JP5467169B1 - Power generator - Google Patents
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Abstract
【課題】高温源や低温源と熱電変換素子との良好な熱伝導性を確保して、発電効率の高い温度差発電を実現することが可能な発電部材および発電装置を提供する。
【解決手段】発電部材1においては、熱電変換素子2を挟んでその両端に熱伝導用金属板3が配置されて接合されている。熱電変換素子2の一例としてペルチェ素子を用いることができる。一方の熱伝導用金属板3に接して熱吸収用金属板4が接合されており、熱吸収用金属板4には複数の金属製のピン5が取り付けられている。また、他方の熱伝導用金属板3に接して熱放出用金属板6が接合されており、熱放出用金属板6には複数の金属製のピン5が取り付けられている。熱電変換素子2と熱伝導用金属板3との接合面、熱伝導用金属板3と熱吸収用金属板4との接合面、熱伝導用金属板3と熱放出用金属板6との接合面にはグリースが塗布されている。
【選択図】図1The present invention provides a power generation member and a power generation device capable of ensuring good thermal conductivity between a high temperature source or a low temperature source and a thermoelectric conversion element and realizing temperature difference power generation with high power generation efficiency.
In a power generation member, a metal plate for heat conduction 3 is disposed and bonded to both ends of the thermoelectric conversion element 2 with the thermoelectric conversion element 2 interposed therebetween. A Peltier element can be used as an example of the thermoelectric conversion element 2. A heat absorbing metal plate 4 is joined in contact with one of the heat conducting metal plates 3, and a plurality of metal pins 5 are attached to the heat absorbing metal plate 4. Further, a heat release metal plate 6 is joined in contact with the other heat conducting metal plate 3, and a plurality of metal pins 5 are attached to the heat release metal plate 6. Joining surface of thermoelectric conversion element 2 and heat conducting metal plate 3, joining surface of heat conducting metal plate 3 and heat absorbing metal plate 4, joining of heat conducting metal plate 3 and heat releasing metal plate 6 Grease is applied to the surface.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ペルチェ素子等の熱電変換素子を用いて温度差発電を行う発電部材と、この発電部材を適用した発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation member that performs temperature difference power generation using a thermoelectric conversion element such as a Peltier element, and a power generation apparatus to which this power generation member is applied.
ペルチェ素子は、2種類の金属または半導体の接合部に電流を流すと、一方の金属または半導体から他方の金属または半導体へ熱が移動するペルチェ効果を生じる素子として広く知られている。また、このペルチェ素子の両端に温度差を与えると起電力が発生する現象であるゼーベック効果を用いると、発電を行うことができることも良く知られている。 A Peltier element is widely known as an element that generates a Peltier effect in which heat is transferred from one metal or semiconductor to the other metal or semiconductor when a current is passed through a junction between two kinds of metals or semiconductors. It is also well known that power can be generated using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which an electromotive force is generated when a temperature difference is applied to both ends of the Peltier element.
ペルチェ素子を用いて、温水と冷水との温度差を利用した温度差発電の一例が、特許文献1に記載されている。また、道路等のアスファルトの過熱を利用することによる温度差発電の一例が、特許文献2に記載されている。
An example of temperature difference power generation using a temperature difference between hot water and cold water using a Peltier element is described in
特許文献2に記載のものは、高温熱源となる道路等のアスファルト路面のすぐ下に、これと接する極板Aを設置し、低温熱源となる上下水道管、貯水溝等に接するように、極板B、極板Cを設置し、極板Aと極板Bの間を鉛直方向にp型半導体で接続し、極板Aと極板Cの間を鉛直方向にn型半導体で接続して、極板B、Cを導線でつなぎ閉回路を構成するものである。
The one described in
しかし、高温熱源となる道路等のアスファルト路面のすぐ下に極板Aが設置された構成であるため、アスファルト路面上を走行する車両から受ける振動による歪みや、アスファルト路面が高温に熱せられることによる撓みを極板Aが直接受けることとなり、アスファルト路面と極板Aとの間や、極板Aとp型半導体との間、極板Aとn型半導体との間に隙間を生じやすい。 However, since the electrode plate A is installed immediately below the asphalt road surface such as a road that becomes a high-temperature heat source, distortion due to vibrations received from a vehicle traveling on the asphalt road surface, or because the asphalt road surface is heated to a high temperature. The electrode plate A is directly subjected to the bending, and a gap is easily generated between the asphalt road surface and the electrode plate A, between the electrode plate A and the p-type semiconductor, and between the electrode plate A and the n-type semiconductor.
このような隙間が生じて、高温源と熱電変換素子との間に空気層が介在すると、空気は断熱的であるため、高温源からの熱伝導性が低下し、極板Aに接続されているp型半導体とn型半導体の端面に熱が伝わりにくくなる。その結果、十分な温度差を実現することができず、発電能力が低下する。また、この回路構成では、十分な大きさの電流が得られにくいという問題もある。 When such a gap is generated and an air layer is interposed between the high-temperature source and the thermoelectric conversion element, the air is adiabatic, so that the thermal conductivity from the high-temperature source is reduced and connected to the electrode plate A. It becomes difficult for heat to be transmitted to the end faces of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. As a result, a sufficient temperature difference cannot be realized, and the power generation capacity decreases. In addition, this circuit configuration has a problem that it is difficult to obtain a sufficiently large current.
上述したように、温度差発電を十分に機能させるためには、高温源や低温源との熱伝導性を如何に確保するかが重要な課題である。本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、高温源や低温源と熱電変換素子との良好な熱伝導性を確保して、発電効率の高い温度差発電を実現することが可能な発電部材および発電装置を提供することを目的とする。 As described above, how to ensure thermal conductivity with a high-temperature source or a low-temperature source is an important issue in order to make temperature difference power generation function sufficiently. The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to ensure good thermal conductivity between a high-temperature source or a low-temperature source and a thermoelectric conversion element, and to realize temperature difference power generation with high power generation efficiency. An object of the present invention is to provide a power generation member and a power generation device that can be used.
以上の課題を解決するために、本発明の発電部材は、熱電変換素子と、前記熱電変換素子を挟んでその両端に接合された熱伝導用金属板と、一方の前記熱伝導用金属板に対して接合された熱吸収用金属板と、他方の前記熱伝導用金属板に対して接合された熱放出用金属板とを備え、前記熱電変換素子と前記熱伝導用金属板との接合面、前記熱伝導用金属板と前記熱吸収用金属板との接合面、前記熱伝導用金属板と前記熱放出用金属板との接合面にはグリースが塗布されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the power generation member of the present invention includes a thermoelectric conversion element, a heat conducting metal plate joined to both ends of the thermoelectric conversion element, and one of the heat conducting metal plates. A heat-absorbing metal plate joined to the other heat-conducting metal plate and a heat-dissipating metal plate joined to the other heat-conducting metal plate, and a joining surface between the thermoelectric conversion element and the heat-conducting metal plate Grease is applied to the joint surface between the heat conducting metal plate and the heat absorbing metal plate, and the joint surface between the heat conducting metal plate and the heat releasing metal plate.
熱電変換素子は、熱と電力を変換する素子であり、2種類の異なる金属または半導体を接合して、その両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用したものである。大きな電位差を得るためには、p型半導体とn型半導体とを組み合わせたpn接合を用いることが好ましい。熱吸収用金属板は高温源から熱を吸収し、熱吸収用金属板に接合された熱伝導用金属板の熱伝導作用によって、熱電変換素子の一方の端面が高温状態となる。また、熱放出用金属板は低温源に対して熱を放出し、熱放出用金属板に接合された熱伝導用金属板の熱伝導作用によって、熱電変換素子の他方の端面が低温状態となる。 A thermoelectric conversion element is an element that converts heat and electric power, and utilizes the Seebeck effect in which an electromotive force is generated when two different metals or semiconductors are joined and a temperature difference is generated between both ends thereof. In order to obtain a large potential difference, it is preferable to use a pn junction in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are combined. The heat absorbing metal plate absorbs heat from a high temperature source, and one end face of the thermoelectric conversion element is brought into a high temperature state by the heat conduction action of the heat conducting metal plate joined to the heat absorbing metal plate. Further, the heat release metal plate releases heat to the low temperature source, and the other end face of the thermoelectric conversion element is in a low temperature state by the heat conduction action of the heat conduction metal plate joined to the heat release metal plate. .
熱電変換素子の両端に温度差が生じると原理的には起電力が発生するが、単に熱電変換素子を用いただけでは高温源からの熱吸収と低温源への熱放出に時間がかかり、十分な起電力を得るために必要となる温度差を熱電変換素子の両端に生じさせるためにはかなりの時間を要する。また、熱電変換素子の高温側端面と高温源との温度差、または熱電変換素子の低温側端面と低温源との温度差が大きいと、熱電変換素子の両端に十分な温度差を生じさせることができないために、発電効率が低下する。 An electromotive force is generated in principle when a temperature difference occurs between both ends of the thermoelectric conversion element. However, simply using the thermoelectric conversion element takes time to absorb heat from the high temperature source and release heat to the low temperature source. It takes a considerable amount of time to generate the temperature difference required for obtaining the electromotive force at both ends of the thermoelectric conversion element. Also, if the temperature difference between the high temperature side end face of the thermoelectric conversion element and the high temperature source, or the temperature difference between the low temperature side end face of the thermoelectric conversion element and the low temperature source is large, a sufficient temperature difference will be generated at both ends of the thermoelectric conversion element. Because power generation is not possible, power generation efficiency decreases.
このような状況は、高温源または低温源と熱電変換素子との間に隙間が生じ空気層が存在して熱伝導率が低下している場合に起こりやすい。本発明においては、高温源側において熱伝導用金属板と熱吸収用金属板とが接合され、低温源側において熱伝導用金属板と熱放出用金属板とが接合されている構造を採っていることによって、高温源に接する熱吸収用金属板や低温源に接する熱放出用金属板が撓みや歪みを受けても、この撓みや歪みを熱伝導用金属板が吸収して補正する機能を持つため、熱電変換素子との密着性が阻害されず、良好な熱伝導性が確保される。 Such a situation is likely to occur when a gap is generated between the high temperature source or the low temperature source and the thermoelectric conversion element, an air layer is present, and the thermal conductivity is lowered. In the present invention, the heat conducting metal plate and the heat absorbing metal plate are joined on the high temperature source side, and the heat conducting metal plate and the heat releasing metal plate are joined on the low temperature source side. Therefore, even if the heat-absorbing metal plate in contact with the high-temperature source or the heat-dissipating metal plate in contact with the low-temperature source is subjected to bending or distortion, the heat-conducting metal plate absorbs and corrects this bending or distortion. Therefore, the adhesiveness with the thermoelectric conversion element is not inhibited, and good thermal conductivity is ensured.
また、熱電変換素子と熱伝導用金属板との接合面、熱伝導用金属板と熱吸収用金属板との接合面、熱伝導用金属板と熱放出用金属板との接合面にはグリースが塗布されており、これによりそれぞれの接合面が密着する。そのため、接合面に隙間が形成されて空気層が介在することを防止でき、熱伝導性を高めることができる。 Grease is also applied to the joint surface between the thermoelectric conversion element and the heat conducting metal plate, the joint surface between the heat conducting metal plate and the heat absorbing metal plate, and the joint surface between the heat conducting metal plate and the heat releasing metal plate. Is applied so that the respective bonding surfaces are brought into close contact with each other. Therefore, it can prevent that a clearance gap is formed in a joint surface and an air layer intervenes, and can improve thermal conductivity.
上記の構成により、高温源や低温源と熱電変換素子と間の熱伝導性が良好な状態で維持され、熱電変換素子の高温側端面と高温源との温度差、または熱電変換素子の低温側端面と低温源との温度差がほとんど無い状態を実現できるため、高温源と低温源との温度差が比較的小さい状況であっても十分な発電量が得られる温度差発電を行うことができる。そのため、これまで行われていた温度差発電よりも適用できる条件が緩和され、広く利用することができるため、普及の促進に寄与する。 With the above configuration, the thermal conductivity between the high temperature source or the low temperature source and the thermoelectric conversion element is maintained in a good state, the temperature difference between the high temperature side end surface of the thermoelectric conversion element and the high temperature source, or the low temperature side of the thermoelectric conversion element Since it is possible to realize a state in which there is almost no temperature difference between the end face and the low-temperature source, even if the temperature difference between the high-temperature source and the low-temperature source is relatively small, it is possible to perform temperature difference power generation that can provide a sufficient amount of power generation . Therefore, the conditions applicable to the temperature difference power generation performed so far are relaxed and can be widely used, which contributes to the promotion of popularization.
本発明の発電部材においては、前記熱吸収用金属板と前記熱放出用金属板とに対して取り付けられたピンを備えていることが好ましい。 The power generation member of the present invention preferably includes a pin attached to the heat-absorbing metal plate and the heat-dissipating metal plate.
熱吸収用金属板と熱放出用金属板とに対してピンが取り付けられていることにより、高温源からの熱吸収を促進し、熱電変換素子の高温側端面が短時間で高温に達するようにすることができるとともに、低温源への熱放出を促進して、熱電変換素子の低温側端面が短時間で低温に達するようにすることができる。その結果、熱電変換素子による温度差発電が開始されるに要する時間を短縮するとともに、発電効率の向上を図ることができる。 Pins are attached to the heat absorbing metal plate and the heat releasing metal plate to promote heat absorption from the high temperature source so that the high temperature side end face of the thermoelectric conversion element reaches high temperature in a short time. In addition, the heat release to the low temperature source can be promoted so that the low temperature side end face of the thermoelectric conversion element can reach a low temperature in a short time. As a result, it is possible to shorten the time required for starting the temperature difference power generation by the thermoelectric conversion element and improve the power generation efficiency.
本発明の発電装置は、本発明の発電部材が組み込まれて形成された発電装置であって、外気が地中または水中よりも高温であるときは、前記熱吸収用金属板に接して取り付けられたタイルが高温源側となり、前記熱放出用金属板が地表または水上または水路中に配置されて低温源側となって温度差発電を行い、外気が地中または水中よりも低温であるときは、前記熱放出用金属板に接して取り付けられたタイルが低温源側となり、前記熱吸収用金属板が地表または水上または水路中に配置されて高温源側となって温度差発電を行うことを特徴とする。 The power generation device of the present invention is a power generation device formed by incorporating the power generation member of the present invention, and is attached in contact with the heat absorbing metal plate when the outside air is hotter than the ground or water. When the tile is on the high-temperature source side and the heat-dissipating metal plate is placed on the surface or on the water or in the water channel and becomes a low-temperature source side to perform temperature difference power generation, the outside air is at a lower temperature than the ground or water The tile attached in contact with the heat-dissipating metal plate is on the low-temperature source side, and the heat-absorbing metal plate is disposed on the ground surface or on the water or in the water channel to perform the temperature difference power generation on the high-temperature source side. Features.
夏季のように外気が地中や水中よりも高温となる場合には、タイルが太陽光に照射されることによって得られる熱によりタイルが高温源側となるとともに、熱放出用金属板が地表または水上または水路中に配置されることにより低温源側となることにより、温度差発電がなされる。また、冬季のように外気が地中や水中よりも低温となる場合には、タイルが低温源側となるとともに、熱吸収用金属板が地表または水上または水路中に配置されることにより高温源側となって温度差発電がなされる。このように、外気と地中や水中との温度差さえあれば発電が可能であり、タイル状のものを地表または水上または水路中に設置するだけで、簡便な方法で発電を行うことができる。 When the outside air is hotter than the ground or water, such as in the summer, the tiles become the high temperature source side due to the heat obtained by irradiating the sunlight with sunlight, and the heat release metal plate is By being arranged on the water or in the water channel, the temperature difference power generation is performed by becoming the low temperature source side. In addition, when the outside air is cooler than the ground or water, such as in winter, the tile is on the low temperature source side, and the heat absorbing metal plate is placed on the ground surface, on the water, or in the water channel, so Temperature difference power generation is performed on the side. In this way, power generation is possible as long as there is a temperature difference between the outside air and the ground or water, and power can be generated by a simple method simply by installing a tile-shaped object on the surface or on the water or in a water channel. .
また、本発明の発電装置は、本発明の発電部材が組み込まれて形成された発電装置であって、屋外が室内よりも高温であるときは、前記熱吸収用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が高温源側となり、前記熱放出用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて低温源側となって温度差発電を行い、屋外が室内よりも低温であるときは、前記熱放出用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が低温源側となり、前記熱吸収用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて高温源側となって温度差発電を行うことを特徴とする。 Further, the power generation device of the present invention is a power generation device formed by incorporating the power generation member of the present invention, and is attached in contact with the metal plate for heat absorption when the outdoor is hotter than indoors. Wall material or roofing material is on the high temperature source side, the heat release metal plate is placed in the space inside the wall material or roofing material and becomes the low temperature source side to perform temperature difference power generation, and the outdoor is at a lower temperature than indoors In some cases, the wall material or roof material attached in contact with the metal plate for heat release is on the low temperature source side, and the metal plate for heat absorption is arranged in the space inside the wall material or roof material and is on the high temperature source side. The temperature difference power generation is performed.
夏季のように室内よりも屋外が高温である場合には、熱吸収用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が高温源側となり、熱放出用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて低温源側となることにより、温度差発電がなされる。また、冬季のように室内よりも屋外が低温である場合には、熱放出用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が低温源側となり、前記熱吸収用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて高温源側となることにより、温度差発電がなされる。このように、室内と屋外との温度差さえあれば発電が可能であり、壁材や屋根材のような建材に本発明の発電部材を組み込んだだけの構造で発電が可能であるため、利便性が高い。 When the outdoor temperature is higher than the indoor temperature, such as in summer, the wall material or roof material attached in contact with the metal plate for heat absorption is the high temperature source side, and the metal plate for heat release is the wall material or roof material. By being arranged in the inner space and becoming the low temperature source side, temperature difference power generation is performed. In addition, when the outdoor is colder than the room, such as in winter, the wall material or roof material attached in contact with the heat release metal plate is the low temperature source side, and the heat absorption metal plate is the wall material or By being arranged in the space inside the roof material and becoming the high temperature source side, temperature difference power generation is performed. As described above, power generation is possible as long as there is a temperature difference between indoors and outdoors, and power generation is possible with a structure in which the power generation member of the present invention is simply incorporated into a building material such as a wall material or a roof material. High nature.
本発明の発電装置においては、前記熱放出用金属板に対して取り付けられたピンは、前記熱放出用金属板に固定された側と反対側の端部が開口状態であることが好ましい。 In the power generation device of the present invention, it is preferable that the pin attached to the heat-dissipating metal plate is in an open state at the end opposite to the side fixed to the heat-dissipating metal plate.
熱放出用金属板が地表に配置される場合には、熱放出用金属板に対して取り付けられたピンは地中に埋められる構造となるが、熱放出用金属板に固定された側と反対側の端部が開口状態であることにより、ピンの内部に水分を含んだ土が入りこみ、ピンを介しての熱放出用金属板からの熱の放散が促進される。また、熱放出用金属板が水上または水路中に配置される場合には、ピンの内部に水が入り込むため、ピンを介しての熱放出用金属板からの熱の放散が促進される。 When the metal plate for heat release is arranged on the ground surface, the pin attached to the metal plate for heat release is buried in the ground, but it is opposite to the side fixed to the metal plate for heat release. When the end on the side is in the open state, soil containing moisture enters the inside of the pin, and heat dissipation from the metal plate for heat release through the pin is promoted. Further, when the heat release metal plate is disposed on the water or in the water channel, water enters the pin, and therefore, heat dissipation from the heat release metal plate through the pin is promoted.
さらに夏季のように、熱放出用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて低温源側となって温度差発電を行う場合には、ピンの内部に空気が流入することにより、ピンを介しての熱放出用金属板からの熱の放散が促進される。また冬季のように、熱放出用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が低温源側となって温度差発電を行う場合には、ピンの内部に空気が流入することにより、ピンを介しての熱放出用金属板からの熱の放散が促進される。 Furthermore, when the heat-dissipating metal plate is placed in the space inside the wall or roof material and the temperature difference power generation is performed on the low-temperature source side as in summer, air flows into the pin. The heat dissipation from the metal plate for heat release through the pin is promoted. Also, in the winter, when the wall material or roofing material attached in contact with the heat release metal plate is on the low temperature source side for temperature difference power generation, air flows into the pin, Heat dissipation from the metal plate for heat release through the metal is promoted.
本発明によると、高温源や低温源と熱電変換素子との良好な熱伝導性を確保することができるため、発電効率の高い温度差発電を行うことが可能な発電部材および発電装置を実現することができる。 According to the present invention, since it is possible to ensure good thermal conductivity between a high-temperature source or a low-temperature source and a thermoelectric conversion element, a power generation member and a power generation apparatus capable of performing temperature difference power generation with high power generation efficiency are realized. be able to.
以下に、本発明の発電部材と発電装置を、その実施形態に基づいて説明する。
図1に、本発明の実施形態に係る発電部材の構造を示す。
発電部材1においては、熱電変換素子2を挟んでその両端に熱伝導用金属板3が配置されて接合されている。熱電変換素子2の一例としてペルチェ素子を用いることができる。
Below, the electric power generation member and electric power generation apparatus of this invention are demonstrated based on the embodiment.
In FIG. 1, the structure of the electric power generation member which concerns on embodiment of this invention is shown.
In the
一方の熱伝導用金属板3に接して熱吸収用金属板4が接合されており、熱吸収用金属板4には複数の金属製のピン5が取り付けられている。また、他方の熱伝導用金属板3に接して熱放出用金属板6が接合されており、熱放出用金属板6には複数の金属製のピン5が取り付けられている。熱伝導用金属板3、熱吸収用金属板4、熱放出用金属板6は、熱伝導性を高めるためにアルミニウムやチタン等の金属によって形成することができるが、これに限定されず、良好な熱伝導性を確保することができれば他の物を用いてもよい。
A heat absorbing
ピン5は、熱吸収用金属板4または熱放出用金属板6との接触面に対して垂直方向に延びる柱状の物体である。ピン5は熱伝導性を高めるためにアルミニウムやチタン等の金属や、硬質プラスチックによって形成することができるが、これに限定されず、良好な熱伝導性を確保することができれば他の物を用いてもよい。
The
ピン5は高温源または低温源と接触する際に、接触する表面積を大きくして熱伝導性を高める機能を有するものであり、高温源と低温源との温度差や、使用される状況によって、ピン5の形状や数は適宜定められる。また、ピン5を取り付けることにより、設置した際の機械的強度を高めることができる。
When the
高温源側において熱伝導用金属板3と熱吸収用金属板4とが接合され、低温源側において熱伝導用金属板3と熱放出用金属板6とが接合されている構造を採っていることによって、高温源に接する熱吸収用金属板4や低温源に接する熱放出用金属板6が撓みや歪みを受けても、この撓みや歪みを熱伝導用金属板3が吸収して補正する機能を持つため、熱電変換素子2との密着性が阻害されず、良好な熱伝導性が確保される。
The heat conducting
特許文献2に記載のもののように、高温源と接する極板が一体物として形成されていると、高温源から受ける機械的な要因による撓みや熱的な要因による歪みは、一体物である極板が全体として受けることになる。そのため、極板の変形により極板と熱電変換素子との乖離が生じやすい。これに対し本発明においては、高温源と熱電変換素子との間は、一体物ではなく、熱伝導用金属板3と熱吸収用金属板4との接合体であるため、熱吸収用金属板4が変形しても、これに接合する熱伝導用金属板3がこの変形を補正する機能を有することに大きな特徴がある。そのため、熱電変換素子2が乖離しにくく、密着性を維持するため、熱伝導性が良好な状態で保たれる。このような事情は、低温源側においても同様である。
When the electrode plate in contact with the high temperature source is formed as an integrated object like the one described in
熱電変換素子2と熱伝導用金属板3との接合面、熱伝導用金属板3と熱吸収用金属板4との接合面、熱伝導用金属板3と熱放出用金属板6との接合面にはグリースが塗布されており、これによりそれぞれの接合面が密着する。そのため、接合面に隙間が形成されて空気層が介在することを防止でき、熱伝導性を高めることができる。また、接合面の面間隔はグリース層の層厚によって維持されているが、熱吸収用金属板4や熱放出用金属板6に歪みや撓みが生じても、グリース層の層厚がこれに対応して変化することにより、接合面の密着性が保たれる。従って、接合面にグリースの層が存在していることも、上述した熱吸収用金属板4や熱放出用金属板6の変形を補正する機能を持つ。
Joining surface of
図2は、本発明の実施形態に係る発電部材の平面図である。
熱電変換素子2はマトリックス状に配置されており、1つの熱電変換素子2に対して複数のピン5が設けられている。マトリックス状に配置された熱電変換素子2は、1つのブロックを形成している。
FIG. 2 is a plan view of the power generation member according to the embodiment of the present invention.
The
図3は、1つの熱電変換素子2を抜き出して表した構成図であり、(a)、(c)は平面図、(b)、(d)はその正面図である。図3(a)、(b)は、1つの熱電変換素子2に対して複数のピン5が設けられたものを示しており、図3(c)、(d)は、1つの熱電変換素子2に対して1つのピン5が設けられたものを示している。このように、1つの熱電変換素子2に対してピン5をいくつ設けるかは、状況に応じて適宜選択できる。ピン5は全体として熱伝導性の良い金属や硬質プラスチックによって形成されている。なお、図3においては、熱電変換素子2に対するピン5の配置を示すことを目的としているため、他の構成要素は省略している。
FIG. 3 is a configuration diagram in which one
複数の熱電変換素子2を用いて発電部材1を形成するにあたっては、全ての熱電変換素子2に対して等しい温度差が発生していることが理想的であり、このときに発電効率が最大となる。もしもいずれかの熱電変換素子2への熱源からの熱伝導性が低下すると、その熱電変換素子2に対して発生する温度差は、他の熱電変換素子2に対して発生する温度差よりも小さくなり、発電効率の最大化を阻害することとなる。
In forming the
本発明においては、上述した構造を有することにより、歪みや撓みを補正する機能を有しているため、特定の熱電変換素子2への熱源からの熱伝導性が低下する事態を生じにくい。そのため、全ての熱電変換素子2に対して等しい温度差を発生させることが可能であり、発電効率の最大化が可能である。
In this invention, since it has the function which correct | amends distortion and bending by having the structure mentioned above, it is hard to produce the situation where the heat conductivity from the heat source to the specific
図4に、ピンの構造の他の例を示す。図4において、(a)、(c)、(e)は平面図、(b)、(d)、(f)はその正面図、(g)は側面図である。
図4(a)、(b)に示すピン5は、ピン5の内部が中空になっており、ピン5の内部に空気や冷却用の液体、気体、ジェル状の物質を充填することができる。図4(c)、(d)に示すピン5は、熱放出用金属板6に固定された側と反対側の端部7が開口状態となっている。図4(e)、(f)、(g)に示すピン5は、板状の物を複数配置したものである。ピン5としてどの構造のものを採用するかは、使用状況によって適宜選択できる。
FIG. 4 shows another example of the pin structure. 4, (a), (c), and (e) are plan views, (b), (d), and (f) are front views, and (g) is a side view.
4 (a) and 4 (b), the inside of the
図5に、本発明の第一実施形態に係る発電装置の構造を示す。
発電装置10は、発電部材1が組み込まれて形成されたものであり、夏季のように外気が地中よりも高温である場合には、熱吸収用金属板4に接して取り付けられたタイル11が高温源側となり、熱放出用金属板6が地表に配置されて低温源側となって温度差発電を行うものである。タイル11が太陽光に照射されることによって得られる熱によりタイル11が高温源側となるとともに、熱放出用金属板6が地表に配置されることにより低温源側となる。タイル11は、熱放出用金属板6にも接するように取り付けてもよい。
In FIG. 5, the structure of the electric power generating apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention is shown.
The
高温源側においてピン5はタイル11中に埋め込まれた構造となっており、これによりタイル11とピン5とが広い接触面積を有するため、高温となるタイル11からピン5を介して効率的に熱電交換素子2の高温側端面に対して熱伝導がなされる。
On the high temperature source side, the
また、低温源側においてピン5は地中12に埋め込まれた構造となっており、これにより地中12とピン5とが広い接触面積を有するため、地中12に対してピン5を介して効率的に熱電交換素子2の低温側端面からの熱の放散がなされる。さらに、ピン5が地中12に食い込んだ構造となっているため、設置の強度が向上する。
Moreover, since the
地中12に埋め込まれたピン5は、熱放出用金属板6に固定された側とは反対側の端部7を開口状態とすることができ、これによりピン5の内部に水分を含んだ土が入りこみ、ピン5と土との接触面積がさらに拡大するとともに、水分によってピン5を介しての熱放出用金属板6からの熱の放散が促進される。
The
図5では、発電部材1を地表に配置したものを示しているが、発電部材1を水上または水路中に配置しても同様の発電作用が得られる。例えば、池の上にタイル状の発電装置を浮遊させてもよく、あるいは側溝のように水路が形成される場所に配置してもよい。この場合にも、ピン5が熱放出用金属板6に固定された側とは反対側の端部7が開口状態となっていることにより、ピン5の内部に水が入り込むため、ピン5を介しての熱放出用金属板6からの熱の放散が促進される。
Although FIG. 5 shows the
冬季のように外気が地中または水中よりも低温である場合には、熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6とが入れ替わり、熱放出用金属板6に接して取り付けられたタイル11が低温源側となり、熱吸収用金属板4が地表または水上または水路中に配置されて高温源側となって温度差発電がなされる。熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6とは、物としては熱伝導性の良い金属で製作される同一物であり、発電部材1は、熱電変換素子2を中心として対称な構造であるため、夏季と冬季では、熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6の機能が入れ替わるだけで、同一の構造で発電能力を有する。得られる電流は夏季と冬季で極性が変わるだけであり、外気と地中または水中との温度差さえあれば発電が可能である。
When the outside air is cooler than the ground or underwater as in winter, the heat absorbing
図6に、本発明の第二実施形態に係る発電装置の構造を示す。
発電装置20は、発電部材1が組み込まれて形成されたものであり、夏季のように室内よりも屋外が高温である場合には、熱吸収用金属板4に接して取り付けられた壁材または屋根材21が高温源側となり、熱放出用金属板6が壁材または屋根材21の内側の空間22に配置されて低温源側となって温度差発電がなされる。
In FIG. 6, the structure of the electric power generating apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention is shown.
The
高温源側においてピン5は壁材または屋根材21中に埋め込まれた構造となっており、これにより壁材または屋根材21とピン5とが広い接触面積を有するため、高温となる壁材または屋根材21からピン5を介して効率的に熱電交換素子2の高温側端面に対して熱伝導がなされる。さらに、ピン5が壁材または屋根材21中に食い込んだ構造となっているため、設置の強度が向上する。
On the high temperature source side, the
また、低温源側においてピン5は壁材または屋根材21の内側の空間22に突き出た構造となっており、これにより壁材または屋根材21の内側の空間22とピン5とが広い接触面積を有するため、壁材または屋根材21の内側の空間22に対してピン5を介して効率的に熱電交換素子2の低温側端面からの熱の放散がなされる。
Further, the
この場合にピン5は、熱放出用金属板6に固定された側とは反対側の端部7が開口状態となっていることにより、ピン5の内部に空気が流入し、ピン5を介しての熱放出用金属板6からの熱の放散が促進される。
In this case, the
また、冬季のように室内よりも屋外が低温である場合には、熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6とが入れ替わり、熱放出用金属板6に接して取り付けられた壁材または屋根材21が低温源側となり、熱吸収用金属板4が壁材または屋根材21の内側の空間22に配置されて高温源側となって温度差発電がなされる。熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6とは、物としては熱伝導性の良い金属で製作される同一物であり、発電部材1は、熱電変換素子2を中心として対称な構造であるため、夏季と冬季では、熱吸収用金属板4と熱放出用金属板6の機能が入れ替わるだけで、同一の構造で発電能力を有する。得られる電流は夏季と冬季で極性が変わるだけであり、室内と屋外との温度差さえあれば発電が可能である。
Further, when the outdoor temperature is lower than the indoor temperature as in winter, the heat absorbing
上述した2つの実施形態に限定されず、本発明の発電部材1を用いると、温度差のある環境下であれば常に発電を行うことが可能である。発電部材1は、高温源や低温源と熱電変換素子との熱伝導性の改善を考慮した構造であるため、高温源と低温源との温度差が比較的小さい状況であっても、電力の採取が可能である。そのため、これまでは十分な電力を得にくい環境下であっても、電力を得る手段として有効に機能する。
Without being limited to the two embodiments described above, when the
本発明は、高温源や低温源と熱電変換素子との良好な熱伝導性を確保することができるため、発電効率の高い温度差発電を行うことが可能である。そのため、高温源と低温源との温度差が比較的小さい場合であっても、十分に電力を採取することができる。また、地面への埋設や建材への組み込み等により、簡便な方法で広く電力を採取する装置として利用することができる。 Since the present invention can secure good thermal conductivity between a high-temperature source or a low-temperature source and a thermoelectric conversion element, it is possible to perform temperature difference power generation with high power generation efficiency. Therefore, even when the temperature difference between the high-temperature source and the low-temperature source is relatively small, sufficient power can be collected. In addition, it can be used as a device for collecting electric power widely by a simple method by embedding it in the ground or incorporating it into building materials.
1 発電部材
2 熱電変換素子
3 熱伝導用金属板
4 熱吸収用金属板
5 ピン
6 熱放出用金属板
7 端部
10 発電装置
11 タイル
12 地中
20 発電装置
21 壁材または屋根材
22 内側の空間
DESCRIPTION OF
Claims (3)
外気が地中または水中よりも高温であるときは、前記熱吸収用金属板に接して取り付けられたタイルが高温源側となり、前記熱放出用金属板が地表または水上または水路中に配置されて低温源側となって温度差発電を行い、外気が地中または水中よりも低温であるときは、前記熱放出用金属板に接して取り付けられたタイルが低温源側となり、前記熱吸収用金属板が地表または水上または水路中に配置されて高温源側となって温度差発電を行い、前記タイル中に前記ピンが埋め込まれた構造となっていることを特徴とする発電装置。 A thermoelectric conversion element, a heat conducting metal plate joined to both ends of the thermoelectric conversion element, a heat absorbing metal plate joined to one of the heat conducting metal plates, and the other heat A heat-dissipating metal plate joined to the conductive metal plate, a joining surface between the thermoelectric conversion element and the heat-conducting metal plate, and the heat-conducting metal plate and the heat-absorbing metal plate. Grease is applied to the joining surface, the joining surface of the heat conducting metal plate and the heat releasing metal plate, and perpendicular to the contact surface with the heat absorbing metal plate or the heat releasing metal plate. A pin, which is a columnar object extending in the direction, is a power generation device formed by incorporating a power generation member attached to the heat absorbing metal plate and the heat releasing metal plate in order to increase thermal conductivity. And
When the outside air is hotter than the ground or water, the tile attached in contact with the heat-absorbing metal plate is on the high-temperature source side, and the heat-releasing metal plate is placed on the ground surface, on the water, or in the water channel. When the temperature difference power generation is performed on the low temperature source side and the outside air is at a lower temperature than the ground or water, the tile attached in contact with the metal plate for heat release becomes the low temperature source side, and the heat absorbing metal A power generating device, wherein a plate is disposed on the ground surface, on the water or in a water channel, performs temperature difference power generation on a high temperature source side, and has a structure in which the pin is embedded in the tile .
屋外が室内よりも高温であるときは、前記熱吸収用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が高温源側となり、前記熱放出用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて低温源側となって温度差発電を行い、屋外が室内よりも低温であるときは、前記熱放出用金属板に接して取り付けられた壁材または屋根材が低温源側となり、前記熱吸収用金属板が壁材または屋根材の内側の空間に配置されて高温源側となって温度差発電を行い、前記壁材または前記屋根材中に前記ピンが埋め込まれた構造となっていることを特徴とする発電装置。 A thermoelectric conversion element, a heat conducting metal plate joined to both ends of the thermoelectric conversion element, a heat absorbing metal plate joined to one of the heat conducting metal plates, and the other heat A heat-dissipating metal plate joined to the conductive metal plate, a joining surface between the thermoelectric conversion element and the heat-conducting metal plate, and the heat-conducting metal plate and the heat-absorbing metal plate. Grease is applied to the joining surface, the joining surface of the heat conducting metal plate and the heat releasing metal plate, and perpendicular to the contact surface with the heat absorbing metal plate or the heat releasing metal plate. A pin, which is a columnar object extending in the direction, is a power generation device formed by incorporating a power generation member attached to the heat absorbing metal plate and the heat releasing metal plate in order to increase thermal conductivity. And
When the outdoor is hotter than indoors, the wall material or roof material attached in contact with the heat absorbing metal plate is on the high temperature source side, and the heat releasing metal plate is a space inside the wall material or roof material. When the outdoor is at a lower temperature than indoors, the wall material or roof material attached in contact with the metal plate for heat release becomes the low temperature source side. The metal plate for heat absorption is arranged in the space inside the wall material or roof material and becomes a high temperature source side to perform temperature difference power generation, and the pin is embedded in the wall material or the roof material. generator and wherein the are.
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