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 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100147351A1 (en) | 2007-07-20 | 2010-06-17 | Universal Entertainment Corporation | Thermoelectric conversion module |
| 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 |
| JP5703585B2 (ja) * | 2010-04-13 | 2015-04-22 | 富士通株式会社 | 熱電変換素子及びその製造方法 |
| 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 |
Family Cites Families (1)
| 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
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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0936439A (ja) | 1997-02-07 |
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Legal Events
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