JP2010238822A

JP2010238822A - Thermoelectric power generator

Info

Publication number: JP2010238822A
Application number: JP2009083674A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Fujii; 一宏藤井; Hisao Tanaka; 久男田中; Atsushi Nagai; 淳長井
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP5444787B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generator that uses a high-temperature radiant body as a heat source and has high performance enough to be practical. <P>SOLUTION: A thermoelectric power generator 1 comprises a metallic radiant heat receiving board 3 for receiving heat emitted by a radiant body, a cooling board 4, and a thermoelectric conversion module 2 held between the metallic radiant heat receiving board and the cooling board. A support frame 7 is provided that has a pressing mechanism 5 for bringing the metallic radiant heat receiving board 3, thermoelectric conversion module 2, and cooling board 4 into press contact with each other and supporting them. In the support frame 7, a hole 7a is formed to expose the surface of the radiant heat receiving board 3 with respect to the radiant body, and radiant heat from the radiant body is used as a heat source. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱電変換モジュールを用いて、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する熱電発電装置に関し、特に輻射熱を発する各種熱源に適用して、放散されてきた熱を有効に利用し、省エネルギー、環境対策に資する熱電発電装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric power generation apparatus that directly converts thermal energy into electrical energy using a thermoelectric conversion module, and in particular, is applied to various heat sources that emit radiant heat. The present invention relates to a thermoelectric generator that contributes to countermeasures.

従来、省エネルギーの観点から、自動車や工場や焼却炉等から排出される廃熱エネルギーを有効利用するため、様々な技術が開発されてきた。更に近年では、世界規模で地球温暖化に対する危機意識が高まり、その対策として、原因となる温暖化ガスの排出削減をうたった京都議定書の実質的履行が大きな課題となっている。 Conventionally, from the viewpoint of energy saving, various technologies have been developed to effectively use waste heat energy discharged from automobiles, factories, incinerators, and the like. Furthermore, in recent years, global awareness of global warming has increased, and as a countermeasure against this, the substantial implementation of the Kyoto Protocol, which stipulates the reduction of greenhouse gas emissions, has become a major issue.

このような情勢の中で、従来利用されることのなかった、或いは利用できなかった上述のような廃熱エネルギーを有効に利用することが喫緊の課題となっている。その課題解決の有効な手段の一つとして、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電発電技術が注目されている。 Under such circumstances, it is an urgent issue to effectively use the waste heat energy as described above, which has not been used or could not be used. As one of the effective means for solving the problem, thermoelectric power generation technology that directly converts thermal energy into electric energy has attracted attention.

熱電発電技術は、ゼーベック効果として知られる熱電効果を利用する技術で、高い変換効率を得るために、１対以上のｐ型及びｎ型の熱電半導体を組み合わせて構成される熱電変換モジュールが一般に用いられる。熱電変換モジュールは、構造が簡単で、振動、騒音、摩耗等を生じる可動部がなく、取り扱いが安易且つ安定に特性を維持できることから、広範囲にわたる利用が期待されている。 Thermoelectric power generation technology is a technology that uses the thermoelectric effect known as the Seebeck effect, and is generally used by a thermoelectric conversion module configured by combining one or more pairs of p-type and n-type thermoelectric semiconductors in order to obtain high conversion efficiency. It is done. Thermoelectric conversion modules are simple in structure, have no moving parts that generate vibration, noise, wear, etc., and are easy to handle and can stably maintain their characteristics, so that they are expected to be used in a wide range.

熱電発電技術を用いて、未利用のエネルギーを有効利用する試みは、これまでも種々行われている（例えば非特許文献１参照）。しかしながら、未利用の輻射熱を、この熱電発電技術により回収及び利用することについては、その多くは太陽光からの熱を熱源とするものが大半で（例えば非特許文献１、５３３ページ、特許文献１及び2参照）、その他の事例では、抵抗加熱式工業炉の廃熱回収に用いた例があるものの（例非特許文献１、６１２ページ参照）、非特許文献２に述べられているように、廃熱量として大きな割合を占める、鉄鋼生産ラインにおいて放散される熱に対しては、わずかに特許文献３及び４に、その概念が、またより具体的構造について、特許文献５に述べられているものの、これまで実用に供された事例はない。 Various attempts have been made to effectively use unused energy using thermoelectric power generation technology (see Non-Patent Document 1, for example). However, with regard to recovering and using unused radiant heat by this thermoelectric power generation technology, most of them use heat from sunlight as a heat source (for example, Non-Patent Document 1, page 533, Patent Document 1). In other cases, there are examples used for waste heat recovery of resistance heating industrial furnaces (see non-patent document 1, page 612), but as described in non-patent document 2, For the heat dissipated in the steel production line, which accounts for a large proportion of the amount of waste heat, the concept is described in Patent Documents 3 and 4 slightly, and the more specific structure is described in Patent Document 5. So far, there have been no practical examples.

特開昭６２−６７８８８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-67888 特開２００１−１５３４７０号公報JP 2001-153470 A 特開平５９−１９８８８３号公報JP 59-198883 A 特開昭６０−３４０８４号公報JP 60-34084 A 特開２００８−９１４５３公報JP 2008-91453 A

「熱電変換技術ハンドブック」５１５ページから６６８ページ、梶川武信監修、リアライズ社発行（２００８年）"Thermoelectric Conversion Technology Handbook", pages 515-668, supervised by Takenobu Kajikawa, published by Realize (2008) 「平成12年度工場群の排熱実態調査研究」省エネルギーセンター（http://www.eccj.or.jp/wasteheat/index.html）“Study on the actual state of waste heat in factories in 2000” Energy Conservation Center (http://www.eccj.or.jp/wasteheat/index.html) 阿部光範：キッチン・バス工業会会報No.55（平成11年4月）（http://www.kitchen-bath.jp/public/40nenshi/4.4sutenresukiso.pdf）Mitsunobu Abe: Bulletin of the Kitchen and Bath Industry Association No. 55 (April 1999) (http://www.kitchen-bath.jp/public/40nenshi/4.4sutenresukiso.pdf)

熱電発電装置の最も一般的な形態は、発電装置の本体である、通常板状に作られた熱電変換モジュールの一方の面を、高温に熱せられた物体に、他方の面を水等で冷却された物体に接触させて、熱電変換モジュールに温度差を生じさせることにより、熱電発電装置を構成する、熱電変換材料における、ゼーベック効果により、直流電圧を発生させるものである。このようにして、発生した電力を直流のまま、或いは、直流から交流に変換して利用する。 The most common form of thermoelectric power generator is the main body of the power generator, usually one side of a thermoelectric conversion module made in the shape of a plate, cooled to an object heated to a high temperature, and the other side cooled with water, etc. A DC voltage is generated by the Seebeck effect in the thermoelectric conversion material constituting the thermoelectric power generation device by causing a temperature difference in the thermoelectric conversion module by bringing it into contact with the formed object. In this way, the generated electric power is used as it is or converted from DC to AC.

これまで開発されてきた熱電発電装置では、前記熱電発電装置の構成について、適用する種々の熱源毎に、最適化された個々の部材や接触の方法、構造等が考案されてきた。広く輻射熱源への適用を目的とした熱電発電装置としては、特許文献５にその一例が記載されている。具体的には、高温媒体の熱エネルギーを伝導する高温部材、内部に低温媒体流路を有する低温部材、高温媒体と低温媒体流路に供給される低温媒体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換モジュールとからなり、低温部材の高温媒体とは反対の側に配置されたフレーム、このフレームと高温部材との間を締結する複数本のタイロッドとを備える、基本構造としては一般的な構造の熱電発電装置が記載されている。 In the thermoelectric power generation devices that have been developed so far, optimized members, contact methods, structures, and the like have been devised for the various heat sources to be applied to the configuration of the thermoelectric power generation devices. An example of a thermoelectric generator that is widely intended for application to a radiant heat source is described in Patent Document 5. Specifically, a high-temperature member that conducts the thermal energy of the high-temperature medium, a low-temperature member that has a low-temperature medium flow path inside, and the thermal energy due to the temperature difference between the high-temperature medium and the low-temperature medium supplied to the low-temperature medium flow path as electrical energy. As a basic structure, it is composed of a thermoelectric conversion module that converts the frame into a frame, and a frame disposed on the opposite side of the low temperature member from the high temperature medium, and a plurality of tie rods that fasten the frame and the high temperature member. A thermoelectric generator with a typical structure is described.

特許文献５においては、輻射熱源にも適用する熱電発電装置として種々特徴が述べられているが、前記高温部材については、特許文献５の段落〔００１２〕において、「その一側面に形成したねじ穴」に「それぞれタイロッド」が「取り付けられている」。更に特許文献５の段落〔００３３〕において、前記高温部材は、「温度も４００℃以上の高温になることが想定されるため」、「高温強度が要求される。また、溶接や加工も必要であり」その「材質は、クロムモリブデン鋼、フェライト系ステンレス鋼、又はオーステナイト系ステンレス鋼であることが望ましい。」とされている。特許文献５においては、タイロッドによる押し付け圧を高温まで維持できるよう、種々の工夫を行っており、タイロッドを取り付けた、前記高温部材の強度が高いことが必須条件である。 In Patent Document 5, various characteristics are described as a thermoelectric power generation device that is also applied to a radiant heat source. However, in the paragraph [0012] of Patent Document 5, “a screw hole formed on one side surface” of the high temperature member is described. "Each tie rod" is "attached". Furthermore, in paragraph [0033] of Patent Document 5, the high-temperature member is required to have high-temperature strength because “the temperature is assumed to be a high temperature of 400 ° C. or higher” and also requires welding and processing. “There is desirable that the material is chromium molybdenum steel, ferritic stainless steel, or austenitic stainless steel”. In patent document 5, various devices are made so that the pressing pressure by the tie rod can be maintained up to a high temperature, and it is an essential condition that the high-temperature member to which the tie rod is attached has a high strength.

一方、熱電発電装置の性能としては、熱電変換モジュールに熱エネルギーを効率よく供給することが必要で、そのためには熱源と熱電変換モジュールとの間の熱伝達係数をできるだけ大きくすることが望ましい。従って、熱源と熱電変換モジュールとの間に設置する材料の熱伝導率は、大きいことが望ましいのは自明である。 On the other hand, as the performance of the thermoelectric generator, it is necessary to efficiently supply thermal energy to the thermoelectric conversion module. For this purpose, it is desirable to increase the heat transfer coefficient between the heat source and the thermoelectric conversion module as much as possible. Therefore, it is obvious that the thermal conductivity of the material installed between the heat source and the thermoelectric conversion module is desirably large.

然るに、特許文献５に記載の熱電発電装置においては、熱源と熱電変換モジュールとの間に設置する、前記高温部材として選択した材料は、高温強度のあるものであり、その熱伝導率は、比較的高い値を示すフェライト系ステンレス鋼でも、高々２６．１Ｗ／ｍ・Ｋである（非特許文献３参照）。そのため、特許文献５に記載の熱電発電装置では、熱エネルギーの流れが阻害される構造であることから、十分な発電性能を発揮できないという問題がある。 However, in the thermoelectric generator described in Patent Document 5, the material selected as the high temperature member installed between the heat source and the thermoelectric conversion module has high temperature strength, and its thermal conductivity is compared. Even a ferritic stainless steel showing a particularly high value is 26.1 W / m · K at most (see Non-Patent Document 3). For this reason, the thermoelectric power generation device described in Patent Document 5 has a structure in which the flow of thermal energy is hindered, so that sufficient power generation performance cannot be exhibited.

本発明者らは、特許文献５に記載の熱電発電装置に相当する熱電発電装置を試作し、これを輻射熱源に対して適用し、その性能を評価したところ、前述の問題に加え、さらなる問題があることが明らかになった。即ち、試作した高温部材の材質として、熱伝導率の大きくない高温部材を用いると、輻射熱源に対した面（受熱面）と、その裏面との間に大きな温度差が生じ、そのため、熱電変換モジュールの接している部分付近を中心に、熱源側に凸状に変形してしまい、そのため、前記高温部材と熱電変換モジュールの間に隙間が生じ、熱伝達が著しく損なわれるのである。前記凸状の変形は、タイロッドにより、熱電変換モジュールの両側を締め付けることにより、更に大きくなるものと推定される。 The inventors of the present invention prototyped a thermoelectric power generation device corresponding to the thermoelectric power generation device described in Patent Document 5, applied it to a radiant heat source, and evaluated its performance. It became clear that there is. In other words, if a high-temperature member with low thermal conductivity is used as the material of the prototyped high-temperature member, a large temperature difference occurs between the surface facing the radiant heat source (heat-receiving surface) and its back surface, and therefore thermoelectric conversion Centering around the area where the module is in contact, the heat source side is deformed in a convex shape, so that a gap is formed between the high temperature member and the thermoelectric conversion module, and heat transfer is significantly impaired. It is estimated that the convex deformation is further increased by tightening both sides of the thermoelectric conversion module with tie rods.

上述したように、高温輻射体を熱源とする熱電発電装置は、概念としては報告されているものの他、具体的構造の発電装置としても、高い性能の発電装置とはいえず、これまで実用に供されてこなかった。 As described above, thermoelectric power generators using a high-temperature radiator as a heat source are not reported as concepts, and even power generators with a specific structure are not high-performance power generators, so far they have been put into practical use. It has not been served.

従って、本発明の目的は、高温輻射体を熱源とする熱電発電装置であって、実用に供するに十分な性能を有する熱電発電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoelectric power generation apparatus that uses a high-temperature radiator as a heat source and has sufficient performance for practical use.

即ち、本発明は、以下の１）〜４）の熱電発電装置に関する。
１）輻射体が放射する熱を受ける金属製の輻射受熱板と、冷却板と、該金属製の輻射受熱板と該冷却板との間に挟持される熱電変換モジュールとからなる熱電発電装置において、
該金属製の輻射受熱板、該熱電変換モジュール及び該冷却板を互いに圧接し、支持するための押圧機構を有する支持枠を設け、該支持枠は、該輻射受熱板の該輻射体に対する面を露出させるための穴を設けたものであることを特徴とする、輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。
２）前記輻射受熱板が、前記熱電変換モジュールとの熱的接触が維持できる程度の熱伝導率の高い受熱板であることを特徴とする、前記１）に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。
３）前記受熱板が、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする、前記２）に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。
４）前記熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料が、銅若しくはアルミニウム又はこれらを含む合金であることを特徴とする、前記３）に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。 That is, the present invention relates to the following thermoelectric generators 1) to 4).
1) In a thermoelectric generator comprising a metal radiation heat receiving plate that receives heat radiated from a radiator, a cooling plate, and a thermoelectric conversion module sandwiched between the metal radiation heat receiving plate and the cooling plate. ,
A support frame having a pressing mechanism for pressing and supporting the metal radiation heat receiving plate, the thermoelectric conversion module, and the cooling plate is provided, and the support frame has a surface of the radiation heat receiving plate facing the radiator. A thermoelectric power generator using a radiant heat from a radiant as a heat source, wherein a hole for exposure is provided.
2) The radiant heat receiving plate is a heat receiving plate having a high thermal conductivity enough to maintain thermal contact with the thermoelectric conversion module, and the radiant heat from the radiant body according to 1) is used as a heat source. A thermoelectric generator.
3) The thermoelectric power generator using radiant heat from the radiant body as described in 2) above, wherein the heat receiving plate is made of a material having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more.
4) The material having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more is copper, aluminum, or an alloy containing these, and the thermoelectric using radiant heat from the radiator as described in 3) above as a heat source Power generation device.

本発明によれば、高温輻射体を熱源とする熱電発電装置であって、実用に供するに十分な性能を有する熱電発電装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a thermoelectric power generating apparatus which uses a high-temperature radiator as a heat source, Comprising: The thermoelectric power generating apparatus which has performance sufficient for practical use can be provided.

図１は、本発明の熱電発電装置の１ユニットの構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of one unit of a thermoelectric power generator according to the present invention. 図２は、図１に示す熱電発電装置の１ユニットの断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one unit of the thermoelectric generator shown in FIG. 図３は、図１に示す熱電発電装置の１ユニットの上面模式図である。FIG. 3 is a schematic top view of one unit of the thermoelectric generator shown in FIG. 図４（ａ）は、熱電変換モジュールの一例を示す模式図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す熱電変換モジュールの断面模式図である。Fig.4 (a) is a schematic diagram which shows an example of a thermoelectric conversion module, FIG.4 (b) is a cross-sectional schematic diagram of the thermoelectric conversion module shown to Fig.4 (a). 図５は、本発明の熱電発電装置の９ユニットの構成を示す上面模式図である。FIG. 5 is a schematic top view showing the configuration of nine units of the thermoelectric generator of the present invention. 図６は、本発明の熱電発電装置による、発電試験の典型的データである。FIG. 6 shows typical data of a power generation test by the thermoelectric power generator of the present invention. 図７は、試験例の熱電発電装置による、発電試験の典型的データである。FIG. 7 shows typical data of a power generation test by the thermoelectric power generation apparatus of the test example. 図８は、図７に示す典型的データを部分拡大した図である。FIG. 8 is a partially enlarged view of the typical data shown in FIG. 図９（ａ）は、熱による受熱板の表裏の温度差による変形の状態を示す模式図であり、図９（ｂ）は、受熱板の表裏の温度差がなくなり変形が正常に復したときの状態を示す模式図である。FIG. 9A is a schematic diagram showing a state of deformation due to a temperature difference between the front and back surfaces of the heat receiving plate due to heat. FIG. 9B shows a state where the temperature difference between the front and back surfaces of the heat receiving plate disappears and the deformation returns to normal. It is a schematic diagram which shows this state.

以下、本発明の熱電発電装置の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a thermoelectric generator of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１には、本発明の熱電発電装置１の１ユニットの斜視図が示されている。図２は、図１に示す熱電発電装置１の１ユニットの断面図（図３のＡ−Ａ‘線断面）であり、図３は、図１に示す熱電発電装置１の１ユニットの上面図である。 FIG. 1 shows a perspective view of one unit of the thermoelectric generator 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view of one unit of the thermoelectric generator 1 shown in FIG. 1 (cross section taken along the line AA ′ of FIG. 3), and FIG. 3 is a top view of one unit of the thermoelectric generator 1 shown in FIG. It is.

図１乃至３に示すように、本実施形態の熱電発電装置１は、熱源（輻射体）から供給される熱エネルギーを輻射により受熱する受熱板３と、この受熱板３に一方の面を当接して受熱する熱電変換モジュール２と、冷却設備から供給される水等の低温媒体を内部に流通させて熱電変換モジュール２の他方の面を冷却する冷却板４とを備えている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the thermoelectric generator 1 according to this embodiment includes a heat receiving plate 3 that receives heat energy supplied from a heat source (radiant) by radiation, and one surface of the heat receiving plate 3 that faces the heat receiving plate 3. A thermoelectric conversion module 2 that contacts and receives heat and a cooling plate 4 that cools the other surface of the thermoelectric conversion module 2 by circulating a low-temperature medium such as water supplied from a cooling facility inside.

受熱板３は、例えば平板状であり、輻射体に対する面には、輻射熱を効率よく吸収できるよう、輻射率の高い炭素系や炭化珪素系の黒色塗料が塗布されている。受熱板３の熱電変換モジュール２が接触していない部分については、熱エネルギーの損失を抑制するために、断熱材（図示せず）が設置されている。 The heat receiving plate 3 has, for example, a flat plate shape, and a carbon-based or silicon carbide-based black paint having a high emissivity is applied to the surface of the radiator so that the radiant heat can be efficiently absorbed. About the part which the thermoelectric conversion module 2 of the heat-receiving board 3 is not contacting, in order to suppress the loss of a thermal energy, the heat insulating material (not shown) is installed.

熱電変換モジュール２は、所定厚さの矩形板状をなしており、熱電変換モジュール２の一方の面が、受熱板３に当接配置され、受熱板３との接触により加熱される。 The thermoelectric conversion module 2 has a rectangular plate shape with a predetermined thickness, and one surface of the thermoelectric conversion module 2 is disposed in contact with the heat receiving plate 3 and is heated by contact with the heat receiving plate 3.

冷却板４は、例えば小型化を図るために、エッチングで加工された複数枚の板を積層させて拡散接合された矩形状をなすものや、板状の金属ブロックの側面よりドリル等で穴を開け、貫通孔の一端を塞ぐ等により、水等の低温媒体の流路を形成したものであり、熱電変換モジュール２の他方の面に当接配置される。 For example, in order to reduce the size, the cooling plate 4 has a rectangular shape in which a plurality of plates processed by etching are laminated and diffusion-bonded, or a hole is drilled from the side of the plate-shaped metal block with a drill or the like. A flow path of a low-temperature medium such as water is formed by opening and closing one end of the through-hole, and is disposed in contact with the other surface of the thermoelectric conversion module 2.

図２及び３に示すように、冷却板４の内部には、冷却設備から供給される低温媒体を供給する流路、例えば蛇行流路としての低温媒体の流路４ａ（図中、破線で示されている）が形成されている。この冷却板４に熱電変換モジュール２の他方の面が接触することにより、熱電変換モジュール２の他方の面が冷却される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the cooling plate 4 has a flow path for supplying a low-temperature medium supplied from a cooling facility, for example, a low-temperature medium flow path 4a as a meandering flow path (indicated by a broken line in the figure). Is formed). When the other surface of the thermoelectric conversion module 2 comes into contact with the cooling plate 4, the other surface of the thermoelectric conversion module 2 is cooled.

図１及び２に示すように、冷却板４の熱電変換モジュール２が当接しない面（図１の上面）には凹部４ｃが形成され、押圧機構５の角柱棒状押圧部材５ａが嵌合されている。また、図１乃至３に示すように、冷却板４の側面には、低温媒体の流路４ａの入口及び出口４ｂが設けられている。この流路４ａの入口及び出口４ｂは、図５に示すように、配管９接続用の継手８がねじ込んで取付けられるようなねじ穴として形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a recess 4 c is formed on the surface of the cooling plate 4 on which the thermoelectric conversion module 2 does not contact (the upper surface in FIG. 1), and the prismatic bar-shaped pressing member 5 a of the pressing mechanism 5 is fitted. Yes. Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the side surface of the cooling plate 4 is provided with an inlet and an outlet 4b of a flow path 4a for the low temperature medium. As shown in FIG. 5, the inlet and outlet 4 b of the flow path 4 a are formed as screw holes to which the joint 8 for connecting the pipe 9 is screwed and attached.

而して、本実施形態の熱電発電装置１は、受熱板３、熱電変換モジュール２及び冷却板４を互いに圧接し、支持するための押圧機構を有する支持枠７を設けた点に特徴の一つを有している。 Thus, the thermoelectric generator 1 of the present embodiment is characterized in that a support frame 7 having a pressing mechanism for pressing and supporting the heat receiving plate 3, the thermoelectric conversion module 2, and the cooling plate 4 is provided. Have one.

支持枠７は、受熱板３を輻射体に対する面を露出させるための穴７ａが設けられた額縁状であり、複数のボルト挿通孔７ｂ（図示の例では両側に２個ずつ）が設けられている。各ボルト挿通口７ｂには、それぞれ締め付けボルト５ｃが取付けられる。尚、締め付けボルト５ｃの支持枠７への取付けは、ボルト締結又は溶接等を適用してもよい。
受熱板３を輻射体に対する面を露出させるための穴７ａの大きさは、受熱板が下方に落下しない程度の大きさであればよい。 The support frame 7 has a frame shape provided with a hole 7a for exposing the heat receiving plate 3 to the surface of the radiator, and a plurality of bolt insertion holes 7b (two on each side in the illustrated example) are provided. Yes. A fastening bolt 5c is attached to each bolt insertion port 7b. The fastening bolt 5c may be attached to the support frame 7 by bolt fastening or welding.
The size of the hole 7a for exposing the surface of the heat receiving plate 3 with respect to the radiator may be as long as the heat receiving plate does not fall downward.

支持枠７は、押圧機構５を備え、この押圧機構５は冷却板４を受熱板３側に向けて押圧する機能を有している。押圧機構５は、ボルトを通す挿通孔を両端に有する角柱棒状押圧部材５ａと、締め付けナット５ｂ及びボルト５ｃと、角柱棒状押圧部材５ａと締め付けナット５ｂの間に介在される、複数枚の積層構造とされた弾性部材であるスプリングワッシャ５ｄとを有する構成となっている。 The support frame 7 includes a pressing mechanism 5, and the pressing mechanism 5 has a function of pressing the cooling plate 4 toward the heat receiving plate 3. The pressing mechanism 5 has a prismatic bar-shaped pressing member 5a having insertion holes through which bolts pass at both ends, a tightening nut 5b and a bolt 5c, and a plurality of laminated structures interposed between the prismatic bar-shaped pressing member 5a and the tightening nut 5b. And a spring washer 5d which is an elastic member.

押圧機構５は、これを構成する角柱棒状押圧部材５ａが、冷却板４に形成された凹部４ｃに嵌合状態で当接すると共に、支持枠７に設けられたボルト挿通口７ｂから、角柱棒状押圧部材５ａに設けられたボルトを通す挿通孔へ締め付けボルト５ｃを挿入し、締め付けナット５ｂで締め付けることにより、冷却板４を受熱板３側に向けて押圧する。この構成において、ナット５ｂのねじ込み量を調整することにより、受熱板３、熱電変換モジュール２及び冷却板４の挟持強さを調整することができる。 In the pressing mechanism 5, the prismatic bar-shaped pressing member 5 a that constitutes the pressing mechanism 5 abuts against the recess 4 c formed in the cooling plate 4 in a fitted state, and from the bolt insertion port 7 b provided in the support frame 7, The fastening bolt 5c is inserted into the insertion hole through which the bolt is provided in the member 5a, and tightened with the fastening nut 5b, thereby pressing the cooling plate 4 toward the heat receiving plate 3 side. In this configuration, the clamping strength of the heat receiving plate 3, the thermoelectric conversion module 2, and the cooling plate 4 can be adjusted by adjusting the screwing amount of the nut 5b.

本発明で用いられる支持枠７や締め付けボルト５ｃは、熱源となる使用設備により、例えば温度が４００℃以上の高温になることが想定されるため、材質にはクリープ疲労損傷に対する強度を有する材料が求められる。そこで、締め付けボルト５ｃの材質としては、例えばＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼、又はＮＣＦ６００等の高ニッケル合金を適用することが望ましい。 Since the support frame 7 and the fastening bolt 5c used in the present invention are assumed to have a high temperature of, for example, 400 ° C. or more depending on the equipment used as a heat source, the material is a material having strength against creep fatigue damage. Desired. Therefore, it is desirable to use, for example, austenitic stainless steel such as SUS316 or SUS304 or a high nickel alloy such as NCF600 as the material of the fastening bolt 5c.

本発明で用いられる受熱板３としては、前記熱電変換モジュール２との熱的接触が維持できる程度の熱伝導率の高い材料、具体的には、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料が好ましい。熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、受熱面とその裏面間の温度差に起因する変形により、熱電変換モジュールと受熱体との密着を阻害し得る。
このような材料としては、銅若しくはアルミニウム又はそれらを含む合金等が挙げられる。具体的には、銅、アルミニウムに加え、タングステン、モリブデンを夫々含む銅合金や、銅と炭素材料の複合材料（島根県産業技術センター、ホームページ：http://www.pref.shimane.lg.jp/sangyo/kouhou/shinsozaikaihatsu.html参照）、アルミニウム合金では、シリコンを含むもの、シリコンと銅、シリコンとマグネシウム、シリコンと銅とマグネシウムを含むもの（科学技術振興機構報第５６６号参照）、また最近の研究により開発された、アルミニウムにカーボンナノチューブを分散して熱伝導率を大幅に高めたアルミ複合材料（産業技術総合研究所鋳造データベースより、鋳造工学便覧、ｐ４５０（http://unit.aist.go.jp/dmrc/db-dmrc/casting/gairon/text#07.htm)参照）や、最近開発された、ヒートレーンプレートと呼ばれる高熱伝導板（「ヒートレーン技術を用いた素子用放熱器」熱設計・対策技術シンポジウムに於ける発表論文（2002年4月18日幕張メッセ）参照）等が挙げられる。
前記構成とすることにより、高温領域であっても、十分な強度を有する支持枠と押圧機構により、冷却板および受熱板各々と熱電変換モジュールとの間に十分大きい熱伝達係数を保つことが可能であり、支持枠に穴を設け、熱伝導率の高い受熱板に直接熱源からの輻射熱を受熱することで、同じく受熱板の受熱面から熱電変換モジュールへ高い熱伝達を保つことができる。加えて、受熱板の受熱面とその対面との温度差が小さいことから、温度差による熱歪みを防止でき、受熱板と熱電変換モジュールの熱接触を確実に維持できる効果を発揮するものである。 As the heat receiving plate 3 used in the present invention, a material having a high thermal conductivity capable of maintaining thermal contact with the thermoelectric conversion module 2, specifically, a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, particularly A material having 150 W / m · K or more is preferable. When the thermal conductivity is less than 100 W / m · K, adhesion between the thermoelectric conversion module and the heat receiving body can be hindered due to deformation caused by a temperature difference between the heat receiving surface and the back surface thereof.
Examples of such a material include copper, aluminum, and alloys containing them. Specifically, in addition to copper and aluminum, copper alloys containing tungsten and molybdenum, and composite materials of copper and carbon materials (Shimane Prefectural Industrial Technology Center, website: http://www.pref.shimane.lg.jp) /sangyo/kouhou/shinsozaikaihatsu.html), aluminum alloys containing silicon, silicon and copper, silicon and magnesium, silicon and copper and magnesium (see Japan Science and Technology Agency No. 566), and recently Developed through research on aluminum composites with carbon nanotubes dispersed in aluminum to significantly increase thermal conductivity (from the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology casting database, casting engineering manual, p450 (http: //unit.aist. go.jp/dmrc/db-dmrc/casting/gairon/text#07.htm)) and recently developed high heat conduction plates called heat lane plates (“elements using heat lane technology”). Use radiator "reference in papers published in the thermal design and measures Technology Symposium (Makuhari Messe on April 18, 2002)), and the like.
By adopting the above configuration, it is possible to maintain a sufficiently large heat transfer coefficient between the cooling plate and the heat receiving plate and the thermoelectric conversion module by a support frame having sufficient strength and a pressing mechanism even in a high temperature region. In addition, by providing a hole in the support frame and receiving radiant heat from the heat source directly on the heat receiving plate having high thermal conductivity, high heat transfer from the heat receiving surface of the heat receiving plate to the thermoelectric conversion module can be maintained. In addition, since the temperature difference between the heat receiving surface of the heat receiving plate and the opposite surface is small, thermal distortion due to the temperature difference can be prevented, and the effect of reliably maintaining the thermal contact between the heat receiving plate and the thermoelectric conversion module is exhibited. .

本発明で用いられる熱電変換モジュール２は、一般に特殊な半導体材料である熱電変換材料のｐ型とｎ型のそれぞれの材料からなる素子を、交互に電気的に直列接続してなるもので、たとえば、非特許文献１のｐ３６７からｐ４６８にその例が多数記載されており、適用する熱源に対応して、熱電変換材料を適宜選択して利用するものである。
熱電変換材料としては、室温から２５０℃程度の低温側の熱回収には、Bi-Te系材料が最も高い性能を示すことから、一般に利用される。
ここでは、このBi-Te系材料を組成制御し、ｐ型、ｎ型の円柱形素子に加工し、珪酸カルシウムの型枠に埋め込んで、アルミニウムの溶射厚膜により素子間を電気的に接続してなる、特許第４０５６１２９号公報に記載の熱電変換モジュールを図４に例示する。
２５０℃から５００℃程度の中温領域では、従来はPb-Te系材料が一般に用いられてきたが、近年開発が進み、スクッテルダイト型及び結晶の特定箇所に原子を含有した、充填スクッテルダイト型材料、Zn-Sb系材料、ホイスラー型材料、ハーフホイスラー型材料、マグネシウムシリサイド、マンガンシリサイドに代表される、シリサイド材料、コバルトを含む層状酸化物、複雑系カルコゲナイド材料、５００℃以上の高温領域では、Ge-SiやSiC等が利用できる。 The thermoelectric conversion module 2 used in the present invention is formed by alternately electrically connecting in series elements of p-type and n-type materials of thermoelectric conversion materials, which are generally special semiconductor materials. Many examples are described in p367 to p468 of Non-Patent Document 1, and a thermoelectric conversion material is appropriately selected and used corresponding to a heat source to be applied.
As thermoelectric conversion materials, Bi-Te materials are generally used for heat recovery on the low temperature side from room temperature to about 250 ° C. because they exhibit the highest performance.
Here, the composition of this Bi-Te-based material is controlled, processed into p-type and n-type cylindrical elements, embedded in a calcium silicate mold, and the elements are electrically connected by an aluminum sprayed thick film. The thermoelectric conversion module described in Japanese Patent No. 4056129 is illustrated in FIG.
In the middle temperature range of about 250 ° C to 500 ° C, Pb-Te materials have been generally used. However, development has progressed in recent years, and the skutterudite type and filled skutterudite containing atoms at specific locations in the crystal have been developed. Type materials, Zn-Sb-based materials, Heusler-type materials, half-Heusler-type materials, magnesium silicide, manganese silicide, typified by silicide materials, layered oxides containing cobalt, complex chalcogenide materials, in the high-temperature region above 500 ° C Ge-Si, SiC, etc. can be used.

本発明で用いられる冷却板４としては、金属板の側面から、流路となる穴を形成した構造の冷却板においては、基本的には、やはり熱伝導率の大きな材料が好ましいことから、上記高温部の受熱板３に用いる材料群を用いることになる。即ち、銅、アルミニウムに加え、タングステン、モリブデンを夫々含む銅合金や、銅と炭素材料の複合材料、アルミニウム合金では、シリコンを含むもの、シリコンと銅、シリコンとマグネシウム、シリコンと銅とマグネシウムを含むもの、また最近の研究により開発された、アルミニウムにカーボンナノチューブを分散して熱伝導率を大幅に高めたアルミ複合材料等が挙げられる。エッチングで加工された複数枚の板を積層させて拡散接合された矩形状をなす構造の冷却板４では、板厚を薄くできることから、実効的に大きな熱伝達係数が得られることから、上述の材料の他、ステンレスやニッケルなども利用できる。 As the cooling plate 4 used in the present invention, in the cooling plate having a structure in which a hole serving as a flow path is formed from the side surface of the metal plate, a material having a high thermal conductivity is basically preferable. The material group used for the heat receiving plate 3 in the high temperature part is used. That is, in addition to copper and aluminum, copper alloys containing tungsten and molybdenum respectively, composite materials of copper and carbon materials, aluminum alloys containing silicon, silicon and copper, silicon and magnesium, silicon and copper and magnesium And aluminum composite materials, which have been developed by recent research, in which carbon nanotubes are dispersed in aluminum to significantly increase the thermal conductivity. In the cooling plate 4 having a rectangular structure in which a plurality of plates processed by etching are laminated and diffusion-bonded, the plate thickness can be reduced, so that a large heat transfer coefficient can be effectively obtained. In addition to the materials, stainless steel and nickel can also be used.

以上説明した本発明の熱電発電装置１は、冷却板４、熱電モジュール２、受熱板３及び押圧機構５を１ユニットとし、このユニットを、図５に示すように、たとえば３×３複数配列した複数ユニットとして、該ユニットの数に対応して、複数の額縁状の穴７ａを有した、支持枠７に設置し、所望の発電量を得るシステムを構成できる。更に必要に応じて多数のユニットを配設することができ、これにより発電量の大容量化を図ることができる。 In the thermoelectric generator 1 of the present invention described above, the cooling plate 4, the thermoelectric module 2, the heat receiving plate 3, and the pressing mechanism 5 are set as one unit, and as shown in FIG. 5, for example, a plurality of 3 × 3 units are arranged. As a plurality of units, a system can be configured that is installed on the support frame 7 having a plurality of frame-shaped holes 7a corresponding to the number of the units to obtain a desired power generation amount. In addition, a large number of units can be arranged as necessary, thereby increasing the amount of power generation.

図５においては低温媒体の継手８が冷却板４の側面に取付けられた構成を示しているが、この継手８は冷却板４の上面に設けてもよい。継手８には、配管９として例えば鋼管、銅管、又はフッ素樹脂チューブが接続され、複数の冷却板４に跨って、或いは独立に、低温媒体が流通するように接続されている。 Although FIG. 5 shows a configuration in which the low temperature medium joint 8 is attached to the side surface of the cooling plate 4, the joint 8 may be provided on the upper surface of the cooling plate 4. For example, a steel pipe, a copper pipe, or a fluororesin tube is connected to the joint 8 as the pipe 9, and is connected so that the low-temperature medium flows over the plurality of cooling plates 4 or independently.

低温媒体は、図示しない入口ヘッダを介して各ユニットの冷却板４に配管９を介して供給され、低温媒体は各ユニットに複数の冷却板４に跨って流通し、発電作用中に温められた低温媒体は、配管９を介して図示しない出口ヘッダヘと戻される。 The low-temperature medium is supplied to the cooling plate 4 of each unit via a pipe 9 via an inlet header (not shown), and the low-temperature medium circulates over each of the plurality of cooling plates 4 and is warmed during power generation. The low-temperature medium is returned to the outlet header (not shown) via the pipe 9.

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable embodiment, this invention is not restrict | limited to the said embodiment.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されない。
尚、本発明については、実施例に先行して、本試験例を実施し、その結果をもとに、改良を行ったものであることから、実施例に先立って、試験例を先に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
In addition, since the present test example was carried out prior to the example and improved based on the results of the present invention, the test example was described prior to the example. To do.

［試験例］
試験用熱電発電装置として、上述の最良の形態に示した部材のうち、支持枠７として、額縁状の穴７ａを設置しない形態のものを用い、支持枠７そのものを受熱面とする装置を用いた。受熱面には、輻射エネルギーを効率よく吸収できるよう、炭化ケイ素系の塗料を塗布した。支持枠７には、材質としてＳＵＳ３０４の厚さ３０ｍｍの板を用いた。支持枠７には温度分布データ収集のため、熱電変換モジュール２の設置箇所表面とその裏面に溝を形成し、細いシース熱電対を各々に取り付けた。 [Test example]
As the test thermoelectric generator, among the members shown in the above-described best mode, a device that does not have a frame-shaped hole 7a is used as the support frame 7, and the device that uses the support frame 7 itself as a heat receiving surface is used. It was. A silicon carbide-based paint was applied to the heat receiving surface so as to efficiently absorb the radiation energy. For the support frame 7, a SUS304 plate having a thickness of 30 mm was used. In order to collect temperature distribution data on the support frame 7, grooves were formed on the surface of the thermoelectric conversion module 2 where it was installed and on the back surface thereof, and a thin sheath thermocouple was attached to each.

熱電変換モジュール２は、特許文献６に記載の技術により作製した、Ｂｉ−Ｔｅ系材料の直径１２ｍｍ、長さ５ｍｍのｐ型、ｎ型素子を２００個、１００対、直列に、１ｍｍ厚さのアルミニウムの直接溶射膜により、直列接続してなるものを用いた。外形寸法は、略１５０ｍｍ×３００ｍｍである。 The thermoelectric conversion module 2 is a Bi-Te-based material made of the technique described in Patent Document 6 with a diameter of 12 mm, a length of 5 mm, p-type and n-type elements, 200 pairs, 100 pairs, 1 mm thick in series. A direct-sprayed aluminum film was used that was connected in series. The external dimensions are approximately 150 mm × 300 mm.

試験に用いた、上述の熱電変換モジュール２は、電極面がむき出しの、スケルトン型モジュールであることから、金属部材への装着には、５０μｍ厚さのポリイミドフィルムの両面に、熱伝導性グリスを塗布して、電気絶縁性を保持するとともに、熱伝導性を付与する方法を採用した。 The thermoelectric conversion module 2 used in the test is a skeleton type module with an exposed electrode surface. For mounting to a metal member, thermally conductive grease is applied to both sides of a polyimide film having a thickness of 50 μm. The method of applying and maintaining the electrical insulation and applying thermal conductivity was adopted.

冷却板４としては、材質銅、寸法１５０ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍの板に、上述の最良の形態に示すように、直径１４ｍｍの蛇行状の流路７ａを形成し、側面に流体の出入り口４ｂを設置してなるものを用いた。また、冷却板４の温度を測定できるように、冷却板４の側面から、熱電変換モジュール２との接触面側に、細い穴を設け、シース熱電対を挿入した。 As the cooling plate 4, a meandering flow path 7 a having a diameter of 14 mm is formed on a plate of copper material, dimensions 150 mm × 300 mm × 50 mm as shown in the above-mentioned best mode, and a fluid inlet / outlet 4 b is provided on the side surface. What was made was used. Moreover, a thin hole was provided in the contact surface side with the thermoelectric conversion module 2 from the side surface of the cooling plate 4 so that the temperature of the cooling plate 4 could be measured, and a sheath thermocouple was inserted.

角柱棒状押圧部材５ａとしては、材質ＳＵＳ３０４、寸法３０ｍｍ×３０ｍｍ×２８０ｍｍの２本の角材に、Ｍ２０の締め付けボルト５ｃを通す挿通孔を、それぞれ両端付近に各２個設置したものを、上述の最良の形態に示すように用いた。締め付けにはトルクレンチを用い、面圧２．５kgＷ／ｃｍ²となるように締め付けた。 As the prismatic bar-shaped pressing member 5a, the above-mentioned best one is made of two slabs of material SUS304, dimensions 30 mm × 30 mm × 280 mm, each having two insertion holes through which M20 tightening bolts 5c are passed, respectively. Used as shown in the form. A torque wrench was used for tightening, and the surface pressure was 2.5 kgW / cm ² .

試験は、約９００℃の高温に加熱された平均幅１０００ｍｍの板状の高温輻射体が断続的に移動する、プラントにおいて実施した。前記試験用発電装置は、水平に可動するアームに取り付け、該輻射体の上方１０００ｍｍに水平に保持できる位置を稼動位置とし、水平に移動して、輻射熱を無視できる離れた位置を退避位置として、必要に応じ稼動位置に移動させて試験を実施した。低温媒体としては、約３０℃の水を１０リットル／分の流量で定常的に流した。発電量は熱電変換モジュール２の出力端に、電子負荷装置を接続し、熱電変換モジュール２の内部抵抗と同じ負荷となるように自動制御し、最大出力電力を測定できるシステムを構成し、試験装置の各部の温度とともに、自動的に測定し、データを得た。 The test was carried out in a plant in which a plate-like high-temperature radiator having an average width of 1000 mm heated to a high temperature of about 900 ° C. moves intermittently. The test power generator is attached to a horizontally movable arm, a position that can be held horizontally 1000 mm above the radiator as an operating position, a position that moves horizontally and can disregard radiant heat as a retreat position, The test was carried out by moving to an operating position as necessary. As a low temperature medium, water at about 30 ° C. was constantly flowed at a flow rate of 10 liters / minute. The power generation amount is connected to the output end of the thermoelectric conversion module 2, an electronic load device is connected, and the system is configured to automatically control the load to be the same as the internal resistance of the thermoelectric conversion module 2 and to measure the maximum output power. Along with the temperature of each part, data were automatically measured to obtain data.

その典型的なデータを図７に示す。装置を退避位置から稼動位置に移動すると、受熱板３の温度が順調に上昇し、電力出力も上昇する。稼動位置に固定した後、輻射体の温度の変動等により、受熱板３の温度は少々変動しており、変動に合わせて、電力出力も変化しているが、データを解析すると、状態がほぼ安定した時点での、電力出力は、設計値のほぼ半分と、大きく下回っていた。この試験用発電装置で得られた電力出力の特徴としては、上述の安定領域での設計値を下回る点の他に、試験後、試験用発電装置を待機位置に移動するとき、電力出力が常に一旦急増してから下降するのである。この現象は出力急増の大きさに差はあるものの、全てのランで観察できた。この電力出力が急増する箇所の前後を更に詳細に調査するため、時間軸を拡大したものが、図８である。この図から、出力の急増は受熱板３の表面と内部に温度差がなくなったときに、発生している。以上のことから、以下のように考察した。
出力電力が設計値を下まわっている原因は、接触熱抵抗が大きいためでる。その接触熱抵抗の大きい原因は、受熱板３の熱変形が最大の原因と推定できる。即ち、熱伝導率の低いSUSの厚板のため、受熱面とその対抗面の温度差により大きく熱変形し、熱電変換モジュールとの間で熱接触が保持できなくなる（図９（a）参照）。輻射を除くと、上記温度差はなくなり、SUS板の変形もなくなることから、熱接触が復活して、すでに十分加熱されているSUS板が熱電変換モジュールに接触することで、急激に大きな温度差が生じ、電力出力もそれに伴って、急増する。（図９（ｂ）参照）この段階では、すでに輻射源がないことから、エネルギーの供給がないため、その後は温度差は急激に小さくなり、それに伴い電力出力も低下する。 The typical data is shown in FIG. When the apparatus is moved from the retracted position to the operating position, the temperature of the heat receiving plate 3 increases smoothly and the power output also increases. After fixing at the operating position, the temperature of the heat receiving plate 3 has changed slightly due to fluctuations in the temperature of the radiator, etc., and the power output has also changed along with the fluctuations. When stabilized, the power output was much lower, almost half of the design value. The characteristics of the power output obtained with this test power generator include, in addition to the point below the design value in the stable region described above, when the test power generator is moved to the standby position after the test, the power output is always It increases rapidly and then descends. This phenomenon was observed in all runs, although there was a difference in the magnitude of the output surge. FIG. 8 shows an enlarged time axis in order to investigate in more detail before and after the place where the power output increases rapidly. From this figure, the sudden increase in output occurs when there is no temperature difference between the surface and the inside of the heat receiving plate 3. From the above, we considered as follows.
The reason why the output power falls below the design value is that the contact thermal resistance is large. The cause of the large contact thermal resistance can be presumed to be the largest cause of thermal deformation of the heat receiving plate 3. That is, because of the SUS thick plate with low thermal conductivity, it is greatly deformed due to the temperature difference between the heat receiving surface and its opposing surface, and the thermal contact with the thermoelectric conversion module cannot be maintained (see FIG. 9 (a)). . Excluding radiation, the above temperature difference disappears and the SUS plate is no longer deformed, so the thermal contact is restored and the already heated SUS plate comes into contact with the thermoelectric conversion module. As a result, the power output increases rapidly. (See FIG. 9 (b)) At this stage, since there is no radiation source, there is no supply of energy, and thereafter the temperature difference decreases rapidly, and the power output decreases accordingly.

[実施例]
上記考察をもとに、改良した熱電発電装置１が、本発明である。熱電発電装置本体については、上述の受熱板３の構造を最良の形態においてすでに示したように、熱電変換モジュール２とほぼ同じ大きさの熱伝導率の大きい銅製の板（１５０ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍ）で作製した。受熱板３には、試験例と同様の位置に、シース熱電対を２本設置した。また、ＳＵＳ３０４製の３０ｍｍ厚の板の中央部に受熱板３が収まる、四角形の孔をあけ、受熱板３が下方に落下しないよう、縁取りを形成した支持枠７を新たに製作した。組みあがりの図面が図１〜３に示すものである。 [Example]
Based on the above consideration, an improved thermoelectric generator 1 is the present invention. As for the thermoelectric generator main body, as already shown in the best mode of the structure of the heat receiving plate 3 described above, a copper plate (150 mm × 300 mm × 30 mm) having a large thermal conductivity substantially the same size as the thermoelectric conversion module 2. It was made with. Two sheathed thermocouples were installed on the heat receiving plate 3 at the same positions as in the test example. In addition, a support frame 7 having a border was formed so that the heat receiving plate 3 fits in the center of a 30 mm thick plate made of SUS304 and a rectangular hole was formed so that the heat receiving plate 3 did not fall downward. The assembly drawings are shown in FIGS.

試験は、試験例と同様の装置、システム、条件により行った。その結果得られた典型的データが図６である。試験例と大きく異なる点は、電力出力が、設計値とほぼ同等であることと、発電装置を稼動位置から、退避位置に移動した際の、電力出力の異常がまったく見られないことである。本発明により、輻射熱源に対する、安定した電力出力が得られる熱電発電装置を実用に供することが可能となった。 The test was performed using the same apparatus, system, and conditions as in the test example. FIG. 6 shows typical data obtained as a result. The major difference from the test example is that the power output is almost equal to the design value and that no abnormality in the power output is observed when the power generator is moved from the operating position to the retracted position. According to the present invention, a thermoelectric generator capable of obtaining a stable power output with respect to a radiant heat source can be practically used.

１・・・熱電発電装置
２・・・熱電変換モジュール
３・・・受熱板
４・・・冷却板
４ａ・・・流路
４ｂ・・・継ぎ手８の接続部位（流路出入口）
４ｃ・・・凹部
５・・・押圧機構
５ａ・・・角柱棒状押圧部材
５ｂ・・・締め付けナット
５ｃ・・・締め付けボルト
５ｄ・・・スプリングワッシャ
７・・・支持枠
７ａ・・・受熱板３の輻射体に対する面を露出させるための穴
７ｂ・・・ボルト挿通孔
８・・・継ぎ手
９・・・配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric power generation device 2 ... Thermoelectric conversion module 3 ... Heat receiving plate 4 ... Cooling plate 4a ... Channel 4b ... Connection site | part of the joint 8 (channel entrance / exit)
4c ... concave portion 5 ... pressing mechanism 5a ... prismatic bar-like pressing member 5b ... tightening nut 5c ... tightening bolt 5d ... spring washer 7 ... support frame 7a ... heat receiving plate 3 Hole 7b for exposing the surface of the radiator to the bolt 7 ... bolt insertion hole 8 ... joint 9 ... piping

Claims

輻射体が放射する熱を受ける金属製の輻射受熱板と、冷却板と、該金属製の輻射受熱板と該冷却板との間に挟持される熱電変換モジュールとからなる熱電発電装置において、
該金属製の輻射受熱板、該熱電変換モジュール及び該冷却板を互いに圧接し、支持するための押圧機構を有する支持枠を設け、該支持枠は、該輻射受熱板の該輻射体に対する面を露出させるための穴を設けたものであることを特徴とする、輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。 In a thermoelectric power generation device comprising a metal radiation heat receiving plate that receives heat radiated by a radiator, a cooling plate, and a thermoelectric conversion module sandwiched between the metal radiation heat receiving plate and the cooling plate,
A support frame having a pressing mechanism for pressing and supporting the metal radiation heat receiving plate, the thermoelectric conversion module, and the cooling plate is provided, and the support frame has a surface of the radiation heat receiving plate facing the radiator. A thermoelectric power generator using a radiant heat from a radiant as a heat source, wherein a hole for exposure is provided.

前記輻射受熱板が、前記熱電変換モジュールとの熱的接触が維持できる程度の熱伝導率の高い受熱板であることを特徴とする、請求項１に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。 The radiant heat from the radiator according to claim 1, wherein the radiant heat receiving plate is a heat receiving plate having a high thermal conductivity that can maintain thermal contact with the thermoelectric conversion module. Thermoelectric generator.

前記受熱板が、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。 2. The thermoelectric power generator using radiant heat from a radiator as a heat source according to claim 1, wherein the heat receiving plate is made of a material having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more.

前記熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料が、銅若しくはアルミニウム又はこれらを含む合金であることを特徴とする、請求項２に記載の輻射体からの輻射熱を熱源とする熱電発電装置。 The thermoelectric power generation apparatus using radiant heat from a radiator as a heat source according to claim 2, wherein the material having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more is copper, aluminum, or an alloy containing these. .