JP2017535963A - 熱電発電機を備えた発電装置 - Google Patents

Abstract

熱電発電機（２）を備えた発電装置（１）において、前記熱電発電機（２）が、相互に分離された２つの増設部品（３，４）を備えており、この場合前記２つの増設部品（３，４）は、相互に異なる熱特性を有していることを特徴としている。

Description

本発明は、独立請求項１の上位概念の特徴に係る熱電発電機を備えた発電装置に関する。

発電のために温度差を利用した熱電発電機は、基本的に公知である。

但し、これらの熱電発電機は、効率が低いという欠点を有しており、そのため用途に応じて負荷のために十分な電力を提供することができない。しかしながら移動体分野、特に車両、とりわけ作業車両においては、固有の車両電源に左右されたくないというニーズがある。その他にも、負荷の現場で電源に用いられ、交換が必要となるバッテリは避けたいという要望がある。

それ故本発明が基礎とする課題は、熱電発電機を備えた発電装置において、その効率に関して改善を施すことにある。

この課題は、独立請求項１の特徴によって解決される。

本発明によれば、それ自体公知の熱電発電機が、相互に分離された２つの増設部品を備え、該２つの増設部品は、相互に異なる熱特性を有している。

つまり基本的な考察は、１つ以上の熱電発電機において、その熱特性に関して異なっている少なくとも２つの、好ましくは厳密に２つの物体を組み合わせて使用することにある。これらの物体は、それらの熱容量と、所定の期間に亘る熱放射および熱対流による熱吸収若しくは熱放出の度合いとに関して、構造的に異なっている。この目的は、周辺環境の、好ましくは発電装置若しくは車両が投入されている環境の経時変化する外気温度を、少なくとも１つの熱電発電機によって利用可能な温度差ΔＴにおいてマッピングすることにある。相互に分離された２つの増設部品により、熱電発電機に作用する温度差が有利に拡大されるため、それによって発電効率が高められ、それに伴いより大量の電気エネルギーが、熱電発電機の出力側から提供できるようになる。

本発明のさらなる実施形態は、従属請求項に記載されており、そこからは対応する利点が明らかとなり、さらにこれらの利点は以下に記載され、図面に基づいて説明される。

発電装置の原理図 発電装置の部分詳細図 図１に類似した構造の発電装置の原理図 発電装置のさらなる実施形態を示した図 本発明による発電装置の等価回路図

図１は、それ自体公知の熱電発電機２を使用した発電装置１を、できるだけ個別的に示した原理図を示す。この熱電発電機２は、高温側と低温側とを有している。一方の側には第１の増設部品３が配置され、他方の側には第２の増設部品４が配置されており、それによってこれらの２つの増設部品３，４は、熱電発電機２の高温側および低温側に、好ましくは面状に接触接続している。この図１に示されている発電装置１は、この発電装置１の投入されている空間であり、但し変動し得る外気温ＴＡが作用する閉鎖された制御空間でもある、周辺環境５内に置かれている。

図２では、増設部品３，４の間に、絶縁体６が配置されていることが示されている。ここではそれは、相互に組み込まれた配置構成であり、この場合増設部品３は、熱電発電機２も、増設部品４も含んでいる。つまり増設部品４は、絶縁体６（これも増設部品３の内部に配置されている）の内部に配置されており、それによって、２つの増設部品３，４は、断熱的な絶縁体によって接続されている。

図３は、図１に示されている構造に類似した構造を有する発電装置１の原理図を示している。付加的に熱電発電機２は、増設部品３，４と共にハウジング７内部に配置されている。このハウジング７も、周辺環境５内に、および／または、既に述べた制御空間内に、置かれている。このハウジング７の内部では、その中に配置されている要素は、真空空間に配置されている。熱電発電機２は、電気的端子９を有しており、この電気的端子はハウジング７から引き出されており、そこからはゼーベック効果（Ｕ_{Ｓｅｅｂｅｃｋ}）による改善された電力を伴う電圧が得られる。電気的端子９を介して発電装置１は、例えばコンバータに、特にＤＣ−ＤＣコンバータに接続される。それにより、電気的端子９の出力側若しくはコンバータ１０の出力側からは、高められた効率を有する、特に移動体分野のためのエネルギー供給が得られる。

図４には、発電装置１のさらなる実施形態が示されている。ここでは、増設部品３，４の間に、真空空間８が配置されており、この場合熱電発電機２の増設部品４は、真空空間８によって囲まれ、この真空空間も増設部品３の内部に配置されている。それにより、増設部品３は、その外表面でほぼハウジングを形成し、これにより発電装置１は、周辺環境５内または制御空間内に配置される。

図５は、本発明に係る発電装置１の等価回路図を示している。この等価回路図における個々の電子部品の意味とそれらの仕様は、以下の表に示されている。

これらの仕様は、以下のように選択されるべきであろう。すなわち、
・Ｃ１ 関連する抵抗を含めて、変化する太陽放射による短期変動がフィルタリングされる
・Ｃ４ 日中は常にＣ２よりも冷たくさせ（抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびＲ７の評価を含む）、夜間は理想的にはＣ２よりも暖かくさせるのに十分な大きさである（電圧の反転は回路技術的にＤＣ−ＤＣコンバータにおいて想定すべき）
・Ｒ６ 第１の条件が機能可能で、かつＤＣ−ＤＣコンバータに関して電気的に良好な変換効率が生じる位の熱量的大きさである（熱的エネルギーから電気的エネルギーへのエネルギー変換効率並びに電圧変換効率）
・熱電発電機からＤＣ−ＤＣコンバータまでの構造的および接続的技術
・特に電気的端子の引き込みのための真空技術
・熱交換器およびハウジングに適した材料（放射率、熱容量、熱伝導率）
・真空容器内での構造部の固定のための絶縁材料、並びに周辺環境構造における容器の固定のための絶縁材料。

２つの増設部品３，４は、任意の幾何学的形状、例えば正方形、長方形、三角形、円形、楕円形または同様の形状を有していてもよい。ここでは各増設部品３，４が、熱電発電機２と面状の接触接続状態にもたらされることが保証され、この接触面の領域において、十分な若しくは確実な熱伝達の目的で非常に良好な熱結合が確実であることが保証されていなければならない。

・周辺媒体に依存していないか、
・真空空間において、熱伝達のための当該機構のみが存在する。すなわち２つの熱交換器は、熱電発電機の他にエネルギー（熱）を交換する手段を持っていない→ΔＴ。

１ 発電装置
２ 熱電発電機
３ 第１の増設部品
４ 第２の増設部品
５ 周辺環境
６ 絶縁体
７ ハウジング
８ 真空空間
９ 電気的端子
１０ コンバータ

Claims (6)

1. 熱電発電機（２）を備えた発電装置（１）において、
   前記熱電発電機（２）が、相互に分離された２つの増設部品（３，４）を備えており、前記２つの増設部品（３，４）は、相互に異なる熱特性を有していることを特徴とする、
   発電装置（１）。
2. 前記増設部品（３，４）の間に、絶縁体（６）が配置されている、
   請求項１記載の発電装置（１）。
3. 前記増設部品（３，４）の間に、真空空間（８）が配置されている、
   請求項１記載の発電装置（１）。
4. 前記増設部品（４）は、前記増設部品（３）の内部に配置されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置（１）。
5. 相互に分離された前記２つの増設部品（３，４）を備えた前記熱電発電機（２）は、ハウジング（７）内に配設されている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置（１）。
6. 前記ハウジング（７）の内部に、真空空間（８）が作用している、
   請求項５記載の発電装置（１）。

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