JP2011024316A - 熱電交換発電ユニット及びそれを用いた熱電交換発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な場所に配置することができる汎用的な熱電交換発電ユニットを提供すること。
【解決手段】本発明の熱電交換発電ユニット１は、熱を電気に変換するための熱発電素子２と、熱発電素子２に熱を伝導するための熱伝導部３と、内部に冷却水を通すための空洞を有する冷却部４とを備える。熱発電素子２は、熱伝導部３と冷却部４との間に挟まれている。熱伝導部３は、熱流側に配置される複数の棒状部材３ｂを含む。冷却部４は、一側面から穿孔された横穴４ｃと、上面から穿孔され、内側にネジ溝を有する少なくとも二つの縦穴４ｄ，４ｅと、横穴４ｃを閉じるためのシール部４ｂとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱を電気に変換して発電するための熱電交換発電ユニット及びそれを用いた熱電交換発電機に関する。

特許文献１の図１及び図３には、板状のベース（１又は６）に板状のフィン（２又は７）を形成したヒートシンクが開示されている。特許文献１の図５に示すように、当該ヒートシンクは、ヒートシンク固定カバー（１０）に固定される。さらに、特許文献１の図６に示すように、ヒートシンクと水冷ヒートシンク（１１）との間に、発電素子が配置される。特許文献１の図７に示すように、水冷ヒートシンク（１１）には、冷却水が通され、水管１３を介して、上下の水冷ヒートシンク（１１）に冷却水が供給される。熱流の通路と水冷ヒートシンク（１１）との温度差によって、発電素子が熱を電気に変換して発電がなされる。

特開２００２−３４５２７２号公報

特許文献１に記載の発電装置は、板状のフィンを用いており、当該フィンによって囲まれる熱流通路に高熱を通すようにし、水冷ヒートシンクに冷却水を供給して、発電するようにしている。しかし、熱流が通る箇所は、排気ダクトなど、様々な場所に存在する。このように様々に存在する熱流通路に、特許文献１に記載の発電装置を配置することはできない。

それゆえ、本発明の目的は、様々な場所に配置することができる汎用的な熱電交換発電ユニットを提供することである。また、本発明の他の目的は、このような熱電交換発電ユニットを用いた熱電交換発電機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明は、熱を電気に変換するための熱発電素子と、熱発電素子に熱を伝導するための熱伝導部と、内部に冷却水を通すための空洞を有する冷却部とを備える熱電交換発電ユニットである。熱発電素子は、熱伝導部と冷却部との間に挟まれている。熱伝導部は、熱流側に配置される複数の棒状部材を含む。

また、本発明は、熱流の通路となる通路部と、通路部に取り付けられており、熱を電気に変換して発電するための複数の当該熱電交換発電ユニットと、複数の当該熱電交換発電ユニットに対して、冷却水を提供する冷却水用配管とを備える熱電交換発電機である。棒状部材は、通路部の内部における気体又は液体の熱を吸熱する。複数の熱電交換発電ユニットの冷却部には、冷却水用配管から冷却水が供給される。

当該熱電交換発電ユニットにおいて、冷却部は、一側面から穿孔された横穴と、上面から穿孔され、内側にネジ溝を有する少なくとも二つの縦穴と、横穴を閉じるためのシール部とを含むと良い。

本発明によれば、複数の棒状部材によって熱源からの熱を伝達させて、発電を行うので、熱電交換発電ユニットを必要に応じて様々な場所に取り付けることができる。よって、汎用的な熱電交換発電ユニットが提供されることとなる。また、排気ダクトや排気口に熱電交換発電ユニットを取り付ける場合は、熱電交換発電機のように、予め通路部に複数の熱電交換発電ユニットを取り付けておいて、排気ダクトや排気口に取り付けるだけでよい。そのため、簡便に、熱電交換発電を実現することが可能となる。また、冷却部内の空洞を横穴及び少なくとも二つの縦穴によって形成し、シール部によって横穴を閉じることによって、簡便な構成で、冷却部を提供することができ、製造が容易になると共に、熱電交換発電ユニットのコストを下げることができる。

本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱電交換発電ユニット１の斜視図である。 図２は、熱電交換発電ユニット１の分解斜視図である。 図３は、熱電交換発電ユニット１の発電電力を示すグラフである。 図４は、熱電交換発電ユニット１を取り付けた熱電交換発電機１０の斜視図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱電交換発電ユニット１の斜視図である。図２は、熱電交換発電ユニット１の分解斜視図である。熱電交換発電ユニット１は、熱発電素子２と、熱伝導部３と、冷却部４とを備える。熱発電素子２及び冷却部４は、銅などの熱伝導率の高い金属であると良い。熱発電素子２は、熱伝導部３と冷却部４とに挟まれて、ろう付けされている。熱発電素子２は、電気コード２ａ，２ｂと、ゼーベック熱発電素子２ｃとを備える。ゼーベック熱発電素子２ｃは、物体の温度差を電位差に変換するゼーベック効果を利用した素子である。ゼーベック熱発電素子２ｃとしては、周知のあらゆる素子が利用可能である。熱伝導部３は、ベース部３ａと、複数の棒状部材３ｂ（図１及び２では、２５本の棒状部材３ｂ）とを含む。棒状部材３ｂは、ベース部３ａに穿孔された穴に差し込まれている。冷却部４は、本体部４ａと、シール部４ｂと、本体部４ａの一側面から穿孔された横穴４ｃと、本体部４ａの上面から穿孔された二つの縦穴４ｄ，４ｅとを含む。縦穴４ｄ，４ｅは、内側にネジ溝を有する。当該ネジ溝には、たとえば、ガス管５（後述の図４）が取り付けられる。シール部４ｂは、横穴４ｃの開口部分を閉じるように、本体部４ａにろう付けされる。

少なくとも、棒状部材３ｂは、熱流通路に配置される。冷却部４には、２本のガス管５が取り付けられる。２本のガス管５に冷却水が通される。これにより、熱伝導部３側は熱せられ、冷却部４側は冷却されることとなる。この温度差によって、ゼーベック熱発電素子２ｃは、起電力を発生させる。起電力による電流は、電気コード２ａ，２ｂによって取り出される。

図３は、熱電交換発電ユニット１の発電電力を示すグラフである。図３において、横軸は、熱伝導部３と冷却部４との温度差を示す。縦軸は、発電電力を示す。たとえば、熱流側の温度を１９８度とし、冷却部４内の冷却水の温度を４７度として、冷却水を８００ｍｌ／ｍｉｎで通して、外部負荷抵抗２．６Ωで測定した場合、約３．４Ｖ、約１．３Ａ、約４．５Ｗの発電が得られた。したがって、熱電交換発電ユニット１は、十数センチ角程度の小型の太陽電池と同程度の発電量を得ることができた。

図４は、熱電交換発電ユニット１を取り付けた熱電交換発電機１０の斜視図である。熱交換発電機１０は、通路部６と、複数の熱電交換発電ユニット１と、冷却水用配管７，８と、複数のガス管５とを備える。通路部６は、排気ダクト（図示せず）の一部に取り付けられたり、排気口（図示せず）に取り付けられたり、熱流の通路となる箇所に取り付けられるように設計されている。図４では、２本の排気ダクトの間に接続可能なように、通路部６は、フランジ６ａ，６ｂを有する。なお、通路部６の形状は特に限定されるものではなく、熱流の通路となりうる形状であれば、どのような形状であっても良い。

熱電交換発電ユニット１は、通路部６の側面から、少なくとも棒状部材３ｂが通路部６の内部に突出するように、通路部６に固定されている。熱電交換発電ユニット１の縦穴４ｄ，４ｅにガス管５が接続される。縦穴４ｄに接続されたガス管５は、冷却水用配管７に連接される。縦穴４ｅに接続されたガス管５は、冷却水用配管８に連接される。冷却水用配管７には、外部から冷却水が供給される。冷却部４内を通った冷却水は、冷却水用配管８を通って外部に排出される。このようにして、冷却水が各熱電交換発電ユニット１を循環することとなる。熱電交換発電機１０に複数の熱電交換発電ユニット１が取り付けられているので、熱電交換発電ユニット１の数に応じた発電量が得られることとなる。なお、図４では、複数の熱電交換発電ユニット１に連接するように冷却水用配管７，８が接続されているが、個々の熱電交換発電ユニット１にそれぞれ冷却水用配管７，８が接続されても良い。

このように、本発明の一実施形態では、複数の棒状部材３ｂによって熱源からの熱を伝達させて、発電を行うので、熱電交換発電ユニット１を必要に応じて様々な場所に取り付けることができる。よって、汎用的な熱電交換発電ユニット１が提供されることとなる。また、排気ダクトや排気口に熱電交換発電ユニット１を取り付ける場合は、熱電交換発電機１０のように、予め通路部６に複数の熱電交換発電ユニット１を取り付けておいて、排気ダクトや排気口に取り付けるだけでよい。そのため、簡便に、熱電交換発電を実現することが可能となる。

また、冷却部４内の空洞を横穴４ｃ及び少なくとも二つの縦穴４ｄ，４ｅによって形成し、シール部４ｂによって横穴４ｃを閉じることによって、簡便な構成で、冷却部４を提供することができ、製造が容易になると共に、熱電交換発電ユニット１のコストを下げることができる。なお、縦穴は、三つ以上あっても良い。

以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。

本発明は、熱電交換発電ユニット及び熱電交換発電機であり、産業上利用可能である。

１ 熱電交換発電ユニット
２ 熱発電素子
２ａ，２ｂ 電気コード
２ｃ ゼーベック熱発電素子
３ 熱伝導部
３ａ ベース部
３ｂ 棒状部材
４ 冷却部
４ａ 本体部
４ｂ シール部
４ｃ 横穴
４ｄ，４ｅ 縦穴
５ ガス管
６ 通路部
６ａ，６ｂ フランジ
７，８ 冷却水用配管
１０ 熱電交換発電機

Claims (3)

1. 熱を電気に変換するための熱発電素子と、
   前記熱発電素子に熱を伝導するための熱伝導部と、
   内部に冷却水を通すための空洞を有する冷却部とを備え、
   前記熱発電素子は、前記熱伝導部と前記冷却部との間に挟まれており、
   前記熱伝導部は、熱流側に配置される複数の棒状部材を含むことを特徴とする、熱電交換発電ユニット。
2. 熱流の通路となる通路部と、
   前記通路部に取り付けられており、熱を電気に変換して発電するための複数の熱電交換発電ユニットと、
   前記複数の熱電交換発電ユニットに対して、冷却水を提供する冷却水用配管とを備え、
   前記熱電交換発電ユニットは、
   熱を電気に変換するための熱発電素子と、
   前記熱発電素子に熱を伝導するための熱伝導部と、
   内部に冷却水を通すための空洞を有する冷却部とを備え、
   前記熱発電素子は、前記熱伝導部と前記冷却部との間に挟まれており、
   前記熱伝導部は、前記熱流側に配置される複数の棒状部材を含み、
   前記棒状部材は、前記通路部の内部における前記気体又は前記液体の熱を吸熱し、
   前記複数の熱電交換発電ユニットの冷却部には、前記冷却水用配管から冷却水が供給されることを特徴とする、熱電交換発電機。
3. 前記冷却部は、
   一側面から穿孔された横穴と、
   上面から穿孔され、内側にネジ溝を有する少なくとも二つの縦穴と、
   前記横穴を閉じるためのシール部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電交換発電ユニット又は請求項２に記載の熱電交換発電機。

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