JPH02151087A - 熱電エネルギ直接変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直接熱発電装置や電子冷凍装置などの熱電エネ
ルギ直接変換装置に関する。

〔従来の技術〕

熱電エネルギ直接変換装置とは２ａｉの材料の接合点の
温度差ζこよって熱起電力を発生する材料を利用して熱
エネルギと電気エネルギとを直接に変換する装置である
。

従来の例は次の通りである。

柱状の熱電素子が同一平面内に配置され、それらが直接
に、あるいは、第三の材料を介して交互ｉこ接続された
ものが第四及び第五の電気を流さない材料で出来た２枚
の平板にはさまれた構造をしている。

このような構造のものでは、第一の平板の外側を高熱源
とし、第二の平板の外側を低熱源とすれば、隣接する熱
電素子接合部に誘起された温度差によつて起電力が発生
し、外部回路と接続すると電気が流れ発電装置として作
動する。

又、外部から適切ｌこ通電すると、２枚の平板の温度に
差を誘起し、冷却器として作動させる構造となすことも
可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のモジュール構成方法には熱交換の面から次の問題
点があった。

（１）高熱源と低熱源の絶対温度が常温から離れる程製
造時及び不使用時と運転時との温度差が大きく熱膨張対
策及び熱応力対策で複雑な構造を余儀なくされている。

（２）　　エネルギ変換装置としては高熱源と低熱源と
の温度差が大きい程好ましくその努力が払われている。

ところで平板構造物の両面に大きな温度差をつけるため
Ｉこは熱膨張対策及び熱応力対策で複雑な構造を余儀な
くされ信頼性、耐久性の点に問題があった。

（３）装置コンパクト化の一手段として熱源圧力上昇が
なされているが、そのための機械的強度確保は特に平板
の端部に於て多大な応力を発生することとなり信頼性及
び耐久性を損なっていた。

本発明の課題は、上記従来の問題点を解消することがで
きる熱電エネルギ直接変換装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕 本発明による熱電エネルギ直接変換装置は、２種の材料
の接合点の温度差によって、熱起電力を発生する。例え
ば、Ｂｉ、　Ｔｅ、　、Ｚｎ５ｂ及びＦｅＳｉ、などの
半導体の組合せ等を利用して熱エネルギを電気エネルギ
に、又は電気エネルギを熱エネルギに直接変換する熱電
エネルギ直接変換装置において第三の材料でできたパイ
プの外側に前述の熱電エネルギー変換素子をリング状に
又軸方向ｌこ交互に配列し、且つ電気的に直列に接続さ
せたことを特徴とする。例えば、熱交換用管の外側に、
熱電エネルギ変換素子を円環状に、又管軸方向に交互に
配列し、且つ、電気的に、管軸方向に直列に接続させた
り、才たは、熱交換用管の外表面に電気的絶縁物質をコ
ーティングしたものの上に、前記のように、熱電エネル
ギ変換素子を設けたものである。

〔作用〕

本発明１こよれば、前述の問題点である熱交換に伴う発
生応力は軸対称という点でかなり軽減され、性能をそれ
程損う事なく、信頼性及び耐久性を確保することが可能
である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。

第１図は本発明の第一実施例を示す要部の部分断面図で
ある。

第１図において、Ｃｕ　、　Ｆｅ　、　ＳＵＳ、　Ｎｉ
　、　Ｔｉなどのチューブ０５の外表面に、電気的に絶
縁性の高い物質、例えば、ｌｕ、　Ｏ，、）ｄＮ１サイ
アロン、ダイヤモンドなどの薄膜０６をＣＶＤ法、ＰＶ
Ｄ法、溶射法などではゾ全長に亘って形成させる。

次に熱電素子間高温側接合部ｏ４を、例えば、Ｓｉ、Ｃ
ｕなどで縞状に形成させる。ついでｎ型半導体０１とＰ
型半導体０２を熱電素子間高温側接合部０４の外表面に
形成させる。なおｎ型半導体０１とＰ型半導体ｏ２の形
成順序は逆にする場合もある。

次にチェーブ側空洞部ｏ７を熱的及び電気的に絶縁性の
高い物質、例えば、多孔性Ａ４０１、ゼオライトなどで
充たす。

さらに、熱電素子間低温側接合部ｏ３を例えば８４、Ｃ
ｕなどで縞状に形成させる。

最後に外側空洞部ｏ８をチェーブ側空洞部と同様１こ熱
的及び電気的に絶縁性の高い物質例えば多孔性Ａｉ、　
Ｏいゼオライトなどで充たす。

又、電気を取出すためのリード線ｏ９及び１０を両端に
設ける。

このように構成されたチェーブ状熱電変換装置はその内
外に温度に差のある流体を流すこと−こより電気を発生
し、前記リードＮＡＯ９９ＩＯより電気を取出すことが
できる。

なお熱電素子対としてのｎ型半導体０１およびＰ型半導
体０２としては例えば次のようなものがある。

Ｓ　ｉＧｅ　、　Ｂｉ、Ｔｅ、　、Ｂｉ、Ｂｅ、　、　
Ｂｉ、８ｅ　、　ＰｂＴｅ　、　ＧｅＴｅ　、　ＧｅＴ
ｅＢ１　。

Ａｇ８ｂＴｅ、　、　ＩｎＡｓ　、　ＩｎＡｓＰ、　Ｃ
ｕＴｅ５Ｓ、　ｅｒＳｆ、　、ＭｎＳ　ｉ　、　Ｆｅ８
　ｉ、　。

Ｃｏ８ｉ、８％Ｔｅ。

第２実施例は、図を省略するが、第１図に於て、高熱源
をチェーブ内に、低熱源をチェーブ外としたが、それの
逆の実施例である。

第２図は、本発明の第３実施例を示す部分断面図であり
、これは、第１図のＡ−Ａ断面に若干子を加えて示した
ものであり、手の加え方は熱交換用チューブ０５の外側
に第１図と同様に、熱電素子を円環状に形成させたあと
、軸方向に４ケ所スリツト１１を入れ、これζこより内
外温度差による熱応力を軽減でき信頼性及び耐久性をさ
らＩζ向上させるとと＼なる。

なお第２図の例では、熱電素子チェーブ側接合部０４ま
でスリットを入れであるが、これを熱電素子０１，０２
までと浅くする場合、あるいは、電気絶縁体ｏｅ４でと
深くする場合もある。さらにスリット数も４ケ所とした
が、その数は任意ζこ選べる。又、スリットの空洞部に
弾力性１こ富み、且つ、熱的、電気的に絶縁性の高い材
料で埋めることもある。

第３図は、本発明の第４実施例を示す部分断面図であり
、熱交換用チェーブ０５の外表面に、第１図と同様ζζ
熱電素子を円環状１こ形成させたあと、第二の熱交用チ
ューブ１２の中に全体を入れるが、熱伝達の低下を防止
するためＩこじ中ばら状の金属片１３を入れたものであ
る。その他は第１図について説明したものと同一である
。

〔発明−の効果〕

以上述べた如く、本発明１こよれば、各種の熱源、特ｌ
こ温度差の大きな、または、圧力の高い、あるいは不純
物の多い熱源に対して従来のものより信頼性及び耐久性
共に向上させることができ、より経済的な熱電直接変換
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る熱電直接変換装置の要
部の部分断面図、第２図は第１図のものｉこ、スリット
を入れた本発明の第３実施例の部分断面図、第３図は本
発明の第４実施例の部分断面図である。 ０１・・・ｎ型半導体、０２・・・Ｐ型半導体、０３・
・・熱電素子間低温側接合部、０４・・・熱電素子間高
温側接合部、０５・・・チューブ。 出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２種の材料の接合点の温度差によって、熱起電力を発生
   する例えばＢｉ＿２Ｔｅ＿３、ＺｎＳｂ及びＦｅＳｉ＿
   ２などの半導体の組合せ等を利用して熱エネルギを電気
   エネルギに、又は電気エネルギを熱エネルギに直接変換
   する熱電エネルギ直接変換装置において、第三の材料で
   できたパイプの外側に、前述の熱電エネルギ変換素子を
   リング状に、又軸方向に交互に配列し、且つ、電気的に
   直列に接続させたことを特徴とする熱電エネルギ直接変
   換装置。