JP2003309988A - Thermal power generator - Google Patents

Thermal power generator

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JP2003309988A
JP2003309988A JP2002104778A JP2002104778A JP2003309988A JP 2003309988 A JP2003309988 A JP 2003309988A JP 2002104778 A JP2002104778 A JP 2002104778A JP 2002104778 A JP2002104778 A JP 2002104778A JP 2003309988 A JP2003309988 A JP 2003309988A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal power generator which is small-sized and light- weight, portable, low-noise, efficient, less prone to contaminate the environment, and is easy to maintain. <P>SOLUTION: A plurality of sets of sub-modules 11 are series-connected into a ring shape, to constitute a semiconductor converter 2. Each of the sub-modules comprises a pair of a p-type semiconductor device 15 and a n-type semiconductor device 16; and heating and cooling members 13 and 14 of a metal having superior in heat conduction. An inner passage 21 is supplied with a high-temperature exhaust gas. An outer passage 23 is supplied with ordinary-temperature air. The output from the semiconductor converter is supplied to a transformer 41, having a center-tap primary winding 42 by push-pull operation, wherein first and second input switching elements 51 and 52 are alternately turned on and off. The output of the center tap secondary winding 43 is supplied to a pulse-width modulation control circuit 94 of three sets of first and second output switching elements 83 and 84, 85 and 86, and 87 and 88 through a full-wave rectifying circuit 57. Thus, alternating-current power of 50 or 60 Hz is obtained by means of the operation of a pulse-width modulation control circuit 94. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、ゼーベック効果で
ある熱電現象を利用した熱発電装置に関し、特に携帯形
の用途に好適な熱発電装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric generator utilizing the thermoelectric phenomenon which is the Seebeck effect, and more particularly to a thermoelectric generator suitable for portable use.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力を供給するには電力線が必要である
が、電力の使用頻度が少ない場所では、電力線を布設す
ることができず、したがってそのような電力線が布設さ
れていない場所では、可搬形の発電装置が必要になる。
2. Description of the Related Art A power line is required to supply electric power, but the power line cannot be installed in a place where the frequency of use of the power is low, and therefore it is possible in a place where such a power line is not installed. A portable generator is needed.

【0003】先行技術は、内燃機関によって発電機を駆
動する構成を有する。この先行技術では、内燃機関およ
び発電機の重量が大きく、内燃機関の騒音が著しく、ま
た内燃機関の排ガスによる環境の汚染が生じ、さらに内
燃機関の回転状態を良好に維持するためのメンテナンス
が繁雑である。
The prior art has a structure in which a generator is driven by an internal combustion engine. In this prior art, the weight of the internal combustion engine and the generator is large, the noise of the internal combustion engine is remarkable, the pollution of the environment is caused by the exhaust gas of the internal combustion engine, and the maintenance for maintaining the good rotation state of the internal combustion engine is complicated. Is.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
を小形にすることができ、低騒音であり、環境汚染が少
なく、メンテナンスが容易な熱発電装置を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric generator which can be downsized, has low noise, has little environmental pollution, and is easy to maintain.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、熱エネルギを
電気エネルギに直接変換して熱起電力を発生する半導体
変換器と、半導体変換器の出力を交流に変換するスイッ
チング電源回路とを含むことを特徴とする熱発電装置で
ある。
The present invention includes a semiconductor converter that directly converts thermal energy into electrical energy to generate thermoelectromotive force, and a switching power supply circuit that converts the output of the semiconductor converter into alternating current. It is a thermoelectric generator characterized by the above.

【0006】また本発明は、一対のp形半導体素子とn
形半導体素子とが一端部で電気的に接続されて構成され
たサブモジュールを、複数組、直列に接続したモジュー
ルによって実現され、サブモジュールは、熱伝導が良好
な金属製加熱部材と、熱伝導が良好な金属製冷却部材と
を含み、加熱部材と冷却部材との間に、p形またはn形
の一方導電形式の半導体素子が介在されて配置され、加
熱部材と冷却部材のいずれか一方には、前記一方導電形
式の半導体素子とは反対側で、他方導電形式の半導体素
子が配置されて構成され、隣接して配置される一方のサ
ブモジュールの前記他方導電形式の半導体素子に、他方
のサブモジュールの加熱部材または冷却部材のいずれか
他方が配置されることを特徴とする熱発電装置である。
The present invention also relates to a pair of p-type semiconductor elements and an n-type semiconductor element.
-Type semiconductor element is realized by a module in which a plurality of sets, which are configured by being electrically connected at one end, are connected in series, the sub-module includes a metal heating member with good heat conduction and a heat conduction member. And a metallic cooling member having good conductivity, a semiconductor element of one conductivity type of p-type or n-type is disposed between the heating member and the cooling member, and one of the heating member and the cooling member is provided. Is configured such that the semiconductor element of the other conductivity type is arranged on the side opposite to the semiconductor element of the one conductivity type, and the semiconductor element of the other conductivity type of one of the submodules adjacently arranged is The thermoelectric generator is characterized in that either the heating member or the cooling member of the sub-module is arranged.

【0007】本発明に従えば、ゼーベック効果である熱
電現象を利用した半導体変換素子によって熱起電力を発
生する。この半導体変換器の出力をスイッチング電源回
路によって交流に変換してもよい。したがって商用交流
電力の電力線が設けられていない場所であっても、本件
熱発電装置を携帯し、交流負荷に電力を供給することが
容易に可能となる。このような熱発電装置は、小形軽量
に実現することができ、低騒音であり、排ガスなどによ
る環境の悪化が少なく、メンテナンスが容易である。
According to the present invention, a thermoelectromotive force is generated by the semiconductor conversion element utilizing the thermoelectric phenomenon which is the Seebeck effect. The output of this semiconductor converter may be converted into alternating current by a switching power supply circuit. Therefore, even in a place where a commercial AC power line is not provided, it is possible to easily carry the thermoelectric generator of the present invention and supply power to an AC load. Such a thermoelectric generator can be made compact and lightweight, has low noise, is less prone to environmental degradation due to exhaust gas, and is easy to maintain.

【0008】また本発明は、半導体変換器は、一対のp
形半導体素子とn形半導体素子とが一端部で電気的に接
続されて構成されたサブモジュールを、複数組、直列に
接続したモジュールによって実現されることを特徴とす
る。
According to the present invention, the semiconductor converter has a pair of p
It is characterized in that it is realized by a module in which a plurality of sets of sub-modules, each of which is configured by electrically connecting one end of an n-type semiconductor element and an n-type semiconductor element, are connected in series.

【0009】また本発明は、半導体変換器のサブモジュ
ールは、熱伝導が良好な金属製加熱部材と、熱伝導が良
好な金属製冷却部材とを含み、加熱部材と冷却部材との
間に、p形またはn形の一方導電形式の半導体素子が介
在されて配置され、加熱部材と冷却部材のいずれか一方
には、前記一方導電形式の半導体素子とは反対側で、他
方導電形式の半導体素子が配置されて構成され、隣接し
て配置される一方のサブモジュールの前記他方導電形式
の半導体素子に、他方のサブモジュールの加熱部材また
は冷却部材のいずれか他方が配置されることを特徴とす
る。
Further, according to the present invention, the submodule of the semiconductor converter includes a metal heating member having good heat conduction and a metal cooling member having good heat conduction, and between the heating member and the cooling member, A p-type or n-type semiconductor element of one conductivity type is interposed and arranged, and one of the heating member and the cooling member is opposite to the semiconductor element of one conductivity type and the semiconductor element of the other conductivity type. Is arranged, and the other of the heating member and the cooling member of the other sub-module is arranged on the semiconductor element of the other conductive type of the one sub-module arranged adjacently. .

【0010】本発明に従えば、半導体変換器であるモジ
ュールを構成するサブモジュールは、一対のp,n形の
各半導体素子を用い、これらのサブモジュールを複数
組、直列接続することによって、熱起電力を発生する熱
電対を用い、熱エネルギから電気エネルギへの直接変換
を行って熱発電することができる。p,nの各導電形式
の半導体素子の一端部を、たとえば加熱部材によって接
続し、他端部をたとえば冷却部材に接続し、こうして温
度差を実現して、発電を行うことができる。
According to the present invention, the sub-module constituting the module which is the semiconductor converter uses a pair of p and n type semiconductor elements, and a plurality of sets of these sub-modules are connected in series to generate heat. A thermocouple that generates an electromotive force can be used to directly convert thermal energy into electrical energy for thermoelectric generation. It is possible to generate electric power by connecting one end of a semiconductor element of each conductivity type of p and n with, for example, a heating member and connecting the other end with, for example, a cooling member, thus realizing a temperature difference.

【0011】また本発明は、モジュールは、その全体の
形状が内通路を形成するリング状であり、そのリング状
のモジュールの半径方向外方を囲んで外通路を形成する
筒体と、加熱流体を供給する加熱源と、冷却流体を供給
する冷却源とを含み、加熱部材は、内通路または外通路
のいずれか一方に突出し、冷却部材は、内通路または外
通路のいずれか他方に突出し、加熱源からの加熱流体
を、内通路または外通路の前記一方に導き、冷却源から
の冷却流体を、内通路または外通路の前記他方に導くこ
とを特徴とする。
Further, according to the present invention, the module has a ring shape whose entire shape forms an inner passage, a cylindrical body which surrounds the ring-shaped module radially outward and forms an outer passage, and a heating fluid. And a cooling source that supplies a cooling fluid, the heating member projects into either the inner passage or the outer passage, and the cooling member projects into the other of the inner passage or the outer passage, The heating fluid from the heating source is introduced to the one of the inner passage and the outer passage, and the cooling fluid from the cooling source is introduced to the other of the inner passage and the outer passage.

【0012】本発明に従えば、半導体変換器をリング状
に形成して、内通路を形成し、その半導体変換器の外方
に筒体によって外通路を形成し、内通路と外通路とに、
加熱源および冷却源からの加熱流体および冷却流体を、
たとえば向流で供給し、こうして熱起電力を容易に得る
ことができる。加熱流体は、たとえばガス燃料または液
体燃料を燃焼するバーナによって得られる排ガスなどの
気体であってもよく、あるいはまた温水などの液体であ
ってもよい。冷却流体は、たとえば常温空気などの気体
であってもよく、あるいはまた水道水などの水、そのほ
かの液体であってもよい。こうして本発明の実現が容易
となる。
According to the present invention, the semiconductor converter is formed in a ring shape to form the inner passage, and the outer passage is formed by the cylindrical body outside the semiconductor converter, and the inner passage and the outer passage are formed. ,
Heating and cooling fluids from heating and cooling sources,
For example, it can be supplied in countercurrent and thus the thermoelectromotive force can be easily obtained. The heating fluid may be a gas such as an exhaust gas obtained by a burner burning a gas fuel or a liquid fuel, or may be a liquid such as hot water. The cooling fluid may be a gas such as normal temperature air, or may be water such as tap water or another liquid. Thus, the present invention can be easily implemented.

【0013】また本発明は、加熱部材は、半導体素子の
半径方向全長にわたって延びることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the heating member extends over the entire length of the semiconductor element in the radial direction.

【0014】本発明に従えば、加熱部材と冷却部材と
は、半導体素子における前記リングの半径方向全長にわ
たって延び、電気的に接続されるので、半導体素子の加
熱、冷却を効率よく行うことができるとともに、電気抵
抗を小さくし、電源としての内部抵抗を低くすることが
できる。
According to the present invention, the heating member and the cooling member extend over the entire length of the ring in the semiconductor element in the radial direction and are electrically connected, so that the heating and cooling of the semiconductor element can be efficiently performed. At the same time, the electrical resistance can be reduced and the internal resistance as a power source can be reduced.

【0015】また本発明は、加熱源からの加熱流体を、
内通路に導き、加熱部材は、内通路に突出し、冷却源か
らの冷却流体を、外通路に導き、冷却通路は、外通路に
突出し、加熱部材の内通路に突出した部分における前記
リングの周方向の厚みは、半径方向内方になるにつれて
薄く形成されることを特徴とする。
The present invention also provides heating fluid from a heating source,
The heating member is guided to the inner passage, the heating member is projected to the inner passage, and the cooling fluid from the cooling source is guided to the outer passage. The thickness in the direction is characterized in that the thickness becomes thinner toward the inner side in the radial direction.

【0016】本発明に従えば、内通路に加熱源からの加
熱流体が供給され、その内通路に突出した加熱部材の部
分の厚みを、半径方向内方につれて薄く形成し、これに
よって内通路の加熱流体のための流路抵抗を小さくする
とともに、その内通路における加熱流体の流速を高めて
加熱流体から加熱部材への熱の移動を円滑に行い、効率
を高めることができる。
According to the present invention, the heating fluid from the heating source is supplied to the inner passage, and the thickness of the portion of the heating member projecting into the inner passage is made thinner inward in the radial direction. It is possible to reduce the flow path resistance for the heating fluid, increase the flow velocity of the heating fluid in the inner passage thereof, and smoothly transfer the heat from the heating fluid to the heating member, thereby improving the efficiency.

【0017】外通路は、半導体変換器の半径方向外方で
あって、内通路に比べて大きな断面積を形成することが
容易であり、したがって冷却部材の外通路に突出した部
分の厚みは、半径方向外方になるにつれて薄く形成する
必要はなく、半径方向に一様であってもよい。
The outer passage is radially outward of the semiconductor converter, and it is easier to form a larger cross-sectional area than the inner passage. Therefore, the thickness of the portion of the cooling member protruding into the outer passage is: It does not have to be formed thinner toward the outer side in the radial direction, and may be uniform in the radial direction.

【0018】また本発明は、全体の形状が、鉛直軸線を
有するリング137に形成され、複数組のサブモジュー
ル11が周方向に直列に接続され、各サブモジュール1
1は、前記リングの半径方向内方に突出する第1突出部
分25を有し、熱伝導が良好な金属製第1熱伝導部材1
3と、前記リングの軸線方向に延びて突出する第2突出
部分28を有し、熱伝導が良好な金属製第2熱伝導部材
14と、第1および第2熱伝導部材13,14の各基端
部26,29間に介在されて配置され、p形またはn形
の一方導電形式の第1半導体素子15と、第1および第
2熱伝導部材13,14のいずれか一方の基端部26,
29に、第1半導体素子15とは反対側で配置され、p
形またはn形の他方導電形式の第2半導体素子16とを
含むことを特徴とする熱発電装置用モジュールである。
Further, in the present invention, the entire shape is formed in a ring 137 having a vertical axis, and a plurality of sets of sub-modules 11 are connected in series in the circumferential direction.
1 has a first projecting portion 25 projecting inward in the radial direction of the ring, and is a metal first heat conducting member 1 having good heat conduction.
3 and a second projecting portion 28 extending in the axial direction of the ring and projecting, each of the metal second heat conducting member 14 having good heat conduction, and each of the first and second heat conducting members 13 and 14. A first semiconductor element 15 of one conductivity type of p-type or n-type, which is disposed so as to be interposed between the base end portions 26 and 29, and a base end portion of either one of the first and second heat conduction members 13 and 14. 26,
29, is arranged on the side opposite to the first semiconductor element 15, and p
And a second semiconductor element 16 of the other conductivity type of n type, and a module for a thermoelectric generator.

【0019】本発明に従えば、複数のサブモジュールを
直列接続して構成された熱発電装置用モジュール12を
用いることによって、小形化され、しかも構成が簡単な
熱発電装置を容易に実現することができる。
According to the present invention, by using the thermoelectric generator module 12 constituted by connecting a plurality of submodules in series, it is possible to easily realize a thermoelectric generator that is downsized and has a simple structure. You can

【0020】熱発電装置は、たとえば、前述の熱発電装
置用モジュール12と、前記リングの半径方向内方で第
1熱伝導部材13の突出部分25が突出する内通路21
の下方に配置され、内通路21に排ガスを供給するバー
ナ35とを含み、バーナ35の燃焼用空気が、第2熱伝
導部材14の相互間を通過して、バーナ35の炎141
に、供給されることを特徴とする。
The thermoelectric generator includes, for example, the above-mentioned thermoelectric generator module 12 and the inner passage 21 through which the protruding portion 25 of the first heat conducting member 13 protrudes radially inward of the ring.
And a burner 35 that supplies exhaust gas to the inner passage 21, and the combustion air of the burner 35 passes between the second heat transfer members 14 to cause the flame 141 of the burner 35.
It is supplied to the.

【0021】また本発明は、全体の形状が、鉛直軸線1
43を有する円筒144に形成され、複数組のサブモジ
ュール211が上下に直列に接続され、各サブモジュー
ル211は、(a)第1熱伝導部材213であって、前
記円筒と同軸の第1環状部分226と、第1環状部分2
26から半径方向内方に突出する第1突出部分225と
を有し、熱伝導が良好な金属製第1熱伝導部材213
と、(b)第2熱伝導部材214であって、前記円筒と
同軸の第2環状部分229と、第2環状部分229から
半径方向外方に突出する第2突出部分228とを有し、
熱伝導が良好な金属製第2熱伝導部材214と、(c)
第1および第2環状部分226,229間に介在され、
周方向に間隔をあけて配置され、p形またはn形の一方
導電形式の複数の第1半導体素子215と、(d)第1
および第2環状部分226,229のいずれか一方に、
第1半導体素子215とは反対側で配置され、p形また
はn形の他方導電形式の複数の第2半導体素子216と
を含み、(e)上下に隣接して配置される一方のサブモ
ジュール211aの第2半導体素子216aに、他方の
サブモジュール211cの第2環状部分229cが配置
されることを特徴とする熱発電装置用モジュールであ
る。
In the present invention, the overall shape is the vertical axis 1
A plurality of sets of sub-modules 211 are vertically connected in series in a cylinder 144 having 43, and each sub-module 211 is (a) a first heat-conducting member 213 and a first annular ring coaxial with the cylinder. Portion 226 and first annular portion 2
And a first projecting portion 225 projecting inward in the radial direction from 26, the first heat conducting member 213 made of metal having good heat conduction.
And (b) a second heat conducting member 214, which has a second annular portion 229 coaxial with the cylinder, and a second protruding portion 228 protruding outward in the radial direction from the second annular portion 229,
A metal second heat conducting member 214 having good heat conduction, and (c)
Interposed between the first and second annular portions 226, 229,
A plurality of first semiconductor elements 215 of one conductivity type, which are one of p-type and n-type, arranged at intervals in the circumferential direction;
And one of the second annular portions 226 and 229,
One sub-module 211a arranged on the opposite side of the first semiconductor element 215 and including a plurality of second conductivity type second semiconductor elements 216 of p type or n type, and (e) vertically adjacent to each other. In the second semiconductor element 216a, the second annular portion 229c of the other sub-module 211c is arranged, which is a module for a thermoelectric generator.

【0022】本発明に従えば、小形化され、構成が簡略
化された熱発電装置を容易に実現することができる。熱
発電装置はたとえば、前述の熱発電装置用モジュール2
12と、前記円筒144の半径方向内方で、第1突出部
分225が突出する内通路221の下方に配置され、内
通路221に排ガスを供給するバーナ35と、バーナ3
5の燃焼用空気が前記円筒144の半径方向外方で、第
2突出部材228が突出する外通路223を形成する案
内部材246とを含むことを特徴とする。
According to the present invention, it is possible to easily realize a thermoelectric generator having a small size and a simple structure. The thermoelectric generator is, for example, the thermoelectric generator module 2 described above.
12, a burner 35 that is disposed radially inward of the cylinder 144 and below the inner passage 221 from which the first protruding portion 225 projects, and that supplies exhaust gas to the inner passage 221;
The combustion air of No. 5 includes a guide member 246 which is radially outward of the cylinder 144 and forms an outer passage 223 through which the second projecting member 228 projects.

【0023】また本発明は、前述の熱発電装置用モジュ
ールと、内通路の下方に配置され、内通路に排ガスを供
給するバーナを含み、バーナの炎に供給される燃焼用空
気が、第2突出部分が突出する外通路を経て流れること
を特徴とする熱発電装置である。
Further, the present invention includes the above-mentioned module for thermoelectric generator and a burner which is disposed below the inner passage and supplies exhaust gas to the inner passage, and the combustion air supplied to the flame of the burner is The thermoelectric generator is characterized in that the projecting portion flows through the projecting outer passage.

【0024】本発明に従えば、加熱源は前述のバーナで
あってもよいが、そのほかの構成を有する加熱源であっ
てもよい。前述の構成では、内通路を加熱し、外通路を
冷却するように構成されたが、本発明の実施の他の形態
では、内通路を冷却し、外通路を加熱するように構成し
てもよい。
According to the present invention, the heating source may be the above-mentioned burner, but may be a heating source having another structure. In the above-mentioned configuration, the inner passage is heated and the outer passage is cooled. However, in another embodiment of the present invention, the inner passage may be cooled and the outer passage may be heated. Good.

【0025】熱発電装置用モジュールは、図1〜図18
に示される各実施の形態のようにリング状に構成されて
もよいが、図19および図20に示されるように細長く
延びる筒状に構成されてもよく、さらに図21および図
22に示されるように直線状(図21の上下方向、図2
2の紙面に垂直な方向)に延びるように構成されてもよ
く、そのほかの構成によって実現されてもよい。
The module for the thermoelectric generator is shown in FIGS.
Although it may be formed in a ring shape like each of the embodiments shown in FIG. 19, it may be formed in an elongated tubular shape as shown in FIGS. 19 and 20, and is further shown in FIGS. As shown in FIG.
2 may be configured to extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2), or may be realized by other configurations.

【0026】また本発明は、(a)トランスであって、
半導体変換器の出力が与えられるセンタタップ形1次巻
線であって、1次巻線のセンタタップは、半導体変換器
の一方極性の出力端子に接続され、1次巻線の両端子
は、半導体変換器の他方極性の出力端子に接続される1
次巻線と、1次巻線よりも巻数が多いセンタタップ形2
次巻線とを有するトランスと、(b)1次巻線の一方の
端子と半導体変換器の前記他方極性の出力端子との間に
介在される第1入力スイッチング素子と、(c)1次巻
線の他方の端子と半導体変換器の前記他方極性の出力端
子との間に介在される第2入力スイッチング素子と、
(d)第1および第2入力スイッチング素子を、交互
に、オン/オフ制御するプッシュプル制御回路と、
(e)全波整流回路であって、2次巻線の両端子に接続
される入力端子を有する全波整流ブリッジと、全波整流
ブリッジの出力端子間に接続される一対の直列接続され
たコンデンサであって、コンデンサの相互の接続点は、
2次巻線のセンタタップに接続されるコンデンサとを有
する全波整流回路と、(f)全波整流回路の出力端子間
に接続される3組の出力スイッチング回路であって、各
組のスイッチング回路は、一対の直列接続された第1お
よび第2出力スイッチング素子を有し、各組の第1およ
び第2出力スイッチング素子の接続点から、3相交流出
力を導出する出力スイッチング回路と、(g)第1およ
び第2出力スイッチング素子を、パルス幅変調制御して
3相正弦波を得るパルス幅変調制御回路とを含むことを
特徴とする。
The present invention also relates to (a) a transformer,
A center tap type primary winding to which the output of the semiconductor converter is applied, the center tap of the primary winding is connected to an output terminal of one polarity of the semiconductor converter, and both terminals of the primary winding are 1 connected to the other polarity output terminal of the semiconductor converter
Secondary winding and center tap type with more turns than the primary winding 2
A transformer having a secondary winding, (b) a first input switching element interposed between one terminal of the primary winding and the output terminal of the other polarity of the semiconductor converter, and (c) primary A second input switching element interposed between the other terminal of the winding and the output terminal of the other polarity of the semiconductor converter;
(D) A push-pull control circuit that alternately turns on and off the first and second input switching elements,
(E) A full-wave rectification circuit, in which a full-wave rectification bridge having input terminals connected to both terminals of a secondary winding and a pair of series-connections connected between output terminals of the full-wave rectification bridge A capacitor, the mutual connection point of the capacitors is
A full-wave rectification circuit having a capacitor connected to the center tap of the secondary winding, and (f) three sets of output switching circuits connected between the output terminals of the full-wave rectification circuit, each set of switching The circuit has a pair of first and second output switching elements connected in series, and an output switching circuit that derives a three-phase AC output from a connection point of the first and second output switching elements of each set; g) A pulse width modulation control circuit for pulse width modulation controlling the first and second output switching elements to obtain a three-phase sine wave.

【0027】本発明に従えば、昇圧トランスの1次巻線
に、第1および第2入力スイッチング素子を介してプッ
シュプル形で、半導体変換器の熱起電力の出力を与え、
この1次巻線は、たとえばセンタタップの両側に各1タ
ーンであってもよく、トランスのコアの磁路が飽和しな
いように、オン/オフ制御され、たとえば20〜300
kHz、好ましくはたとえば200kHzでスイッチン
グ制御されてもよい。
According to the invention, the output of the thermoelectromotive force of the semiconductor converter is given to the primary winding of the step-up transformer in a push-pull type via the first and second input switching elements,
The primary winding may have, for example, one turn on each side of the center tap and is on / off controlled so as not to saturate the magnetic path of the transformer core.
It may be switching-controlled at kHz, preferably 200 kHz, for example.

【0028】本発明に従えば、トランスのセンタタップ
接続でプッシュプル動作で交流を作り、2次側の整流
は、1次側から見て全波整流と同等であり、あるいはま
た2相半波整流であってもよく、こうしていわば2倍の
電力を扱うことができ、さらに2次巻線の巻数は、比較
的少なくてよく、たとえば後述の実施の形態ではセンタ
タップの両側に28ターンであってもよい。
According to the present invention, the center tap connection of the transformer produces an alternating current by push-pull operation, and the rectification on the secondary side is equivalent to the full-wave rectification when viewed from the primary side, or the two-phase half-wave. It may be rectified, so that it can handle twice as much power, and the number of turns of the secondary winding may be relatively small. For example, in the embodiments described later, there are 28 turns on both sides of the center tap. May be.

【0029】本発明に従えば、トランスには、正、負の
電圧が印加されるので利用率が良好であり、全波整流後
の波形の平滑のためのコンデンサは、比較的小容量であ
ってもよい。こうして本発明によれば、高効率で3相正
弦波の電力を、第1および第2出力スイッチング素子の
パルス幅変調制御によって、容易に得ることができる。
According to the present invention, since positive and negative voltages are applied to the transformer, the utilization factor is good, and the capacitor for smoothing the waveform after full-wave rectification has a relatively small capacity. May be. Thus, according to the present invention, the power of the three-phase sinusoidal wave can be easily obtained with high efficiency by the pulse width modulation control of the first and second output switching elements.

【0030】単相正弦波を得るには、後述の図12の実
施の形態のように星形結線のトランスを用いてもよい
が、Y形結線のトランスを用いてもよく、さらに実施の
他の形態では、1組の第1および第2出力スイッチング
素子を、パルス幅変調制御回路によってオン/オフ制御
し、第1および第2出力スイッチング素子の接続点と2
次巻線のセンタタップとの間で、単相交流出力を得るこ
とができる。
In order to obtain a single-phase sine wave, a star connection transformer may be used as in the embodiment shown in FIG. 12, which will be described later, but a Y connection transformer may be used. In the above configuration, one set of the first and second output switching elements is ON / OFF controlled by the pulse width modulation control circuit, and the connection point of the first and second output switching elements and 2
A single-phase AC output can be obtained with the center tap of the next winding.

【0031】また本発明は、パルス幅変調制御回路は、
(a)フェイズロックループ回路であって、50または
60Hzの基準信号を発生する基準信号発生源と、基準
信号発生源の出力と、入力信号との位相差に対応する電
圧を発生する位相比較器と、位相比較器の電圧が与えら
れ、その電圧に対応する周波数Fで発振する電圧制御形
発振回路と、電圧制御形発振回路の出力を、予め定める
分周比Nで分周し、位相比較器の前記入力信号として与
える第1分周器とを含み、位相比較器からの電圧は、第
1分周器の出力の位相が基準信号の位相に一致するよう
に電圧制御形発振回路の発振周波数Fを制御する値であ
るフェイズロックループ回路と、(b)電圧制御形発振
回路の出力を、120度ずらす第1遅延回路と、(c)
第1遅延回路の出力を、前記予め定める分周比Nで分周
する第2分周器と、(d)第1遅延回路の出力を、12
0度ずらす第2遅延回路と、(e)第2遅延回路の出力
を、前記予め定める分周比Nで分周する第3分周器と、
(f)第1〜第3分周器の出力に応答し、前記3組の各
組毎の第1および第2出力スイッチング素子をパルス幅
変調制御するパルス幅変調制御信号発生回路とを含むこ
とを特徴とする。
According to the present invention, the pulse width modulation control circuit is
(A) A phase-locked loop circuit, which is a reference signal generating source for generating a reference signal of 50 or 60 Hz, and a phase comparator for generating a voltage corresponding to a phase difference between an output of the reference signal generating source and an input signal. , The voltage of the phase comparator is applied, and the output of the voltage control type oscillation circuit that oscillates at the frequency F corresponding to the voltage and the output of the voltage control type oscillation circuit are divided by a predetermined division ratio N, and phase comparison is performed. A first frequency divider applied as the input signal of the voltage divider, and the voltage from the phase comparator oscillates in the voltage controlled oscillation circuit so that the phase of the output of the first frequency divider matches the phase of the reference signal. A phase lock loop circuit which is a value for controlling the frequency F; (b) a first delay circuit which shifts the output of the voltage controlled oscillator circuit by 120 degrees; and (c)
A second frequency divider that divides the output of the first delay circuit by the predetermined frequency division ratio N; and (d) the output of the first delay circuit, 12
A second delay circuit that shifts by 0 degrees, and (e) a third frequency divider that divides the output of the second delay circuit by the predetermined frequency division ratio N,
(F) a pulse width modulation control signal generating circuit that responds to the outputs of the first to third frequency dividers and performs pulse width modulation control on the first and second output switching elements of each of the three sets. Is characterized by.

【0032】また本発明は、第1および第2出力スイッ
チング素子は、導電形式が相互に同一のトランジスタで
あり、パルス幅変調制御信号発生回路からの制御信号
を、そのまま、および反転回路を介して、第1および第
2出力スイッチング素子の制御端子にそれぞれ与えるこ
とを特徴とする。
Further, according to the present invention, the first and second output switching elements are transistors whose conductivity types are mutually the same, and the control signal from the pulse width modulation control signal generating circuit is supplied as it is and through the inverting circuit. , And the control terminals of the first and second output switching elements, respectively.

【0033】また本発明は、第1および第2遅延回路
は、縦続接続される1つの遅延回路部分を有し、各遅延
回路部分は、直列コンデンサと、並列コンデンサとから
成る60度だけ位相を遅らせることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the first and second delay circuits have one delay circuit section connected in cascade, and each delay circuit section has a phase of 60 degrees including a series capacitor and a parallel capacitor. It is characterized by delaying.

【0034】本発明に従えば、フェイズロックループ
(略称PLL)回路を用いて、希望する交流出力周波数
50Hzまたは60Hzの自然数N(ただしNは2以上
の値)倍の交流信号を発生し、この交流信号を、第1お
よび第2遅延回路で120度ずつ順次的にずらし、こう
して第1〜第3分周器を用いて、第1および第2出力ス
イッチング素子の各組のオン/オン制御のための制御信
号を得ることができる。この交流信号は、前述の50H
zまたは60Hzよりも自然数N倍だけ高く、したがっ
て第1および第2遅延回路の直列コンデンサおよび並列
抵抗を小形化することができ、このことは特に可搬形の
小形軽量とするために、必要である。
According to the present invention, a phase lock loop (abbreviated as PLL) circuit is used to generate an AC signal of a desired AC output frequency of 50 Hz or 60 Hz multiplied by a natural number N (where N is a value of 2 or more). The AC signal is sequentially shifted by 120 degrees by the first and second delay circuits, and thus the ON / ON control of each set of the first and second output switching elements is performed by using the first to third frequency dividers. The control signal for can be obtained. This AC signal is the same as the above 50H.
higher than z or 60 Hz by a natural number N times, so that the series capacitors and parallel resistors of the first and second delay circuits can be miniaturized, which is necessary especially for being portable, compact and lightweight. .

【0035】本発明の実施の他の形態では、第1および
第2出力スイッチング素子の導電形式を同一のトランジ
スタで実現し、たとえばPNPパイポーラトランジスタ
だけで、またはNPN形パイポーラトランジスタだけで
実現し、あるいはまたP形MOSだけで実現し、または
N形MOSだけで実現するようにし、このとき第1およ
び第2出力スイッチング素子のいずれか一方の制御端子
には、制御信号をそのまま与え、他方の制御端子には制
御信号を反転回路によって反転して与え、こうして第1
および第2出力スイッチング素子を交互にオン/オフ動
作させ、同時にオン動作することを防ぐ。実施の他の形
態では、第1および第2出力スイッチング素子は、導電
形式が相互に逆のトランジスタであり、たとえばPNP
形およびNPN形のバイポーラトランジスタであっても
よく、あるいはまたPチャネル形およびNチャネル形の
金属酸化膜電界効果トランジスタ(略称MOS FE
T)などであってもよい。このような導電形式が相互に
逆のトランジスタのベースまたはゲートなどの制御端子
には、パルス幅変調制御信号発生回路からの制御信号を
そのまま与え、これによって第1および第2出力スイッ
チング素子は、交互にオン/オフを繰返し、同時にオン
状態が達成されて短絡する恐れはない。
In another embodiment of the present invention, the conductivity types of the first and second output switching elements are realized by the same transistor, for example, only PNP bipolar transistors or only NPN bipolar transistors. Alternatively, it may be realized by only the P-type MOS or only by the N-type MOS. At this time, the control signal is given as it is to one of the control terminals of the first and second output switching elements and the other is The control signal is inverted and given to the control terminal by the inverting circuit, thus
The second output switching element and the second output switching element are alternately turned on / off to prevent them from being turned on at the same time. In another embodiment, the first and second output switching elements are transistors whose conductivity types are opposite to each other, such as a PNP.
Type and NPN type bipolar transistors, or P channel type and N channel type metal oxide field effect transistors (abbreviated to MOS FE).
T) or the like. The control signal from the pulse width modulation control signal generating circuit is directly applied to the control terminals such as the bases and gates of the transistors whose conductivity types are opposite to each other, whereby the first and second output switching elements are alternately arranged. There is no risk of short-circuiting because the on-state is achieved at the same time by repeatedly turning on and off.

【0036】また本発明は、基準信号発生源は、商用交
流電源系統であることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the reference signal generating source is a commercial AC power supply system.

【0037】本発明に従えば、基準信号発生源からの基
準信号は、商用交流電源系統の出力であり、これによっ
て商用交流電源に同期した交流電力を熱発電によって得
ることができるようになる。
According to the present invention, the reference signal from the reference signal generation source is the output of the commercial AC power supply system, and thereby the AC power synchronized with the commercial AC power supply can be obtained by thermal power generation.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
熱発電装置1の全体の構成を簡略化して示すブロック図
である。この熱発電装置1には基本的に、半導体変換器
2と、この半導体変換器2によって得られた熱起電力が
与えられるスイッチング電源回路3とを含む。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing a simplified overall structure of a thermoelectric generator 1 according to an embodiment of the present invention. The thermoelectric generator 1 basically includes a semiconductor converter 2 and a switching power supply circuit 3 to which the thermoelectromotive force obtained by the semiconductor converter 2 is applied.

【0039】図2は、半導体変換器2の熱起電力を簡略
化して示す図である。半導体変換器2の正極性の出力端
子4と負極性の出力端子5との間からは、直流の熱起電
力が得られる。たとえばこれらの出力端子4,5間に一
例として8Ωの負荷6を接続したとき、電圧計7によっ
て、たとえば5Vが得られ、電流計8によって、たとえ
ば0.625Aが計測され、したがって出力電力P0
3W(=5×0.625)が得られることになる。本発
明の熱発電装置1では、この半導体変換器2の出力端子
4,5から得られる熱起電力を、スイッチング電源回路
3に与え、このスイッチング電源回路3のたとえば20
〜300kHzのパルス幅変調動作によって、1.2〜
17.9kWの出力電力P0を得ることができるように
なる。
FIG. 2 is a diagram showing the thermoelectromotive force of the semiconductor converter 2 in a simplified manner. DC thermoelectromotive force is obtained from between the positive output terminal 4 and the negative output terminal 5 of the semiconductor converter 2. For example, when a load 6 of 8Ω is connected between these output terminals 4 and 5, for example, 5V is obtained by the voltmeter 7, and 0.625A is measured by the ammeter 8, and thus the output power P 0 is obtained. =
3 W (= 5 × 0.625) will be obtained. In the thermoelectric generator 1 of the present invention, the thermoelectromotive force obtained from the output terminals 4 and 5 of the semiconductor converter 2 is applied to the switching power supply circuit 3, and the switching power supply circuit 3 receives, for example, 20 times.
~ 1.2 ~ by pulse width modulation operation of 300 kHz
It becomes possible to obtain the output power P 0 of 17.9 kW.

【0040】図3は半導体変換器2の簡略化した正面図
であり、図4は半導体変換器の一部を周方向に展開して
簡略化して示す図である。半導体変換器2は、複数組の
サブモジュール11を直列に接続したモジュール12に
よって実現される。以下の説明では、参照符の数字に個
別的には添え字a,b,cを付して示し、総括的には数
字だけで示すことがある。サブモジュール11は、加熱
部材13と、冷却部材14と、これらの加熱および冷却
の各部材13,14の間に介在されて配置されるp形半
導体素子15と、加熱部材13にp形半導体素子15と
は反対側(図4の下方)で配置されるn形半導体素子1
6とを有して構成される。
FIG. 3 is a simplified front view of the semiconductor converter 2, and FIG. 4 is a diagram showing a part of the semiconductor converter in the circumferential direction in a simplified manner. The semiconductor converter 2 is realized by a module 12 in which a plurality of sets of submodules 11 are connected in series. In the following description, the reference numerals are shown individually with the subscripts a, b, and c, and may be generally shown only with the numerals. The sub-module 11 includes a heating member 13, a cooling member 14, a p-type semiconductor element 15 interposed between the heating and cooling members 13 and 14, and a p-type semiconductor element in the heating member 13. N-type semiconductor element 1 arranged on the side opposite to 15 (lower side in FIG. 4)
6 and.

【0041】隣接して配置されるサブモジュール11
a,11cのうち、一方のサブモジュール11aのn形
半導体素子16aに、他方のサブモジュール11cの冷
却部材14cが配置される。また同様にサブモジュール
11bのn形半導体素子16bには、サブモジュール1
1aの冷却部材14aが配置される。こうしてサブモジ
ュール11が直列に接続される。
Submodules 11 arranged adjacent to each other
Of the a and 11c, the cooling member 14c of the other sub-module 11c is arranged on the n-type semiconductor element 16a of the one sub-module 11a. Similarly, in the n-type semiconductor element 16b of the sub-module 11b, the sub-module 1
The cooling member 14a of 1a is arranged. In this way, the submodules 11 are connected in series.

【0042】図5はサブモジュール11aの原理的構成
を示す図であり、図6は図5に示されるサブモジュール
11のエネルギ帯を示す図である。加熱部材13aは、
冷却部材14a,14cよりも高い温度を有し、このよ
うな温度差が存在すると、各半導体素子15a,16a
の中に高温の部分と低温の部分ができる。これらの半導
体素子15a,16aでは、図6の黒丸で示される自由
電子の密度は、温度によって変化し、高温の部分では高
く、低温の部分では低い。したがって自由電子の密度に
差が生ずるので、高温部分から低温部分に向かって電子
の拡散が生ずる。したがって低温部分では、マイナスの
電荷が過剰となり、高温部分では図6の白丸で示される
ドナーのプラス電荷が取り残されるので、熱接点がプラ
スとなるような電位差が生じ、この電界が、拡散して行
こうとする電子を妨げる。これら2つの作用が等しくな
るところで、平衡状態に達する。高温部分では、フェル
ミ準位がエネルギ間隙の中央に近づいて来ることにな
り、これによって熱起電力が得られる。p形半導体素子
15aの熱起電力はVpで示され、n形半導体素子16
aの熱起電力はVnで示される。p形半導体素子15a
では、電子の代りに正孔の密度に差が生じ、n形半導体
素子16aとは高温部分と低温部分との間の熱起電力の
向きが逆となって、熱発電が行われる。
FIG. 5 is a diagram showing the principle configuration of the sub-module 11a, and FIG. 6 is a diagram showing the energy band of the sub-module 11 shown in FIG. The heating member 13a is
It has a temperature higher than that of the cooling members 14a and 14c, and if such a temperature difference exists, the semiconductor elements 15a and 16a are not heated.
There are hot and cold parts inside. In these semiconductor elements 15a and 16a, the density of free electrons indicated by black circles in FIG. 6 changes depending on the temperature and is high in the high temperature portion and low in the low temperature portion. Therefore, a difference occurs in the density of free electrons, so that electrons diffuse from the high temperature portion to the low temperature portion. Therefore, in the low temperature portion, the negative charge becomes excessive, and in the high temperature portion, the positive charge of the donor shown by the white circle in FIG. 6 is left, so that a potential difference that makes the thermal contact positive is generated, and this electric field diffuses. Block the electrons trying to go. Equilibrium is reached where these two effects are equal. In the high temperature part, the Fermi level comes close to the center of the energy gap, and thereby a thermoelectromotive force is obtained. The thermoelectromotive force of the p-type semiconductor element 15a is represented by Vp, and the n-type semiconductor element 16
The thermoelectromotive force of a is indicated by Vn. p-type semiconductor element 15a
Then, a difference occurs in the density of holes instead of electrons, and the direction of the thermoelectromotive force between the high temperature portion and the low temperature portion is opposite to that of the n-type semiconductor element 16a, and thermoelectric power generation is performed.

【0043】これらの半導体素子15a,16aは、た
とえば単結晶であって、その半導体材料としては、たと
えばBi2Ti3を基本成分とする合金であってもよく、
PbTeであってもよく、またZnSbであってもよ
く、そのほかの半導体材料が用いられてもよい。加熱部
材13aおよび冷却部材14a,14cは、熱伝導が良
好な金属製であり、たとえばCuまたはAlなどであっ
てもよいが、そのほかの金属であってもよい。
These semiconductor elements 15a and 16a are, for example, single crystals, and the semiconductor material thereof may be, for example, an alloy containing Bi 2 Ti 3 as a basic component.
It may be PbTe, ZnSb, or another semiconductor material. The heating member 13a and the cooling members 14a and 14c are made of metal having good heat conduction, and may be Cu or Al, for example, but may be other metals.

【0044】図7は半導体変換器2の熱起電力を説明す
るための簡略化した図であり、図8は図7に示される電
気的構成をさらに簡略化して示す図である。各サブモジ
ュール11の熱起電力が発生されることによって、参照
符17で示される電流が流れる。
FIG. 7 is a simplified diagram for explaining the thermoelectromotive force of the semiconductor converter 2, and FIG. 8 is a diagram further simplified of the electrical configuration shown in FIG. By generating thermoelectromotive force of each sub-module 11, a current indicated by reference numeral 17 flows.

【0045】図9は、半導体変換器2に電圧計7を接続
した状態を示す。半導体変換器2から得られる熱起電力
は、電圧計7によって測定される。
FIG. 9 shows a state in which the voltmeter 7 is connected to the semiconductor converter 2. The thermoelectromotive force obtained from the semiconductor converter 2 is measured by the voltmeter 7.

【0046】図10は、半導体変換器2の簡略化した電
気回路図である。半導体変換器2の熱起電力によって流
れる電流は、電流計8によって測定することができる。
FIG. 10 is a simplified electric circuit diagram of the semiconductor converter 2. The current flowing by the thermoelectromotive force of the semiconductor converter 2 can be measured by the ammeter 8.

【0047】再び図3を参照して、半導体変換器2は、
その全体の形状がリング状であり、内通路21が形成さ
れる。この半導体変換器2の半径方向外方を囲む筒体2
2が同心に形成される。半導体変換器2の外周面と筒体
22の内周面との間には、外通路23が形成される。
Referring again to FIG. 3, the semiconductor converter 2 has
The entire shape is ring-shaped, and the inner passage 21 is formed. A cylindrical body 2 that surrounds the semiconductor converter 2 radially outward.
2 are formed concentrically. An outer passage 23 is formed between the outer peripheral surface of the semiconductor converter 2 and the inner peripheral surface of the cylindrical body 22.

【0048】加熱部材13aは、内通路21に突出した
部分25aを有し、その加熱部材13aの半径方向外方
の基端部分26aは、半導体素子15a,16aの半径
方向(図4の左右方向)全長にわたって延びる。加熱部
材13aの内通路21に突出した部分25aは、傾斜面
27を有し、したがってその突出部分25aの厚み(す
なわち図4の上下方向の厚み、図3の周方向の厚み)
は、半径方向内方(図4の右方)になるにつれて薄く形
成される。加熱部材13aの突出部分25aが傾斜面2
7を有し、半径方向内方になるにつれて薄く形成されて
いるので、内通路21における流路抵抗を減少し、内通
路21における排ガスの流れを円滑にし、その速度を向
上し、これによって熱伝達を向上することができる。
The heating member 13a has a portion 25a protruding into the inner passage 21, and a base end portion 26a of the heating member 13a which is radially outward of the heating member 13a has a radial direction (left and right direction in FIG. 4) of the semiconductor elements 15a and 16a. ) It extends over the entire length. The portion 25a of the heating member 13a that projects into the inner passage 21 has an inclined surface 27, and therefore the thickness of the projecting portion 25a (that is, the thickness in the vertical direction in FIG. 4, the thickness in the circumferential direction in FIG. 3).
Are formed to be thinner radially inward (to the right in FIG. 4). The protruding portion 25a of the heating member 13a has an inclined surface 2
7 and is formed thinner toward the inner side in the radial direction, the flow passage resistance in the inner passage 21 is reduced, the flow of the exhaust gas in the inner passage 21 is made smooth, and the speed thereof is improved, whereby heat Communication can be improved.

【0049】冷却部材14aは、外通路23に突出した
突出部分28aを有する。この冷却部材14aの突出部
分28aから半径方向内方(図4の右方)に延びる基端
部分29は、半導体素子15a,16bの半径方向全長
にわたって延びる。半導体素子15,16の外形は、同
一形状を有する。
The cooling member 14a has a protruding portion 28a protruding into the outer passage 23. A base end portion 29 extending inward in the radial direction (rightward in FIG. 4) from the protruding portion 28a of the cooling member 14a extends over the entire radial length of the semiconductor elements 15a and 16b. The outer shapes of the semiconductor elements 15 and 16 have the same shape.

【0050】加熱源31からの高温度の排ガスは、管路
32から内通路21の軸線方向一端部に供給され、内通
路21の他端部から、一方向33に流れて排出される。
加熱源31は、都市ガスなどのガス燃料または液体燃料
などの燃料供給源34からの燃料が、バーナ35に与え
られて、その燃料が燃焼され、燃焼ガスが前述のように
管路32に供給される。バーナ35に代えて、高温度の
スチーム、または内燃機関の高温度の排ガスが用いられ
てもよく、さらにそれらのスチーム、排ガスなどの高温
度流体が輸送される伝熱管が加熱源として用いられても
よい。冷却源36は、ファンによって実現され、管路3
7から外通路23に他方向38に流れるように供給され
る。こうして内通路21内の排ガスである加熱流体と外
通路23の冷却流体である常温空気との流れる方向3
3,38は相互に逆であり、向流で熱の移動が行われ
る。これによって熱効率の向上を図ることができる。
The high-temperature exhaust gas from the heating source 31 is supplied from the pipe 32 to one end of the inner passage 21 in the axial direction, and is discharged from the other end of the inner passage 21 in one direction 33.
The heating source 31 supplies the burner 35 with fuel from a fuel supply source 34 such as gas fuel such as city gas or liquid fuel, burns the fuel, and supplies the combustion gas to the conduit 32 as described above. To be done. Instead of the burner 35, high-temperature steam or high-temperature exhaust gas of an internal combustion engine may be used, and a heat transfer tube through which high-temperature fluid such as steam or exhaust gas is transported is used as a heating source. Good. The cooling source 36 is realized by a fan, and the pipe 3
7 is supplied to the outer passage 23 so as to flow in the other direction 38. Thus, the flowing direction 3 of the heating fluid which is the exhaust gas in the inner passage 21 and the room temperature air which is the cooling fluid in the outer passage 23
The numbers 3 and 38 are opposite to each other, and heat is transferred in a counterflow. This can improve the thermal efficiency.

【0051】再び図1を参照して、スイッチング電源回
路3は、トランス41を含む。このトランス41は、セ
ンタタップ形1次巻線42と、センタタップ形2次巻線
43とが、コア44に巻回されて構成される。1次巻線
42のセンタタップ45は、半導体変換器2の正極性の
出力端子4に接続される。1次巻線42の両端子46,
47は、半導体変換器2の負極性の出力端子5に共通に
接続される。1次巻線42は、センタタップ45の両側
にたとえば1ターンであってもよい。2次巻線43は、
そのセンタタップ49の両側に、1次巻線42のセンタ
タップ45の一方の巻線よりも多い巻数を有し、たとえ
ば28ターンであってもよい。
Referring again to FIG. 1, the switching power supply circuit 3 includes a transformer 41. The transformer 41 is composed of a center tap type primary winding 42 and a center tap type secondary winding 43 wound around a core 44. The center tap 45 of the primary winding 42 is connected to the positive output terminal 4 of the semiconductor converter 2. Both terminals 46 of the primary winding 42,
47 is commonly connected to the negative output terminal 5 of the semiconductor converter 2. The primary winding 42 may have, for example, one turn on both sides of the center tap 45. The secondary winding 43 is
The number of turns on each side of the center tap 49 is larger than that of one of the center taps 45 of the primary winding 42, and may be 28 turns, for example.

【0052】1次巻線42の一方の端子46と半導体変
換器2の負極性の出力端子5との間には、第1入力スイ
ッチング素子51が介在される。1次巻線42の他方の
端子47と半導体変換器2の負極性の出力端子5との間
には、第2入力スイッチング素子52が介在される。こ
れらの第1および第2入力スイッチング素子51,52
はいずれも、たとえばPNP形パイポーラトランジスタ
によって実現されてもよく、またはNPN形パイポーラ
トランジスタによって実現されてもよく、あるいはまた
Pチャネル形金属酸化膜電界効果トランジスタ(略称M
OS FET)によって実現されてもよく、またはNチ
ャネル形MOS FETによって実現されてもよく、こ
れらの第1および第2入力スイッチング素子51,52
は、同一の導電形式である。
A first input switching element 51 is interposed between one terminal 46 of the primary winding 42 and the negative output terminal 5 of the semiconductor converter 2. The second input switching element 52 is interposed between the other terminal 47 of the primary winding 42 and the negative output terminal 5 of the semiconductor converter 2. These first and second input switching elements 51, 52
Both may be realized, for example, by PNP-type bipolar transistors, or by NPN-type bipolar transistors, or also P-channel metal oxide field effect transistors (abbreviated as M).
OS FET) or an N-channel MOS FET, and these first and second input switching elements 51, 52 are provided.
Have the same conductivity type.

【0053】図11は、第1および第2入力スイッチン
グ素子51,52の動作を説明するための波形図であ
る。プッシュプル制御回路53はライン54に図11
(1)に示される波形を有する制御信号を導出して第1
入力スイッチング素子51のベースまたはゲートなどの
制御端子に与える。このプッシュプル制御回路53から
ライン54に導出される制御信号はまた、反転回路55
によって反転され、図11(2)に示される波形を有す
る信号は、第2入力スイッチング素子52のベースまた
はゲートなどの制御端子に与えられる。こうして一対の
第1および第2入力スイッチング素子51,52は、た
とえば20〜300kHzで、コア44が飽和しないよ
うに、交互にオン/オフ制御されてプッシュプル動作を
行う。
FIG. 11 is a waveform diagram for explaining the operation of the first and second input switching elements 51 and 52. Push-pull control circuit 53 is shown on line 54 in FIG.
First, the control signal having the waveform shown in (1) is derived.
It is applied to a control terminal such as a base or a gate of the input switching element 51. The control signal derived from the push-pull control circuit 53 on the line 54 is also inverted by the inverting circuit 55.
The signal having the waveform shown in FIG. 11B is inverted and applied to the control terminal such as the base or gate of the second input switching element 52. In this way, the pair of first and second input switching elements 51, 52 are alternately on / off controlled to perform push-pull operation at 20 to 300 kHz so that the core 44 is not saturated.

【0054】トランス41の2次巻線43には、全波整
流回路57が接続される。この全波整流回路57は、全
波整流ブリッジ58と、一対のコンデンサ59,60
と、チョーク61とを含む。全波整流ブリッジ58の入
力端子62,63には、2次巻線43の両端子44,4
5がそれぞれ接続される。全波整流ブリッジ58の出力
端子56,57には、一対の直列接続されたコンデンサ
59,60がライン68,69間で接続される。コンデ
ンサ59,60の相互の接続点71は、2次巻線43の
センタタップ49に接続されて接地される。こうして全
波整流ブリッジ58から導出される全波整流波形77
は、コンデンサ59,60によって平滑される。全波整
流回路57のライン68,69に接続される出力端子7
2,73間には、3相交流出力を導出するための3組の
出力スイッチング回路74,75,76が接続される。
A full-wave rectifier circuit 57 is connected to the secondary winding 43 of the transformer 41. The full-wave rectification circuit 57 includes a full-wave rectification bridge 58 and a pair of capacitors 59 and 60.
And a choke 61. The input terminals 62 and 63 of the full-wave rectification bridge 58 have both terminals 44 and 4 of the secondary winding 43.
5 are connected respectively. To the output terminals 56 and 57 of the full-wave rectification bridge 58, a pair of capacitors 59 and 60 connected in series are connected between the lines 68 and 69. A connection point 71 between the capacitors 59 and 60 is connected to the center tap 49 of the secondary winding 43 and is grounded. In this way, the full-wave rectification waveform 77 derived from the full-wave rectification bridge 58
Are smoothed by the capacitors 59 and 60. Output terminal 7 connected to lines 68 and 69 of full-wave rectifier circuit 57
Three sets of output switching circuits 74, 75, 76 for deriving a three-phase AC output are connected between No. 2 and No. 73.

【0055】図12は、出力スイッチング回路74,7
5,76の具体的な電気的な構成を示す図である。全波
整流回路57の出力端子72,73には直列にチョーク
78,79を介してライン81,82が接続される。こ
れらのライン81,82には、3相交流出力の各相に対
応した合計3組の各出力スイッチング回路74,75,
76が接続される。各出力スイッチング回路74,7
5,76は、一対の直列接続された第1および第2出力
スイッチング素子83,84;85,86;87,88
をそれぞれ有し、各組74,75,76の接続点91〜
93から、各相の電力が取出される。これらの第1およ
び第2出力スイッチング素子83〜88は、前述の第1
および第2入力スイッチング素子51,52と同様な構
成を有する。
FIG. 12 shows output switching circuits 74 and 7.
It is a figure which shows the concrete electrical structure of 5,76. Lines 81 and 82 are connected to the output terminals 72 and 73 of the full-wave rectifier circuit 57 in series via chokes 78 and 79. These lines 81 and 82 have a total of three sets of respective output switching circuits 74 and 75 corresponding to the respective phases of the three-phase AC output.
76 is connected. Output switching circuits 74, 7
5, 76 are a pair of first and second output switching elements 83, 84; 85, 86; 87, 88 connected in series.
Respectively, and connecting points 91 to 91 of each set 74, 75, 76.
Electric power of each phase is extracted from 93. These first and second output switching elements 83 to 88 have the above-mentioned first
The second input switching elements 51 and 52 have the same configuration.

【0056】パルス幅変調制御回路94は、これらの第
1および第2出力スイッチング素子83〜88に制御信
号を与える。これによって接続点91〜93から導出さ
れる交流電力は、3相正弦波となる。
The pulse width modulation control circuit 94 gives a control signal to these first and second output switching elements 83 to 88. As a result, the AC power derived from the connection points 91 to 93 becomes a three-phase sine wave.

【0057】図13はパルス幅変調制御回路94の一部
の構成を示す電気回路図である。フェイズロックループ
回路96は、基準信号発生源97からの希望する予め定
める周波数f1、たとえば50または60Hzの基準信
号を発生する。基準信号発生源97は、1つの発振回路
によって実現されてもよいが、本発明の実施の他の形態
では、商用交流電源系統であってもよく、その商用交流
電源の電圧波形が、位相比較器98の入力端子99に与
えられるように構成してもよい。この基準信号は、位相
比較器98の入力端子99に与えられる。もう1つの入
力端子100には、入力信号が与えられる。位相比較器
98は、入力端子99,100にそれぞれ与えられる基
準信号と入力信号との位相差に対応する電圧を発生す
る。位相比較器98の出力は、ローパスフィルタ101
を経て、電圧制御形発振回路(略称VCO)102に与
えられる。この電圧制御形発振回路102は、ローパス
フィルタ101を介して位相比較器98から与えられる
電圧に対応する周波数Fで発振する。周波数Fは、基準
信号の周波数f1(たとえば前述の50または60H
z)の自然数N倍(F=N・f1)である。Nは、2以
上の整数である。第1分周器103は、発振回路102
の出力を、予め定める分周比Nで分周し、位相比較器9
8の前述の入力端子100に前記入力信号として与え
る。位相比較器98からの電圧は、第1分周器103の
出力の位相が、基準信号の位相に一致するように、発振
回路102の発振周波数Fを制御する値である。こうし
てフェイズロックループ回路96が構成される。第1分
周器103の出力はライン104から第1相のための制
御信号として導出される。
FIG. 13 is an electric circuit diagram showing a partial configuration of the pulse width modulation control circuit 94. The phase lock loop circuit 96 generates a reference signal of a desired predetermined frequency f1 from the reference signal generation source 97, for example, 50 or 60 Hz. The reference signal generation source 97 may be realized by one oscillator circuit, but in another embodiment of the present invention, it may be a commercial AC power supply system, and the voltage waveform of the commercial AC power supply is phase-compared. It may be configured to be applied to the input terminal 99 of the container 98. This reference signal is given to the input terminal 99 of the phase comparator 98. An input signal is applied to the other input terminal 100. The phase comparator 98 generates a voltage corresponding to the phase difference between the reference signal applied to the input terminals 99 and 100 and the input signal. The output of the phase comparator 98 is the low-pass filter 101.
And is supplied to a voltage control type oscillation circuit (abbreviation VCO) 102. The voltage controlled oscillator circuit 102 oscillates at a frequency F corresponding to the voltage given from the phase comparator 98 via the low pass filter 101. The frequency F is the frequency f1 of the reference signal (for example, 50 or 60H described above).
z) is a natural number N times (F = N · f1). N is an integer of 2 or more. The first frequency divider 103 includes an oscillator circuit 102.
Of the phase comparator 9 is divided by a predetermined division ratio N.
8 as the input signal. The voltage from the phase comparator 98 is a value that controls the oscillation frequency F of the oscillation circuit 102 so that the phase of the output of the first frequency divider 103 matches the phase of the reference signal. Thus, the phase lock loop circuit 96 is constructed. The output of the first frequency divider 103 is derived from the line 104 as a control signal for the first phase.

【0058】電圧制御形発振回路102の出力は、第1
遅延回路105bに与えられて発振回路102の出力が
120度ずらされて遅延される。この第1遅延回路10
5bの出力は、バッファ107bを経て第2分周器10
3bに与えられ、前記予め定める分周比Nで分周され
る。こうしてライン104bから第2相のための制御信
号が導出される。バッファ107bの出力は、もう1つ
の第2遅延回路105cに与えられ、120度ずれて遅
延される。第2遅延回路105cの出力は、バッファ1
07cから第3分周器103cに与えられ、前記予め定
める分周比Nで分周される。こうしてライン104cか
らは、第3相のための制御信号が導出される。第1遅延
回路105bは、2つの縦続接続される遅延回路部分1
05b1,105b2を有する。これらの遅延回路部分
105b1,105b2は、60度だけ位相を遅らせる
働きをする。遅延回路部分105b1は、直列コンデン
サ111と、並列抵抗112とを有し、それらの時定数
によって、遅延される60度の位相が設定される。もう
1つの遅延回路部分105b2は、前述の遅延回路部分
105b1と同様な構成を有する。
The output of the voltage controlled oscillator circuit 102 is the first
The output of the oscillating circuit 102 is given to the delay circuit 105b and is shifted by 120 degrees and delayed. This first delay circuit 10
The output of 5b is passed through the buffer 107b to the second frequency divider 10
3b and is divided by the predetermined dividing ratio N. The control signal for the second phase is thus derived from line 104b. The output of the buffer 107b is given to another second delay circuit 105c and delayed by 120 degrees. The output of the second delay circuit 105c is the buffer 1
07c is applied to the third frequency divider 103c and frequency-divided by the predetermined frequency division ratio N. In this way, the control signal for the third phase is derived from the line 104c. The first delay circuit 105b includes two delay circuit parts 1 connected in cascade.
It has 05b1 and 105b2. These delay circuit portions 105b1 and 105b2 function to delay the phase by 60 degrees. The delay circuit portion 105b1 has a series capacitor 111 and a parallel resistor 112, and a delayed phase of 60 degrees is set by their time constants. The other delay circuit portion 105b2 has the same configuration as the delay circuit portion 105b1 described above.

【0059】第2遅延回路105cは、前述の第1遅延
回路105bと同様な構成を有する。第1および第2遅
延回路105b,105cは、発振回路102からの比
較的高い周波数Fを遅延するので、それらを構成する直
列コンデンサ111および並列抵抗112の時定数は小
さくてよく、したがって小形化が図られる。
The second delay circuit 105c has the same structure as the above-mentioned first delay circuit 105b. Since the first and second delay circuits 105b and 105c delay the relatively high frequency F from the oscillator circuit 102, the time constants of the series capacitor 111 and the parallel resistor 112 that configure them may be small, and therefore miniaturization is possible. Planned.

【0060】図14は、パルス幅変調制御信号発生回路
114を示すブロック図である。前述の図13に示され
る第1〜第3分周器103a〜103cからライン10
4a〜104cに導出される出力信号は、各相毎のパル
ス幅変調制御信号発生回路114a,114b,114
cにそれぞれ与えられ、各制御信号は、第1出力スイッ
チング素子83,85,87の制御端子にそれぞれ与え
られるとともに、反転回路116a,116b,116
cをそれぞれ介して第2出力スイッチング素子84,8
6,88の制御端子にそれぞれ与えられる。
FIG. 14 is a block diagram showing the pulse width modulation control signal generation circuit 114. From the first to third frequency dividers 103a to 103c shown in FIG.
The output signals derived to 4a to 104c are pulse width modulation control signal generation circuits 114a, 114b, 114 for each phase.
c, the control signals are supplied to the control terminals of the first output switching elements 83, 85, 87, respectively, and the inverting circuits 116a, 116b, 116 are also provided.
The second output switching elements 84, 8 via the respective c
6, 88 control terminals.

【0061】図15は、パルス幅変調制御信号発生回路
114の動作を説明するための波形図である。これらの
各パルス幅変調制御信号発生回路114a,114b,
114cは、図15(1)、図15(2)および図15
(3)に示されるように3相の各相毎の正弦波を得るた
めのパルス幅変調動作を行う。こうして図12に示され
る出力スイッチング回路74,75,76の接続点9
1,92,93からは、図15(4)、図15(5)お
よび図15(6)に示される正弦波が、ライン117,
118,119をそれぞれ介して出力される。単相正弦
波は、ライン117と接地49,71との間で得られ
る。
FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the operation of pulse width modulation control signal generating circuit 114. Each of these pulse width modulation control signal generation circuits 114a, 114b,
114c corresponds to FIG. 15 (1), FIG. 15 (2) and FIG.
As shown in (3), a pulse width modulation operation for obtaining a sine wave for each of the three phases is performed. Thus, the connection point 9 of the output switching circuits 74, 75 and 76 shown in FIG.
1, 92 and 93, the sine waves shown in FIG. 15 (4), FIG. 15 (5) and FIG.
It is output via 118 and 119, respectively. A single phase sine wave is obtained between line 117 and ground 49,71.

【0062】図16は、本発明の実施のさらに他の形態
の一部の電気回路図である。この実施の形態は、前述の
実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を
付す。特にこの実施の形態では、ライン117,11
8,119から導出される3相交流電力は、星形接続さ
れたトランス121〜123の1次巻線に与えられる。
各トランス121〜123のセンタタップ形2次巻線か
らは、センタタップとの間でたとえば120Vの交流電
力が得られ、あるいはまた両端子間で240Vの交流電
力が得られる。こうして各トランス121〜123から
は、単相交流電力を得ることができる。
FIG. 16 is a partial electric circuit diagram of still another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the above-mentioned embodiment, and the corresponding portions bear the same reference numerals. Particularly in this embodiment, the lines 117, 11
The three-phase AC power derived from 8, 119 is supplied to the primary windings of the star-connected transformers 121 to 123.
From the center tap type secondary winding of each of the transformers 121 to 123, for example, 120V AC power is obtained with the center tap, or 240V AC power is obtained between both terminals. Thus, single-phase AC power can be obtained from each of the transformers 121 to 123.

【0063】図17は本発明の実施の他の形態の熱発電
装置の全体の構成を簡略化して示す断面図であり、図1
8は図17の熱発電装置に用いられる熱発電装置用モジ
ュール12の一部の分解斜視図である。これらの図面を
参照して、モジュール12は、ハウジング151の上部
に取付けられ、単一または複数(この実施の形態では2
重)のカバー152によってモジュール12の上方が覆
われ、排気孔153からは、バーナ35からの排ガスが
外部に排出される。モジュール12の突出部分25によ
って囲まれる空間には、蓋154が配置され、バーナ3
5の炎141による高温度排ガスが、突出部分25に確
実に接触して流れることが可能になる。バーナ35の炎
141のための燃焼用空気は、ハウジング151の燃焼
用空気供給孔155から、モジュール12の突出部分2
8に接触して矢符156のように水平方向から鉛直方向
に屈曲して流れ、この燃焼用空気によって突出部分28
が冷却されることになる。ハウジング151内の不所望
な空気は、ハウジング151の底に設けられたファン1
57から外部に排出される。このファン157の付近に
は、モジュール12から得られる直流電力を交流電力に
変換する、たとえばスイッチング電源回路などの直流/
交流変換装置158が設けられる。こうして図17に示
される熱発電装置150が実現される。このような熱発
電装置150は、小形であり、構成が簡単であり、その
運転のための動力などのエネルギが不要であるという優
れた効果が達成される。
FIG. 17 is a sectional view showing a simplified overall structure of a thermoelectric generator according to another embodiment of the present invention.
8 is an exploded perspective view of a part of the thermoelectric generator module 12 used in the thermoelectric generator of FIG. With reference to these figures, the module 12 is mounted on top of the housing 151 and is either single or multiple (two in this embodiment).
The upper part of the module 12 is covered with a heavy cover 152, and the exhaust gas from the burner 35 is discharged to the outside from the exhaust hole 153. A lid 154 is disposed in the space surrounded by the projecting portion 25 of the module 12, and the burner 3
It becomes possible for the high temperature exhaust gas due to the flame 141 of No. 5 to surely contact the protruding portion 25 and flow. The combustion air for the flame 141 of the burner 35 is supplied from the combustion air supply hole 155 of the housing 151 to the protruding portion 2 of the module 12.
8 in contact with No. 8 and bent from the horizontal direction to the vertical direction as shown by arrow 156, and flows by the combustion air.
Will be cooled. The undesired air in the housing 151 is generated by the fan 1 installed at the bottom of the housing 151.
It is discharged from 57 to the outside. In the vicinity of the fan 157, DC power obtained from the module 12 is converted into AC power, for example, a DC / DC converter such as a switching power supply circuit.
An AC converter 158 is provided. Thus, the thermoelectric generator 150 shown in FIG. 17 is realized. Such a thermoelectric generator 150 is small in size, has a simple configuration, and does not require energy such as motive power for its operation, thereby achieving excellent effects.

【0064】モジュール12は、全体の形状が、鉛直軸
線を有するリング137に形成され、複数組のサブモジ
ュール11が周方向に直列に接続され、る。各サブモジ
ュール11は、前記リングの半径方向内方に突出する第
1突出部分25を有し、熱伝導が良好な金属製第1熱伝
導部材13と、前記リングの軸線方向に延びて突出する
第2突出部分28を有し、熱伝導が良好な金属製第2熱
伝導部材14と、第1および第2熱伝導部材13,14
の各基端部26,29間に介在されて配置され、p形ま
たはn形の一方導電形式の第1半導体素子15と、第1
および第2熱伝導部材13,14のいずれか一方の基端
部26,29に、第1半導体素子15とは反対側で配置
され、p形またはn形の他方導電形式の第2半導体素子
16とを含む。
The entire shape of the module 12 is formed in a ring 137 having a vertical axis, and a plurality of sets of sub-modules 11 are connected in series in the circumferential direction. Each sub-module 11 has a first projecting portion 25 projecting radially inward of the ring, a first metal heat conducting member 13 having good heat conduction, and a projecting portion extending in the axial direction of the ring. The metal second heat conducting member 14 having the second protruding portion 28 and having good heat conduction, and the first and second heat conducting members 13 and 14 are provided.
And a first semiconductor element 15 of one conductivity type of p-type or n-type, which is disposed between the base end portions 26 and 29 of the
Also, the second semiconductor element 16 of the other conductivity type of p-type or n-type is disposed on the base end portion 26, 29 of either one of the second heat-conducting members 13 and 14 on the side opposite to the first semiconductor element 15. Including and

【0065】複数のサブモジュールを直列接続して構成
された熱発電装置用モジュール12を用いることによっ
て小形化され、しかも構成が簡単な熱発電装置を容易に
実現することができる。熱発電装置は、前述の熱発電装
置用モジュール12と、前記リングの半径方向内方で第
1熱伝導部材13の突出部分25が突出する内通路21
の下方に配置され、内通路21に排ガスを供給するバー
ナ35とを含み、バーナ35の燃焼用空気が、第2熱伝
導部材14の相互間を通過して、バーナ35の炎141
に、供給される。
By using the thermoelectric generator module 12 constituted by connecting a plurality of submodules in series, it is possible to easily realize a thermoelectric generator that is miniaturized and has a simple structure. The thermoelectric generator includes the thermoelectric generator module 12 and the inner passage 21 through which the protruding portion 25 of the first heat conducting member 13 protrudes radially inward of the ring.
And a burner 35 that supplies exhaust gas to the inner passage 21, and the combustion air of the burner 35 passes between the second heat transfer members 14 to cause the flame 141 of the burner 35.
To be supplied.

【0066】図19は、本発明の実施の他の形態の熱発
電装置160の断面図であり、図20は図19に示され
る熱発電装置用モジュール212の一部の分解斜視図で
ある。モジュール212の下方にはバーナ35が配置さ
れ、その炎141の燃焼による排ガスは、モジュール2
12によって形成される内通路221を流れる。このバ
ーナ35の炎141に供給される燃焼用空気は、モジュ
ール212と、そのモジュール212と同軸の直円筒状
案内部材161との間に形成された外通路223を矢符
162のように下向きに流れ、これによって内通路22
1を上向きに流れる高温度の排ガスとの流れる方向が相
互に逆であり、モジュール212を向流熱交換し、半導
体素子215,216の全体が一様な温度分布になるこ
とを防ぎ、発電効率を高めることが可能である。
FIG. 19 is a sectional view of a thermoelectric generator 160 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 20 is an exploded perspective view of a part of the thermoelectric generator module 212 shown in FIG. A burner 35 is arranged below the module 212, and the exhaust gas generated by the combustion of the flame 141 of the burner 35 is disposed in the module 2
It flows through the inner passage 221 formed by 12. The combustion air supplied to the flame 141 of the burner 35 moves downward through the outer passage 223 formed between the module 212 and the right cylindrical guide member 161 coaxial with the module 212 as indicated by the arrow 162. Flow, which causes the inner passage 22
1, the flowing directions of the high temperature exhaust gas flowing upwards are opposite to each other, and the module 212 is countercurrently heat-exchanged to prevent the entire semiconductor elements 215 and 216 from having a uniform temperature distribution. Can be increased.

【0067】モジュール12は、全体の形状が、鉛直軸
線143を有する円筒144に形成され、複数組のサブ
モジュール211が上下に直列に接続される。各サブモ
ジュール211は、(a)第1熱伝導部材213であっ
て、前記円筒と同軸の第1環状部分226と、第1環状
部分226から半径方向内方に突出する第1突出部分2
25とを有し、熱伝導が良好な金属製第1熱伝導部材2
13と、(b)第2熱伝導部材214であって、前記円
筒と同軸の第2環状部分229と、第2環状部分229
から半径方向外方に突出する第2突出部分228とを有
し、熱伝導が良好な金属製第2熱伝導部材214と、
(c)第1および第2環状部分226,229間に介在
され、周方向に間隔をあけて配置され、p形またはn形
の一方導電形式の複数の第1半導体素子215と、
(d)第1および第2環状部分226,229のいずれ
か一方に、第1半導体素子215とは反対側で配置さ
れ、p形またはn形の他方導電形式の複数の第2半導体
素子216とを含む。(e)上下に隣接して配置される
一方のサブモジュール211aの第2半導体素子216
aに、他方のサブモジュール211cの第2環状部分2
29cが配置される。第1および第2突出部分225,
228は、前記円筒144の周方向に同一位置に配置さ
れ、これらの第1および第2突出部分225,228の
周方向に同一位置に第1および第2半導体素子215,
216が配置されることが好ましい。これによって第1
および第2半導体素子215,216への熱の流れが効
率よく行われ、発電効率高まる。本発明に従えば、小形
化され、構成が簡略化された熱発電装置を容易に実現す
ることができる。熱発電装置は、前述の熱発電装置用モ
ジュール212と、前記円筒144の半径方向内方で、
第1突出部分225が突出する内通路221の下方に配
置され、内通路221に排ガスを供給するバーナ35
と、バーナ35の燃焼用空気が前記円筒144の半径方
向外方で、第2突出部材228が突出する外通路223
を形成する案内部材246とを含む。
The overall shape of the module 12 is formed in a cylinder 144 having a vertical axis 143, and a plurality of submodules 211 are vertically connected in series. Each sub-module 211 is (a) a first heat conducting member 213, which is a first annular portion 226 coaxial with the cylinder, and a first protruding portion 2 protruding radially inward from the first annular portion 226.
And the first metal heat conducting member 2 having good heat conduction
13, (b) the second heat conducting member 214, the second annular portion 229 coaxial with the cylinder, and the second annular portion 229.
A second heat conducting member 214 having a second projecting portion 228 projecting radially outward from the
(C) a plurality of first semiconductor elements 215 which are interposed between the first and second annular portions 226 and 229, are arranged at intervals in the circumferential direction, and have one conductivity type of p type or n type;
(D) a plurality of second semiconductor elements 216 of the p-type or n-type other conductivity type, which are arranged on one of the first and second annular portions 226 and 229 on the side opposite to the first semiconductor element 215; including. (E) The second semiconductor element 216 of one of the sub-modules 211a arranged vertically adjacent to each other
a, the second annular portion 2 of the other submodule 211c
29c is arranged. First and second protruding portions 225,
228 are arranged at the same position in the circumferential direction of the cylinder 144, and the first and second semiconductor elements 215, 215 are arranged at the same positions in the circumferential direction of the first and second projecting portions 225, 228.
It is preferable that 216 be arranged. This makes the first
The heat flow to the second semiconductor elements 215 and 216 is efficiently performed, and the power generation efficiency is increased. According to the present invention, it is possible to easily realize a miniaturized thermoelectric generator having a simplified structure. The thermoelectric generator includes the above-mentioned thermoelectric generator module 212 and the inside of the cylinder 144 in the radial direction,
The burner 35 that is arranged below the inner passage 221 from which the first protruding portion 225 protrudes and that supplies the exhaust gas to the inner passage 221.
And the combustion air of the burner 35 is radially outward of the cylinder 144, and the outer passage 223 through which the second projecting member 228 projects.
And a guide member 246 that forms

【0068】図21は本発明の実施のさらに他の形態の
熱発電装置164の平面図であり、図22は図21に示
される熱発電装置164の縦断面図である。熱発電装置
用モジュール12は、サブモジュール11が、たとえば
水平方向に一直線状(図21の上下方向、図22の紙面
に垂直方向)に配置される。このモジュール12の下方
には、そのモジュール12に関して一方側(図21およ
び図22の右方)にバーナ35が配置され、加熱を行
い、他方側(図21および図22の左方)にはファン3
6が設けられて冷却を行う。本発明はこのような熱発電
装置164の考え方も含む。
FIG. 21 is a plan view of a thermoelectric generator 164 according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a vertical sectional view of thermoelectric generator 164 shown in FIG. In the thermoelectric generator module 12, the sub-modules 11 are arranged, for example, in a straight line in the horizontal direction (vertical direction in FIG. 21, vertical direction to paper surface in FIG. 22). Below this module 12, a burner 35 is arranged on one side (right side in FIGS. 21 and 22) of the module 12 for heating, and a fan is provided on the other side (left side in FIGS. 21 and 22). Three
6 is provided for cooling. The present invention also includes the idea of such a thermoelectric generator 164.

【0069】図17〜図22に示される各実施例のその
ほかの構成は、前述の図1〜図16の各実施の形態と同
様である。加熱源および冷熱源による加熱領域は、前述
の各実施例とは逆であってもよく、すなわちたとえば前
述の実施例における加熱部材を冷却し、冷却部材を加熱
する構成であってもよい。
Other configurations of the respective embodiments shown in FIGS. 17 to 22 are the same as those of the respective embodiments of FIGS. 1 to 16 described above. The heating area by the heating source and the cold heat source may be the reverse of each of the above-described embodiments, that is, the heating member in the above-described embodiments may be cooled and the cooling member may be heated.

【0070】本発明は、自動車の内燃機関と組合せるこ
とができ、その冷却水を加熱源として用い、冷却源の冷
却流体として自動車の走行時の空気を用いる。これによ
って車載電子機器に電力を供給し、本発明をさらに有効
に実現することができる。
The present invention can be combined with an internal combustion engine of an automobile, and its cooling water is used as a heating source, and the air for running the automobile is used as a cooling fluid of the cooling source. As a result, electric power can be supplied to the vehicle-mounted electronic device, and the present invention can be more effectively realized.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、低騒音で、環境の悪化
を抑制し、メンテナンスが容易な小形軽量の可搬形の熱
発電装置が実現される。またこの熱発電装置は、前述の
内燃機関によって発電機を駆動する構成を有する先行技
術に比べて、効率が高い。
According to the present invention, it is possible to realize a small and lightweight portable thermoelectric generator which has low noise, suppresses deterioration of the environment, and is easy to maintain. Further, this thermoelectric generator has higher efficiency than the prior art having a configuration in which the generator is driven by the internal combustion engine described above.

【0072】特に本発明によれば、ゼーベック効果であ
る熱電現象を利用した半導体変換素子によって熱起電力
を発生し、この半導体変換器の出力をスイッチング電源
回路によって交流に変換する。したがって商用交流電力
の電力線が設けられていない場所であっても、本件熱発
電装置を携帯し、交流負荷に電力を供給することが容易
に可能となる。このような熱発電装置は、上述のよう
に、小形軽量に実現することができ、低騒音であり、排
ガスなどによる環境の悪化が少なく、メンテナンスが容
易である。
In particular, according to the present invention, a thermoelectromotive force is generated by the semiconductor conversion element utilizing the thermoelectric phenomenon which is the Seebeck effect, and the output of this semiconductor converter is converted into alternating current by the switching power supply circuit. Therefore, even in a place where a commercial AC power line is not provided, it is possible to easily carry the thermoelectric generator of the present invention and supply power to an AC load. As described above, such a thermoelectric generator can be realized in a small size and a light weight, has low noise, is less likely to deteriorate the environment due to exhaust gas, etc., and is easy to maintain.

【0073】また本発明によれば、半導体変換器のサブ
モジュールは、一対のp,n形の各半導体素子を用い、
これらのサブモジュールを複数組、直列接続することに
よって、熱起電力を発生する熱電対を用い、熱エネルギ
から電気エネルギへの直接変換を行って熱発電すること
ができる。p,nの各導電形式の半導体素子の一端部
を、たとえば加熱部材によって接続し、他端部をたとえ
ば冷却部材に接続し、こうして温度差を実現して、発電
を行うことができる。
According to the present invention, the submodule of the semiconductor converter uses a pair of p and n type semiconductor elements.
By connecting a plurality of these sub-modules in series, a thermocouple that generates thermoelectromotive force can be used to directly convert thermal energy into electrical energy for thermoelectric generation. It is possible to generate electric power by connecting one end of a semiconductor element of each conductivity type of p and n with, for example, a heating member and connecting the other end with, for example, a cooling member, thus realizing a temperature difference.

【0074】また本発明によれば、半導体変換器をリン
グ状に形成して、内通路を形成し、その半導体変換器の
外方に筒体によって外通路を形成し、内通路と外通路と
に、加熱源および冷却源からの加熱流体および冷却流体
を、たとえば向流で供給し、こうして熱起電力を容易に
得ることができる。加熱流体は、たとえばガス燃料また
は液体燃料を燃焼するバーナによって得られる排ガスな
どの気体であってもよく、あるいはまた温水などの液体
であってもよい。冷却流体は、たとえば常温空気などの
気体であってもよく、あるいはまた水道水などの水、そ
のほかの液体であってもよい。こうして本発明の実現が
容易となる。
Further, according to the present invention, the semiconductor converter is formed in a ring shape to form the inner passage, and the outer passage is formed by the cylindrical body outside the semiconductor converter, and the inner passage and the outer passage are formed. The heating fluid and the cooling fluid from the heating source and the cooling source can be supplied to them, for example, in a counterflow, so that the thermoelectromotive force can be easily obtained. The heating fluid may be a gas such as an exhaust gas obtained by a burner burning a gas fuel or a liquid fuel, or may be a liquid such as hot water. The cooling fluid may be a gas such as normal temperature air, or may be water such as tap water or another liquid. Thus, the present invention can be easily implemented.

【0075】また本発明によれば、加熱部材と冷却部材
とは、半導体素子に半径方向全長にわたって延び、電気
的に接続されるので、半導体素子の加熱、冷却を効率よ
く行うことができるとともに、電気抵抗を小さくし、電
源としての内部抵抗を低くすることができる。
Further, according to the present invention, the heating member and the cooling member extend over the entire length in the radial direction and are electrically connected to the semiconductor element, so that the heating and cooling of the semiconductor element can be efficiently performed, and The electric resistance can be reduced and the internal resistance as a power source can be reduced.

【0076】また本発明によれば、内通路に加熱源から
の加熱流体が供給され、その内通路に突出した加熱部材
の部分の厚みを、半径方向内方につれて薄く形成し、こ
れによって内通路の加熱流体のための流路抵抗を小さく
するとともに、その内通路における加熱流体の流速を高
めて加熱流体から加熱部材への熱の移動を円滑に行い、
効率を高めることができる。
Further, according to the present invention, the heating fluid from the heating source is supplied to the inner passage, and the thickness of the portion of the heating member protruding into the inner passage is formed to be thinner inward in the radial direction, whereby the inner passage is formed. The flow resistance of the heating fluid is reduced, and the flow velocity of the heating fluid in the inner passage is increased to smoothly transfer heat from the heating fluid to the heating member.
The efficiency can be increased.

【0077】外通路は、半導体変換器の半径方向外方で
あって、内通路に比べて大きな断面積を形成することが
容易であり、したがって冷却部材の外通路に突出した部
分の厚みは、半径方向外方になるにつれて薄く形成する
必要はなく、半径方向に一様であってもよい。
The outer passage is radially outward of the semiconductor converter, and it is easier to form a larger cross-sectional area than the inner passage. Therefore, the thickness of the portion of the cooling member protruding into the outer passage is It does not have to be formed thinner toward the outer side in the radial direction, and may be uniform in the radial direction.

【0078】本発明によれば、構成を小形化し、簡略化
した熱発電装置用モジュールを実現することが可能にな
る。
According to the present invention, it is possible to realize a thermoelectric generator module having a simplified structure and a simplified structure.

【0079】また本発明によれば、昇圧トランスの1次
巻線に、第1および第2入力スイッチング素子を介して
プッシュプル形で、半導体変換器の熱起電力の出力を与
え、トランスのセンタタップ接続でプッシュプル動作で
交流を作り、2次側の整流は、1次側から見て全波整流
と同等であり、あるいはまた2相半波整流であってもよ
く、こうしていわば2倍の電力を扱うことができる。さ
らに2次巻線の巻数は、比較的少なくてよく、たとえば
後述の実施の形態ではセンタタップの両側に28ターン
であってもよい。
According to the present invention, the output of the thermoelectromotive force of the semiconductor converter is applied to the primary winding of the step-up transformer in a push-pull type via the first and second input switching elements, and the center of the transformer is provided. AC is created by push-pull operation by tap connection, and rectification on the secondary side is equivalent to full-wave rectification when viewed from the primary side, or may be two-phase half-wave rectification. Can handle electricity. Further, the number of turns of the secondary winding may be relatively small, for example, 28 turns may be provided on both sides of the center tap in the embodiments described later.

【0080】また本発明によれば、トランスには、正、
負の電圧が印加されるので利用率が良好であり、全波整
流後の波形の平滑のためのコンデンサは、比較的小容量
であってもよい。こうして本発明によれば、高効率で3
相正弦波の電力を、第1および第2出力スイッチング素
子のパルス幅変調制御によって、容易に得ることができ
る。
According to the present invention, the transformer is positive,
Since the negative voltage is applied, the utilization factor is good, and the capacitor for smoothing the waveform after full-wave rectification may have a relatively small capacity. Thus, according to the present invention, high efficiency is achieved.
The electric power of the phase sine wave can be easily obtained by the pulse width modulation control of the first and second output switching elements.

【0081】単相正弦波を得るには、後述の図12の実
施の形態のように星形結線のトランスを用いてもよい
が、Y形結線のトランスを用いてもよく、さらに実施の
他の形態では、1組の第1および第2出力スイッチング
素子を、パルス幅変調制御回路によってオン/オフ制御
し、第1および第2出力スイッチング素子の接続点と2
次巻線のセンタタップとの間で、単相交流出力を得るこ
とができる。
In order to obtain a single-phase sine wave, a star connection transformer may be used as in the embodiment shown in FIG. 12, which will be described later, but a Y connection transformer may be used. In the above configuration, one set of the first and second output switching elements is ON / OFF controlled by the pulse width modulation control circuit, and the connection point of the first and second output switching elements and 2
A single-phase AC output can be obtained with the center tap of the next winding.

【0082】また本発明によれば、フェイズロックルー
プ(略称PLL)回路を用いて、希望する交流出力周波
数50Hzまたは60Hzの自然数N(ただしNは2以
上の値)倍の交流信号を発生し、この交流信号を、第1
および第2遅延回路で120度ずつ順次的にずらし、こ
うして第1〜第3分周器を用いて、第1および第2出力
スイッチング素子の各組のオン/オン制御のための制御
信号を得ることができる。この交流信号は、前述の50
Hzまたは60Hzよりも自然数N倍だけ高く、したが
って第1および第2遅延回路の直列コンデンサおよび並
列抵抗を小形化することができ、このことは特に可搬形
の小形軽量とするために、必要である。
According to the present invention, a phase lock loop (PLL) circuit is used to generate an AC signal of a desired AC output frequency of 50 Hz or 60 Hz multiplied by a natural number N (where N is a value of 2 or more), This AC signal is
And the second delay circuit sequentially shifts by 120 degrees, and thus the first to third frequency dividers are used to obtain a control signal for ON / ON control of each set of the first and second output switching elements. be able to. This AC signal is
Hz or 60 Hz, which is a natural number N times higher, so that the series capacitors and parallel resistors of the first and second delay circuits can be miniaturized, which is necessary especially for being portable, compact and lightweight. .

【0083】本発明の実施の他の形態では、第1および
第2出力スイッチング素子の導電形式を同一のトランジ
スタで実現し、たとえばPNPパイポーラトランジスタ
だけで、またはNPN形パイポーラトランジスタだけで
実現し、あるいはまたP形MOSだけで実現し、または
N形MOSだけで実現するようにし、このとき第1およ
び第2出力スイッチング素子のいずれか一方の制御端子
には、制御信号をそのまま与え、他方の制御端子には制
御信号を反転回路によって反転して与え、こうして第1
および第2出力スイッチング素子を交互にオン/オフ動
作させ、同時にオン動作することを防ぐ。実施の他の形
態では、第1および第2出力スイッチング素子は、導電
形式が相互に逆のトランジスタであり、たとえばPNP
形およびNPN形のバイポーラトランジスタであっても
よく、あるいはまたPチャネル形およびNチャネル形の
金属酸化膜電界効果トランジスタ(略称MOS FE
T)などであってもよい。このような導電形式が相互に
逆のトランジスタのベースまたはゲートなどの制御端子
には、パルス幅変調制御信号発生回路からの制御信号を
そのまま与え、これによって第1および第2出力スイッ
チング素子は、交互にオン/オフを繰返し、同時にオン
状態が達成されて短絡する恐れはない。
In another embodiment of the present invention, the conductivity types of the first and second output switching elements are realized by the same transistor, for example, only PNP bipolar transistors or only NPN bipolar transistors. Alternatively, it may be realized by only the P-type MOS or only by the N-type MOS. At this time, the control signal is given as it is to one of the control terminals of the first and second output switching elements and the other is The control signal is inverted and given to the control terminal by the inverting circuit, thus
The second output switching element and the second output switching element are alternately turned on / off to prevent them from being turned on at the same time. In another embodiment, the first and second output switching elements are transistors whose conductivity types are opposite to each other, such as a PNP.
Type and NPN type bipolar transistors, or P channel type and N channel type metal oxide field effect transistors (abbreviated to MOS FE).
T) or the like. The control signal from the pulse width modulation control signal generating circuit is directly applied to the control terminals such as the bases and gates of the transistors whose conductivity types are opposite to each other, whereby the first and second output switching elements are alternately arranged. There is no risk of short-circuiting because the on-state is achieved at the same time by repeatedly turning on and off.

【0084】基準信号発生源からの基準信号は、商用交
流電源系統の出力であり、これによって商用交流電源に
同期した交流電力を熱発電によって得ることができるよ
うになる。
The reference signal from the reference signal generation source is the output of the commercial AC power supply system, which allows the AC power synchronized with the commercial AC power supply to be obtained by thermal power generation.

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

【図1】本発明の実施の一形態の熱発電装置1の全体の
構成を簡略化して示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a simplified overall configuration of a thermoelectric generator 1 according to an embodiment of the present invention.

【図2】半導体変換器2の熱起電力を簡略化して示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a simplified thermoelectromotive force of the semiconductor converter 2.

【図3】半導体変換器2の簡略化した正面図である。FIG. 3 is a simplified front view of the semiconductor converter 2.

【図4】半導体変換器の一部を周方向に展開して簡略化
して示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a part of the semiconductor converter in a circumferential direction in a simplified manner.

【図5】サブモジュール11aの原理的構成を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a principle configuration of a sub-module 11a.

【図6】図5に示されるサブモジュール11のエネルギ
帯を示す図である。
6 is a diagram showing an energy band of the sub-module 11 shown in FIG.

【図7】半導体変換器2の熱起電力を説明するための簡
略化した図である。
FIG. 7 is a simplified diagram for explaining a thermoelectromotive force of the semiconductor converter 2.

【図8】図7に示される電気的構成をさらに簡略化して
示す図である。
8 is a diagram further simplifying the electrical configuration shown in FIG. 7. FIG.

【図9】半導体変換器2に電圧計7を接続した状態を示
す。
FIG. 9 shows a state in which a voltmeter 7 is connected to the semiconductor converter 2.

【図10】半導体変換器2の簡略化した電気回路図であ
る。
FIG. 10 is a simplified electric circuit diagram of the semiconductor converter 2.

【図11】第1および第2入力スイッチング素子51,
52の動作を説明するための波形図である。
FIG. 11 shows first and second input switching elements 51,
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of 52.

【図12】出力スイッチング回路74,75,76の具
体的な電気的な構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a specific electrical configuration of output switching circuits 74, 75, and 76.

【図13】パルス幅変調制御回路94の一部の構成を示
す電気回路図である。
13 is an electric circuit diagram showing a partial configuration of a pulse width modulation control circuit 94. FIG.

【図14】パルス幅変調制御信号発生回路114を示す
ブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a pulse width modulation control signal generation circuit 114.

【図15】パルス幅変調制御信号発生回路114の動作
を説明するための波形図である。
FIG. 15 is a waveform diagram for explaining the operation of the pulse width modulation control signal generation circuit 114.

【図16】本発明の実施のさらに他の形態の一部の電気
回路図である。
FIG. 16 is a partial electric circuit diagram of still another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の実施の他の形態の熱発電装置の全体
の構成を簡略化して示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a simplified overall configuration of a thermoelectric generator according to another embodiment of the present invention.

【図18】図17の熱発電装置に用いられる熱発電装置
用モジュール12の一部の分解斜視図である。
FIG. 18 is an exploded perspective view of a part of the thermoelectric generator module 12 used in the thermoelectric generator of FIG. 17.

【図19】本発明の実施の他の形態の熱発電装置160
の断面図である。
FIG. 19 is a thermoelectric generator 160 according to another embodiment of the present invention.
FIG.

【図20】図19に示される熱発電装置用モジュール2
12の一部の分解斜視図である。
20 is a module 2 for a thermoelectric generator shown in FIG.
12 is an exploded perspective view of a part of FIG.

【図21】本発明の実施のさらに他の形態の熱発電装置
164の平面図である。
FIG. 21 is a plan view of a thermoelectric generator 164 according to still another embodiment of the present invention.

【図22】図21に示される熱発電装置164の縦断面
図である。
22 is a vertical cross-sectional view of the thermoelectric generator 164 shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱発電装置 2 半導体変換器 3 スイッチング電源回路 11 サブモジュール 12 モジュール 13 加熱部材 14 冷却部材 15 p形半導体素子 16 n形半導体素子 21 内通路 22 筒体 23 外通路 25,28 突出部分 31 加熱源 36 冷却源 41 トランス 42 1次巻線 43 2次巻線 51 第1入力スイッチング素子 52 第2入力スイッチング素子 53 プッシュプル制御回路 55 反転回路 57 全波整流回路 58 全波整流ブリッジ 59,60 コンデンサ 74,75,76 出力スイッチング回路 83,85,87 第1出力スイッチング素子 84,86,88 第2出力スイッチング素子 94 パルス幅変調制御回路 96 フェイズロックループ回路 97 基準信号発生源 98 位相比較器 101 ローパスフィルタ 102 電圧制御形発振回路 103a 第1分周器 103b 第2分周器 103c 第3分周器 105b 第1遅延回路 105b1 第1遅延回路部分 105b2 第2遅延回路部分 105c 第2遅延回路 111 直列コンデンサ 112 並列抵抗 114a,114b,114c パルス幅変調制御信号
発生回路
1 Thermoelectric Generator 2 Semiconductor Converter 3 Switching Power Supply Circuit 11 Sub-Module 12 Module 13 Heating Member 14 Cooling Member 15 p-Type Semiconductor Element 16 n-Type Semiconductor Element 21 Inner Passage 22 Cylindrical Body 23 Outer Passage 25, 28 Projection Part 31 Heating Source 36 Cooling Source 41 Transformer 42 Primary Winding 43 Secondary Winding 51 First Input Switching Element 52 Second Input Switching Element 53 Push-Pull Control Circuit 55 Inversion Circuit 57 Full Wave Rectifier Circuit 58 Full Wave Rectifier Bridge 59, 60 Capacitor 74 , 75, 76 Output switching circuits 83, 85, 87 First output switching elements 84, 86, 88 Second output switching element 94 Pulse width modulation control circuit 96 Phase lock loop circuit 97 Reference signal source 98 Phase comparator 101 Low pass filter 102 voltage control type oscillation circuit 103a 1st frequency divider 103b 2nd frequency divider 103c 3rd frequency divider 105b 1st delay circuit 105b1 1st delay circuit part 105b2 2nd delay circuit part 105c 2nd delay circuit 111 Series capacitor 112 Parallel resistance 114a, 114b, 114c Pulse width modulation control signal generation circuit

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱エネルギを電気エネルギに直接変換し
て熱起電力を発生する半導体変換器と、 半導体変換器の出力を交流に変換するスイッチング電源
回路とを含むことを特徴とする熱発電装置。
1. A thermoelectric generator comprising: a semiconductor converter that directly converts thermal energy into electric energy to generate thermoelectromotive force; and a switching power supply circuit that converts the output of the semiconductor converter into alternating current. .
【請求項2】 半導体変換器は、一対のp形半導体素子
とn形半導体素子とが一端部で電気的に接続されて構成
されたサブモジュールを、複数組、直列に接続したモジ
ュールによって実現されることを特徴とする請求項1記
載の熱発電装置。
2. The semiconductor converter is realized by a module in which a plurality of sets of sub-modules each having a pair of p-type semiconductor elements and n-type semiconductor elements electrically connected at one end are connected in series. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein:
【請求項3】 半導体変換器のサブモジュールは、 熱伝導が良好な金属製加熱部材と、 熱伝導が良好な金属製冷却部材とを含み、 加熱部材と冷却部材との間に、p形またはn形の一方導
電形式の半導体素子が介在されて配置され、 加熱部材と冷却部材のいずれか一方には、前記一方導電
形式の半導体素子とは反対側で、他方導電形式の半導体
素子が配置されて構成され、 隣接して配置される一方のサブモジュールの前記他方導
電形式の半導体素子に、他方のサブモジュールの加熱部
材または冷却部材のいずれか他方が配置されることを特
徴とする請求項2記載の熱発電装置。
3. A sub-module for a semiconductor converter includes a metal heating member having good heat conduction and a metal cooling member having good heat conduction, and a p-type or a heat sink is provided between the heating member and the cooling member. An n-type semiconductor element of one conductivity type is arranged so as to be interposed, and a semiconductor element of the other conductivity type is arranged on one side of the heating member and the cooling member on the side opposite to the semiconductor element of the one conductivity type. 3. The other of the heating member and the cooling member of the other sub-module is arranged on the semiconductor element of the other conductivity type of the one sub-module arranged adjacent to each other. The thermoelectric generator described.
【請求項4】 一対のp形半導体素子とn形半導体素子
とが一端部で電気的に接続されて構成されたサブモジュ
ールを、複数組、直列に接続したモジュールによって実
現され、 サブモジュールは、 熱伝導が良好な金属製加熱部材と、 熱伝導が良好な金属製冷却部材とを含み、 加熱部材と冷却部材との間に、p形またはn形の一方導
電形式の半導体素子が介在されて配置され、 加熱部材と冷却部材のいずれか一方には、前記一方導電
形式の半導体素子とは反対側で、他方導電形式の半導体
素子が配置されて構成され、 隣接して配置される一方のサブモジュールの前記他方導
電形式の半導体素子に、他方のサブモジュールの加熱部
材または冷却部材のいずれか他方が配置されることを特
徴とする熱発電装置。
4. A sub-module is realized by connecting a plurality of sets of sub-modules, each of which has a pair of p-type semiconductor element and n-type semiconductor element electrically connected at one end, in series. A metal heating member having good heat conduction and a metal cooling member having good heat conduction are included, and a p-type or n-type one-conductive type semiconductor element is interposed between the heating member and the cooling member. One of the heating member and the cooling member is provided with a semiconductor element of the other conductivity type on the opposite side to the semiconductor element of the one conductivity type, and one of the sub-elements adjacently arranged. A thermoelectric generator, wherein either the heating member or the cooling member of the other sub-module is arranged on the other conductive type semiconductor element of the module.
【請求項5】 モジュールは、その全体の形状が内通路
を形成するリング状であり、 そのリング状のモジュールの半径方向外方を囲んで外通
路を形成する筒体と、 加熱流体を供給する加熱源と、 冷却流体を供給する冷却源とを含み、 加熱部材は、内通路または外通路のいずれか一方に突出
し、 冷却部材は、内通路または外通路のいずれか他方に突出
し、 加熱源からの加熱流体を、内通路または外通路の前記一
方に導き、 冷却源からの冷却流体を、内通路または外通路の前記他
方に導くことを特徴とする請求項3または4記載の熱発
電装置。
5. The module has an overall shape of a ring that forms an inner passage, and a cylindrical body that surrounds the ring-shaped module radially outward to form an outer passage, and supplies a heating fluid. A heating source and a cooling source supplying a cooling fluid; the heating member projects into either the inner passage or the outer passage; the cooling member projects into the other inner passage or the outer passage; 5. The thermoelectric generator according to claim 3, wherein the heating fluid of 1 is introduced to the one of the inner passage and the outer passage, and the cooling fluid from a cooling source is introduced to the other of the inner passage and the outer passage.
【請求項6】 加熱部材は、半導体素子の半径方向全長
にわたって延びることを特徴とする請求項5記載の熱発
電装置。
6. The thermoelectric generator according to claim 5, wherein the heating member extends over the entire length of the semiconductor element in the radial direction.
【請求項7】 加熱源からの加熱流体を、内通路に導
き、 加熱部材は、内通路に突出し、 冷却源からの冷却流体を、外通路に導き、 冷却通路は、外通路に突出し、 加熱部材の内通路に突出した部分における前記リングの
周方向の厚みは、半径方向内方になるにつれて薄く形成
されることを特徴とする請求項5または6記載の熱発電
装置。
7. The heating fluid from the heating source is guided to the inner passage, the heating member projects to the inner passage, the cooling fluid from the cooling source to the outer passage, the cooling passage projects to the outer passage, and 7. The thermoelectric generator according to claim 5, wherein the thickness of the ring in the circumferential direction of the portion of the member that protrudes into the inner passage is formed so as to become radially inward.
【請求項8】 全体の形状が、鉛直軸線を有するリング
137に形成され、 複数組のサブモジュール11が周方向に直列に接続さ
れ、 各サブモジュール11は、 前記リングの半径方向内方に突出する第1突出部分25
を有し、熱伝導が良好な金属製第1熱伝導部材13と、 前記リングの軸線方向に延びて突出する第2突出部分2
8を有し、熱伝導が良好な金属製第2熱伝導部材14
と、 第1および第2熱伝導部材13,14の各基端部26,
29間に介在されて配置され、p形またはn形の一方導
電形式の第1半導体素子15と、 第1および第2熱伝導部材13,14のいずれか一方の
基端部26,29に、第1半導体素子15とは反対側で
配置され、p形またはn形の他方導電形式の第2半導体
素子16とを含むことを特徴とする熱発電装置用モジュ
ール。
8. The whole shape is formed into a ring 137 having a vertical axis, and a plurality of sets of sub-modules 11 are connected in series in the circumferential direction, each sub-module 11 protruding inward in the radial direction of the ring. First protruding portion 25
A first heat conducting member 13 made of metal having good heat conduction and a second projecting portion 2 extending in the axial direction of the ring and projecting.
Second heat conducting member 14 having the number 8 and good heat conduction
And the base end portions 26 of the first and second heat conduction members 13 and 14,
The first semiconductor element 15 of one conductivity type of p-type or n-type and the base end portions 26, 29 of either one of the first and second heat-conducting members 13, 14 are disposed so as to be interposed between 29, A module for a thermoelectric generator, which is arranged on the side opposite to the first semiconductor element 15 and includes a second semiconductor element 16 of the other conductivity type of p-type or n-type.
【請求項9】 全体の形状が、鉛直軸線143を有する
円筒144に形成され、 複数組のサブモジュール211が上下に直列に接続さ
れ、 各サブモジュール211は、 (a)第1熱伝導部材213であって、 前記円筒と同軸の第1環状部分226と、 第1環状部分226から半径方向内方に突出する第1突
出部分225とを有し、 熱伝導が良好な金属製第1熱伝導部材213と、 (b)第2熱伝導部材214であって、 前記円筒と同軸の第2環状部分229と、 第2環状部分229から半径方向外方に突出する第2突
出部分228とを有し、 熱伝導が良好な金属製第2熱伝導部材214と、 (c)第1および第2環状部分226,229間に介在
され、周方向に間隔をあけて配置され、p形またはn形
の一方導電形式の複数の第1半導体素子215と、 (d)第1および第2環状部分226,229のいずれ
か一方に、第1半導体素子215とは反対側で配置さ
れ、 p形またはn形の他方導電形式の複数の第2半導体素子
216とを含み、 (e)上下に隣接して配置される一方のサブモジュール
211aの第2半導体素子216aに、他方のサブモジ
ュール211cの第2環状部分229cが配置されるこ
とを特徴とする熱発電装置用モジュール。
9. The entire shape is formed into a cylinder 144 having a vertical axis 143, and a plurality of sets of sub-modules 211 are vertically connected in series, and each sub-module 211 comprises: (a) a first heat conduction member 213. And a first annular portion 226 that is coaxial with the cylinder and a first protruding portion 225 that protrudes radially inward from the first annular portion 226, and is a metal first thermal conductor with good heat conduction. A member 213, and (b) a second heat conducting member 214, which has a second annular portion 229 coaxial with the cylinder, and a second protruding portion 228 protruding outward from the second annular portion 229 in the radial direction. And (c) the second heat conducting member 214 made of metal, which has good heat conduction, and (c) the first and second annular portions 226 and 229, which are arranged at intervals in the circumferential direction and are p-type or n-type. First conductive type of one-sided conductive type The element 215, and (d) one of the first and second annular portions 226 and 229, which is arranged on the opposite side of the first semiconductor element 215 and has a plurality of second conductivity types of p-type or n-type other conductivity type. (E) The second annular portion 229c of the other sub-module 211c is disposed on the second semiconductor element 216a of the one sub-module 211a vertically adjacent to each other. Module for thermoelectric generator.
【請求項10】 請求項8または9記載の熱発電装置用
モジュールと、 内通路の下方に配置され、内通路に排ガスを供給するバ
ーナを含み、 バーナの炎に供給される燃焼用空気が、第2突出部分が
突出する外通路を経て流れることを特徴とする熱発電装
置。
10. The thermoelectric generator module according to claim 8 or 9, and a burner which is arranged below the inner passage and which supplies exhaust gas to the inner passage, and the combustion air supplied to the flame of the burner comprises: A thermoelectric generator, wherein the second projecting portion flows through the projecting outer passage.
【請求項11】 (a)トランスであって、 モジュールの出力が与えられるセンタタップ形1次巻線
であって、1次巻線のセンタタップは、モジュールの一
方極性の出力端子に接続され、1次巻線の両端子は、モ
ジュールの他方極性の出力端子に接続される1次巻線
と、 1次巻線よりも巻数が多いセンタタップ形2次巻線とを
有するトランスと、 (b)1次巻線の一方の端子とモジュールの前記他方極
性の出力端子との間に介在される第1入力スイッチング
素子と、 (c)1次巻線の他方の端子とモジュールの前記他方極
性の出力端子との間に介在される第2入力スイッチング
素子と、 (d)第1および第2入力スイッチング素子を、交互
に、オン/オフ制御するプッシュプル制御回路と、 (e)全波整流回路であって、 2次巻線の両端子に接続される入力端子を有する全波整
流ブリッジと、 全波整流ブリッジの出力端子間に接続される一対の直列
接続されたコンデンサであって、コンデンサの相互の接
続点は、2次巻線のセンタタップに接続されるコンデン
サとを有する全波整流回路と、 (f)全波整流回路の出力端子間に接続される3組の出
力スイッチング回路であって、各組のスイッチング回路
は、一対の直列接続された第1および第2出力スイッチ
ング素子を有し、各組の第1および第2出力スイッチン
グ素子の接続点から、3相交流出力を導出する出力スイ
ッチング回路と、 (g)第1および第2出力スイッチング素子を、パルス
幅変調制御して3相正弦波を得るパルス幅変調制御回路
とを含むことを特徴とする請求項1〜10のうちの1つ
に記載の熱発電装置。
11. A transformer, comprising: a center tap type primary winding to which an output of a module is given, the center tap of the primary winding being connected to an output terminal of one polarity of the module; Both terminals of the primary winding have a primary winding connected to an output terminal of the other polarity of the module, and a transformer having a center tap type secondary winding having a larger number of turns than the primary winding; ) A first input switching element interposed between one terminal of the primary winding and the output terminal of the other polarity of the module, and (c) the other terminal of the primary winding and the other polarity of the module. A second input switching element interposed between the output terminal and (d) a push-pull control circuit that alternately turns on and off the first and second input switching elements, and (e) a full-wave rectification circuit And both ends of the secondary winding A full-wave rectification bridge having an input terminal connected to the output terminal and a pair of series-connected capacitors connected between the output terminals of the full-wave rectification bridge, the mutual connection points of the capacitors being the secondary winding. A full-wave rectification circuit having a capacitor connected to the center tap, and (f) three sets of output switching circuits connected between the output terminals of the full-wave rectification circuit, each set of switching circuits comprising a pair of switching circuits. An output switching circuit having first and second output switching elements connected in series and deriving a three-phase AC output from a connection point of the first and second output switching elements of each set; and (g) first and The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising: a pulse width modulation control circuit that controls the pulse width modulation of the second output switching element to obtain a three-phase sine wave.
【請求項12】 パルス幅変調制御回路は、 (a)フェイズロックループ回路であって、 50または60Hzの基準信号を発生する基準信号発生
源と、 基準信号発生源の出力と、入力信号との位相差に対応す
る電圧を発生する位相比較器と、 位相比較器の電圧が与えられ、その電圧に対応する周波
数Fで発振する電圧制御形発振回路と、 電圧制御形発振回路の出力を、予め定める分周比Nで分
周し、位相比較器の前記入力信号として与える第1分周
器とを含み、 位相比較器からの電圧は、第1分周器の出力の位相が基
準信号の位相に一致するように電圧制御形発振回路の発
振周波数Fを制御する値であるフェイズロックループ回
路と、 (b)電圧制御形発振回路の出力を、120度ずらす第
1遅延回路と、 (c)第1遅延回路の出力を、前記予め定める分周比N
で分周する第2分周器と、 (d)第1遅延回路の出力を、120度ずらす第2遅延
回路と、 (e)第2遅延回路の出力を、前記予め定める分周比N
で分周する第3分周器と、 (f)第1〜第3分周器の出力に応答し、前記3組の各
組毎の第1および第2出力スイッチング素子をパルス幅
変調制御するパルス幅変調制御信号発生回路とを含むこ
とを特徴とする請求項11記載の熱発電装置。
12. The pulse width modulation control circuit is (a) a phase lock loop circuit, comprising: a reference signal generating source for generating a reference signal of 50 or 60 Hz; an output of the reference signal generating source; and an input signal. A phase comparator that generates a voltage corresponding to the phase difference, a voltage-controlled oscillation circuit that receives the voltage of the phase comparator and oscillates at a frequency F corresponding to the voltage, and an output of the voltage-controlled oscillation circuit And a first frequency divider which divides the frequency by a predetermined frequency division ratio N and supplies the same as the input signal of the phase comparator, wherein the voltage from the phase comparator is the phase of the output of the first frequency divider of the reference signal. A phase-locked loop circuit that is a value that controls the oscillation frequency F of the voltage-controlled oscillator circuit so as to match the following; (b) a first delay circuit that shifts the output of the voltage-controlled oscillator circuit by 120 degrees; The output of the first delay circuit is Serial predetermined frequency division ratio N
A second frequency divider that divides the output of the first delay circuit by (d) a second delay circuit that shifts the output of the first delay circuit by 120 degrees, and (e) an output of the second delay circuit by the predetermined frequency division ratio N
And (f) pulse width modulation control of the first and second output switching elements of each of the three sets in response to the outputs of the third frequency divider and (f) the first to third frequency dividers. The thermoelectric generator according to claim 11, further comprising a pulse width modulation control signal generating circuit.
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