CN105379102A - 热电发电装置 - Google Patents

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CN105379102A
CN105379102A CN201480031223.2A CN201480031223A CN105379102A CN 105379102 A CN105379102 A CN 105379102A CN 201480031223 A CN201480031223 A CN 201480031223A CN 105379102 A CN105379102 A CN 105379102A
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小野濑和宏
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HOKKAIDO TOKUSHUSHIRYOU KABUSH
Hokkaido Tokushushiryou KK
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HOKKAIDO TOKUSHUSHIRYOU KABUSH
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Abstract

本发明提供一种能够有效地进行热电发电的热电发电装置。此装置1具有：第一热介质室10，供第一热介质M1流入流出；第一室壁11，划分第一热介质室10；第二热介质室20，供第二热介质M2流入流出；第二室壁21，划分第二热介质室20；及热电发电层45-1、45-2。第一热介质室10之中有两个第二热介质室20。两个第二热介质室20相互隔开而并排配置。第一室壁11和第二室壁21彼此不接触，且第一热介质M1的温度和第二热介质M2的温度互不相同。热电发电层45-1、45-2设置在第一室壁11的外表面及第二室壁21的外表面。

Description

热电发电装置
技术领域
本发明涉及一种使用热电元件将热能转换成电能的技术。
背景技术
众所周知有一种技术，利用从热机排出的热来进行发电。
作为所述技术的一个例子，可以列举一种热电发电模块，在内管和外管之间设置含热电转换元件的发电层，从锅炉或内燃机向所述内管内导入高温热介质(热水、蒸汽、排气等)，利用所述内管和外管的温度差来进行发电(专利文献1)。
根据专利文献1记载的技术，对于流有高温热介质的内管的温度来说，接触外部空气的外管的温度低，因此便能利用两者间的温度差通过热电转换进行发电。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平9-36439号公报(日本专利第2275410号)
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1记载的技术中，只是通过配置在内筒和外筒之间的唯一层的空间内的发电层来进行热电转换，因此无法有效地利用热能源产生的温度差进行热电发电。专利文献1记载的技术还有一个根本性问题：利用高温热介质和外部空气的相对较小的温度差进行热电转换，因而发电效率不佳。
本发明要解决的问题是提供一种能够比现有技术更有效地进行热电发电的热电发电装置。
解决问题的手段
[热电发电装置(形态1)]
一种热电发电装置，具有：
第一热介质室，供第一热介质流入流出；
第一室壁，划分第一热介质室；
第二热介质室，供第二热介质流入流出；
第二室壁，划分第二热介质室；
第一热电发电层，利用温度差进行发电；及
第二热电发电层，利用温度差进行发电；且
第二热介质室位于第一热介质室之中，
第一室壁和第二室壁彼此不接触，
第一热介质的温度和第二热介质的温度互不相同，
第一热电发电层设置在第一室壁的外表面或内表面，
第二热电发电层设置在第二室壁的外表面或内表面。
所述装置分别向第一热介质室流入第一热介质，向第二热介质室流入第二热介质，由此使第一热介质室和第二热介质室之间产生温度差，同时使第一热介质室和其外部的热介质之间产生温度差。第二热电发电层利用第一热介质室和第二热介质室之间的温度差进行发电。第一热电发电层利用第一热介质室和其外部的热介质之间的温度差进行发电。
根据所述装置，配置在温度互不相同的内外热介质间的热电发电层设有多层，通过热电转换进行发电，从而能够比现有技术更有效地进行热电发电。
[热电发电装置(形态2)]
一种热电发电装置，具有：
第一热介质室，供第一热介质流入流出；
第一室壁，划分第一热介质室；
第二热介质室，供第二热介质流入流出；
第二室壁，划分第二热介质室；
第一热电发电层，利用温度差进行发电；及
第二热电发电层，利用温度差进行发电；且
第二热介质室位于第一热介质室之中，
第一室壁和第二室壁彼此不接触，
第一热介质的温度和第二热介质的温度互不相同，
第一热电发电层设置在第一室壁的外表面或内表面，
第二热电发电层设置在第二室壁的外表面或内表面，
第一热介质室为燃烧室，
流入第二热介质室的第二热介质是温度比第一热介质室的温度低的流体。
所述装置分别向第一热介质室流入第一热介质，向第二热介质室流入第二热介质，由此使第一热介质室和第二热介质室之间产生温度差，同时使第一热介质室和其外部的空间之间产生温度差。第二热电发电层利用第一热介质室和第二热介质室之间的温度差进行发电。第一热电发电层利用第一热介质室和其外部的空间之间的温度差进行发电。第一热介质室为燃烧室，燃烧室的温度极高，因此第一热介质室和第二热介质室之间、及第一热介质室和其外部的空间之间会产生较大的温度差。
因此，根据所述装置，能够用多层发电层、即第一及第二热电发电层，使夹着各个发电层的区域之间产生较大温度差，通过热电转换来进行发电，从而能够比现有技术更有效地进行热电发电。
[热电发电装置(形态3)]
一种热电发电装置，具有：
第一热介质室，供第一热介质流入流出；
第一室壁，划分第一热介质室；
第二热介质室，供第二热介质流入流出；
第二室壁，划分第二热介质室；
第一热电发电层，利用温度差进行发电；及
第二热电发电层，利用温度差进行发电；且
第二热介质室位于第一热介质室之中，
第一室壁和第二室壁彼此不接触，
第一热介质的温度和第二热介质的温度互不相同，
第一热电发电层设置在第一室壁的外表面或内表面，
第二热电发电层设置在第二室壁的外表面或内表面，
第一室壁是划分室外和室内的室壁，
第二热介质室位于所述室内，
流入第二热介质室的第二热介质的温度比所述室内的温度低，
所述室内收纳着成为热源的电子设备，
第二热介质是用来冷却所述室内的空气的热介质。
所述装置分别向第一热介质室流入第一热介质，向第二热介质室流入第二热介质，由此使第一热介质室和第二热介质室之间产生温度差，同时使第一热介质室和其外部的空间之间产生温度差。第二热电发电层利用第一热介质室和第二热介质室之间的温度差进行发电。第一热电发电层利用第一热介质室和其外部的空间之间的温度差进行发电。第一热介质室是划分室外和室内的室壁，室内收纳着成为热源的电子设备，因此第一热介质室和其外部的空间之间会产生较大的温度差。此外，第二热介质是用来冷却室内的空气的热介质，因此第一热介质室和第二热介质室之间也会产生较大的温度差。
因此，根据所述装置，能够用多层发电层、即第一及第二热电发电层，使夹着各个发电层的区域之间产生较大温度差，通过热电转换进行发电，从而能够比现有技术更有效地进行热电发电。尤其是在寒冷地域，室外和室内的温度差较大，能够效率极佳地进行热电发电。
发明效果
根据本发明，配置在温度互不相同的内外热介质之间的热电发电层设有多层，通过热电转换进行发电，从而能够比现有技术更有效地进行热电发电。
根据本发明，能够用多层配置在温度互不相同的内外热介质之间的热电发电层，使各个热电发电层的内外热介质间产生较大温度差，通过热电转换进行发电，从而能比现有技术更有效地进行热电发电。
附图说明
图1(A)是例示本发明的实施方式的透视图，图1(B)是(A)的A-A截面图。
图2是例示本发明的另一实施方式的截面图。
图3是例示本发明的又一实施方式的透视图。
符号的说明
1热电发电装置
10第一热介质室
11第一室壁
11a进口
11b出口
12A介质供给管
12B介质排出管
20第二热介质室
21第二室壁
21a进口
21b出口
22A介质供给管
22B介质排出管
30第三热介质室
31第三室壁
31a进口
31b出口
32A介质供给管
32B介质排出管
45-1第一热电发电层
45-2第二热电发电层
45-3第三热电发电层
50发电元件
M1第一热介质
M2第二热介质
M3第三热介质
具体实施方式
下面，基于附图来说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1所示的热电发电装置1具有第一热介质室10、第一室壁11、第二热介质室20、第二室壁21、第一热电发电层45-1、及第二热电发电层45-2。
第一热介质室10是供第一热介质M1流入流出的热介质室。
第一热介质室10是燃烧室。
第二热介质室20是供第二热介质M2流入流出的热介质室。
第二热介质室20位于第一热介质室10之中。
第一室壁11和第二室壁21彼此不接触。
第一室壁11是划分第一热介质室10的壁。
第一室壁11由兼具传热性及耐热性的金属形成。此种金属的例子可以列举不锈钢。
第一室壁11的形状为长方体。
第一室壁11设有：进口11a，供第一热介质M1(M1-1)流入；及出口11b，供第一热介质M1(M1-2)流出。
由第一室壁11包围的空间即第一热介质室10内流入的第一热介质M1(M1-1)是包含燃料和空气的混合流体。
从第一热介质室10流出的第一热介质M1(M1-2)是燃烧后的流体。
进口11a连接着介质供给管12A。出口11b连接着介质排出管12B。
第二室壁21是划分第二热介质室20的壁。
和第一室壁11同样地，第二室壁21由兼具传热性及耐热性的金属形成。
第二室壁21的形状为长方体。
第二室壁21设有：进口21a，供第二热介质M2流入；及出口21b，供第二热介质M2流出。
第二热介质M2是温度比第一热介质室10的温度低的流体。作为此流体的具体例可列举地下水、海水、河水、自来水。
进口21a连接着介质供给管22A。出口21b连接着介质排出管22B。两个介质供给管22A、22B贯穿第一室壁11。第一室壁11被两个介质供给管22A、22B贯穿的部分、和两个介质供给管22A、22B之间被气密地密封。
第一热电发电层45-1设置在第一室壁11的外表面。第一热电发电层45-1接触外部空气(大气)。
第二热电发电层45-2设置在第二室壁21的外表面。第二热电发电层45-2接触第一热介质室10的高温气氛。
第一热电发电层45-1覆盖第一室壁11的大体整个外表面。第一热电发电层45-1具有在第一室壁11的外表面整齐配置的多个发电元件50。
第二热电发电层45-2覆盖第二室壁21的大体整个外表面。第二热电发电层45-2具有在第二室壁21的外表面整齐配置的多个发电元件50。
发电元件50具有内侧电极51、外侧电极52和热电转换元件55，所述热电转换元件55电连接于内侧电极51和外侧电极52之间，利用两端产生的温度差进行发电。
第一及第二热电发电层45-1、45-2中发电元件50彼此的电连接方式为任意。可以采用各种形态，如将所有发电元件50并联电连接的形态、将所有发电元件50串联电连接的形态、组合串联连接和并联连接的串联并联连接的形态等。从未图示的一对输出端子取出由第一及第二热电发电层45-1、45-2发电所得的电力。
以所述方式构成的热电发电装置1分别向第一热介质室10流入第一热介质M1，向第二热介质室20流入第二热介质M2，由此使第一热介质室10和第二热介质室20之间产生温度差，同时使第一热介质室10和外部空气之间产生温度差。第二热电发电层45-2利用第一热介质室10和第二热介质室20之间的温度差进行发电。第一热电发电层45-1利用第一热介质室10和外部空气之间的温度差进行发电。第一热介质室10是燃烧室，燃烧室的温度极高，因此第一热介质室10和第二热介质室20之间、及第一热介质室10和外部空气之间会产生较大温度差。
因此，根据所述热电发电装置1，能够用第一及第二热电发电层45-1、45-2，使夹着各个发电层45-1、45-2的区域之间产生较大温度差，通过热电转换进行发电，从而能比现有技术更有效地进行热电发电。
所述热电发电装置1虽然在温暖地域也能使用，但若设置在寒冷地域的室外，夹着第一发电层45-1的区域之间便会产生较大温度差，从而能更高效率地通过热电转换进行发电。
[第二实施方式]
在所述示例中，说明的是第一热介质室10之中设有第二热介质室20的2室结构的装置，但热介质室的数量为任意。如图2所示，在第二热介质室20中还设有第三热介质室30的装置也包含在本发明的技术范围内。
图2的热电发电装置1(1-2)在图1的装置构成基础上，还具有第三热介质室30、第三室壁31、第三热电发电层45-3。
第三热介质室30是供第三热介质M3流入流出的热介质室。
第三室壁31是划分第三热介质室30的壁。
和第一及第二室壁11、21同样地，第三室壁31由兼具耐热性及耐腐蚀性的金属形成。第三室壁31的形状为长方体。第三室壁31设有：进口31a，供第三热介质M3流入；及出口31b，供第三热介质M3流出。
第三热介质M3是温度比第三热介质室30的温度高的热介质。作为此热介质的具体例可列举从第一热介质室10流出的第一热介质M1(M1-2)。
进口31a连接着介质供给管32A。出口31b连接着介质排出管32B。两个介质供给管32A、32B贯穿第一室壁11及第二室壁21。第一室壁11被两个介质供给管32A、32B贯穿的部分、和两个介质供给管32A、32B之间被气密地密封。第二室壁21被两个介质供给管32A、32B贯穿的部分、和两个介质供给管32A、32B之间被气密地密封。
第三热电发电层45-3设置在第三室壁31的外表面。第三热电发电层45-3接触第二热介质M2。第三热电发电层45-3覆盖第三室壁31的大体整个外表面。和第一及第二热电发电层45-1、45-2同样地，第三热电发电层45-3具有在第三室壁31的外表面整齐配置的多个发电元件50。第三热电发电层45-3利用第二热介质室20和第三热介质室30之间的温度差进行发电。由第三热电发电层发电所得的电力和第一及第二热电发电层45-1、45-2发电所得的电力一起被取出。
[第三实施方式]
此外，如图3所示，在第一热介质室10之中设有多个第二热介质室20的装置也包含在本发明的技术范围内。
图3的热电发电装置1(1-3)具有两个第二热介质室20-1、20-2、及划分两个第二热介质室20-1、20-2的两个第二室壁21-1、21-2。两个第二室壁21-1、21-2相互并排配置。
[其他实施方式]
所述示例中，是在划分热介质室的室壁的外表面设置热电发电层，但也可以在该室壁的外表面设置热电发电层。
此外，热介质室的形状并不限于长方体形状，也可以是球形、圆柱形、筒形等其他形状。
此外，所述示例中，各室壁11、21、31上，进口11a、21a、31a和出口11b、21b、31b彼此同轴地配置，但也可以非同轴地配置。
此外，所述示例中，针对第一热介质室10为燃烧室的情况进行了说明，但也可以构成为，第二热介质室20是燃烧室，向第一热介质室10供给水等低温热介质。
此外，所述示例中，只在划分热介质室的室壁11、21、31上设置热电发电层45-1、45-2、45-3，但也可以不仅在室壁11、21、31上，而且在介质供给管12A、12B、22A、22B、32A、32B的外表面或内表面也设置热电发电层45-1、45-2、45-3。
此外，介质供给管12A、22A、32A及介质排出管12B、22B、32B的形状并不一定必须为圆筒形状。介质供给管12A、22A、32A及介质排出管12B、22B、32B也可以是截面形状为矩形状的管体。此外，介质供给管12A、12B、22A、22B、32A、32B也可以是划分热介质室10、20、30的室壁的一部分。
此外，具备燃烧室的构成只不过是本发明的热电发电装置的一例。
本发明的热电发电装置也可以应用于建筑物。
即，以图1的构成为例，可以将第一室壁11作为划分室外和室内的建筑物的外壁的一部分，在由第一室壁11划分的第一热介质室10即室内，设置由第二室壁21划分的第二热介质室20。
当室内收纳发热量大的电子设备时，可以利用室内温度和外部空气温度的温度差，由第一热电发电层45-1进行发电。而且，当第二热介质室20被供给用来冷却室内空气的热介质(水、外部空气等)时，可以利用第二热介质室20和室内(第一热介质室10)的温度差，由第二热电发电层45-2进行发电。在寒冷地域，由于室外和室内的温度差较大，因此能效率极佳地进行热电发电。
工业应用性
本发明的热电发电装置还能将核电站、火力发电站、地热发电站等用高温蒸汽来发电的系统作为热能源进行发电。例如，当利用核电站作为热能源时，让通过涡轮后的高温蒸汽作为高温热介质通过高温流路，让海水作为低温热介质通过低温流路，由此可利用两者的较大温差来进行热电发电。此外，还可以使用因燃料衰变热而被加热的高温蒸汽等作为高温热介质。因此，在原子反应堆停止状态下也能进行热电发电。
此外，本发明的热电发电装置也可以将数据中心作为热能源进行发电。即，将因数据中心内的电子设备(服务器、存储器)产生的热而被加热的空气作为高温热介质通过高温流路，将水(海水、地下水、河水等)或外部空气作为低温热介质通过低温流路，由此能利用两者的温度差进行热电发电。将通过所述热电发电所得到的电力用于数据中心消耗，能够促进数据中心的节能化。

Claims (5)

1.一种热电发电装置，具有：
第一热介质室，供第一热介质流入流出；
第一室壁，划分所述第一热介质室；
第二热介质室，供第二热介质流入流出；
第二室壁，划分所述第二热介质室；
第一热电发电层，利用温度差进行发电；及
第二热电发电层，利用温度差进行发电；且
所述第二热介质室位于所述第一热介质室之中，
所述第一室壁和所述第二室壁彼此不接触，
所述第一热介质的温度和所述第二热介质的温度互不相同，
所述第一热电发电层设置在所述第一室壁的外表面或内表面，
所述第二热电发电层设置在第二室壁的外表面或内表面。
2.根据权利要求1所述的热电发电装置，其特征在于，所述第一热介质室之中有多个所述第二热介质室。
3.根据权利要求1或2所述的热电发电装置，其特征在于，所述第一热介质室为燃烧室，
流入所述第二热介质室的所述第二热介质的温度比所述第一热介质室的温度低。
4.根据权利要求1或2所述的热电发电装置，其特征在于，所述第一室壁是划分室外和室内的壁的一部分，
所述第二热介质室位于所述室内，
流入所述第二热介质室的所述第二热介质的温度比所述室内的温度低。
5.根据权利要求4所述的热电发电装置，其特征在于，所述室内收纳着成为热源的电子设备，
所述第二热介质是用来冷却所述室内的空气的热介质。
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