JP4253471B2 - Energy conversion system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる形態にあるエネルギーの相互変換もしくは熱エネルギー転送を行う装置とその系に係り、特に自然界に存在する熱エネルギーを電気エネルギーや化学エネルギーに直接変換もしくは転送する熱電効果装置，エネルギー直接変換システム，エネルギー変換システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在におけるエネルギーの利用形態は、化石燃料，原子力，水力等を非可逆的に利用するものが殆どであり、特に化石燃料の消費は地球の温暖化や環境破壊を増大させる要因となっている。所謂クリーンエネルギーとして、太陽光発電，風力発電，あるいは水素ガスなどを消費することにより、環境への負荷を低減させる努力が漸く実現化の緒についたが、化石燃料や原子力に代替し得るに程度には至っていない。
【０００３】
自然界に存在する熱エネルギーを電力等の直接利用可能な形態に変換するものとして、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子（以下、ゼーベック素子と称する）が知られ、前記の化石燃料や原子力の代替エネルギーとして研究開発が行われている。前記ゼーベック素子は、それぞれゼーベック係数が異なる２種類の導体（または半導体）を接触して構成され、両導体の自由電子数の差により電子が移動して両導体に間に電位差を生じるものであり、この接点に熱エネルギーを与えることによって、自由電子の動きが活発となり、熱エネルギーを電気エネルギーへ変換することができ、これを熱電効果という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のゼーベック素子のような直接発電素子では十分な電力が得られず、小規模なエネルギー源としての利用に限られるため、その応用形態も限定されているのが現状である。
【０００５】
一般的に、前記のようなゼーベック素子は、加熱部と冷却部とが一体素子となっており、またペルチェ効果を利用した熱電効果素子（以下、ペルチェ素子と称する）においても、その吸熱部と発熱部は一体素子となっている。
【０００６】
このため、前記のようなペルチェ素子とゼーベック素子を用いて大規模なエネルギー変換設備を構築しようとした場合、その設備等の設置場所において物理的な制限が加わるため、非現実的である。また、一般的なペルチェ素子とゼーベック素子とを用いたエネルギー利用は一方向的なものであり、例えば一度使用したエネルギーを再度利用するように循環形態を構成するという技術思想は何らなかった。
【０００７】
これからのエネルギー開発は、前記のように、地球の温暖化や環境の破壊を引き起こすことなく、かつ再利用を図る方向でなければならず、これが今後におけるエネルギー開発に欠かせない大きな課題となっている。
【０００８】
本発明は、前記課題の解決を図るものであり、自然界において無公害かつ無尽蔵に存在する自然界の熱エネルギーを利用（再利用）することにより、例えば熱エネルギー，電気エネルギー，化学エネルギー等の種々のエネルギーを獲得することが可能な熱電効果装置，エネルギー直接変換システム，エネルギー変換システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の課題の解決を図るために、請求項１記載の発明は、熱電変換装置を設け、その熱電変換装置から得られた熱エネルギーを、エネルギー直接変換システムへ供給して電気ポテンシャルエネルギーを得、その電気ポテンシャルエネルギーの一部を前記熱電効果装置に帰還し直流電源として用いることを特徴とするエネルギー変換システムである。前記熱電変換装置は、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士で、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、その導電材料の一方に直流電源を直列接続することによりペルチェ効果熱伝達回路系を構成し、前記ペルチェ効果熱伝達回路系の吸熱部と発熱部との間を、吸熱部の温度Ｔ１と発熱部の温度Ｔ２とがＴ１＜Ｔ２の関係を維持できる距離を確保した熱電変換装置であることを特徴とする。前記エネルギー直接変換システムは、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士において、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、それぞれ温度の異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成したエネルギー直接変換システムであることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、熱電変換装置を設け、その熱電変換装置から得られた熱エネルギーを、エネルギー直接変換システムへ供給して電気ポテンシャルエネルギーを得、その電気ポテンシャルエネルギーの一部を前記熱電効果装置に帰還し直流電源として用いるエネルギー変換システムである。前記熱電変換装置は、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る熱電変換素子を２ｎ個備え、前記２ｎ個の熱電変換素子を、それぞれ隣接する熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に直列接続、かつ隣接する熱電変換素子を交互に振り分けて吸熱部と発熱部とを形成し、前記導電材料の少なくとも一部に直流電源を直列接続することにより、吸熱部と発熱部とをそれぞれｎ個有するペルチェ効果熱伝達回路系を構成し、前記ペルチェ効果熱伝達回路系の吸熱部と発熱部との間を、吸熱部の温度Ｔ１と発熱部の温度Ｔ２とがＴ１＜Ｔ２の関係を維持できる距離を確保した熱電変換装置であることを特徴とする。前記エネルギー直接変換システムは、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士において、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、それぞれ温度の異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成したエネルギー直接変換システムであることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記エネルギー直接変換システムは、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る熱電変換素子を２ｎ個備え、前記２ｎ個の熱電変換素子を、それぞれ隣接する熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に直列接続、かつ隣接する熱電変換素子を交互に振り分けて異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成したエネルギー直接変換システムであることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る前記電気エネルギーの帰還をオン／オフスイッチの切り替えによって制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る前記電気エネルギーの帰還をオン／オフスイッチの切り替えによって制御し、前記電気エネルギーの熱電効果装置への供給と共に、前記熱電効果装置の直流電源からの電力供給を断つことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のうちいずれかに係るエネルギー変換システムから得られた電気ポテンシャルエネルギーを電気分解することにより、化学ポテンシャルエネルギーに変換することを特徴とする。
【００１９】
上記目的を満たすエネルギー源を得るシステムには、熱的に開放系で、且つ、循環型の形態を持たせる必要がある。即ち任意に離れた領域間でペルチェ効果素子により熱エネルギーの転送を行い、ゼーベック効果素子により熱エネルギーを電気的ポテンシャルエネルギーに直接エネルギーに変換し、更に、電解液や水の電気分解等を利用して電気的ポテンシャルエネルギーを化学ポテンシャルエネルギーに変換して、エネルギーの貯蔵，蓄積，運搬を容易に行える電気回路システムを、本発明は提供している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
発明が解決しようとする課題の欄に記載したとおり、ゼーベック素子（またはペルチェ素子）は加熱部と冷却部（または吸熱部と発熱部）が一体素子となっていることに起因する問題を有していたことから、発明者は、これらの課題を解決するために、ゼーベック素子（ペルチェ素子）の加熱部と冷却部（吸熱部と発熱部）とを分離することに着目した。そこで、素子がその特性を失うことなく、加熱部と冷却部（吸熱部と発熱部）とを分離、すなわち加熱部と冷却部（吸熱部と発熱部）とを各々独立した構成とすることができるかを確認するための実験を試みた。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態における熱電効果装置，エネルギー直接変換システム，エネルギー変換システムについて、図面等を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態において、自然エネルギーを利用したエネルギー直接変換システムは、そのシステム全体が開放系内で動作していることにより、「閉鎖系でのみ成り立つエントロピー増大の法則」は適応できないことに留意する必要がある。
【００２２】
まず、本発明の基本的な技術思想（原理）について説明する。図１はペルチェ効果とゼーベック効果の物理機構の原理をエネルギーバンドで説明する概略模式図であり、それぞれ異なるゼーベック係数を有する導電部材Ａ（例えば、図１ではｐ型半導体；以下、第１導電部材と称する）と導電部材Ｂ（例えば、図１ではｎ型半導体；以下、第２導電部材と称する）との間に、金属等の導電性を有する接合部材Ｍを介在させ、外部電界を第２導電部材Ｂから第１導電部材Ａ方向へ印加した場合の模式を示している。なお、図１中の斜線部は自由電子の無い荷電子帯、一点鎖線はフェルミレベルＶＦ、符号ＥＶは前記荷電子帯の上端レベル、符号ＥＣは導電帯の下端レベル、符号ＥＶａｃは真空レベルを示すものである。
【００２３】
図１に示すように、外部電界を第２導電部材Ｂから第１導電部材Ａ方向へ印加した場合、第１導電部材ＡのフェルミレベルＥＦよりも下のレベル（低いレベル）には、有限の厚さを持つ接合部材ＭのフェルミレベルＥＦ、更にその下のレベル（低いレベル）には第２導電部材ＢのフェルミレベルＥＦが並ぶレベル配置となる。外部電界を加えない場合には、前記導電部材Ａ，ＢのフェルミレベルＥＦはそれぞれ同等のレベルとなる。また、外部電界を第１導電部材Ａから第２導電部材Ｂ方向に印加した場合には、前記の第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの各フェルミレベルＥＦは、それぞれ図１に示したレベル配置の逆の状態となる。
【００２４】
図１中の符号φＡ（Ｔ１），φＭ（Ｔ１），φＢ（Ｔ１）は、それぞれ第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの電気的ポテンシャル（障壁電位）を示し、外部電界の向きに係わらず、それぞれ第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの温度によって固有に決定される電位である。例えば、電荷ｅを持つ電子が前記の第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの外部へ飛び出るには、それぞれｅφＡ（Ｔ１），ｅφＭ（Ｔ１），ｅφＢ（Ｔ１）のエネルギーを必要とする。
【００２５】
前記のように外部電界を加えない場合、第１導電部材ＡのフェルミレベルＥＦ，接合部材ＭのフェルミレベルＥＦ，第２導電部材ＡのフェルミレベルＥＦがそれぞれ同等のレベルとなるように電子が移動し、第２導電部材Ｂと接合部材Ｍ間の接触電位差ＶＲＭは「φＢ（Ｔ１）−φＭ（Ｔ１）」となり、接合部材Ｍと第１導電部材Ａの接触電位差ＶＭＡは「φＭ（Ｔ１）−φＡ（Ｔ１）」となる。その状態で、外部電界を第２導電部材Ｂから第１導電部材Ａ方向へ印加して電流を流すと、導電帯の自由電子流と荷電子帯内のホールの移動に伴う電子流とは、それぞれ第１導電部材Ａから接合部材Ｍ方向へ流れ、更に接合部材Ｍから第２導電部材Ｂ方向へ流れる。なお、外部電界による自由電子のドリフト速度は、自由電子の熱速度に比べて小さいため、無視できる程度である。
【００２６】
ここで、前記のように第１導電部材Ａから接合部材Ｍ方向へ流れ、さらに接合部材Ｍから第２導電部材Ｂへ流れ込む自由電子流の電子群に着目すると、この着目電子群内の各電子の全エネルギーは電気的ポテンシャルエネルギーと熱速度による運動論的エネルギーとの総和に相当する。このように着目電子群が第１導電部材Ａから接合部材Ｍへ、さらに接合部材Ｍから第２導電部材Ｂへ流れ込む物理過程は、それぞれの接合面領域が十分に狭いため、外部からのエネルギーが着目電子群に加わらない電子的断熱過程となる。
【００２７】
すなわち、前記着目電子群は、第１導電部材Ａから接合部材Ｍ方向へ流れ、さらに接合部材Ｍから第２導電部材Ｂ側に流れ込むと、各境界面（図１では、二つの境界面）において電子の電気的ポテンシャルエネルギーが大きくなった分だけ電子の熱エネルギーは減少し、各境界面に流れ込んだ電子の熱速度は小さくなる。前記の各境界面で小さくなった着目電子群の熱速度は、接合部材Ｍ内および第２導電部材Ｂ内に予め存在していた自由電子群と導電材原子から、熱エネルギーを極めて早いエネルギー等配分時間で吸収することによって、接合部材Ｍの第１導電部材Ａ側と第２導電部材Ｂの金属Ｍ側との境界付近にて吸熱現象が起こる。このような物理過程が、ペルチェ効果による吸熱現象が起こる物理機構である。なお、第１導電部材Ａの接合部材Ｍ側と接合部材Ｍの第２導電部材側との境界付近においては、前記のような吸熱現象は起こらない。
【００２８】
次に、外部電界を反転させて電流の向きを逆にすると（外部電界を第１導電部材Ａから導電部材Ｂ方向へ印加すると）、図１とは逆に、第１導電部材ＡのフェルミレベルＥＦよりも上のレベル（高いレベル）に有限の厚さを有する接合部材ＭのフェルミレベルＥＦ、更にその上のレベル（高いレベル）に第２導電部材ＢのフェルミレベルＥＦが並ぶレベル配置となる。それら第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの電気ポテンシャルφＡ（Ｔ１），φＭ（Ｔ１），φＢ（Ｔ１）は、前記のように第１導電部材Ａ，接合部材Ｍ，第２導電部材Ｂの各々の温度で固有に決定されるため大小関係は変わらず、電子流の方向は反転する。
【００２９】
その結果、各境界面における運動論的エネルギーは電子の電気的ポテンシャルエネルギーが小さくなった分だけ増大し、各境界面に流れ込んだ電子の熱速度が大きくなり、接合部材Ｍの第２導電部材Ｂ側と第１導電部材Ａの接合部材Ｍ側との各境界付近にて発熱現象が起こる。また、第２導電部材Ｂの接合部材Ｍ側と接合部材Ｍの第１導電部材Ａ側との境界付近においては、発熱現象は起こらない。
【００３０】
電流を流すためには閉回路を構成する必要がある。一般的なペルチェ素子においては、前記のように「導電部材Ａ（Ｔ１），接合部材Ｍ（Ｔ１），導電部材Ｂ（Ｔ１）」の接合構造で、第１導電部材Ａと導電部材Ｂとの間に絶対ゼーベック係数の小さい接合部材Ｍを介在させて構成され、これに外部電源を使って電流が流れしてペルチェ素子回路が構成される。このように構成されたペルチェ素子における第１導電部材Ａと第２導電部材Ｂとの絶対ゼーベック係数の差が大きいほど、ペルチェ効果による発熱量あるいは吸熱量は大きくなる。この絶対ゼーベック係数は温度依存性を持った導電部材固有の係数である。
【００３１】
このように閉回路が構成されたペルチェ素子回路では、十分大きな放熱部材（放熱効果の高い部材）により発熱側の発熱エネルギーを取り除かないと、例えば図１に示したように導電部材Ａ（Ｔ１），接合部材Ｍ（Ｔ１），導電部材Ｂ（Ｔ１）はそれぞれ良好な熱伝導性を有するため、それら三つの導電帯はそれぞれ同等で極めて高い温度を持つようになる。
【００３２】
その結果、荷電子帯の電子が大量に導電帯へ熱励起されてフェルミレベルＥＦが大きく上昇し、最終的に電気的ポテンシャルが「φＡ（Ｔ１）＝φＭ（Ｔ１）＝φＢ（Ｔ１）」のように三つの導体全部が等しくなってしまう。このような状態になると、前記の原理説明で述べたペルチェ効果は消滅してしまい、外部から加えられた電力は、前記の三つの導電帯における電気抵抗をジュール加熱するだけに消費される。このような状態にならないようにするため、ペルチェ素子回路を内装した一般的な家電製品やコンピュータにおいては、ペルチェ効果素子の発熱側（発熱側付近）に大きな熱吸収体や放熱材料、あるいは電気ファンを設けることにより、前記のペルチェ効果が消滅しないよう構造が採られている。
【００３３】
これに対して、本発明においては、電気的特性（例えば、熱伝導性や導電性）の良好な導電材料を用いて（例えば、2本の配線材料）、ペルチェ素子の発熱側と吸熱側との間を所定距離隔てて熱的な開放系にすることにより（例えば、発熱側と吸熱側との間で熱的な相互干渉の無い距離を確保することによりされないようにすることにより）、発熱側と吸熱側とをそれぞれ独立させて、前記のペルチェ効果が絶対に消滅しないようにし、且つ同時に利用できるように構成されたものである。
【００３４】
このように構成されたペルチェ素子において、図1の外部電界を加えない状態にある場合、温度Ｔ１が高くなるに連れて熱励起による導電帯の自由電子数と荷電子帯のホール数は多くなる。その結果、第１導電部材Ａ側のフェルミレベルＥＦ，接合部材ＭのフェルミレベルＥＦ，第２導電部材Ｂ側のフェルミレベルＥＦがそれぞれ同等のレベルとなるように、電子がより多く移動し、第１導電部材Ａと接合部材Ｍとの間における接触電位差ＶＡＭ（すなわち、「ｅφＡ（Ｔ１）−ｅφＭ（Ｔ１）」）は大きくなる。
【００３５】
前記のように電界を加えない場合の図１の構成２組を直列に接続、すなわち「第1導電部材Ａ（Ｔ１），第２導電部材Ｂ（Ｔ１）から成るユニット」と「第１導電部材Ａ（Ｔ２），第２導電部材Ｂ（Ｔ２）から成るユニット」とを連続導体により電気的に直列に接続した構成の場合、温度差「Ｔ１−Ｔ２」が大きくなるに連れて、直列電位差電圧Ｖは大きくなる。この電圧Ｖはゼーベック効果による出力電圧に相当する。
【００３６】
本発明は、前記のように異なるゼーベック係数を有する２つの導電部材を用いて成るユニット２組を導電材料で接合することにより構成され、外部電界で電流を流すペルチェ効果と、外部電界を加えずに接触電位差を直列につなげたゼーベック効果とは、それぞれ同じ物理的基礎を持つ。すなわち、本発明におけるペルチェ効果とゼーベック効果とは、同じ物理機構の二つの側面を活用したものである。
【００３７】
[本実施の第１形態]
図２は、本実施の第１形態に関するものであり、２つの熱電変換素子間隔を任意に設定することが可能な一対のペルチェ効果熱転送回路系を説明する模式図である。図２に示すように、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材Ａ１１と第２導電部材Ｂ１２とを、熱伝導および導電性の良い材料（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等）から成る接合部材ｄ１３を介して接合することにより第１熱電変換素子１０を形成する。また、前記第１熱電変換素子１０と同様に、異なるゼーベック係数を有する第１導電部材Ａ２１と第２導電部材Ｂ２２とを接合部材ｄ２３を介して接合することにより第２熱電変換素子２０を形成する。さらに、前記第１導電部材Ａ１１と第２導電部材Ｂ１２とにおける接合部材ｄ１３と対向する側の面と、前記第１導電部材Ａ２１と第２導電部材Ｂ２２とにおける接合部材ｄ２３と対向する側の面とを、それぞれ熱伝導の良い導電材料（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等から成る配線材料）を用いて接合する。そして、前記導電材料の一部（例えば、一方の導電材料の中央部）に直流電源を直列接続することにより、前記接合部材１３，２３をそれぞれ吸熱側，発熱側にした一対のペルチェ効果熱伝達電気回路系が構成される。
【００３８】
前記の導電材料は、少なくとも前記第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０とが熱的に互いに相互干渉を受けない程度の長さにする必要があり、理論的には数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートルの長さの間で種々設定することが可能である。
【００３９】
このように構成された回路系は、吸熱部（すなわち、負の熱エネルギー源）と発熱部（すなわち、正の熱エネルギー源）との間を任意の距離で隔てて、それら二つの正と負の熱エネルギー源を互いに独立して利用することが可能なシステムである。
【００４０】
なお、各熱電変換素子間を導電材料により接続するにあたっては、可能な場所は各導電部材に直接接続しても良く、必要に応じて図２中（および図３中）のｄ１４に示す導電板（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等）を接続したり、さらに導電板ｄ１４に端子（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等）ｄ１５を接続しても良い。また、図２中（および図７中）の符号において、Ｒ１，Ｒ２は吸熱側と発熱側または高温側と低温側における導電部材の抵抗、ＩＣは回路電流、ＲＣは接続導電材料部分の回路抵抗、ＶOUTは電圧出力を示す。これら各符号においては、以下の実施の形態および実施例においても同様とする。
【００４１】
まず、図２に示したように構成された回路で、第１導電部材Ａ１１，Ａ２１と第２導電部材Ｂ１２，Ｂ２２として一般的なπ型ｐｎ接合素子（例えば、米国ＭｅＬＣＯＲ社製のＣＰ−２４９−０６Ｌ，ＣＰ２−８−３１−０８Ｌ）を２つ使用し、第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０との間（導電材料（銅線）の長さ）の距離を１メートルおよび５０メートル隔てた場合において、外部直流電源から電流を供給したところ、それら２つのπ型ｐｎ接合素子の両端（第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０の両端；すなわち、接合部材ｄ１３，ｄ２３）でペルチェ効果による吸熱現象と発熱現象が起こり、吸熱側である第１熱電変換素子１０と発熱側である第２熱電変換素子２０とを各々独立した構成においても、ペルチェ効果が失われることなく持続していることを確認できた。また、前記の供給する電流の向きを反転させたところ、前記の両端の吸熱現象と発熱現象が反転することも確認できた。
【００４２】
次に、図２の回路で第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０との間の距離を５ｍｍ隔てた場合において、外部直流電源から電流を供給したところ、図３に示すように第２熱電変換素子２０側の熱が第１熱電変換素子１０側に熱伝達してしまい、第１熱電変換素子１０側の温度Ｔ１が徐々に上がっていることが読み取れる。一方、前記の第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０との間の距離を２ｍ隔てた場合においては、図４に示すように第２熱電変換素子２０側の熱が第１熱電変換素子１０側に熱伝達せず、第１熱電変換素子１０側と第２熱電変換素子２０側とにおいて熱的に相互干渉を受けていないことが読み取れる。この結果から外部の熱エネルギー落差に依存していると言える。
【００４３】
次に、図２の回路における第１熱電変換素子１０側の温度Ｔ１と第２熱電変換素子２０側の温度Ｔ２とが平衡になった状態で、その第１熱電変換素子１０側を外部熱源により人為的に加熱（３回加熱）して温度１０℃上昇させた後、外部直流電源の電流変化に対する第２熱電変換素子２０側の温度変化（℃）および温度変化量（ΔＴ２（℃））を測定した。その結果、図５に示すように、外部電流電源の電流が大きくなるに連れて、人為的な加熱前と加熱後とにおいて温度が上昇すると共にその温度差も大きくなることから、第１熱電変換素子１０側からの熱エネルギーの大きさに応じて転送量が変化していることが読み取れる。なお、図５において、記号「◆」，「■」，「▲」はそれぞれ１回目，２回目，３回目の加熱後における測定値、記号「*」，「○」，「＋」はそれぞれ１回目，２回目，３回目の加熱前における測定値、記号「●」，「−」はそれぞれ加熱前および加熱後における測定値の平均値を示すものとする。
【００４４】
また、図６に示すように、外部電流電源の電流が大きくなるに連れて、温度変化量ΔＴ２が大きくなることも読み取れる。なお、図６において、記号「*」，「●」，「■」はそれぞれ図５における１回目，２回目，３回目の加熱後と加熱前との温度差、記号「▲」は前記の加熱後および加熱前における温度差の平均値を示すものとする。
【００４５】
ゆえに、図２の回路は熱エネルギー転送に際し外部の熱エネルギー落差（温度）依存性および電流依存性を有し、その電流が大きくなるに連れて転送量が大きくなることを確認できた。すなわち、熱エネルギーがＴ１側からＴ２側へ転送（いわゆる、導体内自由電子を用いたヒートポンピング）されて、導体内自由電子による熱エネルギー転送が可能であることの原理実証ができたと言える。また、熱エネルギーの転送量は電流に依存し、電流が大きくなるに連れて転送量が大きくなることを確認した。
【００４６】
なお、温度依存性については、少なくとも「Ｔ１＜Ｔ２」の関係が維持される距離を確保することで、ペルチェ効果を得ることができるが、第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子とが熱的に相互干渉を受けない距離を確保することが好ましい。例えば、前記の導電材料において、少なくとも前記第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０とが熱的に互いに相互干渉を受けない程度の長さであれば、理論的には数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートル、もしくはそれ以上の長さで種々設定することが可能である。
【００４７】
［本実施の第２形態］
前記の実施の第１形態における図２の回路から外部直流電源を取り外し、前記第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０の両端；すなわち、接合部材ｄ１３，ｄ２３）において８０℃前後の温度差を付与したところ、電源を取り外した端子に０．２ミリボルトの起電力が発生することを確認でき、冷却側である第１熱電変換素子１０と加熱側である第２熱電変換素子２０とを各々独立した構成においても、ゼーベック効果が失われることなく持続していることを確認できた。
【００４８】
図７は、本実施の第２形態に関するものであり、２つの熱電変換素子間隔を任意に設定することが可能な一対のペルチェ効果熱転送回路系を説明する模式図である。なお、図２に示すものと同様なものには同一符号を用いて、その詳細な説明を省略する。図７に示す回路系は、前記の図２と同様の回路系から直流電源を取り除き、少なくとも第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０とが熱的に互いに相互干渉を受けないように導電材料の長さを調整（例えば、必要に応じて数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートルの長さに調整）し、その導電材料の一部を切断して出力電圧端子としたものである。図７の回路系において、第１熱電変換素子１０の端（接合部材ｄ１３）および第２熱電変換素子２０の端（接合部材ｄ２３）をそれぞれ異なる温度環境に配置し、それぞれの環境の温度Ｔ１およびＴ２における温度差「Ｔ１−Ｔ２」を有限に保つことにより、異なる環境に存在する熱エネルギーをゼーベック効果により電気エネルギーに直接変換させることができ、電力源として利用できる。
【００４９】
ここで、図７に示したように構成された回路で、第１導電部材Ａ１１，Ａ２１と第２導電部材Ｂ１２，Ｂ２２として一般的なπ型ｐｎ接合素子を２つ使用し、第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０との間（導電材料（銅線）の長さ）の距離を１メートル隔て、導電材料の一部（例えば、一方の導電材料の中央部）を切断し、その切断部にてゼーベック効果による電圧出力を電圧測定器で測定しながら、前記２つのπ型ｐｎ接合素子の両端（第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０の両端；すなわち、接合部材ｄ１３，ｄ２３）の発熱端子と吸熱端子とを、それぞれ外部から加熱および冷却したところプラスとマイナスの出力電圧が測定できた。また、前記の発熱端子を加熱し吸熱端子を冷却させたところ、出力電圧のプラスとマイナスが反転することを確認できた。
【００５０】
なお、ゼーベック効果は、温度差を電気エネルギーに直接変換させるものであるため、少なくとも「Ｔ１＜Ｔ２」の関係が維持される距離を確保することで、その効果を得ることができるが、第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子とが熱的に相互干渉を受けない距離を確保することが好ましい。例えば、前記の導電材料において、少なくとも前記第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０とが熱的に互いに相互干渉を受けない程度の長さであれば、理論的には数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートル、もしくはそれ以上の長さで種々設定することが可能である。
【００５１】
［本実施の第３形態］
本実施の第３形態では、前記した本発明の基本的な技術思想に基づいて、前記本発明の目的を達成するための具体的な構成（例えば、本実施の第１，第２形態の具体的な構成）を説明する。なお、導体あるいは半導体を「導電部材」と表記し接合した導電材料を吸熱端子、または発熱端子と表記する。吸熱部は負の熱エネルギー源、発熱部は正の熱エネルギー源と称する。
【００５２】
前記目的を達成するために、前記の実施の第１，第２形態と同様に、異なるゼーベック係数をもつ第１導電部材Ａと第２導電部材Ｂとを接合部材ｄ１３を介して接合することにより第１熱電変換素子１０を形成する。また、前記第１熱電変換素子１０と同様に、それぞれ異なるゼーベック係数を有する第１導電部材Ａ２１と第２導電部材Ｂ２２とを熱伝導性および導電性を有する材料（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等）から成る接合部材ｄ２３を介して接合することにより第２熱電変換素子２０を形成する。さらに、前記第１導電部材Ａ１１と第２導電部材Ｂ１２とにおける接合部材ｄ１３と対向する側の面と、前記第１導電部材Ａ２１と第２導電部材Ｂ２２とにおける接合部材ｄ２３と対向する側の面とを、それぞれ熱伝導の良い導電材料（例えば、銅，金，白金，アルミニウム等から成る配線材料）を用いて接合する。そして、前記導電材料の一部（例えば、一方の導電材料の中央部）に直流電源を直列接続することにより、前記接合部材１３，２３をそれぞれ吸熱側，発熱側にした一対のペルチェ効果熱伝達電気回路系が構成される。
【００５３】
前記の導電材料は、少なくとも前記第１熱電変換素子１０と第２熱電変換素子２０とが熱的に互いに相互干渉を受けない程度の長さにする必要があり、理論的には数ミクロン前後の微小の長さから数百キロメートル、もしくはそれ以上の長さの間で種々設定することが可能である。
【００５４】
このようにペルチェ効果素子とゼーベック効果素子を構成する導電部材を熱伝導の良い導電材料で任意の距離だけ分離するという考えは、従来において全く考慮された事例は無い。このような構成における熱エネルギーの転送は、前記において詳細に説明した電子的断熱現象と、熱伝導の良い接続導体内を電磁波の速度で伝わる電流によって、たとえ前記回路系の吸熱側と発熱側との間が遠距離であっても、瞬時に転送されるという物理機構を原理とする。
【００５５】
この熱エネルギーの転送のメカニズムは、導体内自由電子群が自ら運ぶのではなく、その電子群が隣接する電子群を電磁的に推し動かす際の僅かな移動によって、電子群が導電材料内を電磁波の速さで伝わることにより熱エネルギーが転送されているものと推測される。物理的には、回路系における発熱と吸熱は、各場所で互いに独立に起こるが、構成している電気回路系内の電流連続の法則により、同じ量の電流Ｉが流れる吸熱部および発熱部での吸熱および発熱のエネルギーは、結果的に同一量になり、エネルギー保存則が成立している。
【００５６】
図８は、本実施の第３形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。なお、図中のＶＳは電圧出力、ＲＣ１，ＲＣ２は回路抵抗、ＩＣは回路電流を示す。また、符号３０は、第１熱電変換素子１０，第２熱電変換素子２０と同様の熱電変換素子を示すものである。以下の実施例でも同様である。このシステムは、以下の操作手順で動作させる。本構成の操作とその動作は次の通りである。
【００５７】
１．熱エネルギー転送部Ｇ１のスイッチＳＷ１をオンにして、外部直流電源ＥＸを用い、ペルチェ効果を使った回路系における任意の距離の間を熱源側から電力帰還部方向に、熱エネルギーを転送する熱エネルギー転送部Ｇ１によって熱エネルギー転送する。
【００５８】
２．ゼーベック効果による出力電圧を上げるために、それぞれ異なるゼーベック係数の第１導電部材Ａ３１と第２導電部材Ｂ３２とを接合部材ｄ３３で接合して成る熱電変換素子３０を複数個（２ｎ個（ｎは自然数）；図中では６個）多段に直列につないで構成された電力帰還部Ｇ２の高温側を、熱伝導性が良好でかつ絶縁性を有する絶縁材Ｉｓ（例えば、シリコーンオイル，表面をアルマイト加工した金属，絶縁シート等）Ｉｓを介して転送された熱エネルギーにより温度Ｔ２に加熱し、低温側を環境温度、もしくは環境温度を必要に応じて空冷または水冷することによって温度Ｔ３にし、「Ｔ２＞Ｔ３」の状態を保つ。前記のように、電力帰還部において２ｎ個の熱電変換素子を用いた場合、その電力帰還部にはｎ個のペルチェ効果回路が構成されることになる。
【００５９】
３．スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３をオン，スイッチＳＷ１をオフにし、外部直流電源を切り離し、電力発生部Ｇ３で発生した出力電圧を電力帰還部Ｇ３によって熱エネルギー転送部Ｇ１へ正帰還させることにより、熱エネルギー転送部Ｇ１でのペルチェ効果を使った回路系に対し電流を流し続けると同時に、熱エネルギー転送も持続させる。
【００６０】
４．図８に示した回路系は、熱力学的には開放系で動作するシステムであり、「独立した閉鎖系でのみ成立するエントロピー増大の法則」をこのシステムには適用できず、この回路システムは決して永久機関のような科学的に不可能な系ではないことに留意すべきである。
【００６１】
図８の回路の電力帰還部Ｇ２におけるゼーベック効果を調べるために、Ｔ２とＴ３との温度差「Ｔ２−Ｔ３」に対する起電力を測定したところ、図９に示すように「Ｔ２−Ｔ３」が大きくなるに連れて得られる起電力は大きくなることが確認できた。すなわち、図８のような回路によれば、Ｔ２とＴ３との温度差を保つことにより、ゼーベック効果による起電力が効率良く発生し維持できることが確認できた。
【００６２】
［本実施の第４形態］
図１０は、本実施の第４形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図であり、図８の回路系を更に改良した自己駆動熱転送システムの模式回路図である。この改良システムは以下の操作手順で動作させる。
【００６３】
１．スイッチＳＷ１をオンにして、ゼーベック効果による電力発生部Ｇ３の熱電効果素子３０を複数個（図中では６個）多段に直列につないで構成された回路の出力電圧が、熱エネルギー転送部Ｇ１のペルチェ効果熱伝達系に正帰還で電力帰還部Ｇ２を構成する。
【００６４】
２．電力発生部Ｇ３で、必要に応じて木材などの燃焼または小型加熱器等の補助加熱器５０により、ゼーベック回路系の高温側の温度をＴ３に加熱し、その低温側は環境温度、もしくはその環境温度を空冷または水冷して温度Ｔ４にし、「Ｔ３＞Ｔ４」の状態を保つ。
【００６５】
３．前記１．の正帰還で熱エネルギー転送部Ｇ１のペルチェ効果熱転送回路に電流が流れて熱エネルギーが転送され、その熱エネルギーにより温度Ｔ２が上昇し、Ｔ２とＴ３がほぼ同等の温度になったら、Ｔ３の部分の補助加熱器５０による外部加熱をオフにする。
【００６６】
４．図１０の回路系は、初期に投入するエネルギーを局所的に加えることによって、図８の回路系が初期にペルチェ効果熱エネルギー転送回路内でジュール熱損失として消費するエネルギーと比較して、小さく抑えることができる。特に、ペルチェ効果熱エネルギー転送回路の熱エネルギー転送距離が数十キロから数百キロメートル、もしくはそれ以上の長さの大規模なシステムである場合において、顕著な効果を発揮する。
【００６７】
［本実施の第５形態］
図１１は、本実施の第５形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図であり、図８と同様の外部直流電源を更に改良した自己駆動熱転送システムの模式回路図である。すなわち、図８の外部直流電源を使用した時の回路系においてゼーベック効果による熱電効果素子３０を複数個多段直列にした電力発生部Ｇ２の出力電圧の出力端子に、正帰還回路部と並列に負荷回路６１を設けたものであり、この場合の負荷回路６１の具体例としては、水の電気分解により電気エネルギーから水素ガス（Ｈ2）と酸素ガス（Ｏ2）の化学ポテンシャルエネルギーへ変換する電気分解装置が揚げられる。図中の符号において、ＩＬは負荷電流、ＲＬは負荷抵抗であり、後述の実施例でも同様である。また、前記負荷回路６１として用いられた電気分解装置は、一般的に市販されているもの等を用いることができる。
【００６８】
本実施の第５形態においては、電力発生部Ｇ２で発生した電気ポテンシャルエネルギーを、電気分解部Ｇ４に設置した水を電気分解する装置で水素ガス（Ｈ2）と酸素ガス（Ｏ2）の化学ポテンシャルエネルギーに変換して利用することができる。
【００６９】
熱エネルギー転送部Ｇ１と電力発生部Ｇ２の構成は図４と同様であるので、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のように電気エネルギーから化学ポテンシャルエネルギーに変換することにより、加圧・圧縮・貯蔵・蓄積・搬送が容易なエネルギーを確保することができる。
【００７０】
［本実施の第６形態］
図１２は、本実施の第６形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図であり、図１１と同様に、図１０のシステムを改良した自己駆動熱転送システムに負荷回路の具体例として水の電気分解部Ｇ４を設置している。図１２の回路システムは、図１０で説明したシステムに化学ポテンシャルエネルギーを利用する水の電気分解部Ｇ４を設置したものである。すなわち、転送した熱エネルギーの利用，電力の利用，および電解液や水の電気分解等による化学ポテンシャルエネルギーを、それぞれ共に利用する場合において有効な自己駆動熱転送システムである。この図１２の改良した自己駆動熱転送システムを、例えば日本のみならず世界中の各地域や地方に設置すれば、そのシステムで得られるエネルギーにより各地域や地方の経済や食糧生産を活性化すると同時に、地球温暖化の軽減と環境破壊を抑えることが現実に実行できることは、２１億人に膨れ上がった人類や他の生物を支えるために、極めて重要なことであることは明らかである。
【００７１】
［本実施の第７形態］
図１３は、本実施の第７形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。このシステムは、ペルチェ効果熱エネルギー転送回路を用いずに、熱源からの熱エネルギーを、ゼーベック効果による熱エネルギー直接電力変換部Ｇ５における熱電効果素子３０を複数個多段直列した回路で電気ポテンシャルエネルギーに直接変換し、その出力電圧端に負荷回路の具体例として水の電気分解などによる化学ポテンシャルエネルギーに変換する水の電気分解部Ｇ４を設置したものである。本実施の第７形態の構成によれば、自己駆動運転が可能な直接変換回路システムにより、熱エネルギーから電気エネルギー及び化学エネルギーを得ることができる。
【００７２】
なお、前記の図２，図７，図８，図１０〜図１３で説明した各構成により、吸熱部と発熱部あるいは加熱部と冷却部とにおいて所定距離を隔てて配置でき、熱エネルギーあるいは電気エネルギーを、短距離（例えば、数ミクロン前後）から遠距離（例えば、数百キロメートル）まで転送が可能となり、無尽蔵に存在する自然界の熱エネルギーを再利用可能で無公害かつ循環型のエネルギー源獲得システムを構築することができる。
【００７３】
なお、前記の各実施の形態で用いられる熱電効果素子を構成する導電部材としては、低温（室温）領域熱電材料として例えばＢｉ2Ｔｅ3，Ｂｉ2Ｓｅ3，Ｓｂ2Ｔｅ3等の固溶体などが知られており、温度１０００Ｋを超える高温領域熱電材料としては例えばＳｉＧｅ系の合金の他のＣｅ3Ｔｅ4，Ｌａ3Ｔｅ4，Ｎｄ3Ｔｅ4系等が知られており、中温領域熱電材料として例えばＰｂＴｅ，ＡｇＳｂＴｅ−ＧｅＴｅ系多元化合物系化合物，Ｍｇ2Ｇｅ−Ｍｇ2Ｓｉ系が知られており、使用環境の温度等を考慮して任意の導電部材を選択することが好ましい。
【００７４】
また、対をなす熱電効果素子を構成するｐ型，ｎ型の各導電部材もまた、同一の材料を用いても良く、異なる材料を用いても良く、使用環境の温度等に応じて任意の組み合わせを選択することができる。
【００７５】
次に、前記実施の第１〜第７形態における熱電変換装置および循環型のエネルギー源獲得システムである熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムにおいて、より具体的な実施例について説明する。
【００７６】
［第１実施例］
図１４は、実施規模の大きい本発明の第１実施例の説明図であり、社会エネルギー供給インフラの具体例である。図１４において、参照符号１００は吸熱側の熱電効果装置、２００は発熱側の熱電効果装置を示す。
【００７７】
（１）水面下１０メートル前後の海水の温度は、安定した温度（一定の温度）で絶えず流動しているために、安定した熱エネルギー源となることから、ペルチェ効果素子群における吸熱側の熱電効果装置１００を海水内に配置し、発熱側の熱電効果装置２００を陸上に配置することにより、前記の実施の第１形態に基づいて海水における熱エネルギーの長距離エネルギー転送を発熱側ペルチェ効果素子群に対して行う。この発熱側ペルチェ効果素子群にゼーベック効果素子群を密着させ、長距離転送された熱エネルギーを前記の実施の第２乃至第４形態に基づいて電気ポテンシャルエネルギーにエネルギー変換させることによって、例えば年間を通して電力発電を行うことが可能となる。これによって、日本中各地に無公害の発電所を建設することも可能となる。
【００７８】
（２）前記（１）の海水の替わりに川の水を適用した場合においても、川の水に含まれる熱エネルギーを前述の手段（長距離エネルギー転送と同様の手段）により中距離エネルギー転送を行い、発熱側ペルチェ効果素子群にゼーベック効果素子群を密着させて、熱エネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換を行うことにより、各地に発電所を建設することが可能となる。
【００７９】
（３）前記（２）の海水や川の水の替わりに、地熱や温泉排水の熱エネルギーを適用することによっても、各地に発電所を建設することが可能となる。
【００８０】
（４）前記（１）〜（３）の各地の発電所における電力を利用して、前記の水の電気分解を行うことにより、前記の実施の第５形態乃至第７形態に基づいて電気エネルギーから水素ガスと酸素ガスの化学ポテンシャルエネルギーへエネルギー変換を行うことができる。化学ポテンシャルエネルギーが蓄えられた前記の水素ガスと酸素ガスを、それぞれ加圧圧縮してボンベ等に貯蔵することにより搬送が容易となり、その化学エネルギー源を各地に供給および蓄えることができる。この水素と酸素を再び反応させて、動力エネルギーや推進エネルギー変換を行ったり、水素電池に利用することにより、目的に応じたエネルギーとして活用することが可能となる。
【００８１】
（５）前記（４）の水素と酸素の化学エネルギーを活用した際に発生する廃棄物（生成物）は、水であることから、公害としての環境負荷はほぼ皆無である。
【００８２】
（６）前記（１）から（５）で利用した環境からのエネルギー源は、太陽から地球上へ注がれた太陽光が熱エネルギーに変換されたものの一部であり、やがて放射エネルギーとして地球外へ放出される。上記の実施形態例は、太陽から得られるエネルギーの流れの一部を利用した「循環型で持続可能なエネルギー活用」である。
【００８３】
なお、吸熱側の熱電効果装置としては、前述のものの他、図１４中にある太陽光から直接熱エネルギーを得る１００のように構成しても良い。
【００８４】
［第２実施例］
図１５は、実施規模が中程度である本発明の第２実施例の説明図であり、個人の住宅におけるエネルギー供給システムの具体例である。図１５において、参照符号１００は吸熱側の熱電効果装置、１５０は太陽光発電素子（ソーラーバッテリー）、２００は発熱側の熱電効果装置、２５０は照明器具を示す。
【００８５】
（１）太陽光発電素子１５０は、太陽光エネルギーの大部分を反射してしまうため、そのエネルギーを有効に活用できない要素を有する。そこで、前記の太陽光発電素子１５０を家屋の屋根等に張り詰める代わりに、黒い色の物質の材料を敷き詰め、ここに吸熱側の熱電効果装置１００を設置する。これによって、黒体エネルギーを吸収させて、太陽光エネルギーの大部分を熱エネルギーに変換させる。この変換により得られた熱エネルギーを、前記実施の第１形態に基づいてペルチェ効果素子群の回路系で吸熱し、発熱側を中小距離のところに配置し、熱エネルギーの中小距離エネルギー転送を行う。この転送された熱エネルギーは、目的に応じて、暖房器具や加熱機器類に利用できる。本実施例においては、大きな外部電力を必要とせず、太陽光から得られたエネルギーを目的に応じて熱エネルギーとし、その熱エネルギーを各種形態で利用できることが重要な要点である。
【００８６】
なお、図１５に示した実施例は昼間における熱エネルギー利用であり、屋内よりも屋外の温度が高いことを想定しているが、例えば夜間においては前記の温度関係において逆転現象が起こる。そのため、例えば図１５のエネルギー供給システムにおいてスイッチング素子を構成し、その屋内と屋外との温度変化を感知するセンサーによって、または居住者の意志等に応じてスイッチング素子を動作させ、そのエネルギー供給システムにおける吸熱側および発熱側を切り替えることにより、所望の熱エネルギー変換を行うことが可能となる。
【００８７】
（２）間隔を開けた一対のペルチェ効果素子群の回路系は、電流の向きを逆にすることにより、例えば回路部品の交換等を行うことなく、吸熱側と発熱側との切り替えができることから、外部に発熱側を配置し内部に吸熱側を配置することによって、大きな外部電力を必要としない冷房器や製氷機を構成することができる（本発明の改良型ペルチェ効果熱転送システムを用いると、エアコン装置システムを外部電力なしに構成できる）。
【００８８】
（３）熱エネルギーを転送した発熱側に対してゼーベック効果素子群を密着させることにより、例えば前記図１４で説明した規模の大きい実施例の場合と全く同様にして、前記の実施の第２乃至第４形態に基づいて熱エネルギーから電気エネルギーへのエネルギー変換を行うことが可能で、中規模発電機を各地域や家庭に設置することが可能となる。
【００８９】
（４）この中規模発電機を使って水の電気分解を行えば、前記の実施の第５乃至第７形態に基づいて電気エネルギーから化学ポテンシャルエネルギーへエネルギー変換し貯蔵と搬送が可能な水素と酸素を得ることができ、前記の規模の大きい実施例の場合と全く同様にして、目的に応じて化学エネルギーを活用するシステムを各地域や家庭に設置することが可能となる。
【００９０】
［第３実施例］
例えば生活環境の周りの空気は、絶対零度ケルビンでなければ必ず何らかの熱エネルギーを持っている。この生活環境の空気の持つ熱エネルギーを利用、すなわち小規模な実施例として記述すれば次のとおりである。
【００９１】
（１）吸熱側ペルチェ効果素子群と発熱側ペルチェ効果素子群とを、必要に応じた距離（吸熱側ペルチェ効果素子群と発熱側ペルチェ効果素子群とが熱的に相互干渉を受けない距離）に置く。この二つのペルチェ効果素子群をそれぞれ独立して利用目的に応じた使用が可能であるため、前記の実施の第１形態に基づいて例えば冷却側を室内用エアコンや冷蔵庫または冷凍庫内に配置し、発熱側を温水器やポットや料理加熱装置に配置することによって、大きな外部電力を利用しなくとも、家庭内においてそれぞれ一対の形態で冷房や冷却と加熱機器を利用することができる（この場合においても、改良型ペルチェ効果熱転送システムを用いた場合には、外部電力を利用しなくとも、冷却と加熱が一対になっている家庭内の各種機器を使うことができる）。
【００９２】
（２）更に、前記の二つのエネルギー効果素子群を小型化して、持ち運び可能な携帯型にすることにより、例えば屋内及び屋外やキャンプ場などにおいて、小型冷蔵庫とポットや加熱料理器具などの、冷却と加熱が一対になっている各種機器を製作することができる。
【００９３】
（３）大型、中型、小型のコンピュータやパーソナルコンピュータ類、小型電源器機類、及び、固体、液体及び気体内の不要な熱除去法と、除去熱の利用法についての具体例としては下記のとおりである。
【００９４】
（４）例えば、コンピュータ類の中には、中央演算処理（ＣＰＵ）素子が動作時の器機内の大きな発熱源になっている。このＣＰＵ素子の熱を除去する為に、現在はペルチェ効果素子を用いた厚さ１ｃｍ以内の冷却用サーモ・モジュールが使われ、吸熱側をＣＰＵ素子に密着させて、発熱側に放熱板と熱除去用小型扇風機（小型ファン）を取り付けて強制廃熱を行っており、電力の無駄とファンによる気流騒音，雑音が避けられない問題がある。
【００９５】
本発明を利用すれば、ペルチェ効果素子の吸熱側と発熱側との間を、コンピュータの大きさに応じて、例えば十数センチから数メートルに熱伝導の良い導電材料を用いて隔離して、吸熱側をＣＰＵ素子に密着させ発熱側を表面積の大きいコンピュータボックスや外部の放熱金属体に密着または温水器に取り付けることによって、騒音，雑音の出ない熱除去と省電力を同時に行うことができる。
【００９６】
また、本発明により、改良型ペルチェ効果熱転送システムを用い外部電力の必要としない回路系は、コンピュータの他に、小型電源機器類や、固体，液体，気体内の不要な熱除去と除去熱の利用のための小型機器を製品化することが出来る。
【００９７】
本発明のその他の応用例として、次のようなものがある。液体の場合は、例えば冷たい飲み物と暖かい飲み物とを両方共販売する自動販売機において、ペルチェ効果素子の吸熱側を冷たい飲み物側に位置させ、ペルチェ効果素子の発熱側を温かい飲み物側に位置させることによって、外部電力の消費量を極端に減らすことができる販売機や、改良型ペルチェ効果熱転送システムを用いた外部電力の要らない自動販売機を開発することが可能となる。
【００９８】
また、気体の場合は、魚屋の鮮魚陳列器や肉屋の肉の冷凍庫等に対応させて加熱機器類を一対にすることにより、循環型の低エネルギーかつ無公害の冷却／保存／加熱／保温などの機器を構成できる。
【００９９】
以上示した本発明による改良型ペルチェ効果熱転送システムを利用した全ての実施例は、「化石燃料などの燃料や外部電力を使う必要が無く、自然界にある熱エネルギーを基にした熱エネルギー転送と、各種タイプのエネルギー変換を行う開放型のエネルギーリサイクルシステム」であり、「地球温暖化を軽減し、且つ、公害を伴うような環境負荷の殆ど無いシステム」を提供することができる。
【０１００】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【０１０１】
【発明の効果】
以上示したように本発明によれば、例えば化石燃料等を使うことなく、自然界にある熱エネルギーを有効に利用し、かつこれを再利用し、またこの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力として利用したり、さらに、化学エネルギーに変換する事により、開放型のエネルギーリサイクル系を構築できるものであるため、地球温暖化を軽減し、且つ、公害を伴うような環境負荷が殆ど無いエネルギー直接変換系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペルチェ効果とゼーベック効果の物理構築の原理をエネルギーバンドで説明する模式図である。
【図２】本実施の第１形態における任意の間隔を開けることのできる一対のペルチェ効果熱転送回路系を説明する模式図である。
【図３】ペルチェ効果における時間変化に対する温度変化特性図。
【図４】ペルチェ効果における時間変化に対する温度変化特性図。
【図５】電流変化に対する温度変化特性図。
【図６】電流変化に対する温度変化量特性図。
【図７】本実施の第２形態における任意の間隔を開けることのできる一対のゼーベック効果による熱エネルギーから電気エネルギーに変換する回路系を説明する模式図である。
【図８】 本実施の第３形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。
【図９】温度差変化に対する起電力特性図。
【図１０】本実施の第４形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。
【図１１】本実施の第５形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。
【図１２】本実施の第６形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。
【図１３】本実施の第７形態における熱電効果装置を用いたエネルギー直接変換システムを説明する自己駆動熱転送システムの模式回路図である。
【図１４】実施規模の大きい本発明の実施形態例の説明図である。
【図１５】中程度の実施規模の大きい本発明の実施形態例の説明図である。
【符号の説明】
Ａ１１，Ａ２１…第１導電部材
Ｂ１２，Ｂ２２…第２導電部材
１０，２０，３０…熱電変換素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device and a system for performing mutual conversion or thermal energy transfer of energy in different forms, and in particular, a thermoelectric effect device that directly converts or transfers thermal energy existing in nature to electrical energy or chemical energy, and energy direct The present invention relates to a conversion system and an energy conversion system.
[0002]
[Prior art]
Currently, most forms of energy use irreversibly use fossil fuels, nuclear power, hydropower, etc. In particular, consumption of fossil fuels is a factor that increases global warming and environmental destruction. Efforts to reduce the environmental load by consuming solar power, wind power, hydrogen gas, etc. as so-called clean energy have finally been realized, but to the extent that they can be replaced by fossil fuels and nuclear power It has not reached.
[0003]
A thermoelectric conversion element using the Seebeck effect (hereinafter referred to as the Seebeck element) is known as one that converts heat energy existing in nature into a form that can be directly used, such as electric power. R & D is being conducted as The Seebeck element is configured by contacting two types of conductors (or semiconductors) each having a different Seebeck coefficient, and electrons move due to the difference in the number of free electrons of both conductors to generate a potential difference between the two conductors. By applying thermal energy to this contact, the movement of free electrons becomes active and heat energy can be converted into electrical energy, which is called the thermoelectric effect.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a direct power generating element such as the Seebeck element described above cannot obtain sufficient power and is limited to use as a small-scale energy source, so that its application form is also limited.
[0005]
Generally, in the Seebeck element as described above, the heating part and the cooling part are integrated elements, and also in the thermoelectric effect element using the Peltier effect (hereinafter referred to as the Peltier element) The heat generating part is an integral element.
[0006]
For this reason, when it is going to construct | assemble a large-scale energy conversion installation using the above Peltier devices and Seebeck devices, since physical restrictions are added in the installation place of the facilities etc., it is unrealistic. In addition, energy utilization using a general Peltier element and Seebeck element is unidirectional, and there has been no technical idea of configuring a circulation form so as to reuse energy once used, for example.
[0007]
As mentioned above, future energy development must be in the direction of reusing without causing global warming or environmental destruction, and this will become a major issue indispensable for future energy development. Yes.
[0008]
The present invention is intended to solve the above-described problems. By utilizing (reusing) natural heat energy that is non-polluting and inexhaustible in nature, various kinds of heat energy, electrical energy, chemical energy, and the like can be used. It is to provide a thermoelectric effect device, an energy direct conversion system, and an energy conversion system capable of acquiring energy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 1 A thermoelectric conversion device is provided, and heat energy obtained from the thermoelectric conversion device is supplied to an energy direct conversion system to obtain electric potential energy, and a part of the electric potential energy is fed back to the thermoelectric effect device as a DC power source. It is an energy conversion system characterized by using. The thermoelectric converter is Two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member, the two thermoelectric conversion elements being connected to the first conductive member and the second conductive member, respectively. The two thermoelectric conversion elements are electrically connected to each other through a conductive material having a length that does not receive mutual thermal interference, and a DC power source is connected to one of the conductive materials. The Peltier effect heat transfer circuit system is configured by connecting in series, and the temperature T1 of the heat absorption part and the temperature T2 of the heat generation part satisfy T1 <T2 between the heat absorption part and the heat generation part of the Peltier effect heat transfer circuit system. Secured a distance to maintain the relationship It is a thermoelectric conversion device. The energy direct conversion system includes two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member, and the two thermoelectric conversion elements are respectively connected to the first thermoelectric conversion elements. The two thermoelectric conversion elements are electrically connected to each other on the surfaces of the conductive member and the second conductive member facing the bonding member via a conductive material having a length that does not thermally interfere with each other. The temperature T1 of the high-temperature-side thermoelectric conversion element and the temperature T2 of the low-temperature-side thermoelectric conversion element are secured at a distance that can maintain the relationship of T1> T2, and any portion of the conductive material The direct energy conversion system that composes the direct energy conversion electric circuit system from the thermal energy to the electrical potential energy by extracting the electrical potential energy from Is Temu It is characterized by that.
[0010]
The invention described in claim 2 A thermoelectric conversion device is provided, and heat energy obtained from the thermoelectric conversion device is supplied to an energy direct conversion system to obtain electric potential energy, and a part of the electric potential energy is fed back to the thermoelectric effect device as a DC power source. The energy conversion system used. The thermoelectric converter is 2n thermoelectric conversion elements formed by bonding first conductive members and second conductive members having different Seebeck coefficients by a bonding member, and the 2n thermoelectric conversion elements are thermally connected to each other. Electrically connected in series via a conductive material of a length that is not subject to mutual interference, and adjacent thermoelectric conversion elements are alternately distributed to form a heat absorption part and a heat generation part, and a DC power source is formed on at least a part of the conductive material. Are connected in series to form a Peltier effect heat transfer circuit system having n heat absorbing portions and heat generating portions, and the temperature of the heat absorbing portion is between the heat absorbing portion and the heat generating portion of the Peltier effect heat transfer circuit system. T1 and the temperature T2 of the heat generating portion ensure a distance that can maintain the relationship of T1 <T2. It is a thermoelectric conversion device. The energy direct conversion system includes two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member, and the two thermoelectric conversion elements are respectively connected to the first thermoelectric conversion elements. The two thermoelectric conversion elements are electrically connected to each other on the surfaces of the conductive member and the second conductive member facing the bonding member via a conductive material having a length that does not thermally interfere with each other. The temperature T1 of the high-temperature-side thermoelectric conversion element and the temperature T2 of the low-temperature-side thermoelectric conversion element are secured at a distance that can maintain the relationship of T1> T2, and any portion of the conductive material The direct energy conversion system that composes the direct energy conversion electric circuit system from the thermal energy to the electrical potential energy by extracting the electrical potential energy from Is Temu It is characterized by that.
[0011]
The invention according to
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
A system that obtains an energy source that satisfies the above-described object needs to have a thermally open system and a recirculating type. In other words, heat energy is transferred between regions that are arbitrarily separated by the Peltier effect element, and the Seebeck effect element directly converts the heat energy into electric potential energy, and further uses electrolysis of electrolyte or water. Thus, the present invention provides an electrical circuit system that can easily store, store, and transport energy by converting electrical potential energy into chemical potential energy.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described in the column of the problem to be solved by the invention, the Seebeck element (or Peltier element) has a problem caused by the heating part and the cooling part (or the heat absorption part and the heat generation part) being an integrated element. Therefore, in order to solve these problems, the inventor has focused on separating the heating part and the cooling part (heat absorption part and heat generation part) of the Seebeck element (Peltier element). Therefore, the element can be separated from the heating unit and the cooling unit (the heat absorption unit and the heat generation unit) without losing its characteristics, that is, the heating unit and the cooling unit (the heat absorption unit and the heat generation unit) can be configured independently of each other. An experiment was conducted to confirm whether it was possible.
[0021]
Hereinafter, a thermoelectric effect device, an energy direct conversion system, and an energy conversion system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the direct energy conversion system using natural energy cannot be adapted to the “law of entropy increase that can be achieved only in a closed system” because the entire system operates in an open system. It is necessary to keep in mind.
[0022]
First, the basic technical idea (principle) of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of the physical mechanism of the Peltier effect and the Seebeck effect in terms of energy bands. A conductive member A having different Seebeck coefficients (for example, a p-type semiconductor in FIG. 1; hereinafter referred to as a first conductive member). 2) and a conductive member B (for example, an n-type semiconductor in FIG. 1; hereinafter referred to as a second conductive member), a bonding member M having conductivity such as a metal is interposed, and an external electric field is applied to the second electric field. The model at the time of applying to the 1st electroconductive member A direction from the electroconductive member B is shown. In FIG. 1, the hatched portion indicates the valence band without free electrons, the one-dot chain line indicates the Fermi level VF, the symbol EV indicates the upper end level of the valence band, the symbol EC indicates the lower end level of the conduction band, and the symbol EVac indicates the vacuum level. It is shown.
[0023]
As shown in FIG. 1, when an external electric field is applied in the direction from the second conductive member B to the first conductive member A, the level lower than the Fermi level EF (low level) of the first conductive member A is finite. The Fermi level EF of the joining member M having a thickness and the Fermi level EF of the second conductive member B are arranged at the lower level (lower level). When no external electric field is applied, the Fermi levels EF of the conductive members A and B are the same level. Further, when an external electric field is applied in the direction from the first conductive member A to the second conductive member B, the Fermi levels EF of the first conductive member A, the joining member M, and the second conductive member B are respectively shown in FIG. This is the reverse of the level arrangement shown in FIG.
[0024]
The symbols φA (T1), φM (T1), and φB (T1) in FIG. 1 indicate the electrical potentials (barrier potentials) of the first conductive member A, the joining member M, and the second conductive member B, respectively. Regardless of the orientation, the potentials are uniquely determined by the temperatures of the first conductive member A, the joining member M, and the second conductive member B, respectively. For example, in order for electrons having an electric charge e to jump out of the first conductive member A, the joining member M, and the second conductive member B, the energy of eφA (T1), eφM (T1), and eφB (T1) is respectively used. I need.
[0025]
When the external electric field is not applied as described above, the electrons move so that the Fermi level EF of the first conductive member A, the Fermi level EF of the joining member M, and the Fermi level EF of the second conductive member A are equal to each other. The contact potential difference VRM between the second conductive member B and the joining member M is “φB (T1) −φM (T1)”, and the contact potential difference VMA between the joining member M and the first conductive member A is “φM (T1) −. φA (T1) ”. In that state, when an external electric field is applied from the second conductive member B to the first conductive member A and a current flows, the free electron flow in the conduction band and the electron flow accompanying the movement of holes in the valence band are: Each flows from the first conductive member A toward the bonding member M, and further flows from the bonding member M toward the second conductive member B. Note that the drift velocity of free electrons due to the external electric field is negligible because it is smaller than the thermal velocity of free electrons.
[0026]
Here, when attention is paid to the electron group of the free electron flow that flows from the first conductive member A toward the bonding member M and further flows from the bonding member M to the second conductive member B as described above, each electron in the target electron group is observed. The total energy of is equivalent to the sum of the electrical potential energy and the kinetic energy due to the thermal velocity. In this way, the physical process in which the target electron group flows from the first conductive member A to the bonding member M and further from the bonding member M to the second conductive member B has a sufficiently small area of each bonding surface. This is an electronic adiabatic process that does not participate in the target electron group.
[0027]
That is, when the target electron group flows from the first conductive member A in the direction of the bonding member M and further flows from the bonding member M to the second conductive member B side, at each boundary surface (two boundary surfaces in FIG. 1). As the electric potential energy of the electrons increases, the heat energy of the electrons decreases, and the heat velocity of the electrons flowing into each boundary surface decreases. The heat speed of the target electron group that has become smaller at each of the boundary surfaces is such that the thermal energy is extremely fast from the free electron group and the conductive material atoms that existed in the bonding member M and the second conductive member B in advance. By absorbing in the distribution time, an endothermic phenomenon occurs near the boundary between the first conductive member A side of the joining member M and the metal M side of the second conductive member B. Such a physical process is a physical mechanism in which an endothermic phenomenon due to the Peltier effect occurs. In the vicinity of the boundary between the bonding member M side of the first conductive member A and the second conductive member side of the bonding member M, the endothermic phenomenon as described above does not occur.
[0028]
Next, when the direction of the current is reversed by inverting the external electric field (when the external electric field is applied in the direction from the first conductive member A to the conductive member B), the Fermi level of the first conductive member A, contrary to FIG. The Fermi level EF of the joining member M having a finite thickness above the EF (high level) and the Fermi level EF of the second conductive member B are arranged at a level (high level) above the joining member M. . The electric potentials φA (T1), φM (T1), and φB (T1) of the first conductive member A, the joining member M, and the second conductive member B are the same as those described above. Since it is uniquely determined at each temperature of the two conductive members B, the magnitude relationship does not change, and the direction of the electron flow is reversed.
[0029]
As a result, the kinetic energy at each boundary surface increases as the electrical potential energy of the electrons decreases, the heat velocity of the electrons flowing into each boundary surface increases, and the second conductive member B of the joining member M increases. A heat generation phenomenon occurs near each boundary between the first conductive member A and the joining member M side of the first conductive member A. Further, no heat generation occurs near the boundary between the bonding member M side of the second conductive member B and the first conductive member A side of the bonding member M.
[0030]
In order to pass current, it is necessary to form a closed circuit. In a general Peltier element, as described above, the connection structure of the “conductive member A (T1), the bonding member M (T1), and the conductive member B (T1)” includes the first conductive member A and the conductive member B. A joining member M having a small absolute Seebeck coefficient is interposed therebetween, and an electric current flows through the joining member M using an external power source to constitute a Peltier element circuit. The greater the difference in absolute Seebeck coefficient between the first conductive member A and the second conductive member B in the Peltier element configured in this way, the greater the amount of heat generated or absorbed by the Peltier effect. This absolute Seebeck coefficient is a coefficient specific to a conductive member having temperature dependence.
[0031]
In the Peltier element circuit having a closed circuit as described above, if the heat generation energy on the heat generation side is not removed by a sufficiently large heat dissipation member (a member having a high heat dissipation effect), for example, the conductive member A (T1) as shown in FIG. Since the joining member M (T1) and the conductive member B (T1) have good thermal conductivity, the three conductive bands are equal and have extremely high temperatures.
[0032]
As a result, a large amount of electrons in the valence band are thermally excited to the conduction band, the Fermi level EF is greatly increased, and finally the electrical potential is “φA (T1) = φM (T1) = φB (T1)”. Thus, all three conductors become equal. In such a state, the Peltier effect described in the above explanation of the principle disappears, and electric power applied from the outside is consumed only by joule heating the electric resistance in the three conduction bands. In order to prevent such a situation from occurring, in general home appliances and computers equipped with a Peltier element circuit, a large heat absorber, heat dissipation material, or electric fan on the heat generation side (near the heat generation side) of the Peltier effect element The structure is employed so that the Peltier effect does not disappear.
[0033]
On the other hand, in the present invention, using a conductive material having good electrical characteristics (for example, thermal conductivity and conductivity) (for example, two wiring materials), the heat generation side and the heat absorption side of the Peltier element By making a thermal open system with a predetermined distance between them (for example, by ensuring that there is no thermal mutual interference between the heat generation side and the heat absorption side) The side and the heat absorption side are made independent from each other so that the Peltier effect never disappears and can be used at the same time.
[0034]
In the Peltier element configured as described above, when the external electric field of FIG. 1 is not applied, the number of free electrons in the conduction band and the number of holes in the valence band increase due to thermal excitation as the temperature T1 increases. . As a result, more electrons move so that the Fermi level EF on the first conductive member A side, the Fermi level EF on the joining member M, and the Fermi level EF on the second conductive member B side are equal to each other. 1 The contact potential difference VAM between the conductive member A and the joining member M (that is, “eφA (T1) −eφM (T1)”) increases.
[0035]
1 is connected in series, that is, “unit consisting of first conductive member A (T1) and second conductive member B (T1)” and “first conductive member”. In the case of a configuration in which a unit composed of A (T2) and the second conductive member B (T2) is electrically connected in series by a continuous conductor, the series potential difference voltage increases as the temperature difference “T1-T2” increases. V increases. This voltage V corresponds to an output voltage due to the Seebeck effect.
[0036]
The present invention is constituted by joining two sets of units using two conductive members having different Seebeck coefficients as described above with a conductive material, and without adding an external electric field and a Peltier effect in which current flows in an external electric field. The Seebeck effect, in which contact potential differences are connected in series, has the same physical basis. That is, the Peltier effect and Seebeck effect in the present invention utilize two aspects of the same physical mechanism.
[0037]
[First Embodiment]
FIG. 2 relates to the first embodiment, and is a schematic diagram illustrating a pair of Peltier effect heat transfer circuit systems capable of arbitrarily setting the interval between two thermoelectric conversion elements. As shown in FIG. 2, the first conductive member A11 and the second conductive member B12 having different Seebeck coefficients are joined with a material having good thermal conductivity and conductivity (for example, copper, gold, platinum, aluminum, etc.). The 1st
[0038]
The conductive material needs to be long enough so that at least the first
[0039]
The circuit system configured in this manner is configured such that the heat absorption part (that is, the negative thermal energy source) and the heat generation part (that is, the positive thermal energy source) are separated by an arbitrary distance and the two positive and negative It is a system which can utilize the thermal energy source of each independently.
[0040]
In connecting each thermoelectric conversion element with a conductive material, a possible place may be directly connected to each conductive member, and if necessary, a conductive plate indicated by d14 in FIG. 2 (and in FIG. 3). (For example, copper, gold, platinum, aluminum, etc.) may be connected, or a terminal (for example, copper, gold, platinum, aluminum, etc.) d15 may be connected to the conductive plate d14. 2 (and in FIG. 7), R1 and R2 are the resistances of the conductive members on the heat absorption side and the heat generation side, or the high temperature side and the low temperature side, IC is the circuit current, and RC is the circuit resistance of the connecting conductive material portion. , V OUT Indicates voltage output. The same applies to these symbols in the following embodiments and examples.
[0041]
First, in a circuit configured as shown in FIG. 2, a general π-type pn junction element (for example, CP-249 manufactured by MeLCOR, USA) is used as the first conductive members A11, A21 and the second conductive members B12, B22. -06L, CP2-8-31-08L), and the distance between the first
[0042]
Next, in the case where the distance between the first
[0043]
Next, in a state where the temperature T1 on the first
[0044]
Further, as shown in FIG. 6, it can be read that the temperature change amount ΔT2 increases as the current of the external current power source increases. In FIG. 6, the symbols “*”, “●”, and “■” indicate the temperature differences between the first, second, and third heating in FIG. 5 and before the heating, respectively, and the symbol “▲” indicates the heating described above. The average value of the temperature difference after and before heating shall be shown.
[0045]
Therefore, the circuit of FIG. 2 has an external thermal energy drop (temperature) dependency and a current dependency at the time of heat energy transfer, and it has been confirmed that the transfer amount increases as the current increases. That is, it can be said that the proof of principle that heat energy is transferred from the T1 side to the T2 side (so-called heat pumping using free electrons in the conductor) and heat energy transfer by free electrons in the conductor is possible. It was also confirmed that the transfer amount of thermal energy depends on the current, and the transfer amount increases as the current increases.
[0046]
As for the temperature dependence, the Peltier effect can be obtained by securing a distance that maintains the relationship of “T1 <T2” at least, but the first
[0047]
[Second Embodiment]
The external DC power supply is removed from the circuit of FIG. 2 in the first embodiment, and the temperature is about 80 ° C. at both ends of the first
[0048]
FIG. 7 relates to the second embodiment, and is a schematic diagram illustrating a pair of Peltier effect heat transfer circuit systems capable of arbitrarily setting the interval between two thermoelectric conversion elements. In addition, the same code | symbol is used for the thing similar to what is shown in FIG. 2, and the detailed description is abbreviate | omitted. The circuit system shown in FIG. 7 removes the DC power supply from the circuit system similar to that shown in FIG. 2 so that at least the first
[0049]
Here, in the circuit configured as shown in FIG. 7, two general π-type pn junction elements are used as the first conductive members A11 and A21 and the second conductive members B12 and B22, and the first thermoelectric conversion is performed. A distance between the
[0050]
Note that the Seebeck effect directly converts the temperature difference into electrical energy, so that the effect can be obtained by securing a distance that maintains at least the relationship of “T1 <T2”. It is preferable to secure a distance at which the
[0051]
[Third Embodiment]
In the third embodiment, based on the basic technical idea of the present invention described above, a specific configuration for achieving the object of the present invention (for example, the specifics of the first and second embodiments of the present invention). A typical configuration) will be described. Note that a conductive material in which a conductor or a semiconductor is expressed as a “conductive member” and bonded is expressed as a heat absorbing terminal or a heat generating terminal. The heat absorption part is called a negative heat energy source, and the heat generation part is called a positive heat energy source.
[0052]
In order to achieve the object, the first conductive member A and the second conductive member B having different Seebeck coefficients are joined via the joining member d13, as in the first and second embodiments. The first
[0053]
The conductive material needs to be long enough so that at least the first
[0054]
The idea of separating the conductive members constituting the Peltier effect element and the Seebeck effect element by an arbitrary distance with a conductive material having good heat conduction has never been considered in the past. The transfer of thermal energy in such a configuration is based on the electronic heat insulation phenomenon described in detail above and the current transmitted through the connection conductor with good heat conduction at the speed of electromagnetic waves, even if the heat absorption side and the heat generation side of the circuit system. The principle is a physical mechanism in which data is transferred instantaneously even if the distance between them is long.
[0055]
This thermal energy transfer mechanism is not carried by the free electron group in the conductor itself, but by a slight movement when the electron group electromagnetically drives and moves the adjacent electron group, the electron group moves through the conductive material. It is presumed that heat energy is transferred by being transmitted at a high speed. Physically, heat generation and heat absorption in the circuit system occur independently at each location. However, according to the current continuity law in the electric circuit system, the heat absorption section and the heat generation section through which the same amount of current I flows are generated. As a result, the endothermic and exothermic energy becomes the same amount, and the energy conservation law is established.
[0056]
FIG. 8 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using the thermoelectric effect device according to the third embodiment. In the figure, VS represents a voltage output, RC1 and RC2 represent circuit resistances, and IC represents a circuit current.
[0057]
1. Heat energy that transfers heat energy from the heat source side to the power feedback section over an arbitrary distance in the circuit system using the Peltier effect using the external DC power supply EX by turning on the switch SW1 of the heat energy transfer section G1 Heat energy is transferred by the transfer unit G1.
[0058]
2. In order to increase the output voltage due to the Seebeck effect, a plurality (2n (n is a natural number) of
[0059]
3. Thermal energy transfer by turning on the switch SW2 and the switch SW3, turning off the switch SW1, disconnecting the external DC power source, and positively feeding back the output voltage generated in the power generation unit G3 to the thermal energy transfer unit G1 by the power feedback unit G3 The current continues to flow to the circuit system using the Peltier effect in the part G1, and at the same time, the heat energy transfer is continued.
[0060]
4). The circuit system shown in FIG. 8 is a system that operates in an open system in terms of thermodynamics, and “the law of entropy increase that can be established only in an independent closed system” cannot be applied to this system. It should be noted that this is not a scientifically impossible system like a permanent organization.
[0061]
In order to investigate the Seebeck effect in the power feedback section G2 of the circuit of FIG. 8, the electromotive force with respect to the temperature difference “T2-T3” between T2 and T3 was measured. As shown in FIG. 9, “T2-T3” was large. As a result, it was confirmed that the electromotive force obtained increased. That is, according to the circuit as shown in FIG. 8, it was confirmed that the electromotive force due to the Seebeck effect can be efficiently generated and maintained by maintaining the temperature difference between T2 and T3.
[0062]
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using the thermoelectric effect device according to the fourth embodiment, and is a self-driven heat transfer system in which the circuit system of FIG. 8 is further improved. It is a schematic circuit diagram. This improved system is operated by the following operation procedure.
[0063]
1. The switch SW1 is turned on, and the output voltage of a circuit formed by connecting a plurality of (six in the drawing)
[0064]
2. In the power generation unit G3, the temperature on the high temperature side of the Seebeck circuit system is heated to T3 by the
[0065]
3. 1 above. In the positive feedback, current flows through the Peltier effect heat transfer circuit of the heat energy transfer unit G1 and heat energy is transferred. When the temperature T2 rises due to the heat energy and T2 and T3 become substantially equal, The external heating by the
[0066]
4). The circuit system shown in FIG. 10 is suppressed to a small value compared to the energy that the circuit system shown in FIG. 8 initially consumes as Joule heat loss in the Peltier effect thermal energy transfer circuit by locally adding energy to be initially supplied. be able to. In particular, a remarkable effect is exhibited when the thermal energy transfer distance of the Peltier effect thermal energy transfer circuit is a large-scale system having a length of several tens to several hundreds of kilometers or more.
[0067]
[Fifth Embodiment]
FIG. 11 is a schematic circuit diagram of a self-driving heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using the thermoelectric effect device according to the fifth embodiment, and is a self-driving in which an external DC power source similar to FIG. 8 is further improved. It is a schematic circuit diagram of a heat transfer system. That is, in the circuit system when using the external DC power source of FIG. 8, a load is connected in parallel with the positive feedback circuit unit to the output terminal of the output voltage of the power generation unit G2 in which a plurality of
[0068]
In the fifth embodiment, the electric potential energy generated in the power generation unit G2 is converted into hydrogen gas (H by an apparatus for electrolyzing water installed in the electrolysis unit G4. 2 ) And oxygen gas (O 2 ) Can be used by converting to chemical potential energy.
[0069]
The configurations of the thermal energy transfer unit G1 and the power generation unit G2 are the same as those in FIG. By converting electrical energy to chemical potential energy as in this embodiment, energy that can be easily pressurized, compressed, stored, accumulated, and conveyed can be secured.
[0070]
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using the thermoelectric effect device according to the sixth embodiment. Similar to FIG. A water electrolysis part G4 is installed in the drive heat transfer system as a specific example of the load circuit. The circuit system of FIG. 12 is obtained by installing a water electrolysis unit G4 that uses chemical potential energy in the system described in FIG. That is, this is a self-driven heat transfer system that is effective in using the transferred thermal energy, the use of electric power, and the chemical potential energy generated by electrolysis of electrolyte or water. If the improved self-driven heat transfer system shown in FIG. 12 is installed not only in Japan but also in various regions and regions around the world, the energy obtained by the system will activate each region and region's economy and food production. At the same time, it is clear that the fact that mitigation of global warming and suppression of environmental destruction can actually be carried out is extremely important to support humanity and other creatures that have expanded to 2.1 billion people.
[0071]
[Seventh Embodiment]
FIG. 13 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using the thermoelectric effect device according to the seventh embodiment. In this system, without using the Peltier effect thermal energy transfer circuit, the thermal energy from the heat source is directly converted to the electric potential energy by a circuit in which a plurality of
[0072]
In addition, by each structure demonstrated in the said FIG.2, FIG.7, FIG.8, FIG.10-13, it can arrange | position with a predetermined distance in a heat absorption part and a heat generating part or a heating part, and a cooling part, and heat energy or electricity Energy can be transferred from short distances (for example, around several microns) to long distances (for example, hundreds of kilometers), and the inexhaustible natural heat energy can be reused to obtain a pollution-free and recyclable energy source. A system can be constructed.
[0073]
In addition, as a conductive member constituting the thermoelectric effect element used in each of the above-described embodiments, as a low temperature (room temperature) region thermoelectric material, for example, Bi 2 Te Three , Bi 2 Se Three , Sb 2 Te Three As a high temperature region thermoelectric material having a temperature exceeding 1000K, for example, other CeGe based alloys are available. Three Te Four , La Three Te Four , Nd Three Te Four Are known. Examples of medium temperature region thermoelectric materials include PbTe, AgSbTe-GeTe multicomponent compounds, Mg 2 Ge-Mg 2 Si-based materials are known, and it is preferable to select an arbitrary conductive member in consideration of the temperature of the use environment.
[0074]
In addition, the p-type and n-type conductive members constituting the thermoelectric effect elements forming a pair may be made of the same material or different materials, and may be arbitrarily selected according to the temperature of the use environment. A combination can be selected.
[0075]
Next, more specific examples will be described in the energy direct conversion system using the thermoelectric conversion device and the thermoelectric effect device which is a circulation type energy source acquisition system in the first to seventh embodiments.
[0076]
[First embodiment]
FIG. 14 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention having a large implementation scale, and is a specific example of social energy supply infrastructure. In FIG. 14,
[0077]
(1) The temperature of the seawater around 10 meters below the surface of the water constantly flows at a stable temperature (constant temperature), and thus becomes a stable heat energy source. By disposing the
[0078]
(2) Even when river water is applied instead of seawater as described in (1) above, the thermal energy contained in the river water is transferred to the medium distance energy by the aforementioned means (same means as the long distance energy transfer). It is possible to construct a power plant in various places by making the Seebeck effect element group in close contact with the heat generating Peltier effect element group and performing energy conversion from heat energy to electric energy.
[0079]
(3) Power plants can be constructed in various places by applying geothermal heat or thermal energy from hot spring drainage instead of seawater or river water in (2) above.
[0080]
(4) Electrical energy based on the fifth to seventh embodiments is obtained by performing electrolysis of the water by using the electric power at the power plants in the various places of (1) to (3). Can be converted into chemical potential energy of hydrogen gas and oxygen gas. The hydrogen gas and oxygen gas stored with chemical potential energy are each compressed and compressed and stored in a cylinder or the like, so that transportation becomes easy, and the chemical energy source can be supplied and stored in various places. By reacting this hydrogen and oxygen again to convert motive energy or propulsion energy, or by using it in a hydrogen battery, it can be used as energy according to the purpose.
[0081]
(5) Since the waste (product) generated when the chemical energy of hydrogen and oxygen in (4) is utilized is water, there is almost no environmental load as pollution.
[0082]
(6) The energy source from the environment used in the above (1) to (5) is a part of the solar light that is poured from the sun onto the earth and converted into thermal energy. Released outside. The above embodiment example is “circulating and sustainable energy utilization” using a part of the flow of energy obtained from the sun.
[0083]
In addition to the above-described thermoelectric effect device on the heat absorption side, it may be configured as 100 that directly obtains thermal energy from sunlight in FIG.
[0084]
[Second Embodiment]
FIG. 15 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention having a medium implementation scale, and is a specific example of an energy supply system in a private house. In FIG. 15,
[0085]
(1) Since the solar
[0086]
Note that the embodiment shown in FIG. 15 uses heat energy in the daytime and assumes that the outdoor temperature is higher than the indoor temperature, but, for example, the reverse phenomenon occurs in the temperature relationship at night. Therefore, for example, the switching element is configured in the energy supply system of FIG. 15, the switching element is operated by a sensor that senses a temperature change between the indoor and the outdoor, or according to the will of the resident, etc. By switching between the heat absorption side and the heat generation side, desired thermal energy conversion can be performed.
[0087]
(2) The circuit system of a pair of Peltier effect element groups spaced apart can switch between the heat absorption side and the heat generation side without replacing circuit components, for example, by reversing the direction of the current. By arranging the heat generation side on the outside and the heat absorption side on the inside, it is possible to configure a cooler or ice making machine that does not require large external power (using the improved Peltier effect heat transfer system of the present invention) Air conditioner system can be configured without external power).
[0088]
(3) The Seebeck effect element group is brought into close contact with the heat generation side to which heat energy has been transferred, for example, in exactly the same way as in the case of the large-scale embodiment described with reference to FIG. Energy conversion from thermal energy to electrical energy can be performed based on the fourth mode, and a medium-scale generator can be installed in each region or household.
[0089]
(4) If electrolysis of water is performed using this medium-scale generator, hydrogen that can be stored and transported by converting energy from electrical energy to chemical potential energy based on the fifth to seventh embodiments. Oxygen can be obtained, and a system utilizing chemical energy can be installed in each region or household according to the purpose in exactly the same way as in the case of the large-scale embodiment described above.
[0090]
[Third embodiment]
For example, the air around the living environment always has some thermal energy unless it is absolutely zero Kelvin. The thermal energy of the air in this living environment is used, that is, described as a small-scale embodiment as follows.
[0091]
(1) Distance between the heat absorption side Peltier effect element group and the heat generation side Peltier effect element group as necessary (distance that the heat absorption side Peltier effect element group and the heat generation side Peltier effect element group do not receive mutual mutual thermal interference) Put on. Since these two Peltier effect element groups can be used independently according to the purpose of use, for example, the cooling side is arranged in an indoor air conditioner, refrigerator or freezer based on the first embodiment, By arranging the heat generating side in a water heater, a pot or a dish heating device, it is possible to use a pair of cooling and cooling and heating devices in the home without using large external power (in this case) However, when the improved Peltier effect heat transfer system is used, it is possible to use various devices in the home where cooling and heating are paired without using external power).
[0092]
(2) Further, by reducing the size of the two energy effect element groups and making them portable, it is possible to cool down small refrigerators, pots, cooking utensils, etc. indoors, outdoors, and camping sites. Various devices with a pair of heating and heating can be manufactured.
[0093]
(3) Specific examples of large, medium, and small computers, personal computers, small power supplies, and unnecessary heat removal methods in solids, liquids, and gases, and how to use the removed heat are as follows: It is.
[0094]
(4) For example, in computers, a central processing unit (CPU) element is a large heat source in the apparatus during operation. In order to remove the heat from the CPU element, a cooling thermo module with a thickness of 1 cm or less using a Peltier effect element is currently used. The heat absorption side is brought into close contact with the CPU element, and the heat sink and heat A small fan for removal (small fan) is attached to perform forced waste heat, and there is a problem that waste of electric power and airflow noise due to the fan are inevitable.
[0095]
If the present invention is used, the heat absorption side and the heat generation side of the Peltier effect element are isolated by using a conductive material having a good thermal conductivity, for example, a few tens of centimeters to several meters, depending on the size of the computer. By attaching the heat absorption side to the CPU element and attaching the heat generation side to a computer box having a large surface area or an external heat-dissipating metal body or attaching it to a water heater, heat removal without noise and noise and power saving can be performed simultaneously.
[0096]
In addition, according to the present invention, a circuit system that uses an improved Peltier effect heat transfer system and does not require external power can be used to remove unnecessary heat and remove heat from small power supply devices, solids, liquids, and gases in addition to computers. It is possible to commercialize a small device for use.
[0097]
Other application examples of the present invention include the following. In the case of liquids, for example, in a vending machine that sells both cold drinks and warm drinks, the endothermic side of the Peltier effect element is located on the cold drink side and the exothermic side of the Peltier effect element is located on the warm drink side Thus, it becomes possible to develop a vending machine that can drastically reduce the consumption of external power and a vending machine that does not require external power using an improved Peltier effect heat transfer system.
[0098]
In the case of gas, a pair of heating devices corresponding to fresh fish display at a fish shop or meat freezer at a butcher, etc. makes it possible to circulate, low energy and pollution-free cooling / preservation / heating / heating, etc. Can be configured.
[0099]
All the embodiments using the improved Peltier effect heat transfer system according to the present invention described above are described as follows: “There is no need to use fuel such as fossil fuel or external power, and heat energy transfer based on thermal energy in nature. It is an “open-type energy recycling system that performs various types of energy conversion”, and can provide a “system that reduces global warming and has little environmental impact that causes pollution”.
[0100]
Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, without using fossil fuel or the like, the thermal energy in the natural world is effectively used and reused, and the thermal energy is converted into electric energy to generate electric power. As an open energy recycling system can be constructed by using it as an energy source or by converting it into chemical energy, energy that directly reduces global warming and has little environmental impact associated with pollution A conversion system can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of physical construction of the Peltier effect and Seebeck effect in terms of energy bands.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a pair of Peltier effect heat transfer circuit systems capable of opening an arbitrary interval in the first embodiment.
FIG. 3 is a temperature change characteristic diagram with respect to time change in the Peltier effect.
FIG. 4 is a temperature change characteristic diagram with respect to time change in the Peltier effect.
FIG. 5 is a temperature change characteristic diagram with respect to a current change.
FIG. 6 is a characteristic diagram of temperature change with respect to current change.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a circuit system for converting heat energy into electric energy by a pair of Seebeck effects that can be spaced at an arbitrary interval in the second embodiment;
FIG. 8 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using a thermoelectric effect device according to a third embodiment.
FIG. 9 is an electromotive force characteristic diagram with respect to a temperature difference change.
FIG. 10 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using a thermoelectric effect device according to the fourth embodiment.
FIG. 11 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using a thermoelectric effect device according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using a thermoelectric effect device according to a sixth embodiment.
FIG. 13 is a schematic circuit diagram of a self-driven heat transfer system for explaining an energy direct conversion system using a thermoelectric effect device according to a seventh embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention having a large implementation scale.
FIG. 15 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention having a medium implementation scale.
[Explanation of symbols]
A11, A21 ... first conductive member
B12, B22 ... second conductive member
10, 20, 30 ... thermoelectric conversion element
Claims (6)
前記熱電変換装置は、
異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、
前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士で、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、その導電材料の一方に直流電源を直列接続することによりペルチェ効果熱伝達回路系を構成し、
前記ペルチェ効果熱伝達回路系の吸熱部と発熱部との間を、吸熱部の温度Ｔ１と発熱部の温度Ｔ２とがＴ１＜Ｔ２の関係を維持できる距離を確保した熱電変換装置であり、
前記エネルギー直接変換システムは、
異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、
前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士において、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、それぞれ温度の異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、
前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成したエネルギー直接変換システムである、
ことを特徴とするエネルギー変換システム。A thermoelectric conversion device is provided, and heat energy obtained from the thermoelectric conversion device is supplied to an energy direct conversion system to obtain electric potential energy, and a part of the electric potential energy is fed back to the thermoelectric effect device as a DC power source. An energy conversion system to be used ,
The thermoelectric converter is
Comprising two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member;
The two thermoelectric conversion elements are electrically conductive in such a length that the two thermoelectric conversion elements are not subjected to thermal mutual interference between the surfaces of the first conductive member and the second conductive member facing the bonding member. The Peltier effect heat transfer circuit system is configured by electrically connecting through the material and connecting a DC power source in series to one of the conductive materials,
Between the heat absorption part and the heat generation part of the Peltier effect heat transfer circuit system, a thermoelectric conversion device that secures a distance in which the temperature T1 of the heat absorption part and the temperature T2 of the heat generation part can maintain a relationship of T1 <T2.
The energy direct conversion system includes:
Comprising two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member;
The two thermoelectric conversion elements are electrically conductive so that the two thermoelectric conversion elements are not subjected to mutual mutual thermal interference between the surfaces of the first conductive member and the second conductive member on the side facing the bonding member. It is electrically connected through the materials and arranged in different temperature environments, and the temperature T1 of the high temperature side thermoelectric conversion element and the temperature T2 of the low temperature side thermoelectric conversion element can maintain the relationship of T1> T2. Secure the distance,
It is an energy direct conversion system comprising a direct energy conversion electric circuit system from thermal energy to electric potential energy by taking out electric potential energy from any location of the conductive material.
An energy conversion system characterized by that.
前記熱電変換装置は、 The thermoelectric converter is
異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る熱電変換素子を２ｎ個備え、 2n thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member;
前記２ｎ個の熱電変換素子を、それぞれ隣接する熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に直列接続、かつ隣接する熱電変換素子を交互に振り分けて吸熱部と発熱部とを形成し、前記導電材料の少なくとも一部に直流電源を直列接続することにより、吸熱部と発熱部とをそれぞれｎ個有するペルチェ効果熱伝達回路系を構成し、 The 2n thermoelectric conversion elements are electrically connected in series via a conductive material having a length such that the adjacent thermoelectric conversion elements are not thermally interfered with each other, and the adjacent thermoelectric conversion elements are alternately distributed to absorb heat. Forming a Peltier effect heat transfer circuit system having n heat absorption parts and n heat generation parts by connecting a DC power source in series with at least a part of the conductive material.
前記ペルチェ効果熱伝達回路系の吸熱部と発熱部との間を、吸熱部の温度Ｔ１と発熱部の温度Ｔ２とがＴ１＜Ｔ２の関係を維持できる距離を確保した熱電変換装置であり、 Between the heat absorption part and the heat generation part of the Peltier effect heat transfer circuit system, a thermoelectric conversion device that secures a distance in which the temperature T1 of the heat absorption part and the temperature T2 of the heat generation part can maintain a relationship of T1 <T2,
前記エネルギー直接変換システムは、 The energy direct conversion system includes:
異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る２つの熱電変換素子を備え、 Comprising two thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member;
前記２つの熱電変換素子を、各々の第１導電部材および第２導電部材における接合部材と対向する側の面同士において、前記２つの熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に接続し、それぞれ温度の異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、 The two thermoelectric conversion elements are electrically conductive so that the two thermoelectric conversion elements are not subjected to mutual mutual thermal interference between the surfaces of the first conductive member and the second conductive member on the side facing the bonding member. It is electrically connected through the materials and arranged in different temperature environments, and the temperature T1 of the high temperature side thermoelectric conversion element and the temperature T2 of the low temperature side thermoelectric conversion element can maintain the relationship of T1> T2. Secure the distance,
前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成し By taking out the electric potential energy from any location of the conductive material, a direct energy conversion electric circuit system from thermal energy to electric potential energy is constructed. たエネルギー直接変換システムである、Energy direct conversion system,
ことを特徴とするエネルギー変換システム。 An energy conversion system characterized by that.
異なるゼーベック係数を有する第１導電部材と第２導電部材とを接合部材により接合して成る熱電変換素子を２ｎ個備え、 2n thermoelectric conversion elements formed by joining a first conductive member and a second conductive member having different Seebeck coefficients by a joining member;
前記２ｎ個の熱電変換素子を、それぞれ隣接する熱電変換素子が熱的に相互干渉を受けない長さの導電材料を介して電気的に直列接続、かつ隣接する熱電変換素子を交互に振り分けて異なる温度環境下に配置し、高温側の熱電変換素子の温度Ｔ１と低温側の熱電変換素子の温度Ｔ２とがＴ１＞Ｔ２の関係を維持できる距離を確保し、 The 2n thermoelectric conversion elements are electrically connected in series via a conductive material having a length such that the adjacent thermoelectric conversion elements are not thermally interfered with each other, and the adjacent thermoelectric conversion elements are alternately distributed. Placed in a temperature environment, ensuring a distance that the temperature T1 of the high temperature side thermoelectric conversion element and the temperature T2 of the low temperature side thermoelectric conversion element can maintain the relationship of T1> T2,
前記導電材料の任意の箇所から電気ポテンシャルエネルギーを取り出すことにより、熱エネルギーから電気ポテンシャルエネルギーへの直接エネルギー変換電気回路系を構成したエネルギー直接変換システムである、 It is an energy direct conversion system comprising a direct energy conversion electric circuit system from thermal energy to electric potential energy by taking out electric potential energy from any place of the conductive material.
ことを特徴とする請求項１または２記載のエネルギー変換システム。 The energy conversion system according to claim 1 or 2, characterized in that.
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