JP2775410B2 - 熱電発電モジュール - Google Patents
熱電発電モジュールInfo
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- JP2775410B2 JP2775410B2 JP7186714A JP18671495A JP2775410B2 JP 2775410 B2 JP2775410 B2 JP 2775410B2 JP 7186714 A JP7186714 A JP 7186714A JP 18671495 A JP18671495 A JP 18671495A JP 2775410 B2 JP2775410 B2 JP 2775410B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電変換素子を用いた
熱電発電モジュールに関するものである。
熱電発電モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】p型とn型の2種類の熱電変換素子(以
下、単に熱電素子という)を電気的には直列に、熱的に
は並列に接続し、各接合部間に温度差を与えた場合、起
電力が発生し、外部に負荷を接続すると電流が流れて電
気的出力を得ることができる。このように熱電素子を用
いて熱エネルギーから電気エネルギーに変換する原理は
既に公知である。
下、単に熱電素子という)を電気的には直列に、熱的に
は並列に接続し、各接合部間に温度差を与えた場合、起
電力が発生し、外部に負荷を接続すると電流が流れて電
気的出力を得ることができる。このように熱電素子を用
いて熱エネルギーから電気エネルギーに変換する原理は
既に公知である。
【0003】図7は、従来の熱電発電モジュールの使用
例を示す斜視図で、従来の熱電発電モジュール(以下、
単にモジュールという)1は内部に熱電素子(図示せ
ず)を2次元的に配置し、各熱電素子を電気絶縁性の平
板で固定したモジュール構成をとっていた。このため温
度差を出すための熱源に高温あるいは低温の流体2を用
いる場合、円筒形流体経路3の外側の側面4に平面を形
成し、モジュール1を取り付ける固定用部材5をねじ6
で締め付けて固定する構成となっていた。
例を示す斜視図で、従来の熱電発電モジュール(以下、
単にモジュールという)1は内部に熱電素子(図示せ
ず)を2次元的に配置し、各熱電素子を電気絶縁性の平
板で固定したモジュール構成をとっていた。このため温
度差を出すための熱源に高温あるいは低温の流体2を用
いる場合、円筒形流体経路3の外側の側面4に平面を形
成し、モジュール1を取り付ける固定用部材5をねじ6
で締め付けて固定する構成となっていた。
【0004】次に、平板型のモジュール1の熱による歪
について図8の側面図を参照しながら説明する。
について図8の側面図を参照しながら説明する。
【0005】熱電素子では、高さ数mm程度の熱電素子
11の間に、数十〜100℃以上の温度差を与えること
が必要となる。原理的には熱電素子(p,n素子対)1
1とそれらを結ぶ金属製の電極部分があれば、発電・冷
却を行うことができるが、電極を強固に固定して機械的
な強度を増すことを目的として、通常は両側から絶縁性
高熱伝導基板(以下、単に基板という)12で挟み込む
ような構成を取ることが多い(図8(a))。この場
合、取り扱いが非常にラクになるというメリットがある
が、反面、実際に温度差をつけて使用する際には高温側
の基板12Aと低温側の基板12Bの熱膨張の違いから
モジュール1全体に亘って図8(b)に示すような歪が
生じることになる。
11の間に、数十〜100℃以上の温度差を与えること
が必要となる。原理的には熱電素子(p,n素子対)1
1とそれらを結ぶ金属製の電極部分があれば、発電・冷
却を行うことができるが、電極を強固に固定して機械的
な強度を増すことを目的として、通常は両側から絶縁性
高熱伝導基板(以下、単に基板という)12で挟み込む
ような構成を取ることが多い(図8(a))。この場
合、取り扱いが非常にラクになるというメリットがある
が、反面、実際に温度差をつけて使用する際には高温側
の基板12Aと低温側の基板12Bの熱膨張の違いから
モジュール1全体に亘って図8(b)に示すような歪が
生じることになる。
【0006】モジュール1の反りを1次元方向だけの簡
単なモデルを例にとって説明する。
単なモデルを例にとって説明する。
【0007】図8(a)のようなモジュール1の両端に
温度差ΔTを与えた場合、高温側基板12Aは ΔL=αΔT・L だけの熱膨張を受ける。ここで、αは基板の熱膨張率,
Lは基板の長さである。
温度差ΔTを与えた場合、高温側基板12Aは ΔL=αΔT・L だけの熱膨張を受ける。ここで、αは基板の熱膨張率,
Lは基板の長さである。
【0008】低温側の基板12Bの温度はT0 で、長さ
Lに変化がないとすると、式(1)に示すように高温側
の基板12Aは曲率半径ρで湾曲した歪みを生じる。こ
こで、dは両基板12A,12B間の距離である。
Lに変化がないとすると、式(1)に示すように高温側
の基板12Aは曲率半径ρで湾曲した歪みを生じる。こ
こで、dは両基板12A,12B間の距離である。
【0009】
【数1】 曲率半径は、ρ=|d2 y/dx2 |-1であるから式
(2)に示すように積分により、
(2)に示すように積分により、
【0010】
【数2】 が得られる。ここで、C,Dは定数である。境界条件、
x=0→y=0,x=L/2→dy/dx=0より最終
的に両基板12A,12Bの形状は、式(3)に示すよ
うに、
x=0→y=0,x=L/2→dy/dx=0より最終
的に両基板12A,12Bの形状は、式(3)に示すよ
うに、
【0011】
【数3】 となることがわかる。x=L/2(中央)における基板
のy方向変位量をδとすると、式(4)に示すように、
のy方向変位量をδとすると、式(4)に示すように、
【0012】
【数4】 で表され、変位が小さい場合には温度差に比例した変位
がえられることが分かる。
がえられることが分かる。
【0013】実際にモジュール1を発電・冷却の目的で
使用する際には、熱源とモジュール1の間を密着させて
熱抵抗を小さくする必要があり、式(4)で表されるよ
うな歪みが生じると効率が大幅に低下する。
使用する際には、熱源とモジュール1の間を密着させて
熱抵抗を小さくする必要があり、式(4)で表されるよ
うな歪みが生じると効率が大幅に低下する。
【0014】この様なことから実際にモジュール1を使
用するときには図7に示すようにねじ6による締め付け
などにより、かなり大きな(〜10kg/cm2 )圧力を外
部から加える構造を持つことが常識となっている。しか
しながら、このことはシステムを作る際に余分なコスト
の増加や、構造がモジュール1だけの時に比べて大形化
することによる適用範囲の限定化、など熱電素子が本来
持っているメリットを十分に発揮できない原因となって
いる。
用するときには図7に示すようにねじ6による締め付け
などにより、かなり大きな(〜10kg/cm2 )圧力を外
部から加える構造を持つことが常識となっている。しか
しながら、このことはシステムを作る際に余分なコスト
の増加や、構造がモジュール1だけの時に比べて大形化
することによる適用範囲の限定化、など熱電素子が本来
持っているメリットを十分に発揮できない原因となって
いる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の平板
型のモジュール1の構成では、図8(b)に示す様にモ
ジュール1内部に熱流束と垂直方向に剪断応力が不可避
的に生じるため、モジュール1に反りが生じ、ときには
モジュール1の破損につながるなど信頼性の点で問題で
あった。
型のモジュール1の構成では、図8(b)に示す様にモ
ジュール1内部に熱流束と垂直方向に剪断応力が不可避
的に生じるため、モジュール1に反りが生じ、ときには
モジュール1の破損につながるなど信頼性の点で問題で
あった。
【0016】また、モジュール1の受熱面積を増やすこ
とを目的として、図9(特公昭60−84979号公報
参照)に示す従来の「発電モジュール」においては、低
温流体21に臨む筒体22の一端部と高温流体23に臨
む筒体24の間に、熱電素子25を巻回して収納したモ
ジュール構成が提案されているが、信頼性と熱電素子2
5に生じる内部応力に関する点については未解決のまま
である。
とを目的として、図9(特公昭60−84979号公報
参照)に示す従来の「発電モジュール」においては、低
温流体21に臨む筒体22の一端部と高温流体23に臨
む筒体24の間に、熱電素子25を巻回して収納したモ
ジュール構成が提案されているが、信頼性と熱電素子2
5に生じる内部応力に関する点については未解決のまま
である。
【0017】このように、従来のモジュール構成では、
熱源である流体の経路とモジュール1はそれぞれ別の要
素として構成されるため、部品点数が多く、また、お互
いの部品の熱交換をよくするために熱伝導グリースや、
図7に示すように素子の締め付け用固定部材5など必要
とした、複雑な発電システム構成となっている。このこ
とは未利用熱エネルギーを回収して発電システムを構成
するといった、大量にモジュールを利用する例では、非
常にコスト面,施工面で不都合であり、よりシンプルな
構成のモジュールが必要となっている。
熱源である流体の経路とモジュール1はそれぞれ別の要
素として構成されるため、部品点数が多く、また、お互
いの部品の熱交換をよくするために熱伝導グリースや、
図7に示すように素子の締め付け用固定部材5など必要
とした、複雑な発電システム構成となっている。このこ
とは未利用熱エネルギーを回収して発電システムを構成
するといった、大量にモジュールを利用する例では、非
常にコスト面,施工面で不都合であり、よりシンプルな
構成のモジュールが必要となっている。
【0018】図8に示すような従来の平板型のモジュー
ル1においては、両面温度差を与えることによりセラミ
ックスなどでできている基板12に熱膨張の差が生じ
て、電極,はんだ接合部,熱電素子11の各構成部品に
剪断応力が加わるため、熱サイクルによるモジュール1
の構成をとる限りにおいて、熱電素子に剪断応力を加え
ないような、有効な手段は見当たらない。
ル1においては、両面温度差を与えることによりセラミ
ックスなどでできている基板12に熱膨張の差が生じ
て、電極,はんだ接合部,熱電素子11の各構成部品に
剪断応力が加わるため、熱サイクルによるモジュール1
の構成をとる限りにおいて、熱電素子に剪断応力を加え
ないような、有効な手段は見当たらない。
【0019】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、高温流体を熱源として利用する熱
電発電モジュールと流体経路とを一体に形成することに
より、固定用部材などを必要としない簡単な構成の熱電
発電モジュールを得ることを目的とする。
めになされたもので、高温流体を熱源として利用する熱
電発電モジュールと流体経路とを一体に形成することに
より、固定用部材などを必要としない簡単な構成の熱電
発電モジュールを得ることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部が高温流
体の流体経路となる電気的絶縁性の内管と、前記内管と
同一軸心で前記内管との間に所定の空隙部が形成される
電気的絶縁性の外管とから成る2重円筒体と、前記内管
と前記外管の対向面上に夫々連続的に形成されて配設さ
れた内側電極及び外側電極と、前記内側電極と前記外側
電極との間に電気的に並列に接続され、両端に生ずる温
度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを備えたもの
である。
体の流体経路となる電気的絶縁性の内管と、前記内管と
同一軸心で前記内管との間に所定の空隙部が形成される
電気的絶縁性の外管とから成る2重円筒体と、前記内管
と前記外管の対向面上に夫々連続的に形成されて配設さ
れた内側電極及び外側電極と、前記内側電極と前記外側
電極との間に電気的に並列に接続され、両端に生ずる温
度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを備えたもの
である。
【0021】そして、複数個の電極および熱電変換素子
は回転対称形に配設されたものである。
は回転対称形に配設されたものである。
【0022】
【作用】本発明においては、熱電発電モジュールの内管
内に高温の流体を流した場合、外管から周囲に放熱し、
各素子には温度差が加わり電力を取り出すことができ
る。内管は流体経路であると同時に熱電素子の基板も兼
ねているため、従来のモジュールに比べて熱損失が少な
く、熱電素子に大きな温度差を与えることができ、発電
効率の向上をもたらす。また、内管は熱膨張して熱電素
子に対して圧縮応力を加えるため、電気的,熱的な接触
状態の向上につながる。このときの圧縮応力については
熱電素子の圧縮強度以下になるように設計すれば、素子
破壊の問題は生じない。
内に高温の流体を流した場合、外管から周囲に放熱し、
各素子には温度差が加わり電力を取り出すことができ
る。内管は流体経路であると同時に熱電素子の基板も兼
ねているため、従来のモジュールに比べて熱損失が少な
く、熱電素子に大きな温度差を与えることができ、発電
効率の向上をもたらす。また、内管は熱膨張して熱電素
子に対して圧縮応力を加えるため、電気的,熱的な接触
状態の向上につながる。このときの圧縮応力については
熱電素子の圧縮強度以下になるように設計すれば、素子
破壊の問題は生じない。
【0023】また、回転対称形に電極と熱電素子を配置
することにより、熱膨張は等方的に熱電素子に伝えられ
るため、従来モジュールの破壊の原因となっていた素子
内部の剪断応力は、本発明の熱電発電モジュールの構成
では生じない。
することにより、熱膨張は等方的に熱電素子に伝えられ
るため、従来モジュールの破壊の原因となっていた素子
内部の剪断応力は、本発明の熱電発電モジュールの構成
では生じない。
【0024】
〔実施例1〕図1,2は本発明の第1の実施例を示すも
ので、本発明の基本構成図でもあり、図1は横断面図、
図2は一部破断縦断面図で、図2は図1より縮小して示
してある。これらの図において、31は熱電発電モジュ
ール(以下、単にモジュールという)で、内部が高温流
体経路となる内管32と、内管32の熱を放出せしめる
外管33とからなる。内管32と外管33とは同一軸心
で所定の空隙部が両者間に形成され、いずれも熱伝導率
が高く、機械的,熱的な強度を持ち、電気的に絶縁性を
有するものである。内管32の外周面32aと外管33
の内周面33aに複数個の電極35を形成し、これらの
電極35のうち、それぞれ一方の面側の電極35の端部
に一方の面が、他方の面側の電極35の端部に他方の面
を挟み込む形で、p型とn型の熱電素子36の両面を機
械的,電気的に接合する。なお、内管32と外管33で
2重円筒体34が形成されている。各熱電素子36は電
極35により電気的に直列に接続され、各熱電素子36
と電極35は回転対称形に交互に配置され、その終端は
電気出力端子37として2重円筒体34の外部に取り出
される。各熱電素子36と電極35は内管32の外周面
32aと外管33の内周面33aに密着しており、内管
32内部の流体経路38を流れる高温流体39の熱をよ
く伝達する。図1ではモジュール31の一断面を示して
あるが、このような熱電素子36の配置は2重円筒体3
4の長手方向にも数列続く。図2に示すようにモジュー
ル31の長手方向の終端では内管32と外管33とが支
持体40により機械的に固定されていて、内管32と外
管33に温度差が与えられても、熱電素子36に剪断応
力を与えない構成になっている。
ので、本発明の基本構成図でもあり、図1は横断面図、
図2は一部破断縦断面図で、図2は図1より縮小して示
してある。これらの図において、31は熱電発電モジュ
ール(以下、単にモジュールという)で、内部が高温流
体経路となる内管32と、内管32の熱を放出せしめる
外管33とからなる。内管32と外管33とは同一軸心
で所定の空隙部が両者間に形成され、いずれも熱伝導率
が高く、機械的,熱的な強度を持ち、電気的に絶縁性を
有するものである。内管32の外周面32aと外管33
の内周面33aに複数個の電極35を形成し、これらの
電極35のうち、それぞれ一方の面側の電極35の端部
に一方の面が、他方の面側の電極35の端部に他方の面
を挟み込む形で、p型とn型の熱電素子36の両面を機
械的,電気的に接合する。なお、内管32と外管33で
2重円筒体34が形成されている。各熱電素子36は電
極35により電気的に直列に接続され、各熱電素子36
と電極35は回転対称形に交互に配置され、その終端は
電気出力端子37として2重円筒体34の外部に取り出
される。各熱電素子36と電極35は内管32の外周面
32aと外管33の内周面33aに密着しており、内管
32内部の流体経路38を流れる高温流体39の熱をよ
く伝達する。図1ではモジュール31の一断面を示して
あるが、このような熱電素子36の配置は2重円筒体3
4の長手方向にも数列続く。図2に示すようにモジュー
ル31の長手方向の終端では内管32と外管33とが支
持体40により機械的に固定されていて、内管32と外
管33に温度差が与えられても、熱電素子36に剪断応
力を与えない構成になっている。
【0025】なお、上記において各熱電素子36と電極
35を回転対称形に配置すると熱膨張が等方向に伝えら
れるためにモジュールが破壊されるような剪断応力は働
かなくなる。しかし、必ずしも回転対称形でなくとも熱
応力が2重円筒体34にできるだけ均等に加わるように
電極35や各熱電素子36の寸法や間隔を選ぶことによ
り実用上は十分に構成にすることができる。
35を回転対称形に配置すると熱膨張が等方向に伝えら
れるためにモジュールが破壊されるような剪断応力は働
かなくなる。しかし、必ずしも回転対称形でなくとも熱
応力が2重円筒体34にできるだけ均等に加わるように
電極35や各熱電素子36の寸法や間隔を選ぶことによ
り実用上は十分に構成にすることができる。
【0026】また、モジュール31の両端は、モジュー
ル31を管体(図示せず)に接続するとき、その着脱操
作を容易にするため、右ねじ41Aと左ねじ41Bが形
成されている。
ル31を管体(図示せず)に接続するとき、その着脱操
作を容易にするため、右ねじ41Aと左ねじ41Bが形
成されている。
【0027】次に、本発明による2重円筒体34に熱電
素子36を並べたモジュール31について、図1を参照
しながら歪と応力状態について説明する。
素子36を並べたモジュール31について、図1を参照
しながら歪と応力状態について説明する。
【0028】内管32および外管33の肉厚は直線に比
べて十分小さいものとすると、内圧pがあるとき、内管
32の円周方向の応力は式(5)に示すように、
べて十分小さいものとすると、内圧pがあるとき、内管
32の円周方向の応力は式(5)に示すように、
【0029】
【数5】 で表される。はじめ、内管32と外管33は同じ温度T
0 であり、この状態では各管32,33にも熱電素子3
6にも全く応力がかかっていないものとする。
0 であり、この状態では各管32,33にも熱電素子3
6にも全く応力がかかっていないものとする。
【0030】各管32,33の構成材料(例えば、アル
ミニウム)の熱伝導率は熱電素子36の熱伝導率よりも
2桁近く大きいため、各管32,33の材料内部では温
度分布は均一であるものと考えられる。内管32に高温
流体(例えば100℃の熱水)39を流したときの内管
32の温度をT0 +ΔT、外管33の温度をT0 とする
と、内管32は熱膨張のための半径r1を大きくしよう
とする。内管32が単独の場合は、δ1 =α1 r1 ΔT
だけ外側に膨張するが、外管33と熱電素子36により
押えつけられているため、式(6)に示すように内管3
2内部では円周方向に
ミニウム)の熱伝導率は熱電素子36の熱伝導率よりも
2桁近く大きいため、各管32,33の材料内部では温
度分布は均一であるものと考えられる。内管32に高温
流体(例えば100℃の熱水)39を流したときの内管
32の温度をT0 +ΔT、外管33の温度をT0 とする
と、内管32は熱膨張のための半径r1を大きくしよう
とする。内管32が単独の場合は、δ1 =α1 r1 ΔT
だけ外側に膨張するが、外管33と熱電素子36により
押えつけられているため、式(6)に示すように内管3
2内部では円周方向に
【0031】
【数6】 という圧縮応力が働き、熱電素子36には式(7)に示
すように直径方向に
すように直径方向に
【0032】
【数7】 といった圧縮応力が働く。また、式(5)の関係から外
管33の内部には
管33の内部には
【0033】
【数8】 なる円周方向の引っ張り応力がかかる。なお、E1は内
管32を構成している材料のヤング率を示す。
管32を構成している材料のヤング率を示す。
【0034】図1,図2から明らかなように熱電素子3
6自体には図7,8の平板型のモジュール1の時に見ら
れるような剪断応力は全くかからず、熱電素子36の剪
断破壊がなくなるため、図7,8の平板型のモジュール
1に比べてモジュール31の信頼性が著しく向上する。
また、熱電素子36に対して圧縮力がかかるため、熱電
素子と管壁の間の熱抵抗を小さくする効果が生じ、図8
(a),(b)に示すような、平板型のモジュール1で
常に必要とした締め付けの外部構造が、不必要となると
いうことも利点が大きい。
6自体には図7,8の平板型のモジュール1の時に見ら
れるような剪断応力は全くかからず、熱電素子36の剪
断破壊がなくなるため、図7,8の平板型のモジュール
1に比べてモジュール31の信頼性が著しく向上する。
また、熱電素子36に対して圧縮力がかかるため、熱電
素子と管壁の間の熱抵抗を小さくする効果が生じ、図8
(a),(b)に示すような、平板型のモジュール1で
常に必要とした締め付けの外部構造が、不必要となると
いうことも利点が大きい。
【0035】〔実施例2〕図3は、本発明の第2の実施
例を示す横断面図で、図1,図2の基本構成に基づいて
作成した具体例であり、図1と同一符号は同一部分を示
す。内管32と外管33には陽極酸化と封孔処理により
絶縁被覆加工を施したアルミニウム等の高熱伝導率材料
を使用し、内管32の内側の内周面32bや外管33の
外側の外周面33bの形状は、熱交換効率を高めるよう
な表面積が大きい形状にするとよい。また、放熱の方式
は、空気を用いて周囲に放熱する以外、例えば冷却用の
液体を流して放熱する方式でもよい。外管33は1点の
部品である必要はなく、円筒を数等分して組み合わせ、
円筒形に固定する方式でもよい。熱電素子36は、25
0℃までの間で熱電変換効率が優れているビスマステル
ル系熱電半導体素子であり、p型素子とn型素子を図1
と同様回転対称形に配置する。図3では円周方向にp
型,n型を交互に並べているが、電気的に直列接続にな
るならば、奥行き方向(長手方向)にp型とn型を繰り
返し配置してもよい。金属の接着や溶射法等によって作
製した電極35(材料:銅,アルミニウムなど)により
これらの熱電素子36を電気的に直列接続し、最終的な
電気出力を電気出力端子37から得る。
例を示す横断面図で、図1,図2の基本構成に基づいて
作成した具体例であり、図1と同一符号は同一部分を示
す。内管32と外管33には陽極酸化と封孔処理により
絶縁被覆加工を施したアルミニウム等の高熱伝導率材料
を使用し、内管32の内側の内周面32bや外管33の
外側の外周面33bの形状は、熱交換効率を高めるよう
な表面積が大きい形状にするとよい。また、放熱の方式
は、空気を用いて周囲に放熱する以外、例えば冷却用の
液体を流して放熱する方式でもよい。外管33は1点の
部品である必要はなく、円筒を数等分して組み合わせ、
円筒形に固定する方式でもよい。熱電素子36は、25
0℃までの間で熱電変換効率が優れているビスマステル
ル系熱電半導体素子であり、p型素子とn型素子を図1
と同様回転対称形に配置する。図3では円周方向にp
型,n型を交互に並べているが、電気的に直列接続にな
るならば、奥行き方向(長手方向)にp型とn型を繰り
返し配置してもよい。金属の接着や溶射法等によって作
製した電極35(材料:銅,アルミニウムなど)により
これらの熱電素子36を電気的に直列接続し、最終的な
電気出力を電気出力端子37から得る。
【0036】このように熱電素子36と電極35の配置
を、必要とする電気出力に応じて2重円筒体34の長手
方向に数列比べて作製し、各電気出力端子37を電気的
に直列、あるいは並列に接続して、1つのモジュールの
電気出力とする。
を、必要とする電気出力に応じて2重円筒体34の長手
方向に数列比べて作製し、各電気出力端子37を電気的
に直列、あるいは並列に接続して、1つのモジュールの
電気出力とする。
【0037】また、長手方向の熱膨張による歪みを抑制
するために、内管32と外管33は終端で強固に固定す
る。
するために、内管32と外管33は終端で強固に固定す
る。
【0038】終端にはねじ部(図2の右ねじ41A,左
ねじ41B参照)を設け、熱源からの流体経路38との
接続を容易にすることで熱電発電モジュール31を交換
可能な部品として取り扱いやすくする。
ねじ41B参照)を設け、熱源からの流体経路38との
接続を容易にすることで熱電発電モジュール31を交換
可能な部品として取り扱いやすくする。
【0039】また、外管33には放熱を促進するための
フィン41が放射状に設けられている。
フィン41が放射状に設けられている。
【0040】〔実施例3〕図4は、本発明の第3の実施
例を示す横断面図である。この実施例が第1の実施例と
異なるところは熱電素子36が全部並列に接続されてい
る点である。そのため熱電素子36に接続される電極3
5は図1のように内側と外側とが交互に配置されるので
はなく、連続的に形成されている。
例を示す横断面図である。この実施例が第1の実施例と
異なるところは熱電素子36が全部並列に接続されてい
る点である。そのため熱電素子36に接続される電極3
5は図1のように内側と外側とが交互に配置されるので
はなく、連続的に形成されている。
【0041】なお、図1の第1の実施例と図4の第3の
実施例とを組合せた直並列接続も可能なことは云うまで
もない。そして、図4の実施例においても図3の第2の
実施例のようにして具体化することができる。
実施例とを組合せた直並列接続も可能なことは云うまで
もない。そして、図4の実施例においても図3の第2の
実施例のようにして具体化することができる。
【0042】〔使用例〕図5,図6は、それぞれ本発明
の熱電発電モジュール31の使用例を示す構成図で、図
5はボイラーに使用した場合、図6は自動車等の排気管
に使用した場合を示す。
の熱電発電モジュール31の使用例を示す構成図で、図
5はボイラーに使用した場合、図6は自動車等の排気管
に使用した場合を示す。
【0043】図5において、51はボイラーで、配管部
52を介してラジエータ53が並列に接続されており、
これらのラジエータ53と直列に本発明によるモジュー
ル31が接続されている。そして、モジュール31の内
管(図1に示す)32には高温流体39としてボイラー
51の加熱水(温水)または蒸気が流通している。
52を介してラジエータ53が並列に接続されており、
これらのラジエータ53と直列に本発明によるモジュー
ル31が接続されている。そして、モジュール31の内
管(図1に示す)32には高温流体39としてボイラー
51の加熱水(温水)または蒸気が流通している。
【0044】図6において、61はマフラで、自動車等
の排気管62に取り付けられており、マフラ61の排気
側の配管部63に本発明によるモジュール31が取り付
けられている。
の排気管62に取り付けられており、マフラ61の排気
側の配管部63に本発明によるモジュール31が取り付
けられている。
【0045】そして、モジュール31の内管(図1に示
す)32には高温流体39として排気ガスが流通してい
る。
す)32には高温流体39として排気ガスが流通してい
る。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、内部が
高温流体の流体経路となる電気的絶縁性の内管と、この
内管と同一軸心で前記内管との間に所定の空隙部が形成
される電気的絶縁性の外管とからなる2重円筒体と、前
記内管と外管の対向面上に配設した複数個の電極と、こ
れらの電極に接続され両端に生ずる温度差で発電を行う
複数個の熱電変換素子とを備えたので、従来のモジュー
ルの問題点であった熱応力に起因するモジュールの破損
を防ぐことができ、信頼性の向上がえられる。また、流
体経路とモジュールを形成する2重円筒体とを一体化す
ることにより熱伝達損失を減らし、発電効率の向上を図
ることができ、さらにはモジュール締め付け用外部部品
の不必要等、部品点数や施工の削減など実際的な応用を
容易にすることができる利点を有する。
高温流体の流体経路となる電気的絶縁性の内管と、この
内管と同一軸心で前記内管との間に所定の空隙部が形成
される電気的絶縁性の外管とからなる2重円筒体と、前
記内管と外管の対向面上に配設した複数個の電極と、こ
れらの電極に接続され両端に生ずる温度差で発電を行う
複数個の熱電変換素子とを備えたので、従来のモジュー
ルの問題点であった熱応力に起因するモジュールの破損
を防ぐことができ、信頼性の向上がえられる。また、流
体経路とモジュールを形成する2重円筒体とを一体化す
ることにより熱伝達損失を減らし、発電効率の向上を図
ることができ、さらにはモジュール締め付け用外部部品
の不必要等、部品点数や施工の削減など実際的な応用を
容易にすることができる利点を有する。
【0047】また、複数個の電極ならびに熱電交換素子
とを回転対称形に配設したので、熱膨張は等方向に熱電
素子に伝えられるため熱電変換素子内部に剪断応力が生
じない利点を有する。
とを回転対称形に配設したので、熱膨張は等方向に熱電
素子に伝えられるため熱電変換素子内部に剪断応力が生
じない利点を有する。
【図1】本発明の第1の実施例の構成を示す横断面図で
ある。
ある。
【図2】本発明の第1の実施例の構成を示す一部破断縦
断面図である。
断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す横断面図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す横断面図である。
【図5】本発明の熱電発電モジュールの一使用例を示す
構成図である。
構成図である。
【図6】本発明の熱電発電モジュールの他の使用例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図7】従来の熱電発電モジュールの使用例を示す斜視
図である。
図である。
【図8】平板型の熱電発電モジュールの歪の説明図であ
る。
る。
【図9】従来の熱電発電モジュールの一例を示す一部破
断側面図である。
断側面図である。
31 熱電発電モジュール 32 内管 32a 外周面 33 外管 33a 内周面 34 2重円筒体 35 電極 36 熱電変換素子 37 電気出力端子 38 流体経路 39 高温流体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−254082(JP,A) 特公 昭38−7278(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 35/32 H01L 35/30 H02N 11/00
Claims (1)
- 【請求項1】 内部が高温流体の流体経路となる電気
的絶縁性の内管と、前記内管と同一軸心で前記内管との
間に所定の空隙部が形成される電気的絶縁性の外管とか
ら成る2重円筒体と、前記内管と前記外管の対向面上に
夫々連続的に形成されて配設された内側電極及び外側電
極と、前記内側電極と前記外側電極との間に電気的に並
列に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個
の熱電変換素子とを備えたことを特徴とする熱電発電モ
ジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7186714A JP2775410B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 熱電発電モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7186714A JP2775410B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 熱電発電モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0936439A JPH0936439A (ja) | 1997-02-07 |
JP2775410B2 true JP2775410B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=16193359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7186714A Expired - Lifetime JP2775410B2 (ja) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | 熱電発電モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2775410B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003107525A1 (ja) * | 2002-06-14 | 2003-12-24 | 明総合研究所有限会社 | 動力産出装置 |
US7868242B2 (en) | 2004-07-01 | 2011-01-11 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelectric conversion module |
JP2012010459A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Ihi Corp | 排ガス利用発電装置及び発電システム |
WO2012018053A1 (ja) | 2010-08-04 | 2012-02-09 | 北海道特殊飼料株式会社 | 熱電発電装置 |
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DE102008058779A1 (de) | 2008-11-24 | 2010-05-27 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Modul für einen thermoelektrischen Generator und ein thermoelektrischer Generator |
JP2010136507A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Ihi Plant Construction Co Ltd | 冷熱用熱発電素子を組み込んだ熱交換器 |
DE102009058676A1 (de) * | 2009-12-16 | 2011-06-22 | Behr GmbH & Co. KG, 70469 | Wärmetauscher |
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JP5692893B2 (ja) * | 2010-06-29 | 2015-04-01 | トクデン株式会社 | 誘導発熱ローラ装置 |
DE102010034708A1 (de) * | 2010-08-18 | 2012-02-23 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Rohrförmiges thermoelektrisches Modul sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
JP5609419B2 (ja) * | 2010-08-23 | 2014-10-22 | 富士通株式会社 | 熱電変換デバイス及びセンシングデバイス |
DE102010035151A1 (de) | 2010-08-23 | 2012-02-23 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Halbleiterelement für ein thermoelektrisches Modul und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102011016808A1 (de) | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Vorrichtung mit einem Wärmetauscher für einen thermoelektrischen Generator eines Kraftfahrzeugs |
US20140224296A1 (en) * | 2011-09-20 | 2014-08-14 | The Regents Of The University Of California | Nanowire composite for thermoelectrics |
JP6132285B2 (ja) | 2013-06-11 | 2017-05-24 | 北海道特殊飼料株式会社 | 熱電発電装置 |
DE102013212817A1 (de) | 2013-07-01 | 2015-01-08 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Thermogenerator für Kraftfahrzeuge |
KR101688595B1 (ko) * | 2014-10-21 | 2016-12-22 | 국민대학교 산학협력단 | 열전소자 모듈 장치 |
CN106602932A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 江苏大学 | 一种圆柱体热源温差发电装置 |
KR102109486B1 (ko) * | 2018-02-12 | 2020-05-13 | 한국표준과학연구원 | 도넛형 열전 발전모듈 및 그 장치 |
CN108493322B (zh) * | 2018-05-07 | 2023-12-26 | 河南城建学院 | 环形热电材料发电器的热电偶单元及环形热电材料发电器 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61254082A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-11 | Suzuki Motor Co Ltd | 排気熱発電装置 |
-
1995
- 1995-07-24 JP JP7186714A patent/JP2775410B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2003107525A1 (ja) * | 2002-06-14 | 2003-12-24 | 明総合研究所有限会社 | 動力産出装置 |
US7868242B2 (en) | 2004-07-01 | 2011-01-11 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelectric conversion module |
JP2012010459A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Ihi Corp | 排ガス利用発電装置及び発電システム |
WO2012018053A1 (ja) | 2010-08-04 | 2012-02-09 | 北海道特殊飼料株式会社 | 熱電発電装置 |
Also Published As
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---|---|
JPH0936439A (ja) | 1997-02-07 |
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