
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Japanese (ja)
Inventor
光治 榎木
Koji Enoki
純 葛西
Jun Kasai
成美 葛西
Narumi Kasai
和司 中野
Kazushi Nakano
浩史 横井
Hiroshi Yokoi
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FORUTE KK
University of Electro Communications NUC
Original Assignee
FORUTE KK
University of Electro Communications NUC
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Abstract

【課題】より効率良く熱エネルギーを取り込む。【解決手段】温度差発電装置は、高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部と低温熱源として利用される流体が流される冷却部との温度差に応じて発電を行う。そして、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される集熱層を有する熱吸収構造体が、加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられる。本技術は、例えば、雪冷熱を使用した積雪発電で用いられる温度差発電装置に適用できる。【選択図】図1[Problem] To capture thermal energy more efficiently. [Solution] A temperature difference power generation device generates power in response to the temperature difference between a heating section that captures thermal energy used as a high-temperature heat source, and a cooling section through which a fluid used as a low-temperature heat source flows. A heat absorption structure having a heat collection layer made of a fibrous or porous material with a predetermined heat resistance is provided so as to cover at least a portion of the heating section. This technology can be applied, for example, to a temperature difference power generation device used in snow accumulation power generation using snow cold energy. [Selected Figure] Figure 1

Description

本開示は、熱吸収構造体および温度差発電装置に関し、特に、より効率良く熱エネルギーを取り込むことができるようにした熱吸収構造体および温度差発電装置に関する。 This disclosure relates to a heat absorption structure and a temperature difference power generation device, and in particular to a heat absorption structure and a temperature difference power generation device that can capture thermal energy more efficiently.

近年、密閉したシリンダーの外側から熱を加えて、気体(作動流体)の膨張および収縮を利用してピストンを動かすスターリングエンジンの冷却(低温熱源)に、雪冷熱を使用した積雪発電の研究が進められている。例えば、積雪発電は、環境負荷が少ないという面で他の再生可能エネルギーよりもメリットが大きいと考えられている。 In recent years, research has been conducted into snow power generation, which uses snow cold energy to cool (as a low-temperature heat source) Stirling engines, which apply heat from the outside of a sealed cylinder and use the expansion and contraction of a gas (working fluid) to move a piston. For example, snow power generation is thought to have a greater advantage than other renewable energy sources in that it places less of a burden on the environment.

特許文献1には、加熱部を覆う熱源キャップを設けて、熱源キャップの内周面に発熱体を配置したスターリングエンジンが開示されている。特許文献2には、耐熱容器内に吸熱部を覆う発熱体を形成し、発熱体を熱源として発電するスターリングエンジンが開示されている。 Patent Document 1 discloses a Stirling engine in which a heat source cap is provided to cover the heating section, and a heating element is disposed on the inner peripheral surface of the heat source cap. Patent Document 2 discloses a Stirling engine in which a heating element is formed to cover the heat absorption section inside a heat-resistant container, and the heating element is used as a heat source to generate electricity.

特開2014-98318号公報JP 2014-98318 A 特開2020-169638号公報JP 2020-169638 A

ところで、積雪発電を行うスターリングエンジンの高温熱源として太陽光による熱エネルギーを利用する場合、いかに効率良く太陽光による熱エネルギーを取り込むかが課題となっていた。 However, when using thermal energy from sunlight as a high-temperature heat source for a Stirling engine that generates electricity from snow, the challenge was how to capture the thermal energy from sunlight as efficiently as possible.

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より効率良く熱エネルギーを取り込むことができるようにするものである。 This disclosure was made in light of these circumstances, and aims to make it possible to capture thermal energy more efficiently.

本開示の一側面の熱吸収構造体は、高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられ、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される集熱層を備える。 The heat absorption structure of one aspect of the present disclosure is provided so as to cover at least a portion of a heating section that takes in thermal energy used as a high-temperature heat source, and includes a heat collection layer made of a fibrous or porous body made of a material with a predetermined heat resistance.

本開示の一側面の温度差発電装置は、高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部と、低温熱源として利用される流体が流される冷却部と、前記加熱部と前記冷却部との温度差に応じて発電を行う発電部と、前記加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられ、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される集熱層を有する熱吸収構造体とを備える。 The temperature difference power generation device according to one aspect of the present disclosure includes a heating section that takes in thermal energy used as a high-temperature heat source, a cooling section through which a fluid used as a low-temperature heat source flows, a power generation section that generates power in response to the temperature difference between the heating section and the cooling section, and a heat absorption structure that has a heat collection layer made of a fibrous or porous body made of a material with a predetermined heat resistance and that is provided to cover at least a portion of the heating section.

本開示の一側面においては、熱吸収構造体の集熱層が、高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられ、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される。 In one aspect of the present disclosure, the heat collection layer of the heat absorption structure is provided to cover at least a portion of the heating section that takes in thermal energy used as a high-temperature heat source, and is made of a fibrous or porous body made of a material with a predetermined heat resistance.

本開示の一側面によれば、より効率良く熱エネルギーを取り込むことができる。 According to one aspect of the present disclosure, thermal energy can be captured more efficiently.

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 Note that the effects described here are not necessarily limited to those described herein and may be any of the effects described in this disclosure.

本技術を適用したスターリングエンジンの一実施の形態の構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of an embodiment of a Stirling engine to which the present technology is applied; 熱吸収構造体の第1の構成例を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a first configuration example of a heat absorption structure. 熱吸収構造体の第2の構成例を説明する図である。11A and 11B are diagrams illustrating a second configuration example of the heat absorption structure. 熱吸収構造体の第3の構成例を説明する図である。13A to 13C are diagrams illustrating a third configuration example of the heat absorption structure.

以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Below, specific embodiments of the present technology will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本技術を適用した温度差発電装置の一例であるスターリングエンジンの一実施の形態の構成例を示す図である。 Figure 1 shows an example of the configuration of an embodiment of a Stirling engine, which is an example of a temperature difference power generation device to which the present technology is applied.

図1に示されるスターリングエンジン11は、発電部21、冷却部22、および加熱部23を少なくとも備えて構成される。 The Stirling engine 11 shown in FIG. 1 is configured with at least a power generation section 21, a cooling section 22, and a heating section 23.

発電部21には、密閉された気体(例えば、高圧のヘリウムガスや空気など)の膨張および収縮によってシリンダー内を駆動するピストンや、ピストンの動きを電力に変換するための磁石およびコイルなどから構成される発電機能が組み込まれている。 The power generation unit 21 incorporates a power generation function that is composed of a piston that moves inside a cylinder by expanding and contracting a sealed gas (such as high-pressure helium gas or air), and magnets and coils that convert the movement of the piston into electricity.

冷却部22は、例えば、積雪によって冷却された冷水を流し込んで排水する流路を有して構成され、その冷水がスターリングエンジン11の低温熱源として利用される。もちろん、冷却部22は、水を流して冷却する水冷構造を採用する他、空気を流して冷却する空冷構造を採用してもよく、スターリングエンジン11の低温熱源として様々な流体を利用することができる。 The cooling section 22 is configured with a flow path that, for example, flows in and drains cold water that has been cooled by snow accumulation, and the cold water is used as a low-temperature heat source for the Stirling engine 11. Of course, the cooling section 22 may adopt a water-cooled structure that cools by flowing water, or an air-cooled structure that cools by flowing air, and various fluids can be used as low-temperature heat sources for the Stirling engine 11.

加熱部23は、スターリングエンジン11の高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込むためのフィンなどを有して構成され、加熱部23の少なくとも一部を覆うように熱吸収構造体31が設けられている。熱吸収構造体31は、後述する図2乃至図4に示すように、加熱部23を加熱するのに用いられる発熱体42を有しており、発熱体42に電力を供給するための直流または交流の電源32が熱吸収構造体31に接続されている。 The heating section 23 is configured with fins and the like for taking in thermal energy used as a high-temperature heat source for the Stirling engine 11, and a heat absorbing structure 31 is provided to cover at least a portion of the heating section 23. As shown in Figures 2 to 4 described below, the heat absorbing structure 31 has a heating element 42 used to heat the heating section 23, and a DC or AC power source 32 for supplying power to the heating element 42 is connected to the heat absorbing structure 31.

このように構成されるスターリングエンジン11は、加熱部23と冷却部22との温度差に応じて発電部21において発電された電力を出力することができる。このとき、スターリングエンジン11から出力される電力の少なくとも一部を電源32に供給することで、例えば、その電力を初動発電の補助として利用することができ、発電効率の高効率化を図ることができる。 The Stirling engine 11 configured in this manner can output the electric power generated in the power generation unit 21 according to the temperature difference between the heating unit 23 and the cooling unit 22. At this time, by supplying at least a portion of the electric power output from the Stirling engine 11 to the power source 32, for example, the electric power can be used to assist in initial power generation, thereby improving the power generation efficiency.

そして、スターリングエンジン11は、図2乃至図4を参照して説明するような熱吸収構造体31によって、太陽光による熱エネルギーを効率良く取り込むことができ、より出力電力を向上させることができる。 The Stirling engine 11 can efficiently capture thermal energy from sunlight using the heat absorption structure 31 as described with reference to Figures 2 to 4, thereby further improving the output power.

図2を参照して、熱吸収構造体31の第1の構成例について説明する。 With reference to Figure 2, a first configuration example of the heat absorption structure 31 will be described.

図2に示すように、熱吸収構造体31は、加熱部23の上端面41を覆うように設けられる発熱体42、並びに、上端面41および発熱体42を包むように設けられる集熱層43を有して構成される。なお、図2(後述する図3および図4も同様)に示す例では、加熱部23の上端面41は、上方に向かって凸となるドーム形状に形成されているが、このような形状に限定されることなく、例えば、平坦な形状であってもよい。 As shown in FIG. 2, the heat absorption structure 31 is configured to have a heating element 42 provided to cover the upper end surface 41 of the heating section 23, and a heat collection layer 43 provided to encase the upper end surface 41 and the heating element 42. In the example shown in FIG. 2 (as well as FIG. 3 and FIG. 4 described below), the upper end surface 41 of the heating section 23 is formed in a dome shape that is convex upward, but is not limited to such a shape and may be, for example, a flat shape.

発熱体42は、例えば、加熱部23の上端面41の表面形状に沿って渦巻状となる形状で設けられたニクロム線によって構成することができ、ニクロム線の両端に接続されている電源32から供給される電力によって発熱(例えば、200°以上を維持)する。また、発熱体42は、熱伝導性の高いコンクリートなどの固定部材44を塗り固めることによって上端面41に対して固定することができる。なお、発熱体42は、上端面41の表面形状に沿って形成することができれば、渦巻状に形成されたニクロム線に限定されることはなく、例えば、ニクロム線以外の素材を採用してもよい。 The heating element 42 can be formed, for example, from a nichrome wire wound in a spiral shape to fit the surface shape of the upper end surface 41 of the heating section 23, and generates heat (for example, maintains a temperature of 200° or higher) by power supplied from a power source 32 connected to both ends of the nichrome wire. The heating element 42 can be fixed to the upper end surface 41 by applying a fixing member 44 such as concrete with high thermal conductivity. Note that the heating element 42 is not limited to a nichrome wire wound in a spiral shape, and may be made of a material other than nichrome wire, as long as it can be formed to fit the surface shape of the upper end surface 41.

集熱層43は、太陽光を集光しても溶けない程度の耐熱性を備えた材料(例えば、金属やカーボンファイバーなど)によって上端面41および発熱体42を覆うように層状に形成され、その内部に、所定の割合で略均一に多数の空間(気孔、空孔、空隙、または隙間)を有する繊維体または多孔質体により構成される。例えば、集熱層43の内部に設けられる空間は、集熱層43が温められたときの熱対流の発生を抑制するように、金属やカーボンファイバーなどに対して10%以上の割合で設けられることが好適である。また、後述する集光レンズ46の特性に応じて、この割合を適用的に設定してもよい。また、集熱層43は、発熱体42を固定する固定部材44を介して加熱部23の上端面41に熱を伝えることができるように、固定部材44に対して接着される。 The heat collection layer 43 is formed in a layered form covering the upper end surface 41 and the heating element 42 with a material (e.g., metal or carbon fiber) that has heat resistance to the extent that it does not melt even when sunlight is collected, and is composed of a fibrous or porous body having a large number of spaces (pores, voids, gaps, or gaps) approximately uniformly arranged at a predetermined ratio inside. For example, it is preferable that the space provided inside the heat collection layer 43 is provided at a ratio of 10% or more to the metal or carbon fiber, etc., so as to suppress the occurrence of thermal convection when the heat collection layer 43 is heated. This ratio may also be adaptively set according to the characteristics of the collecting lens 46 described later. The heat collection layer 43 is also bonded to the fixing member 44 so that heat can be transferred to the upper end surface 41 of the heating unit 23 via the fixing member 44 that fixes the heating element 42.

このように構成される熱吸収構造体31に太陽光が照射されると、集熱層43において太陽光による熱エネルギーが集積され、その熱エネルギーは集熱層43を通過しながら加熱部23へ伝達される。このとき、集熱層43は、繊維体または多孔質体に設けられた空間内の空気が温められることによって熱を蓄積するように構成されているので、例えば、反射や放射、対流などによって熱が逃げてしまうことを防止することができ、太陽光による熱エネルギーの損失を抑制することができる。また、熱吸収構造体31は、集熱層43が加熱部23の上端面41の全体を覆うように設けられていることにより、温度環境によって加熱部23の温度分布に偏りが生じるのを防止し、スターリングエンジン11の出力が不安定となることを回避することができる。 When sunlight is irradiated onto the heat absorption structure 31 configured in this manner, the thermal energy of the sunlight is accumulated in the heat collection layer 43, and the thermal energy is transferred to the heating unit 23 while passing through the heat collection layer 43. At this time, the heat collection layer 43 is configured to accumulate heat by heating the air in the space provided in the fibrous body or porous body, so that it is possible to prevent heat from escaping due to, for example, reflection, radiation, convection, etc., and to suppress the loss of thermal energy due to sunlight. In addition, the heat absorption structure 31 is configured so that the heat collection layer 43 covers the entire upper end surface 41 of the heating unit 23, thereby preventing the temperature distribution of the heating unit 23 from being biased due to the temperature environment, and avoiding the output of the Stirling engine 11 from becoming unstable.

このように、スターリングエンジン11は、熱吸収構造体31を備えることによって、太陽光による熱エネルギーを吸収して加熱部23を加熱する際の熱吸収効率を向上させることができる。例えば、スターリングエンジン11は、ほぼ100%の太陽光エネルギーを熱吸収構造体31および加熱部23で回収することができる可能性がある。 In this way, by providing the heat absorption structure 31, the Stirling engine 11 can improve the heat absorption efficiency when absorbing thermal energy from sunlight and heating the heating section 23. For example, the Stirling engine 11 has the potential to recover nearly 100% of the solar energy through the heat absorption structure 31 and the heating section 23.

また、スターリングエンジン11は、例えば、太陽光が十分に照射されていない場合や夜間または悪天候である場合などに、発熱体42に電源32から電力を供給することによって加熱部23を加熱して発電を行うとき、熱吸収構造体31を設けることによる保温効果によって発電効率の向上を図ることができる。このとき、スターリングエンジン11は、積雪によって冷却された冷水で冷却部22を冷却することによって、発電部21のシリンダー内の膨張収縮の収縮側を使用して発電を維持することができる。従って、スターリングエンジン11は、例えば、他の再生可能エネルギーによる電力が天候変化によって一時的に不安定となる場合でも発電し続けることができ、電力の調整機能も兼ね備えることができる。 In addition, when the Stirling engine 11 generates electricity by supplying power from the power source 32 to the heating element 42 to heat the heating unit 23, for example, when sunlight is not irradiated sufficiently, at night, or during bad weather, the heat absorption structure 31 provides a heat retention effect that improves power generation efficiency. At this time, the Stirling engine 11 can maintain power generation by using the contraction side of the expansion and contraction in the cylinder of the power generation unit 21 by cooling the cooling unit 22 with cold water cooled by snow accumulation. Therefore, the Stirling engine 11 can continue to generate power even when, for example, power from other renewable energy sources becomes temporarily unstable due to weather changes, and can also provide a power adjustment function.

また、スターリングエンジン11は、例えば、太陽光が十分に照射されている場合には、発電部21のシリンダー内の膨張収縮の膨張側および収縮側の両方を利用して発電を行うことができ、例えば、余剰電力は蓄電池に蓄えることができる。 In addition, when the Stirling engine 11 is exposed to sufficient sunlight, for example, it can generate electricity by using both the expansion and contraction sides of the expansion and contraction in the cylinder of the power generation unit 21, and surplus electricity can be stored in a storage battery, for example.

さらに、スターリングエンジン11は、発熱体42、集熱層43、および固定部材44に対して、太陽光などの光を吸収して効率良く熱に変換することができる黒色の微粒子の被膜を設けることによって、発熱体42、集熱層43、および固定部材44が黒体化された構成とすることができる。具体的には、放射率が黒体に近い塗料を塗布する黒体スプレーを吹き付けて表面を黒色に着色することで、発熱体42、集熱層43、および固定部材44の表面の放射率を、例えば、0.9以上に高めることによって黒体化することができる。 Furthermore, the Stirling engine 11 can be configured so that the heating element 42, the heat collection layer 43, and the fixing member 44 are black bodies by providing a coating of black fine particles that can absorb light such as sunlight and convert it efficiently into heat on the heating element 42, the heat collection layer 43, and the fixing member 44. Specifically, the heating element 42, the heat collection layer 43, and the fixing member 44 can be black bodies by spraying them with a black body spray that applies paint with an emissivity close to that of a black body to color the surfaces black, thereby increasing the emissivity of the surfaces of the heating element 42, the heat collection layer 43, and the fixing member 44 to, for example, 0.9 or more.

これにより、スターリングエンジン11の熱吸収効率を格段に向上させることができ、集熱層43の保温効果の向上を図ることができる。なお、発熱体42、集熱層43、および固定部材44のうちの、少なくとも1つ以上が黒体化されることによって、これらの効果を少なくとも得ることができる。 This significantly improves the heat absorption efficiency of the Stirling engine 11, and improves the heat retention effect of the heat collection layer 43. At least these effects can be obtained by making at least one of the heating element 42, the heat collection layer 43, and the fixing member 44 black bodies.

なお、スターリングエンジン11は、発電部21によって発電された電力の少なくとも一部が発熱体42に供給されることによって発熱体42が発熱するような構成の他、例えば、外部から供給される電力によって発熱体42が発熱するような構成としてもよい。また、熱吸収構造体31は、加熱部23の上端面41の全体を覆うような構成に限定されることなく、加熱部23の少なくとも一部分を覆うように設けられていればよく、太陽光による熱エネルギーを加熱部23に伝えることができるように構成されていればよい。 The Stirling engine 11 may be configured so that at least a portion of the power generated by the power generation unit 21 is supplied to the heating element 42, causing the heating element 42 to generate heat, or may be configured so that, for example, the heating element 42 generates heat from power supplied from an external source. The heat absorption structure 31 is not limited to a configuration that covers the entire upper end surface 41 of the heating unit 23, but may be provided so as to cover at least a portion of the heating unit 23, and may be configured so as to transmit thermal energy from sunlight to the heating unit 23.

図3を参照して、熱吸収構造体31の第2の構成例について説明する。なお、図3に示す熱吸収構造体31Aにおいて、図2の熱吸収構造体31と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 A second configuration example of the heat absorption structure 31 will be described with reference to FIG. 3. Note that in the heat absorption structure 31A shown in FIG. 3, components common to the heat absorption structure 31 in FIG. 2 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.

図3に示すように、熱吸収構造体31Aは、図2の熱吸収構造体31と同様に、発熱体42および集熱層43を有して構成されるのに加えて、発熱体42および集熱層43を収納する密閉容器45を有して構成される。密閉容器45は、発熱体42および集熱層43を収納した空間を、例えば、太陽光を透過させることができる透明な部材によって密閉する密閉構造となっている。 As shown in FIG. 3, the heat absorption structure 31A is configured to have a heating element 42 and a heat collection layer 43, similar to the heat absorption structure 31 in FIG. 2, and is also configured to have a sealed container 45 that houses the heating element 42 and the heat collection layer 43. The sealed container 45 has a sealed structure in which the space housing the heating element 42 and the heat collection layer 43 is sealed by, for example, a transparent member that allows sunlight to pass through.

このように構成される熱吸収構造体31Aは、密閉容器45によって密閉された空間内の空気によって、加熱部23に対する保温効果の向上を図ることができる。これにより、熱吸収構造体31Aを備えたスターリングエンジン11では、さらなる熱吸収効率の向上を期待することができる。 The heat absorption structure 31A configured in this manner can improve the heat retention effect on the heating section 23 by the air in the space sealed by the sealed container 45. As a result, a further improvement in heat absorption efficiency can be expected in the Stirling engine 11 equipped with the heat absorption structure 31A.

なお、熱吸収構造体31Aは、密閉容器45の内部に空気が密閉される構成とする他、例えば、地球温暖化係数の高い気体(例えば、二酸化炭素など)を充填することによって、加熱部23に対する保温効果の向上を図ることができる。さらに、熱吸収構造体31Aは、密閉容器45の気密性を高めることによって内部を高圧にすることで、密閉容器45により密閉された空間内の気体の密度を上げることによっても、加熱部23に対する保温効果の向上を図ることができる。 The heat absorption structure 31A can improve the heat retention effect for the heating unit 23 by, for example, filling the airtight container 45 with a gas having a high global warming potential (e.g., carbon dioxide) in addition to air being sealed inside the container 45. Furthermore, the heat absorption structure 31A can improve the heat retention effect for the heating unit 23 by increasing the density of the gas in the space sealed by the container 45 by increasing the airtightness of the container 45 to increase the pressure inside.

例えば、熱吸収構造体31Aを備えたスターリングエンジン11を、降雪量の多い地域で使用する場合には、密閉容器45として、図示するようなドーム形状の傾斜を有する構造を採用することが好適である。これにより、例えば、密閉容器45に対して雪が積もったとしても、その雪が太陽光によって自然と融解して密閉容器45から流れ落ちるので、スターリングエンジン11は、ある程度の太陽光が照射される環境であれば常に発電することが可能となる。また、スターリングエンジン11は、ドーム形状の密閉容器45に積もった雪が流れ落ちていくことで、その表面を自然と洗浄するような効果を期待することができる。なお、密閉容器45の形状としては、太陽光によって雪が解け落ちるような傾斜が設けられていればドーム形状に限定されることはなく、例えば、三角錐や円錐などのような形状を採用してもよい。 For example, when the Stirling engine 11 equipped with the heat absorbing structure 31A is used in an area with a large amount of snowfall, it is preferable to adopt a dome-shaped inclined structure as the sealed container 45 as shown in the figure. As a result, even if snow accumulates on the sealed container 45, the snow will naturally melt due to sunlight and flow off the sealed container 45, so the Stirling engine 11 can always generate power in an environment where a certain amount of sunlight is irradiated. In addition, the Stirling engine 11 can be expected to have an effect of naturally cleaning the surface of the dome-shaped sealed container 45 as the snow that accumulates on it flows off. Note that the shape of the sealed container 45 is not limited to a dome shape as long as it has an inclination that allows the snow to melt and fall due to sunlight, and shapes such as a triangular pyramid or a cone may be adopted.

図4を参照して、熱吸収構造体31の第3の構成例について説明する。なお、図4に示す熱吸収構造体31Bにおいて、図2の熱吸収構造体31と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 A third configuration example of the heat absorption structure 31 will be described with reference to FIG. 4. Note that in the heat absorption structure 31B shown in FIG. 4, components common to the heat absorption structure 31 in FIG. 2 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.

図4に示すように、熱吸収構造体31Bは、図2の熱吸収構造体31と同様に、発熱体42および集熱層43を有して構成されるのに加えて、発熱体42および集熱層43を収納する密閉容器45B、並びに、単体もしくは複数の集光レンズ46を有して構成される。 As shown in FIG. 4, the heat absorption structure 31B is configured to have a heating element 42 and a heat collection layer 43, similar to the heat absorption structure 31 in FIG. 2, and in addition, it is configured to have a sealed container 45B that contains the heating element 42 and the heat collection layer 43, and one or more focusing lenses 46.

密閉容器45Bは、図3の密閉容器45と同様に、発熱体42および集熱層43を収納するとともに、集光レンズ46を収納するための空間が設けられた形状となっている。 Similar to the sealed container 45 in FIG. 3, the sealed container 45B is shaped to house the heating element 42 and the heat collecting layer 43, and also has a space for housing the collecting lens 46.

集光レンズ46は、熱吸収構造体31Bに照射される太陽光が集熱層43において効率良く熱エネルギーに変換されるように、太陽光を集光する。例えば、様々な角度からの太陽光が集熱層43に集光されるように、複数の集光レンズ46を三次元的に配置することができる。これにより、日中であれば、集光レンズ46が太陽光を集光することができ、熱吸収構造体31Bの温度維持を可能とする。 The concentrating lenses 46 concentrate sunlight irradiated onto the heat absorption structure 31B so that it is efficiently converted into thermal energy in the heat collection layer 43. For example, multiple concentrating lenses 46 can be arranged three-dimensionally so that sunlight from various angles is concentrated onto the heat collection layer 43. This allows the concentrating lenses 46 to concentrate sunlight during the day, making it possible to maintain the temperature of the heat absorption structure 31B.

なお、図4に示す例では、6個の集光レンズ46-1乃至46-6が設けられている構成が示されているが、スターリングエンジン11の出力に応じて必要な個数の集光レンズ46を設けることができる。例えば、集光レンズ46の集光能力は口径Dの2乗に比例し、スターリングエンジン11が獲得したい伝熱量を設定して、熱吸収構造体31Bに設ける集光レンズ46を設計することができる。なお、集熱層43に対して集光レンズ46の焦点が完全に合っていなくても、集光レンズ46が集光した太陽光によって集熱層43の空間内の空気が温められることで、例えば、加熱部23が局所的に高温となるのを防止し、熱エネルギーを集熱層43によって効率良く回収することができる。 In the example shown in FIG. 4, six condenser lenses 46-1 to 46-6 are provided, but the required number of condenser lenses 46 can be provided depending on the output of the Stirling engine 11. For example, the condensing ability of the condenser lens 46 is proportional to the square of the aperture D, and the condenser lens 46 provided in the heat absorption structure 31B can be designed by setting the amount of heat transfer that the Stirling engine 11 wants to acquire. Even if the condenser lens 46 is not perfectly focused on the heat collection layer 43, the air in the space of the heat collection layer 43 can be heated by the sunlight collected by the condenser lens 46, which can prevent the heating unit 23 from becoming locally hot, and the heat energy can be efficiently collected by the heat collection layer 43.

このように構成される熱吸収構造体31Bは、集光レンズ46によって太陽光を集光することで、集熱層43の保温効果および集熱効率の向上を図ることができる。これにより、熱吸収構造体31Bを備えたスターリングエンジン11では、より一層の熱吸収効率の向上を期待することができる。 The heat absorption structure 31B configured in this manner can improve the heat retention effect and heat collection efficiency of the heat collection layer 43 by concentrating sunlight using the concentrating lens 46. As a result, a Stirling engine 11 equipped with the heat absorption structure 31B can be expected to have even greater heat absorption efficiency.

なお、熱吸収構造体31Bでは、密閉容器45Bの内部に集光レンズ46が設けられた構成となっているが、密閉容器45Bの外部に集光レンズ46が設けられた構成を採用してもよい。また、集光レンズ46として、凸レンズを使用する他、例えば、いわゆるノコギリ形状の断面を有するフレネルレンズ(図示せず)を使用してもよい。また、密閉容器45Bの表面形状を加工して、集光レンズ46が密閉容器45Bと一体になるような構造としてもよい。 In the heat absorption structure 31B, the condenser lens 46 is provided inside the sealed container 45B, but a configuration in which the condenser lens 46 is provided outside the sealed container 45B may also be adopted. In addition to using a convex lens as the condenser lens 46, for example, a Fresnel lens (not shown) having a so-called sawtooth-shaped cross section may also be used. Furthermore, the surface shape of the sealed container 45B may be processed to form a structure in which the condenser lens 46 is integrated with the sealed container 45B.

以上のように、本実施の形態のスターリングエンジン11は、上述した各構成例の熱吸収構造体31を備えることによって、より効率良く、太陽光による熱エネルギーを取り込むことができる。なお、本実施の形態では、温度差発電装置の一例としてスターリングエンジン11について説明を行ったが、本技術は、スターリングエンジン11以外の様々な温度差発電装置に適用すること、例えば、ペルチェ素子を利用した温度差発電装置に適用することができる。さらに、熱吸収構造体31は、スターリングエンジン11などの温度差発電装置で利用されるのに限定されることはなく、太陽光による熱エネルギーを高効率で回収する必要のある様々な装置、例えば、太陽熱温水器などでも利用することができる。 As described above, the Stirling engine 11 of this embodiment can capture thermal energy from sunlight more efficiently by including the heat absorption structure 31 of each of the configuration examples described above. Note that in this embodiment, the Stirling engine 11 has been described as an example of a temperature difference power generation device, but the present technology can be applied to various temperature difference power generation devices other than the Stirling engine 11, for example, to a temperature difference power generation device using a Peltier element. Furthermore, the heat absorption structure 31 is not limited to use in temperature difference power generation devices such as the Stirling engine 11, but can also be used in various devices that need to recover thermal energy from sunlight with high efficiency, such as a solar hot water heater.

なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。 Note that this embodiment is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of this disclosure. In addition, the effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also be present.

11 スターリングエンジン, 21 発電部, 22 冷却部, 23 加熱部, 31 熱吸収構造体, 32 電源, 41 上端面, 42 発熱体, 43 集熱層, 44 固定部材, 45 密閉容器, 46 集光レンズ 11 Stirling engine, 21 Power generation section, 22 Cooling section, 23 Heating section, 31 Heat absorption structure, 32 Power source, 41 Upper end surface, 42 Heat generating element, 43 Heat collecting layer, 44 Fixing member, 45 Sealed container, 46 Condenser lens

Claims (8)

高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられ、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される集熱層
を備える熱吸収構造体。
A heat absorption structure comprising: a heat collection layer that is provided so as to cover at least a portion of a heating section that takes in thermal energy used as a high-temperature heat source, and that is made of a fibrous or porous material having a predetermined heat resistance.
前記集熱層によって覆われる前記加熱部の表面形状に沿って前記集熱層よりも前記加熱部側に設けられ、電源から供給される電力によって発熱する発熱体
をさらに備える請求項1に記載の熱吸収構造体。
The heat absorption structure according to claim 1 , further comprising a heating element that is provided on the heating unit side relative to the heat collection layer along a surface shape of the heating unit covered by the heat collection layer, and generates heat by electric power supplied from a power source.
前記集熱層、前記発熱体、および前記発熱体を固定する固定部材のうちの、少なくとも1つ以上が黒体化されている
請求項2に記載の熱吸収構造体。
The heat absorbing structure according to claim 2 , wherein at least one of the heat collecting layer, the heating element, and a fixing member for fixing the heating element is blackened.
前記集熱層および前記発熱体を収納する密閉容器
をさらに備える請求項2または3のいずれかに記載の熱吸収構造体。
The heat absorption structure according to claim 2 or 3, further comprising a sealed container that houses the heat collection layer and the heat generating element.
前記集熱層に対して太陽光を集光する単体もしくは複数の集光レンズ
をさらに備える請求項1乃至4のいずれかに記載の熱吸収構造体。
The heat absorption structure according to claim 1 , further comprising: a single or multiple concentrating lenses for concentrating sunlight onto the heat collection layer.
高温熱源として利用される熱エネルギーを取り込む加熱部と、
低温熱源として利用される流体が流される冷却部と、
前記加熱部と前記冷却部との温度差に応じて発電を行う発電部と、
前記加熱部の少なくとも一部を覆うように設けられ、所定の耐熱性を備えた材料の繊維体または多孔質体により構成される集熱層を有する熱吸収構造体と
を備える温度差発電装置。
A heating unit that takes in thermal energy used as a high-temperature heat source;
a cooling section through which a fluid used as a low-temperature heat source flows;
a power generation unit that generates power in response to a temperature difference between the heating unit and the cooling unit;
a heat absorption structure having a heat collection layer formed of a fibrous or porous body made of a material having a predetermined heat resistance, the heat absorption structure being provided so as to cover at least a portion of the heating portion.
前記熱吸収構造体は、前記集熱層によって覆われる前記加熱部の表面形状に沿って前記集熱層よりも前記加熱部側に設けられる発熱体をさらに有しており、
前記発電部によって発電された電力の少なくとも一部が供給されることによって前記発熱体が発熱する
請求項6に記載の温度差発電装置。
the heat absorption structure further includes a heating element provided on the heating unit side of the heat collection layer along a surface shape of the heating unit covered by the heat collection layer,
The temperature difference power generation device according to claim 6 , wherein the heating element generates heat by being supplied with at least a portion of the electric power generated by the power generation section.
前記発電部によって発電された電力の少なくとも一部を蓄電する蓄電部
をさらに備える請求項7に記載の温度差発電装置。
The temperature difference power generating device according to claim 7 , further comprising a power storage unit that stores at least a portion of the power generated by the power generation unit.
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