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JP2024139639A - Hybrid power generation equipment - Google Patents

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JP2024139639A
JP2024139639A JP2023050682A JP2023050682A JP2024139639A JP 2024139639 A JP2024139639 A JP 2024139639A JP 2023050682 A JP2023050682 A JP 2023050682A JP 2023050682 A JP2023050682 A JP 2023050682A JP 2024139639 A JP2024139639 A JP 2024139639A
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JP
Japan
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heat exchange
exchange body
heat transfer
power generation
heat
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Pending
Application number
JP2023050682A
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Japanese (ja)
Inventor
忠生 藤井
Tadao Fujii
昭平 上林
Shohei Uebayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASUKA CO Ltd
Original Assignee
ASUKA CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

To provide a hybrid type power generator that is hardly restricted by an environmental condition on an installation place though natural energy is used.SOLUTION: A hybrid type power generator includes a geothermal generation part 2 and a photovoltaic generation part 3. The geothermal generation part includes an upper side heat exchange body 4, an intermediate heat exchange body 5, a plurality of first heat transfer bodies 6 extending between the upper side heat exchange body and the intermediate heat exchange body, a first thermoelectric conversion module 7 disposed between the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body, a first heat insulation material 8 for coating each of the first heat transfer bodies together with the first thermoelectric conversion module, a lower side heat exchange body 10, a plurality of second heat transfer bodies 11 extending between the intermediate heat exchange body and the lower side heat exchange body, a second thermoelectric conversion module 12 disposed between the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body, and a second heat insulation material 13 for coating each of the second heat transfer bodies together with the second thermoelectric conversion module. The photovoltaic generation part includes a support structure 15 provided in the upper side heat exchange body and a solar cell module 16 attached to the support structure.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、自然エネルギー、特に、太陽光および地熱を利用して発電を行うハイブリッド型発電装置に関するものである。 The present invention relates to a hybrid power generation device that generates electricity using natural energy, particularly solar and geothermal energy.

近年、地球温暖化問題の解決のため、CО排出削減、脱炭素化社会の実現に向けた取り組みが推進されており、その中で、自然エネルギーを利用した発電装置の開発も行われている。 In recent years, efforts have been made to reduce CO2 emissions and realize a decarbonized society in order to solve the problem of global warming, and as part of these efforts, power generation devices that utilize natural energy are also being developed.

自然エネルギーを利用した発電方式として、現在最も普及しているのが、太陽光発電であるが、太陽光発電、夜間に発電ができない、日射量が少ないと発電量が減少する等のデメリットも有している。 Currently, solar power generation is the most widely used method of generating electricity using natural energy, but it also has disadvantages, such as not being able to generate electricity at night and the amount of electricity generated decreasing when there is little sunlight.

そのため、従来技術においては、太陽光発電に、自然エネルギーを利用した別の発電方式を組み合わせたハイブリッド型発電方式がいくつか提案されている。
この種のハイブリッド型発電装置としては、例えば、太陽光発電と風力発電を組み合わせたものが知られている(例えば、特許文献1~3参照)。
For this reason, in the prior art, several hybrid power generation methods have been proposed that combine solar power generation with another power generation method that utilizes natural energy.
As this type of hybrid power generation device, for example, a combination of solar power generation and wind power generation is known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

このハイブリッド型発電装置によれば、太陽光発電および風力発電のそれぞれのデメリットを互いに補うことで、より安定的な発電を実現することができる。 This hybrid power generation system can achieve more stable power generation by compensating for the disadvantages of solar power generation and wind power generation.

しかしながら、風力発電を安定して行うには、一定時間、十分な風量が得られることが必要であり、よって、この従来のハイブリッド型発電装置は、設置場所が限定されるという欠点を有している。 However, to generate wind power stably, a sufficient amount of wind must be available for a certain period of time, and this conventional hybrid power generation device therefore has the disadvantage that installation locations are limited.

特開2007-77895号公報JP 2007-77895 A 特開2008-11589号公報JP 2008-11589 A 特開2023-7792号公報JP 2023-7792 A

したがって、本発明の課題は、自然エネルギーを利用するが、設置場所の環境条件の制限を受けにくいハイブリッド型発電装置を提供することにある。 The objective of the present invention is therefore to provide a hybrid power generation device that utilizes natural energy but is not subject to the limitations of the environmental conditions of the installation location.

上記課題を解決するため、本発明によれば、地熱発電部および太陽光発電部を備え、前記地熱発電部は、外気との熱交換のための上側熱交換体と、前記上側熱交換体の下方に配置された、地表層との熱交換のための中間熱交換体と、それぞれ、前記上側および前記中間熱交換体間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ前記上側および前記中間熱交換体に導熱性を有するように接続された複数本の第1の伝熱体と、前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体間、および/または前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体間に配置されて、一端面が前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した、および/または一端面が前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した第1の熱電変換モジュールと、前記複数本の第1の伝熱体のそれぞれを関係する前記第1の熱電変換モジュールとともに被覆する第1の断熱材と、前記中間熱交換体の下方に配置された、地中との熱交換のための下側熱交換体と、それぞれ、前記中間および前記下側熱交換体間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ前記中間および前記下側熱交換体に導熱性を有するように接続された複数本の第2の伝熱体と、前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体間、および/または前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体間に配置されて、一端面が前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した、および/または一端面が前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した第2の熱電変換モジュールと、前記複数本の第2の伝熱体のそれぞれを関係する前記第2の熱電変換モジュールとともに被覆する第2の断熱材と、前記第1および前記第2の熱電変換モジュールに接続された第1のパワーコンディショナーと、を有し、前記太陽光発電部は、前記上側熱交換体の上面に設けられた支持構造と、前記支持構造に取り付けられた太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールに接続された第2のパワーコンディショナーと、を有しているものであることを特徴とするハイブリッド型発電装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, a geothermal power generation unit and a solar power generation unit are provided, and the geothermal power generation unit comprises an upper heat exchange body for heat exchange with outside air, an intermediate heat exchange body for heat exchange with the earth's surface layer, which is disposed below the upper heat exchange body, a plurality of first heat transfer bodies each extending between the upper heat exchange body and the intermediate heat exchange body and disposed at intervals from each other, with upper and lower ends connected to the upper heat exchange body and the intermediate heat exchange body, respectively, so as to have thermal conductivity, and a plurality of first heat transfer bodies each disposed between the upper heat exchange body and the first heat transfer body, and/or between the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body, with one end surface being connected to the upper heat exchange body. a first thermoelectric conversion module having one end surface in thermal contact with one of the upper heat exchange body and the first heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the upper heat exchange body and the first heat transfer body, and/or having one end surface in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body; a first insulating material covering each of the first heat transfer bodies together with the associated first thermoelectric conversion module; a lower heat exchange body for heat exchange with the ground, which is arranged below the intermediate heat exchange body; a plurality of second heat transfer bodies extending between the intermediate heat exchange bodies and arranged at intervals from each other, with upper and lower ends connected to the intermediate and lower heat exchange bodies, respectively, so as to be thermally conductive; a plurality of second heat transfer bodies arranged between the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body, and/or between the lower heat exchange body and the second heat transfer body, with one end surface in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body, and/or with one end surface in thermal contact with one of the lower heat exchange body and the second heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the lower heat exchange body and and a second thermoelectric conversion module in thermal contact with the other of the second heat transfer bodies, a second insulating material that covers each of the plurality of second heat transfer bodies together with the associated second thermoelectric conversion module, and a first power conditioner connected to the first and second thermoelectric conversion modules, and the solar power generation unit has a support structure provided on the upper surface of the upper heat exchange body, a solar cell module attached to the support structure, and a second power conditioner connected to the solar cell module.

本発明の好ましい実施例によれば、前記地熱発電部の前記複数本の第1の伝熱体のうちの少なくとも1本がヒートパイプであり、前記複数本の第2の伝熱体のうちの少なくとも1本がヒートパイプである。 According to a preferred embodiment of the present invention, at least one of the plurality of first heat transfer bodies of the geothermal power generation unit is a heat pipe, and at least one of the plurality of second heat transfer bodies is a heat pipe.

本発明の別の好ましい実施例によれば、前記ハイブリッド型発電装置は、さらに、前記地熱発電部の前記第1のパワーコンディショナーおよび前記太陽光発電部の前記第2のパワーコンディショナーに接続された蓄電池を備えている。 According to another preferred embodiment of the present invention, the hybrid power generation device further includes a storage battery connected to the first power conditioner of the geothermal power generation unit and the second power conditioner of the solar power generation unit.

本発明のハイブリッド型発電装置は、地熱発電部の下側熱交換体、中間熱交換体および上側熱交換体がそれぞれ、地中、地表層および地上に位置する配置で、中間熱交換体から下の部分が地中に埋設されることによって地面に設置される。 The hybrid power generation device of the present invention is installed on the ground with the lower heat exchanger, intermediate heat exchanger, and upper heat exchanger of the geothermal power generation section positioned underground, on the surface layer, and above ground, respectively, and the portion below the intermediate heat exchanger is buried underground.

ハイブリッド型発電装置が地面に設置された状態で、地熱発電部の上側熱交換体は、外気と熱交換を行い、外気と熱平衡状態となって気温と同じ温度になり、中間熱交換体は、地表層と熱交換を行い、地表層と熱平衡状態となって地表層と同じ温度になり、下側熱交換体は、地中と熱交換を行い、地中と熱平衡状態となって地中と同じ温度になる。 When the hybrid power generation device is installed on the ground, the upper heat exchanger of the geothermal power generation section exchanges heat with the outside air, reaching a state of thermal equilibrium with the outside air and becoming the same temperature as the air temperature, the intermediate heat exchanger exchanges heat with the ground surface layer, reaching a state of thermal equilibrium with the ground surface layer and becoming the same temperature as the ground surface layer, and the lower heat exchanger exchanges heat with the ground, reaching a state of thermal equilibrium with the ground and becoming the same temperature as the ground.

ところで、年間を通して、また1日を通して、気温の変化、地表層の温度変化および地中の温度変化はそれぞれ異なるサイクルで、かつ異なる変動幅で生じており、気温が地表層の温度よりも高くなる期間(時間)とそれが逆転する期間(時間)とが交互に発生し、また地表の温度が地中の温度よりも高くなる期間(時間)とそれが逆転する期間(時間)とが交互に発生している。 Throughout the year and throughout the day, changes in air temperature, temperature changes in the earth's surface layer, and temperature changes underground occur in different cycles and with different fluctuation ranges, and periods (times) when the air temperature is higher than the temperature in the earth's surface layer alternate with periods (times) when this is reversed, and periods (times) when the surface temperature is higher than the temperature underground alternate with periods (times) when this is reversed.

そして、地熱発電部においては、地表層の温度が気温よりも高いときは、熱が中間熱交換体から第1の伝熱体を通じて上側熱交換体に移動するとともに、第1の熱電変換モジュールの両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第1の熱電変換モジュールから電気エネルギーが出力される。 In the geothermal power generation section, when the temperature of the earth's surface layer is higher than the air temperature, heat is transferred from the intermediate heat exchanger through the first heat transfer body to the upper heat exchanger, and a temperature difference corresponding to this heat transfer is generated between both end surfaces of the first thermoelectric conversion module, causing electrical energy to be output from the first thermoelectric conversion module.

一方、地表層の温度が気温よりも低いときは、熱が上側熱交換体から第1の伝熱体を通じて中間熱交換体に移動するとともに、第1の熱電変換モジュールの両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第1の熱電変換モジュールから電気エネルギーが出力される。 On the other hand, when the temperature of the ground surface layer is lower than the air temperature, heat is transferred from the upper heat exchange body through the first heat transfer body to the intermediate heat exchange body, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs at both end surfaces of the first thermoelectric conversion module, causing electrical energy to be output from the first thermoelectric conversion module.

また、地表層の温度が地中の温度よりも高いときは、熱が中間熱交換体から第2の伝熱体を通じて下側熱交換体に移動するとともに、第2の熱電変換モジュールの両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第2の熱電変換モジュールから電気エネルギーが出力される。 When the temperature of the surface layer is higher than the temperature underground, heat is transferred from the intermediate heat exchanger through the second heat transfer body to the lower heat exchanger, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs between both end surfaces of the second thermoelectric conversion module, causing electrical energy to be output from the second thermoelectric conversion module.

一方、地表層の温度が地中の温度よりも低いときは、熱が下側熱交換体から第2の伝熱体を通じて中間熱交換体に移動し、第2の熱電変換モジュールの両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第2の熱電変換モジュールから電気エネルギーが出力される。 On the other hand, when the temperature of the surface layer is lower than the temperature underground, heat is transferred from the lower heat exchange body through the second heat transfer body to the intermediate heat exchange body, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs at both end surfaces of the second thermoelectric conversion module, causing electrical energy to be output from the second thermoelectric conversion module.

こうして、年間を通した、または1日を通した気温と地表層の温度との温度差、および地表層の温度と地中の温度との温度差を有効利用することによって、安定的な発電を行うことが可能になる。 In this way, it becomes possible to generate stable electricity by effectively utilizing the temperature difference between the air temperature throughout the year or throughout the day and the temperature difference between the surface layer and the temperature underground.

また、太陽光発電部においては、太陽光が太陽電池モジュールに照射されると、太陽光は太陽電池モジュールによって電気エネルギーに変換され、太陽電池モジュールから電気エネルギーが出力される。 In addition, in the solar power generation section, when sunlight is irradiated onto the solar cell module, the sunlight is converted into electrical energy by the solar cell module, and the electrical energy is output from the solar cell module.

こうして、晴れた日中等の日射量が十分にあるときは、太陽光を有効利用することによって、安定的な発電を行うことが可能になる。 In this way, when there is sufficient solar radiation, such as on a sunny day, it is possible to generate stable power by making effective use of sunlight.

本発明によれば、晴れた日中等の日射量が十分にあるときは、主として太陽光発電により、必要な電力を安定供給することができ、一方、夜間や日射量が少ない場合には、主として地熱発電によって、必要な電力を安定供給することができる。
そして、一定のスペースがあって、日中に適量の日射がありさえすれば、いかなる場所でも、ハイブリッド型発電装置を設置し、年間を通して安定的に発電を行うことができる。
According to the present invention, when there is sufficient sunlight, such as on a clear day, the necessary electricity can be steadily supplied mainly through solar power generation, while at night or when there is little sunlight, the necessary electricity can be steadily supplied mainly through geothermal power generation.
And as long as there is a certain amount of space and an appropriate amount of sunlight during the day, a hybrid power generation device can be installed anywhere and can generate electricity stably throughout the year.

本発明の1実施例によるハイブリッド型発電装置の斜視図である。1 is a perspective view of a hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention; 図1のハイブリッド型発電装置を地面に設置した状態の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the hybrid power generating apparatus of FIG. 1 installed on the ground.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明の1実施例によるハイブリッド型発電装置の概略構成を示す斜視図であり、図2は、図1のハイブリッド型発電装置の縦断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration of the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a hybrid power generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional view of the hybrid power generating apparatus of FIG.

図1および図2を参照して、本発明のハイブリッド型発電装置1は、地熱発電部2および太陽光発電部3を備えている。 Referring to Figures 1 and 2, the hybrid power generation device 1 of the present invention includes a geothermal power generation section 2 and a solar power generation section 3.

地熱発電部2は、外気Vとの熱交換のための上側熱交換体4と、上側熱交換体4の下方に配置された、地表層Wとの熱交換のための中間熱交換体5と、それぞれ、上側および中間熱交換体4、5間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ上側熱交換体4および中間熱交換体5に熱伝導性を有するように接続された複数本の第1の伝熱体6とを備えている。 The geothermal power generation section 2 comprises an upper heat exchange body 4 for heat exchange with the outside air V, an intermediate heat exchange body 5 for heat exchange with the earth's surface layer W, which is disposed below the upper heat exchange body 4, and a plurality of first heat transfer bodies 6 that extend between the upper and intermediate heat exchange bodies 4, 5, are disposed at intervals from each other, and have upper and lower ends connected to the upper heat exchange body 4 and the intermediate heat exchange body 5, respectively, so as to have thermal conductivity.

上側および中間熱交換体4、5は、この実施例では、高い熱伝導率をもつ金属または合金、好ましくは、アルミニウムまたは銅から形成された板状体からなっている。
好ましくは、上側および中間熱交換体4、5は、一定程度の剛性を維持しつつ、できるだけ薄く、かつできるだけ大きな面積を有するように形成される。それによって、上側および中間熱交換体4、5の熱交換性および熱伝導性が高められる。
The upper and intermediate heat exchange bodies 4, 5 in this embodiment consist of plates made of a metal or alloy with high thermal conductivity, preferably aluminium or copper.
Preferably, the upper and intermediate heat exchange bodies 4, 5 are formed as thin as possible and as large in area as possible while maintaining a certain degree of rigidity, thereby improving the heat exchange and thermal conductivity of the upper and intermediate heat exchange bodies 4, 5.

また、この実施例では、複数本の第1の伝熱体6のうちの少なくとも1本はヒートパイプ6aからなり、複数本の第1の伝熱体6のうちの残りは、高い熱伝導率をもつ金属または合金、好ましくは、アルミニウムまたは銅から形成された棒体6bからなっている。 In this embodiment, at least one of the multiple first heat transfer bodies 6 is a heat pipe 6a, and the remaining multiple first heat transfer bodies 6 are rod bodies 6b formed from a metal or alloy with high thermal conductivity, preferably aluminum or copper.

ヒートパイプ6aは、主として、中間熱交換体5の温度が上側熱交換体4の温度よりも高い場合に、中間熱交換体5側から上側熱交換体4側への一方向の高効率な熱移動を実現するものであり、棒体6bは、中間熱交換体5および上側熱交換体4間の双方向の熱移動を可能にするものである。 The heat pipe 6a mainly realizes highly efficient heat transfer in one direction from the intermediate heat exchange body 5 side to the upper heat exchange body 4 side when the temperature of the intermediate heat exchange body 5 is higher than the temperature of the upper heat exchange body 4, and the rod body 6b enables heat transfer in both directions between the intermediate heat exchange body 5 and the upper heat exchange body 4.

地熱発電部2は、さらに、中間熱交換体5および第1の伝熱体6間に配置されて、一端面が中間熱交換体5および第1の伝熱体6のうちの一方(この実施例では、第1の伝熱体6)に熱的に接触し、他端面が中間熱交換体5および第1の伝熱体6のうちの他方(この実施例では、中間熱交換体5)に熱的に接触した第1の熱電変換モジュール7を備えている。
第1の熱電変換モジュール7としては、例えば、ゼーベック効果またはスピンゼーベック効果を利用したものが使用される。
The geothermal power generation section 2 further includes a first thermoelectric conversion module 7 arranged between the intermediate heat exchange body 5 and the first heat transfer body 6, with one end face in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body 5 and the first heat transfer body 6 (in this embodiment, the first heat transfer body 6) and the other end face in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body 5 and the first heat transfer body 6 (in this embodiment, the intermediate heat exchange body 5).
The first thermoelectric conversion module 7 may utilize, for example, the Seebeck effect or the spin Seebeck effect.

第1の熱電変換モジュール7を設ける位置は、この実施例に限定されない。
例えば、第1の熱電変換モジュール7を、中間熱交換体5および第1の伝熱体6間の代わりに、上側熱交換体4および第1の伝熱体6間に配置し、一端面が上側熱交換体4および第1の伝熱体6のうちの一方に熱的に接触し、他端面が上側熱交換体4および第1の伝熱体6のうちの他方に熱的に接触するように構成してもよいし、あるいは、第1の熱電変換モジュール7を、中間熱交換体5および第1の伝熱体6間、および上側熱交換体4および第1の伝熱体6間のそれぞれに配置してもよい。
The position where the first thermoelectric conversion module 7 is provided is not limited to this embodiment.
For example, the first thermoelectric conversion module 7 may be arranged between the upper heat exchange body 4 and the first heat transfer body 6 instead of between the intermediate heat exchange body 5 and the first heat transfer body 6, with one end face in thermal contact with one of the upper heat exchange body 4 and the first heat transfer body 6 and the other end face in thermal contact with the other of the upper heat exchange body 4 and the first heat transfer body 6; alternatively, the first thermoelectric conversion module 7 may be arranged between the intermediate heat exchange body 5 and the first heat transfer body 6, and between the upper heat exchange body 4 and the first heat transfer body 6, respectively.

地熱発電部2は、また、複数本の第1の伝熱体6のそれぞれを関係する第1の熱電変換モジュール7とともに被覆する第1の断熱材8を備えている。 The geothermal power generation section 2 also includes a first insulating material 8 that covers each of the first heat transfer bodies 6 together with the associated first thermoelectric conversion module 7.

この実施例では、さらに、第1の伝熱体6の配置領域の外側において、上側熱交換体4および中間熱交換体5間にのびる複数本の連結部材9が備えられる。
連結部材9は、低熱伝導率の棒体からなっている。
In this embodiment, a plurality of connecting members 9 are further provided outside the region in which the first heat transfer body 6 is disposed, extending between the upper heat exchange body 4 and the intermediate heat exchange body 5 .
The connecting member 9 is made of a rod having low thermal conductivity.

連結部材9によって、上側熱交換体4、第1の伝熱体6(ヒートパイプ6a、棒体6b)、第1の熱電変換モジュール7および中間熱交換体5は互いに強固に接続され、一体的な構造を形成している。 The upper heat exchange body 4, the first heat transfer body 6 (heat pipe 6a, rod body 6b), the first thermoelectric conversion module 7 and the intermediate heat exchange body 5 are firmly connected to each other by the connecting member 9, forming an integrated structure.

地熱発電部2は、さらに、中間熱交換体5の下方に配置された、地中との熱交換のための下側熱交換体10と、それぞれ、中間および下側熱交換体5、10間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ中間および下側熱交換体5、10に導熱性を有するように接続された複数本の第2の伝熱体11を備えている。 The geothermal power generation section 2 further includes a lower heat exchange body 10 for exchanging heat with the ground, which is disposed below the intermediate heat exchange body 5, and a plurality of second heat transfer bodies 11 that extend between the intermediate and lower heat exchange bodies 5, 10, are disposed at intervals from each other, and have upper and lower ends connected to the intermediate and lower heat exchange bodies 5, 10, respectively, so as to be thermally conductive.

下側熱交換体10は、上側および中間熱交換体4、5と同じ構成を有している。
また、複数本の第2の伝熱体11のうちの少なくとも1本はヒートパイプ10aからなり、複数本の第2の伝熱体11のうちの残りは、高い熱伝導率をもつ金属または合金、好ましくは、アルミニウムまたは銅から形成された棒体11bからなっている。
The lower heat exchange body 10 has the same configuration as the upper and intermediate heat exchange bodies 4 and 5 .
Furthermore, at least one of the multiple second heat transfer bodies 11 consists of a heat pipe 10a, and the rest of the multiple second heat transfer bodies 11 consist of a rod body 11b formed from a metal or alloy having high thermal conductivity, preferably aluminum or copper.

ヒートパイプ11aは、主として、下側熱交換体10の温度が中間熱交換体5の温度よりも高い場合に、下側熱交換体10側から中間熱交換体5側への一方向の高効率な熱移動を実現するものであり、棒体11bは、下側熱交換体10および中間熱交換体5間の双方向の熱移動を可能にするものである。 The heat pipe 11a mainly realizes highly efficient heat transfer in one direction from the lower heat exchange body 10 side to the intermediate heat exchange body 5 side when the temperature of the lower heat exchange body 10 is higher than the temperature of the intermediate heat exchange body 5, and the rod body 11b enables heat transfer in both directions between the lower heat exchange body 10 and the intermediate heat exchange body 5.

地熱発電部2は、さらに、中間熱交換体5および第2の伝熱体11間に配置されて、一端面が中間熱交換体5および第2の伝熱体11のうちの一方に熱的に接触し、他端面が中間熱交換体5および第2の伝熱体11のうちの他方に熱的に接触した第2の熱電変換モジュール12を備えている。 The geothermal power generation section 2 further includes a second thermoelectric conversion module 12 disposed between the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11, with one end face in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11 and the other end face in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11.

第2の熱電変換モジュール12は第1の熱電変換モジュール7と同じ構成を有しており、第2の熱電変換モジュール12と、中間熱交換体5および第2の伝熱体11との接続部の構成も、第1の熱電変換モジュール7の場合と同じである。 The second thermoelectric conversion module 12 has the same configuration as the first thermoelectric conversion module 7, and the configuration of the connection between the second thermoelectric conversion module 12 and the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11 is also the same as in the case of the first thermoelectric conversion module 7.

第2の熱電変換モジュール12を設ける位置は、この実施例に限定されない。
例えば、第2の熱電変換モジュール12を、中間熱交換体5および第2の伝熱体11間の代わりに、下側熱交換体10および第2の伝熱体11間に配置し、一端面が下側熱交換体10および第2の伝熱体11のうちの一方に熱的に接触し、他端面が下側熱交換体10および第2の伝熱体11のうちの他方に熱的に接触するように構成してもよいし、あるいは、第2の熱電変換モジュール12を、中間熱交換体5および第2の伝熱体11間、および下側熱交換体10および第2の伝熱体11間のそれぞれに配置してもよい。
The position where the second thermoelectric conversion module 12 is provided is not limited to this embodiment.
For example, the second thermoelectric conversion module 12 may be arranged between the lower heat exchange body 10 and the second heat transfer body 11 instead of between the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11, and configured so that one end face is in thermal contact with one of the lower heat exchange body 10 and the second heat transfer body 11 and the other end face is in thermal contact with the other of the lower heat exchange body 10 and the second heat transfer body 11; alternatively, the second thermoelectric conversion module 12 may be arranged between the intermediate heat exchange body 5 and the second heat transfer body 11, and between the lower heat exchange body 10 and the second heat transfer body 11, respectively.

地熱発電部2は、さらに、複数本の第2の伝熱体11のそれぞれを関係する第2の熱電変換モジュール12とともに被覆する第2の断熱材13を備えている。
第2の断熱材13は第1の断熱材8と同じ構成を有している。
The geothermal power generation section 2 further includes a second heat insulating material 13 that covers each of the plurality of second heat transfer bodies 11 together with the associated second thermoelectric conversion modules 12 .
The second insulating material 13 has the same configuration as the first insulating material 8 .

この実施例では、さらに、第2の伝熱体11の配置領域の外側において、中間熱交換体5および下側熱交換体10間にのびる複数本の連結部材14が備えられる。 In this embodiment, a plurality of connecting members 14 are further provided extending between the intermediate heat exchange body 5 and the lower heat exchange body 10 outside the area where the second heat transfer body 11 is arranged.

連結部材14によって、中間熱交換体5、第2の伝熱体11(ヒートパイプ11a、棒体11b)、第2の熱電変換モジュール12および下側熱交換体10は互いに強固に接続され、一体的な構造を形成している。 The intermediate heat exchange body 5, the second heat transfer body 11 (heat pipe 11a, rod body 11b), the second thermoelectric conversion module 12 and the lower heat exchange body 10 are firmly connected to each other by the connecting member 14, forming an integrated structure.

図示はしないが、第1および第2の熱電変換モジュール7、12は、熱電変換モジュール専用のパワーコンディショナーに接続され、このパワーコンディショナーは、太陽電池モジュールと共通の蓄電池に接続されている。 Although not shown in the figure, the first and second thermoelectric conversion modules 7 and 12 are connected to a power conditioner dedicated to the thermoelectric conversion modules, and this power conditioner is connected to a storage battery shared with the solar cell module.

太陽光発電部3は、上側熱交換体4の上面に設けられた支持構造15と、支持構造15に取り付けられ、日射を受ける太陽電池モジュール16とを有している。 The solar power generation unit 3 has a support structure 15 provided on the upper surface of the upper heat exchange body 4 and a solar cell module 16 attached to the support structure 15 and receiving solar radiation.

図示はしないが、太陽電池モジュール16は、太陽電池モジュール専用のパワーコンディショナーに接続され、このパワーコンディショナーは、熱電変換モジュールと共通の蓄電池に接続されている。 Although not shown in the figure, the solar cell module 16 is connected to a power conditioner dedicated to the solar cell module, and this power conditioner is connected to a storage battery shared with the thermoelectric conversion module.

次に本発明のハイブリッド型発電装置1の動作を説明する。
図2からわかるように、ハイブリッド型発電装置1は、下側熱交換体10、中間熱交換体5および上側熱交換体4がそれぞれ、地中X、地表層Wおよび地上Vに位置する配置で、中間熱交換体5から下の部分が地中に埋設されることによって設置される。
Next, the operation of the hybrid power generating device 1 of the present invention will be described.
As can be seen from FIG. 2 , the hybrid power generation device 1 is installed in such an arrangement that the lower heat exchange body 10, the intermediate heat exchange body 5 and the upper heat exchange body 4 are located underground X, in the ground surface layer W and above ground V, respectively, and the portion below the intermediate heat exchange body 5 is buried in the ground.

ハイブリッド型発電装置1が設置された状態で、上側熱交換体4は、外気Vと熱交換を行い、外気Vと熱平衡状態となって気温と同じ温度になり、中間熱交換体5は、地表層Wと熱交換を行い、地表層Wと熱平衡状態となって地表層Wと同じ温度になり、下側熱交換体10は、地中Xと熱交換を行い、地中Xと熱平衡状態となって地中Xと同じ温度になる。 When the hybrid power generation device 1 is installed, the upper heat exchange body 4 exchanges heat with the outside air V, reaching a state of thermal equilibrium with the outside air V and becoming the same temperature as the air temperature, the intermediate heat exchange body 5 exchanges heat with the ground surface layer W, reaching a state of thermal equilibrium with the ground surface layer W and becoming the same temperature as the ground surface layer W, and the lower heat exchange body 10 exchanges heat with the ground X, reaching a state of thermal equilibrium with the ground X and becoming the same temperature as the ground X.

ところで、年間を通して、また1日を通して、気温の変化、地表層Wの温度変化および地中Xの温度変化はそれぞれ異なるサイクルで、かつ異なる変動幅で生じており、気温が地表層Wの温度よりも高くなる期間(時間)とそれが逆転する期間(時間)とが交互に発生し、また地表層Wの温度が地中Xの温度よりも高くなる期間(時間)とそれが逆転する期間(時間)とが交互に発生している。 By the way, throughout the year and throughout the day, changes in air temperature, temperature changes in the surface layer W, and temperature changes in the underground X occur in different cycles and with different fluctuation ranges, and periods (times) when the air temperature is higher than the temperature in the surface layer W alternate with periods (times) when this is reversed, and periods (times) when the temperature in the surface layer W is higher than the temperature in the underground X alternate with periods (times) when this is reversed.

そして、この地熱発電ユニット1によれば、地表層Wの温度が気温よりも高いときは、熱が中間熱交換体5から第1の伝熱体6、特に、ヒートパイプ6aを通じて上側熱交換体4に移動するとともに、第1の熱電変換モジュール7の両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第1の熱電変換モジュール7から電気エネルギーが取り出される。 And with this geothermal power generation unit 1, when the temperature of the earth's surface layer W is higher than the air temperature, heat moves from the intermediate heat exchange body 5 to the first heat transfer body 6, particularly through the heat pipe 6a, to the upper heat exchange body 4, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs between both end surfaces of the first thermoelectric conversion module 7, and electrical energy is extracted from the first thermoelectric conversion module 7.

逆に、地表層Wの温度が気温よりも低いときは、熱が上側熱交換体4から第1の伝熱体6、主として棒体6bを通じて中間熱交換体5に移動するとともに、第1の熱電変換モジュール7の両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第1の熱電変換モジュール7から電気エネルギーが出力される。 Conversely, when the temperature of the ground surface layer W is lower than the air temperature, heat moves from the upper heat exchange body 4 to the first heat transfer body 6, mainly through the rod body 6b, to the intermediate heat exchange body 5, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs between both end surfaces of the first thermoelectric conversion module 7, causing electrical energy to be output from the first thermoelectric conversion module 7.

また、地表層Wの温度が地中Xの温度よりも高いときは、熱が中間熱交換体5から第2の伝熱体11、主として棒体11bを通じて下側熱交換体10に移動するとともに、第2の熱電変換モジュール12の両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第2の熱電変換モジュール12から電気エネルギーが出力される。 In addition, when the temperature of the surface layer W is higher than the temperature of the ground X, heat moves from the intermediate heat exchange body 5 to the second heat transfer body 11, mainly through the rod body 11b, to the lower heat exchange body 10, and a temperature difference corresponding to this heat transfer occurs between both end surfaces of the second thermoelectric conversion module 12, and electrical energy is output from the second thermoelectric conversion module 12.

逆に、地表層Wの温度が地中Xの温度よりも低いときは、熱が下側熱交換体10から第2の伝熱体11、特にヒートパイプ11aを通じて中間熱交換体5に移動し、第2の熱電変換モジュール12の両端面にこの熱移動に応じた温度差が生じて、第2の熱電変換モジュール12から電気エネルギーが出力される。 Conversely, when the temperature of the ground surface layer W is lower than the temperature of the ground X, heat is transferred from the lower heat exchange body 10 to the intermediate heat exchange body 5 through the second heat transfer body 11, particularly the heat pipe 11a, and a temperature difference corresponding to this heat transfer is generated at both end surfaces of the second thermoelectric conversion module 12, causing electrical energy to be output from the second thermoelectric conversion module 12.

こうして、1年を通した、または1日を通した気温と地表層Wの温度との温度差、および地表層Wの温度と地中Xの温度との温度差を有効利用することによって、安定的な発電を行うことが可能になる。 In this way, by effectively utilizing the temperature difference between the air temperature throughout the year or throughout the day and the temperature of the surface layer W, and the temperature difference between the temperature of the surface layer W and the temperature underground X, it becomes possible to generate stable power.

また、太陽光発電部3においては、太陽光が太陽電池モジュール16に照射されると、太陽光は太陽電池モジュール16によって電気エネルギーに変換され、太陽電池モジュール16から電気エネルギーが出力される。 In addition, in the solar power generation unit 3, when sunlight is irradiated onto the solar cell module 16, the sunlight is converted into electrical energy by the solar cell module 16, and the electrical energy is output from the solar cell module 16.

こうして、晴れた日中等の日射量が十分にあるときは、太陽光を有効利用することによって、安定的な発電を行うことが可能になる。 In this way, when there is sufficient solar radiation, such as on a sunny day, it is possible to generate stable power by making effective use of sunlight.

本発明によれば、晴れた日中等の日射量が十分にあるときは、主として太陽光発電により、必要な電力を安定供給することができ、一方、夜間や日射量が少ない場合には、主として地熱発電によって、必要な電力を安定供給することができる。
そして、一定のスペースがあって、日中に適量の日射がありさえすれば、いかなる場所でも、ハイブリッド型発電装置1を設置し、年間を通して安定的に発電を行うことができる。
According to the present invention, when there is sufficient sunlight, such as on a clear day, the necessary electricity can be steadily supplied mainly through solar power generation, while at night or when there is little sunlight, the necessary electricity can be steadily supplied mainly through geothermal power generation.
As long as there is a certain amount of space and an appropriate amount of sunlight during the day, the hybrid power generation system 1 can be installed anywhere and can generate power stably throughout the year.

本発明のハイブリッド型発電装置1は、地面に設置されるので、地面に固定された対象(いわゆる不動産)、例えば、バス停留所等のデジタルサイネージ、宅配ボックス、交通信号機および道路灯(街灯)等に対する小型電源装置として使用するのに適している。 The hybrid power generation device 1 of the present invention is installed on the ground, and is therefore suitable for use as a small power supply device for objects fixed to the ground (so-called real estate), such as digital signage at bus stops, delivery boxes, traffic signals, and road lights (street lights).

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されず、当業者が添付の特許請求の範囲に記載された構成の範囲内で種々の変形例を案出し得ることは言うまでもない。 Although the above describes a preferred embodiment of the present invention, it goes without saying that the configuration of the present invention is not limited to the above embodiment, and that a person skilled in the art may devise various modifications within the scope of the configuration described in the appended claims.

1 ハイブリッド型発電装置
2 地熱発電部
3 太陽光発電部
4 上側熱交換体
5 中間熱交換体
6 第1の伝熱体
6a ヒートパイプ
6b 棒体
7 第1の熱電変換モジュール
8 第1の断熱材
9 連結部材
10 下側熱交換体
11 第2の伝熱体
11a ヒートパイプ
11b 棒体
12 第2の熱電変換モジュール
13 第2の断熱材
14 連結部材
15 支持構造
16 太陽電池モジュール
V 地上(外気)
W 地表層
X 地中
Reference Signs List 1 Hybrid power generation device 2 Geothermal power generation section 3 Solar power generation section 4 Upper heat exchange body 5 Intermediate heat exchange body 6 First heat transfer body 6a Heat pipe 6b Rod body 7 First thermoelectric conversion module 8 First heat insulation material 9 Connecting member 10 Lower heat exchange body 11 Second heat transfer body 11a Heat pipe 11b Rod body 12 Second thermoelectric conversion module 13 Second heat insulation material 14 Connecting member 15 Support structure 16 Solar cell module V Ground (outside air)
W Surface layer X Underground

Claims (2)

地熱発電部および太陽光発電部を備え、
前記地熱発電部は、
外気との熱交換のための上側熱交換体と、
前記上側熱交換体の下方に配置された、地表層との熱交換のための中間熱交換体と、
それぞれ、前記上側および前記中間熱交換体間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ前記上側および前記中間熱交換体に導熱性を有するように接続された複数本の第1の伝熱体と、
前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体間、および/または前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体間に配置されて、一端面が前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記上側熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した、および/または一端面が前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記中間熱交換体および前記第1の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した第1の熱電変換モジュールと、
前記複数本の第1の伝熱体のそれぞれを関係する前記第1の熱電変換モジュールとともに被覆する第1の断熱材と、
前記中間熱交換体の下方に配置された、地中との熱交換のための下側熱交換体と、
それぞれ、前記中間および前記下側熱交換体間にのびるとともに、互いに間隔をあけて配置され、上下端がそれぞれ前記中間および前記下側熱交換体に導熱性を有するように接続された複数本の第2の伝熱体と、
前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体間、および/または前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体間に配置されて、一端面が前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記中間熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した、および/または一端面が前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの一方に熱的に接触し、他端面が前記下側熱交換体および前記第2の伝熱体のうちの他方に熱的に接触した第2の熱電変換モジュールと、
前記複数本の第2の伝熱体のそれぞれを関係する前記第2の熱電変換モジュールとともに被覆する第2の断熱材と、を有し、
前記太陽光発電部は、
前記上側熱交換体の上面に設けられた支持構造と、
前記支持構造に取り付けられて、日射を受ける太陽電池モジュールと、を有しているものであることを特徴とするハイブリッド型発電装置。
It is equipped with a geothermal power generation section and a solar power generation section.
The geothermal power generation unit includes:
an upper heat exchange body for exchanging heat with outside air;
an intermediate heat exchange body for heat exchange with the ground surface layer, the intermediate heat exchange body being disposed below the upper heat exchange body;
a plurality of first heat transfer bodies each extending between the upper heat exchange body and the intermediate heat exchange body, disposed at intervals from each other, and having upper and lower ends connected to the upper heat exchange body and the intermediate heat exchange body, respectively, so as to have thermal conductivity;
a first thermoelectric conversion module disposed between the upper heat exchange body and the first heat transfer body, and/or between the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body, and having one end surface in thermal contact with one of the upper heat exchange body and the first heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the upper heat exchange body and the first heat transfer body, and/or having one end surface in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body and the first heat transfer body;
a first heat insulating material that covers each of the first heat transfer bodies together with the associated first thermoelectric conversion module;
a lower heat exchange body for exchanging heat with the ground, the lower heat exchange body being disposed below the intermediate heat exchange body;
a plurality of second heat transfer bodies each extending between the intermediate heat exchange body and the lower heat exchange body, each spaced apart from the other, each having upper and lower ends connected to the intermediate heat exchange body and the lower heat exchange body so as to be thermally conductive;
a second thermoelectric conversion module disposed between the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body, and/or between the lower heat exchange body and the second heat transfer body, and having one end surface in thermal contact with one of the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the intermediate heat exchange body and the second heat transfer body, and/or having one end surface in thermal contact with one of the lower heat exchange body and the second heat transfer body and the other end surface in thermal contact with the other of the lower heat exchange body and the second heat transfer body;
a second heat insulating material that covers each of the plurality of second heat transfer bodies together with the associated second thermoelectric conversion module;
The solar power generation unit includes:
A support structure provided on an upper surface of the upper heat exchange body;
A hybrid power generation device comprising: a solar cell module attached to the support structure and receiving solar radiation.
前記地熱発電部の前記複数本の第1の伝熱体のうちの少なくとも1本がヒートパイプであり、前記複数本の第2の伝熱体のうちの少なくとも1本がヒートパイプであることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド型発電装置。 The hybrid power generation device according to claim 1, characterized in that at least one of the plurality of first heat transfer bodies of the geothermal power generation section is a heat pipe, and at least one of the plurality of second heat transfer bodies is a heat pipe.
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