JP2012016074A - 熱電変換発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高温熱源5と低温熱源7の間に配置され、これらの温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュール3を備え、熱電変換モジュール3を保護ケース2に収容するとともに、保護ケース2内の空隙に充填材4を充填し、これらのケース2および充填材4を介して熱電変換モジュール3が高温熱源5および低温熱源7と接するように構成された熱電変換発電装置1において、充填材4は、熱電変換モジュール3の外周面を覆う第1の充填材4aと、第1の充填材4aを覆う、第1の充填材4aと弾性率(860℃)の異なる第2の充填材4bとを含む
【選択図】図1
Description
図1に示す構造の熱電変換発電装置1を作製した。すなわち、熱電変換モジュール3として、縦110mm、横60mm、厚さ0.5mmで、24対の熱電変換素子を備え、かつ絶縁基板がアルミナからなる熱電変換モジュールを用い、これを8個厚さ方向に積層し、その外周に表1に示すような弾性率を有する第1の充填材4aを厚さ4mmに塗布した後、炭化ケイ素粒子を含むアルミナセメント材料からなる、肉厚7mm、円筒部内径90mm、円筒部長さ230mmの保護ケース2内に挿入した。次いで、保護ケース2の空隙部に、表1に示すような第2の充填材4bを充填した。
実施例1と同様の熱電変換モジュールを8個厚さ方向に積層し、その外周に表1に示すような弾性率を有する第1の充填材を厚さ4mmに塗布した後、その外周に表1に示すような弾性率を有する第2の充填材を厚さ5mmに塗布した、これを、実施例1と同様の保護ケース内に挿入した後、保護ケースの空隙部に、表1に示すような弾性率を有する第3の充填材を充填し、熱電変換発電装置を製造した。
た。
実施例1と同様の熱電変換モジュールを8個厚さ方向に積層し、これを、実施例1と同様の保護ケース内に挿入した後、保護ケースの空隙部に、表1に示すような弾性率を有する充填材を充填し、熱電変換発電装置を製造した。
弾性率150GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1300℃、熱膨張係数8.2×10−6/℃、
熱伝導率2.40W/m・K)
弾性率180GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1280℃、熱膨張係数8.0×10−6/℃、
熱伝導率2.50W/m・K)
弾性率200GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1310℃、熱膨張係数7.8×10−6/℃、
熱伝導率2.35W/m・K)
弾性率230GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1310℃、熱膨張係数7.7×10−6/℃、
熱伝導率2.30W/m・K)
弾性率250GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1320℃、熱膨張係数7.6×10−6/℃、
熱伝導率2.13W/m・K)
弾性率300GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1290℃、熱膨張係数7.7×10−6/℃、
熱伝導率2.20W/m・K)
弾性率400GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1320℃、熱膨張係数7.8×10−6/℃、
熱伝導率2.11W/m・K)
弾性率500GPaの充填剤:アルミナセラミックス
(ベース:アルミナ、耐熱温度1310℃、熱膨張係数7.6×10−6/℃、
熱伝導率2.20W/m・K)
得られた熱電変換発電装置を、図1に示すように、高温熱源として窒素ガス雰囲気(温度860℃)を形成している炉内に保持固定するとともに、保護ケースのフランジ部に低温熱源として冷却ユニット(温度240℃)を取付け、熱電変換モジュールの絶縁基板間の電圧(開放電圧)および出力値を測定した。
熱電変換発電装置の動作を開始させてから5時間後に熱電変換発電装置を取り外し、熱電変換モジュールおよび保護ケースの破損や変形などの有無を調べ、下記の基準で評価した。
○:熱電モジュールおよび保護ケースの破損および変形なし
×:熱電モジュールおよび保護ケースに破損または変形有り
Claims (9)
- 高温熱源と低温熱源の間に配置され、これらの温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュールを備えた熱電変換発電装置であって、
前記熱電変換モジュールを保護ケースに収容するとともに、前記ケース内の空隙に充填材を充填し、これらのケースおよび充填材を介して前記熱電変換モジュールが前記高温熱源および低温熱源と接するように構成された熱電変換発電装置において、
前記充填材は、熱電変換モジュールの外周面を覆う第1の充填材と、前記第1の充填材を覆う、前記第1の充填材と弾性率(860℃)の異なる第2の充填材とを含むことを特徴とする熱電変換発電装置。 - 第1の充填材の弾性率(860℃)が第2の充填材の弾性率(860℃)より小さいことを特徴とする請求項1記載の熱電変換発電装置。
- 第1の充填材の弾性率(860℃)が140〜210GPaの範囲にあり、第2の充填材の弾性率(860℃)が240〜510GPaの範囲にあることを特徴とする請求項2記載の熱電変換発電装置。
- 前記充填材は、前記第2の充填材を覆う、前記第2の充填材と弾性率(860℃)の異なる第3の充填材を含むことを特徴とする請求項2または3記載の熱電変換発電装置。
- 第3の充填材の弾性率(860℃)が第2の充填材の弾性率(860℃)より小さいことを特徴とする請求項4記載の熱電変換発電装置。
- 第3の充填材の弾性率(860℃)が140〜210GPaの範囲にあることを特徴とする請求項5記載の熱電変換発電装置。
- 前記保護ケースは、アルミナセメント、金属およびセラミックスの群より選択される1種からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の熱電変換発電装置。
- 前記保護ケースは、炭化ケイ素粒子、窒化アルミニウム粒子および窒化ケイ素粒子の群より選択される少なくとも1種を含有するアルミナセメントからなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の熱電変換発電装置。
- 高温熱源が高温流体であり、前記保護ケースと直接接していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の熱電変換発電装置。
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