JP5889584B2 - Temperature difference power generator and thermoelectric conversion element frame - Google Patents

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本発明の実施形態は、温度差により発電する熱電変換モジュールを備えた温度差発電装置及び熱電変換素子フレームに関する。   Embodiments described herein relate generally to a temperature difference power generation apparatus and a thermoelectric conversion element frame including a thermoelectric conversion module that generates power by a temperature difference.

温度差発電装置は、熱電変換モジュールの両面に温度差をつけることで生じる電力を取り出す、非化石燃料による環境にやさしい発電機である。この温度差発電装置は、工場排水や温水などの熱源からエネルギーを回収し、独立電源として現場の照明や機器へ電力を供給したり、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行ったりする用途に用いることができる。ところで、温度差発電装置の実用化のためには、素子性能向上のための材料技能、モジュール化技術、システム内の伝熱性能向上のための熱交換技術等が重要とされている。   The temperature difference power generator is an environment-friendly generator using non-fossil fuel that extracts electric power generated by making a temperature difference between both surfaces of a thermoelectric conversion module. This temperature difference power generator recovers energy from heat sources such as factory wastewater and hot water, and supplies power to on-site lighting and equipment as an independent power source, or stores power to a backup power source in case of power failure Can be used. By the way, for practical application of the temperature difference power generation device, material skills for improving element performance, modularization technology, heat exchange technology for improving heat transfer performance in the system, and the like are important.

従来、温度差発電装置を用いた温度差発電システムは、例えば温泉地やごみ焼却設備など、温度差発電に好適な熱流体を得られる場所に設置されるものであり、基本的な要素として温度差発電装置と切替装置と制御装置を有する。温度差発電装置は、熱媒を流す直方体形の高温チャンバーと冷媒を流す直方体形の低温チャンバーとを交互に複数台配置し、熱電変換モジュール収納部(スロット)に収納される熱電変換モジュールを隣接するチャンバー間にそれぞれ挟んだ構造を有する。熱媒が流れる方向と冷媒が流れる方向とは、対向流を成している。低温チャンバーは、外気に触れる面積の大きい最外側に配置される。各流路の片方の端部下側には、熱流体を取り込むための配管が設けられ、当該流路のもう片方の端部上側には、熱流体を排出するための配管が設けられる。   Conventionally, a temperature difference power generation system using a temperature difference power generation device is installed in a place where a thermal fluid suitable for temperature difference power generation can be obtained, such as a hot spring resort or a waste incineration facility. It has a differential power generation device, a switching device, and a control device. In the temperature difference power generation device, a plurality of rectangular parallelepiped high temperature chambers through which a heat medium flows and rectangular parallelepiped low temperature chambers through which a refrigerant flows are alternately arranged, and the thermoelectric conversion modules stored in the thermoelectric conversion module storage unit (slot) are adjacent to each other. Each having a structure sandwiched between chambers. The direction in which the heat medium flows and the direction in which the refrigerant flows form an opposing flow. The low-temperature chamber is disposed on the outermost side having a large area in contact with the outside air. A pipe for taking in the thermal fluid is provided below one end of each flow path, and a pipe for discharging the thermal fluid is provided above the other end of the flow path.

切替装置は、所望の電流および電圧が得られるように熱電変換モジュールの各々を電気的に直列接続および並列接続する組合せの切り替えを行うためのリレー回路である。直接接続する熱電変換モジュールの数と並列接続する熱電変換モジュールの数とを切り替えることにより、出力される電流および電圧を変更することができる。   The switching device is a relay circuit for switching a combination in which each of the thermoelectric conversion modules is electrically connected in series and in parallel so as to obtain a desired current and voltage. By switching the number of thermoelectric conversion modules directly connected and the number of thermoelectric conversion modules connected in parallel, the output current and voltage can be changed.

制御装置は、切替装置を通じて得られる電力の蓄電および直流/交流変換を行うための制御盤である。この制御装置は、蓄電装置としてのバッテリや、バッテリに対する電力の充放電の制御を行うチャージコントローラ、直流から交流への変換を行うインバータなどを備えている。制御装置の出力は、例えばテレビ装置、照明機器、表示装置などの負荷に供給される。このような構成により、温度差発電システムは、独立した電源として現場の照明や機器へ電力供給したり、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行ったりする用途に用いることが可能となる。   The control device is a control panel for storing electric power obtained through the switching device and performing DC / AC conversion. The control device includes a battery as a power storage device, a charge controller that controls charging / discharging of power to the battery, an inverter that performs conversion from direct current to alternating current, and the like. The output of the control device is supplied to a load such as a television device, a lighting device, or a display device. With such a configuration, the temperature difference power generation system can be used for applications such as supplying power to on-site lighting and equipment as an independent power source, or storing power to a backup power source in case of a power failure.

制御装置には、温度差発電システムから出力される電力を使用する機器として、例えば液晶テレビ、LEDランプ、および総発電量,消費電力,CO削減量を表示する表示装置としての電光掲示板が接続される。 Connected to the control device are, for example, a liquid crystal television, an LED lamp, and an electric bulletin board as a display device for displaying the total power generation amount, power consumption, and CO 2 reduction amount as devices that use the power output from the temperature difference power generation system. Is done.

特許第3564274号公報Japanese Patent No. 3564274 特開平10−190073号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-190073 特開2009−247050号公報JP 2009-247050 A

一般に、温度差発電装置は、受注毎に製作するインデントな製品が多く、熱源の規模や形態に合わせて、その都度、設計しなければならないため、時間やコストが増大する傾向がある。例えば、熱電変換モジュールの熱伝達のばらつきは、温度差発電システムの発電性能の低下を招くため、その対策のために多大な時間や費用がかかっている。また、熱電変換モジュールに温度差を与える熱源形式としては、熱流体を流すチャンバー(角配管)方式が主流であるが、この方式では、コスト低減と性能向上を図るために複雑な工夫を必要とする。   In general, there are many indented products manufactured for each order, and the temperature difference power generation apparatus must be designed each time according to the scale and form of the heat source, which tends to increase time and cost. For example, variation in heat transfer of the thermoelectric conversion module causes a decrease in power generation performance of the temperature difference power generation system, and thus a great amount of time and cost are required for the countermeasure. In addition, as a heat source format that gives a temperature difference to the thermoelectric conversion module, a chamber (square piping) system that allows a thermal fluid to flow is the mainstream, but this system requires complicated devices to reduce costs and improve performance. To do.

実施形態の目的は、簡単な構成でコストを効果的に低減し得る温度差発電装置及び熱電変換素子フレームを提供することにある。   An object of the embodiment is to provide a temperature difference power generation device and a thermoelectric conversion element frame that can effectively reduce the cost with a simple configuration.

実施形態によれば、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する伝熱板と、前記熱電変換モジュールに対する締め付け圧を調節可能な複数の締め付け用治具とを具備し、前記熱電変換素子モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と熱媒シール用のパッキンとで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換素子モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と冷媒シール用のパッキンとで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置が得られる。   According to the embodiment, a plurality of thermoelectric conversion modules that generate power due to a temperature difference between both surfaces, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module via the high thermal conductivity material A heat transfer plate in contact with fluids having different temperatures and a plurality of fastening jigs capable of adjusting a fastening pressure to the thermoelectric conversion module, without sandwiching the thermoelectric conversion element module. A first flow path through which the heat medium flows is formed by the two adjacent heat transfer plates and the packing for sealing the heat medium, and the two adjacent heat transfer plates and the refrigerant seal without sandwiching the thermoelectric conversion element module A temperature difference power generator is obtained in which a second flow path for flowing a refrigerant is formed with the packing for use.

第1の実施形態に係る温度差発電装置の展開図。The expanded view of the temperature difference power generator which concerns on 1st Embodiment. 図1の温度差発電装置に使用される伝熱板の説明図。Explanatory drawing of the heat exchanger plate used for the temperature difference power generator of FIG. 図1の温度差発電装置に使用される伝熱板における熱媒および冷媒の流れの説明図。Explanatory drawing of the flow of the heat medium and refrigerant | coolant in the heat exchanger plate used for the temperature difference electric power generating apparatus of FIG. 温度差発電装置の構成要素であるユニットを説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the unit which is a component of a temperature difference electric power generating apparatus. 図4のユニットを構成する熱電変換素子フレームの展開図。The expanded view of the thermoelectric conversion element flame | frame which comprises the unit of FIG. 図5の熱電変換素子フレームの平面図。The top view of the thermoelectric conversion element flame | frame of FIG. 図1の温度差発電装置の組立図。The assembly drawing of the temperature difference power generation device of FIG. 第2の実施形態に係る温度差発電装置の説明図。Explanatory drawing of the temperature difference electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る温度差発電装置の説明図。Explanatory drawing of the temperature difference electric power generating apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る温度差発電装置の熱電変換素子フレームの平面図。The top view of the thermoelectric conversion element flame | frame of the temperature difference power generator which concerns on 4th Embodiment.

以下、本実施形態に係る温度差発電装置及び熱電変換素子フレームについて詳述する。   Hereinafter, the temperature difference power generation device and the thermoelectric conversion element frame according to the present embodiment will be described in detail.

本実施形態において、温度差発電装置は、上述したように、複数の熱電変換モジュールと、高熱伝導性材料と、熱電変換モジュールを、伝熱板と、複数の締め付け用治具とを具備し、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と熱媒シール用のパッキンとで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と冷媒シール用のパッキンとで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする。   In the present embodiment, as described above, the temperature difference power generation device includes a plurality of thermoelectric conversion modules, a high thermal conductivity material, a thermoelectric conversion module, a heat transfer plate, and a plurality of tightening jigs. A first flow path through which a heat medium flows is formed by two adjacent heat transfer plates without sandwiching the thermoelectric conversion module and a packing for sealing the heat medium, and two adjacent sheets without sandwiching the thermoelectric conversion module A second flow path for flowing the refrigerant is formed by the heat transfer plate and the seal for sealing the refrigerant.

本実施形態において、熱電変換素子フレームは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、これらの熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられた高熱伝導性板とを具備することを特徴とする。また、熱電変換素子フレームと、この熱電変換素子フレームを挟むように設けられる高温側の伝熱板と低温側の伝熱板とによりユニットが構成される。そして、高温側の伝熱板と低温側の伝熱板とが熱電変換素子フレームを両側から圧接し、密着状態が保たれる。このような圧接構造のものでは、熱電変換モジュールの厚みにばらつきがあると、熱伝達の低下を招く。そのため、これを抑えるために熱電変換モジュールと伝熱板間に前記高熱伝導性材料を挟み込むことが望ましい。   In the present embodiment, the thermoelectric conversion element frame includes a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both surfaces, a high thermal conductivity material provided on both sides of these thermoelectric conversion modules, and the thermoelectric conversion module through the high thermal conductivity. And a high thermal conductive plate provided so as to be sandwiched between the conductive materials. Further, a unit is constituted by a thermoelectric conversion element frame, a high-temperature side heat transfer plate and a low-temperature side heat transfer plate provided so as to sandwich the thermoelectric conversion element frame. The high-temperature side heat transfer plate and the low-temperature side heat transfer plate press-contact the thermoelectric conversion element frame from both sides, and a close contact state is maintained. In such a pressure contact structure, if the thickness of the thermoelectric conversion module varies, heat transfer is reduced. Therefore, in order to suppress this, it is desirable to sandwich the high thermal conductivity material between the thermoelectric conversion module and the heat transfer plate.

高熱伝導性材料を熱電変換モジュールと伝熱板間に挟み込むことにより、熱電変換モジュールと高熱伝導性板との密着性を高めて、接触熱抵抗を低減させることができる。高熱伝導性材料としては、例えばシリコーン樹脂ベースの高熱伝導シート、熱伝導グリースが挙げられ、モジュール表面がアルミナ板などで絶縁されていれば蝋材(はんだ)でもよい。このような高熱伝導性材料を設けることにより、熱電変換モジュールの厚みのばらつきを緩和し、装置のモジュールに対する面圧を極力均一にすることができ、熱伝達を向上させることが可能となる。   By sandwiching the high thermal conductivity material between the thermoelectric conversion module and the heat transfer plate, the adhesion between the thermoelectric conversion module and the high thermal conductivity plate can be improved, and the contact thermal resistance can be reduced. Examples of the high thermal conductive material include a silicone resin-based high thermal conductive sheet and thermal conductive grease. A brazing material (solder) may be used as long as the module surface is insulated by an alumina plate or the like. By providing such a high thermal conductivity material, variations in the thickness of the thermoelectric conversion module can be reduced, the surface pressure on the module of the apparatus can be made as uniform as possible, and heat transfer can be improved.

上記伝熱板の材料としては、例えば、炭素鋼、ステンレス、チタン、銅、アルミなどの金属が挙げられる。また、伝熱板の材料として形状記憶合金を用いることが好ましい。この理由は、形状記憶合金を用いることにより、熱流体の温度を受けて伝熱板が伸縮し、熱電変換素子フレームの締め付け圧を高めることができるからである。流体と伝熱板との熱伝達を促進するために、伝熱板チャンバー内壁面に、ナノ構造伝熱層を設けることが望ましい。ナノ構造伝熱層を作製する方法としては、例えば、浸漬塗布法が挙げられる。これは、金属酸化物ナノ粒子およびポリスチレンラテックス粒子を溶媒中に分散させた溶液に金属材料基板を浸漬し、基板を一定速度で引き上げる際の溶媒の流れや毛細管現象、表面張力による自己集積現象を利用し、ナノ粒子を金属板上に堆積させる方法である。これを焼成させることにより、金属板表面上に微小スケールの多孔質を形成する。また、スラリー塗布法によっても、サブミクロンから百ナノメートル程度ナノ多孔質形状の伝熱層を作製できる。現状では長尺ものの構造物に対する加工は難しいが、理論的には、イオンビーム照射でナノ構造伝熱層を作製することも可能である。   Examples of the material for the heat transfer plate include metals such as carbon steel, stainless steel, titanium, copper, and aluminum. Moreover, it is preferable to use a shape memory alloy as the material of the heat transfer plate. This is because by using the shape memory alloy, the heat transfer plate expands and contracts in response to the temperature of the thermal fluid, and the clamping pressure of the thermoelectric conversion element frame can be increased. In order to promote heat transfer between the fluid and the heat transfer plate, it is desirable to provide a nanostructure heat transfer layer on the inner wall surface of the heat transfer plate chamber. Examples of a method for producing the nanostructure heat transfer layer include a dip coating method. This is because the metal material substrate is immersed in a solution in which metal oxide nanoparticles and polystyrene latex particles are dispersed in a solvent, and the self-accumulation phenomenon due to the solvent flow, capillary action, and surface tension when the substrate is pulled up at a constant speed. It is a method of using and depositing nanoparticles on a metal plate. By baking this, a microscale porous material is formed on the surface of the metal plate. Also, a heat transfer layer having a nanoporous shape of about submicron to a hundred nanometers can be produced by a slurry coating method. Currently, it is difficult to process a long structure, but theoretically, it is also possible to produce a nanostructured heat transfer layer by ion beam irradiation.

ナノ構造伝熱層のほかには、伝熱板表面に熱流体の流れの向きに対して垂直ないし斜めの方向を向いたフィンを備えて乱流を生じさせる方法や、伝熱板表面に金属アルコキシドを塗布して焼付け、熱流体と内壁面の接触親和性を高めるなどにより、伝熱促進の効果を得ることができる。また、腐食性の流体を流す場合や炭素鋼を用いる場合などは、伝熱板の表面に亜鉛めっきなどの防食処理を施すことが望ましい。   In addition to the nanostructured heat transfer layer, there is a method of generating turbulent flow by providing fins that are perpendicular or oblique to the direction of the flow of the thermal fluid on the surface of the heat transfer plate. An effect of promoting heat transfer can be obtained by applying and baking an alkoxide to increase the contact affinity between the thermal fluid and the inner wall surface. In addition, when a corrosive fluid is flowed or carbon steel is used, it is desirable to perform a corrosion prevention treatment such as galvanization on the surface of the heat transfer plate.

本実施形態において、前記高熱伝導性板は、挟み込む熱電変換モジュールの位置取り、支持、あるいは電気配線を担う,電気的配線が形成された基板パターンを有することが好ましい。これにより、従来、モジュール同士の接続を結線により行なっていた手間を省くことができる。   In the present embodiment, it is preferable that the high thermal conductivity plate has a substrate pattern on which electrical wiring is formed, which is responsible for positioning, supporting, or electrical wiring of the sandwiched thermoelectric conversion module. As a result, it is possible to save the trouble of conventionally connecting the modules by connection.

上記高熱伝導性板や伝熱板は、一般に、表面に波板構造、フィン構造、突起構造、ポーラスナノ微細構造などの伝熱促進構造を有する。従って、高熱伝導性板と伝熱板との隙間には、熱伝導材料を充填することが好ましい。熱伝導材料としては、ゲル、セメント、パテ、低融点金属、その他可塑性を有する高熱伝導性材料、高熱伝導性の液体などを充填し、熱流体からの熱を伝熱板を介して熱電変換モジュールに伝わりやすくすることが好ましい。   The high thermal conductive plate and the heat transfer plate generally have a heat transfer promoting structure such as a corrugated plate structure, a fin structure, a protrusion structure, and a porous nano fine structure on the surface. Therefore, it is preferable to fill the gap between the high heat conductive plate and the heat transfer plate with the heat conductive material. The heat conduction material is filled with gel, cement, putty, low melting point metal, other highly heat conductive material with plasticity, liquid with high heat conductivity, etc., and heat from the heat fluid is transferred to the thermoelectric conversion module through the heat transfer plate. It is preferable to make it easier to communicate.

前記熱電変換モジュールを挟む伝熱板の一方の側には高温熱流体(熱媒)が流れ、他方の側には低温熱流体(冷媒)が流れる。ここで、熱媒としては例えばお湯、冷媒としては例えば水が挙げられるが、これに限られるものではない。また、高温側の伝熱板の表面温度が200℃以下のケースでは、熱電変換モジュールとしてBiTe系を採用すると、効率と出力を高めることができる。更に、近年では、BiTe系と同様の低温排熱の温度環境で熱電変換性能が良く、環境に優しい熱電変換材料としてFeVAl系のホイスラー合金やMgSi系が注目されており、これを使用してもよい。 A high temperature thermal fluid (heat medium) flows on one side of the heat transfer plate sandwiching the thermoelectric conversion module, and a low temperature thermal fluid (refrigerant) flows on the other side. Here, examples of the heat medium include hot water, and examples of the refrigerant include water, but are not limited thereto. Further, in the case where the surface temperature of the heat transfer plate on the high temperature side is 200 ° C. or lower, the efficiency and output can be increased by adopting the BiTe system as the thermoelectric conversion module. Furthermore, in recent years, Fe 2 VAl-based Heusler alloys and Mg 2 Si-based materials have attracted attention as thermoelectric conversion materials that have good thermoelectric conversion performance under the same low-temperature exhaust heat temperature environment as BiTe-based materials. May be used.

本実施形態において、熱電変換モジュールは、熱流体の温度帯域に応じて異なる材料を採用するようにしてもよい。例えば、熱流体の温度帯域に合わせて、2種類以上の材料系の素子ないしモジュールを高熱伝導材料を介して重ね合わせ、該当する温度帯域にて熱電変換性能が高まる素材を形成し、それぞれの素子ないしモジュールにおいて温度差を適度に配分することで出力を高めるようにしてもよい。   In the present embodiment, the thermoelectric conversion module may employ different materials depending on the temperature range of the thermal fluid. For example, in accordance with the temperature zone of the thermal fluid, two or more types of material elements or modules are superposed via a high thermal conductive material to form a material with enhanced thermoelectric conversion performance in the corresponding temperature zone, and each element Alternatively, the output may be increased by appropriately distributing the temperature difference in the module.

本実施形態において、前記第1の流路および第2の流路の各々は、流体が鉛直方向(上下方向)に流れるように設置されていることが好ましい。このように流体を鉛直方向に流すことにより、流路面積を効果的に増やすことができる。この際、第1の流路(又は第2の流路)は、熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と流体シール用のパッキンにより溶接レスで形成されるので、容易に分解が可能でメンテナンス性のよい温度差発電装置が得られる。   In the present embodiment, each of the first flow path and the second flow path is preferably installed so that the fluid flows in the vertical direction (vertical direction). Thus, by flowing the fluid in the vertical direction, the flow path area can be effectively increased. At this time, the first flow path (or the second flow path) is formed without welding by two adjacent heat transfer plates and fluid seal packing without sandwiching the thermoelectric conversion module. A temperature difference power generator that can be disassembled and has good maintainability is obtained.

また、第1の流路内を流体が流れる方向と、第2の流路内を流体が流れる方向とが対向するように構成することもできる。こうした構成にすることにより、熱電変換モジュールの両面の温度差が熱流体の供給側から排出側まで長手方向で極力均一になるようにすることができ、発電性能を向上させることができる。対向流を成す構成の場合、前記第1の流路の上側を通じて第1の流体(熱媒)を供給する第1の供給用配管と、前記第2の流路の下側を通じて第2の流体(冷媒)を供給する第2の供給用配管と、前記第1の流路の下側を通じて第1の流体を排出する第1の排出用配管と、前記第2の流路の上側を通じて第2の流体を排出する第2の排出用配管とを具備することが好ましい。   The direction in which the fluid flows in the first flow path and the direction in which the fluid flows in the second flow path can also be configured to face each other. With such a configuration, the temperature difference between both surfaces of the thermoelectric conversion module can be made as uniform as possible in the longitudinal direction from the supply side to the discharge side of the thermal fluid, and the power generation performance can be improved. In the case of a configuration that forms a counter flow, a first supply pipe that supplies a first fluid (heat medium) through the upper side of the first flow path, and a second fluid through the lower side of the second flow path. A second supply pipe for supplying (refrigerant), a first discharge pipe for discharging the first fluid through the lower side of the first flow path, and a second through the upper side of the second flow path. And a second discharge pipe for discharging the fluid.

本実施形態において、第1の流路および第2の流路の各々は交互に配置され、冷媒が流れる第2の流路は最外側に配置されていることが好ましい。この理由は、最外側の流路は外気に触れる面積が大きいので、流路を流れる冷媒の温度の変動を小さくできるためである。   In the present embodiment, it is preferable that the first flow path and the second flow path are alternately arranged, and the second flow path through which the refrigerant flows is arranged on the outermost side. This is because the outermost flow path has a large area in contact with the outside air, so that the temperature fluctuation of the refrigerant flowing through the flow path can be reduced.

本実施形態において、第1の流路や第2の流路に腐食性の流体を流す場合や伝熱板の材質が炭素鋼である場合には、第1の流路又は第2の流路を形成するために使用される伝熱板の流体接触面に亜鉛めっきなどの防食処理が施されていることが好ましい。これにより、流体が流れる伝熱板の腐食を回避することができる。   In the present embodiment, when a corrosive fluid is passed through the first channel or the second channel, or when the material of the heat transfer plate is carbon steel, the first channel or the second channel. It is preferable that anti-corrosion treatment such as galvanization is applied to the fluid contact surface of the heat transfer plate used to form the heat transfer plate. Thereby, corrosion of the heat exchanger plate through which the fluid flows can be avoided.

本実施形態において、前記締め付け用冶具は、温度差発電装置を収容する筐体の厚い板に対する締め付け圧を調節可能にするものであり、金具のほか、金具同士を引き寄せて締め付けるためのねじ機構、すなわち、ボルト、ばねや、ナット、座金などを用いて実現される。これにより、伝熱板の積層方向に強力に締付けるとともに、伝熱板の幅方向や高さ方向に締め付け圧の偏りを防ぐことができる。   In the present embodiment, the tightening jig is capable of adjusting a tightening pressure with respect to a thick plate of a housing that houses the temperature difference power generation device, in addition to the metal fitting, a screw mechanism for pulling and fitting the metal fittings together, That is, it is realized by using bolts, springs, nuts, washers and the like. Thereby, while tightening strongly in the lamination direction of a heat exchanger plate, the bias | inclination of the clamping pressure can be prevented in the width direction and height direction of a heat exchanger plate.

次に、本実施形態に係る温度差発電装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る温度差発電装置の展開図であり、図1(A)は伝熱板の配置と熱媒、冷媒の流れを示す説明図、図1(B)は図1(A)の装置の伝熱板間に熱電変換素子フレーム及びもう1枚の伝熱板を配置した状態の説明図を示す。なお、図1(B)では、熱電変換素子フレームを配置する領域を概略的に描いている。図2は、図1の温度差発電装置に使用される伝熱板の説明図を示す。図3は伝熱板等における熱媒及び冷媒の流れの説明図であり、図3(A)は熱媒の流れを、図3(B)は冷媒の流れを示す。図4は、温度差発電装置の構成要素であるユニットを説明するための断面図を示す。図5は、図4のユニットを構成する熱電変換素子フレームの展開図を示す。図6は図5の熱電変換素子フレームの平面図を示す。図7は図1の温度差発電装置の組立図を示す。
Next, the temperature difference power generator according to this embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the present embodiment is not limited to the following description.
(First embodiment)
FIG. 1 is a development view of the temperature difference power generation device according to the first embodiment. FIG. 1 (A) is an explanatory diagram showing the arrangement of heat transfer plates and the flow of a heat medium and refrigerant, and FIG. 1 (B) is a diagram. Explanatory drawing of the state which has arrange | positioned the thermoelectric conversion element flame | frame and one more heat exchanger plate between the heat exchanger plates of the apparatus of 1 (A) is shown. In FIG. 1B, a region where the thermoelectric conversion element frame is arranged is schematically illustrated. FIG. 2 is an explanatory view of a heat transfer plate used in the temperature difference power generator of FIG. 3A and 3B are explanatory diagrams of the flow of the heat medium and the refrigerant in the heat transfer plate and the like. FIG. 3A shows the flow of the heat medium, and FIG. 3B shows the flow of the refrigerant. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a unit that is a component of the temperature difference power generation device. FIG. 5 shows a development view of the thermoelectric conversion element frame constituting the unit of FIG. FIG. 6 is a plan view of the thermoelectric conversion element frame of FIG. FIG. 7 shows an assembly diagram of the temperature difference power generation device of FIG.

図1(A)に示すように、互いに温度が異なる流体(熱媒,冷媒)に接する高温側の伝熱板11a,低温側の伝熱板11bが交互に複数個配置されている。伝熱板11a,11b間には、図1(B)に示すように熱電変換素子フレーム12,伝熱板13が介在する。後述するように、伝熱板11a,11b,13では互いにパッキンの配置が異なる。ここで、熱電変換素子フレーム12及びこのフレーム12の両側に夫々位置する伝熱板11a,13(または伝熱板11b,13)により単一のユニット26が構成されている。また、このユニット26は複数個積層され、ユニット間に冷媒や熱媒が交互に流れるようになっている。伝熱板11a,11bとしては、銅板やステンレス板を用いることができる。熱電変換素子フレーム12の材質としては、熱伝導率の低い材料例えばポリカーボネートが使用される。伝熱板11a,11bの上端には熱媒,冷媒を夫々装置内へ供給するための穴14,14が形成され、伝熱板11a,11bの下端には熱媒,冷媒を夫々装置外へ排出するための穴15,15が形成されている。 As shown in FIG. 1A, a plurality of high temperature side heat transfer plates 11a and low temperature side heat transfer plates 11b that are in contact with fluids (heat medium, refrigerant) having different temperatures are alternately arranged. As shown in FIG. 1B, a thermoelectric conversion element frame 12 and a heat transfer plate 13 are interposed between the heat transfer plates 11a and 11b. As will be described later, the packings of the heat transfer plates 11a, 11b, and 13 are different from each other. Here, a single unit 26 is constituted by the thermoelectric conversion element frame 12 and the heat transfer plates 11a and 13 (or the heat transfer plates 11b and 13) located on both sides of the frame 12, respectively. Further, a plurality of the units 26 are stacked so that a refrigerant and a heat medium flow alternately between the units. As the heat transfer plates 11a and 11b, copper plates or stainless steel plates can be used. As the material of the thermoelectric conversion element frame 12, a material having low thermal conductivity, such as polycarbonate, is used. Holes 14 1 and 14 2 for supplying a heat medium and a refrigerant into the apparatus are formed at the upper ends of the heat transfer plates 11a and 11b, respectively, and a heat medium and a refrigerant are provided at the lower ends of the heat transfer plates 11a and 11b, respectively. Holes 15 1 and 15 2 for discharging to the outside are formed.

伝熱板11a,11bには、夫々異なる形状の流体シール用のパッキン16,17が取付けられている。ここで、一方のパッキン16は、穴14,15のみを囲み、残りの穴14,15を囲まないように配置されて、熱媒を鉛直方向に流すようになっている。2枚の伝熱板11a,13とパッキン16とにより、熱媒用流路(第1の流路)が形成されている。他方のパッキン17は、穴14,15のみを囲み、残りの穴14,15を囲まないように配置されて、冷媒を鉛直方向に流すようになっている。2枚の伝熱板11b,13とパッキン17とにより、冷媒用流路(第2の流路)が形成されている。 The heat transfer plates 11a and 11b have fluid sealing packings 16 and 17 having different shapes. Here, one of the packing 16 surrounds only holes 14 1, 15 1, are arranged so as not to enclose the remaining holes 14 2, 15 2, so that the flow of heating medium in the vertical direction. A heat medium flow path (first flow path) is formed by the two heat transfer plates 11 a and 13 and the packing 16. Other packing 17 surrounds only holes 14 2, 15 2, are arranged so as not to enclose the remaining holes 14 1, 15 1, so that the refrigerant flows in a vertical direction. A refrigerant flow path (second flow path) is formed by the two heat transfer plates 11 b and 13 and the packing 17.

また、伝熱板11aには穴14,15の周囲に円形の流体閉止用のパッキン18が配置され、伝熱板11bの穴14,15の周囲にも円形の流体閉止用のパッキン18が配置されている。前記熱電変換素子フレーム12,伝熱板13には、前記伝熱板11a,11bの穴14,14,15,15に対応する位置に穴19が夫々形成されている。これらの穴19の周囲にも円形の流体閉止用のパッキン18が配置されている。熱電変換素子フレーム12の真ん中の開口部には、後述する熱電変換モジュールが多数配置される。伝熱板13の穴19の周囲のパッキン18は、具体的には図2(A)に示すように配置される。また、伝熱板11aの穴14,15を囲むパッキン16は、図2(B)に示すように配置される。 Further, the heat transfer plate 11a is arranged packing 18 for circular fluid closure around the holes 14 2, 15 2, holes 14 1 of the heat transfer plate 11b, 15 1 around the circular fluid closure for even the A packing 18 is arranged. Holes 19 are formed in the thermoelectric conversion element frame 12 and the heat transfer plate 13 at positions corresponding to the holes 14 1 , 14 2 , 15 1 , and 15 2 of the heat transfer plates 11a and 11b, respectively. A circular fluid closing packing 18 is also disposed around these holes 19. A large number of thermoelectric conversion modules, which will be described later, are arranged in the central opening of the thermoelectric conversion element frame 12. The packing 18 around the hole 19 of the heat transfer plate 13 is specifically arranged as shown in FIG. Moreover, the packing 16 surrounding the holes 14 1, 15 1 of the heat transfer plate 11a is arranged as shown in FIG. 2 (B).

伝熱板等における熱媒の流れは、図3(A)のとおりである。即ち、熱媒は、例えば、伝熱板11aの上端の穴14から熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板13の穴19,伝熱板11bの穴14,熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板13の穴19を通った後、熱媒用流路を経て伝熱板11aの下端の穴15側に移動し、伝熱板13の穴19,熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板11bの穴15,伝熱板13の穴19,熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板11aの下端の穴15を通って外部に排出される。 The flow of the heat medium in the heat transfer plate or the like is as shown in FIG. That is, the heat transfer medium, for example, holes 19 of the thermoelectric conversion element frame 12 from a hole 14 1 of the upper end of the heat transfer plate 11a, holes 19 of the heat transfer plate 13, holes 14 1 of the heat transfer plate 11b, the thermoelectric conversion element frame 12 hole 19, after passing through the hole 19 of the heat transfer plate 13, through the heat medium flow path to move the holes 15 1 side of the lower end of the heat transfer plate 11a, holes 19 of the heat transfer plate 13, the thermoelectric conversion element frame hole 19 of the 12 holes 15 2 of the heat transfer plate 11b, the hole 19 of the heat transfer plate 13, the holes 19 of the thermoelectric conversion element frame 12, and is discharged to the outside through the hole 15 1 of the lower end of the heat transfer plate 11a.

伝熱板等における冷媒の流れは、図3(B)のとおりである。即ち、冷媒は、例えば、伝熱板11aの上端の穴14から熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板13の穴19を通った後、冷媒用流路を経て伝熱板11bの下端の穴15側に移動し、伝熱板13の穴19,熱電変換素子フレーム12の穴19,伝熱板11aの下端の穴15を通って外部に排出される。 The flow of the refrigerant in the heat transfer plate or the like is as shown in FIG. That is, the refrigerant, for example, through the hole 14 2 of the upper end of the heat transfer plate 11a hole 19 of the thermoelectric conversion element frame 12 after passing through the hole 19 of the heat transfer plate 13, the heat transfer plate 11b through the refrigerant flow path Go to the holes 15 2 side of the bottom, the hole 19 of the heat transfer plate 13, the holes 19 of the thermoelectric conversion element frame 12, and is discharged to the outside through a hole 15 2 of the lower end of the heat transfer plate 11a.

温度差発電装置のユニット26は、例えば図4に示すように、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュール21と、これら熱電変換モジュール21の両面に設けられた高熱伝導材料22と、熱電変換モジュール21を高熱伝導材料22を介して挟むように設けられた高熱伝導性板23の他、これらの高熱伝導性板23の外側に配置された前記伝熱板11a,13を備えている。高熱伝導材料22としては、シリコーン樹脂ベースの高熱伝導シートが使用されている。前記ユニット26の一方の主面側の伝熱板11a側には熱媒としてのお湯が流れ、前記ユニット26の他方の主面側の伝熱板13には冷媒としての水が流れるようになっている。なお、図4中の符号24は、高熱伝導性板23間でかつ熱電変換モジュール21の上下部に夫々配置された断熱材料を示す。この断熱材料24は、スペーサとしての機能も有する。また、符号25は、熱電変換モジュール21同士の隙間に配置された断熱材料を示す。   For example, as shown in FIG. 4, the unit 26 of the temperature difference power generation device includes a plurality of thermoelectric conversion modules 21 that generate power based on a temperature difference between both surfaces, high thermal conductive materials 22 provided on both surfaces of the thermoelectric conversion modules 21, In addition to the high thermal conductivity plate 23 provided so as to sandwich the conversion module 21 via the high thermal conductivity material 22, the heat transfer plates 11 a and 13 are provided outside the high thermal conductivity plate 23. As the high heat conductive material 22, a high heat conductive sheet based on silicone resin is used. Hot water as a heat medium flows on the heat transfer plate 11a side on one main surface side of the unit 26, and water as a refrigerant flows on the heat transfer plate 13 on the other main surface side of the unit 26. ing. In addition, the code | symbol 24 in FIG. 4 shows the heat insulation material arrange | positioned between the high heat conductive boards 23 and the upper and lower parts of the thermoelectric conversion module 21, respectively. The heat insulating material 24 also has a function as a spacer. Moreover, the code | symbol 25 shows the heat insulation material arrange | positioned in the clearance gap between the thermoelectric conversion modules 21. FIG.

図5に示すように、ユニット26の一構成である熱電変換素子フレーム12の略中央に位置する開口部20には、複数の熱電変換モジュールが一定の間隔で挟まれて配線され、回路を構成している。熱電変換モジュールは、配線やパターンにより、長手方向へ電気的に直列接続される。なお、直列接続される熱電変換モジュールの個数は、所望の電圧が得られるよう事前に決定される。配線の端部は切替装置側のそれぞれの接点につながれ、切替装置側での接点の操作により直接接続する熱電変換モジュールの数と並列接続する熱電変換モジュールの数とが決定される。なお、図5中の符号23,23,23,23は、高熱伝導性板23の上下に夫々設けられた熱媒(又は冷媒)通過用の穴を示す。 As shown in FIG. 5, a plurality of thermoelectric conversion modules are wired at regular intervals in the opening 20 located in the approximate center of the thermoelectric conversion element frame 12, which is one component of the unit 26, thereby forming a circuit. doing. The thermoelectric conversion modules are electrically connected in series in the longitudinal direction by wires and patterns. The number of thermoelectric conversion modules connected in series is determined in advance so as to obtain a desired voltage. The ends of the wiring are connected to the respective contacts on the switching device side, and the number of thermoelectric conversion modules that are directly connected and the number of thermoelectric conversion modules that are connected in parallel are determined by operating the contacts on the switching device side. Reference numeral 23 1, 23 2, 23 3, 23 4 in FIG. 5 shows a vertical respectively provided with a heat medium (or coolant) holes for the passage of the high thermal conductivity plate 23.

図6の例では、熱電変換モジュール21の配列を2列25段の4組としているが、列数、段数ともに熱電変換素子フレームを挟む伝熱板のサイズに合わせて自由に変えてよい。熱電変換モジュールの直列と並列の組合せは、接続する蓄電器の仕様や電気負荷の容量に応じて、必要な電圧がとれる枚数を直列接続させ、同じ枚数づつの直列回路を並列に接続する。この際、経年使用によるモジュールの故障などに備えて多数の個数を組み込んでおくと、分解せずに故障モジュールを除いてジャンパーさせるだけでシステムを復旧することができる。なお、図6において、符号28は2列の熱電変換モジュール間に形成された配線パターンを示し、符号29は結線用逃げを示す。   In the example of FIG. 6, the arrangement of the thermoelectric conversion modules 21 is four sets of two rows and 25 stages, but both the number of rows and the number of stages may be freely changed according to the size of the heat transfer plate that sandwiches the thermoelectric conversion element frame. In the combination of serial and parallel thermoelectric conversion modules, the number of necessary voltages can be connected in series according to the specifications of the connected capacitor and the capacity of the electric load, and the same number of series circuits are connected in parallel. At this time, if a large number of modules are incorporated in preparation for a failure of a module due to aging, the system can be restored only by removing the failed module and performing a jumper without disassembling. In FIG. 6, reference numeral 28 denotes a wiring pattern formed between two rows of thermoelectric conversion modules, and reference numeral 29 denotes a connection relief.

熱電変換モジュールを組み込んだ熱電変換素子フレームは、伝熱板等とともに図7に示すように複数個積層され、両側から押え板31及びボルト32,ナット33による複数の締め付け用治具によって締め付け圧が調節される。   As shown in FIG. 7, a plurality of thermoelectric conversion element frames incorporating a thermoelectric conversion module are stacked together with a heat transfer plate or the like, and tightening pressure is applied from both sides by a plurality of tightening jigs including a pressing plate 31, bolts 32, and nuts 33. Adjusted.

温度差発電装置を夫々構成する、熱電変換モジュールが配置された熱電変換素子フレーム,高温側の伝熱板,低温側の伝熱板等は図示しないシャーシ(筐体)により覆われ、この状態でスペーサ等の各構成部材が締め付け用治具によって締め付けられて圧接されている。図示しないが、熱媒(高温熱流体)が供給される高温側の伝熱板には熱媒供給用ヘッダが配置され、この熱媒供給用ヘッダには熱媒供給用配管が接続されている。ここで、熱媒供給用ヘッダは、高温側の伝熱板等により形成される流路の各々に熱媒を均等に供給するもので、高温側の伝熱板とパッキンなどの積層により形成されている。熱媒供給用配管は、熱媒供給用ヘッダへ熱媒を供給するものである。熱媒供給用ヘッダと熱媒供給用配管とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。   The thermoelectric conversion element frame in which the thermoelectric conversion modules are arranged, the high temperature side heat transfer plate, the low temperature side heat transfer plate, etc., which constitute each temperature difference power generation device, are covered with a chassis (housing) not shown in this state. Each component such as a spacer is clamped and pressed by a clamping jig. Although not shown in the drawings, a heat medium supply header is disposed on the high temperature side heat transfer plate to which the heat medium (high temperature heat fluid) is supplied, and a heat medium supply pipe is connected to the heat medium supply header. . Here, the heat medium supply header supplies the heat medium uniformly to each of the flow paths formed by the high temperature side heat transfer plate or the like, and is formed by stacking the high temperature side heat transfer plate and packing or the like. ing. The heat medium supply pipe supplies the heat medium to the heat medium supply header. The heat medium supply header and the heat medium supply pipe are joined using a flange, packing, bolts, or the like.

同様に、冷媒(低温熱流体)が供給される低温側の伝熱板には冷媒供給用ヘッダが配置され、この冷媒供給用ヘッダには冷媒供給用配管が接続されている。ここで、冷媒供給用ヘッダは、低温側の伝熱板等により形成される流路の各々に冷媒を均等に供給するもので、低温側の伝熱板とパッキンなどの積層により形成されるものである。冷媒供給用配管は、冷媒供給用ヘッダへ冷媒を供給するものである。冷媒供給用ヘッダと冷媒供給用配管とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。   Similarly, a refrigerant supply header is disposed on a low temperature side heat transfer plate to which a refrigerant (low temperature thermal fluid) is supplied, and a refrigerant supply pipe is connected to the refrigerant supply header. Here, the refrigerant supply header supplies the refrigerant evenly to each of the flow paths formed by the low-temperature side heat transfer plate or the like, and is formed by stacking the low-temperature side heat transfer plate and packing or the like. It is. The refrigerant supply pipe supplies the refrigerant to the refrigerant supply header. The refrigerant supply header and the refrigerant supply pipe are joined using a flange, packing, bolts, and the like.

図示しないが、熱媒が排出される高温側の伝熱板には熱媒排出用ヘッダが配置され、この熱媒排出用ヘッダには熱媒排出用配管が接続されている。ここで、熱媒排出用ヘッダは、高温側の伝熱板等により形成される流路の各々から排出される熱媒をまとめて排出するものである。熱媒排出用配管は、熱媒排出用ヘッダでまとめられた熱媒を受け入れて装置外部の配管へ送り出すものである。熱媒排出用ヘッダと熱媒排出用配管とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。   Although not shown, a heat medium discharge header is disposed on the heat transfer plate on the high temperature side from which the heat medium is discharged, and a heat medium discharge pipe is connected to the heat medium discharge header. Here, the heat medium discharge header collectively discharges the heat medium discharged from each of the flow paths formed by the high temperature side heat transfer plate or the like. The heat medium discharge pipe receives the heat medium collected by the heat medium discharge header and sends it out to the pipe outside the apparatus. The heat medium discharge header and the heat medium discharge pipe are joined using a flange, packing, bolts, and the like.

同様に、冷媒が排出される低温側の伝熱板には冷媒排出用ヘッダが配置され、この冷媒排出用ヘッダには冷媒排出用配管が接続されている。ここで、冷媒排出用ヘッダは、低温側の伝熱板等により形成される流路の各々から排出される冷媒をまとめて排出するものである。冷媒排出用配管は、冷媒排出用ヘッダでまとめられた冷媒を受け入れて装置外部の配管へ送り出すものである。冷媒排出用ヘッダと冷媒排出用配管とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。   Similarly, a refrigerant discharge header is disposed on the low-temperature heat transfer plate from which the refrigerant is discharged, and a refrigerant discharge pipe is connected to the refrigerant discharge header. Here, the refrigerant discharge header collectively discharges the refrigerant discharged from each of the flow paths formed by the low temperature side heat transfer plate or the like. The refrigerant discharge pipe receives the refrigerant collected by the refrigerant discharge header and sends it out to the pipe outside the apparatus. The refrigerant discharge header and the refrigerant discharge pipe are joined using a flange, packing, bolts, and the like.

その他、図示されていないが、熱媒供給用配管、冷媒供給用配管などの各配管には、配管内に滞留する空気を抜くための空気抜き弁や、装置停止時に配管内の液体や不要物を抜くためのドレン弁などが取付けられている。   In addition, although not shown in the figure, each pipe such as the heat medium supply pipe and the refrigerant supply pipe is provided with an air vent valve for venting the air remaining in the pipe, and liquid and unnecessary substances in the pipe when the apparatus is stopped. A drain valve, etc., is attached for removal.

次に、上述した構成の温度差熱電装置の動作について説明する。
温度差発電装置の稼動時には、熱媒がシステム外部の配管から熱媒供給用ヘッダへ送られ、一方、冷媒がシステム外部の配管から冷媒供給用ヘッダへ送られる。熱媒供給用ヘッダに送られた熱媒は、高温側の伝熱板で構成される熱媒流路の各々に均等に供給される。一方、冷媒供給用ヘッダに送られた冷媒は、低温側の伝熱板で構成される冷媒流路の各々に均等に供給される。
Next, the operation of the temperature difference thermoelectric device having the above-described configuration will be described.
During operation of the temperature difference power generation device, the heat medium is sent from a pipe outside the system to the heat medium supply header, while the refrigerant is sent from a pipe outside the system to the refrigerant supply header. The heat medium sent to the heat medium supply header is equally supplied to each of the heat medium flow paths constituted by the high temperature side heat transfer plate. On the other hand, the refrigerant sent to the refrigerant supply header is equally supplied to each of the refrigerant flow paths constituted by the low-temperature heat transfer plates.

熱媒が熱媒用流路内を通り、冷媒が冷媒流路内を通ると、熱電変換モジュールを配置した熱電変換素子フレームを挟んで温度差が生じ、熱電変換モジュールにおいて電力が発生する。このとき、筐体と締め付け用冶具によって個々の熱電変換モジュールにおける熱伝達のばらつきは最小限に抑えられているため、装置全体として最大限の電力が引き出されている。熱媒流路内を通り終えた熱媒は、熱媒排出用ヘッダへ送られ、さらにシステム外部の配管へと送られる。一方、冷媒用流路内を通り終えた冷媒は、冷媒排出用ヘッダへ送られ、さらにシステム外部の配管へと送られる。各熱電変換モジュールにおいて発生した電力は、配線もしくは配線パターンを通じて図8で述べたような切替装置へ送られ、所定の電圧・電流で制御装置へ送られ、蓄電や直流/交流変換がなされた後、各種の負荷により使用される。   When the heat medium passes through the heat medium flow path and the refrigerant passes through the refrigerant flow path, a temperature difference occurs between the thermoelectric conversion element frames on which the thermoelectric conversion modules are arranged, and electric power is generated in the thermoelectric conversion modules. At this time, since the variation in heat transfer in each thermoelectric conversion module is suppressed to a minimum by the casing and the fastening jig, the maximum power is drawn out as the entire apparatus. The heat medium that has passed through the heat medium flow path is sent to the heat medium discharge header, and further sent to piping outside the system. On the other hand, the refrigerant that has passed through the refrigerant flow path is sent to the refrigerant discharge header, and further sent to piping outside the system. The electric power generated in each thermoelectric conversion module is sent to the switching device as shown in FIG. 8 through the wiring or wiring pattern, sent to the control device at a predetermined voltage / current, and after being stored and DC / AC converted. Used by various loads.

第1の実施形態によれば、各熱電変換モジュールの熱伝達のばらつきが抑えられるため、伝熱性能が向上するとともに、信頼性が向上し、発電性能を向上させることが可能となる。また、時間やコストを抑えつつ発電性能が高い温度差発電装置やこの温度差発電装置を用いた温度差発電システムを実現することができる。加えて、総括伝熱係数向上に適した設計が可能であったり、コンパクトに量産が可能であったり、耐圧性能も確保しやすかったり、溶接構造がなくパッキンの挟み込みで流路形成をしているため、分解が容易でメンテナンス性が良かったり、伝熱板と熱電変換素子プレートの枚数を変えるだけで発電容量も容易に変更できる、といったメリットがある。   According to the first embodiment, variation in heat transfer among the thermoelectric conversion modules is suppressed, so that heat transfer performance is improved, reliability is improved, and power generation performance can be improved. In addition, it is possible to realize a temperature difference power generation device with high power generation performance while suppressing time and cost, and a temperature difference power generation system using this temperature difference power generation device. In addition, a design suitable for improving the overall heat transfer coefficient is possible, mass production is possible compactly, pressure resistance is easy to secure, and there is no welded structure, and the flow path is formed by sandwiching packing Therefore, there are merits that the disassembly is easy and the maintainability is good, and the power generation capacity can be easily changed only by changing the number of heat transfer plates and thermoelectric conversion element plates.

なお、第1の実施形態では、複数の流路を鉛直方向に設置しているが、さらに水平方向に設置するようにしてもよい。設置スペースの都合に合わせて流路の向きを構成し、流路と、伝熱板,スペーサおよびプレートの枚数を調整することで、設置面積あたりの出力と発電量を容易に変更することができる。   In the first embodiment, the plurality of flow paths are installed in the vertical direction, but may be further installed in the horizontal direction. By configuring the direction of the flow path according to the convenience of the installation space and adjusting the number of flow paths, heat transfer plates, spacers and plates, the output per installed area and the power generation amount can be easily changed. .

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係る温度差発電装置の説明図を示す。但し、図1〜図7と同部材は同符号を付して説明を省略する。
図8の温度差発電装置は、図4に示した温度差発電装置のユニットに対し、熱電変換素子フレームの高熱伝導性板をなくし、伝熱板11a,13が直接熱電変換モジュール21を挟む構造となっている。また、伝熱板11a,13と熱電変換モジュール21の熱的な接合を高温はんだ材料などの高熱伝導材料22を用いることとし、機械的な締付け力の大きさや面全体の厚さの均一性締付けの均一性などを考慮しなくても、伝熱板11a,13と熱電変換モジュール21の間の熱抵抗を小さく均一に保てる構造としている。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is an explanatory diagram of the temperature difference power generation device according to the second embodiment. However, the same members as those in FIGS.
The temperature difference power generation device of FIG. 8 has a structure in which the high thermal conductivity plate of the thermoelectric conversion element frame is eliminated from the unit of the temperature difference power generation device shown in FIG. 4 and the heat transfer plates 11a and 13 directly sandwich the thermoelectric conversion module 21. It has become. Further, the heat transfer plates 11a and 13 and the thermoelectric conversion module 21 are thermally joined using a high heat conductive material 22 such as a high temperature solder material, and the size of the mechanical tightening force and the uniform thickness of the entire surface are tightened. The heat resistance between the heat transfer plates 11a and 13 and the thermoelectric conversion module 21 can be kept small and uniform without considering the uniformity of the heat transfer.

即ち、図8の温度差発電装置は、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュール21と、熱電変換モジュール21を挟むように設けられた伝熱板11a,13と、熱電変換モジュール21の両面と伝熱板11a,13の間に設けられた高熱伝導材料22とを備えている。高熱伝導材料22としては、熱電変換モジュール21の絶縁板(アルミナ製など)と伝熱板11a,13を熱的に強く結合させるために高温はんだ材料を用いている。温度差発電装置の一方の主面側の伝熱板側には熱媒としてのお湯が流れ、他方の主面側の伝熱板には冷媒としての水が流れるようになっている。   That is, the temperature difference power generation device of FIG. 8 includes a plurality of thermoelectric conversion modules 21 that generate power by temperature difference between both surfaces, heat transfer plates 11 a and 13 provided so as to sandwich the thermoelectric conversion module 21, and the thermoelectric conversion module 21. A high heat conductive material 22 is provided between both surfaces and the heat transfer plates 11a and 13. As the high thermal conductive material 22, a high temperature solder material is used to thermally and strongly bond the insulating plate (made of alumina or the like) of the thermoelectric conversion module 21 and the heat transfer plates 11 a and 13. Hot water as a heat medium flows on the heat transfer plate side on one main surface side of the temperature difference power generator, and water as a refrigerant flows on the heat transfer plate on the other main surface side.

また、伝熱板11a,13間でかつ熱電変換モジュール21同士の隙間に断熱材料25が配置され、隙間が極力なくなるように断熱されている。この断熱材料25は、熱電変換モジュール21に余分なせん断応力などがかからないようにスペーサとしての機能も有する。全ての伝熱板は、熱源流体が通るための穴が上下2箇所ずつに開いており、高温流体を流す面、低温流体を流す面、熱電変換モジュールを挟む面の異なる三つの面について異なる3種類のパッキンを挟んで流路を調節する。   Moreover, the heat insulating material 25 is arrange | positioned in the clearance gap between the thermoelectric conversion modules 21 between the heat exchanger plates 11a and 13, and is insulated so that a clearance gap may be eliminated as much as possible. The heat insulating material 25 also has a function as a spacer so that excessive shear stress or the like is not applied to the thermoelectric conversion module 21. All the heat transfer plates have holes for passing the heat source fluid at two locations, upper and lower, and differ in three different surfaces: the surface through which the high temperature fluid flows, the surface through which the low temperature fluid flows, and the surface sandwiching the thermoelectric conversion module 3 Adjust the flow path with a kind of packing.

このときの熱媒や冷媒の流れは、まず、冷媒(水)は、図8の左側の押え板31の上端の穴からパッキン41,伝熱板の穴,パッキン42,伝熱板の穴,パッキン43,伝熱板の穴,パッキン44,伝熱板の穴の順で繰り返し通った後、右側の押え板31の手前の伝熱板で折り返され、各冷熱媒用流路を経て伝熱板の下端の穴の側に移動し、各パッキンの流路部と各伝熱板の穴を通って外部に排出される。   The flow of the heat medium and refrigerant at this time is as follows. First, the refrigerant (water) flows from the hole at the upper end of the holding plate 31 on the left side of FIG. 8 to the packing 41, the hole of the heat transfer plate, the packing 42, the hole of the heat transfer plate, After passing through the packing 43, the hole of the heat transfer plate, the packing 44, and the hole of the heat transfer plate in order, it is folded back by the heat transfer plate in front of the right holding plate 31, and the heat is transferred through each cooling medium passage. It moves to the hole side of the lower end of the plate, and is discharged to the outside through the flow path portion of each packing and the hole of each heat transfer plate.

一方、熱媒(お湯)は、図8の左側の押え板31の下端の穴からパッキン41,伝熱板の穴,パッキン42,伝熱板の穴,パッキン43,伝熱板の穴,パッキン44,伝熱板の穴の順で繰り返し通った後、右側の押え板31の手前の伝熱板で折り返され、各高温熱媒用流路を経て伝熱板の下端の穴の側に移動し、各パッキンの流路部と各伝熱板の穴を通って外部に排出される。なお、図8中の符号45はほうねつ
第2の実施形態によれば、伝熱板11a,13と熱電変換モジュール21の直接接触方式に切り替える(熱電変換素子フレームを構成する高熱伝導性板をなくす)ことにより、次の効果が得られる。
(1) 装置内部の接触熱抵抗を低減できる。
(2) 構成部品を減らすことで装置の低コスト化が図れる。
(3) 面全体の接触熱抵抗のばらつきを抑えることができる。
(4) 装置の製造工数やメンテナンス性を向上することができる。
(5) 無駄な応力をかけることがなくなるため、装置の信頼性(寿命)や歩留まりの向上が期待できる。
On the other hand, the heat medium (hot water) is transferred from the hole at the lower end of the holding plate 31 on the left side of FIG. 8 to the packing 41, the hole of the heat transfer plate, the packing 42, the hole of the heat transfer plate, the packing 43, the hole of the heat transfer plate, the packing. 44, after repeatedly passing in the order of the holes in the heat transfer plate, it is folded back by the heat transfer plate in front of the right holding plate 31 and moves to the hole at the lower end of the heat transfer plate through each high-temperature heat transfer passage Then, it is discharged to the outside through the flow path portion of each packing and the hole of each heat transfer plate. Note that reference numeral 45 in FIG. 8 is a gang according to the second embodiment, which switches to the direct contact method between the heat transfer plates 11a and 13 and the thermoelectric conversion module 21 (a high heat conductive plate constituting the thermoelectric conversion element frame). The following effects can be obtained.
(1) The contact thermal resistance inside the device can be reduced.
(2) The cost of the device can be reduced by reducing the number of components.
(3) Variation in contact thermal resistance across the entire surface can be suppressed.
(4) The manufacturing man-hours and maintainability of the device can be improved.
(5) Since unnecessary stress is not applied, the reliability (life) and yield of the device can be expected to improve.

なお、第2の実施形態では、熱電変換素子フレームを構成する高熱伝導性板をなくすのではなく、伝熱板をなくして熱電変換素子フレームとパッキンで流路を形成し、流体と高熱伝導性板を直接接触させて伝熱特性を向上させてもよい。   In the second embodiment, the high heat conductive plate constituting the thermoelectric conversion element frame is not eliminated, but the heat transfer plate is eliminated and a flow path is formed by the thermoelectric conversion element frame and the packing, so that the fluid and the high thermal conductivity are formed. The heat transfer characteristics may be improved by directly contacting the plate.

(第3の実施形態)
図9(A)〜(D)は、第3の実施形態に係る温度差発電装置の説明図を示す。ここで、図9(A)は温度差発電装置の概略的な構成図で、外枠に熱電変換素子フレームを挿入した図面を示す。図9(B)は同装置に使用される熱電変換素子のフレームの平面図、図9(C)は同装置における高熱伝導板と熱電モジュール,高熱伝導性材料及び断熱スペーサとの位置関係を示す断面図、図9(D)は同装置における温水路及び冷水路の位置関係を示すイメージ図である。但し、図1〜図7と同部材は同符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
FIGS. 9A to 9D are explanatory diagrams of a temperature difference power generator according to the third embodiment. Here, FIG. 9A is a schematic configuration diagram of a temperature difference power generation device, and shows a drawing in which a thermoelectric conversion element frame is inserted into an outer frame. FIG. 9B is a plan view of the frame of the thermoelectric conversion element used in the apparatus, and FIG. 9C shows the positional relationship between the high heat conductive plate, the thermoelectric module, the high heat conductive material, and the heat insulating spacer in the apparatus. Sectional drawing and FIG.9 (D) are image figures which show the positional relationship of the hot water channel and cold water channel in the apparatus. However, the same members as those in FIGS.

図9の温度差発電装置は、隣接する2枚の熱電変換素子フレーム12と外枠51と給排水管52(熱媒又は冷媒供給用配管と熱媒又は冷媒排出用配管)で熱媒を流す第1の流路と冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする。外枠51にフレーム挿入ガイド53に沿って熱電変換素子フレーム12を挿入することで第1又は第2の流路を形成し、また、熱電変換素子フレーム12の給水口部に温水口54及び冷水口55を切り欠いた給排水管52を通し、パッキンレスでも漏水を防ぐことが出来る。なお、図9の温度差発電装置は圧接構造ではないため、熱電変換フレーム内部の熱的接触部は締め付けで熱抵抗を低減させるタイプではなく、はんだなどを用いて熱抵抗を下げるタイプの材料を用いることが望ましい。   In the temperature difference power generation device of FIG. 9, the heat medium flows through two adjacent thermoelectric conversion element frames 12, an outer frame 51, and a water supply / drain pipe 52 (a heat medium or refrigerant supply pipe and a heat medium or refrigerant discharge pipe). The first flow path and the second flow path for flowing the refrigerant are formed. The first or second flow path is formed by inserting the thermoelectric conversion element frame 12 into the outer frame 51 along the frame insertion guide 53, and the hot water port 54 and the cold water are formed in the water supply port portion of the thermoelectric conversion element frame 12. Through the water supply / drain pipe 52 with the opening 55 cut out, water leakage can be prevented even without packing. Since the temperature difference power generation device of FIG. 9 does not have a pressure contact structure, the thermal contact portion inside the thermoelectric conversion frame is not a type that reduces thermal resistance by tightening, but a material that lowers thermal resistance using solder or the like. It is desirable to use it.

(第4の実施形態)
図10(A),(B)は、大型熱電モジュールからなる温度差発電装置の熱電変換素子フレームの平面図を示す。ここで、図10(A)は1モジュール56での構成例、図10(B)は2モジュール57,58での構成例を示す。なお、図1〜図7と同部材は同符号を付して説明を省略する。
即ち、図10の熱電変換素子フレーム12は、小型のモジュールを多数配置して配線する代わりにモジュールの大型にして素子の直並列数を増やし、所望の電圧電流が得られるモジュールサイズをすることを特徴とする。なお、図10中の符号59はモジュール57,58同士を結線するケーブルを示す。
(Fourth embodiment)
FIGS. 10A and 10B are plan views of a thermoelectric conversion element frame of a temperature difference power generation device including a large thermoelectric module. Here, FIG. 10A shows a configuration example with one module 56, and FIG. 10B shows a configuration example with two modules 57 and 58. In addition, the same member as FIGS. 1-7 attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
That is, the thermoelectric conversion element frame 12 shown in FIG. 10 increases the number of series-parallel elements by increasing the size of the module instead of arranging and wiring a large number of small modules, so that the module size is obtained to obtain a desired voltage and current. Features. In addition, the code | symbol 59 in FIG. 10 shows the cable which connects modules 57 and 58 mutually.

なお、図10の温度差発電装置においては、大型モジュールを高熱伝導性材料を介して高熱伝導板で挟んだ構造としてもよいし、大型モジュール自体にフランジ部を設けて高熱伝導板ナシのフレーム構造としても良い。   In the temperature difference power generation device of FIG. 10, the large module may be sandwiched between high thermal conductive plates via a high thermal conductive material, or the large module itself is provided with a flange portion and the frame structure of the high thermal conductive plate pear. It is also good.

上記実施形態の変形例の具体例としては、次のとおりである。即ち、上記実施形態では、複数の流路を鉛直方向に設置しているが、さらに水平方向に設置するようにしてもよい。設置スペースの都合に合わせて流路の向きを構成し、流路と、伝熱板,スペーサおよびプレートの枚数を調整することで、設置面積あたりの出力と発電量を容易に変更することができる。   Specific examples of the modification of the above embodiment are as follows. That is, in the above embodiment, the plurality of flow paths are installed in the vertical direction, but may be further installed in the horizontal direction. By configuring the direction of the flow path according to the convenience of the installation space and adjusting the number of flow paths, heat transfer plates, spacers and plates, the output per installed area and the power generation amount can be easily changed. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11a,11b,13…伝熱板、12…熱電変換素子フレーム、14a,14b,15a,15b,19,23〜23…穴、16,17,18,41〜44…パッキン、20…開口部、21,56〜58…熱電変換モジュール、22…高熱伝導性材料、23…高熱伝導性板、24,25…断熱材料、26…伝熱素子、28…パターン、29…配線、30…結線用逃げ、31…押え板、32…ボルト、33…ナット、51…外枠、52…給排水管、53…フレーム挿入ガイド、54…温水口、55…冷水口。 11a, 11b, 13 ... heat transfer plate, 12 ... thermoelectric conversion element frame, 14a, 14b, 15a, 15b , 19,23 1 ~23 4 ... hole 16,17,18,41~44 ... packing, 20 ... opening Part, 21, 56-58 ... thermoelectric conversion module, 22 ... high thermal conductivity material, 23 ... high thermal conductivity plate, 24, 25 ... heat insulation material, 26 ... heat transfer element, 28 ... pattern, 29 ... wiring, 30 ... connection Escape, 31 ... Presser plate, 32 ... Bolt, 33 ... Nut, 51 ... Outer frame, 52 ... Water supply / drain pipe, 53 ... Frame insertion guide, 54 ... Hot water port, 55 ... Cool water port.

Claims (24)

互いに積層された複数のユニットであって、各々のユニットは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する伝熱板とを含む複数のユニットと
前記複数のユニットに含まれる前記熱電変換モジュールに対する締め付け圧を調節可能な複数の締め付け用治具とを具備し、
前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と熱媒シール用のパッキンとで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と冷媒シール用のパッキンとで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置。
A plurality of units stacked on each other, each unit being a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both sides, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module And a plurality of units including a heat transfer plate that is in contact with fluids having different temperatures from each other.
A plurality of clamping jigs capable of adjusting a clamping pressure for the thermoelectric conversion module included in the plurality of units ;
A first flow path through which a heat medium flows is formed by two adjacent heat transfer plates without sandwiching the thermoelectric conversion module and a packing for sealing the heat medium, and two adjacent sheets without sandwiching the thermoelectric conversion module A temperature difference power generation device, wherein a second flow path for flowing the refrigerant is formed by the heat transfer plate and the seal for sealing the refrigerant.
互いに積層された複数のユニットであって、各々のユニットは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する高熱伝導性板とを含む複数のユニットと
前記複数のユニットに含まれる前記熱電変換モジュールに対する締め付け圧を調節可能な複数の締め付け用治具とを具備し、
前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板と熱媒シール用のパッキンとで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板と冷媒シール用のパッキンとで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置。
A plurality of units stacked on each other, each unit being a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both sides, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module A plurality of units including a high thermal conductivity plate provided so as to be sandwiched between the high thermal conductivity materials and in contact with fluids having different temperatures from each other,
A plurality of clamping jigs capable of adjusting a clamping pressure for the thermoelectric conversion module included in the plurality of units ;
A first flow path through which a heat medium flows is formed by two adjacent high heat conductive plates and a packing for sealing a heat medium without sandwiching the thermoelectric conversion module, and 2 adjacent to each other without sandwiching the thermoelectric conversion module. A temperature difference power generation device, wherein a second flow path for flowing a refrigerant is formed by a sheet of high thermal conductivity plate and a packing for refrigerant seal.
互いに積層された複数のユニットであって、各々のユニットは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する伝熱板とを含む複数のユニットを具備し、
前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板とこれらの伝熱板を保持する外枠とで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の伝熱板と伝熱板を保持する外枠とで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置。
A plurality of units stacked on each other, each unit being a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both sides, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module And a plurality of units including a heat transfer plate that is in contact with fluids having different temperatures from each other.
A first flow path through which a heat medium flows is formed by two adjacent heat transfer plates and the outer frame holding these heat transfer plates without sandwiching the thermoelectric conversion module, and without sandwiching the thermoelectric conversion module. A temperature difference power generation device, wherein a second flow path through which a refrigerant flows is formed by two adjacent heat transfer plates and an outer frame that holds the heat transfer plates.
互いに積層された複数のユニットであって、各々のユニットは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する高熱伝導性板とを含む複数のユニットを具備し、
前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板とこれらの高熱伝導性板を保持する外枠とで熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板と高熱伝導性板を保持する外枠とで冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置。
A plurality of units stacked on each other, each unit being a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both sides, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module And a plurality of units including a high thermal conductivity plate that is in contact with fluids having different temperatures from each other.
A first flow path through which a heat medium flows is formed by two adjacent high thermal conductivity plates and an outer frame that holds these high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module. First, a second flow path for flowing a refrigerant is formed by two adjacent high thermal conductivity plates and an outer frame that holds the high thermal conductivity plates.
互いに積層された複数のユニットであって、各々のユニットは、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを、前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する高熱伝導性板とを含む複数のユニットを具備し、
前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板と高熱伝導性板を保持する外枠と給排水管で熱媒を流す第1の流路が形成され、前記熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板と高熱伝導性板を保持する外枠と給排水管で冷媒を流す第2の流路が形成されていることを特徴とする温度差発電装置。
A plurality of units stacked on each other, each unit being a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both sides, a high thermal conductivity material provided on both sides of the thermoelectric conversion module, and the thermoelectric conversion module And a plurality of units including a high thermal conductivity plate that is in contact with fluids having different temperatures from each other.
Without sandwiching the thermoelectric conversion module, adjacent two high thermal conductivity plates, an outer frame holding the high thermal conductivity plate, and a first flow path for flowing a heat medium between the water supply and drainage pipes are formed. First, a temperature difference power generator characterized in that two adjacent high heat conductive plates, an outer frame holding the high heat conductive plates, and a second flow path for flowing a refrigerant through a water supply / drain pipe are formed.
前記外枠は、強度、耐熱性及び耐食性を有する金属、セラミックスもしくは有機材料からなることを特徴とする請求項3乃至5いずれか1項記載の温度差発電装置。   The temperature difference power generator according to any one of claims 3 to 5, wherein the outer frame is made of metal, ceramics, or an organic material having strength, heat resistance, and corrosion resistance. 両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、これらの熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料と、前記熱電変換モジュールを前記高熱伝導性材料を介して挟むように設けられた高熱伝導性板とを具備し、熱媒を流す穴および冷媒を流す穴が設けられていることを特徴とする熱電変換素子フレーム。 A plurality of thermoelectric conversion modules that generate power due to a temperature difference between both surfaces, a high thermal conductivity material provided on both sides of these thermoelectric conversion modules, and a thermoelectric conversion module provided so as to be sandwiched via the high thermal conductivity material A thermoelectric conversion element frame comprising a high thermal conductivity plate and provided with a hole for flowing a heat medium and a hole for flowing a refrigerant . さらに、前記高熱伝導性板の間に挟まれるように配置され、高熱伝導性板を固定するとともに断熱とスペーサの役割を担う断熱材料を具備することを特徴とする請求項7記載の熱電変換素子フレーム。   The thermoelectric conversion element frame according to claim 7, further comprising a heat insulating material arranged to be sandwiched between the high heat conductive plates, and fixing the high heat conductive plates and serving as heat insulating and spacers. 前記高熱伝導性板は、電気的配線が形成された基板パターンを有することを特徴とする請求項7または8記載の熱電変換素子フレーム。   9. The thermoelectric conversion element frame according to claim 7, wherein the high thermal conductivity plate has a substrate pattern on which electrical wiring is formed. さらに、高熱伝導性板もしくは伝熱板に挟まれる複数の前記熱電変換モジュールの配置と配線を行ないつつ、熱電変換モジュールが伝熱するエリア以外の隙間を埋めて断熱するプリント配線機能つき断熱スペーサを具備することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の温度差発電装置。   Furthermore, a heat insulating spacer with a printed wiring function is provided that performs insulation and arrangement by filling a gap other than the area where the thermoelectric conversion module transfers heat while arranging and wiring the plurality of thermoelectric conversion modules sandwiched between the high heat conductive plates or the heat transfer plates. The temperature difference power generation device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 前記第1の流路および第2の流路の各々は、流体が鉛直方向に流れるように設置されていることを特徴とする請求項1乃至6,10いずれか1項記載の温度差発電装置。 The temperature difference power generator according to any one of claims 1 to 6, wherein each of the first flow path and the second flow path is installed so that a fluid flows in a vertical direction. . 前記第1の流路および第2の流路の各々は交互に配置され、冷媒を流す前記第2の流路が最外側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6,10いずれか1項記載の温度差発電装置。 Each of said first flow path and second flow paths are arranged alternately, one of claims 1 to 6, 10 and the second flow path for flowing the refrigerant, characterized in that it is arranged on the outermost side The temperature difference power generator of Claim 1. 前記第1の流路内を熱媒が流れる方向と、前記第2の流路内を冷媒が流れる方向とが、対向していることを特徴とする請求項1乃至6,10いずれか1項記載の温度差発電装置。 The direction of flow of the first flow path is a heat medium, the direction of flow of the second flow path is refrigerant, claims 1 to 6, 10 any one, characterized in that opposed The temperature difference power generator described. 前記第1の流路の上側を通じて熱媒を供給する第1の供給用配管と、前記第2の流路の下側を通じて冷媒を供給する第2の供給用配管と、前記第1の流路の下側を通じて熱媒を排出する第1の排出用配管と、前記第2の流路の上側を通じて冷媒を排出する第2の排出用配管とを具備することを特徴とする請求項13記載の温度差発電装置。 A first supply pipe for supplying a heat medium through the upper side of the first flow path; a second supply pipe for supplying a refrigerant through the lower side of the second flow path; and the first flow path. the first and discharge pipe for discharging the heat medium through the bottom, according to claim 13, characterized by comprising a second discharge pipe for discharging the refrigerant through the upper side of the second flow path Temperature difference generator. 前記第1の流路の上側を通じて冷媒を供給する第1の供給用配管と、前記第2の流路の下側を通じて熱媒を供給する第2の供給用配管と、前記第1の流路の下側を通じて冷媒を排出する第1の排出用配管と、前記第2の流路の上側を通じて熱媒を排出する第2の排出用配管とを具備することを特徴とする請求項13記載の温度差発電装置。 A first supply pipe for supplying a refrigerant through the upper side of the first flow path; a second supply pipe for supplying a heat medium through the lower side of the second flow path; and the first flow path. the first and discharge pipe for discharging the refrigerant through the lower, according to claim 13, characterized by comprising a second discharge pipe for discharging the heat medium through the upper side of the second flow path Temperature difference generator. 前記第1の流路又は第2の流路を形成する,前記流体シール用のパッキンを介して隣接する2枚の伝熱板もしくは高熱伝導性板の少なくとも流体接触面に防食処理が施されていることを特徴とする請求項1または2記載の温度差発電装置。 Anticorrosion treatment is applied to at least the fluid contact surface of two adjacent heat transfer plates or high thermal conductivity plates that form the first flow path or the second flow path through the fluid seal packing. The temperature difference power generation device according to claim 1 , wherein the temperature difference power generation device is provided. 前記第1の流路又は第2の流路を形成する,外枠と隣接する2枚の伝熱板もしくは高熱伝導性板の少なくとも流体接触面に防食処理が施されていることを特徴とする請求項3乃至5いずれか1項記載の温度差発電装置。   An anticorrosion treatment is performed on at least a fluid contact surface of two heat transfer plates or high heat conductive plates adjacent to the outer frame forming the first flow path or the second flow path. The temperature difference power generation device according to any one of claims 3 to 5. 前記熱電変換モジュールは、材料としてBiTe系若しくはFeVAl系のホイスラー合金若しくはMgSi系が使用されていることを特徴とする請求項1乃至6、10乃至17いずれか1項記載の温度差発電装置。 18. The temperature difference according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion module is made of a BiTe-based or Fe 2 VAl-based Heusler alloy or Mg 2 Si-based material. Power generation device. 前記熱電変換モジュールは、材料の構成が温度帯域によって異なることを特徴とする請求項1乃至6、10乃至18いずれか1項の温度差発電装置。 The temperature difference power generation device according to any one of claims 1 to 6, 10 to 18, wherein the thermoelectric conversion module has a material configuration that varies depending on a temperature range. 前記熱電変換モジュールは、同種もしくは異種のモジュールを積層させた構造とすることを特徴とする請求項1乃至6、10乃至18いずれか1項記載の温度差発電装置。 The temperature difference power generator according to any one of claims 1 to 6, 10 to 18, wherein the thermoelectric conversion module has a structure in which modules of the same type or different types are stacked. 前記高熱伝導性材料は、シリコーン樹脂ベースの高熱伝導シート、熱伝導グリース、蝋材のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至6、10乃至20いずれか1項記載の温度差発電装置。 The temperature difference power generator according to any one of claims 1 to 6, 10 to 20, wherein the high thermal conductivity material is any one of a silicone resin-based high thermal conductivity sheet, thermal conductive grease, and wax material. . 前記伝熱板は、銅板、炭素鋼板、ステンレス板、チタン板のいずれかであり、表面に波板構造、フィン構造、突起構造、ポーラスナノ微細構造のいずれかの伝熱促進構造を有することを特徴とする請求項1,3,10乃至21いずれか1項記載の温度差発電装置。 The heat transfer plate is any one of a copper plate, a carbon steel plate, a stainless steel plate, and a titanium plate, and has a heat transfer promoting structure of any one of a corrugated plate structure, a fin structure, a protruding structure, and a porous nano fine structure on the surface. The temperature difference power generation device according to any one of claims 1, 3, 10 to 21 . 前記伝熱板は形状記憶合金で構成されていることを特徴とする請求項1,3,10乃至22いずれか1項記載の温度差発電装置。 23. The temperature difference power generator according to claim 1, wherein the heat transfer plate is made of a shape memory alloy. 前記高熱伝導性板は、銅板、炭素鋼板、ステンレス板、チタン板のいずれかであり、表面に波板構造、フィン構造、突起構造、ポーラスナノ微細構造のいずれかかの伝熱促進構造を有することを特徴とする請求項7乃至9いずれか1項記載の熱電変換素子フレーム。   The high thermal conductive plate is any one of a copper plate, a carbon steel plate, a stainless steel plate, and a titanium plate, and has a heat transfer promoting structure of any one of a corrugated plate structure, a fin structure, a protruding structure, and a porous nano fine structure on the surface. The thermoelectric conversion element frame according to claim 7, wherein:
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