JP2010245492A - 熱発電素子構成手段と熱発電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】伝熱面積を拡張させ、低温領域に対応、適応させ、高効率な起電機能とラフな使用環境に耐える安価な熱発電素子と熱発電素子構成手段の具現化と提供。
【解決手段】円筒状の熱発電素子電極手段Ａに所定の間隔Ｂを備えて同芯状の二重に構成、配置させる一対の熱発電素子電極手段Ａの双方を設け、双方其々に電流端Ｄを備え、双方の間隔にネガテブ半導体Ｎ或いはポジテブ半導体Ｐを構成させるテテルＴｅ、ビスマスＢｉ、スズＳｎ、アンチモンＳｂ、ニッケルＮｉ、鉛Ｐｂ、微量の金属類を所定に配合し混合させ、真空或いは圧力または熱を用いて密に充填或いは溶融させて形成させ、ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体其々の両側端位置に双方を支持或いは固定させる絶縁の絶縁形成支持手段Ｃを設け備えて熱発電素子構成手段と熱発電素子を構成。
【選択図】図１
【解決手段】円筒状の熱発電素子電極手段Ａに所定の間隔Ｂを備えて同芯状の二重に構成、配置させる一対の熱発電素子電極手段Ａの双方を設け、双方其々に電流端Ｄを備え、双方の間隔にネガテブ半導体Ｎ或いはポジテブ半導体Ｐを構成させるテテルＴｅ、ビスマスＢｉ、スズＳｎ、アンチモンＳｂ、ニッケルＮｉ、鉛Ｐｂ、微量の金属類を所定に配合し混合させ、真空或いは圧力または熱を用いて密に充填或いは溶融させて形成させ、ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体其々の両側端位置に双方を支持或いは固定させる絶縁の絶縁形成支持手段Ｃを設け備えて熱発電素子構成手段と熱発電素子を構成。
【選択図】図１
Description
熱エネルギーを電力に変える熱発電素子構成手段と熱発電素子に関する。
環境保全を背景とし温暖化が叫ばれる昨今、依然として廃棄される廃熱が多々存在している。
概して廃熱の回収、活用は至難である。既に高温領域の廃熱にはエコノマイザーが導入されているが、経済性と技術水準に劣る低温領域の廃熱回収は遅れざるを得ない。特に１００度（摂氏）以下の廃熱回収、活用はその効率の低さから放置されてきた。
廃熱と冷却要素の存在下に有って、熱発電素子を用いて廃熱を電力に変えるシステムが存在する。但し、これらも中温領域に対応するものが多く、形状も小規模のプレート状が多く、高価格なモジュールの量的な構成を強いられ、ラフな環境の使用に耐えるものでもなく、産業用の大型プラント、一般工業施設の設備に計画、また導入される要素と資質に欠落するものが大半で有った。然し、現在の環境保全を考慮する社会的な背景としては中温領域の廃熱も含め、特に低温領域（摂氏６０度から１２０度）の廃熱回収はより強く叫ばれ、実質的な実施或いは設備を可能としラフな使用環境に耐え且つ安価な熱発電素子とシステムの開発が強く求められる状況にあると言える。
概して廃熱の回収、活用は至難である。既に高温領域の廃熱にはエコノマイザーが導入されているが、経済性と技術水準に劣る低温領域の廃熱回収は遅れざるを得ない。特に１００度（摂氏）以下の廃熱回収、活用はその効率の低さから放置されてきた。
廃熱と冷却要素の存在下に有って、熱発電素子を用いて廃熱を電力に変えるシステムが存在する。但し、これらも中温領域に対応するものが多く、形状も小規模のプレート状が多く、高価格なモジュールの量的な構成を強いられ、ラフな環境の使用に耐えるものでもなく、産業用の大型プラント、一般工業施設の設備に計画、また導入される要素と資質に欠落するものが大半で有った。然し、現在の環境保全を考慮する社会的な背景としては中温領域の廃熱も含め、特に低温領域（摂氏６０度から１２０度）の廃熱回収はより強く叫ばれ、実質的な実施或いは設備を可能としラフな使用環境に耐え且つ安価な熱発電素子とシステムの開発が強く求められる状況にあると言える。
本発明の解決すべき課題は、至難とされる低温領域（摂氏６０−１２０度の領域）の廃熱有効回収に有って、主に空気を冷媒として用いる高効率な熱発電素子構成手段と熱発電素子（モジュール）の具現化と提供にある。概して、熱発電素子（モジュール）に要求される要素、目的は、単体モジュールの伝熱面積を拡張させ、エネルギー（廃熱）の転換（電力）効率を高め、価格を抑えラフな設計と使用環境、安易な施工を可能とさせる処に有り、本発明はこれらの要求、目的に対応、適応可能とさせる熱発電素子構成手段と熱発電素子（モジュール）の具現化と提供を目的とする。
本発明は廃熱媒体と冷却（空気）媒体の熱交換性機能と起電半導体の性能及びモジュールの構造構成要素を有効に構成させ、有効な熱発電素子構成手段と高効率な熱発電素子（モジュール）を具現化させる目的において、熱発電素子の伝熱面積を拡張とさせる筒状の熱発電素子電極手段（図１のＡ）に所定の間隔（図１のＢ）を備えて同芯状に挿入し設け備えて配置させ、上記熱発電素子電極手段其々に電流端（図１のＤ）其々を備え、上記所定の間隔（図１のＢ）にネガテブ半導体（図１のＮ）或いはポジテブ半導体（図１のＰ）を構成させるテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、微量の金属類を所定に配合、混合させて充填或いは溶融させて形成させ、その形成させる上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体の両側端其々に上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体を上記熱発電素子電極手段に支持或いは固定させる絶縁な絶縁形成支持手段（図１のＣ）を備えて圧着と溶融の熱発電素子構成手段と熱発電素子を構成させている。
また複数の熱発電素子電極手段（図２のＡ）を備え、同様の間隔（図２のＢ）にネガテブ半導体（図２のＮ）或いはポジテブ半導体（図２のＰ）を交互に配置させて構成させ、その両側端其々に絶縁形成支持手段（図２のＣ）其々を備え、上記熱発電素子電極手段其々に備える電流端（図２のＤ）其々をその電流の方向を合わせ連結させて圧着と溶融の多重熱発電素子構成手段と多重熱発電素子を其々に構成させている。
更に、熱発電素子電極手段（図１のＡ、図２のＡ）其々を錐筒状に形成させ、同様に構成させて圧着と溶融の錐状熱発電素子構成手段と錐状熱発電素子を其々に構成させている。
また複数の熱発電素子電極手段（図２のＡ）を備え、同様の間隔（図２のＢ）にネガテブ半導体（図２のＮ）或いはポジテブ半導体（図２のＰ）を交互に配置させて構成させ、その両側端其々に絶縁形成支持手段（図２のＣ）其々を備え、上記熱発電素子電極手段其々に備える電流端（図２のＤ）其々をその電流の方向を合わせ連結させて圧着と溶融の多重熱発電素子構成手段と多重熱発電素子を其々に構成させている。
更に、熱発電素子電極手段（図１のＡ、図２のＡ）其々を錐筒状に形成させ、同様に構成させて圧着と溶融の錐状熱発電素子構成手段と錐状熱発電素子を其々に構成させている。
本発明を具現化し提供させることにより以下の効果を醸す。
熱発電素子構成手段は、モジュールの伝熱面積を拡張させ、ラフな使用環境に耐え、高効率な起電力を所持し低温領域の廃熱に対応、適応させる安価な熱発電素子の提供を可能にさせる。
熱発電素子の提供は、大型プラント施設、工業用の施設と設備、プラントへのエンジニアリング及び設備建設を可能とさせ、従来活用、回収を至難とさせてきた低温領域の廃棄熱エネルギーの有効回収を可能とさせる。
熱発電素子構成手段は、モジュールの伝熱面積を拡張させ、ラフな使用環境に耐え、高効率な起電力を所持し低温領域の廃熱に対応、適応させる安価な熱発電素子の提供を可能にさせる。
熱発電素子の提供は、大型プラント施設、工業用の施設と設備、プラントへのエンジニアリング及び設備建設を可能とさせ、従来活用、回収を至難とさせてきた低温領域の廃棄熱エネルギーの有効回収を可能とさせる。
本発明は、効果的な熱発電素子の構成手段と高効率の熱発電素子を具現化させ提供するものである。
図と符号を用いて請求項１、２、３、４に記載する熱発電素子、多重熱発電素子、錐状熱発電素子の構成手段と熱発電素子、多重熱発電素子、錐状熱発電素子の実施形態及び実施手順を説明する。
円筒状或いは筒状の熱発電素子電極手段（図１のＡ）を設ける。電導性と伝熱性、所定の強度を有する金属或いは合金類を用い、構成する厚みは薄いほど良いが電流量、筒の強度を考慮する厚みを選択する（外周面積は１ｍ２を基準に考慮）。所定の間隔（図１のＢ）は３−４ｍｍ程度で良い。筒状双方の筒状芯を同芯状に揃えて二重構造に重ねて配置させ、其々の所定な両側端部の所定な位置に電流を出力させる電流端（Ｄ）を設ける。後に電流の電気配線を考慮する位置に備えれば良い。二重構造の外周域に冷媒要素の空気を接触させ冷却させることから必要に応じて絶縁を目的とする被膜処理を施しても良い、但し熱伝導率を大きく阻害させる物質、施工は避ける。同様に二重構造の内周領域に熱源要素の廃熱媒体を供給させることから必要に応じ絶縁皮膜処理を施しても良い。但し同様に熱伝導率を大きく阻害させることは避ける。
図と符号を用いて請求項１、２、３、４に記載する熱発電素子、多重熱発電素子、錐状熱発電素子の構成手段と熱発電素子、多重熱発電素子、錐状熱発電素子の実施形態及び実施手順を説明する。
円筒状或いは筒状の熱発電素子電極手段（図１のＡ）を設ける。電導性と伝熱性、所定の強度を有する金属或いは合金類を用い、構成する厚みは薄いほど良いが電流量、筒の強度を考慮する厚みを選択する（外周面積は１ｍ２を基準に考慮）。所定の間隔（図１のＢ）は３−４ｍｍ程度で良い。筒状双方の筒状芯を同芯状に揃えて二重構造に重ねて配置させ、其々の所定な両側端部の所定な位置に電流を出力させる電流端（Ｄ）を設ける。後に電流の電気配線を考慮する位置に備えれば良い。二重構造の外周域に冷媒要素の空気を接触させ冷却させることから必要に応じて絶縁を目的とする被膜処理を施しても良い、但し熱伝導率を大きく阻害させる物質、施工は避ける。同様に二重構造の内周領域に熱源要素の廃熱媒体を供給させることから必要に応じ絶縁皮膜処理を施しても良い。但し同様に熱伝導率を大きく阻害させることは避ける。
テテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）と微量の金属類の粉体材料を可能に微粉化させ所定に配合、混合させ、所定の間隔（図１のＢ）に充填させる。
充填は真空或いは圧力を用いても良い。要は、空間率を低下させる密に或いは高密度に圧搾充填させる。高圧を加えても良い（５０００Ｐｓｉ程度）。また高周波加熱或いは通電、直火熱を与えて溶融させても良い。
またテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）と微量の金属類の配合比を変えてネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体を同様に構成させる。
充填は真空或いは圧力を用いても良い。要は、空間率を低下させる密に或いは高密度に圧搾充填させる。高圧を加えても良い（５０００Ｐｓｉ程度）。また高周波加熱或いは通電、直火熱を与えて溶融させても良い。
またテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）と微量の金属類の配合比を変えてネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体を同様に構成させる。
そして、形成させるネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）の形成する両側端部の位置に熱発電素子電極手段（Ａ）に支持させ固定させ、また熱発電素子電極手段（Ａ）相互の間隔維持と接触を防止し絶縁させる絶縁形成支持手段（Ｃ）を備えて熱発電素子を構成させる。
またネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）を交互に配置させ多重に積層させて構成させる多重熱発電素子と多重熱発電素子構成手段も同様に構成させる。注意する事項は多重に重ね合わせるポジテブ半導体（Ｐ）其々の電流方向が変わる為に其々の熱発電素子電極手段（Ａ）に設ける電流端（Ｄ）の結合或いは配線のミスを避けなければならない。
更に、錐状熱発電素子構成手段或いは錘状熱発電素子の実施形態は、熱発電素子電極手段（Ａ）の形状に錐状、半楕円状、半球状の変化を与え太陽光の集光熱を電力に変える目的を持たせ、基本的な構成手段或いは実施の形態は同様にする。
其々に構成させ実施するネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）の電気的な結線構成は、ネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）の単体を並列に連結構成させることも可能、また其々を直列に結線構成させることも可能としている。多重熱発電素子も同様とする。本来、熱発電素子のモジュールを３−４ｍｍ程度の厚さに、また伝熱面積を拡張（１ｍ２単位の面積）させて形成させることは至難といえる。筒状の構造的強度を重積、重層させて形成させる間隔（Ｂ）を用いてネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）を構成させる為に伝熱面積の拡張可能なモジュールの構成、形成を可能にしている。
其々に構成させ実施するネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）の電気的な結線構成は、ネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）の単体を並列に連結構成させることも可能、また其々を直列に結線構成させることも可能としている。多重熱発電素子も同様とする。本来、熱発電素子のモジュールを３−４ｍｍ程度の厚さに、また伝熱面積を拡張（１ｍ２単位の面積）させて形成させることは至難といえる。筒状の構造的強度を重積、重層させて形成させる間隔（Ｂ）を用いてネガテブ半導体（Ｎ）或いはポジテブ半導体（Ｐ）を構成させる為に伝熱面積の拡張可能なモジュールの構成、形成を可能にしている。
Ａ 熱発電素子電極手段
Ｂ 所定の間隔
Ｃ 絶縁形成支持手段
Ｄ 電流端
Ｐ 半導体或いはポジテブ半導体
Ｎ 半導体或いはネガテブ半導体
Ｂｉ ビスマス
Ｎｉ ニッケル
Ｐｂ 鉛
Ｓｂ アンチモン
Ｓｎ スズ
Ｔｅ テルル
Ｂ 所定の間隔
Ｃ 絶縁形成支持手段
Ｄ 電流端
Ｐ 半導体或いはポジテブ半導体
Ｎ 半導体或いはネガテブ半導体
Ｂｉ ビスマス
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Ｐｂ 鉛
Ｓｂ アンチモン
Ｓｎ スズ
Ｔｅ テルル
Claims (4)
- 電導性と熱伝導性及び所定の強度を有する円筒状或いは筒状の熱発電素子電極手段（図１のＡ）を双方に設け、その双方に所定の間隔（図１のＢ）を持たせて同芯状の二重筒を一対に構成させ、上記双方其々の所定な端部位置に電流端（図１のＤ）を備え、上記双方の上記所定な間隔（図１のＢ）及び所定の位置にネガテブ半導体（図１のＮ）或いはポジテブ半導体（図１のＰ）を密着させて構成させるテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、微量の金属類、或いはテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、微量の金属類を所定に配合させて混合し、真空或いは圧力または熱を用いて密に充填或いは溶融させて形成させ、上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体の両側端其々に上記の双方と上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体を支持或いは固定させる絶縁の絶縁形成支持手段（図１のＣ）を設け備えて構成させる熱発電素子構成手段と熱発電素子。
- 電導性と熱伝導性及び所定の強度を有する円筒状或いは筒状の熱発電素子電極手段（図１のＡ）を複数に設け、その熱発電素子電極手段其々に所定の間隔（図１のＢ）を持たせて同芯状の多重筒を一対に構成させ、上記熱発電素子電極手段其々の所定な端部位置に電流端（図１のＤ）其々を備え、上記所定の間隔（図１のＢ）の所定な位置にネガテブ半導体（図１のＮ）其々或いはポジテブ半導体（図１のＰ）其々を密着させて交互に構成させるテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、微量の金属類、或いはテテル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、微量の金属類を所定に配合させて混合し、真空或いは圧力または熱を用いて密に充填或いは溶融させて形成させ、上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体の両側端其々に上記の双方と上記ネガテブ半導体或いはポジテブ半導体を支持或いは固定させる絶縁の絶縁形成支持手段（図１のＣ）を設け備えて構成させる多重熱発電素子構成手段と多重熱発電素子。
- 請求項１、２に記載する熱発電素子構成手段と熱発電素子、多重熱発電素子構成手段と多重熱発電素子に有って、熱発電素子電極手段（図１のＡ、図２のＡ）を円錐筒状或いは錐筒状に形成させ、請求項１、２の構成同様に構成させる錐状熱発電素子構成手段と錐状熱発電素子、錐状多重熱発電素子構成手段と錐状多重熱発電素子。
- 請求項１、２、３に記載する熱発電素子構成手段と熱発電素子、多重熱発電素子構成手段と多重熱発電素子、錐状熱発電素子構成手段と錐状熱発電素子、錐状多重熱発電素子構成手段と錐状多重熱発電素子に有って、熱発電素子電極手段（図１のＡ、図２のＡ）に電気伝導、熱伝導、耐食性、強度に優れる合金を用いて構成させる上記其々の熱発電素子構成手段と熱発電素子。
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