JP4175839B2 - Thermoelectric conversion module for flow pipe - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体または液体の流量計測の分野、例えばガス、水道設備等のメータ類の計測情報を電子的な手段によって表示、通信することにより、いわゆる自動検針システムを推進するための技術に係り、特に電子回路等の駆動に必要とされる小電力をガスや上・下水等の流体を熱源として確保するための流路管用熱電変換モジュール、それを適用した電源装置および流量測定システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガスメータや水道メータ等について、検針装置に電子的送信手段を付加し、所定の管理センタ等に測定情報を送信して、自動的にガス、水道水等の使用量を知ることができるようになっている(例えば特開平10−96655号公報)。この場合、従来では、駆動電源を電池もしくは外部電源によってきた。しかしながら、電池式であると電池の寿命による電池交換の必要性が生じる。電池の寿命は地中温度や使用ガス、水量により左右されるほか、電池が消耗されれば使用量が伝送されないなど問題が生じる。
【0003】
また、100Vの商用電源を使用する場合には、商用電源が水道およびガスメータ近傍まで配されている必要があり、水道、ガスメータ等については、地理的な問題からこれら商用電源の使用が困難な場合も多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来では電子式検針システム等についての電源を電池あるいは適用電源に依存しているが、電池消耗、商用電源使用不能等の問題があり、このような電源を必要としない自己発電式の水道、ガスメータが要望される。
【0005】
発明者の検討によると、ガスおよび水道メータ等に関しては、流路管として金属管が採用されていることから、ガスあるいは液体の温度が流路管に伝達され、その周辺の環境温度と温度差を生じている。そこで、この温度差をもとに熱電変換素子による温度勾配を利用して、起電力を発生させることにより、その発生電力をガスおよび水道メータに供給すれば、電池や商用電源等の既存の電源を不要とすることが可能と考えられる。
【0006】
本発明はこのような着眼に基づいてなされたもので、水道メータ、ガスメータ等へ自己発電により電力を供給することができる流量メータ用熱電変換モジュール、このモジュールを用いた発電装置および流量計測システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項1に係る発明では、複数の棒状のP型熱電変換素子およびN型熱電変換素子からなる熱電変換素子を格子状に配列して絶縁樹脂に埋設することにより熱電変換ユニットとして構成し、この熱電変換ユニットを気体または液体が流れる流路管の外周面部位に対向して配置、またはこの流路管を囲むように2以上配設するとともに、前記各熱電変換素子の一端側を低温部または高温部として前記流路管の外壁面に合致するように円弧面状に加工するとともに伝熱性絶縁体を介して密接させ伝熱可能にる一方、前記各熱電変換素子の他端側を高温部または低温部として前記流路管の周辺の環境温度を感温できる配置とし、前記各熱電変換素子を電気的に接続して回路を構成することにより、前記流路管内を流れる気体または液体の温度と前記流路管の周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記各熱電変換素子に生じる熱起電力を統合して、前記回路に電力を取り出すことを特徴とする流路管用熱電変換モジュールを提供する。
【0009】
請求項に係る発明では、前起熱電変換素子を電気的に接続する導体は、前記熱電変換素子にメッキ、蒸着等により形成した金属の薄膜を含むことを特徴とする請求項1記載の流路管用熱電変換モジュールを提供する。
【0010】
請求項に係る発明では、前記熱電変換素子を電気的に接続する薄膜は、金、銅、ニッケルもしくはアルミニウム、もしくはこれらの少なくともいずれかを含む金属からなることを特徴とする請求項記載の流路管用熱電変換モジュールを提供する。
【0013】
請求項に係る発明では、請求項1から3までのいずれかに記載の流路管用熱電変換モジュールの回路に、熱起電力の平準化または電気の蓄積を行うコンデンサもしくは蓄電池もしくはこれらの両方を備えたことを特徴とする電源装置を提供する。
【0014】
請求項に係る発明では、請求項1から3までのいずれかに記載の流路管用熱電変換モジュールまたは請求項7記載の電源装置を単体で、もしくは複数の組み合わせとして発電をし、この発電した電流の供給によって前記流路管内を流れる気体または液体の流量を測定するための流量測定装置の測定作用、測定値表示作用または通信作用を行うことを特徴とする流量測定システムを提供する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0016】
第1実施形態(図1,図2,図5)
図1は、本実施形態による流路管用熱電変換モジュールおよびこれを用いた発電装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。図2(A)は、図1に示した装置の熱電変換モジュールを詳細に示す側断面図であり、図2(B)は図2(A)のA−A線断面図であり、図2(C)は前記モジュールの熱電変換素子の配列を示す説明図である。
【0017】
これらの図に示すように、熱電変換モジュール1は、ガス管、水道管等を構成する流路管としての金属管2の両側部に、一対の熱電変換ユニット3(3a,3b)を配設することによって構成されている。
【0018】
各熱電変換ユニット3は、図2(A),(B)に示すように、金属管2の外周面部位に複数の熱電変換素子4を例えば格子状に配列し、各熱電変換素子4の一端側を低温部または高温部として金属管2の外壁面に伝熱可能に接触させる一方、各熱電変換素子4の他端側を高温部または低温部として金属管2の周辺の環境温度を感温できる配置としたものである。そして、図2(C)に示すように、各熱電素子4を導体5により例えば千鳥状に接続して回路6を構成することにより、金属管2内を流れるガスまたは上・下水等の流体の温度と金属管2の周辺の環境温度との温度差に基づいて各熱電変換素子4に生じる熱起電力を統合し、回路6に電力を取り出すようになっている。
【0019】
詳述すると、熱電変換素子4は、金属管2の外表面に垂直に配置される複数の棒状のP型熱電変換素子4aおよびN型熱電変換素子4bであり、これらが交互に導体5によって接合されて回路6が構成される。そして、各熱電変換素子4a,4bが伝熱樹脂7bに埋設して金属管2の外周部に固定されている。なお、P型熱電変換素子4aは、例えばBi−Te−Sb系合金とされ、N型熱電変換素子4bは、例えばBi−Te−Se系合金とされている。
【0020】
また、熱電変換素子4を電気的に接続する導体5は、熱電変換素子4にメッキ、蒸着等により形成した金属の薄膜により構成される。これらの薄膜は、金、銅、ニッケルもしくはアルミニウム、もしくはこれらの少なくともいずれかを含む金属からなっている。
【0021】
熱電変換素子4の低温部または高温部となる一端側は、金属管2の外周面に合致するように円弧面状に加工されており、この熱電変換素子4の一端側が絶縁樹脂伝熱性絶縁体、例えば熱伝導性が良好な伝熱樹脂7aを介して金属管2に絶縁状態を保持した状態で密着されている。伝熱樹脂7aとしては、例えばエポキシ、ベークライト、アクリル系の樹脂が適用されている。
【0022】
なお、本実施形態では一対の熱電変換ユニット3a,3bが金属管2の外周側に対向配置されているので、例えばユニット間接続導体としての接続線8によって両熱電変換ユニット3a,3bが接続された回路構成としてある。
【0023】
また、図1に示したように、以上の構成を有する熱電変換素子モジュール1から出力線9が外部に導かれ、この出力線9にコンデンサおよび蓄電池からなる電流平準化・蓄電装置10が接続され、これにより電源装置11が構成されている。
【0024】
そして、以上の構成からなる電源装置11が出力線9を介してガスメータ、水道メータ等の流量測定装置12に接続されている。この流量測定装置12は、例えば電磁的流量表示部13および電子的データ送信手段14を有し、検出流量データ等を所定の管理センタ15に送信できるようになっている。これにより、自動的に流量を管理センタ15によって管理できる流量測定システム16が構成されている。
【0025】
次に作用を説明する。
【0026】
図1および図2(A)に矢印Fで示すように、金属管2内をガス、水道水等の流体が流通すると、例えば温暖な季節においては金属管2内を流通する流体によって金属管2の表面が大気、地中等の環境温度よりも低温となる(冬季等においては、例えば逆となる場合もある)。そこで、本実施形態においては、各熱電変換素子4の金属管2に接する一端側が例えば低温部、環境側に向く他端側が高温部となり、熱起電力が発生する。この場合、全ての熱電変換素子4の一端側は比較的薄い層からなる伝熱樹脂7aを介して金属管2の円弧状表面に密接した状態となっているので、熱電変換素子4の低温部は金属管2内を流れるガス、水道水等の温度に接近する温度まで低温化され、極めて高感度の熱電変換が行われて効率よく電流が発生する。
【0027】
この発生した電流は、電流平準化・蓄電装置10により平準化されるとともに蓄電されるので、流量測定装置12の電源として十分な電力を供給することができる。
【0028】
図5は、本実施形態の熱電変換モジュール1による起電力を、後述する第2実施形態等と比較して示す特性図であり、縦軸に起電力を表し、横軸に金属管2の表面とモジュール外部の環境との温度差を表している。本実施形態の場合には、図5に特性線aとして示すように、温度差10〜30℃の範囲において、後述する第2実施形態等と比較して極めて大きい熱起電力が得られることが確認された。
【0029】
第2実施形態(図3,図4,図5)
本実施形態は平坦な構成の熱電変換ユニット3を対向配置として金属管2の両側部に配置した構成の熱電変換モジュール1についてのものである。図3は、この熱電変換モジュール1を示す斜視図である。図4(A)は、図3に示した熱電変換モジュール1を詳細に示す側断面図であり、図4(B)は、同図(A)のB−B線断面図である。
【0030】
図3および図4に示すように、本実施形態では各熱電変換素子4が金属板等からなる支持板17の間に挟着されており、伝熱樹脂7を介して金属管2に接合されている。
【0031】
このような構成によっても、第1実施形態と同様に、流体温度と環境温度との温度差に基づいて熱起電力を発生することが可能であるが、図5に特性線bとして示したように、各熱電変換素子4の一部のみが金属管2に近接しているため、第1実施形態の特性aよりも効率的には低いことが認められる。
【0032】
なお、図5には、第2実施形態で示した伝熱樹脂7aを用いることなく、平坦な構成の熱電変換素子4を単に金属管2の両側に配置して構成した比較例としての熱電変換モジュール(図3および図4(B)から伝熱樹脂7aを外した構成のもの)についても起電力を特性線cとして示している。この場合には、熱電変換モジュールと金属板2との伝熱が極端に少ないため起電力は小であった。
【0033】
したがって、本発明の実施形態、特に第1実施形態の構成の場合には、特性線a,cの比較で明らかなように、aはcに対して10倍以上の起電力を示し、流量測定装置12に電子的通信等を行う場合の必要電力供給用電源として、良好な発電特性を示すことができる。
【0034】
第3実施形態(図6〜図8)
図6は本発明の第3実施形態の一構成例を示したものであり、熱電変換モジュール1および電源装置12を示す構成図である。この図6に示すように、本実施形態の第1構成例では、熱電変換ユニット3(3a,3b,3c,3d)を金属管2の上下左右方向の全てに配する4体とし、金属管2の周囲全体を被覆するような配置構成としている。構成は第1実施形態と略同様であり、また電流平準化・蓄電装置10を備えている。
【0035】
一方、図7は第2構成例を示したものであり、図6の構成から電流平準化・蓄電装置10を除去したものである。
【0036】
図8は、本実施形態における上記2つの熱電変換ユニットの時間に対する発生電圧の変化を示したものであり、特性線dは第1構成例を示し、特性線eは第2構成例を示している。この図8に示したように、第1構成例のものは、電磁平準化・蓄電装置10を備えているため第1構成例のものは、起電力を平準化することができ、第2構成例に比して、より安定な起電力を得ることが可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明に係る熱電変換モジュールによれば、水やガスなどの流路管中を流れる流体を利用して熱起電力を得ることができる。したがって、この熱電変換モジュールを用いた発電装置として実施することにより、電子制御型のガスメータあるいは水道メータ等において必要とされる電力を、外部電源による必要なく自発発電に基づいて十分に得ることができる。また、測定情報の自動送信による流量測定システムとして安価、かつ確実な電源を確保することにより、技術的、経済的に多大な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による熱電変換モジュールおよび発電装置を示す斜視図。
【図2】(A)は図1に示した熱電変換モジュールの側断面図、(B)は(A)のA−A線断面図、(C)はモジュール接続構成を示す説明図。
【図3】本発明の第2実施形態を示す熱電変換素子および発電装置を示す斜視図。
【図4】(A)は図3に示した熱電変換モジュールの側断面図、(B)は(A)のB−B線断面図。
【図5】第1実施形態および第2実施形態の熱電変換モジュールの起電力を比較して示す特性図。
【図6】本発明の第3実施形態を示す斜視図。
【図7】本発明の第4実施形態を示す斜視図。
【図8】第3および第4実施形態による起電力を比較して示す特性図。
【符号の説明】
1…熱電変換素子モジュール、2…金属管(流路管)、3,3a,3b…熱電変換ユニット、4…熱電変換素子、5…導体、6…回路、7a…伝熱樹脂(伝熱性絶縁体)、7b…絶縁樹脂、8…接続線、9…出力線、10…電流平準化・蓄電装置、11…電源装置、12…流量制御装置、13…電磁的流量表示部、14…電子的データ送信手段、15…管理センタ、16…流量測定システム。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for promoting a so-called automatic meter reading system by displaying and communicating measurement information of meters such as gas and water facilities by electronic means in the field of gas or liquid flow measurement. In particular, the present invention relates to a thermoelectric conversion module for a channel tube for securing a small electric power required for driving an electronic circuit or the like as a heat source such as a gas or a fluid such as water or sewage, and a power supply device and a flow rate measurement system using the module. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with regard to gas meters, water meters, etc., an electronic transmission means has been added to the meter-reading device, and measurement information can be transmitted to a predetermined management center to automatically know the amount of gas, tap water, etc. used. (For example, JP-A-10-96655). In this case, conventionally, the driving power source is a battery or an external power source. However, in the case of the battery type, it is necessary to replace the battery due to the life of the battery. The battery life depends on the underground temperature, the gas used, and the amount of water. In addition, if the battery is depleted, the usage amount is not transmitted.
[0003]
In addition, when using a 100V commercial power source, it is necessary that the commercial power source be arranged up to the vicinity of the water supply and gas meter. For water supply, gas meter, etc., it is difficult to use these commercial power sources due to geographical problems. There are many.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the power source for an electronic meter reading system or the like conventionally depends on the battery or the applicable power source. However, there are problems such as battery consumption and the inability to use commercial power, and self-power generation that does not require such a power source. Water and gas meters are required.
[0005]
According to the inventor's study, for gas and water meters, etc., metal pipes are used as flow pipes, so the temperature of the gas or liquid is transmitted to the flow pipes, and the ambient temperature and temperature difference around it. Has produced. Therefore, by generating an electromotive force using a temperature gradient by the thermoelectric conversion element based on this temperature difference, if the generated power is supplied to a gas and a water meter, an existing power source such as a battery or a commercial power source is used. It is considered possible to eliminate the need for
[0006]
The present invention has been made based on such a point of view. A thermometer conversion module for a flow meter capable of supplying electric power to a water meter, a gas meter or the like by self-power generation, a power generation apparatus using the module, and a flow measurement system are provided. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, thermoelectric conversion elements composed of a plurality of rod-shaped P-type thermoelectric conversion elements and N-type thermoelectric conversion elements are arranged in a grid pattern and embedded in an insulating resin. It is configured as a thermoelectric conversion unit, and two or more thermoelectric conversion units are disposed so as to face the outer peripheral surface portion of the flow channel tube through which gas or liquid flows , or are disposed so as to surround the flow channel tube. while that enables heat transfer is closely via the thermally conductive insulator with processing in an arc surface shape so as to conform to the outer wall surface of the flow pipe one end side of the device as a low-temperature portion or the high-temperature portion, wherein each thermoelectric By arranging the other end side of the conversion element as a high-temperature part or a low-temperature part so that the ambient temperature around the flow path pipe can be sensed, the thermoelectric conversion elements are electrically connected to form a circuit, and Flow in the pipe Based on the temperature difference between the temperature of the gas or liquid and the ambient temperature around the flow path tube, the thermoelectromotive force generated in each thermoelectric conversion element is integrated to extract power into the circuit. A thermoelectric conversion module for a road pipe is provided.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the conductor for electrically connecting the pre-electroelectric conversion element includes a metal thin film formed on the thermoelectric conversion element by plating, vapor deposition, or the like. A thermoelectric conversion module for a road pipe is provided.
[0010]
In the invention according to claim 3, the thin film electrically connecting the thermoelectric conversion element, gold, copper, according to claim 2, wherein the nickel or aluminum or their metal containing at least one, A thermoelectric conversion module for a channel pipe is provided.
[0013]
In the invention which concerns on Claim 4 , the capacitor | condenser or storage battery which performs leveling of a thermoelectromotive force or accumulation | storage of electricity, or both to the circuit of the thermoelectric conversion module for flow-path pipes in any one of Claim 1 to 3 is carried out. Provided is a power supply device including the power supply device.
[0014]
In the invention which concerns on Claim 5, it generated electric power by making the thermoelectric conversion module for flow-path pipes in any one of Claim 1 to 3 or the power supply device of Claim 7 into single body or several combination, and this electric power generation was carried out. There is provided a flow rate measurement system characterized by performing a measurement operation, a measurement value display operation, or a communication operation of a flow rate measuring device for measuring a flow rate of a gas or liquid flowing in the flow path pipe by supplying an electric current.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
First embodiment (FIGS. 1, 2, and 5)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an entire configuration of a thermoelectric conversion module for a flow channel tube and a power generator using the same according to the present embodiment. 2A is a side sectional view showing in detail the thermoelectric conversion module of the apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA in FIG. (C) is explanatory drawing which shows the arrangement | sequence of the thermoelectric conversion element of the said module.
[0017]
As shown in these drawings, the thermoelectric conversion module 1 is provided with a pair of thermoelectric conversion units 3 (3a, 3b) on both sides of a metal pipe 2 as a flow pipe constituting a gas pipe, a water pipe or the like. It is configured by
[0018]
As shown in FIGS. 2A and 2B, each thermoelectric conversion unit 3 has a plurality of thermoelectric conversion elements 4 arranged, for example, in a lattice pattern on the outer peripheral surface portion of the metal tube 2, and one end of each thermoelectric conversion element 4. While making the heat transferable contact with the outer wall surface of the metal tube 2 as a low temperature part or a high temperature part, the other end side of each thermoelectric conversion element 4 is used as a high temperature part or a low temperature part to sense the ambient temperature around the metal tube 2 It is a possible arrangement. Then, as shown in FIG. 2 (C), each thermoelectric element 4 is connected in a zigzag manner by conductors 5 to form a circuit 6 so that a gas flowing in the metal tube 2 or a fluid such as sewage or the like flows. The thermoelectromotive force generated in each thermoelectric conversion element 4 is integrated based on the temperature difference between the temperature and the ambient temperature around the metal tube 2, and electric power is extracted to the circuit 6.
[0019]
More specifically, the thermoelectric conversion element 4 is a plurality of rod-shaped P-type thermoelectric conversion elements 4 a and N-type thermoelectric conversion elements 4 b arranged perpendicular to the outer surface of the metal tube 2, and these are alternately joined by the conductors 5. Thus, the circuit 6 is configured. The thermoelectric conversion elements 4 a and 4 b are embedded in the heat transfer resin 7 b and fixed to the outer peripheral portion of the metal tube 2. The P-type thermoelectric conversion element 4a is, for example, a Bi—Te—Sb alloy, and the N-type thermoelectric conversion element 4b is, for example, a Bi—Te—Se alloy.
[0020]
The conductor 5 for electrically connecting the thermoelectric conversion element 4 is formed of a metal thin film formed on the thermoelectric conversion element 4 by plating, vapor deposition, or the like. These thin films are made of gold, copper, nickel, aluminum, or a metal containing at least one of them.
[0021]
One end side of the thermoelectric conversion element 4 that is a low temperature portion or a high temperature portion is processed into an arc surface shape so as to match the outer peripheral surface of the metal tube 2, and one end side of the thermoelectric conversion element 4 is an insulating resin heat conductive insulator. For example, the metal tube 2 is in close contact with the metal tube 2 through the heat transfer resin 7a having good thermal conductivity. As the heat transfer resin 7a, for example, epoxy, bakelite, acrylic resin is applied.
[0022]
In the present embodiment, since the pair of thermoelectric conversion units 3a and 3b are disposed opposite to the outer peripheral side of the metal tube 2, both the thermoelectric conversion units 3a and 3b are connected by, for example, a connection line 8 as an inter-unit connection conductor. Circuit configuration.
[0023]
Further, as shown in FIG. 1, an output line 9 is led to the outside from the thermoelectric conversion element module 1 having the above configuration, and a current leveling / storage device 10 including a capacitor and a storage battery is connected to the output line 9. Thus, the power supply device 11 is configured.
[0024]
And the power supply device 11 which consists of the above structure is connected to the flow measuring devices 12, such as a gas meter and a water meter, via the output line 9. FIG. The flow rate measuring device 12 includes, for example, an electromagnetic flow rate display unit 13 and an electronic data transmission unit 14, and can transmit detected flow rate data and the like to a predetermined management center 15. Thus, a flow rate measurement system 16 that can automatically manage the flow rate by the management center 15 is configured.
[0025]
Next, the operation will be described.
[0026]
As shown by an arrow F in FIGS. 1 and 2A, when a fluid such as gas or tap water circulates in the metal tube 2, the metal tube 2 is circulated by the fluid that circulates in the metal tube 2 in a warm season, for example. The surface of the water becomes cooler than the ambient temperature such as the atmosphere or the ground (in winter, for example, it may be reversed). Therefore, in this embodiment, one end side of each thermoelectric conversion element 4 in contact with the metal tube 2 is, for example, a low temperature part, and the other end side facing the environment side is a high temperature part, and a thermoelectromotive force is generated. In this case, one end side of all the thermoelectric conversion elements 4 is in close contact with the arcuate surface of the metal tube 2 via the heat transfer resin 7a made of a relatively thin layer. Is lowered to a temperature approaching the temperature of gas, tap water, or the like flowing through the metal pipe 2, and highly sensitive thermoelectric conversion is performed to efficiently generate current.
[0027]
Since the generated current is leveled and stored by the current leveling / power storage device 10, sufficient power can be supplied as a power source for the flow rate measuring device 12.
[0028]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the electromotive force generated by the thermoelectric conversion module 1 of the present embodiment in comparison with a second embodiment or the like to be described later. The vertical axis represents the electromotive force, and the horizontal axis represents the surface of the metal tube 2. And the temperature difference between the module and the environment outside the module. In the case of the present embodiment, as shown by the characteristic line a in FIG. 5, an extremely large thermoelectromotive force can be obtained in the temperature difference range of 10 to 30 ° C. compared to the second embodiment described later. confirmed.
[0029]
Second Embodiment (FIGS. 3, 4, and 5)
The present embodiment relates to a thermoelectric conversion module 1 having a configuration in which thermoelectric conversion units 3 having a flat configuration are arranged on both sides of a metal tube 2 as opposed to each other. FIG. 3 is a perspective view showing the thermoelectric conversion module 1. 4A is a side sectional view showing the thermoelectric conversion module 1 shown in FIG. 3 in detail, and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB in FIG.
[0030]
As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, each thermoelectric conversion element 4 is sandwiched between support plates 17 made of a metal plate or the like, and is joined to the metal tube 2 via a heat transfer resin 7. ing.
[0031]
Even with such a configuration, as in the first embodiment, it is possible to generate a thermoelectromotive force based on the temperature difference between the fluid temperature and the environmental temperature, but as shown by the characteristic line b in FIG. Furthermore, since only a part of each thermoelectric conversion element 4 is close to the metal tube 2, it is recognized that the efficiency is lower than the characteristic a of the first embodiment.
[0032]
In FIG. 5, a thermoelectric conversion as a comparative example in which the thermoelectric conversion elements 4 having a flat configuration are simply arranged on both sides of the metal tube 2 without using the heat transfer resin 7 a shown in the second embodiment. The electromotive force is also shown as a characteristic line c for the module (with the configuration in which the heat transfer resin 7a is removed from FIGS. 3 and 4B). In this case, the electromotive force was small because heat transfer between the thermoelectric conversion module and the metal plate 2 was extremely small.
[0033]
Therefore, in the embodiment of the present invention, particularly in the case of the configuration of the first embodiment, as is apparent from the comparison of the characteristic lines a and c, a indicates an electromotive force 10 times or more than c, and the flow rate measurement. Good power generation characteristics can be shown as a power supply for supplying necessary power when electronic communication or the like is performed to the device 12.
[0034]
3rd Embodiment (FIGS. 6-8)
FIG. 6 shows a configuration example of the third embodiment of the present invention, and is a configuration diagram showing the thermoelectric conversion module 1 and the power supply device 12. As shown in FIG. 6, in the first configuration example of the present embodiment, the thermoelectric conversion units 3 (3a, 3b, 3c, 3d) are four bodies arranged in all the vertical and horizontal directions of the metal tube 2, and the metal tube 2 is configured so as to cover the entire periphery. The configuration is substantially the same as that of the first embodiment, and a current leveling / power storage device 10 is provided.
[0035]
On the other hand, FIG. 7 shows a second configuration example, in which the current leveling / power storage device 10 is removed from the configuration of FIG.
[0036]
FIG. 8 shows the change in the generated voltage with respect to time of the two thermoelectric conversion units in the present embodiment, the characteristic line d shows the first configuration example, and the characteristic line e shows the second configuration example. Yes. As shown in FIG. 8, the first configuration example includes the electromagnetic leveling / power storage device 10, and therefore the first configuration example can level the electromotive force, and the second configuration Compared to the example, a more stable electromotive force can be obtained.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the thermoelectric conversion module according to the present invention, the thermoelectromotive force can be obtained using the fluid flowing in the flow path pipe such as water or gas. Therefore, by implementing as a power generation device using this thermoelectric conversion module, it is possible to sufficiently obtain the power required in an electronically controlled gas meter or water meter based on spontaneous power generation without the need for an external power source. . Further, by securing an inexpensive and reliable power supply as a flow rate measurement system by automatic transmission of measurement information, a great effect can be achieved technically and economically.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a thermoelectric conversion module and a power generator according to a first embodiment of the present invention.
2A is a side cross-sectional view of the thermoelectric conversion module shown in FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a thermoelectric conversion element and a power generation device according to a second embodiment of the present invention.
4A is a side sectional view of the thermoelectric conversion module shown in FIG. 3, and FIG. 4B is a sectional view taken along line BB of FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing comparison of electromotive forces of thermoelectric conversion modules according to the first embodiment and the second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing comparison of electromotive forces according to third and fourth embodiments.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric conversion element module, 2 ... Metal pipe (flow-path pipe), 3, 3a, 3b ... Thermoelectric conversion unit, 4 ... Thermoelectric conversion element, 5 ... Conductor, 6 ... Circuit, 7a ... Heat transfer resin (heat transfer insulation) Body), 7b ... insulating resin, 8 ... connection line, 9 ... output line, 10 ... current leveling / storage device, 11 ... power supply device, 12 ... flow rate control device, 13 ... electromagnetic flow rate display unit, 14 ... electronic Data transmission means, 15 ... management center, 16 ... flow rate measurement system.

Claims (5)

複数の棒状のP型熱電変換素子およびN型熱電変換素子からなる熱電変換素子を格子状に配列して絶縁樹脂に埋設することにより熱電変換ユニットとして構成し、この熱電変換ユニットを気体または液体が流れる流路管の外周面部位に対向して配置、またはこの流路管を囲むように2以上配設するとともに、前記各熱電変換素子の一端側を低温部または高温部として前記流路管の外壁面に合致するように円弧面状に加工するとともに伝熱性絶縁体を介して密接させ伝熱可能にる一方、前記各熱電変換素子の他端側を高温部または低温部として前記流路管の周辺の環境温度を感温できる配置とし、前記各熱電変換素子を電気的に接続して回路を構成することにより、前記流路管内を流れる気体または液体の温度と前記流路管の周辺の環境温度との温度差に基づいて、前記各熱電変換素子に生じる熱起電力を統合して、前記回路に電力を取り出すことを特徴とする流路管用熱電変換モジュール。A thermoelectric conversion unit composed of a plurality of rod-shaped P-type thermoelectric conversion elements and N-type thermoelectric conversion elements is arranged in a grid and embedded in an insulating resin to constitute a thermoelectric conversion unit. Two or more are arranged so as to oppose the outer peripheral surface portion of the flow channel pipe or surround the flow channel pipe, and one end side of each thermoelectric conversion element is used as a low temperature part or a high temperature part. while that enables heat transfer is closely via the thermally conductive insulator with processing in an arc surface shape so as to conform to the outer wall surface, the flow path and the other end side of each of the thermoelectric conversion element as a high-temperature portion or low portion The temperature of the gas or liquid flowing in the flow path pipe and the surroundings of the flow path pipe are configured by arranging the thermoelectric conversion elements to be electrically connected to each other to form a circuit that can sense the ambient temperature around the pipe. Ambient temperature Based on the temperature difference, the respective thermoelectric integrates thermoelectromotive force generated in the conversion element, a thermoelectric conversion module for duct pipe, characterized in that draw power to the circuit. 前起熱電変換素子を電気的に接続する導体は、前記熱電変換素子にメッキ、蒸着等により形成した金属の薄膜を含むことを特徴とする請求項1記載の流路管用熱電変換モジュール。  2. The thermoelectric conversion module for a channel tube according to claim 1, wherein the conductor electrically connecting the pre-electromotive conversion element includes a metal thin film formed by plating, vapor deposition, or the like on the thermoelectric conversion element. 前記熱電変換素子を電気的に接続する薄膜は、金、銅、ニッケルもしくはアルミニウム、もしくはこれらの少なくともいずれかを含む金属からなる
ことを特徴とする請求項記載の流路管用熱電変換モジュール。
3. The thermoelectric conversion module for a channel tube according to claim 2, wherein the thin film for electrically connecting the thermoelectric conversion elements is made of gold, copper, nickel, aluminum, or a metal containing at least one of them.
請求項1からまでのいずれかに記載の流路管用熱電変換モジュールの回路に、熱起電力の平準化または電気の蓄積を行うコンデンサもしくは蓄電池もしくはこれらの両方を備えたことを特徴とする電源装置。A power source comprising a circuit of a thermoelectric conversion module for a flow path pipe according to any one of claims 1 to 3, comprising a capacitor or a storage battery for leveling thermoelectromotive force or storing electricity, or both of them. apparatus. 請求項1からまでのいずれかに記載の流路管用熱電変換モジュールまたは請求項記載の電源装置を単体で、もしくは複数の組み合わせとして発電をし、
この発電した電流の供給によって前記流路管内を流れる気体または液体の流量を測定するための流量測定装置の測定作用、測定値表示作用または通信作用を行う
ことを特徴とする流量測定システム。
The thermoelectric conversion module for a flow path tube according to any one of claims 1 to 3 or the power supply device according to claim 4 is used as a single unit or as a combination of a plurality of power generation units,
A flow rate measurement system that performs a measurement operation, a measurement value display operation, or a communication operation of a flow rate measuring device for measuring a flow rate of a gas or a liquid flowing in the flow path pipe by supplying the generated current.
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