JPH10275943A - 熱電発電装置 - Google Patents
熱電発電装置Info
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- JPH10275943A JPH10275943A JP9078275A JP7827597A JPH10275943A JP H10275943 A JPH10275943 A JP H10275943A JP 9078275 A JP9078275 A JP 9078275A JP 7827597 A JP7827597 A JP 7827597A JP H10275943 A JPH10275943 A JP H10275943A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、発電効率を高めることができる熱
電発電装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明に係る熱電発電装置は、（Ａ）ｐ
型熱電材料で構成した流路壁と、（Ｂ）ｎ型熱電材料で
構成した流路壁と、（Ｃ）電極と、（Ｄ）前記流路壁の
所望の面に、反対面（所望の面の裏面）と温度差を有す
る流体を通す手段とからなり、（Ｅ）前記ｐ型熱電材料
で構成した流路壁とｎ型熱電材料で構成した流路壁を、
電極により電気的に交互に接続して構成することを特徴
とする。
電発電装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明に係る熱電発電装置は、（Ａ）ｐ
型熱電材料で構成した流路壁と、（Ｂ）ｎ型熱電材料で
構成した流路壁と、（Ｃ）電極と、（Ｄ）前記流路壁の
所望の面に、反対面（所望の面の裏面）と温度差を有す
る流体を通す手段とからなり、（Ｅ）前記ｐ型熱電材料
で構成した流路壁とｎ型熱電材料で構成した流路壁を、
電極により電気的に交互に接続して構成することを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電変換を利用した
発電装置に関する。
発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術を図３〜図４に示す。図３は
従来の熱電発電器を示す図。図４は従来の熱電発電器の
作動流体の温度分布を示す図である。
従来の熱電発電器を示す図。図４は従来の熱電発電器の
作動流体の温度分布を示す図である。
【０００３】熱電発電器は、ｐ型とｎ型の熱電材料を組
み合わせた熱電対を多数直列に接続し、高温端と低温端
の温度差に比例して発生する熱起電力を電力として取り
出す装置である。
み合わせた熱電対を多数直列に接続し、高温端と低温端
の温度差に比例して発生する熱起電力を電力として取り
出す装置である。
【０００４】従来の技術は、図３に示すように、ｐ型素
子１０１とｎ型素子１０２を電極１０３を用いて接続し
た熱電対を、さらに電極で多数電気的に直列に接続して
熱電モジュールを構成して伝熱面とする。
子１０１とｎ型素子１０２を電極１０３を用いて接続し
た熱電対を、さらに電極で多数電気的に直列に接続して
熱電モジュールを構成して伝熱面とする。
【０００５】高温流体１０５と低温流体１０６のシール
およびモジュールの強度的支持のため、モジュールは通
常支持パネル１０４を持つ。高温流体１０５と低温流体
１０６は、熱電モジュールの両面にそれぞれ供給され、
モジュールを介して熱交換を行うため、モジュール内に
は厚み方向に温度差が発生する。
およびモジュールの強度的支持のため、モジュールは通
常支持パネル１０４を持つ。高温流体１０５と低温流体
１０６は、熱電モジュールの両面にそれぞれ供給され、
モジュールを介して熱交換を行うため、モジュール内に
は厚み方向に温度差が発生する。
【０００６】モジュールは熱電素子からなる熱電対で構
成されているため、起電力が発生し発電を行うことがで
きる。電極は、熱電素子を接続して熱電対を構成すると
同時に、電力を取り出す際に電流を取り出す役割も担っ
ている。
成されているため、起電力が発生し発電を行うことがで
きる。電極は、熱電素子を接続して熱電対を構成すると
同時に、電力を取り出す際に電流を取り出す役割も担っ
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。 （１）従来の熱電発電器と作動流体の温度分布は、図４
に示すように、流体は伝熱面に沿って温度分布を持ち、
高温流体と低温流体の入口温度差に比べて、熱電発電器
の両面の温度差は小さく（斜線部）、発電器の効率は低
い。 （２）発電効率を高めるためには、モジュールの両面の
温度差を大きくする必要がある。
は、次のような問題がある。 （１）従来の熱電発電器と作動流体の温度分布は、図４
に示すように、流体は伝熱面に沿って温度分布を持ち、
高温流体と低温流体の入口温度差に比べて、熱電発電器
の両面の温度差は小さく（斜線部）、発電器の効率は低
い。 （２）発電効率を高めるためには、モジュールの両面の
温度差を大きくする必要がある。
【０００８】このとき、低温流体の出口温度が下がり低
温流体のエクセルギが低下する。 （３）モジュールの厚みを増して温度差を拡大すると、
モジュールを通過する熱流束が低下し、伝熱面が広くな
り、発電器が大型化する。本発明は、これらの問題を解
決することができる装置を提供することを目的とする。
温流体のエクセルギが低下する。 （３）モジュールの厚みを増して温度差を拡大すると、
モジュールを通過する熱流束が低下し、伝熱面が広くな
り、発電器が大型化する。本発明は、これらの問題を解
決することができる装置を提供することを目的とする。
【０００９】
（第１の手段）本発明に係る熱電発電装置は、（Ａ）ｐ
型熱電材料で構成した流路壁と、（Ｂ）ｎ型熱電材料で
構成した流路壁と、（Ｃ）電極と、（Ｄ）前記流路壁の
所望の面に、反対面（所望の面の裏面）と温度差を有す
る流体を通す手段とからなり、（Ｅ）前記ｐ型熱電材料
で構成した流路壁とｎ型熱電材料で構成した流路壁を、
電極により電気的に交互に接続して構成することを特徴
とする。 （第２の手段）本発明に係る熱電発電装置は、第１の手
段において、（Ａ）ｐ型熱電材料で構成した流路壁と、
ｎ型熱電材料で構成した流路壁とが、交互に積層して形
成され，（Ｂ）前記ｐ型熱電材料で構成した流路壁とｎ
型熱電材料で構成した流路壁を、電極により電気的に交
互に接続して構成することを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る熱電発電装置は、（Ａ）管
状に形成され、その内部に外部と温度差をもった流体を
通すｐ型素子製伝熱管１と、（Ｂ）管状に形成され、そ
の内部に外部と温度差をもった流体を通すｎ型素子製伝
熱管２と、（Ｃ）電極３とからなり、（Ｄ）前記ｐ型素
子製伝熱管１及びｎ型素子製伝熱管２を、電極３により
電気的に交互に接続して構成することを特徴とする。
型熱電材料で構成した流路壁と、（Ｂ）ｎ型熱電材料で
構成した流路壁と、（Ｃ）電極と、（Ｄ）前記流路壁の
所望の面に、反対面（所望の面の裏面）と温度差を有す
る流体を通す手段とからなり、（Ｅ）前記ｐ型熱電材料
で構成した流路壁とｎ型熱電材料で構成した流路壁を、
電極により電気的に交互に接続して構成することを特徴
とする。 （第２の手段）本発明に係る熱電発電装置は、第１の手
段において、（Ａ）ｐ型熱電材料で構成した流路壁と、
ｎ型熱電材料で構成した流路壁とが、交互に積層して形
成され，（Ｂ）前記ｐ型熱電材料で構成した流路壁とｎ
型熱電材料で構成した流路壁を、電極により電気的に交
互に接続して構成することを特徴とする。 （第３の手段）本発明に係る熱電発電装置は、（Ａ）管
状に形成され、その内部に外部と温度差をもった流体を
通すｐ型素子製伝熱管１と、（Ｂ）管状に形成され、そ
の内部に外部と温度差をもった流体を通すｎ型素子製伝
熱管２と、（Ｃ）電極３とからなり、（Ｄ）前記ｐ型素
子製伝熱管１及びｎ型素子製伝熱管２を、電極３により
電気的に交互に接続して構成することを特徴とする。
【００１０】すなわち、本発明の熱電発電装置は、伝熱
面を熱電材料で構成し、流体の流れ方向に生じる伝熱面
の温度勾配による温度差を利用して熱起電力を発生させ
て発電を行う熱交換器により構成される。
面を熱電材料で構成し、流体の流れ方向に生じる伝熱面
の温度勾配による温度差を利用して熱起電力を発生させ
て発電を行う熱交換器により構成される。
【００１１】したがって、次のように作用する。 （１）ｐ型、ｎ型それぞれの素子が伝熱面を形成するた
め、伝熱面の流れ方向の温度差がそのまま素子の温度差
となり、素子の温度差は、伝熱面の厚み方向に配置する
場合に比べて大きく、発電効率が高い。 （２）伝熱面の厚み方向に温度差を維持する必要がない
ため、伝熱面の厚みを薄くすることが出来、発電器をコ
ンパクトにすることが出来る。
め、伝熱面の流れ方向の温度差がそのまま素子の温度差
となり、素子の温度差は、伝熱面の厚み方向に配置する
場合に比べて大きく、発電効率が高い。 （２）伝熱面の厚み方向に温度差を維持する必要がない
ため、伝熱面の厚みを薄くすることが出来、発電器をコ
ンパクトにすることが出来る。
【００１２】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
に示す。図１はシェルチューブ型熱交換器の形状に熱電
発電器を構成した例を示す。
に示す。図１はシェルチューブ型熱交換器の形状に熱電
発電器を構成した例を示す。
【００１３】図１に於いて、１はｐ型素子製伝熱管、２
はｎ型素子製伝熱管、３は電極、５は邪魔板、６は高温
流体ヘッダ、７は胴、８は高温流体入口、９は高温流体
出口、１０は低温流体入口、１１は低温流体出口であ
る。
はｎ型素子製伝熱管、３は電極、５は邪魔板、６は高温
流体ヘッダ、７は胴、８は高温流体入口、９は高温流体
出口、１０は低温流体入口、１１は低温流体出口であ
る。
【００１４】ｐ型素子製伝熱管１と、ｎ型素子製伝熱管
２は、それぞれの熱電材料で伝熱管を構成し、熱交換器
を構成する。ｐ型素子製伝熱管１の壁面は、流路壁４
（図示省略）を形成する。
２は、それぞれの熱電材料で伝熱管を構成し、熱交換器
を構成する。ｐ型素子製伝熱管１の壁面は、流路壁４
（図示省略）を形成する。
【００１５】ｎ型素子製伝熱管２の壁面も、流路壁４
（図示省略）を形成する。ｎ型素子製伝熱管２およびｐ
型素子製伝熱管１は、高温流体ヘッダ６内で、電極３を
用いて交互に直列に接続される。
（図示省略）を形成する。ｎ型素子製伝熱管２およびｐ
型素子製伝熱管１は、高温流体ヘッダ６内で、電極３を
用いて交互に直列に接続される。
【００１６】高温流体へッダ６は、高温流体１０６をを
伝熱管に供給する働きおよび伝熱管から排出された高温
流体１０６をあつめる役割を担っており、高温流体は、
図３の右側の高温流体入口８から供給され、各伝熱管
１、２の内部を左へ流れ、高温流体出口９から排出され
る。
伝熱管に供給する働きおよび伝熱管から排出された高温
流体１０６をあつめる役割を担っており、高温流体は、
図３の右側の高温流体入口８から供給され、各伝熱管
１、２の内部を左へ流れ、高温流体出口９から排出され
る。
【００１７】低温流体は、低温流体入口１０から供給さ
れ、図３の各伝熱管１、２の内部を右へ胴内を流動し、
低温流体出口１１から排出される。そのようにして、伝
熱管を挟んで高温流体と低温流体が接し熱交換を行う。
れ、図３の各伝熱管１、２の内部を右へ胴内を流動し、
低温流体出口１１から排出される。そのようにして、伝
熱管を挟んで高温流体と低温流体が接し熱交換を行う。
【００１８】邪魔板５は、胴内の低温流体の流速を増大
させて熱伝達率の向上を図っている。壁１２は、高温流
体と低温流体が混合することを遮断するとともに、ｐ型
素子製伝熱管１およびｎ型素子製伝熱管２を支持する。
させて熱伝達率の向上を図っている。壁１２は、高温流
体と低温流体が混合することを遮断するとともに、ｐ型
素子製伝熱管１およびｎ型素子製伝熱管２を支持する。
【００１９】本実施例は、一般的な胴側複数パスの熱交
換器の形状を模したもので、邪魔板は必ずしも必要はな
い。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２
に示す。
換器の形状を模したもので、邪魔板は必ずしも必要はな
い。 （第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図２
に示す。
【００２０】図２は、熱電発電器をコンパクトな熱交換
器の形状に構成した例を示す。図２に示すように、ｐ型
素子製伝熱管１とｎ型素子製伝熱管２は、それぞれの熱
電材料で伝熱面を構成し、コンパクト熱交換器を構成す
る。
器の形状に構成した例を示す。図２に示すように、ｐ型
素子製伝熱管１とｎ型素子製伝熱管２は、それぞれの熱
電材料で伝熱面を構成し、コンパクト熱交換器を構成す
る。
【００２１】伝熱面はヘッダ内で電極３を用いてｎ型素
子製伝熱管２およびｐ型素子製伝熱管１を交互に直列に
接続される。高温流体１０６は、図２の右側から供給さ
れ、左へ流れる。低温流体１０５は、図２の左側から供
給され、右へ流れる。そのようにして、伝熱面を挟んで
２つの流体が接し熱交換を行う。
子製伝熱管２およびｐ型素子製伝熱管１を交互に直列に
接続される。高温流体１０６は、図２の右側から供給さ
れ、左へ流れる。低温流体１０５は、図２の左側から供
給され、右へ流れる。そのようにして、伝熱面を挟んで
２つの流体が接し熱交換を行う。
【００２２】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）流体の熱交換により、ｐ型素子製伝熱管１および
ｎ型素子製伝熱管２には高温流体の流れ方向に流体の温
度変化に相当する温度差が生じ、起電力が発生する。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）流体の熱交換により、ｐ型素子製伝熱管１および
ｎ型素子製伝熱管２には高温流体の流れ方向に流体の温
度変化に相当する温度差が生じ、起電力が発生する。
【００２３】これを電力として取り出すことで伝熱管の
軸方向の熱伝導による損失から電力を回収することが出
来る。 （２）熱交換器は多数の伝熱管を用いて構成されるの
で、これらを直列に接続することで、熱電対を多数接続
したと同様の熱電モジュールを構成することが出来る。 （３）伝熱管は、１つの素子で構成されるため、異材接
合部を最低限に抑えることが出来る。 （４）伝熱面の裏表に温度差を与えるために、伝熱面を
厚くする必要がなく、発電器をコンパクトに構成するこ
とが出来る。 （５）素子の温度差は、流体の流れ方向の温度分布によ
り維持されるため、素子の熱電物性の内、熱伝導率の影
響が低下し、熱伝導率が高く性能指数が低い熱電材料で
も効率よく発電することが出来る。
軸方向の熱伝導による損失から電力を回収することが出
来る。 （２）熱交換器は多数の伝熱管を用いて構成されるの
で、これらを直列に接続することで、熱電対を多数接続
したと同様の熱電モジュールを構成することが出来る。 （３）伝熱管は、１つの素子で構成されるため、異材接
合部を最低限に抑えることが出来る。 （４）伝熱面の裏表に温度差を与えるために、伝熱面を
厚くする必要がなく、発電器をコンパクトに構成するこ
とが出来る。 （５）素子の温度差は、流体の流れ方向の温度分布によ
り維持されるため、素子の熱電物性の内、熱伝導率の影
響が低下し、熱伝導率が高く性能指数が低い熱電材料で
も効率よく発電することが出来る。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱電発電器を
示す図。
示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の係る熱電発電器を
示す図。
示す図。
【図３】従来の熱電発電器を示す図。
【図４】従来の熱電発電器の作動流体の温度分布を示す
図。
図。
１ …ｐ型素子製伝熱管 ２ …ｎ型素子製伝熱管 ３ …電極 ４ …流路壁 ５ …邪魔板 ６ …高温流体ヘッダ ７ …胴 ８ …高温流体入口 ９ …高温流体出口 １０…低温流体入口 １１…低温流体出口 １２…壁 １０１…ｐ型素子 １０２…ｎ型素子 １０３…電極 １０４…支持パネル １０５…低温流体 １０６…高温流体
Claims (3)
- 【請求項１】（Ａ）ｐ型熱電材料で構成した流路壁と、
（Ｂ）ｎ型熱電材料で構成した流路壁と、（Ｃ）電極
と、（Ｄ）前記流路壁の所望の面に、反対面（所望の面
の裏面）と温度差を有する流体を通す手段とからなり、
（Ｅ）前記ｐ型熱電材料で構成した流路壁とｎ型熱電材
料で構成した流路壁を、電極により電気的に交互に接続
して構成することを特徴とする熱電発電装置。 - 【請求項２】（Ａ）ｐ型熱電材料で構成した流路壁と、
ｎ型熱電材料で構成した流路壁とが、交互に積層して形
成され，（Ｂ）前記ｐ型熱電材料で構成した流路壁とｎ
型熱電材料で構成した流路壁を、電極により電気的に交
互に接続して構成することを特徴とする請求項１記載の
熱電発電装置。 - 【請求項３】（Ａ）管状に形成され、その内部に外部と
温度差をもった流体を通すｐ型素子製伝熱管（１）と、
（Ｂ）管状に形成され、その内部に外部と温度差をもっ
た流体を通すｎ型素子製伝熱管（２）と、（Ｃ）電極
（３）とからなり、（Ｄ）前記ｐ型素子製伝熱管（１）
及びｎ型素子製伝熱管（２）を、電極（３）により電気
的に交互に接続して構成することを特徴とする熱電発電
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07827597A JP3556799B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 熱電発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07827597A JP3556799B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 熱電発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10275943A true JPH10275943A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3556799B2 JP3556799B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=13657433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07827597A Expired - Fee Related JP3556799B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 熱電発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3556799B2 (ja) |
Cited By (13)
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|---|---|---|---|---|
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- 1997-03-28 JP JP07827597A patent/JP3556799B2/ja not_active Expired - Fee Related
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