JP6712530B2 - 熱電発電システム - Google Patents
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Description
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
を備える熱電発電装置であって、
前記熱電素子の発電出力を検知する発電出力検知部と、
前記熱媒体の圧力を検知する熱媒圧力検知部又は前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱電素子の発電出力と前記熱媒体の圧力又は温度との関係を予め記憶する記憶部と、
前記発電出力検知部が検知した発電出力と、前記熱媒圧力検知部が検知した圧力又は前記熱媒温度検知部が検知した温度との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える。
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
を備える熱電発電装置であって、
前記熱電素子の発電出力を検知する発電出力検知部と、
前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記冷却液の温度を検知する冷却液温度検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱電素子の発電出力と、前記熱媒体の温度と前記冷却液の温度との差、との関係を予め記憶する記憶部と、
前記発電出力検知部が検知した発電出力と、前記熱媒温度検知部が検知した温度と前記冷却液温度検知部が検知した温度との差、との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える。
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
を備える熱電発電装置であって、
前記熱電素子の発電出力を検知する発電出力検知部と、
前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記冷却液の熱交換量を検知する熱交換量検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱電素子の発電出力と前記冷却液の熱交換量との関係を予め記憶する記憶部と、
前記発電出力検知部が検知した発電出力と前記熱交換量検知部が検知した熱交換量との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える。
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
熱源となる流路内に配置され、前記熱媒流路に連通して前記熱媒体が循環する循環経路を形成する伝熱管と、
を備える熱電発電装置であって、
熱源温度を検知する熱源温度検知部と、
前記熱媒体の圧力を検知する熱媒圧力検知部又は前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱源温度と前記熱媒体の圧力又は温度との関係を予め記憶する記憶部と、
前記熱源温度検知部が検知した温度と、前記熱媒圧力検知部が検知した圧力又は前記熱媒温度検知部が検知した温度との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える。
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
熱源となる流路内に配置され、前記熱媒流路に連通して前記熱媒体が循環する循環経路を形成する伝熱管と、
を備える熱電発電装置であって、
熱源温度を検知する熱源温度検知部と、
前記冷却液の熱交換量を検知する熱交換量検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱源温度と前記熱交換量との関係を予め記憶する記憶部と、
前記熱源温度検知部が検知した温度と、前記熱交換量検知部が検知した熱交換量との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える。
冷却液が流れる冷却液流路を備える一対の冷却部と
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する一対の熱電素子と、
を備える熱電発電装置であって、
前記一対の熱電素子は、前記加熱部を介して互いに対向するように設けられ、
前記一対の冷却部は、前記加熱部及び前記一対の熱電素子を介して互いに対向するように設けられ、
前記一対の熱電素子の一方の発電出力と、前記一対の熱電素子の他方の発電出力との差が、予め決められた閾値以上であるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部を更に備える。
[基本構成]
実施の形態1に係る熱電発電装置の基本構成について説明する。
熱電素子2は、加熱部3が設けられる一方の面(高温側)と、冷却部4が設けられる他方の面(低温側)の2つの面を有する素子である。熱電素子2は、加熱部3により一方の面が加熱されるとともに、冷却部4により他方の面が冷却されることによって、その温度差を利用して発電を行う。熱電素子2の厚さは、熱電素子2の一方の面及び他方の面の大きさ(幅)よりも小さく設計されている。具体的には、熱電素子2は、板状に形成されている。実施の形態1では、複数の熱電素子2を直列に接続した熱電モジュール20a,20bが、加熱部3の両面に貼り付けられている。具体的には、4列×5行の20個の熱電素子2を有する熱電モジュール20a,20bが、加熱部3の両面に貼り付けられている。なお、熱電素子2の数は、これに限定されない。例えば、熱電発電装置1Aは、加熱部3の両面にそれぞれ1つの熱電素子2を貼り付ける構成であってもよい。
加熱部3は、熱伝導性に優れた金属材料によって形成されている。加熱部3は、熱電素子2の一方の面に接触する板状に形成されている。加熱部3は、伝熱管6と接続されている。加熱部3と伝熱管6とは、それぞれ互いに連通する内部空間7a,7bを有している。加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bには、熱媒体が封入されている。また、加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bとは、熱媒体が循環する循環経路7を形成している。即ち、伝熱管6は、熱媒流路に連通して熱媒体が循環する循環経路7を形成する。
循環経路7は、加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bとを連通して形成されている。熱媒体は、加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bとを循環する。具体的には、伝熱管6が流路5を流れる高温流体によって加熱されると、伝熱管6内を流れる熱媒体が液体から蒸気になる。即ち、伝熱管6の内部空間7bにおいて、熱媒体が蒸発し、液体から気体へと相変化する。蒸気は、伝熱管6の高い側の位置にある開口端部63から加熱部3の内部空間7aの熱媒流路へ排出される。加熱部3の内部空間7aの熱媒流路に排出された蒸気は、加熱部3の加熱面に注がれながら重力方向へ落下し、当該加熱面から放熱して熱電素子2を加熱することによって凝縮される。即ち、加熱部3の内部空間7aにおいて、熱媒体は、気体から液体へと相変化する。即ち、熱媒体は、潜熱変化し、熱媒体の凝縮温度は一定である。凝縮された熱媒体は、伝熱管6の低い側にある開口端部64から伝熱管6の内部空間7bの熱媒流路へ流入する。伝熱管6の内部空間7bに流入した熱媒体は、再び、流路5を流れる高温流体によって加熱され、液体から蒸気へと相変化する。このように、加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bとで形成された循環経路7を熱媒体が自然循環する。言い換えると、加熱部3の内部空間7aと伝熱管6の内部空間7bとで形成される循環経路7においては、ポンプ等の動力を使用せずとも、熱媒体の相変化を利用して、熱媒体を繰り返し循環させている。
冷却部4は、熱伝導性に優れた金属材料によって形成されている。冷却部4は、熱電素子2の他方の面に接触する板状に形成されている。冷却部4の内部には、冷却液が流れる冷却液流路が形成されている。
図5は、熱電発電システム10の電気系統の概略図を示す。図5に示すように、熱電発電システム10は、4つの熱電発電装置1Aと、インバータ11と、電気負荷12とを備えている。熱電発電システム10において、4つの熱電発電装置1Aは、並列に接続されている。並列に接続された4つの熱電発電装置1Aは、インバータ11に接続されている。インバータ11は、電気負荷12に接続されている。熱電発電システム10において、4つの熱電発電装置1Aで発電された電力は、インバータ11を介して電気負荷12へ供給される。
図6は、熱電発電システム10の熱媒体系統の概略図を示す。図6において、点線及び一点鎖線は熱媒体のライン、実線は冷却液のラインを示す。まず、熱媒体の流れについて説明する。図6に示すように、熱媒体ラインL1,L2,L3が熱電発電装置1Aの加熱部3に接続されている。熱媒体ラインL1,L2,L3にはそれぞれ弁が設けられている。加熱部3の内部において、熱媒体が自然循環している間、熱媒体ラインL1,L2,L3の弁は閉じている。なお、熱媒体ラインL3に設けられている弁は、圧力弁である。
次に、熱電発電装置1Aの異常を検知する構成について説明する。
実施の形態1に係る熱電発電装置1Aによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態2に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態2では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態2においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態2では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態2に係る熱電発電装置1Bによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態3に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態3では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態3においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態3では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態3に係る熱電発電装置1Cによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態4に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態4では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態4においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態4では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態4に係る熱電発電装置1Dによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態5に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態5では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態5においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態5では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態5に係る熱電発電装置1Eによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態6に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態6では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態6においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態6では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態6に係る熱電発電装置1Fによれば、以下の効果を奏することができる。
[全体構成]
本発明の実施の形態7に係る熱電発電装置について説明する。なお、実施の形態7では、主に実施の形態1と異なる点について説明する。実施の形態7においては、実施の形態1と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態7では、実施の形態1と重複する記載は省略する。
実施の形態7に係る熱電発電装置1Gによれば、以下の効果を奏することができる。
10 熱電発電システム
11 インバータ
12 電気負荷
13 タンク
14 真空ポンプ
15 熱交換器
16 冷却設備
2 熱電素子
20a,20b 熱電モジュール
3 加熱部
4 冷却部
40 冷却液流路
41 冷却液流入管
42 冷却液排出管
5 流路
6 伝熱管
61 管状部材
62 曲げ部
63,64 開口端部
7 循環経路
7a,7b 内部空間
21A 発電出力検知部
22A 熱媒圧力検知部
23A 記憶部
24A 異常検知部
21B 発電出力検知部
22B 熱媒温度検知部
23B 冷却液温度検知部
24B 記憶部
25B 異常検知部
21C 発電出力検知部
22C 熱交換量検知部
23C 記憶部
24C 異常検知部
21D 熱源温度検知部
22D 熱媒圧力検知部
23D 記憶部
24D 異常検知部
21E 熱源温度検知部
22E 熱交換量検知部
23E 記憶部
24E 異常検知部
21F 異常検知部
21G 熱媒圧力検知部
22G 異常検知部
L1,L2,L3 熱媒体ライン
L4,L5 冷却液ライン
Claims (4)
- 熱媒体が流れる熱媒流路を備える加熱部と、
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
熱源となる流路内に配置され、前記熱媒流路に連通して前記熱媒体が循環する循環経路を形成する伝熱管と、
を備える熱電発電装置であって、
前記熱電素子の発電出力を検知する発電出力検知部と、
前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記冷却液の温度を検知する冷却液温度検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱電素子の発電出力と、前記熱媒体の温度と前記冷却液の温度との差、との関係を予め記憶する記憶部と、
前記発電出力検知部が検知した発電出力と、前記熱媒温度検知部が検知した温度と前記冷却液温度検知部が検知した温度との差、との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える、熱電発電装置。 - 熱媒体が流れる熱媒流路を備える加熱部と、
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
熱源となる流路内に配置され、前記熱媒流路に連通して前記熱媒体が循環する循環経路を形成する伝熱管と、
を備える熱電発電装置であって、
熱源温度を検知する熱源温度検知部と、
前記熱媒体の圧力を検知する熱媒圧力検知部又は前記熱媒体の温度を検知する熱媒温度検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱源温度と前記熱媒体の圧力又は温度との関係を予め記憶する記憶部と、
前記熱源温度検知部が検知した温度と、前記熱媒圧力検知部が検知した圧力又は前記熱媒温度検知部が検知した温度との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える、熱電発電装置。 - 熱媒体が流れる熱媒流路を備える加熱部と、
冷却液が流れる冷却液流路を備える冷却部と、
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する熱電素子と、
熱源となる流路内に配置され、前記熱媒流路に連通して前記熱媒体が循環する循環経路を形成する伝熱管と、
を備える熱電発電装置であって、
熱源温度を検知する熱源温度検知部と、
前記冷却液の熱交換量を検知する熱交換量検知部と、
前記熱電発電装置が正常状態であるときの、前記熱源温度と前記熱交換量との関係を予め記憶する記憶部と、
前記熱源温度検知部が検知した温度と、前記熱交換量検知部が検知した熱交換量との関係が、前記記憶部に記憶された関係と異なるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部と、
を更に備える、熱電発電装置。 - 熱媒体が流れる熱媒流路を備える加熱部と、
冷却液が流れる冷却液流路を備える一対の冷却部と
一方の面に前記加熱部が設けられるとともに、他方の面に前記冷却部が設けられ、前記熱媒流路内で潜熱変化する前記熱媒体の凝縮温度と前記冷却液の温度との温度差によって発電する一対の熱電素子と、
を備える熱電発電装置であって、
前記一対の熱電素子は、前記加熱部を介して互いに対向するように設けられ、
前記一対の冷却部は、前記加熱部及び前記一対の熱電素子を介して互いに対向するように設けられ、
前記一対の熱電素子の一方の発電出力と、前記一対の熱電素子の他方の発電出力との差が、予め決められた閾値以上であるとき、前記熱電発電装置が異常であると検知する異常検知部を更に備える、熱電発電装置。
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