JP2017085068A - 熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する熱電発電システム。 - Google Patents
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Abstract
【課題】少量の熱源で、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電気を作ること。【解決手段】スタート時に七輪等１で木炭を使用するか、少量のＬＰＧ（プロパンガス）又は１３Ａ（都市ガス）等のガス、投げ込み型ヒーター等を使用して容器中の水又は不燃オイルを熱し、水又は不燃オイルの温度が一定温度に達すると切った後、水又はオイルの予熱を利用して半導体３で更に発電し、予熱で維持しながら循環熱を作り、予熱を熱源として電気を取り出す。【選択図】図１
Description
本発明は熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、熱の再利用を熱から熱でなく、熱から電気を取り出す為、ゼーベック半導体を利用した熱電発電システムである。
これは一本の金属棒の両端を異なる温度に保つとき、温度の高い方から低い方へ熱の流れ（移動）が生じるゼーベック効果を利用するものである。
金属の場合、その熱源は内部の電子によって運ばれるため、両端には電位差（起電力）が生じる。起電力は金属の種類によって異なる為、多数の素子を板状、円盤状、合金として組み合わされ、サーモモジュールを構成して使用する。熱の移動により両端に温度差が生じる。
この温度差は電気抵抗と温度の関係により、Ｐ型（正孔）（電気抵抗が温度の上昇により、減少する特性）とＮ型（電子）（電気抵抗が温度の上昇により増加する特性）があり、素子の材料により発電効率を異にする。またこれとは逆に半導体素子に電気を流すことにより、半導体素子の片側は冷やされる現象をペルチエ効果という。
これは一本の金属棒の両端を異なる温度に保つとき、温度の高い方から低い方へ熱の流れ（移動）が生じるゼーベック効果を利用するものである。
金属の場合、その熱源は内部の電子によって運ばれるため、両端には電位差（起電力）が生じる。起電力は金属の種類によって異なる為、多数の素子を板状、円盤状、合金として組み合わされ、サーモモジュールを構成して使用する。熱の移動により両端に温度差が生じる。
この温度差は電気抵抗と温度の関係により、Ｐ型（正孔）（電気抵抗が温度の上昇により、減少する特性）とＮ型（電子）（電気抵抗が温度の上昇により増加する特性）があり、素子の材料により発電効率を異にする。またこれとは逆に半導体素子に電気を流すことにより、半導体素子の片側は冷やされる現象をペルチエ効果という。
請求項１において
半導体素子は金属材料によって発電効率が異なる為、多数の金属の特性を生かして、Ｐ型、Ｎ型に分け、板状又は合金に加工して、熱の温度差を付け、電子の流れを良くした熱電発電システムである。
半導体素子は金属材料によって発電効率が異なる為、多数の金属の特性を生かして、Ｐ型、Ｎ型に分け、板状又は合金に加工して、熱の温度差を付け、電子の流れを良くした熱電発電システムである。
請求項２において
本発明の熱源は金属製の四角の容器〈タンク〉に水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れ、スタート時の熱源は▲１▼別に用意した七輪等の木炭熱でオイルを温め、熱を作る方法（ガス、電気、石油類は一切使わない）或いは▲２▼一口又は数口のコンロを使用し、ＬＰＧ（プロパンガス）又は１３Ａ（都市ガス）等のガスで熱を作り、▲３▼投げ込み型ヒーター又はねじ込み型ヒーターを使い、電気で湯熱を作り、▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない容器（熱伝導の良い特殊な構造体）の中へ（イ）ヒートパイプとシーズヒーターを組み合わせた ヒートパイプ式マイカ熱盤、又は（ロ）アルミ熱盤カートリッジヒーター、（ハ）スペースヒーターを入れて電気で熱を作るシステムで、その容器の外側面にゼーベック半導体（請求項１における半導体が熱を受けることにより発電する素子）をモジュールで構成して組み合わせた、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する独立型の熱電発電システムである。 又このシステムはバッテリーを充電して使用する事ができる。
本発明の熱源は金属製の四角の容器〈タンク〉に水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れ、スタート時の熱源は▲１▼別に用意した七輪等の木炭熱でオイルを温め、熱を作る方法（ガス、電気、石油類は一切使わない）或いは▲２▼一口又は数口のコンロを使用し、ＬＰＧ（プロパンガス）又は１３Ａ（都市ガス）等のガスで熱を作り、▲３▼投げ込み型ヒーター又はねじ込み型ヒーターを使い、電気で湯熱を作り、▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない容器（熱伝導の良い特殊な構造体）の中へ（イ）ヒートパイプとシーズヒーターを組み合わせた ヒートパイプ式マイカ熱盤、又は（ロ）アルミ熱盤カートリッジヒーター、（ハ）スペースヒーターを入れて電気で熱を作るシステムで、その容器の外側面にゼーベック半導体（請求項１における半導体が熱を受けることにより発電する素子）をモジュールで構成して組み合わせた、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する独立型の熱電発電システムである。 又このシステムはバッテリーを充電して使用する事ができる。
上記はスタート時の熱源に▲１▼別に用意した七輪等で木炭を使用して熱を作る方法で（ガス、電気、石油類は一切使わない）一定の温度に達すると火を止め、予熱を利用して熱を保持し、或いは▲２▼熱源にＬＰＧ（プロパンガス）又は１３Ａ（都市ガス）等のガスを使い、容器の中の水又は不燃オイル及び保温炭素材を熱し、一定の温度に達するとガスを止め、予熱を利用して熱を保持しながら発電させる。また▲３▼は水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器に投げ込み型ヒーター又はねじ込み型ヒーターを電気で熱し、一定の温度に達すると電気を止め、▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない特殊な容器にスペースヒーター等を電気で温め、一定の温度まで熱すると、電気を止め、その予熱を利用し、発電させるシステムで、その発電は予熱を利用して循環発電させることが特徴である。
この装置は一度熱せられた熱を半導体が受けて発電し、タンクの四面のうち▲１▼一面はその半導体が発電した電気で水又は不燃オイルをヒーターで温め、少ない電気で循環熱を作り、（この場合オイルの温度がすぐに下らないので、少量の電気で済む）予熱温度を維持し、▲２▼他面は使用する電気を直流から交流に変換して使用することが出来るシステムである。
この装置は一度熱せられた熱を半導体が受けて発電し、タンクの四面のうち▲１▼一面はその半導体が発電した電気で水又は不燃オイルをヒーターで温め、少ない電気で循環熱を作り、（この場合オイルの温度がすぐに下らないので、少量の電気で済む）予熱温度を維持し、▲２▼他面は使用する電気を直流から交流に変換して使用することが出来るシステムである。
請求項３において
この熱電発電システムは▲１▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた角型の容器、▲２▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない特殊の角型容器の外側四面にゼーベック半導体、その外側に、温度差を付ける為、冷却用にペルチエ半導体（いずれもモジュールで構成して組み合わせた半導体）を取り付け、又は真空クールパイプに環境温度を一定に保持する為、ラックの上部に取り付けたエアコンまたはクーラーの冷気を利用してパイプとラック内を強制冷却し、更にフインとフアンで強制放熱する熱電発電システムである。
又ゼーベック半導体の温度差を安定して得るため、ラックの上部にクーラーを取り付け、環境温度を一定に保持した熱電発電システムである。
この熱電発電システムは▲１▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた角型の容器、▲２▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない特殊の角型容器の外側四面にゼーベック半導体、その外側に、温度差を付ける為、冷却用にペルチエ半導体（いずれもモジュールで構成して組み合わせた半導体）を取り付け、又は真空クールパイプに環境温度を一定に保持する為、ラックの上部に取り付けたエアコンまたはクーラーの冷気を利用してパイプとラック内を強制冷却し、更にフインとフアンで強制放熱する熱電発電システムである。
又ゼーベック半導体の温度差を安定して得るため、ラックの上部にクーラーを取り付け、環境温度を一定に保持した熱電発電システムである。
請求項４において
ヒーターの温度を保持するため、自動的に温度調整できる温度変換器およびガス量調整器を取り付け、発電を安定させ、発電した電気は▲１▼予熱電源として使用するシステムと▲２▼交流に変換して直接使用できるシステムが特徴である。
太陽光発電は太陽の光を利用して発電するが、本発明は熱を電気に変えて発電するシステムで、太陽光発電が一日平均３．５時間しか発電しないのに対し、本発明は２４時間発電するシステムである。又本発明の技術を使い温泉熱（１００℃以下の熱）を利用することも可能であり、経済的メリットが大きい熱電発電システムである。
ヒーターの温度を保持するため、自動的に温度調整できる温度変換器およびガス量調整器を取り付け、発電を安定させ、発電した電気は▲１▼予熱電源として使用するシステムと▲２▼交流に変換して直接使用できるシステムが特徴である。
太陽光発電は太陽の光を利用して発電するが、本発明は熱を電気に変えて発電するシステムで、太陽光発電が一日平均３．５時間しか発電しないのに対し、本発明は２４時間発電するシステムである。又本発明の技術を使い温泉熱（１００℃以下の熱）を利用することも可能であり、経済的メリットが大きい熱電発電システムである。
この装置は容器内の温度を維持するため、ヒーターを自動的に温度調整できる温度変換器及びガス量調整器を取り付けて温度管理をしている。オイル熱は水を熱した温度より高く、冷めにくいこと、不燃オイルは火災等の危険性及び毒性がないこと、酸化による影響が少ないこと、ガス熱は一口又は数口コンロを使い、移動及び転倒しても自動的にガスが消える等の利点がある。
熱エネルギーの利用では、大型設備（焼却炉、ボイラー等）において、その廃熱利用は一部で熱から熱への利用はされているが、大部分は捨てられているのが現状である。
本発明は熱から熱への利用ではなく、低温の熱エネルギーを電気エネルギーに変えて利用する画期的な技術である。又スタート時に木炭を利用することで、ガス、電気、石油類を一切使わない（以後予熱を利用）画期的な熱電発電システムである。
本発明は熱から熱への利用ではなく、低温の熱エネルギーを電気エネルギーに変えて利用する画期的な技術である。又スタート時に木炭を利用することで、ガス、電気、石油類を一切使わない（以後予熱を利用）画期的な熱電発電システムである。
本発明が解決しようとする課題は低温の熱エネルギーを大きな電気エネルギーに変換することである。
本発明が解決するための手段として
１．ゼーベック半導体の素子を金属の性質によりＰ型、Ｎ型に分け板状又は合金で加工して発電効率を良くした。
２．半導体素子を多くして、四角の容器の有効利用を下記の様なシステムにした。
３．スタート時の熱源として
▲１▼ガス、電気、石油類は一切使わないで、七輪等で木炭熱を作り、水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を温め、その外側面に半導体を取り付ける方法。
▲２▼ＬＰＧ又は１３Ａ等のガス等で一口又は数口コンロを使い、水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器をガスで温め、その外側面に半導体を取り付ける方法。
▲３▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器に投げ込み型ヒーター等を取り付け、電気で温め、その容器の外側面に半導体を取り付ける方法。
▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない特殊な容器（熱伝導の良い構造体）を電気ヒーターで温め、その容器の外側面に半導体を取り付ける方法である。
１．ゼーベック半導体の素子を金属の性質によりＰ型、Ｎ型に分け板状又は合金で加工して発電効率を良くした。
２．半導体素子を多くして、四角の容器の有効利用を下記の様なシステムにした。
３．スタート時の熱源として
▲１▼ガス、電気、石油類は一切使わないで、七輪等で木炭熱を作り、水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を温め、その外側面に半導体を取り付ける方法。
▲２▼ＬＰＧ又は１３Ａ等のガス等で一口又は数口コンロを使い、水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器をガスで温め、その外側面に半導体を取り付ける方法。
▲３▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器に投げ込み型ヒーター等を取り付け、電気で温め、その容器の外側面に半導体を取り付ける方法。
▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れない特殊な容器（熱伝導の良い構造体）を電気ヒーターで温め、その容器の外側面に半導体を取り付ける方法である。
半導体素子の効率は良くなり、▲１▼七輪等で木炭を使い、（ガス、電気、石油類を使わない）水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を温め▲２▼一口又は数口コンロを使い、ＬＰＧ又は １３Ａ等のガスで水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を熱し、▲３▼水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器に投げ込み型ヒーター又はねじ込み型ヒーターを入れ、電気で一定温度の湯熱を作り、▲４▼水又は不燃オイル及び保温炭素材をいれない特殊な容器（熱伝導のよい構造体）を電気でヒーターを温め、容器の外４側面にモジュールを構成したゼーベック半導体、その外側に温度差を付ける為、冷却用にペルチエ半導体を組み合わせ、強制冷却し、フイン及びファンで強制放熱し、素子内の電子の流れを良くすることで温度差が出来、大きな電力を得ることが出来る様になった。また容器内の温度を自動的にコントロールする温度変換器又はガス量調整器を取り付けることで電気を安定して取り出すことが出来る様になった。
本発明を実施するに当たり、スタート時の熱源に▲１▼ガス、電気、石油類を使わないで、別に用意した七輪等を使い、木炭の熱で水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を温め、熱を作り、或いは▲２▼ＬＰＧ又は１３Ａ等のガスを使い、一口又は数口コンロを使用して、そのコンロ上に水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れた容器を置き、（コンロの最大発生量の３分の１以下のガス量）水は１００℃、オイルは２００℃以下の一定温度が確保でき、▲３▼水又は不燃オイル及び保温炭素材の入った容器を電気ヒーターで温め、▲４▼特殊な容器に水又は不燃オイル及び保温炭素材の入らない容器を電気ヒーターで温め、何れも一定の温度に達すると炭火、ガス、電気を止め、その後予熱を利用した循環熱発電システムで▲１▼四角の容器の一面は予熱を利用した循環熱源▲２▼他面は予熱で発電した電気を直流から交流へ変換して使用できる様になった。
図１により説明します。
▲１▼−▲２▼−▲３▼−▲４▼−▲５▼
熱源▲１▼▲２▼から熱を作り、半導体▲３▼が熱を受け発電する。発電した電気の一面は予熱による循環熱電源、他面は予熱を直接使用できる電源として、容器の外側にゼーベック半導体を、その外側をペルチエ素子で組み合わせ、強制冷却し、又フイン▲４▼ファン▲５▼等で固定して強制放熱して使用する。熱源の湯熱はスタート時にガス、電気、石油類を使用しない方法と、使用する方法があり、一定温度まで熱せられた後は、木炭熱、ガス、電気を切り、一面はその予熱だけで半導体が発電する循環電源（自家発電機）として、他面は予熱を利用して発電した電気を直流から交流に変換して使用することができる画期的な熱電発電システムとなった。
▲１▼−▲２▼−▲３▼−▲４▼−▲５▼
熱源▲１▼▲２▼から熱を作り、半導体▲３▼が熱を受け発電する。発電した電気の一面は予熱による循環熱電源、他面は予熱を直接使用できる電源として、容器の外側にゼーベック半導体を、その外側をペルチエ素子で組み合わせ、強制冷却し、又フイン▲４▼ファン▲５▼等で固定して強制放熱して使用する。熱源の湯熱はスタート時にガス、電気、石油類を使用しない方法と、使用する方法があり、一定温度まで熱せられた後は、木炭熱、ガス、電気を切り、一面はその予熱だけで半導体が発電する循環電源（自家発電機）として、他面は予熱を利用して発電した電気を直流から交流に変換して使用することができる画期的な熱電発電システムとなった。
本発明で熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、電気を使用することが容易となり、特にこの移動式（独立型）発電装置は運搬が可能で、ＬＰＧボンベはどこへでも移動でき、この発電装置は産業上便利なだけでなく、大きな利用が可能となり、社会貢献も大である。具体的には電気のない地域、場所、一般家庭用、業務用等、利用範囲は非常に広い。
また温泉源の湯熱を利用して発電することが可能となり、またバッテリーも充電することが出来、熱エネルギーを電気エネルギーに変えて利用できる道が開けた。
また温泉源の湯熱を利用して発電することが可能となり、またバッテリーも充電することが出来、熱エネルギーを電気エネルギーに変えて利用できる道が開けた。
▲１▼七輪又はコンロ等
▲２▼オイル容器および投げ込み型ヒーター等
▲３▼半導体
▲４▼フイン
▲５▼フアン
▲２▼オイル容器および投げ込み型ヒーター等
▲３▼半導体
▲４▼フイン
▲５▼フアン
Claims (4)
- 人工グラファイト（１７００ｗ／ｍｋ）又は天然グラファイト（４００ｗ／ｍｋ）、銅、ビスマス、テルル、亜鉛、ニッケル、コバルト、鉄、金、アルミを板状又は合金にして加工したゼーベック半導体の熱電発電素子。
- 金属製の四角の容器〈タンク〉に水又は不燃オイル及び保温炭素材を入れ、スタート時の熱源は▲１▼木炭を利用して熱を作る方法。（ガス、電気、石油類を使わない）或は▲２▼一口又は数口のコンロを使用して、ＬＰＧ（プロパンガス）又は１３Ａ（都市ガス）等のガスで熱を作る方法。▲３▼四角の容器に水または不燃オイル及び保温炭素材を入れ、投げ込み型ヒーター又はネジ込み型ヒーターを使い、電気で熱を作る方法。▲４▼水又は不燃オイル及び炭素材を入れないで熱伝導の良い特殊な四角の容器の中へ、（イ）ヒートパイプとシーズヒーターを組み合わせたヒートパイプ式マイカ熱盤、（ロ）アルミ熱盤カートリッジヒーター、（ハ）スペースヒーターを入れ、電気で熱を作る方法で、その容器の外側面にゼーベック半導体をモジュールで構成して、組み合わせて発電する熱電発電システム。
- ゼーベック半導体の温度差を得るため、冷却用にゼーベック半導体とペルチエ半導体を組み合わせ、又は真空クールパイプを取り付け、また環境温度を一定にする為、ラックの上部に取り付けたエアコン又はクーラーの冷気を利用してパイプおよびラック内を強制冷却する熱電発電システム。
- 四角の容器内又は容器の温度を一定にする為、温度変換器又はガス量調整器を取り付け，容器内の温度を調整した熱で、発電した電気は▲１▼一面はオイル及び容器の温度を維持し、オイル及び容器の予熱を利用した循環熱源として使用し、▲２▼他面は発電した直流電力を交流に変換して使用する熱電発電システム。
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-
2015
- 2015-10-30 JP JP2015225145A patent/JP2017085068A/ja active Pending
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