JP2002171775A - Thermocouple-generating device - Google Patents

Thermocouple-generating device

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JP2002171775A
JP2002171775A JP2001259942A JP2001259942A JP2002171775A JP 2002171775 A JP2002171775 A JP 2002171775A JP 2001259942 A JP2001259942 A JP 2001259942A JP 2001259942 A JP2001259942 A JP 2001259942A JP 2002171775 A JP2002171775 A JP 2002171775A
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JP
Japan
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thermocouple
current
electric conductor
electric
current generating
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JP2001259942A
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Japanese (ja)
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Masaaki Yokoyama
正明 横山
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TAKT BUSINESS SOFT KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermocouple-generating device, that is a generator utilizing a thermoelectric phenomenon and that can be put into full practical use not only in terms of performance but also of economy. SOLUTION: A current-generating element 10 is structured as a basic unit. The element is made up of a thermocouple element array 11, formed by highly integrating a plurality of thermocouple elements 13, consisting of first electrical conductors 14 and second electrical conductors 15 each connected in a loop, and a current-extracting part 12 that has a first current-extracting bar 16 and a second current-extracting bar 17 that collect wires integrally of a first group 18 and a second group 19 of open ends obtained by opening a part of the thermocouple element array 11 and that are formed with a sufficiently large cross section, in comparison with the electrical conductor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電対発電装置に
関する。
[0001] The present invention relates to a thermocouple generator.

【0002】現在、発電装置のエネルギ源としては依然
として火力および原子力が主体である。しかしながら一
方、地球温暖化や環境汚染の問題の高まりから、次世代
を担うクリーンなエネルギ源の出現が世界規模で強く要
請されている。本発明はかかる要請に応え得る第3のエ
ネルギ源について述べるものである。
[0002] At present, thermal power and nuclear power are still the main sources of energy for power generators. However, on the other hand, with the increasing problems of global warming and environmental pollution, the emergence of clean energy sources for the next generation has been strongly demanded on a global scale. The present invention describes a third energy source that can meet such a requirement.

【0003】[0003]

【従来の技術】発電装置への上記第3のエネルギ源とし
て現在は光電現象を利用するものが主流になりつつあ
り、広く実用にも供されている。すなわち、太陽エネル
ギを太陽電池を介して電気エネルギに変換することによ
り、発電装置を構成し、エネルギ源とするものである。
2. Description of the Related Art As a third energy source for a power generator, a device utilizing a photoelectric phenomenon is becoming mainstream at present, and is widely used in practical use. That is, by converting solar energy into electric energy via a solar cell, a power generator is configured and used as an energy source.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の太陽電池を用い
た発電装置は近年特に開発が進み、最近は一般住宅の屋
根にいわゆるソーラーパネルとして広く普及するまでに
至っている。
The power generation device using the above-mentioned solar cell has been particularly developed in recent years, and has recently come into widespread use as a so-called solar panel on the roof of a general house.

【0005】しかしながら、太陽電池を用いた発電装置
にはいくつかの問題がある。
[0005] However, there are some problems in the power generation device using the solar cell.

【0006】第1の問題は、気象の変化による影響を直
接受けるため、発電効率が変動してしまうことである。
すなわち、太陽の直射を受けるときと受けないときと
で、発電電力が大幅に変動してしまう、ことである。
[0006] The first problem is that power generation efficiency fluctuates because it is directly affected by changes in weather.
In other words, the generated power greatly fluctuates between when the solar radiation is received and when it is not.

【0007】またかかる変動を回避するために、場合に
よっては、蓄電装置を併用しなければならないこともあ
る。
Further, in order to avoid such fluctuations, it may be necessary to use a power storage device together in some cases.

【0008】第2の問題は、当然のことながら、夜間の
運転はできないことである。したがって1日当りの運転
能率はいかなる場合にも最大50%を超えることができ
ない。
[0008] The second problem is, of course, that night driving is not possible. Therefore, the operating efficiency per day cannot in any case exceed 50% at the most.

【0009】第3の問題は、太陽光を受ける受光面は一
次元または二次元形状(平面)に止り、本質的に三次元
構造にはできないことである。したがって空間利用効率
は低くならざるを得ない。
A third problem is that the light receiving surface for receiving sunlight is limited to a one-dimensional or two-dimensional shape (plane), and cannot be essentially formed into a three-dimensional structure. Therefore, the space utilization efficiency must be low.

【0010】第4の問題は、将来の量産効果を見込んだ
としても、かなりコスト高になってしまうことである。
The fourth problem is that even if the effect of mass production is expected in the future, the cost will be considerably high.

【0011】したがって本発明は、上記諸問題点に鑑
み、(i)発電効率を一定に保つことが容易であり、
(ii)1日当りの運転能率をほぼ100%にすることが
可能であり、(iii)三次元構造でコンパクトにまとめ空
間利用効率を大幅に向上させることができ、さらに、
(iv)量産効果を最大限に活かすことによってきわめて
低コストで実現可能な発電装置を提供することを目的と
するものである。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and (i) it is easy to keep the power generation efficiency constant.
(Ii) The operating efficiency per day can be made almost 100%. (Iii) The space utilization efficiency can be greatly improved by compactly integrating the three-dimensional structure.
(Iv) It is an object of the present invention to provide a power generation device that can be realized at extremely low cost by maximizing the effect of mass production.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述したように現在一般
的な発電装置は「光電現象」に基づくものである。これ
に対し本発明の発電装置は、上記目的を達成するため
に、公知の「熱電現象」を応用したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, a power generator generally used at present is based on the "photoelectric phenomenon". On the other hand, the power generation device of the present invention uses a known “thermoelectric phenomenon” to achieve the above object.

【0013】この熱電現象を示すものとして、具体的に
はゼーベック効果を呈する熱電対が知られており、本発
明はこの周知の熱電対を主構成要素とする熱電対発電装
置を提供する。
As a thermocouple phenomenon, a thermocouple exhibiting the Seebeck effect is specifically known, and the present invention provides a thermocouple power generator including the thermocouple as a main component.

【0014】熱電対はわずかな電流発生能力とわずかな
電圧発生能力とを備える電気素子として認識されてきて
おり、したがって、熱電対を利用して発電する、という
発想それ自体はこれまでにも存在しているものと思われ
る。
A thermocouple has been recognized as an electric element having a small current generating capability and a small voltage generating capability. Therefore, the idea of generating power using a thermocouple itself has not existed before. It seems that you are doing.

【0015】しかし現実には十分実用レベルにまで到達
した発電装置はないものと思われる。そこで本願発明者
は熱電対の電気特性をさらに解析し、その理論に基づい
て熱電対発電装置を完成させたものである。
However, in reality, it is considered that no power generator has reached a practical level. Therefore, the inventor of the present application has further analyzed the electrical characteristics of the thermocouple and completed the thermocouple power generation device based on the theory.

【0016】図1は本発明に係る発電装置の電流発生エ
レメントを示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a current generating element of a power generator according to the present invention.

【0017】本図において、熱電対発電装置1をなす電
流発生エレメント10は、熱電対素子アレー11と、電
流取出し部12とを含んでなる。該発電装置1は、この
ような電流発生エレメント10を基本単位としてこれを
少なくとも1つ含む構成を有する。
In FIG. 1, a current generating element 10 constituting a thermocouple generator 1 includes a thermocouple element array 11 and a current extracting section 12. The power generator 1 has a configuration including at least one such current generating element 10 as a basic unit.

【0018】熱電対素子アレー11は、ループ状に接続
される第1電気伝導体(A)14および第2電気伝導体
(B)15からなる熱電対素子13を複数、相互に密接
して並列的に配列し高集積化したものである。
The thermocouple element array 11 includes a plurality of thermocouple elements 13 each composed of a first electric conductor (A) 14 and a second electric conductor (B) 15 connected in a loop, and is closely parallel to each other. They are arranged in a highly integrated manner.

【0019】また電流取出し部12は、熱電対素子アレ
ー11をなす一方の電気伝導体(14または15、本図
では15)の各々の中間部分を開放してその両端に得ら
れる第1開放端の群18および第2開放端の群19をそ
れぞれ一体に集線し、かつ、当該電気伝導体(15)に
比して十分大きい断面積をもって形成される第1電流取
出し体16および第2電流取出し体17を具備するもの
である。
The current extracting portion 12 opens a middle portion of one of the electric conductors (14 or 15, which is 15 in this figure) constituting the thermocouple element array 11 and a first open end obtained at both ends thereof. Current extraction body 16 and second current extraction body formed by integrally concentrating the group 18 and the group 19 of the second open ends and having a sufficiently large cross-sectional area as compared with the electric conductor (15). A body 17 is provided.

【0020】なお図1における上方に示す黒丸の群は熱
接点列を示し、その下方に示す白丸の群は冷接点列を示
す。したがって、図中の16は熱接点側電流取出し体と
なり、17は冷接点側電流取出し体となる。
In FIG. 1, the group of black circles shown at the top indicates a hot junction row, and the group of white circles at the bottom indicates a cold junction row. Therefore, 16 in the figure is a hot junction side current extracting body, and 17 is a cold junction side current extracting body.

【0021】本発明をなす基本的な理論ならびにそれに
基づく実用的な構成あるいは構造については、以下の欄
において詳述する。
The basic theory forming the present invention and the practical configuration or structure based thereon will be described in detail in the following sections.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図2は本発明の動作を解析するた
めに単体の熱電対素子を示す図であり、図3は本発明の
動作を解析するため図1の構成の一部をモデル化して示
す図であり、図4は本発明の動作を解析するために用い
る特性分布図である。なお、図4は、図2の冷接点22
で切り開いて左右に展開して示す(後述の図6および図
7についても同様)。
FIG. 2 is a diagram showing a single thermocouple element for analyzing the operation of the present invention, and FIG. 3 is a model of a part of the configuration of FIG. 1 for analyzing the operation of the present invention. FIG. 4 is a characteristic distribution diagram used to analyze the operation of the present invention. FIG. 4 shows the cold junction 22 of FIG.
To open and expand left and right (the same applies to FIGS. 6 and 7 described later).

【0023】図2〜図4を参照しながら以下に詳述す
る。まず熱電対素子単体の発生電流について考察する。
The details will be described below with reference to FIGS. First, the current generated by the thermocouple element alone will be considered.

【0024】周知の通り、熱電対素子13(図2)は回
路に発生する電圧の測定によって熱接点21(図2)の
温度を測定する目的のために通常は使用されている。こ
の温度測定においては熱電対素子13の回路は開いた状
態、したがって電流0の状態にある。しかしその回路を
閉じると電流が発生する。この単体の熱電対素子13に
発生する電流は非常に小さいものの、熱電対素子13を
高度に集積化することにより(図1)、総合的には大き
い電流を発生させることが可能になるのではないかとの
着想を得た。
As is well known, thermocouple element 13 (FIG. 2) is commonly used for the purpose of measuring the temperature of hot junction 21 (FIG. 2) by measuring the voltage generated in the circuit. In this temperature measurement, the circuit of the thermocouple element 13 is in an open state, that is, in a state of zero current. However, when the circuit is closed, current is generated. Although the current generated in the single thermocouple element 13 is very small, it may be possible to generate a large current comprehensively by highly integrating the thermocouple element 13 (FIG. 1). I got the idea of whether or not.

【0025】そこで、まず最初に単体の熱電対素子13
の発生電流を求めてみることにする。
Therefore, first, the single thermocouple element 13
Let us find out the generated current.

【0026】熱と電気の連成するこの問題の解析に必要
な輸送方程式は下記式(1)である。
The transport equation required for analyzing this problem of coupled heat and electricity is given by the following equation (1).

【0027】[0027]

【数1】 (Equation 1)

【0028】図2を参照すると、2つの異なる第1およ
び第2電気伝導体(金属、半導体または超伝導体等から
なる)14(A)および15(B)の各素子線が熱電対
回路を構成している。ここで電気伝導体14(A)およ
び15(B)の、各絶対ゼーベック係数をΩA ,ΩB
(図4参照)、各電気伝導度をσA ,σB 、各素子線の
長さをLA ,LB とし、熱接点21および冷接点22の
各温度をTH ,TC として、図2の熱電対素子13の一
次元回路解析のために、上記式(1)を書き変えると下
記式(2)が得られる。
Referring to FIG. 2, each of the element lines of two different first and second electric conductors (made of metal, semiconductor or superconductor or the like) 14 (A) and 15 (B) forms a thermocouple circuit. Make up. Here, the absolute Seebeck coefficients of the electric conductors 14 (A) and 15 (B) are Ω A , Ω B
(See FIG. 4), each electric conductivity sigma A, sigma B, the length of each element line and L A, L B, each temperature of the hot junction 21 and cold junction 22 T H, as T C, FIG. By rewriting the above equation (1) for one-dimensional circuit analysis of the two thermocouple elements 13, the following equation (2) is obtained.

【0029】[0029]

【数2】 (Equation 2)

【0030】[0030]

【数3】 (Equation 3)

【0031】熱電対素子13内に発生する電流は下記式
(4)のように求めることができる。
The current generated in the thermocouple element 13 can be obtained by the following equation (4).

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【0033】ここで、温度分布、電位分布および電流分
布の各特性分布図を表す図4において、このときの温度
分布は本図に示すように、直線的な変化を仮定する。ま
た、物性値としては ΩA :ΩB =−2:1、σA :σB =1:1 を仮定する。
Here, in FIG. 4 showing characteristic distribution diagrams of the temperature distribution, the potential distribution and the current distribution, the temperature distribution at this time is assumed to change linearly as shown in FIG. Further, it is assumed that Ω A : Ω B = −2: 1 and σ A : σ B = 1: 1 as physical property values.

【0034】ここで誘起電圧Pは、 P=Φ+ΩT である。Here, the induced voltage P is P = Φ + ΩT.

【0035】上記の熱電対回路にこのような電流が流れ
ると、ペルチエ効果によって回路内において熱の発生お
よび吸収が起こり、熱接点21および冷接点22の温度
が変動させられる可能性があるが、ここでは熱接点21
および冷接点22における熱の供給および冷却が十分に
行われていて、上記式(4)に示す熱接点21および冷
接点22の各温度TH およびTC は変動しないものと仮
定する。
When such a current flows through the above-mentioned thermocouple circuit, heat is generated and absorbed in the circuit by the Peltier effect, and the temperatures of the hot junction 21 and the cold junction 22 may fluctuate. Here, the hot junction 21
And the supply of heat and cooling in the cold junction 22 is not sufficiently performed, the temperature T H and T C of the hot junction 21 and cold junction 22 shown in the equation (4) is assumed not to change.

【0036】ここで発電装置を形成すべく、図2の熱電
対回路の一部、例えば電気伝導体15(B)の一部を開
放し、まず該熱電対回路の外部に電流を取り出すことを
試みる。この場合、電気伝導体15(B)である素子線
を、その電流の取出しのために当然長くしなければなら
ない。
Here, in order to form a power generator, a part of the thermocouple circuit shown in FIG. 2, for example, a part of the electric conductor 15 (B) is opened, and first, a current is taken out of the thermocouple circuit. Try. In this case, the element line, which is the electric conductor 15 (B), must of course be lengthened for extracting the current.

【0037】ところが該素子線を長くすると、上記LB
が大になることから上記式(4)からわかるように、電
流密度Jが小さくなってしまう。このことは、熱電対素
子13の発生電流を発電に利用する際にきわめて大きな
難点になる。
However, when the element line is lengthened, the above L B
Becomes larger, the current density J becomes smaller as can be seen from the above equation (4). This is an extremely difficult point when utilizing the current generated by the thermocouple element 13 for power generation.

【0038】そこでこの難点を解消するために導入され
たのが、図3に示す電流取出し部12である。そしてこ
の電流取出し部12の一部を、電流取出しのために分離
した結果として形成されるのが、図1に示す第1および
第2電流取出し体16および17である。
Therefore, the current extracting section 12 shown in FIG. 3 has been introduced to solve this difficulty. The first and second current extracting members 16 and 17 shown in FIG. 1 are formed as a result of separating a part of the current extracting portion 12 for extracting the current.

【0039】また図1に示すように、大きな電流を発生
させるべく、多数の素子線を相互に密接して並列的に配
列することから、製造上、これら多数の素子線(15)
と各電流取出し体(16,17)との接合に困難が伴う
ものと予想される。
As shown in FIG. 1, a large number of element lines are closely arranged in parallel in order to generate a large current.
It is expected that there will be difficulties in joining the current extractors (16, 17) with the current extractors (16, 17).

【0040】ところが、各電流取出し体は、上記の考察
より、これら内部の電流密度を小さくするために、十分
大きな断面積を有するものとなっている。したがって、
各電流取出し体と多数の素子線との間の接合時における
上記困難性を解消する上でも、各電流取出し体の断面積
を大きくすることは好都合である。
However, from the above consideration, each current extracting body has a sufficiently large cross-sectional area in order to reduce the current density therein. Therefore,
In order to solve the above-mentioned difficulties at the time of joining between each current extractor and a large number of element wires, it is advantageous to increase the cross-sectional area of each current extractor.

【0041】熱電対素子13の発生電流を発電に利用す
る際の難点を解消するために電流取出し部12(図3)
を設けることが重要であることについて述べたが、さら
に電力という観点からすると、上記熱電対回路における
発生電圧についても当然考慮しなければならない。
In order to eliminate the difficulty in using the current generated by the thermocouple element 13 for power generation, the current extracting section 12 (FIG. 3)
However, from the viewpoint of power, it is necessary to consider the voltage generated in the thermocouple circuit.

【0042】図5は熱電対回路からの電力取出しについ
て示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing power extraction from the thermocouple circuit.

【0043】本図において、25が負荷(26)変動時
の電力取出しの安定化のためのコンデンサである。コン
デンサ25に充電された電荷は、負荷26の変動時に放
電により負荷26に供給される。コンデンサ25はかか
る充放電を繰り返して、負荷26に定常な電力を供給す
る。
In this figure, reference numeral 25 denotes a capacitor for stabilizing power extraction when the load (26) fluctuates. The charge charged in the capacitor 25 is supplied to the load 26 by discharging when the load 26 fluctuates. The capacitor 25 repeats such charging and discharging, and supplies a steady power to the load 26.

【0044】さらに図6および図7も参照しながら本発
明の解析を続ける。
The analysis of the present invention will be continued with reference to FIGS. 6 and 7.

【0045】図6は図4を電流取出し部12に着目して
考察した特性分布図であり、図7は図4をコンデンサ2
5に着目して考察した特性分布図である。
FIG. 6 is a characteristic distribution diagram in which FIG. 4 is considered by focusing on the current extraction unit 12, and FIG.
FIG. 6 is a characteristic distribution diagram that is considered by focusing on FIG.

【0046】上述した説明において、〈1〉図3のよう
に電流取出し部12の断面積を十分に大きくして、該電
流取出し部内における電流密度を小さくすること、およ
び〈2〉図5のように熱電対回路にコンデンサ25を設
けることについて述べた。
In the above description, <1> as shown in FIG. 3, the cross-sectional area of the current extracting portion 12 is made sufficiently large to reduce the current density in the current extracting portion, and <2> as shown in FIG. Has described that the capacitor 25 is provided in the thermocouple circuit.

【0047】上記〈1〉のように電流取出し部12の断
面積を大きくすれば、この部分において二次元流れある
いは三次元流れが可能になり、電流密度が小さくなる。
すなわち、電流取出し部12の長手方向の温度こう配は
ないものとすると、この部分のΦおよびPは、図6に表
すようにほぼ一定になり、電流密度Jは非常に小さくな
る。
If the cross-sectional area of the current extracting portion 12 is increased as in <1>, a two-dimensional flow or a three-dimensional flow is possible in this portion, and the current density is reduced.
That is, assuming that there is no temperature gradient in the longitudinal direction of the current extracting portion 12, Φ and P in this portion become almost constant as shown in FIG. 6, and the current density J becomes very small.

【0048】この結果は、電流取出し部12を長手方向
に必要なだけ十分長くすることができることを意味して
いる。なお電流取出し部12以外の部分の温度分布、電
位分布および電流密度分布等は、図4のそれと同一にな
る。
This result means that the current extracting portion 12 can be made sufficiently long in the longitudinal direction as necessary. The temperature distribution, potential distribution, current density distribution, and the like of portions other than the current extraction section 12 are the same as those in FIG.

【0049】次に、上記〈2〉のように、熱電対回路内
にコンデンサ25を設けると、コンデンサ25に電流が
流入する。これにより電荷が蓄積するに従って、Φおよ
びPは、図7のような分布になり、コンデンサ25の両
端において段差が生じ、その段差の大きさは時間ととも
に徐々に大きくなる。一方、熱電対回路に流れる電流の
大きさは逆に徐々に小さくなり、コンデンサ25の両端
の電位差の最大値Vma x は下記式(5)で表され、
Next, when the capacitor 25 is provided in the thermocouple circuit as described in <2> above, a current flows into the capacitor 25. As a result, as charge is accumulated, Φ and P have a distribution as shown in FIG. 7, and a step occurs at both ends of the capacitor 25, and the size of the step gradually increases with time. On the other hand, the magnitude of the current flowing through the thermocouple circuit gradually decreases to the contrary, the maximum value V ma x potential difference across the capacitor 25 is represented by the following formula (5),

【0050】[0050]

【数5】 (Equation 5)

【0051】このVmax に達すると上記電流は0にな
る。負荷26が変動するときにコンデンサ25の放電が
開始し、負荷に電流が供給され、コンデンサ25の充電
と放電が繰り返されることになる。
[0051] The current is 0 reaches this V max. When the load 26 fluctuates, discharging of the capacitor 25 starts, current is supplied to the load, and charging and discharging of the capacitor 25 are repeated.

【0052】図8は本発明に係る発電装置の電圧/電流
発生モジュールを示す断面図である。なお、本図は図1
の左端の矢視Xによる電流取出し部12をさらに多段に
従属接続(12−1,12−2…12−n)したもので
ある。
FIG. 8 is a sectional view showing a voltage / current generating module of the power generating apparatus according to the present invention. This figure is shown in FIG.
The current take-out unit 12 viewed in the direction of the arrow X at the left end of FIG. 3 is further cascaded (12-1, 12-2... 12-n).

【0053】本発明の発電装置1は、図8に示す電圧/
電流発生モジュール30を1単位とし、これを少なくと
も1つ含む構成となっている。そしてこの1つのモジュ
ール30は次のような構成すなわち、電流発生エレメン
ト10(図1)を複数、相互に並列的に配列し、かつ、
1つの電流発生エレメント10における第1電流取出し
体16および第2電流取出し体17の一方(16)と、
この1つの電流発生エレメント10に隣接する他の電流
発生エレメント10′における第1電流取出し体16お
よび第2電流取出し体17の他方(17)とを直列に接
続することにより、複数の該電流発生エレメント全体を
直列に接続した構成、を有する。なおさらに具体的には
後述の図9を参照して説明する。
The power generator 1 of the present invention has a voltage /
The current generation module 30 is one unit, and includes at least one unit. This one module 30 has the following configuration, that is, a plurality of current generating elements 10 (FIG. 1) are arranged in parallel with each other, and
One (16) of the first current extracting body 16 and the second current extracting body 17 in one current generating element 10;
By connecting in series the other one (17) of the first current extracting body 16 and the second current extracting body 17 in another current generating element 10 'adjacent to this one current generating element 10, a plurality of the current generating elements are connected. A configuration in which the entire element is connected in series. Still more specifically, a description will be given with reference to FIG.

【0054】好ましくは電圧/電流発生モジュール30
からの発生電圧によって充電されるコンデンサ25を備
えるようにする。
Preferably, the voltage / current generation module 30
Is provided with a capacitor 25 that is charged by the voltage generated from.

【0055】上記の式(5)において表した最大電位差
max は非常に小さい。また単体の熱電対素子13毎に
コンデンサ25を設けるのも大変である。
The maximum potential difference V max expressed in the above equation (5) is very small. It is also difficult to provide a capacitor 25 for each single thermocouple element 13.

【0056】そこで実際の発電装置1としては、図1の
ように熱電対素子13を高度に並列に集積化して回路に
発生する電流値を十分に大きくした電流発生エレメント
10を、さらに図8のごとく、従属して直列に接続し、
集積化することによって最大電圧を十分に大きくするよ
うにする。
Therefore, as an actual power generating device 1, a current generating element 10 in which thermocouple elements 13 are highly integrated in parallel as shown in FIG. 1 and a current value generated in a circuit is sufficiently large, as shown in FIG. Like, dependently connected in series,
The maximum voltage is made sufficiently large by integration.

【0057】集積化した電流発生エレメント10の発生
電流および発生電力を求めるために、一例として、直径
0.3mmで長さ10mmの電気伝導体14(A),15
(B)の各素子線が熱電対回路を形成しているものとす
る。
In order to determine the generated current and generated power of the integrated current generating element 10, as an example, electric conductors 14 (A), 15 having a diameter of 0.3 mm and a length of 10 mm are used.
It is assumed that each element line in (B) forms a thermocouple circuit.

【0058】熱接点21と冷接点22の温度差が50de
gKの場合を想定し、電気伝導体14(A)と15(B)
の組み合せとして、両者の絶対ゼーベック係数の差が比
較的大きい、〔1〕ニッケルと鉄、〔2〕ニッケルと
銅、〔3〕コンスタンタン(銅55%、ニッケル45
%)と鉄、および〔4〕コンスタンタンと銅、の4種類
の組み合せを考える。
The temperature difference between the hot junction 21 and the cold junction 22 is 50 de.
Assuming gK, electric conductors 14 (A) and 15 (B)
[1] nickel and iron, [2] nickel and copper, [3] constantan (55% copper, nickel 45
%) And iron, and [4] constantan and copper.

【0059】最初に、上記〔1〕の組み合せについて、
物性値として ΩA =−22μV/degK、ΩB =10μV/degK σA =16(μΩm)-1、σB =12(μΩm)-1 を選択し、これらの数値を上記式(4)に代入すると、
発生電流は J=77mA/素子 となる。「素子」とは、1つの熱電対素子13のことで
ある(以下同じ)。
First, regarding the combination of the above [1],
Ω A = −22 μV / degK, Ω B = 10 μV / deg K σ A = 16 (μΩm) −1 and σ B = 12 (μΩm) −1 are selected as the physical property values, and these numerical values are expressed in the above equation (4). Substitution gives
The generated current is J = 77 mA / element. “Element” refers to one thermocouple element 13 (the same applies hereinafter).

【0060】この結果、図1のように高集積化した熱電
対素子アレー11の発生電流は、集積度が1万素子では
770A、10万素子では7.7kAにもなる。今、温度
差が50degKと想定しているので、1素子当りの最大発
生電圧は1.6mVであり、最大発生電力は、0.31W
(1万素子)および3.1W(10万素子)になる。次
に、上記〔2〕の組み合せについて、物性値として ΩA =−22μV/degK、ΩB =1μV/degK σA =16(μΩm)-1、σB =65(μΩm)-1 を選択し、これらの数値を上記式(4)に代入すると、
発生電流は J=104mA/素子 となる。
As a result, the current generated by the highly integrated thermocouple element array 11 as shown in FIG. 1 is 770 A for 10,000 elements and 7.7 kA for 100,000 elements. Now, assuming that the temperature difference is 50 degK, the maximum generated voltage per element is 1.6 mV and the maximum generated power is 0.31 W
(10,000 elements) and 3.1W (100,000 elements). Next, for the combination of the above [2], Ω A = −22 μV / degK, Ω B = 1 μV / deg K σ A = 16 (μΩm) −1 and σ B = 65 (μΩm) −1 are selected as physical property values. , By substituting these values into the above equation (4),
The generated current is J = 104 mA / element.

【0061】この結果、高集積化した熱電対素子アレー
11の発生電流は、集積度が1万素子では1040A、
10万素子では10.4kAにもなる。今、温度差が50
degKと想定しているので、1素子当りの最大発生電圧は
1.15mVであり、最大発生電力は、それぞれ0.30
Wおよび3.0Wになる。
As a result, the current generated by the highly integrated thermocouple element array 11 is 1040 A when the integration degree is 10,000 elements.
With 100,000 elements, it becomes 10.4 kA. Now the temperature difference is 50
degK, the maximum generated voltage per element is 1.15 mV, and the maximum generated power is 0.30 mV each.
W and 3.0 W.

【0062】さらに、上記〔3〕の組み合せについて、
物性値として ΩA =−42μV/degK、ΩB =10μV/degK σA =2(μΩm)-1、σB =12(μΩm)-1 を選択し、これらの数値を上記式(4)に代入すると、
発生電流は J=31mA/素子 となる。
Further, regarding the combination of the above [3],
Ω A = −42 μV / degK, Ω B = 10 μV / deg K σ A = 2 (μΩm) −1 and σ B = 12 (μΩm) −1 are selected as the physical property values, and these numerical values are expressed in the above equation (4). Substitution gives
The generated current is J = 31 mA / element.

【0063】この結果、高集積化した熱電対素子アレー
11の発生電流は、集積度が1万素子では310A、1
0万素子では3.1kAにもなる。今、温度差が50degK
と想定しているので、1素子当りの最大発生電圧は2.
6mVであり、最大発生電力は、それぞれ0.20Wおよ
び2.0Wになる。
As a result, the current generated by the highly integrated thermocouple element array 11 is 310 A, 1 A for the 10,000 elements.
In the case of 100,000 elements, it becomes 3.1 kA. Now, the temperature difference is 50degK
Therefore, the maximum generated voltage per element is 2.
6 mV, and the maximum generated power is 0.20 W and 2.0 W, respectively.

【0064】最後に、上記〔4〕の組み合せについて、
物性値として ΩA =−42μV/degK、ΩB =1μV/degK σA =2(μΩm)-1、σB =65(μΩm)-1 を選択し、これらの数値を上記式(4)に代入すると、
発生電流は J=30mA/素子 となる。
Finally, regarding the combination of the above [4],
Ω A = −42 μV / degK, Ω B = 1 μV / deg K σ A = 2 (μΩm) −1 and σ B = 65 (μΩm) −1 are selected as the physical property values, and these values are expressed in the above equation (4). Substitution gives
The generated current is J = 30 mA / element.

【0065】この結果、高集積化した熱電対素子アレー
11の発生電流は、集積度が1万素子では300A、1
0万素子では3.0kAにもなる。今、温度差が50degK
と想定しているので、1素子当りの最大発生電圧は2.
15mVであり、最大発生電力は、それぞれ0.16Wお
よび1.6Wになる。
As a result, the current generated by the highly integrated thermocouple element array 11 is 300 A, 1
In the case of 100,000 elements, it becomes 3.0 kA. Now, the temperature difference is 50degK
Therefore, the maximum generated voltage per element is 2.
15 mV, and the maximum generated power is 0.16 W and 1.6 W, respectively.

【0066】これらの結果を検討するに、コンスタンタ
ンの場合は、絶対ゼーベック係数が大きいにもかかわら
ず、その電気伝導度が小さいために、コンスタンタンを
熱電対の素子線として使用すると、その熱電対回路に大
きい電流は発生せず、したがって最大発生電力も大きく
はならない。
Considering these results, in the case of constantan, even though the absolute Seebeck coefficient is large, its electric conductivity is small. No large current is generated, and therefore the maximum generated power does not increase.

【0067】このことは半導体についてもあてはまる。
すなわち、熱電材料の組み合せとして絶対ゼーベック係
数の大きい半導体同士の組み合せも考えられるが、一般
に半導体の電気伝導度は非常に小さく、そのために大き
い電流ならびに電力の発生という観点からすると、絶対
ゼーベック係数が大きいという長所が相殺されてしま
う。
This is also true for semiconductors.
That is, although a combination of semiconductors having a large absolute Seebeck coefficient is also conceivable as a combination of thermoelectric materials, in general, the electrical conductivity of a semiconductor is very small, and from the viewpoint of generating a large current and power, the absolute Seebeck coefficient is large. The advantage of that is offset.

【0068】図9は本発明に係る発電装置の電圧/電流
発生モジュールを示す断面斜視図である。
FIG. 9 is a sectional perspective view showing a voltage / current generating module of the power generating apparatus according to the present invention.

【0069】本図の発電装置1は、図1に示す電流発生
エレメント10(10′)を複数含む構成となってい
る。すなわち本発明の発電装置1を構成する最も基本的
な一単位は、図1に示す電流発生エレメント10であ
る。実用的には、この電流発生エレメント10を複数集
積した図9に示す電圧/電流発生モジュール30をもっ
て同装置1を構成する。
The power generator 1 of the present figure has a configuration including a plurality of current generating elements 10 (10 ') shown in FIG. That is, one of the most basic units constituting the power generator 1 of the present invention is the current generating element 10 shown in FIG. Practically, the device 1 is constituted by a voltage / current generating module 30 shown in FIG. 9 in which a plurality of the current generating elements 10 are integrated.

【0070】そしてさらに大型化するならば、図9に示
す電圧/電流発生モジュール30を、さらに多数集積し
て(図示せず)、発電装置1を構成する(例えば後述の
ように4020個のモジュール30を用いる)。
If the size is to be further increased, the voltage / current generating modules 30 shown in FIG. 9 are further integrated (not shown) to constitute the power generator 1 (for example, 4020 modules as described later). 30).

【0071】この図9の電圧/電流発生モジュール30
は、図8を参照して既に説明したように、電流発生エレ
メント10を複数、相互に並列的に配列し、かつ、1つ
の電流発生エレメント10における第1出力端31およ
び第2出力端32の一方(31)と、この1つの電流発
生エレメント10に隣接する他の電流発生エレメント1
0′における第1出力端31および第2出力端32の他
方(32)とを直列に接続して構成される。
The voltage / current generation module 30 shown in FIG.
As described above with reference to FIG. 8, a plurality of current generating elements 10 are arranged in parallel with each other, and the first output terminal 31 and the second output terminal 32 of one current generating element 10 One (31) and another current generating element 1 adjacent to this one current generating element 10
The first output terminal 31 and the other (32) of the second output terminal 32 at 0 'are connected in series.

【0072】なお本図において、21は既述した熱接点
であり、22は既述した冷接点である。これらは、第1
電気伝導体14(A)と第2電気伝導体15(B)のそ
れぞれの両端における接合点である。
In this drawing, reference numeral 21 denotes the above-mentioned hot junction, and reference numeral 22 denotes the above-mentioned cold junction. These are the first
This is a joining point at both ends of the electric conductor 14 (A) and the second electric conductor 15 (B).

【0073】以下にさらに詳しく説明する。The details will be described below.

【0074】熱電対素子を集積化した電圧/電流発生モ
ジュール30の断面斜視構造の例は、上記図9のとおり
である。電気伝導体14(A)と15(B)の各素子線
が熱電対回路を構成している。また、図示のように、厚
くて幅広の電流取出し部16および17が設けられてい
る。
FIG. 9 shows an example of a sectional perspective structure of the voltage / current generating module 30 in which thermocouple elements are integrated. Each element line of the electric conductors 14 (A) and 15 (B) forms a thermocouple circuit. As shown, thick and wide current extracting portions 16 and 17 are provided.

【0075】素子線を直径0.3mm、隣接素子線間のす
き間を0.05mmとすると、熱電対素子のユニット30
を1mmピッチで配置するためには、電流取出し部16お
よび17のそれぞれの厚さは0.3mmになる。また、熱
電対素子のアレー11を0.5mmピッチで配置する。そ
うすると、100mm×100mm×10mmのモジュール3
0 1つに2万素子を収納できる。
Assuming that the element wire has a diameter of 0.3 mm and the gap between adjacent element wires is 0.05 mm, the thermocouple element unit 30
Are arranged at a pitch of 1 mm, the thickness of each of the current extraction portions 16 and 17 is 0.3 mm. The array 11 of thermocouple elements is arranged at a pitch of 0.5 mm. Then, module 3 of 100mm × 100mm × 10mm
0 One can store 20,000 elements.

【0076】半導体製造技術を用いて薄くて細い素子線
(14,15)を作成する場合には、厚い電流取出し部
(16,17)は、図9のように電流発生エレメント1
0の内側ではなく、その外側に取り付ける方が好都合で
ある。
When thin and thin element lines (14, 15) are formed by using the semiconductor manufacturing technology, the thick current extracting portions (16, 17) are connected to the current generating element 1 as shown in FIG.
It is more convenient to mount it outside the 0, rather than inside it.

【0077】なお、素子線と電流取出し部の接合プロセ
スを省略するために、素子線15(B)と電流取出し部
を一枚の金属薄板によって一体に形成してもよい。
In order to omit the joining process between the element line and the current extracting portion, the element line 15 (B) and the current extracting portion may be integrally formed by a single thin metal plate.

【0078】既述した、熱電対素子列の発生電流と発生
電力の大きさに関する検討結果から、前述した〔1〕の
ニッケルと鉄の組み合せと、〔2〕のニッケルと銅の組
み合せが好適である。〔1〕の組み合せの場合、この集
積化したモジュール30 1つの出力電力は0.62W
になる。この結果、2.5kWの電力を消費する場合には
4020個のモジュール30が必要であり、その配置に
必要な面積は41m2になる。
From the results of the study on the magnitude of the generated current and generated power of the thermocouple element row, the combination of nickel and iron of [1] and the combination of nickel and copper of [2] are preferable. is there. In the case of the combination [1], the output power of one of the integrated modules 30 is 0.62 W
become. As a result, when consuming 2.5 kW of power, 4020 modules 30 are required, and the area required for the arrangement is 41 m 2 .

【0079】〔2〕の組み合せの場合は、この集積化し
たモジュール30からの出力電力は0.60Wになる。
この結果、2.5kWの電力を供給する場合には、418
5個のモジュール30が必要であり、その配置のために
必要な面積は42m2 になる。
In the case of the combination [2], the output power from the integrated module 30 is 0.60 W.
As a result, when supplying 2.5 kW of power, 418
Five modules 30 are required, and the area required for the arrangement is 42 m 2 .

【0080】図10は本発明に係る発電装置の電圧/電
流発生モジュールの他の一例を示す断面正面図である。
FIG. 10 is a sectional front view showing another example of the voltage / current generating module of the power generator according to the present invention.

【0081】素子線(13)と前述の電流取出し部1
6,17の接合プロセスを省略するためには、該素子線
と電流取出し部は一枚の金属薄板から打抜き、あるいは
ワイヤーカット加工により、本図10のように一体で作
成することが必要である。この場合、前述と同様に10
0mm×100mm×10mmのモジュール1枚に2万素子収
納するとしても、素子線14,15′は太くすることが
可能になり、1辺0.4mmの正方形断面にすることがで
きる。この場合、素子線間のすき間は0.1mmになる。
The element line (13) and the above-described current extracting section 1
In order to omit the joining processes 6 and 17, it is necessary to integrally form the element wire and the current extracting portion by punching or wire cutting from a single sheet of metal as shown in FIG. . In this case, 10
Even if 20,000 elements are stored in one module of 0 mm × 100 mm × 10 mm, the element wires 14 and 15 ′ can be made thicker, and a square cross section of 0.4 mm on each side can be obtained. In this case, the gap between the element lines is 0.1 mm.

【0082】この正方形断面素子線の場合、〔1〕のニ
ッケルと鉄の組み合せと〔2〕のニッケルと銅の組み合
せについて、熱電対アレーの発生電流と発生電力の大き
さに関する検討を行うと以下のようになる。〔1〕の組
み合せの場合、このモジュール1個の出力電力は1.4
0Wになる。この結果、2.5kWの電力を消費する場合
には1786個のモジュールが必要であり、その配置の
ために18m2 の面積が必要になる。〔2〕の組み合せ
の場合、このモジュール1個の出力電力は1.36Wに
なる。この結果、2.5kWの電力を消費する場合には1
838個のモジュールが必要であり、その配置のために
19m2 の面積が必要になる。
In the case of this square element wire, the combination of nickel and iron in [1] and the combination of nickel and copper in [2] are examined as to the current generated by the thermocouple array and the magnitude of the generated power. become that way. In the case of the combination [1], the output power of one module is 1.4.
0W. As a result, when consuming 2.5 kW of power, 1786 modules are required, and an area of 18 m 2 is required for the arrangement. In the case of the combination [2], the output power of one module is 1.36W. As a result, when consuming 2.5 kW of power, 1
838 modules are required, and an area of 19 m 2 is required for the arrangement.

【0083】以上本発明に係る熱電対発電装置1の基本
的な部分(本体部分)について詳しく説明したので、次
にその付属部分について説明しておく。
The basic part (main body part) of the thermocouple power generation device 1 according to the present invention has been described in detail, and the attached parts will be described next.

【0084】図11は付属部分も一体にした本発明に係
る熱電対発電装置を示す側面図である。
FIG. 11 is a side view showing a thermocouple power generation device according to the present invention in which accessory parts are also integrated.

【0085】この付属部分は、熱接点側熱源41および
冷接点側熱源42として図解的に示されている。これら
の熱源41および42は、複数の熱電対素子13の熱接
点21を集合してなる熱接点群およびこれら熱電対素子
13の冷接点22を集合してなる冷接点群にそれぞれ接
し、かつ、これら熱接点群および該冷接点群の間に温度
差を与えるための熱接点側熱源および冷接点側熱源であ
る。
The attached portions are schematically illustrated as a heat source 41 and a cold source 42. These heat sources 41 and 42 are in contact with a hot contact group formed by collecting the hot contacts 21 of the plurality of thermocouple elements 13 and a cold contact group formed by collecting the cold contacts 22 of the thermocouple elements 13, respectively, and A heat contact side heat source and a cold contact side heat source for providing a temperature difference between the hot junction group and the cold junction group.

【0086】付属部分としてはこの他、必要に応じて、
電流取出し部(16,17)の加熱あるいは温度上昇を
避けるためにその上側に断熱・遮光板を設ける(後
述)。
[0086] In addition to the above, if necessary,
In order to avoid heating or temperature rise of the current extracting portions (16, 17), a heat insulating / light shielding plate is provided on the upper side thereof (described later).

【0087】図11の熱接点(21)側熱源41として
は利用し得るものであればその種類は問わない。例えば
温泉水の熱を利用することができ、このときは熱接点側
熱源41は、高温の温泉水を注水口から取り込み放熱し
て排水するラジエータとすることができる。また地熱を
利用することもできるし、あるいは工場排熱や車輌のエ
ンジンからの排熱を有効利用してもよい。さらにまた太
陽光を集光して熱源としても構わない。
The heat contact (21) side heat source 41 shown in FIG. 11 is not limited as long as it can be used. For example, the heat of hot spring water can be used, and in this case, the heat contact side heat source 41 can be a radiator that takes in high-temperature hot spring water from a water inlet and radiates heat to drain the hot water. Further, geothermal energy may be used, or exhaust heat from a factory or exhaust from a vehicle engine may be effectively used. Furthermore, sunlight may be collected and used as a heat source.

【0088】一方冷接点(22)側熱源42として利用
し得るものであればその種類は問わない。例えば地下水
を注水口から取り込み冷却して排水するラジエータとす
ることができる。その他、河川の水、湖水あるいは海水
を冷却水として用いることもできる。
On the other hand, any type can be used as long as it can be used as the heat source 42 on the cold junction (22) side. For example, a radiator that takes in groundwater from an inlet and cools and drains the water can be used. In addition, river water, lake water or seawater can be used as cooling water.

【0089】ここでもう一度図9および図10を参照し
て、さらに改善を加えた最良の実施例について説明す
る。
Now, with reference to FIGS. 9 and 10 again, a description will be given of a best embodiment with further improvements.

【0090】既に段落〔0025〕,〔0027〕,
〔0028〕等において述べたとおり、電流取出し体1
6および17は、それぞれ内部の電流密度を小さくする
ために、十分大きな断面積を有することが望ましい。
The paragraphs [0025], [0027],
As described in [0028] and the like, the current extracting body 1
Each of 6 and 17 preferably has a sufficiently large cross-sectional area in order to reduce the current density inside.

【0091】ところが、図9および図10に示すよう
に、熱電対素子すなわち第1および第2電気伝導体(1
4,15)の各全長が実用上例えば約10mmまでと制限
されているような場合、これらに接合する第1電流取出
し体16および第2電流取出し体17のそれぞれの幅方
向の長さは高々5mm程度しかとれないことになる。した
がって上述の断面積すなわち電流通過体積をそれ以上に
大きくとることができない。この結果、有効電流値をよ
り一層大きくすることは困難となる。
However, as shown in FIGS. 9 and 10, thermocouple elements, that is, first and second electric conductors (1)
In the case where the total lengths of (4, 15) are practically limited to, for example, about 10 mm, the lengths in the width direction of the first current extracting body 16 and the second current extracting body 17 joined thereto are at most. Only about 5mm can be taken. Therefore, the above-mentioned cross-sectional area, that is, the current passing volume cannot be made larger. As a result, it becomes difficult to further increase the effective current value.

【0092】そこで、この問題を解決するために、図9
および図10に示す構造とはかなり異なる第2の構造を
有する電流発生エレメント10が必要となる。この第2
の構造について、以下図12〜図16を参照して説明す
る。
In order to solve this problem, FIG.
And a current generating element 10 having a second structure that is significantly different from the structure shown in FIG. This second
Will be described below with reference to FIGS.

【0093】まずその問題を解決するための基本的な発
想について説明する。
First, a basic idea for solving the problem will be described.

【0094】図12は本発明に基づく電流発生エレメン
トの第2の構造の基本構成を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing the basic structure of the second structure of the current generating element according to the present invention.

【0095】本図において、特徴的な構成要素は、前述
の第1電流取出し体16をなす第1電気伝導体平板66
(例えばCu板)および前述の第2電流取出し体17を
なす第2電気伝導体平板67(例えばCu板)である。
In this figure, a characteristic component is a first electric conductor flat plate 66 constituting the first current extracting body 16 described above.
(For example, a Cu plate) and a second electric conductor flat plate 67 (for example, a Cu plate) that constitutes the above-described second current extracting body 17.

【0096】また、前述の第1電気伝導体(A)14
(例えばNi)および第2電気伝導体(B)15(例え
ばCu)は、図示するように配列され、図示する部分
に、熱接点21の列と冷接点22の列が配設される。な
お、これらの熱接点21と冷接点22は、相互に入れ替
えてもよい(以下、同様)。どちら側を熱接点21に
し、どちら側を冷接点22にするかは、熱電対発電装置
1の発電環境に応じて適宜決めればよい。
Further, the first electric conductor (A) 14
(For example, Ni) and the second electric conductor (B) 15 (for example, Cu) are arranged as shown in the drawing, and a row of the hot contacts 21 and a row of the cold contacts 22 are arranged in the portion shown. Note that these hot junctions 21 and cold junctions 22 may be interchanged with each other (the same applies hereinafter). Which side is the hot junction 21 and which side is the cold junction 22 may be appropriately determined according to the power generation environment of the thermocouple power generator 1.

【0097】かくして、例えばCu板からなる大きな電
気伝導体平板(66,67)を用いて、その部分の電流
通過体積を一気に増大させることができこれにより、該
Cu板内における電流密度を大幅に減少させることが可
能となる。同時にその部分の熱流密度も大幅に減少させ
ることが可能となる。
Thus, by using the large electric conductor flat plates (66, 67) made of, for example, a Cu plate, the current passing volume at that portion can be increased at a stretch, thereby greatly increasing the current density in the Cu plate. It is possible to reduce it. At the same time, the heat flow density at that portion can be greatly reduced.

【0098】その結果として、ほぼ理論値どおりの大き
さの電流値を、図示の電流計Mにより観測することがで
きる。
As a result, a current value substantially as high as the theoretical value can be observed by the ammeter M shown in the figure.

【0099】そしてこの図12に示す電流発生エレメン
ト(10)の第2の構造によれば、第1電気伝導体平板
66および第2電気伝導体平板67の各下端部分(M
側)を制約なしに図中の下方へ拡張できるので(図中の
下方に)、電流通過体積をいくらでも拡大することが可
能となる。加えて、この第2の構造によればこれらの電
気伝導体平板66および67を放熱用のフィンとして、
または、冷却用のフィンとしても機能させることができ
る、という図11までに示した第1の構造では考えるこ
とのできない効果がもたらされる。つまり、電流密度の
減少と熱流密度の減少との双方について一挙両得という
ことになる。
According to the second structure of the current generating element (10) shown in FIG. 12, each lower end portion (M) of the first electric conductor plate 66 and the second electric conductor plate 67
Side) can be extended downward in the figure without restriction (downward in the figure), so that the current passing volume can be increased as much as possible. In addition, according to the second structure, these electric conductor plates 66 and 67 are used as heat dissipating fins.
Alternatively, the first structure shown in FIGS. 11A and 11B, which can also function as a cooling fin, is provided. That is, both the reduction of the current density and the reduction of the heat flow density can be obtained at once.

【0100】しかし一方、図12に示す第2の構造をい
かに量産容易に実現するか、という現実的な問題に直面
する。本出願人はこの問題についても解決したので以下
にその具体的な解決策を説明する。
On the other hand, however, there is a practical problem of how to easily realize the second structure shown in FIG. 12 in mass production. The applicant has solved this problem, and a specific solution will be described below.

【0101】図13は図12に示す第2の構造を実現す
る第1構成例の側面図(a)および正面図(b)であ
る。
FIG. 13 is a side view (a) and a front view (b) of a first configuration example for realizing the second structure shown in FIG.

【0102】この第1構成例の熱電対発電装置1は、
(i)第1電流取出し体16をなす第1電気伝導体平板
66と、(ii)第2電流取出し体17をなし、かつ、第
1電気伝導体平板66との間に所定の間隙Gを置いてこ
の第1電気伝導体平板66と対面するように配置される
第2電気伝導体平板67と、(iii)これら第1および第
2電気伝導体平板66,67の各端部間に接合され、こ
れら第1および第2電気伝導体平板と一体になって全体
として断面がコ字状の電流発生エレメント(10)を構
成する電気伝導体68と、を備える。そしてこの電気伝
導体68および上記の端部近傍の第1電気伝導体平板6
6をそれぞれ、既述の第1電気伝導体(A)14および
第2電気伝導体(B)15として構成するために、これ
ら第1および第2電気伝導体平板の長手方向に対して直
交する方向に、その電気伝導体68および端部近傍の第
1電気伝導体平板66に対して共通のスリット69を設
けるようにする。
The thermocouple generator 1 of the first configuration example is
A predetermined gap G is formed between (i) the first electric conductor plate 66 forming the first current extracting member 16 and (ii) forming the second current extracting member 17 and forming the first electric conductor plate 66. A second electric conductor flat plate 67 disposed so as to face the first electric conductor flat plate 66, and (iii) a joint between each end of the first and second electric conductor flat plates 66, 67. And an electric conductor 68 integrated with the first and second electric conductor plates to constitute a current generating element (10) having a U-shaped cross section as a whole. Then, the electric conductor 68 and the first electric conductor flat plate 6 near the above-mentioned end portion are formed.
In order to form the first and second electric conductors 6 as the first electric conductor (A) 14 and the second electric conductor (B) 15, respectively, the first and second electric conductors are orthogonal to the longitudinal direction of the first and second electric conductor plates. In the direction, a common slit 69 is provided for the electric conductor 68 and the first electric conductor plate 66 near the end.

【0103】図13においては、第1電気伝導体平板6
6の端部と電気伝導体68の一端との接合部(溶接部)
を熱接点21とし、電気伝導体68の他端と第2電気伝
導体平板67の端部との接合部(溶接部)を冷接点22
としているが、前述のとおり、この逆でもよい。
In FIG. 13, the first electric conductor flat plate 6
(Weld) between one end of the conductor 6 and one end of the electric conductor 68
Is the hot junction 21, and the junction (weld) between the other end of the electric conductor 68 and the end of the second electric conductor flat plate 67 is the cold junction 22.
However, as described above, the reverse may be performed.

【0104】本図に示すような第2の構造を採用する
と、装置(1)の量産がきわめて容易になる。
If the second structure as shown in this figure is adopted, mass production of the device (1) becomes extremely easy.

【0105】図14は図13に示す第2の構造体を製造
するための素材を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a material for manufacturing the second structure shown in FIG.

【0106】本図において、67′は第2電気伝導体平
板67の素材をなす電気伝導体板、例えばCu板であ
る。また68′は電気伝導体68の素材をなす電気伝導
体板例えばNi板である。なお図13の第1電気伝導体
平板66の素材をなす電気伝導体板については図示しな
いが、上記電気伝導体板67′と同様に例えばCu板で
ある。
In this figure, reference numeral 67 'denotes an electric conductor plate, for example, a Cu plate, which is a material of the second electric conductor flat plate 67. Reference numeral 68 'denotes an electric conductor plate, such as a Ni plate, which is a material of the electric conductor 68. Although the electric conductor plate forming the material of the first electric conductor flat plate 66 in FIG. 13 is not shown, it is, for example, a Cu plate like the electric conductor plate 67 '.

【0107】約0.5mm厚の上記Cu板(67′)に、
同様の厚さの上記Ni板(68′)を溶接して溶接部7
1となし、これら2枚の板で1枚の電気伝導体板を作成
する。この溶接部71は後の説明において冷接点(2
2)となる(熱接点にしても構わない)。
On the above Cu plate (67 ') having a thickness of about 0.5 mm,
The Ni plate (68 ') having the same thickness is welded to form a weld 7
The two are used to form one electric conductor plate. This welded portion 71 will be referred to as a cold junction (2
2) (it may be a hot contact).

【0108】次に上記のNi板(68′)の中間部分に
おける長手方向を境にして、該Ni板(68′)をプレ
ス加工等により、断面がL字状になるように、折り曲
げ、図13の(a)に示すL字形の電気伝導体68の部
分を成形する。さらにこの電気伝導体68の開放側端面
を、図13の(a)に示す第1電気伝導体平板66(C
u板)の端部と溶接接合する。この溶接接合部は後に図
13の熱接点21となる。かくして全体としてコ字状構
造の電気伝導体板が完成する。
Next, the Ni plate (68 ') is bent by pressing or the like so as to have an L-shaped cross section with respect to the longitudinal direction of the intermediate portion of the Ni plate (68'). An L-shaped electric conductor 68 shown in FIG. 13A is formed. Further, the open end face of the electric conductor 68 is connected to a first electric conductor flat plate 66 (C) shown in FIG.
u plate) by welding. This welded joint will later become the hot junction 21 of FIG. Thus, an electric conductor plate having a U-shaped structure as a whole is completed.

【0109】そのコ字状構造の電気伝導体板に対し次に
図13に示すスリット69を形成して、1本1本の第1
電気伝導体14および第2電気伝導体15を作成する。
Next, a slit 69 shown in FIG. 13 is formed in the electric conductor plate having the U-shaped structure, and
The electric conductor 14 and the second electric conductor 15 are formed.

【0110】このスリット形成のために、電気伝導体6
8の全部と第1電気伝導体平板66の図中の上部に切削
加工あるいは放電加工(ワイヤカット)を施す。これに
より等間隔に並んだスリット群を形成することができ
る。なお、各スリット69の深さは、溶接部71(冷接
点22)をやや超える深さとするのが望ましい。
For forming this slit, the electric conductor 6
8 or the upper part of the first electric conductor flat plate 66 in the figure is subjected to cutting or electric discharge machining (wire cutting). This makes it possible to form a group of slits arranged at equal intervals. It is desirable that the depth of each slit 69 be slightly greater than the welded portion 71 (cold junction 22).

【0111】図15は図12に示す第2の構造を実現す
る第2構成例の側面図(a)および正面図(b)であ
る。
FIG. 15 is a side view (a) and a front view (b) of a second configuration example for realizing the second structure shown in FIG.

【0112】この第2構成例の熱電対発電装置(1)
は、前述した第1構成例(図13)に対してさらに拡張
電気伝導体平板76を加えた点が特徴である。すなわ
ち、第1電気伝導体平板66の端部(図の上方)を、こ
の第1電気伝導体平板66の長手方向に対して直交する
方向に拡張してなる拡張電気伝導体平板76を形成し
て、電流発生エレメント(10)の断面を全体としてh
字状とする。そして、この拡張電気伝導体平板76にも
前述のスリット69と共通のスリットを設けるようにす
る。なお、拡張電気伝導体平板76(例えばCu板)と
第1電気伝導体平板66とは共通の素材からなり、1枚
のCu板で一体に構成する。したがって、スリット69
の形成の仕方も前述と同様である。
The thermocouple generator (1) of the second configuration example
Is characterized in that an extended electric conductor flat plate 76 is added to the first configuration example (FIG. 13). That is, an extended electric conductor flat plate 76 is formed by extending the end (upper part of the drawing) of the first electric conductor flat plate 66 in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first electric conductor flat plate 66. Therefore, the cross section of the current generating element (10) is generally h
It is shaped like a letter. The extended electric conductor flat plate 76 is also provided with a slit common to the slit 69 described above. The extended electric conductor flat plate 76 (for example, a Cu plate) and the first electric conductor flat plate 66 are made of a common material, and are integrally formed by one Cu plate. Therefore, the slit 69
Is formed in the same manner as described above.

【0113】上述した第1構成例(図13)を採用する
か、上述した第2構成例(図15)を採用するか、は熱
電対発電装置1の発電環境に従って決定すればよい。
Whether to employ the first configuration example (FIG. 13) or the second configuration example (FIG. 15) may be determined according to the power generation environment of the thermocouple power generation device 1.

【0114】上記第1構成例は、熱接点21および冷接
点22の一方が、スポットまたは線状の冷却源(または
熱源)に接し、その他方が拡散状の熱源(または冷却
源)に接するような発電環境に適する(後述の図16参
照)。
The first configuration example is such that one of the hot junction 21 and the cold junction 22 is in contact with a spot or linear cooling source (or heat source), and the other is in contact with a diffused heat source (or cooling source). (See FIG. 16 described later).

【0115】一方上記第2構成例は、熱接点21および
冷接点22が共に、それぞれ、拡散状の熱源および拡散
状の冷却源に接するような発電環境に適する。
On the other hand, the second configuration example is suitable for a power generation environment in which both the hot junction 21 and the cold junction 22 are in contact with a diffusion heat source and a diffusion cooling source, respectively.

【0116】要するに、放熱フィンおよび吸熱フィン
(66,67,76)が、片方だけでよいかまたはこれ
らの両方が必要か、ということによって第1または第2
構成例のいずれにするか、を決めればよい。
In short, the heat radiation fins and heat absorption fins (66, 67, 76) need only one or both, depending on whether they are the first or second.
Which of the configuration examples is to be determined.

【0117】図16は第1構成例(図13)を採用する
のに適した発電環境の一例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a power generation environment suitable for employing the first configuration example (FIG. 13).

【0118】なお本図は、最後に説明する図22に対応
する。
This figure corresponds to FIG. 22 described last.

【0119】熱接点21側は、太陽光を受ける集積化レ
ンズアレー(熱源)43によって、スポット状に加熱さ
れる。一方、冷接点22側は、フィン(66,67)に
より水(冷却源)Wによって、拡散状に放熱される。5
1は遮光/断熱板であり、52は密封箱である。
The thermal contact 21 is heated in a spot shape by an integrated lens array (heat source) 43 which receives sunlight. On the other hand, the cold junction 22 side is diffused and radiated by the water (cooling source) W by the fins (66, 67). 5
1 is a light shielding / heat insulating plate, and 52 is a sealed box.

【0120】熱源として例えばゴミ焼却炉の廃熱を利用
するならば、この廃熱を効率良く吸収するためのフィン
が必要である。したがってこの場合には、そのフィンと
して機能することのできる拡張電気伝導体平板76を備
えた第2構成例(図15)を採用するのが望ましい。
If waste heat from a refuse incinerator is used as a heat source, fins for efficiently absorbing the waste heat are required. Therefore, in this case, it is desirable to employ the second configuration example (FIG. 15) including the extended electric conductor plate 76 that can function as the fin.

【0121】最後に、具体的な種々の利用事例等につい
て述べる。
Lastly, specific examples of various uses will be described.

【0122】図17(A)は第1の利用事例の全体図、
(B)は太陽対向面の平面図、(C)はその対向面の一
部拡大図である。
FIG. 17A is an overall view of a first use case.
(B) is a plan view of the sun facing surface, and (C) is a partially enlarged view of the facing surface.

【0123】地球上における太陽の光熱を利用した発電
は、太陽電池による光電発電が現在は主流である。しか
し、地球上においても、日照側と日陰側の温度差が数十
度以上にもなる地域と季節が存在するので、この大きな
温度差を有効利用すれば熱電発電することができる。太
陽光線や熱線は熱電対アレーに直角に入射する方が高効
率であるので、熱電対アレー姿勢制御装置を設備してそ
の姿勢の制御をする。
As for power generation utilizing the photothermal energy of the sun on the earth, photoelectric power generation using solar cells is currently the mainstream. However, even on the earth, there are regions and seasons in which the temperature difference between the sunlit side and the shaded side is several tens degrees or more, and thermoelectric power generation can be performed by effectively utilizing this large temperature difference. Since it is more efficient for the solar rays and heat rays to be incident on the thermocouple array at right angles, a thermocouple array attitude control device is provided to control the attitude.

【0124】太陽対向面には集積化レンズアレーを設置
する。すなわち、熱電発電用の集積化熱電対アレーの熱
接点に太陽光を集光し、個々の熱接点を個別に加熱する
ために使用する集積化レンズアレーである。
An integrated lens array is provided on the surface facing the sun. That is, it is an integrated lens array used to focus sunlight on the thermal junctions of the integrated thermocouple array for thermoelectric power generation and individually heat the individual thermal junctions.

【0125】(1)熱接点だけを加熱し、その他の部分
は加熱しないために小さな凸レンズを集積化したもので
ある。
(1) A small convex lens is integrated to heat only the thermal contact and not to heat other portions.

【0126】(2)一例として、10cm×10cmのガラ
ス板に100×200、合計2万個のレンズを集積す
る。
(2) As an example, 100 × 200, a total of 20,000 lenses, are integrated on a 10 cm × 10 cm glass plate.

【0127】(3)集積化レンズアレーは、溶融ガラス
を精密な鋳型に流し込む方式の採用により、安価に大量
生産することができる。
(3) The integrated lens array can be mass-produced at low cost by adopting a method of pouring molten glass into a precision mold.

【0128】(4)熱接点はある程度の大きさをもって
いるので、凸レンズの形状精度はそれほど高いものは必
要ない。
(4) Since the thermal contact has a certain size, it is not necessary that the convex lens has such a high shape accuracy.

【0129】図18(A)は第2の利用事例の全体図、
(B)は太陽対向面側の平面図である。
FIG. 18A is an overall view of the second use case.
(B) is a plan view of the sun facing surface side.

【0130】宇宙空間における発電は、太陽電池による
光電発電が現在は主流である。しかし、宇宙空間におい
ては、日照側は100度以上、反対に日陰側は−100
度以下にもなるので、この200度以上にもなる、大き
な温度差を有効利用すれば熱電発電することができる。
As for power generation in outer space, photoelectric power generation by solar cells is currently the mainstream. However, in outer space, the sunlit side is more than 100 degrees, and the shaded side is -100.
Degrees, the thermoelectric power generation can be performed by effectively utilizing the large temperature difference of 200 degrees or more.

【0131】熱接点の加熱と冷接点の冷却の必要のな
い、自然の、大きな温度差を宇宙空間では容易に得られ
る。
A large natural temperature difference, which does not require heating of the hot junction and cooling of the cold junction, can easily be obtained in space.

【0132】さらに、図17(C)の集積化レンズアレ
ーを用いて熱接点毎に集光して各熱接点を加熱すればも
っと大きな温度差をつくり出すことができる。
Further, by using the integrated lens array shown in FIG. 17C to collect light at each hot junction and heat each hot junction, a larger temperature difference can be created.

【0133】図19は第3の利用事例の全体図である。FIG. 19 is an overall view of the third use case.

【0134】特に日本では、高温の温泉源および地熱源
が各地に存在する。この温泉や地熱を利用して熱電発電
し、必要に応じて蓄電池に蓄えておけば、商用電力の補
助として利用することができる。ただし熱電対アレーの
高効率化と高出力化が要求される。
Particularly in Japan, high-temperature hot spring sources and geothermal sources exist in various places. Thermoelectric power generation using this hot spring or geothermal heat and storage in a storage battery as needed can be used as a supplement to commercial power. However, higher efficiency and higher output of the thermocouple array are required.

【0135】この場合、温水の搬送に特別なポンプは設
けずに、温泉への既存の給湯用ポンプを利用するのが得
策である。また、地熱源からの熱の取り出しには、水あ
るいは空気を利用するのが良い。一方、冷接点側につい
ては、雪国であれば、融雪水を熱電対アレーの冷却に利
用することもできる。
In this case, it is advisable to use an existing hot water supply pump for hot springs without providing a special pump for conveying hot water. It is preferable to use water or air for extracting heat from the geothermal source. On the other hand, on the cold junction side, in a snowy country, snowmelt water can be used for cooling the thermocouple array.

【0136】図20(A)は第4の利用事例(その1)
を示す図、(B)は第4の利用事例(その2)を示す図
であり、(A)は冷却水方式の場合、(B)は副射熱方
式の場合である。
FIG. 20A shows a fourth use case (part 1).
(B) is a diagram showing a fourth usage example (No. 2), (A) is a case of a cooling water system, and (B) is a case of a sub-heating system.

【0137】近年ゴミ処分の問題は深刻であり、莫大な
量のゴミを焼却するときに発生する熱量もまた莫大であ
る。そのかなりの部分は有効に利用されることなく、無
為に空中に捨てられているのが現状である。この廃熱の
有効利用のために、(A)大型ゴミ焼却炉の内部あるい
は外部に冷却水を循環させ、ゴミ焼却の際に発生する高
熱による水温上昇を利用して熱電発電し、蓄電池に蓄え
ておけば、商用電力の補助に活用することができる。
In recent years, the problem of garbage disposal has become serious, and the amount of heat generated when incinerating an enormous amount of garbage is also enormous. At present, a considerable part of it has not been used effectively and has been abandoned in the air. In order to effectively use this waste heat, (A) cooling water is circulated inside or outside a large-scale garbage incinerator, and thermoelectric power generation is performed using the rise in water temperature due to high heat generated during garbage incineration, and stored in a storage battery If this is done, it can be used to supplement commercial power.

【0138】(B)また副射熱により熱電対アレーの熱
接点を直接加熱する方式でも良い。いずれの場合も熱電
対アレーの高効率化と高出力化が要求される。
(B) Further, a method of directly heating the hot junction of the thermocouple array by the incident heat may be used. In either case, high efficiency and high output of the thermocouple array are required.

【0139】なお、冷却水循環パイプと熱電対アレーの
冷接点は自然冷却とするのが良い。また、熱電対アレー
はパイプラインの入口側(最も高温になっている部分)
に配置し、ポンプはパイプラインの出口側(最も低温に
なっている部分)に配置する。
The cooling water circulation pipe and the cold junction of the thermocouple array are preferably cooled naturally. In addition, the thermocouple array is the inlet side of the pipeline (the hottest part)
And the pump is located at the outlet side of the pipeline (the coldest part).

【0140】図21は第5の利用事例を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a fifth use case.

【0141】エンジンは燃焼発熱によって高温になる
が、現在の技術においてはその熱を回収することが難し
く大半の熱は無為に空中に放出されている。
[0141] The engine is heated to a high temperature by the heat generated by combustion, but it is difficult to recover the heat with the current technology, and most of the heat is unnecessarily discharged into the air.

【0142】そこで、水冷方式のエンジンの場合は冷却
水を循環させ、また、水冷・空冷いずれの場合も、エン
ジン本体周りに熱回収用の冷却水を循環させる。これに
より温度上昇した循環水からの熱回収によって、熱電発
電し、蓄電池に蓄えれば、補助的に電気自動車の走行に
活用することができる。
Therefore, in the case of a water-cooled engine, cooling water is circulated, and in both cases of water-cooling and air-cooling, cooling water for heat recovery is circulated around the engine body. Thus, by recovering heat from the circulating water whose temperature has increased, thermoelectric power generation and storage in a storage battery can be used for driving an electric vehicle in an auxiliary manner.

【0143】特にハイブリッドカーにおいては、主たる
走行動力はガソリンエンジンによって供給されるので、
この方式が有効に利用できる。
Especially in a hybrid car, the main running power is supplied by a gasoline engine.
This method can be used effectively.

【0144】熱電対アレーの小型化と高効率化と高出力
化が進めば、車輌への搭載は容易である。
If the thermocouple array is reduced in size, increased in efficiency, and increased in output, it can be easily mounted on a vehicle.

【0145】なお、ポンプの回転、パイプの強制空冷、
熱電対アレーの冷接点の強制空冷等には、車輌走行中の
空気の流れを活用し、また、熱電対アレーはパイプライ
ンの入口側(最も高温になっている部分)に配置する一
方、ポンプはパイプラインの出口側(最も低温になって
いる部分)に配置するようにする。
The rotation of the pump, forced air cooling of the pipe,
For the forced air cooling of the cold junction of the thermocouple array, etc., the flow of air while the vehicle is running is used. The thermocouple array is placed at the inlet side of the pipeline (the hottest part), while the pump Is placed on the outlet side of the pipeline (the coldest part).

【0146】第6の利用事例は工場廃熱等の不利用熱を
熱源とするものである。
[0146] The sixth use case uses unutilized heat such as factory waste heat as a heat source.

【0147】現在、産業界や工業界において、所期の目
的には利用されているが、その後は無為に空中に放出さ
れている莫大な量の熱(廃熱)が存在する。この廃熱を
利用して熱電発電し、蓄電池に蓄えておけば、商用電力
の補助に活用することができる。
At present, there is a huge amount of heat (waste heat) which is used for the intended purpose in the industrial and industrial industries, but is subsequently discharged into the air in vain. If this waste heat is used to generate thermoelectric power and store it in a storage battery, it can be used to supplement commercial power.

【0148】この廃熱は、冷却水あるいは冷却空気の温
度上昇という形で存在する。かかる冷却水あるいは冷却
空気を、パイプによって熱電対アレーに導き、熱接点の
加熱に使用することができる。この場合も、熱電対アレ
ーの小型化と高効率化と高出力化が要求される。
This waste heat exists in the form of a rise in the temperature of cooling water or cooling air. Such cooling water or cooling air can be led to a thermocouple array by a pipe and used for heating the hot junction. Also in this case, the thermocouple array needs to be reduced in size, increased in efficiency, and increased in output.

【0149】なお不利用熱の発生場所としては、製鉄
所、製鋼所、金属加工工場等における熱間圧延工程、ガ
ラス工場の熱間圧延工程、プラスチック工場の溶融成形
工程、大型冷却機の熱交換機等、多種多様の場所に及
ぶ。
The places where the unused heat is generated include a hot rolling step in a steel mill, a steel mill, a metal processing factory, a hot rolling step in a glass factory, a melt molding step in a plastic factory, and a heat exchanger of a large cooling machine. And so on.

【0150】上述した各種利用事例のいずれにおいて
も、熱電対アレーの高効率化は重要な課題の1つであ
る。この課題を解決する最も基本的な方策は、熱接点2
1の高温化を促進し、同時に、冷接点22の高温化を防
止することにある。
In any of the various use cases described above, one of the important issues is to increase the efficiency of the thermocouple array. The most basic way to solve this problem is to use a hot junction 2
1 is to promote the high temperature, and at the same time, to prevent the high temperature of the cold junction 22.

【0151】図22は電圧/電流発生モジュールの一層
の高効率化を図る基本的方策を表す図である。本図は、
前述した図9や図10の構成に適用した場合の正面図で
ある。
FIG. 22 is a diagram showing a basic measure for further increasing the efficiency of the voltage / current generation module. This figure is
FIG. 11 is a front view when applied to the configuration of FIGS. 9 and 10 described above.

【0152】熱電発電において発電効率を高めるために
は、熱接点21は可能な限り高温にし、冷接点は低温に
しなければならない。そのために、以下の処置が必要に
なる。
In order to increase the power generation efficiency in thermoelectric power generation, the hot junction 21 must be as high as possible and the cold junction must be low. Therefore, the following measures are required.

【0153】(1)熱接点21を高温にするために、熱
接点21の直下に黒色の遮光/断熱板51を設置する。
(1) In order to raise the temperature of the thermal contact 21, a black light-shielding / heat insulating plate 51 is provided immediately below the thermal contact 21.

【0154】(2)熱接点21を高温にするために、集
積化レンズアレー(図17の(C)参照)により加熱な
らびに高温化を図る。
(2) In order to raise the temperature of the thermal contact 21, the integrated lens array (see FIG. 17C) heats and raises the temperature.

【0155】(3)冷接点22を低温に保つためにも、
遮光/断熱板51を利用する。
(3) To keep the cold junction 22 at a low temperature,
A light shielding / heat insulating plate 51 is used.

【0156】(4)さらに、冷接点22を冷却するため
に、電圧/電流発生モジュール30の冷接点22は密封
箱52内に収納し、冷却水Wを循環させる。
(4) Further, in order to cool the cold junction 22, the cold junction 22 of the voltage / current generating module 30 is housed in a sealed box 52, and the cooling water W is circulated.

【0157】(5)熱電対素子13の素子線の太さは、
熱接点21からの熱伝導によって冷接点22が温度上昇
しない程度の太さとする。
(5) The thickness of the element line of the thermocouple element 13 is
The thickness is set so that the temperature of the cold junction 22 does not rise due to heat conduction from the hot junction 21.

【0158】[0158]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、温
泉水や地熱のようにきわめて安定な熱源を利用できるの
で、光電現象を利用した発電装置に比べて、高い発電効
率が得られる。したがって別途蓄電装置を用意する必要
がない。
As described above, according to the present invention, since a very stable heat source such as hot spring water or geothermal heat can be used, a higher power generation efficiency can be obtained as compared with a power generation device using a photoelectric phenomenon. Therefore, it is not necessary to separately prepare a power storage device.

【0159】また、太陽光を利用しないので、夜昼問わ
ず運転でき、理論的には100%の運転能率を達成でき
る。
In addition, since no sunlight is used, driving can be performed regardless of night and day, and theoretically 100% driving efficiency can be achieved.

【0160】さらに、図9や図11に示す二次元構造を
上下方向に複数配置して三次元構造にできるので(太陽
光を利用する場合は二次元構造に限られる)、発電装置
の設置スペースにおける空間利用効率が高い。したがっ
て、モジュール30と熱源41,42を何段でも積み上
げればよい。
Further, since the two-dimensional structures shown in FIGS. 9 and 11 can be arranged in a vertical direction to form a three-dimensional structure (in the case of using sunlight, the two-dimensional structure is limited). Space use efficiency is high. Therefore, the module 30 and the heat sources 41 and 42 may be stacked in any number of layers.

【0161】さらにまた、構成要素の大半はニッケルや
鉄あるいは銅であり、製造原価を格段に低く抑えること
ができ、安価な発電装置を提供できる。
Further, most of the constituent elements are nickel, iron or copper, so that the production cost can be kept extremely low and an inexpensive power generator can be provided.

【0162】そして発電エネルギ源は、光電発電装置の
ごとく太陽光に限定されることはなく、加熱さえできれ
ば、何でもよいので熱源の多様化が図れる。これは電力
の安定供給に役立つ。また地球温暖化の防止や環境汚染
の回避にも有益である。
The power generation energy source is not limited to sunlight as in the case of the photoelectric power generation device, and any heat source can be used as long as it can be heated, so that the heat source can be diversified. This contributes to a stable power supply. It is also useful for preventing global warming and avoiding environmental pollution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る発電装置の電流発生エレメントを
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a current generating element of a power generator according to the present invention.

【図2】本発明の動作を解析するために単体の熱電対素
子を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a single thermocouple element for analyzing the operation of the present invention.

【図3】本発明の動作を解析するため図1の構成の一部
をモデル化して示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a model of a part of the configuration of FIG. 1 for analyzing the operation of the present invention.

【図4】本発明の動作を解析するために用いる特性分布
図である。
FIG. 4 is a characteristic distribution diagram used to analyze the operation of the present invention.

【図5】熱電対回路からの電力取出しについて示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing power extraction from a thermocouple circuit.

【図6】図4を電流取出し部12に着目して考察した特
性分布図である。
FIG. 6 is a characteristic distribution diagram in which FIG. 4 is considered by focusing on the current extraction unit 12;

【図7】図4をコンデンサ25に着目して考察した特性
分布図である。
FIG. 7 is a characteristic distribution diagram in which FIG.

【図8】本発明に係る発電装置の電圧/電流発生モジュ
ールを示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a voltage / current generation module of the power generation device according to the present invention.

【図9】本発明に係る発電装置の電圧/電流発生モジュ
ールを示す断面斜視図である。
FIG. 9 is a sectional perspective view showing a voltage / current generation module of the power generation device according to the present invention.

【図10】本発明に係る発電装置の電圧/電流発生モジ
ュールの他の一例を示す断面正面図である。
FIG. 10 is a sectional front view showing another example of the voltage / current generation module of the power generation device according to the present invention.

【図11】付属部分も一体にした本発明に係る熱電対発
電装置を示す側面図である。
FIG. 11 is a side view showing a thermocouple power generation device according to the present invention in which an attached part is also integrated.

【図12】本発明に基づく電流発生エレメントの第2の
構造の基本構成を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a basic configuration of a second structure of the current generating element according to the present invention.

【図13】図12に示す第2の構造を実現する第1構成
例の側面図(a)および正面図(b)である。
13 is a side view (a) and a front view (b) of a first configuration example for realizing the second structure shown in FIG.

【図14】図13に示す第2の構造体を製造するための
素材を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a material for manufacturing the second structure shown in FIG. 13;

【図15】図12に示す第2の構造を実現する第2構成
例の側面図(a)および正面図(b)である。
15A and 15B are a side view and a front view of a second configuration example for realizing the second structure shown in FIG.

【図16】第1構成例(図13)を採用するのに適した
発電環境の一例を示す図である。
16 is a diagram showing an example of a power generation environment suitable for employing the first configuration example (FIG. 13).

【図17】(A)は第1の利用事例の全体図、(B)は
太陽対向面の平面図、(C)はその対向面の一部拡大図
である。
17A is an overall view of a first use case, FIG. 17B is a plan view of a sun facing surface, and FIG. 17C is a partially enlarged view of the facing surface.

【図18】(A)は第2の利用事例の全体図、(B)は
太陽対向面の平面図である。
18A is an overall view of a second use case, and FIG. 18B is a plan view of a sun facing surface.

【図19】第3の利用事例の全体図である。FIG. 19 is an overall view of a third use case.

【図20】(A)は第4の利用事例(その1)を示す
図、(B)は第4の利用事例(その2)を示す図であ
る。
20A is a diagram illustrating a fourth use case (Part 1), and FIG. 20B is a diagram illustrating a fourth use case (Part 2).

【図21】第5の利用事例を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a fifth use case.

【図22】電圧/電流発生モジュールの一層の高効率化
を図る基本的方策を表す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a basic measure for further increasing the efficiency of the voltage / current generation module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…熱電対発電装置 10…電流発生エレメント 11…熱電対素子アレー 12…電流取出し部 13…熱電対素子 14…第1電気伝導体(A) 15…第2電気伝導体(B) 16…第1電流取出し体 17…第2電流取出し体 18…第1開放端の群 19…第2開放端の群 21…熱接点 22…冷接点 25…コンデンサ 26…負荷 30…電圧/電流発生モジュール 31…第1出力端 32…第2出力端 41…熱接点側熱源 42…冷接点側熱源 43…集積化レンズアレー 51…遮光/断熱板 52…密封箱 66…第1電気伝導体平板 67…第2電気伝導体平板 68…電気伝導体 69…スリット 71…溶接部 76…拡張電気伝導体平板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermocouple generator 10 ... Current generation element 11 ... Thermocouple element array 12 ... Current extraction part 13 ... Thermocouple element 14 ... 1st electric conductor (A) 15 ... 2nd electric conductor (B) 16 ... 1 Current extractor 17 Second current extractor 18 First open end group 19 Second open end group 21 Hot junction 22 Cold junction 25 Capacitor 26 Load 30 Voltage / current generation module 31 1st output terminal 32 ... 2nd output terminal 41 ... Heat contact side heat source 42 ... Cold contact side heat source 43 ... Integrated lens array 51 ... Light shielding / heat insulating plate 52 ... Sealed box 66 ... First electric conductor flat plate 67 ... Second Electric conductor plate 68 ... Electric conductor 69 ... Slit 71 ... Welded part 76 ... Extended electric conductor plate

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ループ状に接続される第1電気伝導体お
よび第2電気伝導体からなる熱電対素子を複数、相互に
密接して並列的に配列し高集積化した熱電対素子アレー
と、 前記熱電対素子アレーをなす一方の前記電気伝導体の各
々の中間部分を開放してその両端に得られる第1開放端
の群および第2開放端の群をそれぞれ一体に集線し、か
つ、当該電気伝導体に比して十分大きい断面積をもって
形成される第1電流取出し体および第2電流取出し体を
具備する電流取出し部と、から構成される少なくとも1
つの電流発生エレメントを含むことを特徴とする熱電対
発電装置。
1. A highly integrated thermocouple element array comprising a plurality of thermocouple elements formed of a first electric conductor and a second electric conductor connected in a loop, closely arranged in parallel with each other, and Opening an intermediate portion of each of the electric conductors forming one of the thermocouple element arrays, the first open end group and the second open end group obtained at both ends thereof are respectively integrated, and At least one current extracting portion including a first current extracting member and a second current extracting member formed with a sufficiently large sectional area as compared with the electric conductor.
A thermocouple generator comprising two current generating elements.
【請求項2】 前記電流発生エレメントを複数、相互に
並列的に配列し、かつ、1つの該電流発生エレメントに
おける前記第1電流取出し体および第2電流取出し体の
一方と、該1つの電流発生エレメントに隣接する他の電
流発生エレメントにおける前記第1電流取出し体および
第2電流取出し体の他方とを直列に接続することによ
り、複数の前記電流発生エレメント全体を直列に接続し
てなる少なくとも1つの電圧/電流発生モジュールから
構成されることを特徴とする請求項1に記載の熱電対発
電装置。
2. A plurality of the current generating elements are arranged in parallel with each other, and one of the first current extracting body and the second current extracting body in one current generating element and the one current generating element At least one of the plurality of current generating elements connected in series is connected in series with the other of the first current extracting body and the second current extracting body in another current generating element adjacent to the element. The thermocouple generator according to claim 1, comprising a voltage / current generating module.
【請求項3】 前記電圧/電流発生モジュールからの発
生電圧/電流によって充電されるコンデンサを備えるこ
とを特徴とする請求項2に記載の熱電対発電装置。
3. The thermocouple generator according to claim 2, further comprising a capacitor charged by a voltage / current generated from the voltage / current generation module.
【請求項4】 前記複数の熱電対素子の熱接点を集合し
てなる熱接点群および該複数の熱電対素子の冷接点を集
合してなる冷接点群にそれぞれ接し、かつ、該熱接点群
および該冷接点群の間に温度差を与えるための熱接点側
熱源および冷接点側熱源を具備することを特徴とする請
求項1に記載の熱電対発電装置。
4. A group of hot junctions comprising a group of hot junctions of said plurality of thermocouple elements and a group of cold junctions comprising a group of cold junctions of said plurality of thermocouple elements, and said group of hot contacts. The thermocouple power generation device according to claim 1, further comprising a heat contact side heat source and a cold junction side heat source for providing a temperature difference between the cold junction groups.
【請求項5】 前記熱接点側熱源は、太陽光または熱線
に対向して設けられる集積化レンズアレーであって、該
集積化レンズアレーの各レンズは、個々の前記熱接点を
加熱することを特徴とする請求項4に記載の熱電対発電
装置。
5. The heat contact side heat source is an integrated lens array provided to face sunlight or a heat ray, and each lens of the integrated lens array heats an individual one of the heat contacts. The thermocouple generator according to claim 4, characterized in that:
【請求項6】 前記第1および第2電気伝導体からなる
熱電対素子は、ニッケルおよび鉄の組合せである請求項
1に記載の熱電対発電装置。
6. The thermocouple generator according to claim 1, wherein the thermocouple element made of the first and second electric conductors is a combination of nickel and iron.
【請求項7】 前記第1および第2電気伝導体からなる
熱電対素子は、ニッケルおよび銅の組合せである請求項
1に記載の熱電対発電装置。
7. The thermocouple generator according to claim 1, wherein the thermocouple element made of the first and second electric conductors is a combination of nickel and copper.
【請求項8】 前記第1電流取出し体をなす第1電気伝
導体平板と、 前記第2電流取出し体をなし、かつ、前記第1電気伝導
体平板との間に所定の間隙を置いて該第1電気伝導体平
板と対面するように配置される第2電気伝導体平板と、 前記第1および第2電気伝導体平板の各端部間に接合さ
れ、該第1および第2電気伝導体平板と一体になって全
体として断面がコ字状の前記電流発生エレメントを構成
する電気伝導体と、を備えてなり、 前記電気伝導体および前記端部近傍の前記第1電気伝導
体平板をそれぞれ、前記第1電気伝導体および第2電気
伝導体として構成するために、前記第1および第2電気
伝導体平板の長手方向に対して直交する方向に、その電
気伝導体および端部近傍の第1電気伝導体平板に対して
共通のスリットを設ることを特徴とする請求項1に記載
の熱電対発電装置。
8. A first electric conductor flat plate forming the first current extracting body and a second electric current extracting body, and a predetermined gap is provided between the first electric conductor flat plate and the first electric conductor flat plate. A second electric conductor plate disposed so as to face the first electric conductor plate; and a first electric conductor and a second electric conductor joined between respective ends of the first and second electric conductor plates. An electric conductor that is integrated with the flat plate and constitutes the current generating element having a U-shaped cross section as a whole. The electric conductive body and the first electric conductive flat plate near the end portion are respectively provided. , In order to constitute the first and second electric conductors, the first and second electric conductors are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first and second electric conductor plates. 1 Make a common slit for the electric conductor plate. The thermocouple power generator according to claim 1, characterized in that:
【請求項9】 前記第1電気伝導体平板の前記端部を、
該第1電気伝導体平板の長手方向に対して直交する方向
に拡張してなる拡張電気伝導体平板を形成して、前記電
流発生エレメントの断面を全体としてh字状となし、か
つ、該拡張電気伝導体平板にも前記スリットと共通のス
リットを設けることを特徴とする請求項8に記載の熱電
対発電装置。
9. The end of the first electric conductor plate,
Forming an expanded electric conductor plate extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first electric conductor plate, forming a cross section of the current generating element into an h-shape as a whole, and 9. The thermocouple generator according to claim 8, wherein a slit common to the slit is provided also on an electric conductor flat plate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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