JP3147096U

JP3147096U - 固体温度差発電板及び固体温度差発電装置

Info

Publication number: JP3147096U
Application number: JP2008003703U
Authority: JP
Inventors: 滿煌陳
Original assignee: 滿煌陳
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: TW200902846A; TWI334005B; US20090007954A1; FR2919980A3; FR2919980B3; GB2450784A; GB0811256D0; DE202008008399U1

Abstract

【課題】発電効果を高める他、製造コストを削減し、使用寿命を延ばすなど、実用性に優れた固体温度差発電板及び固体温度差発電装置を提供する。
【解決手段】この装置は、板形の絶縁体３と発電装置２とを備える。発電装置２は異種金属又は合金材質からなる複数の第一導線２０の列及び複数の第二導線２１の列により構成され、第一導線２０の列は絶縁体３の頂部に設置され、第二導線２１の列は絶縁体３の底部に設置され、第一導線２０及び第二導線２１の両側が絶縁体３の両側部で相互に接続され、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成される。
【選択図】図１

Description

本考案は固体温度差発電板及び固体温度差発電装置に関する。

今日、資源の消耗増加及び環境の悪化により、多くの好ましくない影響が発生したため、エネルギーを有効に利用することが、きわめて重要な課題となっている。現在の発電方法では、火力発電が多いが、この発電方法の場合、二酸化炭素が多く発生し、環境にマイナスな影響が多いということで、使用上の制限が次第に厳しくなっている。そこで、二酸化炭素の発生を抑制し、新たなエネルギーを開発することが必要となり、業者は新しい発電方法を開発した。例えば、廃熱生成装置は熱の排出で発電する熱電部品を備えたもので、これは電流の下で吸熱又は放熱の効果を利用して、電流による熱発生又は冷却現象になる熱電部品を、排熱だけで、電流が出力するように転換したり、通電後、冷却できる熱電部品を温度差だけで、発電できる熱電部品に転換したりすることができるものである。熱電部品は、ｐ型熱電部品（ｐ型熱電半導体）及びｎ型熱電部品（ｎ型熱電半導体）を交替したシリアル接続にした熱電変換モジュールにしたもので、主に高温の環境下で、好適な発電効果が生まれるのである。この種の発電装置が特許文献１などにより提案されている。

実用新案登録第３０４７０８７号公報

現在の一般的な熱電部品はほとんどが半導体材料で作られており、熱電モジュールは、固体の長所があるが、欠点も多い。例えば、熱電転換効率が７〜８％と低く、毀損しやすく、サイズが大きい。従来の熱電モジュールの大きいサイズ、分離式の特性により、発電時に高温（約２５０℃）のもとで正常に作動できるようになるが、常温のもとで作動できる熱電部品は発電効果が低く、使用寿命が限られ、故障率や製造コストが高く、使用範囲が小さいため、大量に設置して使用できず、故障後、修理ができないため、リサイクル再利用もできない。

本考案は、このような従来の課題に鑑みなされたもので、発電効果を高め、製造コストを削減し、使用寿命を延ばし、サイズを多様化し、高温でなくても発電でき、使用範囲を拡大し、リサイクル再利用できる、固体温度差発電板及び固体温度差発電装置を提供すること、を目的とする。

上記目的を達成するために、本考案は、数列の異種金属又は合金導線間の熱電効果により温度差で発電する、優れた固体温度差発電板及び固体温度差発電装置を提供するものである。
（１）本考案の固体温度差発電板１は、板形絶縁体３、異種金属又は合金材質の数列第一導線２０及び数列第二導線２１からなる発電装置２が備わっており、前記第一導線２０及び第二導線２１は、それぞれ絶縁体３の頂部と底部に設けられ、第一導線２０及び第二導線２１の両側は、絶縁体３の両側が相互に接続し、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成されていることを特徴とする。
（２）本考案の固体温度差発電板１は、上記（１）の構成において、更に少なくとも前記電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための二導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いた、前記第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための一絶熱体５が備わっており、前記導熱体４は、電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための一絶縁層４１、絶縁層４１を覆うための一導熱層４０、導熱層４０と電気発生点２３ａ、２３ｂ間の隙間を満たし、熱量が伝えられるための導熱接着剤４２からなるものであることを特徴とする。
（３）本考案の固体温度差発電板１は、上記（１）の構成において、固体温度差発電板１の両側には、更に発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、前記導電線６ａは、発電装置２側の第一導線２０に接続、他方の導電線６ｂは発電装置２の他方側の第二導線２１に接続しており、前記第一導線２０と第二導線２１の材質は、ナノ又はマイクロ化処理された金属又は合金材質であり、前記第一導線２０及び第二導線２１の材質は、以下の何れかの一つ、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナが可能であることを特徴とする。
（４）本考案の固体温度差発電板１は、板形絶縁体３、異種金属又は合金材質の数列第一導線２０及び数列第二導線２１からなる発電装置２が備わっており、前記第一導線２０及び第二導線２１は、絶縁体３の片側に交差設置し、第一導線２０及び第二導線２１の両側は相互に接続し、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成されている；少なくとも前記電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための二導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いた、前記第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための一絶熱体５が備わっていることを特徴とする。
（５）本考案の固体温度差発電板は、上記（４）の構成において、前記導熱体４は、金属粒の含まれた導熱樹脂が設けられ、前記固体温度差発電板１の両側には、更に発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、前記導電線６ａは発電装置２の片側の第一導線２０に接続、他方の導電線６ｂは発電装置２の他方側の第二導線２１に接続しており、前記第一導線２０及び第二導線２１は、多層製造工程で作られた金属フィルムであり、前記第一導線２０及び第二導線２１の材質は、ナノ又はマイクロ化処理された金属又は合金材質であり、前記第一導線２０及び第二導線２１の材質は、以下の何れかの一つ、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナが可能であることを特徴とする。
（６）本考案の固体温度差発電装置は、複数の固体温度差発電板１は固定基板９に設けられ、それぞれの発電装置２の両側は、前記発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが相互に接続して、主導電線６ａ、６ｂが接続し、出力することを特徴とする。
（７）本考案の固体温度差発電装置は、上記（６）の構成において、前記固体温度差発電板は、上記（１）又は上記（４）に記載の固体温度差発電板１であることを特徴とする。
（８）本考案の固体温度差発電装置は、上記（６）の構成において、前記固定基板９の材質は、熱伝導係数が良好な材質で、しかも、前記固定基板９は更に固体温度差発電板１の他方側の導熱体４に設けられることを特徴とする。

本考案の固体温度差発電板及び固体温度差発電装置は、上記の各構成により、次のような作用効果を有する。
（１）一般よく見られる金属を発電材料に使えば、製造コストが比較的に低く、製造過程の困難度が比較的に低く、全体発電効果が比較的によくて、損壊や故障が容易に発生しない。
（２）構造全体が簡単、大量製造が可能、装置により製造サイズが対応可能、変更できるので、様々な規模や範囲、地域に使用可能。
（３）操作温度範囲の上限と下限は、現在の一般的な半導体熱電部品の２５０℃〜常温℃より範囲が大きく、−２７３℃〜３００℃の環境で操作可能で、様々な装置や地域に使用可能、現在の一般的な熱電部品のように、高温の環境で利用することに制限されず、発電量が弱い問題もない。
（４）全体の使用寿命が長く、アクティブ部品がなく、故障率が低く、二次公害になる問題がなく、故障や毀損があった場合、リサイクルして再生可能なので、資源の消耗が最低限に抑えられる。
（５）異種金属又は合金材質の第一導線２０及び第二導線２１は、熱電材料がナノ化サイズの構造にナノ化、マイクロ化される。ナノ構造の熱電材料は、新しい物理性が生まれ、新しいインターフェースや現象があり、そして、マイクロ化後、チップ化が簡単に行われ、発電効果が高められ、一般の半導体熱電部品より、製造コストが削減可能である。

以下、本考案の実施の形態について図面を用いて説明する。図１乃至図６に第１の実施の形態の固体温度差発電板を例示している。図１は固体温度差発電板の斜視図、図２は固体温度差発電板の一部破断斜視図、図３は図２の破断面の部分拡大図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図１のＶ−Ｖ線断面図、図６は図１の平面図である。

図１乃至図６に示すように、固体温度差発電板１は板形の絶縁体３と発電装置２とを備える。絶縁体３は頂部と底部と両側部とを有する。発電装置２は異種金属又は合金材質からなる複数の第一導線２０の列及び複数の第二導線２１の列により構成される。第一導線２０の列は絶縁体３の頂部に設置され、第二導線２１の列は絶縁体３の底部に設置され、第一導線２０及び第二導線２１の両側は絶縁体３の両側部で相互に接続され、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成される。

これら第一導線２０及び第二導線２１において形成された熱電対装置は温度勾配（頂部が底部より熱いこと）がある環境に置かれると、熱電発電（ＴＥＧ）現象が生じ、ゼーベック（Ｓｅｅｂｅｃｋ）効果により、当該装置に電流が発生し、熱エネルギーが電気エネルギーに転換される。また、同じ面積に設置される第一導線２０及び第二導線２１の量は導線の線の太さで決められ、現在の導体熱電部品は、設置数量が比較的多いのがほとんどである。電流が発生するのは熱電対の両側で、第一導線２０及び第二導線２１は設置数量が比較的多く、多くの電気発生点２２ａ、２２ｂがあるので、発電効果が大きくなる。

第一導線２０及び第二導線２１の材質は、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナの何れかの一つが使用可能で、工業でよく知られる金属を発電材料として使えば、製造コストが比較的低く、発電の操作可能の温度範囲が大きく、約−２７３℃〜３００℃の間にあるので、現在の半導体熱電部品よりも適用温度範囲が大きい。また、第一導線２０及び第二導線２１の材質は、ナノ化又はマイクロ化処理された金属又は合金材質である。この材質は、化学合金法（Ｃｈｅｍｉｃａｌａｌｌｏｙｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）などのナノ化又はマイクロ化処理後、伝統的な熔解プロセス（Ｍｅｌｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）より簡単に、熱電材質が改善され、そして、提供されるナノ結晶材料は、ナノ材料がブロック材よりもっと多くのインターフェース、量子閉じ込め効果（Ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ）があるため、従来の利用可能な材料より、発電効果が高くなり、それに、マイクロ化処理により、チップ化の多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）工程が簡単に行われるようになり、単一面積における発電装置１の収納可能数量が有効に向上し、発電効率が高められる。

この固体温度差発電板１は、少なくとも電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための二導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いて第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための絶熱体５を備える。導熱体４は、熱エネルギーを導入すると同時に、発電装置１が損壊しないように電気発生点２２ａ、２２ｂを完全に保護する。この導熱体４は、電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための一絶縁層４１と、この絶縁層４１を覆うための一導熱層４０と、導熱層４０と電気発生点２３ａ、２３ｂ間の隙間を満たし、熱量が伝えられるための導熱接着剤４２とからなり、電気発生点２２ａ、２２ｂが導熱層４０に接触すると相互に導電して、効果がなくなることを避けるために、使用上、最も簡単なのは絶縁層４１を使い、しかも、発電効果に影響がないもとで、導熱接着剤４２で熱エネルギーを導入する。絶熱体５は、第一導線２０及び第二導線２１において導熱体４に覆われていない部分を完全に保護し、電気発生点２２ａ、２２ｂの熱エネルギーが直接に第一導線２０と第二導線２１の伝導によらず、すべての電気発生点２２ａ、２２ｂの温度が同じで、発電装置１が発電できないようになる。

この固体温度差発電板１の両側には、さらに発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、一方の導電線６ａは発電装置２の片側一方の第一導線２０に接続され、他方の導電線６ｂは発電装置２の片側他方の第二導線２１に接続される。このようにして導電線６ａ、６ｂが異種材質の第一導線２０及び第二導線２１と接続され、電気発生点２２ａ、２２ｂにおけるゼーベック（Ｓｅｅｂｅｃｋ）効果で生じたプラス電流又はプラス電流を出力する。そして、これらの導電線６ａ、６ｂをその他の装置又は発電装置１に接続し、シリアル接続又はパラレル接続を容易に行え、発電出力を向上させることができる。

図７に図１の固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置を例示している。図７に示すように、この固体温度差発電装置では、複数の固体温度差発電板１が固定基板９に設置される。各発電装置２の両側に主導電線６Ａ、６Ｂが配置され、この主導電線６Ａ、６Ｂに、各発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが接続され、この主導電線６Ａ、６Ｂを通じて電流が出力される。このように複数の固体温度差発電板１は、各発電装置１が主導電線６Ａ、６Ｂにより接続されて、パラレル接続される。そして、複数の固体温度差発電板１は片側一方の導熱体４に固定基板９が設けられて発熱体７上に設置され、他方の導熱体４に散熱装置８が設置される。これにより、各発電装置１の両側の電気発生点２２ａ、２２ｂは温度が異なり、第一導線２０と第二導線２１に熱電効果が生じて、その中のプラス電流又はマイナス電流のイオンが移動し、発電作用が発生する。この固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置の場合、大型発電装置に適し、大量の発電量が発生可能であり、操作温度可能範囲がより広く、一般的な半導体で作られた熱電装置より、廃熱がより有効に利用可能で、また、室温又はそれ以下の環境で効果が発揮でき、適用範囲がより広くなり、地熱発電、ソーラー発電、燃料電池などに利用可能で、その上機械式騒音、公共安全を害する危険、高汚染がなく、頻繁に修理する必要もない。なお、固定基板９は、設置が便利なほかに、熱伝導係数が良好な材質のもので、熱エネルギーを素早く導入、導出することで、固体温度差発電装置がよりよい発電效率を持つ。

図８及び図９に第２の実施の形態の固体温度差発電板を例示している。図８は固体温度差発電板の斜視図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。図８及び図９に示すように、固体温度差発電板１は板形の絶縁体３と発電装置２とを備える。発電装置２は異種金属又は合金材質からなる複数の第一導線２０の列及び複数の第二導線２１の列により構成され、この場合、第一導線２０と第二導線２１は絶縁体３の片側に交差設置されて（各第一導線２０と各第二導線２１は絶縁体３に片側一方又は片側他方で交差して設置されて）、第一導線２０及び第二導線２１の両側が絶縁体３の両側で相互に接続され、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成される。このようにして第一導線２０及び第二導線２１は同じ側面に設けられ、多層製造に容易に使用できるようになり、しかも、整列ネットワークが簡単に接続するため、大量な電力出力が可能となる。

第一導線２０及び第二導線２１の材質は、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナの何れかの一つが使用可能で、貴金属を使わず、工業でよく見られる金属を発電材料として使えば、製造コストが比較的低くなり、大量製造や使用によい。また、第一導線２０及び第二導線２１の材質は、ナノ化又はマイクロ化処理された金属又は合金材質であり、ナノ化又はマイクロ化処理後、熱電材料の発電効果や作動がよくなる。これについては既に説明したので、これ以上述べないことにする。第一導線２０及び第二導線２１は、多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）製造工程で作られた金属フィルムで、多層製造工程では、発電装置１を微細化、チップ化し、発電効率がより高められるため、同じ面積の範囲内で、より多くの第一導線２０及び第二導線２１及び電気発生点２２ａ、２２ｂからなる発電回路が収納可能となり、より大きい電力が出力可能で、装置の適用範囲と地域が広がることになる。

この固体温度差発電板１は、少なくとも電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための二導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いて第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための絶熱体５を備える。導熱体４は金属粒の含まれた導熱樹脂であり、使用上、容易に損壊せず、導熱すると同時に、電気発生点１３を保護する材質であり、製造によいものである。なお、絶熱体５の効果は、前述したので、ここではこれ以上述べないことにする。

この固体温度差発電板１の両側には、さらに発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、一方の導電線６ａは発電装置２の片側一方の第一導線２０に接続され、他方の導電線６ｂは、発電装置２の片側他方の第二導線２１に接続される。

図１０に図８に示す固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置を例示している。図１０に示すように、この固体温度差発電装置では、固体温度差発電板１の第一導線２０と第二導線２１を多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）製造工程で作られた金属フィルムに変更し、発電装置１が微細化して、発電効率がよく高められるようになり、しかも、設置や使用を便利にするため、発電装置１の両側の導熱体４に上下の固定基板９が固定される。これにより、現在の半導体熱電部品と比較すれば、同じ面積と体積の下で、より多くの第一導線２０と第二導線２１と電気発生点２２ａ、２２ｂからなる発電回路が収納可能となり、より大きい電流が出力可能である。この固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置の場合、一般の中小型装置に適し、チップ化設置が可能なもので、適用範囲がより大きくなり、日常生活に使用したときに、廃熱が発生し、又は顕著な温度差がある場合に、余分の電力が提供され、エネルギーの消耗が低減され、二酸化炭素の発生が減少して、環境の改善によい。
なお、固定基板９は、設置が便利なほかに、熱伝導係数が良好な材質のものがよく、熱エネルギーを素早く導入、導出することで、固体温度差発電装置がよりよい発電效率を持つようになる。

以上、図面に示された実施例に基づき、本考案の構造、特徴、及び作用効果を詳しく説明したが、本考案はオリジナル性及び進歩性の要件に適合するものであり、法律の規定により本実用新案登録願を提出する。

本考案の第１の実施の形態の固体温度差発電板の斜視図同固体温度差発電板の一部破断斜視図図２の破断面の部分拡大図図１のＩＶ−ＩＶ線断面図図１のＶ−Ｖ線断面図図１の平面図同固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置の斜視図本考案の第２の実施の形態の固体温度差発電板の斜視図図８のＩＸ−ＩＸ線断面図同固体温度差発電板１を利用した固体温度差発電装置の斜視図

符号の説明

１固体温度差発電板
２発電装置
２０第一導線
２１第二導線
２２ａ、２２ｂ電気発生点
３絶縁体
４導熱体
４０導熱層
４１絶縁層
４２導熱接着剤
５絶熱体
６ａ、６ｂ導電線
６Ａ、６Ｂ主導電線
７発熱体
８散熱装置
９固定基板

Claims

板形の絶縁体３と発電装置２とを備え、
前記発電装置２は異種金属又は合金材質からなる複数の第一導線２０の列及び複数の第二導線２１の列により構成され、
前記第一導線２０の列は前記絶縁体３の頂部に設置され、前記第二導線２１の列は前記絶縁体３の底部に設置され、前記第一導線２０及び第二導線２１の両側が前記絶縁体３の両側部で相互に接続され、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成される、
ことを特徴とする固体温度差発電板。
少なくとも電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いて前記第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための絶熱体５を備え、前記導熱体４は、電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための絶縁層４１と、絶縁層４１を覆うための導熱層４０と、導熱層４０と電気発生点２３ａ、２３ｂ間の隙間を満たし、熱量を伝えられるための導熱接着剤４２とからなる請求項１に記載の固体温度差発電板。
第一、第二導線２０、２１は、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナの何れかから選択され、ナノ又はマイクロ化処理された金属又は合金材質であり、絶縁体３の両側に、発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、前記導電線６ａが前記発電装置２の片側一方の第一導線２０に接続され、前記導電線６ｂが前記発電装置２の片側他方の第二導線２１に接続される請求項１に記載の固体温度差発電板。
板形の絶縁体３と発電装置２とを備え、
前記発電装置２は異種金属又は合金材質からなる複数の第一導線２０の列及び複数の第二導線２１の列により構成され、
前記第一導線２０及び第二導線２１は前記絶縁体３に片側で交差して設置され、前記第一導線２０及び第二導線２１の両側が相互に接続されて、電気発生点２２ａ、２２ｂが形成されるとともに、
少なくとも前記電気発生点２２ａ、２２ｂを覆うための導熱体４、及び電気発生点２２ａ、２２ｂの部分を除いて、前記第一導線２０及び第二導線２１を完全に覆うための絶熱体５を具備する、
ことを特徴とする固体温度差発電板。
導熱体４は金属粒が含まれた導熱樹脂であり、第一導線２０及び第二導線２１は、クロム・マグネシウム、アルミニウム・マグネシウム、ニッケル銅、鉄、プラチナ・ロジウム、プラチナの何れかから選択され、ナノ又はマイクロ化処理された金属又は合金材質で、多層製造工程で作られた金属フィルムであり、絶縁体３の両側に、発電装置２のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが設けられ、前記導電線６ａが前記発電装置２の片側一方の第一導線２０に接続され、前記導電線６ｂが前記発電装置２の片側他方の第二導線２１に接続される請求項４に記載の固体温度差発電板。
複数の固体温度差発電板１が固定基板９に設けられ、前記各固体温度差発電板１の両側に主導電線６Ａ、６Ｂが配置されるとともに、この主導電線６Ａ、６Ｂに前記各固体温度差発電板１のプラス、マイナス電流を導出するための導電線６ａ、６ｂが接続されることを特徴とする固体温度差発電装置。
固体温度差発電板に、請求項１又は請求項４に記載の固体温度差発電板１が採用される請求項６に記載の固体温度差発電装置。
固定基板９の材質は熱伝導係数が良好な材質で、前記固定基板９は固体温度差発電板の一方の導熱体４に設けられることを特徴とする請求項７に記載の固体温度差発電装置。