JP2009182051A - Heat sink and solar system for solar power generation - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽の位置に対応して効率的に受光できるように、所定の軸に関して回転する太陽光集光型のソーラ発電装置のソーラ発電素子の熱を効率的に放熱することができるヒートシンクを提供する。
【解決手段】底部に配置された少なくとも１つのソーラ発電素子を搭載した基板と、前記基板と所定の間隔を隔てて上部に配置された太陽光集光用レンズとによって形成される逆多角形錐（円錐も）形状体物からなる発電ユニットの前記逆多角錐台形状体物に隣接して一部が並列配置された複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部と、一方の端部が前記基板と熱的に接続され、他方の端部が前記放熱フィン部と熱的に接続される少なくとも１本のヒートパイプとを有するソーラ発電用ヒートシンクである。
【選択図】図２A heat sink capable of efficiently dissipating heat of a solar power generation element of a solar concentrating solar power generation device that rotates about a predetermined axis so as to be able to efficiently receive light corresponding to the position of the sun. provide.
An inverted polygonal pyramid formed by a substrate on which at least one solar power generation element disposed at the bottom is mounted, and a solar light collecting lens disposed at an upper portion with a predetermined distance from the substrate. A heat-radiating fin portion composed of a plurality of heat-dissipating fins arranged in parallel adjacent to the inverted polygon frustum-shaped body of a power generation unit composed of a shape body (also a cone), and one end portion of which is the substrate And a heat sink for solar power generation having at least one heat pipe whose other end is thermally connected to the radiating fin.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、ソーラ発電用ヒートシンク、特に太陽光集光用レンズを使用した発電ユニットのソーラ発電素子の熱を放熱するヒートシンクおよびソーラシステムに関する。 The present invention relates to a heat sink for solar power generation, and more particularly to a heat sink and a solar system for dissipating heat from a solar power generation element of a power generation unit using a solar light collecting lens.
環境問題の高まりと共に、クリーンなエネルギーとしてソーラ発電が注目されている。即ち、太陽電池を用いて太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換して使用するソーラ発電システムが用いられている。ソーラ発電は、光を受けると電気エネルギーを発生させる一種の半導体「太陽電池」を利用した発電方式である。即ち、Ｐ型とＮ型を接続したシリコン半導体に太陽光線が当ると、負の電気と正の電気が生まれ、負の電気はＮ型シリコンへ、正の電気はＰ型シリコンに移動し、電極に電圧が生じる。この電極に外部から電球のような負荷を接続すると電流が流れて点灯する。この原理を利用し、周辺技術も応用してソーラ発電が実用化されている。 With the growing environmental problems, solar power generation is attracting attention as clean energy. That is, solar power generation systems that use solar light energy by converting solar light energy into electrical energy are used. Solar power generation is a power generation method using a kind of semiconductor “solar cell” that generates electrical energy when receiving light. That is, when sunlight hits a silicon semiconductor connecting P-type and N-type, negative electricity and positive electricity are produced, negative electricity moves to N-type silicon, and positive electricity moves to P-type silicon, Produces a voltage. When a load such as a light bulb is connected to the electrode from the outside, a current flows to light the electrode. Using this principle, solar power generation has been put into practical use by applying peripheral technology.
太陽光を集光する集光型ソーラ発電装置が特開２００１−２７４４４９号公報（特許文献１）に開示されている。図６は、特許文献１に開示された集光型ソーラ発電装置を説明する図である。六角錐形状の集光プリズムを上部縁が互いに隣接するように多数配列して、大きな面積の集光体を形成している。このように六角錐形状の集光プリズムを間に隙間がなく稠密に配置すると、多数の集光プリズムが集積化されるので、入射する太陽光を無駄にすることなく有効に利用することができる。ソーラ発電素子は、各集光プリズムのそれぞれの下部先端に限定された部分にお互いに離間して設けられる。即ち、受光面積を大きく、ソーラ発電素子のトータル使用面積を小さくしている。 JP-A-2001-274449 (Patent Document 1) discloses a concentrating solar power generation apparatus that condenses sunlight. FIG. 6 is a diagram illustrating the concentrating solar power generation apparatus disclosed in Patent Document 1. In FIG. A large number of hexagonal pyramid-shaped condensing prisms are arranged so that the upper edges are adjacent to each other to form a condensing body having a large area. If the hexagonal pyramid-shaped condensing prisms are arranged densely with no gaps between them, a large number of condensing prisms are integrated, so that the incident sunlight can be used effectively without wasting it. . The solar power generation elements are provided separately from each other at a portion limited to the lower end of each condensing prism. That is, the light receiving area is increased, and the total use area of the solar power generation element is reduced.
図６に示すように、配線１１５および引き出し電極端子１１６が設けられた１枚の共通絶縁基板１１４の上部に、ソーラ発電装置を複数個一体的に結合して形成された集光体１１３を受光面である底部１０３を上向きにして配置し、集光体１１３を形成する複数の錐形状集光プリズムの下方先端部と基板１１４との間に光発電素子１０２をそれぞれ接着配置することによって、小さなトータル占有面積のソーラ発電素子で大きなソーラ発電装置１００を実現している。
特許文献１に示すソーラ発電装置では、ソーラ発電素子の受熱量（太陽光による加熱）が小さい場合には何ら問題は生じないが、個々のソーラ発電素子の受熱量が大きくなってくると、ソーラ発電素子の機能が低下する。
即ち、ソーラ発電においても、単位面積あたりの発電量を多くするためには、集光率を上げるため、ソーラ発電素子の受熱量が多くなる。ソーラ発電素子の受熱量が多くなっても、機能を維持するためには、ソーラ発電素子の熱を効率的に放熱する必要がある。
In the solar power generation device shown in Patent Document 1, no problem occurs when the amount of heat received by the solar power generation element (heating by sunlight) is small, but when the amount of heat received by each solar power generation element increases, The function of the power generation element is reduced.
That is, also in solar power generation, in order to increase the power generation amount per unit area, the amount of heat received by the solar power generation element increases in order to increase the light collection rate. Even if the amount of heat received by the solar power generation element increases, it is necessary to efficiently dissipate the heat of the solar power generation element in order to maintain the function.
更に、集光型ソーラ発電装置は、時間または季節によって、太陽の位置に対応して効率的に受光できるように、所定の軸に関して回転できることが必要であり、ソーラ発電装置の回転移動に対応して、放熱装置も放熱機能を維持しつつ回転移動する必要がある。更に、ソーラ発電装置は昼夜の温度差が大きい条件下においても、故障することなく、上述した放熱機能を維持しつつ、発電効率を高める必要がある。 Furthermore, the concentrating solar power generation device needs to be able to rotate about a predetermined axis so that it can receive light efficiently according to the position of the sun according to time or season, and it corresponds to the rotational movement of the solar power generation device. Therefore, it is necessary to rotate the heat dissipation device while maintaining the heat dissipation function. Furthermore, it is necessary for solar power generation devices to increase power generation efficiency while maintaining the above-described heat dissipation function without failure even under conditions where the temperature difference between day and night is large.
従って、この発明の目的は、太陽の位置に対応して効率的に受光できるように、所定の軸に関して回転する太陽光集光型のソーラ発電装置のソーラ発電素子の熱を効率的に放熱することができるヒートシンクを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to efficiently dissipate heat of a solar power generation element of a solar concentrating solar power generation device that rotates about a predetermined axis so that light can be efficiently received corresponding to the position of the sun. It is in providing a heat sink that can.
発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、先ず、ソーラ発電素子を搭載した底部に配置される基板と所定の間隔を隔てて上部に配置された太陽光集光用レンズとによって形成される略錐台形状体物（逆多角錐台形状体物および逆円錐台形状体物等） からなる発電ユニットを準備する。次いで、発電ユニットを垂直または所定の角度で傾斜させて配置し、傾斜した基板にヒートパイプ（例えば丸型ヒートパイプ）の一方の端部を熱的に接続し、回転軸に平行に前記ヒートパイプを配置する。略錐台形状体物の側面にできる空間に、ヒートパイプの他方の端部に熱的に接続された薄板状の放熱フィンを並列配置する。 The inventor has conducted extensive research to solve the above-described conventional problems. As a result, first, a substantially frustum-shaped body (inverted polygonal pyramid) formed by a substrate disposed on the bottom portion on which the solar power generation element is mounted and a sunlight collecting lens disposed on the upper portion with a predetermined interval therebetween. A power generation unit comprising a trapezoidal body and an inverted frustoconical body is prepared. Next, the power generation unit is arranged vertically or inclined at a predetermined angle, one end of a heat pipe (for example, a round heat pipe) is thermally connected to the inclined substrate, and the heat pipe is parallel to the rotation axis. Place. Thin plate-like heat radiation fins that are thermally connected to the other end of the heat pipe are arranged in parallel in a space formed on the side surface of the substantially frustum-shaped body.
このように放熱フィンおよびヒートパイプからなるヒートシンクを配置することによって、略錐台形状体物の側面にできる空間を利用して、所謂ボトムヒートの状態でヒートパイプによって個々の基板の熱を効率的に放熱することができることが判明した。
更に、ソーラ発電素子と太陽光集光用レンズとで構成される発電ユニットとヒートシンクが一体的に結合されているので、太陽の位置に対応して効率的に受光できるように発電ユニットが回転しても、放熱機能を維持しつつ、発電効率を高めることができることが判明した。
この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。
By arranging the heat sinks composed of heat radiation fins and heat pipes in this way, the space that can be formed on the side surface of the substantially frustum-shaped body is utilized, and the heat of each substrate is efficiently transferred by the heat pipes in a so-called bottom heat state. It was found that heat can be dissipated.
Furthermore, since the power generation unit composed of the solar power generation element and the sunlight condensing lens and the heat sink are integrally coupled, the power generation unit rotates so that it can receive light efficiently according to the position of the sun. However, it was found that the power generation efficiency can be increased while maintaining the heat dissipation function.
The present invention has been made based on the research results described above.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第１の態様は、ソーラ発電素子を冷却するソーラ発電用ヒートシンクであって、少なくとも一つの前記ソーラ発電素子を底面部とし前記ソーラ発電素子と所定の間隔を隔てて上部に配置された太陽光集光用レンズを上面部とした略錐台形状の空間に隣接して配置される複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部と、一方の端部が前記基板と熱的に接続され、他方の端部が前記放熱フィン部と熱的に接続される少なくとも１本のヒートパイプとを有するソーラ発電用ヒートシンクである。 A solar power generation heat sink according to a first aspect of the present invention is a solar power generation heat sink for cooling a solar power generation element, wherein at least one of the solar power generation elements is a bottom surface portion and is spaced apart from the solar power generation element by a predetermined distance. A heat dissipating fin portion composed of a plurality of heat dissipating fins disposed adjacent to a substantially frustum-shaped space having the upper surface of the sunlight collecting lens disposed on the top, and one end portion of the heat sink A solar power generation heat sink having at least one heat pipe connected to the other end and thermally connected to the radiating fin portion at the other end.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第２の態様は、前記太陽光集光用レンズを上面部とした柱形状の空間の内側面と、前記略錐台形状の空間の側面との間に形成される空間に、前記放熱フィン部の少なくとも一部が配置されることを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 The solar power generation heat sink according to a second aspect of the present invention is formed between an inner side surface of a columnar space having the sunlight collecting lens as an upper surface portion and a side surface of the substantially frustum-shaped space. In the solar power generation heat sink, at least a part of the radiating fin portion is disposed in a space.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第３の態様は、前記放熱フィンが前記ヒートパイプと垂直に配置される垂直板状フィン部と、前記略錐台形状の１つの側面に沿って折り曲げて配置される折り曲げ板状フィン部とからなっているソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a third aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, the heat dissipating fins are arranged by being bent along a vertical plate-like fin portion arranged perpendicular to the heat pipe and one side surface of the substantially frustum shape. This is a solar power generation heat sink composed of bent plate-like fin portions.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第４の態様は、前記放熱フィンが前記ヒートパイプと垂直に配置される板状のフィンからなっているソーラ発電用ヒートシンクである。 A fourth aspect of the solar power generation heat sink according to the present invention is a solar power generation heat sink in which the heat dissipating fins are plate-like fins arranged perpendicular to the heat pipe.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第５の態様は、前記ソーラ発電素子が搭載される基板に熱的に接続される受熱板材を備えており、前記受熱板材の中に前記ヒートパイプの端部が挿入されて固定されていることを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 A fifth aspect of the heat sink for solar power generation according to the present invention includes a heat receiving plate material thermally connected to a substrate on which the solar power generation element is mounted, and an end portion of the heat pipe is provided in the heat receiving plate material. A heat sink for solar power generation, wherein the heat sink is inserted and fixed.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第６の態様は、ヒートパイプの基板側の端部がループ状であり、前記ループ状の端部が前記受熱板材の中に挿入され固定されていることを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 According to a sixth aspect of the solar power generation heat sink of the present invention, the end of the heat pipe on the substrate side has a loop shape, and the loop-shaped end portion is inserted and fixed in the heat receiving plate member. It is a heat sink for solar power generation.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの第７の態様は、前記基板に少なくとも２つのヒートパイプが熱的に接続され、前記ヒートパイプのそれぞれに対応する放熱フィン部が設けられていることを特徴とするソーラ発電用ヒートシンクである。 A seventh aspect of the solar power generation heat sink according to the present invention is characterized in that at least two heat pipes are thermally connected to the substrate, and a radiation fin portion corresponding to each of the heat pipes is provided. It is a heat sink for solar power generation.
この発明のソーラシステム第１の態様は、上述したソーラ発電素子と太陽光集光用レンズとで構成される発電ユニットが、前記放熱フィンと前記ソーラ発電素子とを連結する前記ヒートパイプの中央部に概ね並行な軸を回転軸として回転可能になっている、ソーラシステムである。 The solar system 1st aspect of this invention is the center part of the said heat pipe in which the electric power generation unit comprised by the solar power generation element mentioned above and the lens for sunlight condensing connects the said radiation fin and the said solar power generation element. It is a solar system that can rotate about an axis substantially parallel to the rotation axis.
この発明のソーラシステムの第２の態様は、前記回転軸が、前記放熱フィンと前記ソーラ発電素子とを連結する前記ヒートパイプの中央部と概ね同軸であるソーラシステムである。 A second aspect of the solar system according to the present invention is a solar system in which the rotating shaft is substantially coaxial with a central portion of the heat pipe that connects the radiating fin and the solar power generation element.
この発明のソーラシステムの第３の態様は、前記太陽光集光用レンズが太陽を追随するように前記発電ユニットが回転されることを特徴とするソーラシステムである。 According to a third aspect of the solar system of the present invention, the solar power generation unit is rotated so that the solar light collecting lens follows the sun.
この発明のソーラシステムの第４の態様は、前記発電ユニットが複数個並列配置され、前記太陽光集光用レンズを横断面とする多角形の筒形状の側面と、前記錐台形状の空間の側面との間に形成されるそれぞれの空間に、対応するヒートシンクの主部が配置されることを特徴とするソーラシステムである。 According to a fourth aspect of the solar system of the present invention, a plurality of the power generation units are arranged in parallel, and a side surface of a polygonal cylinder having a cross section of the solar light collecting lens and a frustum-shaped space are provided. The solar system is characterized in that a main part of a corresponding heat sink is arranged in each space formed between the side surfaces.
この発明のソーラ発電用のヒートシンクによると、ソーラ発電素子を搭載する基板と、太陽光集光用レンズによって形成される略錐台形状体物からなる発電ユニットの側面から下方に向かって広がった空間部に、放熱フィン部が設けられ、基板と放熱フィン部とを熱的に接続するヒートパイプの放熱部が高い位置に維持されているので、発電ユニットが太陽に追随して移動しても、放熱効率が高いヒートシンクを得ることができる。更に、ヒートパイプを発電ユニットの回転軸と平行に配置することによって、発電ユニットの回転と一体的にヒートシンクが回転して、高い放熱効率を維持することができる。ヒートパイプの端部をＵ字形に形成し、受熱板材の中にＵ字形部分を挿入することによって、作動液の凍結を防止し、温度差によるコンテナの破裂を防止することができる。 According to the heat sink for solar power generation of the present invention, the space that extends downward from the side surface of the power generation unit that is formed by the substrate on which the solar power generation element is mounted and the substantially frustum-shaped body formed by the sunlight collecting lens. Since the heat radiating part of the heat pipe that thermally connects the substrate and the radiating fin part is maintained at a high position, even if the power generation unit moves following the sun, A heat sink with high heat dissipation efficiency can be obtained. Furthermore, by disposing the heat pipe in parallel with the rotation axis of the power generation unit, the heat sink rotates integrally with the rotation of the power generation unit, and high heat dissipation efficiency can be maintained. By forming the end portion of the heat pipe into a U-shape and inserting the U-shaped portion into the heat receiving plate, the working fluid can be prevented from freezing and the container from being ruptured due to a temperature difference.
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
この発明のソーラ発電用ヒートシンクの１つの態様は、ソーラ発電素子を冷却するソーラ発電用ヒートシンクであって、少なくとも一つの前記ソーラ発電素子を底面部とし前記ソーラ発電素子と所定の間隔を隔てて上部に配置された太陽光集光用レンズを上面部とした略錐台形状の空間に隣接して配置される複数枚の放熱フィンからなる放熱フィン部と、一方の端部が前記基板と熱的に接続され、他方の端部が前記放熱フィン部と熱的に接続される少なくとも１本のヒートパイプとを有するソーラ発電用ヒートシンクである。
An embodiment of a heat sink for solar power generation according to the present invention will be described with reference to the drawings.
One aspect of the solar power generation heat sink according to the present invention is a solar power generation heat sink for cooling a solar power generation element, wherein at least one of the solar power generation elements is a bottom portion and is spaced apart from the solar power generation element by a predetermined distance. A heat dissipating fin portion composed of a plurality of heat dissipating fins disposed adjacent to a substantially frustum-shaped space with the sunlight collecting lens disposed on the top surface portion, and one end portion is thermally connected to the substrate And a heat sink for solar power generation having at least one heat pipe whose other end is thermally connected to the radiating fin.
図１は、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は他の側面図である。図１に示す態様は、ソーラ発電素子を搭載する基板が水平になるように配置されている。即ち、太陽に追随して受光面が回転する回転軸が水平である例である。図１（ａ）に示すように、この発明のソーラ発電用ヒートシンク１は、ソーラ発電素子が搭載された基板に熱的に接続される受熱板材４、複数枚の薄板状フィンからなる放熱フィン部６、一方の端部が受熱板材に熱的に接続され、他方の端部が放熱フィン部に熱的に接続されるヒートパイプ５からなっており、発電ユニット２の周囲の空間部を利用して配置されて、ソーラ発電素子の熱を、放熱フィン部を介して効率的に放熱する。
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a heat sink for solar power generation according to the present invention. 1A is a side view, FIG. 1B is a plan view, and FIG. 1C is another side view. The aspect shown in FIG. 1 is arranged so that the substrate on which the solar power generation element is mounted is horizontal. That is, this is an example in which the axis of rotation about which the light receiving surface rotates following the sun is horizontal. As shown in FIG. 1A, a solar power generation heat sink 1 according to the present invention includes a heat receiving
即ち、ソーラ発電用の発電ユニット２は、底部に配置されてソーラ発電素子を搭載した基板３と、基板３と所定の間隔を隔てて上方に配置された太陽光集光用レンズ９とによって形成される略錐台形状体物からなっている。略錐台形状体物は、この態様では、逆４角形の台形からなっている（即ち、上辺が下辺より大きい状態）。発電ユニットの上面のフレネルレンズ９が太陽に面して位置している。発電ユニットの側面１０は、発電ユニットの底部からフレネルレンズに向かって末広がりに直線的に広がっている。発電ユニットの傾斜した側面１０の外周部に形成される空間部に、この発明のヒートシンクの主部が配置される。
That is, the power generation unit 2 for solar power generation is formed by a substrate 3 that is disposed at the bottom and on which a solar power generation element is mounted, and a solar
即ち、ソーラ発電用の発電ユニット２は、太陽に面する側が受光面（この態様ではフレネルレンズ９）としてできるだけ広く設定されるので、上面側に余剰部分が少なく、他方、フレネルレンズによってソーラ発電素子に太陽光が集光されるので、底部側の基板３の周りは余剰部分が大きくなっている。更に、基板の下方側は広くなって、ある程度の広さのある空間として利用することができる。
図１（ａ）に示す態様では、放熱フィン部６を形成する個々の放熱フィンは、所定部分で折り曲げられて、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７と、垂直に配置される垂直板状フィン部８とからなっている。このように折り曲げられて形成された複数枚の薄板状フィンが並列配置されている。
That is, in the power generation unit 2 for solar power generation, the side facing the sun is set as wide as the light receiving surface (in this embodiment, the Fresnel lens 9) as much as possible. Since sunlight is condensed on the substrate, the surplus portion is enlarged around the substrate 3 on the bottom side. Further, the lower side of the substrate is widened and can be used as a space having a certain size.
In the embodiment shown in FIG. 1 (a), the individual radiating fins forming the radiating
少なくとも１つのソーラ発電素子が搭載された基板３の下部には、例えば熱伝導性に優れた金属で形成された受熱板材４が熱的に接続される。受熱板材４の一部にヒートパイプ５の一方の端部が受熱部として熱的に接続される。ヒートパイプ５の他方の端部は放熱部として並列配置された複数枚の薄板状フィン６に熱的に接続される。例えば、薄板状フィン６に孔部を形成し、孔部にヒートパイプ５を挿通する。その際、孔部とヒートパイプ５の接触面を大きくするように孔部の回りを加工してもよい。
For example, a
放熱フィン部６の折り曲げ板状フィン部７は、発電ユニット２の傾斜した側面１０に沿って、その外側に並列配置され、放熱フィン部６の垂直板状フィン部８がヒートパイプ５に垂直に、発電ユニットの中心線に沿って配置される。垂直板状フィン部の下部は発電ユニットの下方に延伸している。このようにして、太陽光集光用レンズを横断面とする四角形の筒形状の側面と、逆四角形錐形状体物の側面との間に形成される空間に、ヒートシンクの主部が配置される。
The bent plate-like fin portion 7 of the radiating
図１（ｂ）は、この態様のソーラ発電用ヒートシンクを説明する平面図である。図１（ｂ）に示すように、発電ユニット２の受光面であるフレネルレンズ９が上面に位置し、底面に点線で示す受熱板材４が位置している。発電ユニット２の４つの側面１０がフレネルレンズ９と基板３を結ぶように傾斜して配置され、下方に向かって広がった空間部が設けられている。発電ユニットの上端部の外側に、１つの側面に沿って並列配置された複数枚の放熱フィンが配置されている。即ち、放熱フィン部６の折り曲げ板状フィン部７の先端部が並列配置されているのが確認できる。基板と熱的に接続された受熱板材４にヒートパイプの一方の端部が挿入・固定され、他方の端部が放熱フィン部６の垂直板状フィン部を挿通している。
FIG.1 (b) is a top view explaining the heat sink for solar power generation of this aspect. As shown in FIG. 1B, the
図１（ｃ）は、この態様のソーラ発電用ヒートシンクを説明する他の側面図である。即ち、放熱フィン部が取り付けられた側面と反対側の側面から見た図である。図１（ｃ）に示すように、発電ユニットの側面に設けられた空間部に、折り曲げ板状フィン部７および垂直板状フィン部８からなる放熱フィン部６が配置されているのを確認することができる。放熱フィン部６の垂直板状フィン部８が受熱板材の下方に延伸している。上述したように、上方から下方に向かって狭くなっている発電ユニットの側面に設けられた空間部を利用して、放熱フィン部およびヒートパイプからなるヒートシンクの主部が配置される。
FIG.1 (c) is another side view explaining the heat sink for solar power generation of this aspect. That is, it is the figure seen from the side surface on the opposite side to the side surface to which the radiation fin part was attached. As shown in FIG.1 (c), it confirms that the
図１に示した態様では、基板は水平に位置しているが、実際の配置に際しては、季節を通して、太陽の位置に追随して受光面が回転するように基板が傾斜して配置される。基板と熱的に接続されるヒートパイプは、発電ユニットの回転軸と概ね平行に位置している。それに伴って、ヒートパイプは放熱フィン側が高くなり、所謂ボトムヒートの状態になっている。従って、ウイック等の部材をヒートパイプに内蔵させることなく、内壁にグルーブを備えたコンテナを有するヒートパイプを使用することができる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the substrate is horizontally positioned. However, in actual arrangement, the substrate is inclined and arranged so that the light receiving surface rotates following the position of the sun throughout the season. The heat pipe that is thermally connected to the substrate is positioned substantially parallel to the rotation axis of the power generation unit. Along with this, the heat pipe is raised on the side of the radiating fin, and is in a so-called bottom heat state. Therefore, a heat pipe having a container having a groove on the inner wall can be used without incorporating a member such as a wick in the heat pipe.
図２は、基板を傾斜させた発電ユニットを備えた、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの他の態様を説明する図である。図２に示すように、この態様の発電ユニット２の逆多角錐台形状体物は、ソーラ発電素子を搭載した基板３と太陽光集光用レンズ９から形成された逆四角錐台形状体物からなっている。上述した発電ユニットの形状によって、発電ユニットの傾斜した側面１０から下方に向かって広がった空間部が設けられている。
FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment of the heat sink for solar power generation according to the present invention provided with a power generation unit having an inclined substrate. As shown in FIG. 2, the inverted polygon frustum-shaped body of the power generation unit 2 of this aspect is an inverted square frustum-shaped body formed of a substrate 3 on which a solar power generation element is mounted and a solar
このように形成された空間部に、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７と、垂直に配置される垂直板状フィン部８とからなる放熱フィン部６の主部が配置されている。更に、発電ユニット２のフレネルレンズは太陽に面するように所定の角度で傾斜して設けられている。その結果、発電ユニット２の回転軸が傾斜して設けられ、それに伴って、基板３および基板３に熱的に接続される受熱板材４が傾斜して配置されている。
In the space portion thus formed, the main portion of the heat radiating
ヒートパイプ５は基板３の長軸に沿って配置されて、受熱板材４に一方の端部が挿入されて固定されている。この態様では、ヒートパイプ５の他方の端部は途中で２つの方向に分岐し（ヒートパイプを２本使用して略Ｙ字状に形成したヒートパイプ、又は１本のヒートパイプをＵ字状に曲げてから形状を略Ｙ字状に変形させたものを使う）、それぞれ放熱フィン部６に挿通されて熱的に接続されている。所定の角度で傾斜して設置された発電ユニット２の底部の受熱板材４に熱的に接続されたヒートパイプ５は、受熱部が低く、放熱部が高くなるように配置され、所謂ボトムヒート状態にある。このため、コンテナ内に封入された作動液が毛細管力と共に重力で受熱部に戻りやすく、ドライアウトを回避することができる。
The
この態様においては、太陽に追随して回転する発電ユニットの回転軸は、概ねヒートパイプと一致している。従って、ヒートパイプは、ボトムヒート状態を維持したまま、回転軸の回りに回転する。それに伴って、発電ユニットの傾斜した側面１０から下方に向かって広がった空間部に設けられた、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７と、垂直に配置される垂直板状フィン部８とからなる放熱フィン部６が発電ユニットと共に回転する。
In this aspect, the rotation axis of the power generation unit that rotates following the sun is generally coincident with the heat pipe. Therefore, the heat pipe rotates around the rotation axis while maintaining the bottom heat state. Accordingly, an upper inclined bent plate-like fin portion 7 and a vertically arranged vertical plate-
図３は、複数の基板を備えた発電ユニットを備えた、この発明のソーラ発電用ヒートシンクの他の態様を説明する図である。この態様においては、発電ユニット２は、底部に配置された複数個の基板３−１、３−２と、太陽光集光用レンズ９とによって形成された逆四角形錐形状体物からなっている。発電ユニット２はフレネルレンズ９が太陽に面するように所定の角度で傾斜して配置されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining another aspect of the solar power generation heat sink according to the present invention, which includes a power generation unit including a plurality of substrates. In this embodiment, the power generation unit 2 is composed of an inverted quadrangular pyramid formed by a plurality of substrates 3-1 and 3-2 disposed at the bottom and a solar
上述した発電ユニットの形状によって、発電ユニットの傾斜した１つの側面１０から下方に向かって広がった空間部が設けられている。このように形成された空間部に、基板３−１、３−２に対応して、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７−１、７−２と、垂直に配置される垂直板状フィン部８−１、８−２とからなる放熱フィン部６−１、６−２の主部が配置されている。
Due to the shape of the power generation unit described above, a space that extends downward from one
発電ユニット２のフレネルレンズは太陽に面するように所定の角度で傾斜して設けられているので、発電ユニット２の回転軸が傾斜して設けられ、それに伴って、基板３−１、３−２および基板３−１、３−２に熱的に接続される受熱板材４−１、４−２が傾斜して配置されている。２個の基板を底部に配置しているので、発電ユニットの１つの側面１０は、上述したように基板に対応する２つの放熱フィン部の主部が配置できる大きさの空間部が得られる。
Since the Fresnel lens of the power generation unit 2 is provided with an inclination at a predetermined angle so as to face the sun, the rotation axis of the power generation unit 2 is provided with an inclination, and accordingly, the substrates 3-1, 3- 2 and heat receiving plate members 4-1 and 4-2 that are thermally connected to the substrates 3-1 and 3-2 are arranged to be inclined. Since the two substrates are arranged at the bottom, the
ヒートパイプ５−１、５−２は基板３−１、３−２のそれぞれの長軸に沿って配置されて、対応する受熱板材４−１、４−２に一方の端部が挿入されて固定されている。この態様においても、ヒートパイプ５−１、５−２の他方の端部は途中で２つの方向に分岐し、それぞれ放熱フィン部６−１、６−２に挿通されて熱的に接続されている。放熱フィンとヒートパイプとの熱的な接続面積を大きくするために、放熱フィンに設けられた孔部の周辺に加工を施してもよい。 The heat pipes 5-1 and 5-2 are arranged along the major axes of the substrates 3-1 and 3-2, and one end is inserted into the corresponding heat receiving plate member 4-1 and 4-2. It is fixed. Also in this aspect, the other ends of the heat pipes 5-1 and 5-2 are branched in two directions in the middle, and are inserted into and thermally connected to the heat radiation fins 6-1 and 6-2, respectively. Yes. In order to increase the thermal connection area between the radiating fin and the heat pipe, processing may be performed around the hole provided in the radiating fin.
この態様においても、所定の角度で傾斜して設置された発電ユニット２の底部の受熱板材４−１、４−２に熱的に接続された対応するヒートパイプ５−１、５−２は、受熱部が低く、放熱部が高くなるように配置され、所謂ボトムヒート状態にある。このため、コンテナ内に封入された作動液が毛細管力と共に重力で受熱部に戻りやすく、ドライアウトを回避することができる。 Also in this aspect, the corresponding heat pipes 5-1 and 5-2 thermally connected to the heat receiving plate members 4-1 and 4-2 at the bottom of the power generation unit 2 installed at a predetermined angle are as follows: The heat receiving portion is low and the heat radiating portion is high, so that it is in a so-called bottom heat state. For this reason, the hydraulic fluid enclosed in the container is likely to return to the heat receiving portion by gravity together with the capillary force, and dryout can be avoided.
この態様においては、太陽に追随して回転する発電ユニットの回転軸は、概ねヒートパイプと平行である。従って、それぞれのヒートパイプ５−１、５−２は、ボトムヒート状態を維持したまま、回転軸の回りに回転する。それに伴って、発電ユニットの傾斜した側面１０から下方に向かって広がった空間部に設けられた、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７−１、７−２と、垂直に配置される垂直板状フィン部８−１、８−２とからなる放熱フィン部６−１、６−２が発電ユニット２と共に回転する。
In this aspect, the rotation axis of the power generation unit that rotates following the sun is substantially parallel to the heat pipe. Accordingly, the heat pipes 5-1 and 5-2 rotate around the rotation axis while maintaining the bottom heat state. Accordingly, the upper inclined bent plate-like fin portions 7-1 and 7-2 provided in the space extending downward from the
図３を参照して説明した態様は、２個の基板を底部に備えているが、３個以上の複数個の基板を底部に備えていてもよい。何れの場合においても、発電ユニットの傾斜した側面１０から下方に向かって広がった空間部に、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７と、垂直に配置される垂直板状フィン部８とからなる放熱フィン部６の主部が配置され、ヒートシンクは所謂ボトムヒート状態を維持しつつ発電ユニット２と共に太陽に追随して回転する。
The embodiment described with reference to FIG. 3 includes two substrates at the bottom, but may include three or more substrates at the bottom. In any case, the upper and lower bent plate-like fin portions 7 and the vertical plate-
図４は、図２を参照して説明したソーラ発電用ヒートシンクが複数個配置された状態を説明する図である。即ち、図４に示すように、この態様の発電ユニット２−１の略錐台形状体物は、ソーラ発電素子を搭載した基板３−１と太陽光集光用レンズ９−１から形成された逆四角形錐形状体物からなっている。上述した発電ユニット２−１と同じ発電ユニット２−２が複数個並列配置されている（図では２つの発電ユニットが回転軸方向に重畳配置されている）。上述した発電ユニットの形状によって、発電ユニットの傾斜した側面１０−１、１０−２から下方に向かって広がった空間部がそれぞれ設けられている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a state where a plurality of solar power generation heat sinks described with reference to FIG. 2 are arranged. That is, as shown in FIG. 4, the substantially frustum-shaped body of the power generation unit 2-1 of this aspect is formed by the substrate 3-1 on which the solar power generation element is mounted and the solar light collecting lens 9-1. It consists of an inverted quadrangular cone-shaped body. A plurality of power generation units 2-2 that are the same as the above-described power generation units 2-1 are arranged in parallel (in the figure, two power generation units are superimposed and arranged in the direction of the rotation axis). Depending on the shape of the power generation unit described above, space portions extending downward from the inclined side surfaces 10-1 and 10-2 of the power generation unit are provided.
それぞれの発電ユニットの側面１０−１、１０−２と光集光用レンズ９−１の面から直角の面との間に形成された空間部に、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７−１、７−２と、垂直に配置される垂直板状フィン部８−１、８−２とからなる放熱フィン部６−１、６−２の主部が配置されている。その結果、隣接して配置された発電ユニット２−１と発電ユニット２−２の間に形成された空間部に放熱フィン部６−１の全体が収納されるように設置されている。 In the space formed between the side surfaces 10-1 and 10-2 of each power generation unit and the surface perpendicular to the surface of the light condensing lens 9-1, an upper bent plate-like fin portion 7- 1, 7-2 and main portions of heat radiation fin portions 6-1 and 6-2 including vertical plate fin portions 8-1 and 8-2 arranged vertically are arranged. As a result, the heat radiating fin portion 6-1 is installed in a space formed between the power generation unit 2-1 and the power generation unit 2-2 arranged adjacent to each other.
発電ユニットの上方側から見ると、２つの発電ユニットの隣接する上縁間に、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７−１の上端部が確認できる。
更に、発電ユニット２−１、２−２のフレネルレンズは、太陽に面するように同一の所定の角度で傾斜して設けられている。その結果、発電ユニット２−１、２−２の回転軸が同一角度で傾斜して設けられ、それに伴って、基板３−１、３−２および基板３−１、３−２に熱的に接続される受熱板材４−１、４−２が傾斜して配置されている。この態様では、発電ユニットの回転軸は、２つの基板３−１、３−２の長軸方向に一致している。
When viewed from the upper side of the power generation unit, the upper end portion of the bent plate-like fin portion 7-1 having an inclined upper portion can be confirmed between adjacent upper edges of the two power generation units.
Furthermore, the Fresnel lenses of the power generation units 2-1 and 2-2 are provided at the same predetermined angle so as to face the sun. As a result, the rotation shafts of the power generation units 2-1 and 2-2 are inclined at the same angle, and accordingly, the substrates 3-1 and 3-2 and the substrates 3-1 and 3-2 are thermally applied. The heat receiving plate materials 4-1 and 4-2 to be connected are inclined. In this aspect, the rotation axis of the power generation unit coincides with the major axis direction of the two substrates 3-1 and 3-2.
ヒートパイプ５−１、５−２は、対応する基板３−１、３−２の長軸に沿って配置されて、受熱板材４−１、４−２に一方の端部が挿入されて固定されている。この態様では、ヒートパイプを２本使用して略Ｙ字状に形成したヒートパイプ、又は１本のヒートパイプをＵ字状に曲げてから形状を略Ｙ字状に変形させたものを使う。ヒートパイプは、それぞれ放熱フィン部６−１、６−２に挿通されて熱的に接続されている。所定の角度で傾斜して設置された発電ユニット２−１、２−２の底部の受熱板材４−１、４−２に熱的に接続されたヒートパイプ５−１、５−２は、受熱部が低く、放熱部が高くなるように配置され、所謂ボトムヒート状態にある。このため、コンテナ内に封入された作動液が毛細管力と共に重力で受熱部に戻りやすく、ドライアウトを回避することができる。 The heat pipes 5-1 and 5-2 are arranged along the long axes of the corresponding substrates 3-1 and 3-2, and one end is inserted into the heat receiving plate members 4-1 and 4-2 and fixed. Has been. In this embodiment, a heat pipe formed in a substantially Y shape by using two heat pipes, or one heat pipe bent into a U shape and then deformed into a substantially Y shape is used. The heat pipes are inserted through the radiating fin portions 6-1 and 6-2 and thermally connected thereto. Heat pipes 5-1 and 5-2 thermally connected to heat receiving plate members 4-1 and 4-2 at the bottom of the power generation units 2-1 and 2-2 installed at a predetermined angle are heat receiving units. The portion is low and the heat radiating portion is high, and is in a so-called bottom heat state. For this reason, the hydraulic fluid enclosed in the container is likely to return to the heat receiving portion by gravity together with the capillary force, and dryout can be avoided.
この態様においては、太陽に追随して回転する発電ユニット２−１、２−２の回転軸は、概ねヒートパイプ５−１、５−２と一致している。従って、ヒートパイプ５−１、５−２は、ボトムヒート状態を維持したまま、回転軸の回りに回転する。それに伴って、発電ユニット２−１、２−２の傾斜した側面１０−１、１０−２から下方に向かって広がった空間部に設けられた、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部７−１、７−２と、垂直に配置される垂直板状フィン部８−１、８−２とからなる放熱フィン部６−１、６−２が発電ユニットと共に回転する。図４に示したように、発電ユニットを縦横方向に複数個配列することによって、フレネルレンズがそれぞれ太陽に面した発電ユニット間に設けられたヒートシンクのヒートパイプは放熱部を高く維持した状態で、ソーラ発電素子の熱を、発電ユニット間の空間を下方から上方に向かって放熱フィンに沿って放熱することができる。 In this aspect, the rotating shafts of the power generation units 2-1 and 2-2 that rotate following the sun substantially coincide with the heat pipes 5-1 and 5-2. Therefore, the heat pipes 5-1 and 5-2 rotate around the rotation axis while maintaining the bottom heat state. Along with this, the upper inclined bent plate-like fin portion 7-1 provided in the space portion extending downward from the inclined side surfaces 10-1, 10-2 of the power generation units 2-1, 2-2. 7-2 and vertical plate fin portions 8-1 and 8-2, which are arranged vertically, radiate fin portions 6-1 and 6-2 rotate together with the power generation unit. As shown in FIG. 4, by arranging a plurality of power generation units in the vertical and horizontal directions, the heat pipe of the heat sink provided between the power generation units each facing the sun with the Fresnel lens maintains a high heat dissipation part, The heat of the solar power generation element can be dissipated along the radiation fins from below to above the space between the power generation units.
図５はヒートパイプの部分拡大図である。図５(ａ)に示すように、受熱板材に熱的に接続されるヒートパイプの端部をＵ字形またはループ状に形成すると、端部における作動液の流れを可能にし、作動液の凍結を防止することができる。図５（ｂ）に示すように、更に、Ｕ字形のヒートパイプの端部を受熱板材の中に挿入することによって、急激な温度変化によってヒートパイプのコンテナの破裂を防止することができる。なお、放熱フィン部は、上部の傾斜した折り曲げ板状フィン部と、垂直に配置される垂直板状フィン部とからなる放熱フィン部について説明したが、放熱フィン部は、曲げ部の無い、垂直に配置される板状のフィンからなっていてもよい。 FIG. 5 is a partially enlarged view of the heat pipe. As shown in FIG. 5 (a), when the end portion of the heat pipe thermally connected to the heat receiving plate material is formed in a U shape or a loop shape, the working fluid can flow at the end portion, and the working fluid can be frozen. Can be prevented. As shown in FIG. 5B, by further inserting the end of the U-shaped heat pipe into the heat receiving plate, it is possible to prevent the heat pipe container from bursting due to a sudden temperature change. In addition, although the radiation fin part demonstrated the radiation fin part which consists of the bending plate-like fin part which inclined the upper part, and the perpendicular | vertical plate-like fin part arrange | positioned perpendicularly, a radiation fin part is a perpendicular | vertical thing without a bending part. You may consist of a plate-shaped fin arrange | positioned.
上述したように、この発明のソーラ発電用のヒートシンクによると、ソーラ発電素子を搭載する基板と、太陽光集光用レンズによって形成される略錐台形状体物からなる発電ユニットの側面から下方に向かって広がった空間部に、放熱フィン部が設けられ、基板と放熱フィン部とを熱的に接続するヒートパイプの放熱部が高い位置に維持されているので、発電ユニットが太陽に追随して移動しても、放熱効率が高いヒートシンクを得ることができる。 As described above, according to the heat sink for solar power generation of the present invention, downward from the side surface of the power generation unit composed of the substrate on which the solar power generation element is mounted and the substantially frustum-shaped body formed by the solar light collecting lens. Since the heat radiation fin part is provided in the space part that expanded toward the heat pipe and the heat radiation part of the heat pipe that thermally connects the substrate and the heat radiation fin part is maintained at a high position, the power generation unit follows the sun. Even if it moves, a heat sink with high heat dissipation efficiency can be obtained.
１ ソーラ発電用ヒートシンク
２ 発電ユニット
３ 基板
４ 受熱板材
５ ヒートパイプ
６ 放熱フィン部
７ 折り曲げ板状フィン部
８ 垂直板状フィン部
９ フレネルレンズ
１０ 発電ユニットの側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink for solar power generation 2 Power generation unit 3
Claims (11)
A plurality of power generation units arranged in parallel, and each space formed between a side surface of a polygonal cylindrical shape having a cross section of the sunlight collecting lens and a side surface of the substantially frustum-shaped space The solar system according to claim 10, wherein a main part of a corresponding heat sink is arranged.
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| JP2008017975A JP2009182051A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Heat sink and solar system for solar power generation |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2008017975A Pending JP2009182051A (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Heat sink and solar system for solar power generation |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011159792A (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Kyocera Corp | Photoelectric converter and photoelectric conversion module |
| JP2014514765A (en) * | 2011-04-18 | 2014-06-19 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァシティ オブ ミシガン | Optical trap structure for solar cell and photodetector applications |
| JP2015164393A (en) * | 2014-01-28 | 2015-09-10 | 学校法人日本大学 | Heat sink and compound type solar energy conversion device |
| US20220214531A1 (en) * | 2021-01-05 | 2022-07-07 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser crystallization apparatus |
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| US20220214531A1 (en) * | 2021-01-05 | 2022-07-07 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser crystallization apparatus |
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