JP6199627B2 - Temperature difference generator - Google Patents
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Description
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に関する。 Embodiments described herein relate generally to a temperature difference power generation apparatus including a thermoelectric conversion module that generates power based on 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優しい発電機である。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.
図4は、従来の温度差発電システムの概略的な構成を示す概念図である。
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1と切替装置2と制御装置3とを有する。温度差発電装置1は、熱媒を流す直方体形の高温チャンバー1aと冷媒を流す直方体形の低温チャンバー1b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)9に収納される熱電変換モジュール(図示せず)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1b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7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8が設けられる。なお、図4中の矢印は、温度差発電装置1内を流れる熱流体の流れの向きを示している。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a conventional temperature difference power generation system.
The temperature difference power generation system 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. As a basic element, the temperature difference power generation device 1 and the
切替装置2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
制御装置3は、切替装置2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3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3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 3 is a control panel for storing electric power obtained through the
制御装置3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4、LEDランプ5、および総発電量,消費電力,CO2削減量を表示する表示装置としての電光掲示板6が接続される。
The control device 3 includes, for example, 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伝熱のばらつきは、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, the variation in heat transfer of the thermoelectric conversion module causes a decrease in power generation performance of the temperature difference power generation system, so that a great deal 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.
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、部材の構造と材質を工夫することで装置のコストを効果的に低減するとともに、装置内部の伝熱ロスと装置外部への放熱ロスとを抑制し得る温度差発電装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by devising the structure and material of the member, the cost of the apparatus is effectively reduced, and the heat transfer loss inside the apparatus and the heat dissipation loss to the outside of the apparatus are reduced. It aims at providing the temperature difference power generation device which can be controlled.
実施形態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と、各熱電変換モジュールを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複数の高熱伝導性板と、熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に枠状の成型材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記成型材とで形成された、熱媒を流す第1の流路と、熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に枠状の成型材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記成型材とで形成された、冷媒を流す第2の流路とを具備する。 The temperature difference power generation device of the embodiment is provided with a plurality of thermoelectric conversion modules that generate electric power due to a temperature difference between both surfaces, and a plurality of high thermal conductivity plates that are provided so as to sandwich each thermoelectric conversion module, and in contact with fluids having different temperatures from each other, A first flow for flowing a heat medium formed by the high thermal conductivity plate and the molding material by sandwiching a frame-shaped molding material between two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module. A second flow of refrigerant formed by the high thermal conductivity plate and the molding material is caused by sandwiching a frame-shaped molding material between the path and two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module. The flow path is provided.
部材の構造と材質を工夫することで装置のコストを効果的に低減するとともに、装置内部の伝熱ロスと装置外部への放熱ロスとを抑制することができる。 By devising the structure and material of the member, it is possible to effectively reduce the cost of the apparatus, and to suppress the heat transfer loss inside the apparatus and the heat dissipation loss to the outside of the apparatus.
以下、実施形態に係る温度差発電装置について詳述する。 Hereinafter, the temperature difference power generation device according to the embodiment will be described in detail.
図1は、実施形態に係る温度差発電装置の成形材と高熱伝導性板の接合方法の説明図である。この場合において、図1の(a)は成型材と高熱伝導性板とをビス止めする場合の例を示しており、(b)は成型材と高熱伝導性板とを接着剤で接着する場合の例を示している。図2は、同実施形態に係る温度差発電装置の概念図である。この場合において、図2の(a)は温度差発電装置の外観図を示し、(b)は一部のユニットの縦断面図を示し、(c)は同ユニットの横断面図を示している。 Drawing 1 is an explanatory view of the joining method of the molding material of the temperature difference power generator concerning an embodiment, and a high thermal conductivity board. In this case, (a) of FIG. 1 shows an example in which the molding material and the high thermal conductivity plate are screwed, and (b) is a case where the molding material and the high thermal conductivity plate are bonded with an adhesive. An example is shown. FIG. 2 is a conceptual diagram of the temperature difference power generation device according to the embodiment. In this case, (a) of FIG. 2 shows an external view of the temperature difference power generation device, (b) shows a longitudinal sectional view of a part of the unit, and (c) shows a transverse sectional view of the unit. .
(基本事項)
本実施形態に係る温度差発電装置は、図1および図2に示されるように、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、各熱電変換モジュール21の両面に設けられた高熱伝導性材料22と、各熱電変換モジュール21を高熱伝導性材料22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複数の高熱伝導性板23と、熱電変換モジュール21を挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板23の間に成型材24を挟むことで形成された、熱媒を流す第1の流路51と、熱電変換モジュール21を挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板23の間に成型材24を挟むことで形成された、冷媒を流す第2の流路52とを具備する。但し、この構成に限るものではない。例えば、高熱伝導性材料22は必ずしも必要とされるものではない。また、例えば、上記成型材24を後述するように弾性体に代えてもよい。
(Basic items)
As shown in FIGS. 1 and 2, the temperature difference power generation device according to the present embodiment includes a plurality of
少なくとも1つの熱電変換モジュール21は、同種もしくは異種のモジュールを積層させた構造を有していてもよい。高熱伝導性材料22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が適用される。高熱伝導性板23としては、例えば炭素鋼、ステンレス、チタン、銅、アルミなどからなる金属平板が適用される。成型材24としては、例えば、断熱性樹脂で構成された断熱性樹脂枠が適用される。断熱性樹脂として例えば流路内部を透視可能な透明なアクリル等を使用してもよく、このような透明なアクリル等は、流路内部を透視できることから、流路内に溜った土砂などの堆積物を目視で確認することができ、清掃もしくはメンテナンスの要否を簡単に判断することができる。
At least one
温度差発電装置を構成する個々のユニット26は、例えば図2に示すように、複数の熱電変換モジュール21と、これらの両面に設けられた複数の高熱伝導性材料22と、これらを介して複数の熱電変換モジュール21を挟むように設けられた2枚の高熱伝導性板23と、流路を構成する2枚の高熱伝導性板23間に設けられた成型材24とを含む。
For example, as shown in FIG. 2, each
ユニット26の一方の主面側の高熱伝導性板23側には熱媒としてのお湯が流れ、ユニット26の他方の主面側の高熱伝導性板23には冷媒としての水が流れるようになっている。
Hot water as a heat medium flows on the high heat
熱電変換モジュール21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、同じ枚数ず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。
In the combination of the
製作の際には、高温側の高熱伝導性板23と低温側の高熱伝導性板23とで熱電変換モジュール21を両側から挟み、熱源流体からの熱を熱電変換モジュール21に通過させるようにする。高温側の高熱伝導性板23と低温側の高熱伝導性板23とで熱電変換モジュール21を挟み付ける方法としては、例えばモジュール面圧が均等化するように複数の断熱性のボルト(もしくはビス)で高熱伝導性板23間をネジ止めするのが簡単である。このような圧接構造のものでは、熱電変換モジュール21の厚みにばらつきがあると、伝熱の低下を招く可能性がある。そのため、これを抑えるために熱電変換モジュール21と高熱伝導性板23との間に高熱伝導性材料22を挟み込むことが望ましい。
At the time of manufacture, the
高熱伝導性材料22を熱電変換モジュール21と高熱伝導性板23との間に挟み込むことにより、熱電変換モジュール21と高熱伝導性板23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22としては、シリコーン樹脂ベースの高熱伝導シートのほか、熱伝導グリース、蝋材などが挙げられる。モジュール表面がアルミナ板などで絶縁されている場合には、ビスやボルトでの締め付け構造をなくして、蝋材もしくははんだで高熱伝導性板23と熱電変換モジュール21とを接合して接触熱抵抗を低減させるようにしてもよい。このような高熱伝導性材料22を設けることにより、熱電変換モジュール21の厚みのばらつきを緩和し、装置のモジュールに対する熱抵抗を極力均一にかつ小さくすることができ、伝熱を向上させることが可能となる。
By sandwiching the high
上記高熱伝導性板23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。流体と高熱伝導性板23との熱伝達を促進するために、高熱伝導性板23の流体と接する側の面に、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 of the high
ナノ構造伝熱層のほかには、高熱伝導性板23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、高熱伝導性板23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、高熱伝導性板23の少なくとも流体接触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 nanostructure heat transfer layer, a method of generating a turbulent flow by providing fins oriented in a direction perpendicular or oblique to the direction of the flow of the thermal fluid on the surface of the high
高熱伝導性板23は、挟み込む熱電変換モジュール21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望ましい。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。
It is desirable that the high
高熱伝導性板23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のいずれかの伝熱促進構造を有し、熱流体からの熱を熱電変換モジュール21に伝わりやすくすることが望ましい。
In general, the high
(流路の形成)
流路の形成は、図1(a)(b)に示されるように、熱電変換モジュール21を挟まない隣接した2枚の高熱伝導性板23の間に、例えば流路の内部を透視可能な透明のアクリル等の断熱性樹脂で構成された透明断熱性樹脂枠としての成型材24、もしくはゴムなどの弾性材(図1には図示せず)を配置することで行なう。
(Formation of flow path)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the flow path can be formed between, for example, the inside of the flow path between two adjacent high thermal
成型材24で流路を形成する場合には、例えば図1(a)に示すように、高熱伝導性板23と成型材24の接合面にシートパッキン61を介してビス止めすることで成型材24の側面方向への熱ロスを抑えることが可能な流路を形成できる。あるいは、図1(b)に示すように、高熱伝導性板23と成型材24の接合面(接着剤塗布面)62に接着剤を塗布し、ネジ止めをせずに接着してもよい。また可能なら溶接で両者を接合させて流路を形成してもよい。
When forming the flow path with the
熱電変換モジュール21を挟む高熱伝導性板23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、高温側の高熱伝導性板23の表面温度が200℃以下のケースでは、熱電変換モジュール21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Fe2VAl系のホイスラー合金やMg2Si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 high
熱電変換モジュール21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、高熱伝導性材料22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。
The
第1の流路51および第2の流路52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望ましい。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51および第2の流路52は、パッキンシート61を介して高熱伝導性板23と成型材24とを接合して形成することにより、溶接レスにて流体シールが可能となり、また、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。
Each of the
また、第1の流路51内を流体が流れる方向と、第2の流路52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、複数の熱電変換モジュール21の各々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、第1の流路51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、第2の流路52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、第1の流路51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、第2の流路52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望ましい。
The direction in which the fluid flows in the
第1の流路51および第2の流路52の各々は交互に配置され、冷媒が流れる第2の流路52は最外側に配置されていることが望ましい。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。
It is desirable that the
第1の流路51や第1の流路52に腐食性の流体を流す場合や高熱伝導性板23の材質が炭素鋼である場合には、第1の流路51や第1の流路52を形成するために使用される高熱伝導性板23の少なくとも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望ましい。これにより、流体が流れる高熱伝導性板23の腐食を回避することができる。
When a corrosive fluid is passed through the
(全体構成)
温度差発電装置を夫々構成する、熱電変換モジュール21が挟まれた高温側の高熱伝導性板23,低温側の高熱伝導性板23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る。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、断熱性のボルト、ばね、ナット、座金などを用いて実現される。これにより、高熱伝導性板23の積層方向に強力に締付けるとともに、高熱伝導性板23の幅方向や高さ方向における締め付け圧の偏りを防ぐことができる。
(overall structure)
The high-temperature side high
例えば図2に示されるように、熱媒(高温熱流体)が供給される高温側の高熱伝導性板23間の成型材24に対応するように装置下側には断熱素材の熱媒供給用ヘッダ31Hが配置され、この熱媒供給用ヘッダ31Hには熱媒供給用配管31が接続されている。ここで、熱媒供給用ヘッダ31Hは、高温側の高熱伝導性板23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、高温側の高熱伝導性板23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31は、熱媒供給用ヘッダ31Hへ熱媒を供給するものである。熱媒供給用ヘッダ31Hと熱媒供給用配管31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。
For example, as shown in FIG. 2, a heat medium supply of a heat insulating material is provided on the lower side of the apparatus so as to correspond to the
同様に、冷媒(低温熱流体)が供給される低温側の高熱伝導性板23間の成型材24に対応するように装置上側には断熱素材の冷媒供給用ヘッダ32Hが配置され、この冷媒供給用ヘッダ32Hには冷媒供給用配管32が接続されている。ここで、冷媒供給用ヘッダ32Hは、低温側の高熱伝導性板23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、低温側の高熱伝導性板23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32は、冷媒供給用ヘッダ32Hへ冷媒を供給するものである。冷媒供給用ヘッダ32Hと冷媒供給用配管32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
熱媒が排出される高温側の高熱伝導性板23間の成型材24に対応するように装置上側には断熱素材の熱媒排出用ヘッダ41Hが配置され、この熱媒排出用ヘッダ41Hには熱媒排出用配管41が接続されている。ここで、熱媒排出用ヘッダ41Hは、高温側の高熱伝導性板23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41は、熱媒排出用ヘッダ41H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41Hと熱媒排出用配管41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。
A heat
同様に、冷媒が排出される低温側の高熱伝導性板23間の成型材24に対応するように装置下側には断熱素材の冷媒排出用ヘッダ42Hが配置され、この冷媒排出用ヘッダ42Hには冷媒排出用配管42が接続されている。ここで、冷媒排出用ヘッダ42Hは、低温側の高熱伝導性板23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42は、冷媒排出用ヘッダ42H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42Hと冷媒排出用配管42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
その他、図示されていないが、熱媒供給用配管31、冷媒供給用配管32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 drawings, each pipe such as the heat
(成形材の代わりに弾性材を用いる場合)
図3は、成形材の代わりに弾性材を用いる場合の構成を示す概念図である。
(When using elastic material instead of molding material)
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration when an elastic material is used instead of the molding material.
成形材24の代わりに弾性材73,74を用いた場合の例を、図3を参照して説明する。
An example in which
温度差発電装置が、複数の熱電変換モジュール21と、各熱電変換モジュール21の両面に設けられた高熱伝導性材料22と、各熱電変換モジュール21を高熱伝導性材料22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複数の高熱伝導性板23とを具備する点は変わらない。
The temperature difference power generator is provided so as to sandwich a plurality of
ここでは、熱電変換モジュール21を挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板23の間に、成形材24ではなくて弾性材73を挟むことにより第1の流路51が形成される。同様に、熱電変換モジュール21を挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板23の間に、成形材24ではなくて弾性材74を挟むことにより第2の流路52が形成される。この場合、弾性材73,74がそれぞれ各種ヘッダに通じる給排水用スリーブ72を挟むことにより流体シールがなされる。弾性材73,74としては、例えばゴムが適用される。また、熱電変換モジュール21を挟んで隣接する2枚の高熱伝導性板23の上下端部間には、断熱スペーサ71が設けられる。装置の両側に位置する高熱伝導性板23には、それぞれ押え板81が設けられる。
Here, the
この状態で、締め付け用治具を用いて、複数の高熱伝導性板23の各熱電変換モジュール21に対する締め付け圧を調節可能に各熱電変換モジュール21を締め付ける。すなわち、断熱性のボルト、ばね、ナット、座金などを含むねじ機構82により、押え板81同士を引き寄せて締め付ける。これにより、断熱スペーサ71、給排水用スリーブ72、弾性材73,74、及び高熱伝導性板23が積層方向に強力に締付けるとともに、高熱伝導性板23の幅方向や高さ方向における締め付け圧の偏りを防ぐことができる。
In this state, each
このように弾性材73,74を用いた場合においても、成形材24を用いた場合と同様な効果を得ることができる。
Thus, even when the
(動作)
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、例えば図2に示されるように、熱媒がシステム外部の配管から熱媒供給用ヘッダ31H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32Hへ送られる。熱媒供給用ヘッダ31Hに送られた熱媒は、高温側の高熱伝導性板23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32Hに送られた冷媒は、低温側の高熱伝導性板23で構成される冷媒流路の各々に均等に供給される。
(Operation)
Next, the operation of the temperature difference thermoelectric device having the above-described configuration will be described.
When the temperature difference power generator is in operation, for example, as shown in FIG. 2, the heat medium is sent from the piping outside the system to the heating
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21に温度差が生じ、電力が発生する。このとき、図示しない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21における伝熱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41H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42H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21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4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 is generated in the
本実施形態によれば、各熱電変換モジュールの伝熱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、コンパクトに量産が可能で、耐圧性能も確保しやく、溶接構造がなくパッキンもしくは弾性材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く、高熱伝導性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 this embodiment, since the variation in the heat transfer of each thermoelectric conversion module is suppressed, the heat transfer performance is improved, the reliability is improved, and the 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, the design suitable for improving the overall heat transfer coefficient is possible, it can be mass-produced compactly, it is easy to ensure pressure resistance, and there is no welding structure, and the flow path is formed by sandwiching packing or elastic material, There are merits that it is easy to disassemble and easy to maintain, and the power generation capacity can be easily changed by changing the number of high thermal conductivity plates and thermoelectric conversion element plates.
なお、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、高熱伝導性板,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 above embodiment, the plurality of flow paths are installed in the vertical direction, but may be further installed in the horizontal direction. It is possible to easily change the output and power generation amount per installation area by configuring the direction of the flow path according to the installation space and adjusting the number of flow paths, high thermal conductivity plates, spacers and plates. it can.
また、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、高熱伝導性板,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。 Moreover, in the said embodiment, although the several flow path is installed in the perpendicular direction, you may make it install in the horizontal direction further. It is possible to easily change the output and power generation amount per installation area by configuring the direction of the flow path according to the installation space and adjusting the number of flow paths, high thermal conductivity plates, spacers and plates. it can.
上記実施形態の変形例としては、次のものが挙げられる。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、さらに水平方向にも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、高熱伝導性板,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。 The following are mentioned as a modification of the said embodiment. That is, in the above embodiment, the plurality of flow paths are installed in the vertical direction, but may be installed in the horizontal direction. It is possible to easily change the output and power generation amount per installation area by configuring the direction of the flow path according to the installation space and adjusting the number of flow paths, high thermal conductivity plates, spacers and plates. it can.
以上、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of 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.
21…熱電変換モジュール、22…高熱伝導材料、23…高熱伝導性板、24…成型材、26…ユニット、31…熱媒供給用配管、31H…熱媒供給用ヘッダ、32…冷媒供給用配管、32H…冷媒供給用ヘッダ、41…熱媒排出用配管、41H…熱媒排出用ヘッダ、42…冷媒排出用配管、42H…冷媒排出用ヘッダ、51…第1の流路、52…第2の流路、61…シートパッキン、62…接着剤塗布面、71…断熱スペーサ、72…給排水用スリーブ、73,74…弾性材、81…押え板、82…ネジ機構。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
各熱電変換モジュールを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複数の高熱伝導性板と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に枠状の成型材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記成型材とで形成された、熱媒を流す第1の流路と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に枠状の成型材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記成型材とで形成された、冷媒を流す第2の流路と
を具備することを特徴とする温度差発電装置。 A plurality of thermoelectric conversion modules that generate electricity due to a temperature difference between the two surfaces;
A plurality of high thermal conductivity plates that are provided so as to sandwich each thermoelectric conversion module and are in contact with fluids having different temperatures from each other;
A first flow for flowing a heat medium formed by the high thermal conductivity plate and the molding material by sandwiching a frame-shaped molding material between two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module. Road,
A second flow path for flowing a refrigerant formed by the high thermal conductivity plate and the molding material by sandwiching a frame-shaped molding material between two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module A temperature difference power generation device comprising:
各熱電変換モジュールを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複数の高熱伝導性板と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に、熱媒が前記高熱伝導性板の伝熱面に沿うように流れるよう形成された枠状の弾性材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記弾性材とで形成された、前記熱媒を流す第1の流路と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する2枚の高熱伝導性板の間に、冷媒が前記高熱伝導性板の伝熱面に沿うように流れるよう形成された枠状の弾性材を挟むことで、前記高熱伝導性板と前記弾性材とで形成された、前記冷媒を流す第2の流路と、を具備し、
前記弾性材のそれぞれは、給排水用スリーブを挟んでいる
ことを特徴とする温度差発電装置。 A plurality of thermoelectric conversion modules that generate electricity due to a temperature difference between the two surfaces;
A plurality of high thermal conductivity plates that are provided so as to sandwich each thermoelectric conversion module and are in contact with fluids having different temperatures from each other;
By sandwiching a frame-shaped elastic material formed so that the heat medium flows along the heat transfer surface of the high thermal conductivity plate between two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module , A first flow path for flowing the heat medium, formed of a high thermal conductivity plate and the elastic material ;
By sandwiching a frame-like elastic material formed so that the refrigerant flows along the heat transfer surface of the high thermal conductivity plate between two adjacent high thermal conductivity plates without sandwiching the thermoelectric conversion module, the high heat A second flow path that is formed of a conductive plate and the elastic material and flows the refrigerant;
Each of the elastic members sandwiches a water supply / drainage sleeve .
前記複数の高熱伝導性板が前記高熱伝導性材料を介して各熱電変換モジュールを挟むように設けられていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の温度差発電装置。 Further comprising a high thermal conductivity material provided on both sides of each thermoelectric conversion module,
The temperature difference power generator according to any one of claims 1 to 14, wherein the plurality of high thermal conductivity plates are provided so as to sandwich each thermoelectric conversion module with the high thermal conductivity material interposed therebetween. .
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