JP2019103379A - 廃熱回収発電用熱電モジュール - Google Patents
廃熱回収発電用熱電モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019103379A JP2019103379A JP2018114509A JP2018114509A JP2019103379A JP 2019103379 A JP2019103379 A JP 2019103379A JP 2018114509 A JP2018114509 A JP 2018114509A JP 2018114509 A JP2018114509 A JP 2018114509A JP 2019103379 A JP2019103379 A JP 2019103379A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric
- waste heat
- side aluminum
- thermoelectric module
- temperature side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 21
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
- F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H9/00—Details
- F24H9/0005—Details for water heaters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H2240/00—Fluid heaters having electrical generators
- F24H2240/08—Fluid heaters having electrical generators with peltier elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】廃熱回収発電用熱電モジュールを提供する。【解決手段】本発明の廃熱回収発電用熱電モジュールは、ボイラーの排煙路の熱電モジュール取付口に装設され、その構造は、取付板及びモジュールフレームを有すると共に取付板には収容口が開設される取付部、及び第一熱電変換部を備える。前記第一熱電変換部は、蒸発端及び凝縮端を有するヒートパイプ部と、これら前記ヒートパイプの凝縮端が共に内部にキャストされる高温側アルミニウム板と、高温側アルミニウム板の上面及び底面をそれぞれ被覆させる１対の低温側アルミニウム板と、高温端が高温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、低温端が低温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、高温側アルミニウム板と低温側アルミニウム板との間の温度差を利用して電流を発生させる複数の熱電チップとを更に備える。第一熱電変換部は蒸発端が取付板の収容口内に貫入されると共に排煙路内の高温廃熱ガスに接触させる。【選択図】図２Ａ
Description
本発明は、熱電モジュールに関し、更に詳しくは、廃熱回収発電に適用される熱電モジュールに関する。
近年、熱電材料の性能が技術的に絶えず進化を続けている。環境保護のために温室効果ガスや二酸化炭素を削減する等の理由により、熱電変換技術を利用して大量の廃熱を回収して電気エネルギーに変換する方式が日米欧等の先進国で重視されている。
廃熱を再利用して熱電発電の競争力を高めるため、新興の応用研究ではごみの焼却で出る余熱、製鋼所から排出される余熱、車及び発動機の排ガスの余熱を利用して熱電発電を行い、補助電源として車に提供する研究が進められている。
廃熱を再利用して熱電発電の競争力を高めるため、新興の応用研究ではごみの焼却で出る余熱、製鋼所から排出される余熱、車及び発動機の排ガスの余熱を利用して熱電発電を行い、補助電源として車に提供する研究が進められている。
熱電発電器に必要な熱源として、現在国内で利用可能な余熱エネルギーの種類は工業的熱エネルギー（例えば、工業の高低温の温度差により排出される熱エネルギー、廃棄物の熱エネルギー、熱交換器の熱エネルギー）、交通機関から排出される熱エネルギー（例えば、ガソリン車の熱エネルギー）、天然熱エネルギー（例えば、太陽熱エネルギー／温泉の地熱）、他の熱エネルギー（例えば、熱水の温度差による熱エネルギー、住宅機器の熱エネルギー、その他の業者が発生させる熱エネルギー）等がある。
工場の余熱を利用する上では他の種類の発電技術の方が効率が高いが、高温環境下で操作する必要があり、１５０℃より低い作業環境では利用不可能であった。熱電発電は中低温の熱エネルギーを利用するため、温度差発電は重要な選択肢であった。
本発明が解決を目指す主要な問題は、工業用ボイラーから排出される廃熱ガスの高温特性を利用し、熱電材料が温度差で発生させる電流と組み合わせて使用し、高温廃熱ガスの高温を回収してエネルギーを生成するために応用することによりエネルギーを回収して再利用する効果を達成させることである。
上記課題を解決するための本発明の廃熱回収発電用熱電モジュールは、ボイラーに適用され、前記ボイラーは高温廃熱ガスを排出させるための排煙路に連通され、前記排煙路の側壁には前記排煙路の内部空間を外界の空間に連通させる熱電モジュール取付口が設置され、前記熱電モジュールは前記熱電モジュール取付口に装設され、取付板及びモジュールフレームを有し、前記取付板には収容口が開設され、前記モジュールフレームの深さは前記排煙路の内部空間に収容可能である取付部と、第一熱電変換部とを備え、前記第一熱電変換部は、並行に配列される複数のヒートパイプで構成され、これら前記ヒートパイプは蒸発端及び凝縮端を有するヒートパイプ部と、高温側アルミニウム板であって、これら前記ヒートパイプの凝縮端は共に前記高温側アルミニウム板内部にキャストされ、且つ前記高温側アルミニウム板に緊密に接触される高温側アルミニウム板と、前記高温側アルミニウム板の上面及び底面をそれぞれ被覆させる１対の低温側アルミニウム板と、高温端が前記高温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、低温端が前記低温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、前記高温側アルミニウム板と前記低温側アルミニウム板との間の温度差を利用して電流を発生させる複数の熱電チップとを更に含む。
前記第一熱電変換部は前記蒸発端が前記取付板の前記収容口内に貫入され、且つ前記排煙路内の高温廃熱ガスに接触させる。
前記第一熱電変換部は前記蒸発端が前記取付板の前記収容口内に貫入され、且つ前記排煙路内の高温廃熱ガスに接触させる。
本発明の好ましい実施形態では、前記低温側アルミニウム板内部には水冷管路が設置され、前記水冷管路は管材が前記低温側アルミニウム板中にキャストされる。
本発明の好ましい実施形態では、前記水冷管路は４入４出の水出／入口を有し、これら前記水出／入口の口径は前記水冷管路の管径より大きい。
本発明の好ましい実施形態では、前記ボイラーの前記排煙路から離間する一側に設置され、前記ボイラーの燃焼により発生した高温廃熱ガスが前記排煙路中に吹き入れられて排出される送風機を更に備える。
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュールは、これら前記熱電チップに電気的に接続されると共にこれら前記熱電チップが発生させる電流が蓄電される蓄電部を更に備える。
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュール取付口及び前記取付板には対応し合う螺合構造が設置される。
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュールは第二熱電変換部を更に備え、前記第二熱電変換部の構造は第一熱電変換部と同じである。前記第二熱電変換部のこれら前記ヒートパイプは交錯して前記第一熱電変換部のこれら前記ヒートパイプの隙間位置に対応するように設置される。
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電変換部のこれら前記ヒートパイプ及び水平面はチルト角を有し、前記凝縮端は前記蒸発端よりも高い。
本発明の好ましい実施形態では、これら前記熱電チップは前記高温側アルミニウム板の各ヒートパイプの凝縮端に対応させる位置に貼り合わせられる。
本発明の好ましい実施形態では、これら前記ヒートパイプにはフィン式ヒートパイプが採用される。
本発明に関わる廃熱回収発電用熱電モジュールは以下の効果を有する。
１．工業ボイラーから排出される廃熱ガスの高温を有効利用し、熱電材料の特性と結合させ、高温廃熱ガスの高温と室温または冷却温度との温度差を利用して電流を発生させ、廃熱を回収して新たなエネルギーとして再利用して運用する。
２．着脱式カートリッジ形態を呈する装置のモジュール構造により、装着及び交換が便利になる。
１．工業ボイラーから排出される廃熱ガスの高温を有効利用し、熱電材料の特性と結合させ、高温廃熱ガスの高温と室温または冷却温度との温度差を利用して電流を発生させ、廃熱を回収して新たなエネルギーとして再利用して運用する。
２．着脱式カートリッジ形態を呈する装置のモジュール構造により、装着及び交換が便利になる。
以下に、本発明に係る廃熱回収発電用熱電モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明に係る熱電チップは熱電材料で製造され、熱電材料に電流が通電された後に高低温の両端が発生し、冷却及び保温のどちらにも使用可能となる。両端が異なる温度に接触した場合、熱電材料は内部の回路に電流を形成させ、温度差が大きくなる程発生する電流も強くなる。すなわち、熱電材料は外界の熱源から電力を発生させることができる。
現在、エネルギー情報ネットワークのデータ情報によると、毎年工業大手が排出する余熱量は約３．９百万原油換算キロリットルであり、８００億元の価値がある。この内、２５０℃以下の余熱が占める割合は約７５％であり、技術的理由及び国内の低価格エネルギーの制限のために回収して利用することができておらず、遺憾であった。
本発明が解決する主要な問題は、工業ボイラーから排出される廃熱ガスの高温特性を利用し、熱電チップが温度差により発生させる電流と組み合わせて使用し、高温廃熱ガスの高温を回収してエネルギーを生成するために応用することによりエネルギーの回収再生効果を達成させることである。
上記課題を解決するための本発明の廃熱回収発電用熱電モジュール１は、ボイラー２に適用され、前記ボイラー２は排出される高温廃熱ガスＡの排煙路３に連通される。前記排煙路３は管径Ｄを有すると共に管壁には熱電モジュール取付口３１が設置される。前記熱電モジュール１は前記熱電モジュール取付口に装設される（図１参照）。
図１の実施形態では、前記ボイラー２の前記排煙路３から離間する一側に設置され、前記ボイラー２の燃焼により発生した高温廃熱ガスＡを前記排煙路３中に吹き入れて排出させるために用いられる送風機４を更に備える。
図２Ａ乃至図２Ｆに示されるように、本発明に係る熱電モジュール１構造は、取付板１１１及びモジュールフレーム１１２を有し、前記取付板１１１には収容口１１３が開設され、前記モジュールフレーム１１２の深さｄは前記排煙路３の前記管径Ｄに収容可能である取付部１１と（図１参照）と、第一熱電変換部１２とを備える。
前記第一熱電変換部１２は並行に配列される複数のヒートパイプ１２１で構成されるヒートパイプ部を含み、これら前記ヒートパイプ１２１は蒸発端１２１１及び凝縮端１２１２を有し、これら前記ヒートパイプ１２１の凝縮端１２１２（図２Ｃ参照）は共に高温側アルミニウム板１２２内部にキャストされると共に前記高温側アルミニウム板１２２に緊密に接触させる。前記高温側アルミニウム板１２２の上面１２２Ａ及び底面１２２Ｂは低温側アルミニウム板１４をそれぞれ被覆させ、前記第一熱電変換部１２（図２Ａ参照）は前記蒸発端１２１１が前記取付板１１１の前記収容口１１３内に貫入させる。
図１に示されるように、蒸発端１２１１は前記排煙路３内の高温廃熱ガスＡに接触させる。前記高温側アルミニウム板１２２と前記低温側アルミニウム板１４との間はこれら前記ヒートパイプ１２１の凝縮端１２１２に対応する位置（図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｄ参照）に複数の熱電チップ１３が設置され、これら前記熱電チップ１３は前記高温側アルミニウム板１２２に貼り合わせられる高温端と前記低温側アルミニウム板１４に貼り合わせられる低温端との間の温度差を利用して電流を発生させる。
前記第一熱電変換部１２は並行に配列される複数のヒートパイプ１２１で構成されるヒートパイプ部を含み、これら前記ヒートパイプ１２１は蒸発端１２１１及び凝縮端１２１２を有し、これら前記ヒートパイプ１２１の凝縮端１２１２（図２Ｃ参照）は共に高温側アルミニウム板１２２内部にキャストされると共に前記高温側アルミニウム板１２２に緊密に接触させる。前記高温側アルミニウム板１２２の上面１２２Ａ及び底面１２２Ｂは低温側アルミニウム板１４をそれぞれ被覆させ、前記第一熱電変換部１２（図２Ａ参照）は前記蒸発端１２１１が前記取付板１１１の前記収容口１１３内に貫入させる。
図１に示されるように、蒸発端１２１１は前記排煙路３内の高温廃熱ガスＡに接触させる。前記高温側アルミニウム板１２２と前記低温側アルミニウム板１４との間はこれら前記ヒートパイプ１２１の凝縮端１２１２に対応する位置（図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｄ参照）に複数の熱電チップ１３が設置され、これら前記熱電チップ１３は前記高温側アルミニウム板１２２に貼り合わせられる高温端と前記低温側アルミニウム板１４に貼り合わせられる低温端との間の温度差を利用して電流を発生させる。
図２Ａの実施形態では、前記熱電モジュール１は、これら前記熱電チップ１３に電気的に接続されると共にこれら前記熱電チップ１３が発生させる電流が蓄電される蓄電部１５を更に備える。
また、図２Ａの実施形態では、前記熱電モジュール取付口３１及び前記取付板１１１には対応し合う螺合構造が設置される。例えば、取付板１１１に設置される第１螺合穴部Ｓ１及び熱電モジュール取付口３１の周囲に設置される第２螺合穴部Ｓ２である。
また、図２Ａの実施形態では、前記熱電モジュール１は第二熱電変換部１２Ａを更に備え、前記第二熱電変換部１２Ａの構造は第一熱電変換部１２と同じである。前記第二熱電変換部１２Ａのこれら前記ヒートパイプ１２１Ａは前記第一熱電変換部のこれら前記ヒートパイプの位置に対応するように設置される。
また、図２Ａの実施形態では、前記第一熱電変換部１２は仕切板１６を更に備え、前記仕切板１６にはこれら前記ヒートパイプが貫設され、且つ前記取付板１１１の収容口１３に平行すると共に相互に当接される。
なお、図２Ｃの実施形態では、前記第一熱電変換部１２のこれら前記ヒートパイプ１２１及び水平面はチルト角αを有する。前記凝縮端１２１２は前記蒸発端１２１１より高い。
本発明の実施形態では、これら前記低温側アルミニウム板１４は前記排煙路３の外部に保留され、且つ空冷（ａｉｒ ｃｏｏｌｉｎｇ）等の放熱手段を有する。
他の実施形態では、これら前記低温側アルミニウム板１４は能動的放熱手段を更に備え、例えば、内部に水冷管路１４１が埋設され、図２Ｂ及び図２Ｄに示されるように、水冷管路１４１内の液体がポンプにより循環される。前記水冷管路１４１は管材が前記低温側アルミニウム板１４中にキャストされる。
他の実施形態では、これら前記低温側アルミニウム板１４は能動的放熱手段を更に備え、例えば、内部に水冷管路１４１が埋設され、図２Ｂ及び図２Ｄに示されるように、水冷管路１４１内の液体がポンプにより循環される。前記水冷管路１４１は管材が前記低温側アルミニウム板１４中にキャストされる。
本発明のある実施形態では、図２Ｅ或いは図２Ｆに示されるように、前記低温側アルミニウム板１４内部の水冷管路１４１は４入４出の水入／出口（例えば、水入口１４２Ａ及び水出口１４２Ｂ）を有し、これら前記水入口１４２Ａ及び水出口１４２Ｂの口径Ｄ１は前記水冷管路１４１の管径Ｄ２より大きい。
異なる実施形態では、水冷管路１４１は需要に応じて異なる管路の設計を提供する。図２Ｄ乃至図２Ｆに示されるように、実施形態において、水入口１４２Ａ及び水出口１４２Ｂの口径Ｄ１は前記水冷管路１４１の管径Ｄ２の２倍である。
図２Ｃは本発明のヒートパイプ１２１の作用を示す概略図である。ヒートパイプ１２１の蒸発端１２１１及び凝縮端１２１２は共に封鎖されており、且つヒートパイプ１２１内部は真空状態となる。ヒートパイプ１２１内部には熱媒体（例えば、純水）が装設され、熱媒体はヒートパイプ１２１内で相転移循環される。
本発明に係るヒートパイプ１２１及び水平面は図２Ｂに示されるようにチルト角αを有し、且つ前記凝縮端１２１２は前記蒸発端１２１１より高く、地球の引力の作用により前記ヒートパイプ１２１内部の熱媒体が凝縮端１２１２から蒸発端１２１１に向けて流動する。液状熱媒体Ｍが凝縮端１２１２から蒸発端１２１１に向けて流動する場合、蒸発端１２１１は図１に示されるように排煙路３内の高温廃熱ガスＡに直接接触させ、液状熱媒体Ｍがガス状態熱媒体Ｍ’に相転移され、且つ流体は高圧から低圧に向けて流れるという物理特性により、ガス状態熱媒体Ｍ’が蒸発端１２１１から凝縮端１２１２に向けて流動する。
ガス状態熱媒体Ｍ’は放熱後に凝縮された後に液状熱媒体Ｍに再度相転移され、ヒートパイプ１２１内の相転移循環が形成され、且つこの循環によりヒートパイプ１２１の蒸発端１２１１の熱エネルギーが凝縮端１２１２に伝達される効果を達成させる。
本発明に係るヒートパイプ１２１及び水平面は図２Ｂに示されるようにチルト角αを有し、且つ前記凝縮端１２１２は前記蒸発端１２１１より高く、地球の引力の作用により前記ヒートパイプ１２１内部の熱媒体が凝縮端１２１２から蒸発端１２１１に向けて流動する。液状熱媒体Ｍが凝縮端１２１２から蒸発端１２１１に向けて流動する場合、蒸発端１２１１は図１に示されるように排煙路３内の高温廃熱ガスＡに直接接触させ、液状熱媒体Ｍがガス状態熱媒体Ｍ’に相転移され、且つ流体は高圧から低圧に向けて流れるという物理特性により、ガス状態熱媒体Ｍ’が蒸発端１２１１から凝縮端１２１２に向けて流動する。
ガス状態熱媒体Ｍ’は放熱後に凝縮された後に液状熱媒体Ｍに再度相転移され、ヒートパイプ１２１内の相転移循環が形成され、且つこの循環によりヒートパイプ１２１の蒸発端１２１１の熱エネルギーが凝縮端１２１２に伝達される効果を達成させる。
図３Ａは本発明の他の実施形態の熱電モジュール１Ａの正面から見た概略図であり、図３Ｂは本発明のさらなる他の実施形態の熱電モジュール１Ａの上面から見た概略図である。
ある実施形態では、前記熱電モジュール１Ａは第二熱電変換部１２Ａを更に備え、前記第二熱電変換部１２Ａの構造は第一熱電変換部１２と同じである。
前記第二熱電変換部１２Ａのこれら前記ヒートパイプ１２１Ａは交錯して前記第一熱電変換部１２のこれら前記ヒートパイプ１２１の隙間の位置に対応するように設置される。第一熱電変換部１２及び第二熱電変換部１２Ａは図２Ａに示されるように、蒸発端１２１１が取付部１１の収容口１１３中に貫入され、且つ取付部１１の第１螺合穴部Ｓ１が排煙路３の第２螺合穴部Ｓ２に螺合される。
前記第二熱電変換部１２Ａのこれら前記ヒートパイプ１２１Ａは交錯して前記第一熱電変換部１２のこれら前記ヒートパイプ１２１の隙間の位置に対応するように設置される。第一熱電変換部１２及び第二熱電変換部１２Ａは図２Ａに示されるように、蒸発端１２１１が取付部１１の収容口１１３中に貫入され、且つ取付部１１の第１螺合穴部Ｓ１が排煙路３の第２螺合穴部Ｓ２に螺合される。
これら前記熱電変換部は排煙路３中に貫入される蒸発端１２１１が高温廃熱ガスに直接接触させ、第一熱電変換部１２及び第二熱電変換部１２Ａのこれら前記ヒートパイプが交錯して対応するように設置されて配列されるという特徴により、これら前記ヒートパイプ１２１、１２１Ａと高温廃熱ガスとの接触面積が増加し、より好ましい廃熱回収発電効果を達成させる。
全体の７５％を占める回収されずに利用されていなかった２５０℃以下の余熱が新生エネルギー（電流）として有効的に変換され、出力されて蓄電や使用が可能になる。
総合すると、本発明が公開する廃熱回収発電用熱電モジュールは以下の効果を有する。
１．工業ボイラーから排出される廃熱ガスの高温が有効利用され、熱電材料の特性と組み合わせられ、高温廃熱ガスの高温と室温または冷却温度との温度差により電流を発生させる。すなわち、廃熱が回収されて新たなエネルギーを再度発生させ、運用される。
２．着脱式カートリッジ形態を呈する装置のモジュール構造により装設及び交換が非常に便利である。
１．工業ボイラーから排出される廃熱ガスの高温が有効利用され、熱電材料の特性と組み合わせられ、高温廃熱ガスの高温と室温または冷却温度との温度差により電流を発生させる。すなわち、廃熱が回収されて新たなエネルギーを再度発生させ、運用される。
２．着脱式カートリッジ形態を呈する装置のモジュール構造により装設及び交換が非常に便利である。
上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
１ 熱電モジュール
１Ａ 熱電モジュール
１１ 取付部
１１１ 取付板
１１２ モジュールフレーム
１１３ 収容口
１２ 第一熱電変換部
１２Ａ 第二熱電変換部
１２１ ヒートパイプ
１２１Ａ ヒートパイプ
１２１１ 蒸発端
１２１２ 凝縮端
１２２ 高温側アルミニウム板
１２２Ａ 上面
１２２Ｂ 底面
１３ 熱電チップ
１４ 低温側アルミニウム板
１４１ 水冷管路
１４２Ａ 水入口
１４２Ｂ 水出口
１５ 蓄電部
１６ 仕切板
２ ボイラー
３ 排煙路
３１ 熱電モジュール取付口
４ 送風機
Ａ 高温廃熱ガス
Ｄ 管径
Ｄ１ 口径
Ｄ２ 管径
ｄ 深さ
Ｍ 液状熱媒体
Ｍ’ ガス状態熱媒体
Ｓ１ 第１螺合穴部
Ｓ２ 第２螺合穴部
α チルト角
１Ａ 熱電モジュール
１１ 取付部
１１１ 取付板
１１２ モジュールフレーム
１１３ 収容口
１２ 第一熱電変換部
１２Ａ 第二熱電変換部
１２１ ヒートパイプ
１２１Ａ ヒートパイプ
１２１１ 蒸発端
１２１２ 凝縮端
１２２ 高温側アルミニウム板
１２２Ａ 上面
１２２Ｂ 底面
１３ 熱電チップ
１４ 低温側アルミニウム板
１４１ 水冷管路
１４２Ａ 水入口
１４２Ｂ 水出口
１５ 蓄電部
１６ 仕切板
２ ボイラー
３ 排煙路
３１ 熱電モジュール取付口
４ 送風機
Ａ 高温廃熱ガス
Ｄ 管径
Ｄ１ 口径
Ｄ２ 管径
ｄ 深さ
Ｍ 液状熱媒体
Ｍ’ ガス状態熱媒体
Ｓ１ 第１螺合穴部
Ｓ２ 第２螺合穴部
α チルト角
Claims (10)
- ボイラーに適用され、前記ボイラーは高温廃熱ガスを排出させるための排煙路に連通され、前記排煙路の側壁には前記排煙路の内部空間を外界の空間に連通させる熱電モジュール取付口が設置され、前記熱電モジュールは前記熱電モジュール取付口に装設される廃熱回収発電用熱電モジュールであって、
取付板及びモジュールフレームを有し、前記取付板には収容口が開設され、前記モジュールフレームの深さは前記排煙路の内部空間に収容可能である取付部と、
第一熱電変換部と、を備え、
前記第一熱電変換部は、
並行に配列される複数のヒートパイプで構成され、これら前記ヒートパイプは蒸発端及び凝縮端を有するヒートパイプ部と、
高温側アルミニウム板であって、これら前記ヒートパイプの凝縮端は共に前記高温側アルミニウム板の内部にキャストされ、且つ前記高温側アルミニウム板に緊密に接触される高温側アルミニウム板と、
前記高温側アルミニウム板の上面及び底面をそれぞれ被覆させる１対の低温側アルミニウム板と、
高温端が前記高温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、低温端が前記低温側アルミニウム板に各々貼り合わせられ、前記高温側アルミニウム板と前記低温側アルミニウム板との間の温度差を利用して電流を発生させる複数の熱電チップと、を更に含み、
前記第一熱電変換部は前記蒸発端が前記取付板の前記収容口内に貫入され、且つ前記排煙路内の高温廃熱ガスに接触させることを特徴とする、
廃熱回収発電用熱電モジュール。 - 前記低温側アルミニウム板の内部には水冷管路が設置され、前記水冷管路は管材が前記低温側アルミニウム板中にキャストされることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記水冷管路は４入４出の水出／入口を有し、これら前記水出／入口の口径は前記水冷管路の管径より大きいことを特徴とする請求項２に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記ボイラーの前記排煙路から離間する一側に設置され、前記ボイラーの燃焼により発生した高温廃熱ガスが前記排煙路中に吹き入れられて排出される送風機を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記熱電モジュールは、これら前記熱電チップに電気的に接続されると共にこれら前記熱電チップが発生させる電流が蓄電される蓄電部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記熱電モジュール取付口及び前記取付板には対応し合う螺合構造が設置されることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記熱電モジュールは第二熱電変換部を更に備え、前記第二熱電変換部の構造は第一熱電変換部と同じであり、前記第二熱電変換部のこれら前記ヒートパイプは交錯して前記第一熱電変換部のこれら前記ヒートパイプの隙間位置に対応するように設置されることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- 前記熱電変換部のこれら前記ヒートパイプ及び水平面はチルト角を有し、前記凝縮端は前記蒸発端よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- これら前記熱電チップは前記高温側アルミニウム板の各ヒートパイプの凝縮端に対応させる位置に貼り合わせられることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
- これら前記ヒートパイプにはフィン式ヒートパイプが採用されることを特徴とする請求項１に記載の廃熱回収発電用熱電モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW106141923A TWI651875B (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | 廢熱回收發電的熱電模組 |
| TW106141923 | 2017-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019103379A true JP2019103379A (ja) | 2019-06-24 |
Family
ID=66213959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018114509A Pending JP2019103379A (ja) | 2017-11-30 | 2018-06-15 | 廃熱回収発電用熱電モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019103379A (ja) |
| KR (1) | KR20190064373A (ja) |
| CN (1) | CN109860383A (ja) |
| TW (1) | TWI651875B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111478624A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-31 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 热端座、温差发电系统、液态堆及其运行方法和应用 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210156537A (ko) * | 2020-06-18 | 2021-12-27 | 엘지이노텍 주식회사 | 발전장치 |
| CN111810268B (zh) * | 2020-08-11 | 2024-06-07 | 四川大学 | 热端恒温导热型余热发电装置 |
| CN114636341B (zh) * | 2022-02-11 | 2024-09-24 | 安徽平天湖投资控股集团有限公司 | 一种高效废水热量回收装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011239638A (ja) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Fujitsu Ltd | 熱発電制御装置 |
| JP2014195379A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Yanmar Co Ltd | 熱電発電装置及びこれを備えた船舶 |
| CN204140231U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-02-04 | 东风商用车有限公司 | 一种两级联动式汽车尾气温差发电系统 |
| JP2016102492A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | エンジンの熱電発電システム |
| JP2017204505A (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 昭和電工株式会社 | 熱電変換装置 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3042541B2 (ja) * | 1990-11-05 | 2000-05-15 | 古河電気工業株式会社 | ヒートパイプ式筐体冷却器 |
| US20050268955A1 (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-08 | Meyerkord Daniel J | Diesel-electric locomotive engine waste heat recovery system |
| US7856949B2 (en) * | 2007-12-18 | 2010-12-28 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Heat pipes and use of heat pipes in furnace exhaust |
| JP2010225702A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Actree Corp | 熱電発電システム |
| TWI385302B (zh) * | 2010-07-30 | 2013-02-11 | Univ Chienkuo Technology | Engine waste heat recovery thermoelectric conversion system |
| KR101208577B1 (ko) * | 2011-01-04 | 2012-12-06 | 주식회사 제이에스티 | 냉각 모듈 및 이를 포함하는 냉각 시스템 |
| CN104167956B (zh) * | 2013-05-17 | 2016-10-05 | 宝山钢铁股份有限公司 | 烟气余热热电回收装置 |
| KR101860600B1 (ko) * | 2014-11-05 | 2018-05-23 | 국방과학연구소 | 열전소자를 이용한 폐열 회수형 열전 발전장치 |
| TWI567345B (zh) * | 2015-05-20 | 2017-01-21 | Nat Chung-Shan Inst Of Science And Tech | Thermoelectric combustion furnace |
| TW201643353A (zh) * | 2015-06-15 | 2016-12-16 | 國立高雄應用科技大學 | 具發電功能之燃燒裝置 |
| CN105896709B (zh) * | 2016-04-07 | 2018-09-18 | 上海电力学院 | 一种应用于锅炉再热器的温差发电储能及输电系统 |
| CN106357160A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-01-25 | 合肥暖流信息科技有限公司 | 一种利用热管温差发电的系统及方法 |
| TWM559549U (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-01 | Elite Energy Technology Co Ltd | 廢熱回收發電的熱電模組 |
-
2017
- 2017-11-30 TW TW106141923A patent/TWI651875B/zh not_active IP Right Cessation
- 2017-12-29 CN CN201711478331.6A patent/CN109860383A/zh active Pending
-
2018
- 2018-03-30 KR KR1020180037100A patent/KR20190064373A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-06-15 JP JP2018114509A patent/JP2019103379A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011239638A (ja) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Fujitsu Ltd | 熱発電制御装置 |
| JP2014195379A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-09 | Yanmar Co Ltd | 熱電発電装置及びこれを備えた船舶 |
| CN204140231U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-02-04 | 东风商用车有限公司 | 一种两级联动式汽车尾气温差发电系统 |
| JP2016102492A (ja) * | 2014-11-27 | 2016-06-02 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | エンジンの熱電発電システム |
| JP2017204505A (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 昭和電工株式会社 | 熱電変換装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111478624A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-07-31 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 热端座、温差发电系统、液态堆及其运行方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201926748A (zh) | 2019-07-01 |
| TWI651875B (zh) | 2019-02-21 |
| KR20190064373A (ko) | 2019-06-10 |
| CN109860383A (zh) | 2019-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019103379A (ja) | 廃熱回収発電用熱電モジュール | |
| US20070157922A1 (en) | Integrated electrical and thermal energy solar cell system | |
| BRPI0418895B1 (pt) | Sistema de ciclo de calor | |
| JP2011231765A (ja) | 発電プラントシステムの作動方法および発電プラントシステム | |
| KR101335277B1 (ko) | 태양열 발전 시스템에 사용되는 축열조, 이에 사용되는 태양열 발전기 및 이를 포함하는 태양열 발전 시스템 | |
| US20100251714A1 (en) | Air-water power generation system | |
| CN109826686B (zh) | 余热回收系统 | |
| KR101247772B1 (ko) | 유기 랭킨 사이클을 이용한 선박의 발전장치 | |
| KR101516396B1 (ko) | 배기열 회수장치 | |
| KR20150105162A (ko) | Orc 발전시스템 | |
| TWM559549U (zh) | 廢熱回收發電的熱電模組 | |
| CN201576992U (zh) | 一种热板式风力发电机组冷却器 | |
| CN101459396A (zh) | 一种温差发电热管以及温差发电装置 | |
| CN101997364A (zh) | 一种热板式风力发电机组冷却器 | |
| CN214499174U (zh) | 一种天然气冷能联合发电系统 | |
| CN211851944U (zh) | 一种用于电解槽余热回收的发电系统 | |
| JP2002122006A (ja) | 低温排熱を利用した発電設備 | |
| JP2009077551A (ja) | 温度差発電システム | |
| CN113756885A (zh) | 一种天然气冷能联合发电系统 | |
| JP2011257121A (ja) | 蓄熱システムおよび蓄熱システムを備えた給湯システム | |
| JP6666148B2 (ja) | 吸収熱機関を有する冷却される燃料電池を有する電気設備 | |
| KR20220083351A (ko) | 건축용 외장 패널 모듈 | |
| JP2012023258A (ja) | 温度差発電装置及び温度差発電方法 | |
| CN213937769U (zh) | 一种冷却介质余热发电用循环装置 | |
| TWI791992B (zh) | 管道廢熱回收節能裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180618 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190827 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20191127 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200324 |