JPH1127969A - 熱伝達率コントロール熱電発電装置 - Google Patents

熱伝達率コントロール熱電発電装置

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JPH1127969A
JPH1127969A JP9182452A JP18245297A JPH1127969A JP H1127969 A JPH1127969 A JP H1127969A JP 9182452 A JP9182452 A JP 9182452A JP 18245297 A JP18245297 A JP 18245297A JP H1127969 A JPH1127969 A JP H1127969A
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thermoelectric
heat transfer
medium
temperature difference
deviation
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Hisashi Yanagida
尚志 柳田
Masayuki Takeishi
雅之 武石
Hiroshi Fujimoto
洋 藤本
Hidekazu Hayashi
秀和 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、複数モジュール連結時の総電力の低
下を抑制することが出来る熱電発電装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 一面を加熱媒体12で加熱し、他面を冷
却媒体13で冷却して、両端接合部に温度差を生じさせ
ることにより、電気出力を得る熱電発電モジュール2を
複数個接続して構成する熱電発電装置において、(A)
前記複数の熱電発電モジュール2の各々の両端接合部に
生じる温度差の偏差を小さくするための偏差抑制手段を
設け,(B)複数のモジュール2の熱伝達率をコントロ
ールすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排熱利用熱電発電
システムの熱電発電装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を図5〜図8に基づき説明す
る。図5は、熱電モジュールの原理図。図6は、熱電発
電装置の概略図。
【0003】図7は、熱電発電システムの系統図。図8
は、従来の熱電発電装置の構成を示す図である。ゼーべ
ック効果を利用して、ある形態の熱エネルギーを直接電
気エネルギーに変換する半導体熱電素子1は、図5に示
すように2種類の金属の代わりにp型、およびn型の半
導体を一対に接続したものを素子として用いている。
【0004】この一対の半導体熱電素子1の起電力は小
さいので、多数の対を直列にしてユニット化した熱電発
電モジュール2が用いられている。例えば、エンジン駆
動の発電機とその排ガスや、冷却水の熱を回収利用する
コージェネレーションシステムに、上記熱電発電モジュ
ール2を用いた場合は、図6に示す熱電発電装置で、エ
ンジンの排熱を価値の高い電力に変換している。
【0005】例えば、図7に示すように、ガスエンジン
4と排ガス熱交換器5の間に、この発電ユニッ卜3を設
け、加熱媒体12に排ガスを、冷却媒体13にジャケッ
ト水冷却水を用いて、熱エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する。
【0006】従来の熱電発電装置3は、例えば、図8に
示すような構成となっている。プレー卜フィン型熱交換
器6と熱電発電モジュール2との間に絶縁材7としてセ
ラミック板を挿入し、これらの間に熱伝導性の良いイン
サート材8、例えば熱伝導グリースを塗布し、熱抵抗を
均一、かつ、可能な限り小さくすることで、各モジュー
ル単体からの出力電力を最大限に得る構造となってい
る。
【0007】この構造(従来の構造)の場合、媒体上流
側で生じるモジュールの温度差は大きく、出力電力も最
大となるが、下流側のモジュールに与えられる温度差
は、非常に小さくなってしまい、出力電力も上流側に比
べて大きく低下してしまう。このような媒体上流と下流
側で出力電力に大きな差が生じるシステムにおいては、
複数モジュールを連結した場合、総電力が低下してしま
うことがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術には、次の
ような問題がある。 (1)従来の技術では、すべての熱電発電モジュール2
に対して熱交換器6との間の熱抵抗を、均一、かつ、可
能な限り小さくし、各モジュール単体に生じる温度差が
最大、すなわち、モジュール単体からの出力電力が最大
となるような構造としているが、この構造では、媒体上
流側の熱電モジュール2に対しては、大きな温度差が生
じ、出力電力も大きいが、その分、下流側で生じる温度
差は小さく、出力電力も低くなる。 (2)このような出力電力の高いモジュ一ルと、出力電
力の低いモジュールを連結した場合、低出力のモジュー
ルに支配され、総電力としては低下してしまうことがあ
る。
【0009】本発明は、これらの問題を解決することが
できる装置、すなわち、各モジュールの出力電力をでき
る限り均一にすることにより、複数モジュールを連結し
た場合においても、総電力の低下を抑制することが出来
る装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(第1の手段)本発明に係る熱伝達率コントロール熱電
発電装置は、一面を加熱媒体12で加熱し、他面を冷却
媒体13で冷却して、両端接合部に温度差を生じさせる
ことにより、電気出力を得る熱電発電モジュール2を複
数個接続して構成する熱電発電装置において、(A)前
記複数の熱電発電モジュール各々の両端接合部に生じる
温度差の偏差を小さくするための偏差抑制手段を設け,
(B)前記複数のモジュールの熱伝達率をコントロール
することを特徴とする。 (第2の手段)本発明に係る熱伝達率コントロール熱電
発電装置は、第1の手段において、(A)前記複数の熱
電発電モジュール各々の両端接合部に生じる温度差の偏
差を小さくするための偏差抑制手段は、各媒体(12、
13)それぞれの上流部と熱電発電モジュール2との間
に挿入された熱伝達率の低い熱抵抗体9と、前記各媒体
(12、13)それぞれの下流部と熱電発電モジュール
2との間に挿入された熱伝達率の良いダミーとしての熱
抵抗体19(以下ダミー体ともいう)であって、前記熱
抵抗体9の熱伝達率を、前記ダミーとしての熱抵抗体1
9の熱伝達率よりも相対的に低くし、(B)複数の熱電
発電モジュール2に生じる温度差の偏差を小さくするこ
とにより、各熱電発電モジュール2からの出力電力の差
を低減し、複数の熱電発電モジュール2を連結した時の
総電力の低下を抑制させることを特徴とする。 (第3の手段)本発明に係る熱伝達率コントロール熱電
発電装置は、第1の手段において、(A)前記複数の熱
電発電モジュール各々の両端接合部に生じる温度差の偏
差を小さくするための偏差抑制手段は、各媒体(12、
13)それぞれと熱交換するプレー卜フィン型熱交換器
(6)であって、(B)前記プレー卜フィン型熱交換器
(6)の各媒体の流れの上流側の熱交換率を、下流側に
比べて相対的に低くしたことを特徴とする。 (第4の手段)本発明に係る熱伝達率コントロール熱電
発電装置は、第1の手段において、(A)前記複数の熱
電発電モジュール各々の両端接合部に生じる温度差の偏
差を小さくするための偏差抑制手段は、各媒体(12、
13)それぞれと熱交換するプレー卜フィン型熱交換器
6であって、(B)前記プレー卜フィン型熱交換器6の
各媒体の流れの上流側のフィンの数を、下流側のフィン
の数に比べて、相対的に少なくしたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1〜図7
に示す。図1は、第1の実施の形態に係る熱電発電装置
の熱接触境界面図の説明図。図2は、第2の実施の形態
に係るフィン形状変化による熱伝達率コントロールの説
明図。
【0012】図3は、第2の実施の形態に係るフィンの
数の変化による熱伝達率コントロールの説明図。図4
は、本発明の熱電発電装置の構成を示す図。
【0013】図5は、熱電モジュールの原理図。図6
は、熱電発電装置全体の概略図。図7は、コージェネシ
ステムに熱電発電装置を適用した場合の一実施例の系統
図である。 (第1の実施の形態)図1は、第1の実施の形態に係る
熱電発電装置の熱接触境界面図の説明図である。
【0014】第1の実施の形態では、上記問題を解決す
る為、(すなわち、上流側のモジュールと下流側のモジ
ュールに生じる温度差を可能な限り均一とするため)、
図7の熱電発電装置の上流側のモジュール2とプレー卜
フィン型熱交換器6との間に、熱抵抗体9となるもの、
例えばセラミック板(電気絶縁用と比較して厚めのも
の)を挿入するとともに、下流側のモジュール2とプレ
ー卜フィン型熱交換器6との間に、熱伝達率の良いも
の、例えば銅板を、ダミーとしての熱抵抗体19とし
て、挿入する(図1)。
【0015】ここで上流側とは、媒体を基準として記述
する。従って、加熱媒体12については、図1の左側
(すなわち、加熱媒体の入り口側)が上流側となり、冷
却媒体13については、図1の右側(すなわち、冷却媒
体の入り口側)が上流側となる。
【0016】ダミーとしての熱抵抗体19は、上流側の
絶縁材である熱抵抗体9と厚さを合わせる為に、下流側
に挿入する。第1の実施の形態では、媒体上流側での熱
伝達率を故意に低下させることにより、媒体の上流での
温度変化を抑制し、下流側においても充分な温度差をモ
ジュールに与えることが可能になる。
【0017】したがって、媒体上流側のモジュールの出
力電力は、単体としては低下するが、下流側でのモジュ
ールの出力電力は増加し、上、下流での熱電モジュール
の出力電力差は低減されるため、複数モジュール連結時
の総電力量は向上する。 (第2の実施の形態)図2は、第2の実施の形態に係る
フィンの形状変化による熱伝達率コントロールの説明図
であり、図3は、第2の実施の形態に係るフィンの数の
変化による熱伝達率コントロールの説明図である。
【0018】フィン11は、プレー卜フィン型熱交換器
の媒体流路にあり、熱伝達率の向上のために設けられて
いる。従って、第2の実施の形態では、上記問題を解決
する為、(すなわち、上流側のモジュールと下流側のモ
ジュールに生じる温度差を可能な限り均一とするた
め)、図8の熱電発電装置の上流側と、下流側のフィン
11の数と形状を変化させることにより、熱伝達率のコ
ントロールを可能にしている。
【0019】すなわち、媒体上流側では温度変化が大き
いため、下流側のフィン効率が上流側を上回るように、
図3に示す通り、下流側のフィン11a を上流側のフィ
ン11c よりも多く設けることにより、モジュールに均
−な温度差を与える。
【0020】フィン以外の構成は、図8の従来装置の構
成と同じである。ここで上流側とは、媒体を基準として
記述する。従って、加熱媒体12については、図2の左
側(すなわち、加熱媒体の入り口側)が上流側となり、
冷却媒体13については、図2の右側(すなわち、冷却
媒体の入り口側)が上流側となる。
【0021】したがって、各モジュールにおける出力電
力差が低減されることになる。尚、各媒体それぞれと熱
交換するプレー卜フィン型熱交換器6による熱伝達率コ
ントロールにおいて、各媒体の流れの上流側の熱交換率
を、下流側に比べて、相対的に低くすることは、上述の
フィンの数の変化による場合の他、熱交換器の上流側と
下流側とで各媒体が流れる流路の断面積の変化、熱伝達
率の異なる異種材料の使用、フィン形状の変化等々、或
いはそれらの組合わせなどの種々の手段により達成する
ことが出来る。 (第3の実施の形態)第3の実施の形態では、上記問題
を解決する為、(すなわち、上流側のモジュールと下流
側のモジュールに生じる温度差を可能な限り均一とする
ため)、第1の実施の形態と、第2の実施の形態を併用
する。すなわち、(a)図8の熱電発電装置の上流側の
モジュール2とプレー卜フィン型熱交換器6との間に、
熱抵抗体9となるもの、例えばセラミック板(電気絶縁
用と比較して厚めのもの)を挿入するとともに、下流側
のモジュール2とプレー卜フィン型熱交換器6との間
に、熱伝達率の良いもの、例えば銅板を、ダミーとして
の熱抵抗体19として、挿入するとともに、(b)図8
の熱電発電装置の上流側と、下流側のフィン11の数と
形状を変化させることにより、熱伝達率のコントロール
を可能にしている。
【0022】以上、説明したように、本発明装置によれ
ば、複数の熱電発電モジュール2を連結させる時、出力
電力に大きな差があり、総電力が低下してしまう場合
に、出力電力差を低減させることにより、複数モジュー
ル連結時の総電力の低下を抑制することが出来る。
【0023】
【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)本発明装置は、複数の熱電モジュール2からの出
力電力差を低減することが出来る。 (2)そのために、複数モジュール連結時の総電力の低
下を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る熱伝達率コン
トロール熱電発電装置の熱接触境界面図の説明図。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係るフィンの形状
変化による熱伝達率コントロールの説明図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係るフィンの数の
変化による熱伝達率コントロールの説明図。
【図4】本発明の熱電発電装置の構成を示す図。
【図5】熱電モジュールの原理図。
【図6】熱電発電装置の概略図。
【図7】熱電発電システムの系統図。
【図8】従来の熱電発電装置の構成を示す図。
【符号の説明】
1 …半導体熱電素子 2 …熱電発電モジュール 3 …熱電発電装置(従来) 4 …ガスエンジン 5 …排ガス熱交換器 6 …プレー卜フィン型熱交換器 7 …絶縁材(セラミック板) 8 …インサート材 9 …熱伝達率の低い熱抵抗体 10…熱電発電装置(本発明) 11…フィン 12…加熱媒体(排ガス) 13…冷却媒体(冷却水) 19…熱伝達率の良いダミーとしての熱抵抗体(ダミー
体)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀和 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一面を加熱媒体(12)で加熱し、他面を
    冷却媒体(13)で冷却して、両端接合部に温度差を生
    じさせることにより、電気出力を得る熱電発電モジュー
    ル(2)を複数個接続して構成する熱電発電装置におい
    て、(A)前記複数の熱電発電モジュール各々の両端接
    合部に生じる温度差の偏差を小さくするための偏差抑制
    手段を設け,(B)前記複数のモジュールの熱伝達率を
    コントロールすることを特徴とする熱電発電装置。
  2. 【請求項2】一面を加熱媒体(12)で加熱し、他面を
    冷却媒体(13)で冷却して、両端接合部に温度差を生
    じさせることにより、電気出力を得る熱電発電モジュー
    ル(2)を複数個接続して構成する熱電発電装置におい
    て、(A)前記複数の熱電発電モジュール各々の両端接
    合部に生じる温度差の偏差を小さくするための偏差抑制
    手段は、各媒体(12、13)それぞれの上流部と熱電
    発電モジュール(2)との間に挿入された熱伝達率の低
    い熱抵抗体(9)と、前記各媒体(12、13)それぞ
    れの下流部と熱電発電モジュール(2)との間に挿入さ
    れた熱伝達率の良いダミーとしての熱抵抗体(19)で
    あって、前記熱抵抗体(9)の熱伝達率を、前記ダミー
    としての熱抵抗体(19)の熱伝達率よりも相対的に低
    くし、(B)複数の熱電発電モジュール(2)に生じる
    温度差の偏差を小さくすることにより、各熱電発電モジ
    ュール(2)からの出力電力の差を低減し、複数の熱電
    発電モジュール(2)を連結した時の総電力の低下を抑
    制させることを特徴とする請求項1に記載の熱伝達率コ
    ントロール熱電発電装置。
  3. 【請求項3】一面を加熱媒体(12)で加熱し、他面を
    冷却媒体(13)で冷却して、両端接合部に温度差を生
    じさせることにより、電気出力を得る熱電発電モジュー
    ル(2)を複数個接続して構成する熱電発電装置におい
    て、(A)前記複数の熱電発電モジュール各々の両端接
    合部に生じる温度差の偏差を小さくするための偏差抑制
    手段は、各媒体(12、13)それぞれと熱交換するプ
    レー卜フィン型熱交換器(6)であって、(B)前記プ
    レー卜フィン型熱交換器(6)の各媒体の流れの上流側
    の熱交換率を、下流側に比べて相対的に低くしたことを
    特徴とする請求項1に記載の熱伝達率コントロール熱電
    発電装置。
  4. 【請求項4】一面を加熱媒体(12)で加熱し、他面を
    冷却媒体(13)で冷却して、両端接合部に温度差を生
    じさせることにより、電気出力を得る熱電発電モジュー
    ル(2)を複数個接続して構成する熱電発電装置におい
    て、(A)前記複数の熱電発電モジュール各々の両端接
    合部に生じる温度差の偏差を小さくするための偏差抑制
    手段は、各媒体(12、13)それぞれと熱交換するプ
    レー卜フィン型熱交換器(6)であって、(B)前記プ
    レー卜フィン型熱交換器(6)の各媒体の流れの上流側
    のフィンの数を、下流側のフィンの数に比べて、相対的
    に少なくしたことを特徴とする請求項1に記載の熱伝達
    率コントロール熱電発電装置。
JP18245297A 1997-07-08 1997-07-08 熱伝達率コントロール熱電発電装置 Expired - Lifetime JP3350705B2 (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008167626A (ja) * 2007-01-04 2008-07-17 Toyota Motor Corp 熱発電装置
JP2013516777A (ja) * 2010-01-08 2013-05-13 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 熱伝導材料から電気エネルギーを生成するための装置
JP2013543656A (ja) * 2010-09-29 2013-12-05 ヴァレオ システム テルミク 熱電装置、特に、自動車において電流を発生させるための熱電装置
JP2016102446A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 株式会社三五 排気熱回収装置
JP2016131213A (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 株式会社デンソー 熱電発電装置
WO2024209517A1 (ja) * 2023-04-03 2024-10-10 ナカムラマジック株式会社 熱電変換ユニット、熱電発電システム及びそれらに用いられる放熱器

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