JPH10164876A

JPH10164876A - 熱電発電器

Info

Publication number: JPH10164876A
Application number: JP8321833A
Authority: JP
Inventors: Akiko Miyake; 章子三宅; Hisaaki Gyoten; 久朗行天
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率で耐久性が高い空冷方式の放熱部を有
する小型の熱電発電器が従来存在し無い。【解決手段】熱電素子または複数個の熱電素子を直列に
接続した一対の面状発電ユニット１は、フィン部２およ
びファン４からなる放熱部１０と熱入力部３とに狭持さ
れるとともに、その放熱部１０はフィン２の内部にファ
ン４が埋め込まれた一体型構造となっているので、放熱
部１０の体積を従来の約1/2程度に縮小でき、また、フ
ァンによる強制風の流れに対するフィンの抵抗を小さく
できるため、ファン電力を変えずにファン風量を増大で
き、より高性能な放熱部の構成が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電材料内に温度
差を与えたときに生じる熱起電力を利用し、熱と電気の
直接変換を行う熱熱電発電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発電器としては、電池やエンジン
発電機が主流であった。しかし、電池の場合、充電に時
間がかかること、また、ガソリンを燃料とするエンジン
発電機の場合、動作時の音が大きいこと、など用途によ
っては不都合な点もあった。そこで、発電効率に関して
は前二者に及ばないが、低騒音で充電不要な発電手段と
して、熱電発電器に着目した。

【０００３】熱電材料内に温度差を与えたときに生じる
熱起電力を利用し、熱と電気の直接変換を行う熱電発電
器は、非常用電源、携帯用電源、僻地用電源、廃熱回収
装置などとして注目されている。これらの発電器の性能
は、熱電材料両端に生じる温度差の二乗に比例して向上
する。そのため、特に耐熱温度の比較的低いBi-Te系材
料などを用いる場合は、発電器の性能向上は放熱部の性
能に負うところが大きい。高性能の放熱部は水冷方式な
どで実現できるが、システムが大きくかつ複雑になり、
またポンプなどへの電力供給が必要になるため、かなり
大規模な発電装置向きといえる。特に、出力数１００Ｗ
以下の発電器であれば、高性能で、軽量・コンパクトな
空冷方式の放熱部が必要である。

【０００４】従来、熱電発電器用の空冷方式の放熱部と
しては、特願平8-149239にかかる出願に述べた構成が一
般的であった。その発電器の構成は、図３に示されるよ
うに、発電ユニット１が熱入力部３およびフィン２に狭
持されており、ファン４がフィン２の外表面に設置され
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３の
放熱部の構成では、放熱部で発電器全体積の1/2以上を
占めるほど大きくなり、またファン４による強制風の流
れがフィン２で妨げられ、ファン風量が制限されてしま
う課題があった。そこで、ファン駆動電力などは変えず
に、よりコンパクトかつ高性能な放熱部の構成が必要で
あった。

【０００６】本発明は、コンパクトかつ高性能な空冷方
式の放熱部の構成を有する熱電発電器を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の熱電発電器の放熱部は、ファンをフィン部
内部に埋め込む一体型構造により、体積が従来の1/2程
度とコンパクトにでき、またフィン部による抵抗が減少
するためファン風量が増大できるため、従来より高性能
であることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図２を用いて説明する。

【０００９】（実施の形態１）図１（ａ）は、本発明に
かかる実施の形態１の熱電発電器の縦断側面図であり、
図１（ｂ）はその熱電発電器の放熱部１０の正面図であ
る。図１（ａ）において、１は一対の熱電素子または複
数個の熱電素子を直列に接続した面状発電ユニットであ
り、フィン部２と熱入力部３とに狭持され、熱入力部３
の両面に設置されている。フィン部２は、円盤状の基板
の外表面に多数のフィン２ｃを有するアルミニウム製単
板である。図１（ｂ）に示すように、フィン部２の中央
部２ａではフィン２ｃが円形に低く、あるいは存在せ
ず、そこにＤＣ軸流ファン４が設置されている。フィン
２ｃは、ファン４の強制風がファン４の中心から放射線
状に流れるように、放射状に形成されている。２ｂはそ
の隙間である。熱入力部３は、アルミニウム製などの熱
伝導性の燃焼室５と燃焼室５の内部に設置された燃焼部
６よりなる。燃焼室５は内壁にフィン構造を有すること
が望ましい。７は燃料タンクで、ノズル８およびスロー
ト部９を介して燃焼室５に連結している。

【００１０】以上のように構成された熱電発電器につい
て、以下、その動作を述べる。

【００１１】図１では燃料として、市販のブタンガスを
用いた。ノズル８から噴射された燃料ガスは、空気を巻
き込んだ混合ガスとなって、スロート部９を通って燃焼
室５内で燃焼する。生じた排ガスは燃焼室５上部の排気
口より発電器外部に放出される。熱入力部３で得られた
燃焼熱は、面状発電ユニット１の熱電素子高温側表面に
供給され、熱電素子の低温側はフィン部２と接している
ため、熱電素子高温側と低温側との間に温度差が生じ、
熱起電力による発電が行なわれる。発電出力がファン４
駆動に必要な大きさに達すると、ファン４が回転し始
め、熱電素子に生じる温度差とそれに伴う熱起電力が増
大し、やがて定常状態に達する。

【００１２】本実施の形態の発電器を駆動させると、フ
ァン２個（ＤＣ12Ｖ,100ｍＡ）駆動まで30秒程度、出力
安定（15Ｗ）まで5〜8分を要した。出力安定時の素子表
面温度は高温側210℃、低温側90℃であった。

【００１３】本実施の形態によれば、熱交換フィン部２
とファン４が一体型の放熱部１０を構成できるため、放
熱部１０の体積を大幅に縮小できる。また、ファン４の
強制風がフィン２ｃの隙間をファン４中心部より放射状
に流れる構成により、フィン２ｃによる抵抗が減少する
ためファン風量を増大させることができる。その結果、
ファン能力を最大限に生かすことができ、放熱部１０の
性能向上が可能となった。同時に、熱交換された空気の
出口温度を低温に抑えることができるため、安全性も確
保できる。

【００１４】図１では、ガスタンクを発電器底部に設置
し、燃料ガスをフィン部からの熱で予熱する構成とした
が、タンク交換などがしやすいように、タンクを外付け
としてもよい。その場合、ノズルに送り込まれる前に燃
料ガスを燃焼熱または排気熱で予熱できる構成にするこ
とが望ましい。

【００１５】なお、今回はブタンガスを燃料として用い
たが、プロバンガス、天然ガス等を用いることももちろ
ん可能である。また、アルコール類などの液体燃料を用
いる場合は、発電器の取り扱いは不便になるものの、ノ
ズルおよびスロートは不要となり、よりシンプルな構成
が実現できる。

【００１６】また、熱入力部の熱源として、触媒燃焼熱
を利用すれば、面状に均一に熱入力できるため、より高
効率な発電器が構成できる。また、燃料電池やエンジン
などの廃熱を熱源として利用し、廃熱の一部を回収する
手段としての発電器を構成してもよい。

【００１７】（実施の形態２）図２（ａ）は、本発明の
実施の形態２による熱電発電器の放熱部１０の構成を示
した縦断側面図であり、図２（ｂ）はその熱電発電器の
放熱部１０の正面図である。図２において、２はアルミ
ニウム製フィン部、４はＤＣ軸流ファンであり、１０が
ファンのモーター部である。モーター部１１は断熱層１
２を介して、フィン部２の内部に埋め込まれている。断
熱層１２には、アルミナウール等のセラミックなどを用
いることができる。また、数ミリ程度の空気層を設け、
断熱層としてもよい。

【００１８】以上の放熱部の構成を特徴とする熱電発電
器の動作は、次の点を除き実施の形態１と同様である。

【００１９】すなわち、モーター部１１とフィン部２と
の間に断熱層１２を設ける構造により、本実施の形態の
場合、フィン部中央部の温度が100℃のときでも、モー
ター部１１を70℃以下に保つことができるため、ファン
４の耐久性を向上できる。

【００２０】なお、発電器の大きさや形状が変化して
も、フィン部底板の周辺部と中央部の厚さや、断熱層の
厚さを最適化すれば、本発明を適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、触媒燃焼
熱を含む燃焼熱や廃熱を熱源とする熱電発電器におい
て、高効率で耐久性の高い放熱部のコンパクトな構成が
可能となるため、熱電発電器の小型・軽量化または高性
能化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による熱電発電器の構成
図

【図２】本発明の実施の形態２による熱電発電器の構成
図

【図３】従来の熱電発電器の構成図

【符号の説明】

１面状発電ユニット（熱電素子）２フィン部３熱入力部４ファン５燃焼室６燃焼部７燃料タンク８ノズル９スロート部１０放熱部１１モーター部１２断熱層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱を入力する熱入力部と、フィン部およ
びファンを有する放熱部と、その放熱部と前記熱入力部
に狭持された、熱電素子を利用して熱電変換を行う発電
ユニットと、燃料を供給する燃料供給手段を備え、熱を
前記熱電素子の高温側に直接供給し、同時に前記熱電素
子の放熱側に接している放熱部を空冷し、熱電発電を行
う発電器であって、前記ファンの全部又は一部が、前記
放熱部のフィン部の内部に収納されていることを特徴と
する熱電発電器。
【請求項２】フィン部のフィンは、放射状に形成さ
れ、その放射の中心のフィンが無い若しくは低い部分に
前記ファンが配置されていることを特徴とする請求項１
記載の熱電発電器。
【請求項３】ファンは軸流ファンであって、前記ファン
のモーター部と前記フィン部との間に断熱手段が設けら
れていることを特徴とする請求項１記載の熱電発電器。