JP4114528B2

JP4114528B2 - Thermoelectric generator

Info

Publication number: JP4114528B2
Application number: JP2003111097A
Authority: JP
Inventors: 敬久橘; 裕磨堀尾
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004350335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱部からの放熱を利用して発電する熱発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ペルチェ効果を利用して熱電気変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置および発電装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。
【０００３】
そして、この熱電変換モジュールは、例えば、ランプの発熱部の上方に取り付けられて、発熱部の発熱により加熱される吸熱側の絶縁基板と放熱側の絶縁基板との間の温度差によって生じる電力を利用して、ラジオやテレビ等の装置を作動させる熱発電装置に用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−５０３０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の熱発電装置では、熱電変換モジュールに伝導される熱量のうち発電に利用される熱量は一部であり、大部分の熱が熱電変換モジュールの外部に放出される。このため、ランプから放出され熱電変換モジュールに伝導される熱の効果的な利用ができず熱発電装置が発生する電力を大きくすることができないという問題がある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、発熱部の放熱を効率よく利用することにより、より大きな電力を発生することのできる熱発電装置を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる熱発電装置の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成された熱電変換モジュールを一方の絶縁基板側が加熱されるようにして発熱部の近傍に取り付けて、熱電素子における一方の絶縁基板側の端部と他方の絶縁基板側の端部との間に生じる温度差に応じて熱電変換モジュールに電力を発生させる熱発電装置であって、熱電変換モジュールを複数個で構成するとともに、発電に利用されずに熱電変換モジュールから放出される熱を回収する断熱管からなる熱回収部材を１個または複数個で構成して、複数個の熱電変換モジュールと１個または複数個の熱回収部材とをそれぞれ交互に設置し、各熱電変換モジュールの放熱を回収した熱回収部材がその熱をつぎの熱電変換モジュールに送るようにするとともに、熱電変換モジュールの他方の絶縁基板に、放熱フィンと冷却ファンとで構成されるフィン付冷却ファンを設け、フィン付冷却ファンから供給される空気流を利用した熱の伝導により熱回収部材が回収する熱を再度熱電変換モジュールを用いた発電に利用することにある。
【０００８】
このように構成した本発明の熱発電装置においては、発熱部からの熱電変換モジュールに伝導される熱の一部は熱電変換モジュールの発電に利用され、残りの熱は発電に利用されずに放出されるが、この熱電変換モジュールからの放熱を熱回収部材で回収するようにしている。そして、熱回収部材が回収した熱は、再度熱電変換モジュールによる発電に利用される。したがって、発熱部から熱電変換モジュールに伝導された熱は、無駄なく発電に利用されるようになり、熱発電装置の発電量が大きくなる。この場合の熱回収部材としては、気流を利用して熱の伝導を行うヒートパイプで構成することができる。
【０００９】
本発明にかかる熱発電装置では、熱電変換モジュールが２個の熱電変換モジュールで構成され、熱回収部材が、一方の熱電変換モジュールの放熱を回収しその熱を他方の熱電変換モジュールに送るようにすることができる。これによると、２個の熱電変換モジュールで発電が行われるため、発熱部側に設けられた熱電変換モジュールの放熱をむだにすることなく有効に利用してより大きな発電量を得ることができる。また、この場合、２個の熱電変換モジュールが発生する電力をそれぞれ別の用途で使用することもできる。
【００１０】
本発明にかかる熱発電装置は、熱電変換モジュールと熱回収部材とをそれぞれ複数個で構成して、複数個の熱電変換モジュールと複数個の熱回収部材とをそれぞれ交互に設置し、各熱電変換モジュールの放熱を回収した各熱回収部材がその熱を順次つぎの熱電変換モジュールに送るようにすることができる。
【００１１】
この熱発電装置では、２個の熱電変換モジュールと１個の熱回収部材に加えて、さらに３番目および４番目以上の熱電変換モジュールとこれらの各熱電変換モジュールの放熱を回収してつぎの熱電変換モジュールに送る熱回収部材とが設けられている。このため、発熱部から最初の熱電変換モジュールに伝導された熱を殆どむだにすることなく発電に利用することができるようになる。これによって、発熱部から伝導される熱を最大限に利用することができるようになる。
【００１２】
また、本発明にかかる熱発電装置は、例えば石油ファンヒーターに設けて、発熱部を、石油ファンヒーターが備える発熱部で構成することができる。これによると、発熱部の発熱量が大きいため熱発電装置の発電量を大きくすることができる。また、熱発電装置が発生する電力は、石油ファンヒーターの外部のラジオやテレビを作動させるための電力に利用したり、充電機能を備えた装置の充電に使用したりすることができる。これによって、それらの装置を作動させるための電源を別途設ける必要がなくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる熱発電装置２０を備えた石油ファンヒーター１０を示している。この石油ファンヒーター１０は、箱状の筺体１１の内部に、熱発電装置２０の一部を構成する発熱部としてのバーナー２０ａ、空気供給ファン１２、灯油タンク１３、気化装置１４および温風ファン１５等を備えている。
【００１４】
筐体１１の内部には、内面が熱を遮断するための反射面に形成された熱遮断壁１１ａが設けられ、筐体１１と熱遮断壁１１ａとの前面には、温風を吐出するための温風吐出口１１ｂが設けられている。また、熱遮断壁１１ａの底面には開口部が設けられ、その開口部にバーナー２０ａが設置されている。そして、筐体１１の後面における下部側部分に開口部が設けられて、その開口部に、バーナー２０ａに空気を送るための空気供給ファン１２が設置されている。また、筐体１１と熱遮断壁１１ａとの後面における上部側部分にも、開口部が設けられて、その開口部には、温風を温風吐出口１１ｂから吐出させるための温風ファン１５が設置されている。
【００１５】
筐体１１の後部側の一方の角部には、上面が蓋によって開閉可能になった凹部（図示せず）が設けられ、この凹部内に縦長の容器からなる灯油タンク１３が出し入れ可能な状態で設置されている。また、バーナー２０ａの下面には、気化装置１４が設けられ、この気化装置１４には、空気供給ファン１２が外部から吸引する空気を気化装置１４に送るための空気導入路１６および灯油タンク１３に収容された灯油を気化装置１４に送るためのノズル１７が接続されている。そして、バーナー２０ａの近傍には、気化装置１４が気化した灯油と空気との混合気を点火するための点火装置１８が設けられている。
【００１６】
熱発電装置２０は、前述したバーナー２０ａの底面部の下面に、図２に示したように、熱電変換モジュール２１およびフィン付冷却ファン２２を取り付け、さらに本発明の熱回収部材としての断熱管２３を介して、熱電変換モジュール２４およびフィン付冷却ファン２５を取り付けて構成されている。
【００１７】
熱電変換モジュール２１は、図３および図４に示したように、下基板２６ａと上基板２６ｂとからなる一対の絶縁基板を備えており、下基板２６ａの上面における所定部分に下部電極２７ａが取り付けられ、上基板２６ｂの下面における所定部分に上部電極２７ｂが取り付けられている。そして、チップからなる熱電素子２８が、それぞれ下端面を下部電極２７ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極２７ｂにハンダ付けにより固定されて下基板２６ａと上基板２６ｂとを一体的に連結している。
【００１８】
下部電極２７ａと上部電極２７ｂとは、それぞれ熱電素子２８の略１個分に等しい距離をずらして取り付けられている。上基板２６ｂの各上部電極２７ｂには、それぞれ２個の熱電素子２８の上端面が接合されており、下基板２６ａの下部電極２７ａには、１個の熱電素子２８の下端面だけが接合されているものと、２個の熱電素子２８の下端面が接合されるものとがある。そして、１個の熱電素子２８の下端面だけが接合される下部電極２７ａは下基板２６ａの一方側（図３の後方側）の２箇所の角部に設けられ、その下部電極２７ａには、リード線２９ａ，２９ｂが取り付けられ外部に通電可能になっている。
【００１９】
下基板２６ａおよび上基板２６ｂはアルミナからなる板で構成され、熱電素子２８は、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなるＰ型の素子とＮ型の素子とからなっている。一般に、熱電材料の性能指数は、その種類により大きさが異なり、また、それぞれ固有の温度依存性と極大値を示す温度も異なるため、照明、プロジェクターなどの民生用機器で、使用温度域が、５００〜６００Ｋより小さいものについては、ビスマス・テルル系（Ｐ型素子については例えば、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3、Ｎ型素子については例えばＢｉ2Ｓｂ2.8Ｓｅ0.2等）の合金を用いることが好ましい。
【００２０】
また、この熱電素子２８は、下基板２６ａと上基板２６ｂとの間で下部電極２７ａおよび上部電極２７ｂを介して直列になるように接続されている。このように構成された熱電変換モジュール２１は、バーナー２０ａの下面に固定され、灯油の燃焼によるバーナー２０ａの発熱の一部が伝導される。
【００２１】
そして、バーナー２０ａの発熱によって直接加熱される上基板２６ｂと加熱量の少ない下基板２６ａとの間に生じる温度差に応じて電力を発生する。また、熱電変換モジュール２１から延びるリード線２９ａ，２９ｂの端部はそれぞれ筐体１１に設けられた端子（図示せず）に接続されている。このため、この端子に外部の装置を接続することにより、熱電変換モジュール２１が発生する電力をその装置に供給することができる。
【００２２】
フィン付冷却ファン２２は、アルミニウムからなるブロック体の下面に一定間隔で前後に貫通する複数の放熱溝２２ｃが設けられたプレート型の放熱フィン２２ａと、放熱フィン２２ａの下面に取り付けられた冷却ファン２２ｂとで構成され、熱電変換モジュール２１の下基板２６ａの下面に固定されている。フィン付冷却ファン２２の放熱フィン２２ａは、複数の放熱溝２２ｃを設けて下面の表面積を大きくすることによって放熱性を向上させるようになっており、熱電変換モジュール２１の下基板２６ａ側の放熱量を多くする。
【００２３】
また、冷却ファン２２ｂは、軸流空冷ファンで構成され、放熱フィン２２ａに向けて空気を送ることにより、放熱フィン２２ａを冷却し、放熱フィン２２ａによる熱電変換モジュール２１の下基板２６ａ側の放熱量を大きくする。これによって、熱電変換モジュール２１の下基板２６ａ側と上基板２６ｂ側との温度差が大きくなり、熱電変換モジュール２１が発生する電力が大きくなる。
【００２４】
断熱管２３は、内周部２３ａと外周部２３ｂとの間が略真空状態に減圧された空間部２３ｂに形成された真空二重構造の断熱管で構成されており、放熱フィン２２ａの側面に開口部を位置させて長手方向を水平方向に沿わせて取り付けられている。また、断熱管２３の先端側部分の下面には、開口部２３ｃが形成されている。そして、開口部２３ｃに熱電変換モジュール２４の上基板２４ｂが取り付けられ、熱電変換モジュール２４の下基板２４ａの下面にフィン付冷却ファン２５が取り付けられている。
【００２５】
熱電変換モジュール２４は熱電変換モジュール２１と同一のもので構成され、フィン付冷却ファン２５はフィン付冷却ファン２２と同一のもので構成されている。したがって、説明は省略する。なお、熱電変換モジュール２４が備える一対のリード線の端部も筐体１１に設けられた端子に接続され、熱電変換モジュール２４が発生する電力を外部の装置に供給することができる。
【００２６】
このように構成された石油ファンヒーター１０を作動させる際には、灯油タンク１３に灯油を入れ、石油ファンヒーター１０を電源に接続した状態で、スイッチをオン状態にする。これによって、空気供給ファン１２が作動して、外部の空気が空気導入路１６を介して気化装置１４に供給されるとともに、灯油タンク１３の灯油がノズル１７を介して気化装置１４に供給される。そして、気化装置１４内で気化された灯油と空気が混合されて混合気として気化装置１４から吐出される際に、点火装置１８によって点火されバーナー２０ａが発火する。
【００２７】
そして、バーナー２０ａの発火によって加熱された空気は上昇気流となって、熱遮断壁１１ａの天井部側に向かって流れる。その際に、温風ファン１５の作動による空気流によってその温風は温風吐出口１１ｂ側に向かうように流れの方向を変更され、温風吐出口１１ｂ側から外部に吐出される。この際、バーナー２０ａから放出される熱の一部は、熱電変換モジュール２１の上基板２６ｂに伝導される。また、熱電変換モジュール２１の下基板２６ａは、フィン付冷却ファン２２の放熱フィン２２ａによる放熱によって冷却されるとともに、冷却ファン２２ｂから供給される空気流によって空冷される。
【００２８】
この結果、熱電素子２８における下基板２６ａ側の端部と上基板２６ｂ側の端部との間には大きな温度差が生じ、この温度差に応じて熱電変換モジュール２１は発電する。この熱電変換モジュール２１が発生する電力は、石油ファンヒーター１０の端子に接続された外部の装置に供給され、その装置を作動させる。また、放熱フィン２２ａから放出される熱は、温風となって断熱管２３に吹き込まれて、断熱管２３の先端側に流れて行く。
【００２９】
このため、断熱管２３の開口部２３ｃに取り付けられた熱電変換モジュール２４の上基板２６ｂは温風によって加熱され昇温する。また、熱電変換モジュール２４の下基板２４ａは、フィン付冷却ファン２５の放熱フィン２５ａによる放熱によって冷却されるとともに、冷却ファン２５ｂから供給される空気流によって空冷される。この結果、下基板２４ａ側と上基板２４ｂ側との間には温度差が生じ、この温度差に応じて熱電変換モジュール２４は発電する。この熱電変換モジュール２４が発生する電力も、石油ファンヒーター１０に接続された外部の装置に供給される。なお、この場合の冷却ファン２２ｂ，２５ｂを作動させるための電力は、石油ファンヒーター１０に供給される電源からの電力としてもよいし、熱電変換モジュール２１，２４の発電による電力としてもよい。
【００３０】
このように、本実施形態に係る熱発電装置２０を備えた石油ファンヒーター１０では、バーナー２０ａの下面に熱電変換モジュール２１を取り付けるとともに、熱電変換モジュール２１の下面にフィン付冷却ファン２２を取り付けている。そして、フィン付冷却ファン２２の放熱フィン２２ａに断熱管２３を取り付けて、この断熱管２３の先端部分の下部に、さらに熱電変換モジュール２４とフィン付冷却ファン２５とを取り付けている。
【００３１】
したがって、熱電変換モジュール２１に伝導された熱が発電に利用されるとともに、熱電変換モジュール２１から放出される熱が断熱管２３を介して熱電変換モジュール２４に伝導され熱電変換モジュール２４よる発電に利用される。このため、バーナー２０ａから熱電変換モジュール２１に伝導された熱は、効率よく発電に利用されより大きな発電量を得ることができる。
【００３２】
図５は、本発明の他の実施形態による熱発電装置３０を示している。この熱発電装置３０では、前述した熱発電装置２０と同様の構成からなるバーナー３０ａ、熱電変換モジュール３１、フィン付冷却ファン３２、断熱管３３、熱電変換モジュール３４およびフィン付冷却ファン３５を備えている。そして、フィン付冷却ファン３５の放熱フィン３５ａに断熱管３６が取り付けられ、断熱管３６の先端下部に設けられた開口部３６ｃに熱電変換モジュール３７が取り付けられ、熱電変換モジュール３７の下面にフィン付冷却ファン３８が取り付けられている。
【００３３】
熱電変換モジュール３７は、熱電変換モジュール３１，３４と同一のもので構成され、断熱管３６は断熱管３３と同一のもので構成されている。この熱発電装置３０を備えた石油ファンヒーターのそれ以外の部分の構成については、前述した石油ファンヒーター１０と同様である。このように構成したことにより、さらに多くの電力を発生することができる。
【００３４】
例えば、バーナー３０ａから、熱電変換モジュール３１の上基板３１ｂに伝導された熱量がＱで、熱電変換モジュール３１が熱量Ｑを電力に変換する変換効率がη₁であるとすると、熱電変換モジュール３１の発電量は、Ｑ×η₁となり、発電に利用されずに熱電変換モジュール３１の下基板３１ａ側から放出される熱量は、Ｑ×（１−η₁）となる。また、断熱管３３による熱の回収率をε₁とすると、熱電変換モジュール３４の上基板３４ｂに伝導される熱量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁となる。そして、熱電変換モジュール３４の変換効率がη₂であるとすると、熱電変換モジュール３４の発電量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×η₂となり、発電に利用されずに熱電変換モジュール３４の下基板３４ａ側から放出される熱量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×（１−η₂）となる。
【００３５】
さらに、断熱管３６による熱の回収率をε₂とすると、熱電変換モジュール３７の上基板３７ｂに伝導される熱量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×（１−η₂）×ε₂となる。そして、熱電変換モジュール３７の変換効率がη₃であるとすると、熱電変換モジュール３７の発電量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×（１−η₂）×ε₂×η₃となり、発電に利用されずに熱電変換モジュール３７の下基板３７ａ側から放出される熱量は、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×（１−η₂）×ε₂×（１−η₃）となる。
【００３６】
このため、１個の熱電変換モジュールを備えた従来の熱発電装置では、発電量がＱ×η₁となり、図２に示した熱発電装置２０では、Ｑ×η₁と、Ｑ×（１−η₁）×ε₁×η₂との合計値となる。また、図５に示した熱発電装置３０では、発電量が、熱発電装置２０の発電量に、さらにＱ×（１−η₁）×ε₁×（１−η₂）×ε₂×η₃を加算した値になる。このように、熱電変換モジュールおよび断熱管の数が増加するにしたがって、発電量は増加して、最終的に放出される熱量は減少していく。この発電量は、下記の数式１によって表すことができる。なお、各熱電モジュールおよび各断熱管は同一のもので構成されているが、供給される熱量がそれぞれ異なるため、変換効率および熱回収率の値はそれぞれ異なったものになる。
【００３７】
【数１】

【００３８】
つぎに、図２に示した熱発電装置２０と、熱発電装置２０から断熱管２３、熱電変換モジュール２４およびフィン付冷却ファン２５を取り除いた構成からなる従来の熱発電装置（比較例）との発電量の比較テストを行った。この場合、各熱電変換モジュールとしては、縦横のサイズがともに５０ｍｍで、高さが５ｍｍのものを使用した。また、フィン付冷却ファン２５等の各放熱フィンの表面積は０．３ｍ²で、各冷却ファンとしては、消費電力が２Ｗの軸流空冷ファンを用いた。
【００３９】
また、この比較テストは、熱発電装置２０の上基板２１ｂおよび比較例による熱発電装置の上基板をヒーターの下面に取り付け、ヒーターから１００Ｗの熱量を各上基板に伝導させることによって行った。この場合、熱電変換モジュール２１および比較例による熱発電装置の熱電変換モジュールの変換効率η₁は５％で、熱電変換モジュール２４の変換効率η₂は２％であった。また、断熱管２３の熱回収率ε₁は５０％であった。この結果、熱発電装置２０の発電量は、５．９５Ｗで、比較例による熱発電装置の発電量は、５．０Ｗであった。
【００４０】
このように、１個の熱電変換モジュールを備えた従来の熱発電装置よりも２個の熱電変換モジュール２１，２４および断熱管２３を備えた熱発電装置２０の方が大きな電力を発生できる。また、熱発電装置３０のようにさらに熱電変換モジュールおよび断熱管の数を増加させると発電量はさらに多くなる。
【００４１】
また、本発明に係る熱発電装置は前述した各実施形態に限定するものでなく適宜変更が可能である。例えば、熱発電装置２０，３０は石油ファンヒーター１０に限らず、発熱部を備えたものであればどのような装置にでも適用できるものである。さらに、熱発電装置２０等が発生する電力は、熱発電装置２０等が設けられた装置が備える装置の作動に使用してもよいし、外部の装置の作動や充電のために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による熱発電装置を備えた石油ファンヒーターを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した石油ファンヒーターが備える熱発電装置の概略を示す正面図である。
【図３】熱電変換モジュールの斜視図である。
【図４】熱電変換モジュールの正面図である。
【図５】他の実施形態による熱発電装置を示す正面図である。
【符号の説明】
２０，３０…熱発電装置、２０ａ，３０ａ…バーナー、２１，２４，３１，３４，３７…熱電変換モジュール、２３，３３，３６…断熱管、２４ａ，２６ａ，３１ａ，３４ａ，３７ａ…下基板、２４ｂ，２６ｂ，３１ｂ，３４ｂ，３７ｂ…上基板、２７ａ…下部電極、２７ｂ…上部電極、２８…熱電素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermoelectric generator that generates electricity using heat radiation from a heat generating portion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, thermoelectric conversion modules that perform thermoelectric conversion using the Peltier effect have been used in heating / cooling devices, power generation devices, and the like. In this thermoelectric conversion module, a plurality of electrodes are formed at predetermined locations on opposite inner surfaces of a pair of insulating substrates, and the upper and lower end surfaces of the thermoelectric elements are soldered to the opposite electrodes, respectively. A plurality of thermoelectric elements are fixed between the insulating substrates.
[0003]
And this thermoelectric conversion module is attached above the heat generating part of the lamp, for example, and generates the electric power generated by the temperature difference between the insulating substrate on the heat absorbing side and the insulating substrate on the heat radiating side heated by the heat generated by the heat generating part. It is used in thermoelectric generators that operate and operate devices such as radios and televisions (see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-50303
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional thermoelectric generator, a part of the heat conducted to the thermoelectric conversion module is used for power generation, and most of the heat is released to the outside of the thermoelectric conversion module. For this reason, there is a problem that it is impossible to effectively use the heat emitted from the lamp and conducted to the thermoelectric conversion module, and the electric power generated by the thermoelectric generator cannot be increased.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention has been made to cope with the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric generator capable of generating larger electric power by efficiently using the heat radiation of the heat generating portion. .
[0007]
In order to achieve the above object, the structural features of the thermoelectric generator according to the present invention are as follows. An electrode is formed at a predetermined location on the opposed inner surfaces of a pair of insulating substrates arranged opposite to each other. A thermoelectric conversion module constructed by joining the end faces of each thermoelectric element is attached in the vicinity of the heat generating part so that one insulating substrate side is heated, and the end on one insulating substrate side of the thermoelectric element is insulated from the other. a thermoelectric power generator for generating electric power to the thermoelectric conversion module according to the temperature difference occurring between the end portion of the substrate, thereby constituting the thermoelectric conversion module of a plurality, thermoelectric without being utilized to generate electricity the heat recovery section member comprising a heat-insulated pipe for recovering the heat released from the conversion module constituted by one or more, a plurality of thermoelectric conversion module and one or more of the heat collecting member, respectively The heat recovery members installed in each other and recovering the heat radiation of each thermoelectric conversion module send the heat to the next thermoelectric conversion module. On the other insulating substrate of the thermoelectric conversion module, the heat dissipation fin and the cooling fan A finned cooling fan is provided, and heat recovered by the heat recovery member by conduction of heat using an air flow supplied from the finned cooling fan is used again for power generation using the thermoelectric conversion module.
[0008]
In the thermoelectric generator of the present invention configured as described above, a part of the heat conducted from the heat generating part to the thermoelectric conversion module is used for power generation of the thermoelectric conversion module, and the remaining heat is released without being used for power generation. However, the heat radiation from the thermoelectric conversion module is recovered by the heat recovery member. The heat recovered by the heat recovery member is used again for power generation by the thermoelectric conversion module. Therefore, the heat conducted from the heat generating part to the thermoelectric conversion module can be used for power generation without waste, and the power generation amount of the thermoelectric generator increases. As the heat recovery member cases can be composed of Hitopai flop utilizing airflow for heat conduction.
[0009]
In thermoluminescence electric location according to the present invention, the thermoelectric conversion module is composed of two thermoelectric conversion module, the heat collection member is so recovered heat radiation of one of the thermoelectric conversion module and sends its heat to the other of the thermoelectric conversion module Can According to this, since power generation is performed by the two thermoelectric conversion modules, it is possible to obtain a larger amount of power generation by effectively using the heat dissipation of the thermoelectric conversion module provided on the heat generating portion side without wasting it. In this case, the electric power generated by the two thermoelectric conversion modules can be used for different purposes.
[0010]
Thermogenic electric location according to the present invention, a thermoelectric conversion module and a heat recovery member is constituted by a plurality respectively, set up a plurality of the thermoelectric conversion module and a plurality of heat recovery members alternately respectively, converting each thermocouple each heat recovery member was recovered heat dissipation module can be made to send the heat sequentially following the thermoelectric conversion module.
[0011]
In this thermoelectric generator, in addition to the two thermoelectric conversion modules and one heat recovery member, the third and fourth or more thermoelectric conversion modules and the heat radiation of each of these thermoelectric conversion modules are recovered to obtain the next thermoelectric A heat recovery member to be sent to the conversion module is provided. For this reason, the heat conducted from the heat generating portion to the first thermoelectric conversion module can be used for power generation with little waste. As a result, the heat conducted from the heat generating portion can be utilized to the maximum extent.
[0012]
Also, the heat generating device according to the present invention, for example, provided in the fan heater, the heating unit can be composed of a heating portion of fan heater is provided. According to this, since the heat generation amount of the heat generating portion is large, the power generation amount of the thermoelectric generator can be increased. Further, the electric power generated by the thermoelectric generator can be used for electric power for operating a radio or television outside the oil fan heater, or can be used for charging an apparatus having a charging function. This eliminates the need for a separate power source for operating these devices.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an oil fan heater 10 provided with a thermoelectric generator 20 according to the present invention. This oil fan heater 10 includes a burner 20 a as a heat generating part constituting a part of the thermoelectric generator 20, an air supply fan 12, a kerosene tank 13, a vaporizer 14, and a hot air fan 15 in a box-shaped housing 11. Etc.
[0014]
Inside the housing 11 is provided a heat shielding wall 11a formed on a reflection surface whose inner surface shields heat, and discharges warm air to the front surface of the housing 11 and the heat shielding wall 11a. The warm air outlet 11b is provided. Moreover, an opening is provided in the bottom surface of the heat shielding wall 11a, and a burner 20a is installed in the opening. And the opening part is provided in the lower side part in the rear surface of the housing | casing 11, The air supply fan 12 for sending air to the burner 20a is installed in the opening part. An opening is also provided in the upper portion of the rear surface of the housing 11 and the heat blocking wall 11a, and the hot air fan 15 for discharging hot air from the hot air discharge port 11b is provided in the opening. Is installed.
[0015]
A recess (not shown) whose upper surface can be opened and closed by a lid is provided at one corner on the rear side of the casing 11, and a kerosene tank 13 made of a vertically long container can be taken in and out of the recess. It is installed at. Further, a vaporizer 14 is provided on the lower surface of the burner 20a. The vaporizer 14 is provided with an air introduction path 16 and a kerosene tank 13 for sending air sucked from the outside by the air supply fan 12 to the vaporizer 14. A nozzle 17 for sending the stored kerosene to the vaporizer 14 is connected. An ignition device 18 for igniting a mixture of kerosene and air vaporized by the vaporizer 14 is provided in the vicinity of the burner 20a.
[0016]
As shown in FIG. 2, the thermoelectric generator 20 has a thermoelectric conversion module 21 and a finned cooling fan 22 attached to the lower surface of the bottom surface of the burner 20a described above, and a heat insulating tube 23 as a heat recovery member of the present invention. The thermoelectric conversion module 24 and the cooling fan 25 with fins are attached to each other.
[0017]
As shown in FIGS. 3 and 4, the thermoelectric conversion module 21 includes a pair of insulating substrates including a lower substrate 26a and an upper substrate 26b, and a lower electrode 27a is attached to a predetermined portion on the upper surface of the lower substrate 26a. The upper electrode 27b is attached to a predetermined portion on the lower surface of the upper substrate 26b. The chip thermoelectric elements 28 are fixed to the lower electrode 27a by soldering at their lower end surfaces and soldered to the upper electrode 27b at their upper end surfaces to integrally connect the lower substrate 26a and the upper substrate 26b. is doing.
[0018]
The lower electrode 27a and the upper electrode 27b are attached at a distance equal to approximately one thermoelectric element 28, respectively. Each upper electrode 27b of the upper substrate 26b is joined to the upper end surface of two thermoelectric elements 28, and only the lower end surface of one thermoelectric element 28 is joined to the lower electrode 27a of the lower substrate 26a. And the one where the lower end surfaces of the two thermoelectric elements 28 are joined. And the lower electrode 27a to which only the lower end surface of one thermoelectric element 28 is joined is provided at two corners on one side (the rear side in FIG. 3) of the lower substrate 26a.

Lead wires

29a and 29b are attached so that the outside can be energized.
[0019]
The lower substrate 26a and the upper substrate 26b are composed of plates made of alumina, and the thermoelectric element 28 is composed of a P-type element and an N-type element made of a bismuth-tellurium alloy formed in a rectangular parallelepiped. In general, the figure of merit of thermoelectric materials varies depending on the type of the thermoelectric material.In addition, the temperature range of each thermoelectric material has its own temperature dependency and maximum value. For those smaller than 500 to 600K, it is preferable to use a bismuth-tellurium-based alloy (for example, Bi0.5Sb1.5Te3 for P-type elements and Bi2Sb2.8Se0.2 for N-type elements).
[0020]
The thermoelectric element 28 is connected in series between the lower substrate 26a and the upper substrate 26b via the lower electrode 27a and the upper electrode 27b. The thus configured thermoelectric conversion module 21 is fixed to the lower surface of the burner 20a, and part of the heat generated by the burner 20a due to the burning of kerosene is conducted.
[0021]
Then, electric power is generated according to a temperature difference generated between the upper substrate 26b directly heated by the heat generated by the burner 20a and the lower substrate 26a having a small heating amount. The ends of the

lead wires

29 a and 29 b extending from the thermoelectric conversion module 21 are connected to terminals (not shown) provided on the housing 11, respectively. For this reason, by connecting an external device to this terminal, the electric power generated by the thermoelectric conversion module 21 can be supplied to the device.
[0022]
The finned cooling fan 22 includes a plate-type heat radiation fin 22a provided with a plurality of heat radiation grooves 22c penetrating back and forth at regular intervals on the lower surface of a block body made of aluminum, and a cooling fan attached to the lower surface of the heat radiation fin 22a. 22b, and is fixed to the lower surface of the lower substrate 26a of the thermoelectric conversion module 21. The heat dissipating fins 22a of the finned cooling fan 22 are provided with a plurality of heat dissipating grooves 22c to increase the surface area of the lower surface, thereby improving the heat dissipating property. The heat dissipating amount on the lower substrate 26a side of the thermoelectric conversion module 21 To increase.
[0023]
The cooling fan 22b is an axial air-cooling fan, which cools the heat radiating fins 22a by sending air toward the heat radiating fins 22a, and radiates heat on the lower substrate 26a side of the thermoelectric conversion module 21 by the heat radiating fins 22a. Increase Thereby, the temperature difference between the lower substrate 26a side and the upper substrate 26b side of the thermoelectric conversion module 21 is increased, and the electric power generated by the thermoelectric conversion module 21 is increased.
[0024]
The heat insulation pipe 23 is composed of a heat insulation pipe having a vacuum double structure formed in a space part 23b in which the space between the inner peripheral part 23a and the outer peripheral part 23b is reduced to a substantially vacuum state. The opening is positioned and the longitudinal direction is set along the horizontal direction. Further, an opening 23 c is formed on the lower surface of the tip side portion of the heat insulating tube 23. And the upper board | substrate 24b of the thermoelectric conversion module 24 is attached to the opening part 23c, and the cooling fan 25 with a fin is attached to the lower surface of the lower board | substrate 24a of the thermoelectric conversion module 24. FIG.
[0025]
The thermoelectric conversion module 24 is composed of the same component as the thermoelectric conversion module 21, and the finned cooling fan 25 is composed of the same component as the finned cooling fan 22. Therefore, the description is omitted. Note that the ends of the pair of lead wires included in the thermoelectric conversion module 24 are also connected to terminals provided in the housing 11, and the electric power generated by the thermoelectric conversion module 24 can be supplied to an external device.
[0026]
When the oil fan heater 10 configured in this way is operated, kerosene is put into the kerosene tank 13 and the switch is turned on with the oil fan heater 10 connected to a power source. As a result, the air supply fan 12 is activated, and external air is supplied to the vaporizer 14 via the air introduction path 16, and the kerosene in the kerosene tank 13 is supplied to the vaporizer 14 via the nozzle 17. . Then, when kerosene and air vaporized in the vaporizer 14 are mixed and discharged from the vaporizer 14 as an air-fuel mixture, the ignition device 18 ignites and the burner 20a is ignited.
[0027]
And the air heated by the ignition of the burner 20a turns into an updraft, and flows toward the ceiling part side of the heat insulation wall 11a. At that time, the flow direction of the warm air is changed by the air flow by the operation of the warm air fan 15 so as to go to the warm air discharge port 11b side, and the warm air is discharged from the warm air discharge port 11b side to the outside. At this time, a part of the heat released from the burner 20a is conducted to the upper substrate 26b of the thermoelectric conversion module 21. Further, the lower substrate 26a of the thermoelectric conversion module 21 is cooled by heat radiation by the heat radiation fins 22a of the finned cooling fan 22, and is air-cooled by an air flow supplied from the cooling fan 22b.
[0028]
As a result, a large temperature difference occurs between the end on the lower substrate 26a side and the end on the upper substrate 26b side of the thermoelectric element 28, and the thermoelectric conversion module 21 generates electric power according to this temperature difference. The electric power generated by the thermoelectric conversion module 21 is supplied to an external device connected to the terminal of the oil fan heater 10 to operate the device. Further, the heat released from the heat radiating fins 22 a is blown into the heat insulating pipe 23 as warm air and flows toward the front end side of the heat insulating pipe 23.
[0029]
For this reason, the upper board | substrate 26b of the thermoelectric conversion module 24 attached to the opening part 23c of the heat insulation pipe | tube 23 is heated with warm air, and it heats up. Further, the lower substrate 24a of the thermoelectric conversion module 24 is cooled by heat radiation by the heat radiation fins 25a of the finned cooling fan 25 and is air-cooled by an air flow supplied from the cooling fan 25b. As a result, a temperature difference is generated between the lower substrate 24a side and the upper substrate 24b side, and the thermoelectric conversion module 24 generates electric power according to the temperature difference. The electric power generated by the thermoelectric conversion module 24 is also supplied to an external device connected to the oil fan heater 10. In this case, the electric power for operating the cooling

fans

22b and 25b may be electric power from the power source supplied to the petroleum fan heater 10 or electric power generated by the

thermoelectric conversion modules

21 and 24.
[0030]
Thus, in the petroleum fan heater 10 provided with the thermoelectric generator 20 according to the present embodiment, the thermoelectric conversion module 21 is attached to the lower surface of the burner 20a, and the finned cooling fan 22 is attached to the lower surface of the thermoelectric conversion module 21. Yes. And the heat insulation pipe | tube 23 is attached to the radiation fin 22a of the cooling fan 22 with a fin, and the thermoelectric conversion module 24 and the cooling fan 25 with a fin are further attached to the lower part of the front-end | tip part of this heat insulation pipe | tube 23.
[0031]
Therefore, the heat conducted to the thermoelectric conversion module 21 is used for power generation, and the heat released from the thermoelectric conversion module 21 is conducted to the thermoelectric conversion module 24 via the heat insulating tube 23 and used for power generation by the thermoelectric conversion module 24. Is done. For this reason, the heat conducted from the burner 20a to the thermoelectric conversion module 21 can be efficiently used for power generation to obtain a larger amount of power generation.
[0032]
FIG. 5 shows a thermoelectric generator 30 according to another embodiment of the present invention. This thermoelectric generator 30 includes a burner 30a, a thermoelectric conversion module 31, a finned cooling fan 32, a heat insulating pipe 33, a thermoelectric conversion module 34, and a finned cooling fan 35 having the same configuration as the thermoelectric generator 20 described above. Yes. The heat insulating pipe 36 is attached to the heat radiation fin 35 a of the finned cooling fan 35, the thermoelectric conversion module 37 is attached to the opening 36 c provided at the lower end of the heat insulating pipe 36, and the thermoelectric conversion module 37 has fins attached to the lower surface. A cooling fan 38 is attached.
[0033]
The thermoelectric conversion module 37 is composed of the same one as the

thermoelectric conversion modules

31, 34, and the heat insulating tube 36 is composed of the same one as the heat insulating tube 33. About the structure of the other part of the oil fan heater provided with this thermoelectric generator 30, it is the same as that of the oil fan heater 10 mentioned above. With such a configuration, more electric power can be generated.
[0034]
For example, from the burner 30a, the amount of heat that is conducted on a substrate 31b of the thermoelectric conversion module 31 is in Q, the conversion efficiency thermoelectric conversion module 31 converts the amount of heat Q in power is assumed to be eta _1, the thermoelectric conversion module 31 The amount of power generation is Q × η ₁ , and the amount of heat released from the lower substrate 31a side of the thermoelectric conversion module 31 without being used for power generation is Q × (1−η ₁ ). If the heat recovery rate by the heat insulating tube 33 is ε ₁ , the amount of heat conducted to the upper substrate 34 b of the thermoelectric conversion module 34 is Q × (1−η ₁ ) × ε ₁ . If the conversion efficiency of the thermoelectric conversion module 34 is η ₂ , the amount of power generated by the thermoelectric conversion module 34 is Q × (1−η ₁ ) × ε ₁ × η ₂ , and is not used for power generation. The amount of heat released from the lower substrate 34a side of the module 34 is Q × (1−η ₁ ) × ε ₁ × (1−η ₂ ).
[0035]
Further, assuming that the heat recovery rate by the heat insulating tube 36 is ε ₂ , the amount of heat conducted to the upper substrate 37b of the thermoelectric conversion module 37 is Q × (1-η ₁ ) × ε ₁ × (1-η ₂ ) × ε ₂ . When the conversion efficiency of the thermoelectric conversion module 37 is η ₃ , the power generation amount of the thermoelectric conversion module 37 is Q × (1-η ₁ ) × ε ₁ × (1-η ₂ ) × ε ₂ × η ₃ Thus, the amount of heat released from the lower substrate 37a side of the thermoelectric conversion module 37 without being used for power generation is Q × (1-η ₁ ) × ε ₁ × (1-η ₂ ) × ε ₂ × (1-η ₃ ).
[0036]
For this reason, in the conventional thermoelectric generator having one thermoelectric conversion module, the power generation amount is Q × η ₁ , and in the thermoelectric generator 20 shown in FIG. 2, Q × η ₁ and Q × (1− (η ₁ ) × ε ₁ × η ₂ Further, in the thermoelectric generator 30 shown in FIG. 5, the power generation amount is further Q × (1−η ₁ ) × ε ₁ × (1−η ₂ ) × ε ₂ × η in addition to the power generation amount of the thermoelectric generator 20. _The value obtained by adding ₃ Thus, as the number of thermoelectric conversion modules and heat insulating tubes increases, the amount of power generation increases and the amount of heat finally released decreases. This power generation amount can be expressed by the following formula 1. In addition, although each thermoelectric module and each heat insulation pipe | tube are comprised with the same thing, since the amount of heat supplied differs, the value of conversion efficiency and a heat recovery rate will each differ.
[0037]
[Expression 1]

[0038]
Next, the thermoelectric generator 20 shown in FIG. 2 and the conventional thermoelectric generator (comparative example) having a configuration in which the heat insulating tube 23, the thermoelectric conversion module 24, and the finned cooling fan 25 are removed from the thermoelectric generator 20 are shown. A comparative test of power generation was conducted. In this case, as each thermoelectric conversion module, those having a vertical and horizontal size of 50 mm and a height of 5 mm were used. The surface area of each radiating fin such as the cooling fan 25 with fins is 0.3 m ² , and an axial air cooling fan with power consumption of 2 W was used as each cooling fan.
[0039]
This comparative test was performed by attaching the upper substrate 21b of the thermoelectric generator 20 and the upper substrate of the thermoelectric generator according to the comparative example to the lower surface of the heater, and conducting 100 W of heat from the heater to each upper substrate. In this case, the conversion efficiency η ₁ of the thermoelectric conversion module 21 and the thermoelectric conversion module of the thermoelectric generator according to the comparative example was 5%, and the conversion efficiency η ₂ of the thermoelectric conversion module 24 was 2%. The heat recovery rate ε ₁ of the heat insulating tube 23 was 50%. As a result, the power generation amount of the thermoelectric generator 20 was 5.95 W, and the power generation amount of the thermoelectric generator according to the comparative example was 5.0 W.
[0040]
As described above, the thermoelectric generator 20 including the two

thermoelectric conversion modules

21 and 24 and the heat insulating tube 23 can generate larger electric power than the conventional thermoelectric generator including one thermoelectric conversion module. Moreover, if the number of thermoelectric conversion modules and heat insulation pipes is further increased as in the thermoelectric generator 30, the power generation amount is further increased.
[0041]
Further, the thermoelectric generator according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed. For example , the

thermoelectric

generators

20 and 30 are not limited to the oil fan heater 10 and can be applied to any apparatus provided with a heat generating portion. Furthermore, the electric power generated by the thermoelectric generator 20 or the like may be used for the operation of an apparatus included in the apparatus provided with the thermoelectric generator 20 or the like, or may be used for the operation or charging of an external apparatus. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an oil fan heater including a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view showing an outline of a thermoelectric generator provided in the oil fan heater shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a thermoelectric conversion module.
FIG. 4 is a front view of a thermoelectric conversion module.
FIG. 5 is a front view showing a thermoelectric generator according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
20, 30 ... thermoelectric generator, 20a, 30a ... burner, 21, 24, 31, 34, 37 ... thermoelectric conversion module, 23, 33, 36 ... heat insulation tube, 24a, 26a, 31a, 34a, 37a ... lower substrate, 24b, 26b, 31b, 34b, 37b ... upper substrate, 27a ... lower electrode, 27b ... upper electrode, 28 ... thermoelectric element.

Claims

A thermoelectric conversion module formed by forming electrodes at predetermined locations on opposite inner surfaces of a pair of insulating substrates arranged opposite to each other and joining end faces of thermoelectric elements to the opposing electrodes is provided on one insulating substrate side. The thermoelectric conversion module is attached in the vicinity of the heat generating part so as to be heated, according to a temperature difference generated between one end of the thermoelectric element on one insulating substrate side and the other insulating substrate side end. A thermoelectric generator for generating electric power,
With constituting the thermoelectric conversion module in a plurality, it constitutes a heat recovery member made of the heat-insulated pipe for recovering the heat emitted from the thermoelectric conversion module without being utilized in power generation in one or more The plurality of thermoelectric conversion modules and the one or more heat recovery members are alternately installed, and the heat recovery member that recovers the heat released from each thermoelectric conversion module sends the heat to the next thermoelectric conversion module. In addition, a cooling fan with fins composed of heat dissipating fins and cooling fans is provided on the other insulating substrate of the thermoelectric conversion module, and heat conduction is performed using the air flow supplied from the cooling fan with fins. Then, the heat recovered by the heat recovery member is used again for power generation using the thermoelectric conversion module.