JPH07273375A - 複合型熱電変換装置 - Google Patents

複合型熱電変換装置

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JPH07273375A
JPH07273375A JP6058599A JP5859994A JPH07273375A JP H07273375 A JPH07273375 A JP H07273375A JP 6058599 A JP6058599 A JP 6058599A JP 5859994 A JP5859994 A JP 5859994A JP H07273375 A JPH07273375 A JP H07273375A
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temperature heat
porous electrode
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thermoelectric conversion
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Akira Yamada
山田  明
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換
することができる複合型熱電変換装置を提供する。 【構成】 高温熱源01の周囲を囲む固体電解質02、
内部多孔性電極03a及び外部多孔性電極03bと、こ
れらの周囲を囲む半導体熱電変換装置012(外筒0
4、P型熱電半導体05、n型熱電半導体06、最外筒
08及び電気絶縁部07a,07bを有する)と、外筒
04の底面から高温熱源01に跨がって設けられると共
に作動媒体を含んだウイックとを有するものであって、
高温熱源01によって蒸発した作動媒体が、内部多孔性
電極03aで一部凝縮、イオン化した後固体電解質02
を通過して発電し、その後このイオンと電子が結合して
再び作動媒体の蒸気となり、この蒸気によって伝えられ
た熱エネルギーにより半導体熱電変換装置012におい
て更に発電するというものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複合型熱電変換装置に関
し、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換する場
合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より熱エネルギーの複合を行う例は
あるものの、その複合型熱電変換装置としては、作動温
度範囲の異なる半導体熱電変換装置を直列に接続した構
成のものがあるのみであった。
【0003】図3の(a)はこのような従来技術に係る
複合型熱電変換装置の断面図、(b)は(a)に示す複
合型熱電変換装置の温度分布を示す説明図である。図3
(a)において、1は高温熱源である高温流体、2a,
2b,2cは電気絶縁部、3,6は電気の良導体である
隔壁、4a,4bはP型熱電半導体、5a,5bはn型
熱電半導体、7は低温熱源である低温流体、8は電気の
良導体である接続部、9a,9b半導体熱電変換装置で
ある。
【0004】図3(a)に示すように、半導体熱電変換
装置9a,9bは、各々n型熱電半導体5a,5bとP
型熱電半導体4a,4bとが交互に配列されると共に、
両熱電半導体4a,5a及び4b,5bの各一端が高温
流体1に接する隔壁3及び低温流体7に接する隔壁6に
各々結合されたものであり、接続部8を介して互いに直
列に接続されている。また隔壁3,6中及び接続部8中
には電気絶縁部2a,2b,2cが適宜設けられてお
り、両熱電半導体4a,5a及び4b,5bを各々直列
に接続させると共に、両半導体熱電変換装置9a,9b
を絶縁している。
【0005】従って上記構成の複合型熱電変換装置によ
れば、高温流体1と低温流体7との間の熱エネルギーが
半導体熱電変換装置9a,9bのn型熱電半導体4a,
4b及びP型熱電半導体5a,5bによって電気エネル
ギーに変換される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術に係る複合型熱電変換装置では、高温流体1側から
低温流体7側に至る間の温度分布が図3(b)に示すよ
うな状態となる。即ち作動温度範囲の異なる半導体熱電
変換装置9a,9bを直列に接続しているため、その接
続部8が熱抵抗となり、接続部8における温度落差ΔT
が図3(b)に示すように大きくなる。このため熱エネ
ルギーを有効に電気エネルギーに変換することができな
い。
【0007】従って本発明は上記従来技術に鑑み、熱エ
ネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができ
る複合型熱電変換装置を提供すること目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の構成は、高温熱源と、この高温熱源に作動媒
体を供給する作動媒体供給手段と、この供給手段によっ
て前記高温熱源に供給されると共に前記高温熱源から加
えられる熱エネルギーにより蒸気となって移動する作動
媒体と、この作動媒体の移動方向に配設した固体電解質
と、この固体電解質の前記移動方向両側面に各々接して
固定した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、こ
れらのうち前記高温熱源と反対側に占位する第2の多孔
性電極において再び生起する前記作動媒体の蒸気の移動
方向に配設した半導体熱電変換装置とを有することを特
徴とする。
【0009】上記目的を達成する本発明の第2の構成
は、高温熱源と、この高温熱源に作動媒体を供給する作
動媒体供給手段と、この供給手段によって前記高温熱源
に供給されると共に前記高温熱源から加えられる熱エネ
ルギーにより蒸気となって移動する作動媒体と、前記高
温熱源の周囲を囲むようにして配設した固体電解質と、
この固体電解質の内周面及び外周面に各々接して固定し
た第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、この第2
の多孔性電極の周囲を囲むようにして配設した半導体熱
電変換装置とを有することを特徴とする。
【0010】上記目的を達成する本発明の第3の構成
は、上記第2の構成において、作動媒体供給手段が、半
導体熱電変換装置において凝縮した作動媒体を高温熱源
に戻すよう配設したウイックを有してなるものであるこ
とを特徴とする。
【0011】
【作用】上記第1の構成の本発明によれば、高温熱源か
ら加えられる熱エネルギーによって蒸発した作動媒体
が、第1の多孔性電極の方向に移動し、この第1の多孔
性電極において一部凝縮、イオン化した後固体電解質を
通過して発電する。その後第2の多孔性電極において、
イオン化した前記作動媒体と電子とが結合して再び作動
媒体の蒸気となり、この蒸気が半導体熱電変換装置の方
向に移動して、この半導体熱電変換装置に熱エネルギー
を伝え、ここで更に発電する。しかも高温熱源側に固体
電解質を備えて作動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変
換を行うため、従来のような接続部での大きな温度落差
がなく、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換す
ることができる。
【0012】上記第2の構成の本発明によれば、上記第
1の構成の作用に加え、高温熱源の周囲を固体電解質及
び両多孔性電極によって囲むと共に、これらの周囲を半
導体熱電変換装置によって囲んでいるため、周囲への熱
損失が小さい。
【0013】上記第3の構成の本発明によれば、上記第
2の構成の作用に加え、半導体熱電変換装置において凝
縮した作動媒体がウイックによって高温熱源に戻され
る。従って同じ作動媒体を繰返し利用することができ
る。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
【0015】図1は本発明の実施例に係る複合型熱電変
換装置の横断面図、図2は図1に示す複合型熱電変換装
置の縦断面図である。両図において、01は高温熱源、
02は固体電解質(例えばβ″−アルミナ)、03aは
内部多孔性電極、03bは外部多孔性電極、04は電気
の良導体である外筒、05はP型熱電半導体、06はn
型熱電半導体、07a,07bは電気絶縁部、08は電
気の良導体である最外筒、011はウイック、012は
半導体熱電変換装置、013はカバーである。
【0016】両図に示すように、高温熱源01の周囲を
囲むようにして固体電解質02、内部多孔性電極03a
及び外部多孔性電極03bが配設されている。即ち固体
電解質02は円筒状に形成されており、その中央部に高
温熱源01が占位するよう配設されている。内部多孔性
電極03a及び外部多孔性電極03bもまた円筒状に形
成されており、固体電解質02の内周面及び外周面に各
々接して固定されている。
【0017】更に外部多孔性電極03bの周囲を囲むよ
うにして半導体熱電変換装置012が配設されている。
この半導体熱電変換装置012は、外部多孔性電極03
bの周囲を囲むようにして配設された外筒04と、この
外筒04の周囲を囲むようにして配設された最外筒08
と、両面が外筒04の外周面と最外筒08の内周面とに
各々接すると共にこれらの周方向に沿い所定の間隔を有
して交互に配設された複数のP型熱電半導体05及びn
型熱電半導体06とを有している。また外筒04中及び
最外筒中05中には、P型熱電半導体05とn型熱電半
導体06とを順に直列に接続せしめるよう電気絶縁部0
7a及び07bが各々設けられている。
【0018】カバー013は、固体電解質02、外筒0
4及び最外筒08の上端部全体を覆うと共に、その中心
部が高温熱源01によって貫通されている。ウイック0
11は、外筒04の底面から高温熱源01に跨がって配
設されており、作動媒体(例えばナトリウム)を含んで
いる。
【0019】従って上記構成の複合型熱電変換装置によ
れば、高温熱源01から加えられる熱エネルギーによっ
て蒸発したウイック011中の作動媒体が、矢印09a
(点線)で示すように内部多孔性電極03aに向って移
動し、この内部多孔性電極03aにおいて一部凝縮、イ
オン化した後固体電解質02を通過して発電する。その
後外部多孔性電極03bにおいて、イオン化した作動媒
体と電子とが結合して再び作動媒体の蒸気となり、この
蒸気が、矢印09b(点線)で示すように半導体熱電変
換装置012の方向に移動して、その外筒04に達する
と、ここで凝縮して熱エネルギーをP型熱電半導体05
及びn型熱電半導体06に伝え、更に発電する。なお両
熱電半導体05,06の冷却は、最外筒08側において
行われる。外筒04において凝縮した作動媒体は、外筒
04の底面に達した後、矢印010(実線)で示すよう
にウイック011に沿って高温熱源01に戻される。
【0020】このように高温熱源01側に固体電解質0
2を備えて作動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変換を
行うため、従来のような接続部での大きな温度落差がな
く、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換するこ
とができる。
【0021】また高温熱源01の周囲を固体電解質02
及び両多孔性電極03a,03bによって囲むと共に、
これらの周囲を半導体熱電変換装置012によって囲ん
でいるため、周囲への熱損失が小さい。
【0022】また外筒04において凝縮した作動媒体が
ウイック011によって再び高温熱源01へと戻される
ため、同じ作動媒体を繰返し利用することができる。
【0023】
【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、高温熱源側に固体電解質を備えて作
動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変換を行うため、従
来のような接続部での大きな温度落差がなく、熱エネル
ギーを有効に電気エネルギーに変換することができる。
【0024】また高温熱源の周囲を固体電解質及び両多
孔性電極とによって囲むと共に、これらの周囲を半導体
熱電変換装置によって囲むことにより、周囲への熱損失
を小さくすることができる。
【0025】また作動媒体供給手段がウイックを有して
なるものであることにより、同じ作動媒体を繰返し利用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る複合型熱電変換装置の横
断面図である。
【図2】図1に示す複合型熱電変換装置の縦断面図であ
る。
【図3】(a)は従来技術に係る複合型熱電変換装置の
断面図、(b)は(a)に示す複合型熱電変換装置の温
度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
01 高温熱源 02 固体電解質 03a 内部多孔性電極 03b 外部多孔性電極 04 外筒 05 P型熱電半導体 06 n型熱電半導体 07a,07b 電気絶縁部 08 最外筒 011 ウイック 012 半導体熱電変換装置 013 カバー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温熱源と、 この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段
    と、 この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に
    前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気と
    なって移動する作動媒体と、 この作動媒体の移動方向に配設した固体電解質と、 この固体電解質の前記移動方向両側面に各々接して固定
    した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、 これらのうち前記高温熱源と反対側に占位する第2の多
    孔性電極において再び生起する前記作動媒体の蒸気の移
    動方向に配設した半導体熱電変換装置とを有することを
    特徴とする複合型熱電変換装置。
  2. 【請求項2】 高温熱源と、 この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段
    と、 この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に
    前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気と
    なって移動する作動媒体と、 前記高温熱源の周囲を囲むようにして配設した固体電解
    質と、 この固体電解質の内周面及び外周面に各々接して固定し
    た第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、 この第2の多孔性電極の周囲を囲むようにして配設した
    半導体熱電変換装置とを有することを特徴とする複合型
    熱電変換装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載する複合型熱電変換装置
    において、 作動媒体供給手段が、半導体熱電変換装置において凝縮
    した作動媒体を高温熱源に戻すよう配設したウイックを
    有してなるものであることを特徴とする複合型熱電変換
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007037319A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Daikin Ind Ltd 熱電子発電素子

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JP2007037319A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Daikin Ind Ltd 熱電子発電素子

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