JPH0779019A - 熱電変換装置 - Google Patents

熱電変換装置

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Publication number
JPH0779019A
JPH0779019A JP22327293A JP22327293A JPH0779019A JP H0779019 A JPH0779019 A JP H0779019A JP 22327293 A JP22327293 A JP 22327293A JP 22327293 A JP22327293 A JP 22327293A JP H0779019 A JPH0779019 A JP H0779019A
Authority
JP
Japan
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thermoelectric
heat
temperature
thermoelectromotive force
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP22327293A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Hayashibara
Asako Koyanagi
阿佐子 小柳
光男 林原
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, 株式会社日立製作所 filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH0779019A publication Critical patent/JPH0779019A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【構成】熱電材料1,2の二端をそれぞれ温度の異なる
二つの熱源10,11に接触させ、二端を電極5で接続
して自身の熱起電力によって熱電材料に電流を通じた際
に、素子のある部分では材料の熱起電力に逆らう方向に
電流が流れるような熱電変換素子を用い、発熱あるいは
吸熱部分と外部の熱媒体20を熱交換させる。 【効果】二つの熱源の温度差による自身の熱起電力のみ
を用い、外部電源からの電流の供給なしに、電子冷熱効
果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、温度の異なる二つの熱
源の温度差を利用して発電する熱電素子を用い、電子冷
熱効果を得る熱電変換装置に関する。

【0002】

【従来の技術】熱電材料の熱起電力を利用して発電する
熱電変換装置が「直接エネルギー変換」(昭和43年,サ
ットン著,好学社発行)に、この装置に外部電源からの
電流を供給して吸熱あるいは発熱させる電子冷熱の技術
が「熱電半導体とその応用」(昭和63年,上村欣一・
西田勲夫著,日刊工業新聞社発行)に記載されている。
各々の動作時には、発電を目的とする熱電変換装置では
材料の熱起電力に従う方向の電流が流れ、電子冷熱では
材料の熱起電力に逆らう方向の電流を外部電源から供給
している。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子冷熱では、
加熱冷却のために外部電源から電流を供給する必要があ
った。

【0004】本発明の目的は、外部電源を用いずに二つ
の熱源の温度差による自己の熱起電力による電流のみで
吸発熱し、外部熱媒体を冷却あるいは加熱できる熱電変
換装置を提供することにある。

【0005】

【課題を解決するための手段】上記目的は、熱電材料の
二端をそれぞれ温度の異なる二つの熱源に接触させ、上
記二端を電極で接続して上記熱電材料に自身の熱起電力
によって電流を流し、素子内部の吸熱あるいは発熱を取
り出すことによって達成される。このとき上記熱電材料
中の或る部分では材料の熱起電力に逆らう方向に電流が
流れている。更に、熱電能の異なる二種類の熱電材料を
接合した素子を用いると、上記接合部において吸熱ある
いは発熱が起きる。この時、上記二種類の熱電材料のう
ち、熱電能の大きい方の材料中には上記熱電材料の熱起
電力に逆らう方向の電流が流れている。又、熱電材料と
外部熱媒体とを熱交換する手段としてヒートパイプの利
用が考えられる。

【0006】

【作用】熱電材料の二端をそれぞれ温度の異なる二つの
熱源に接触させ、この二端を電極で接続すると、熱電材
料に自身の熱起電力によって電流が流れる。この時、素
子の内部に熱電能が異なる部分があるとトムソン効果に
より吸熱または発熱が起きる。この熱を取り出すことに
よって、外部熱媒体を温度の高い方の熱源よりさらに高
い温度に加熱、あるいは温度の低い方の熱源よりさらに
低い温度に冷却する電子冷熱の作用が、外部電源からの
電流の供給なしに得られる。また、熱電材料部分に熱電
能の異なる二種類の熱電材料を接合した素子を用いる
と、接合部でペルチェ効果により吸熱あるいは発熱が起
きる。この熱を取り出して同様の電子冷熱作用が得られ
る。また、熱電材料と外部熱媒体とを熱交換する手段と
してヒートパイプを利用すると、外部熱媒体を流す配管
の構成の制約を少なくする作用がある。

【0007】

【実施例】図1に本発明の基本構成を示す。熱電材料1
の二端を電極5で接続し、二端をそれぞれ高温熱源10
と低温熱源11に接触させる。材料1中の温度勾配によ
り熱起電力が生じ、電極5を介して材料1中に電流が流
れる。この時、材料1中に熱電能の異なる部分があると
トムソン効果により吸熱または発熱が起きる。この素子
の一部分に熱媒体20の流れる配管21を接触させ、素
子と熱媒体を熱交換させる。素子及び配管21の周囲は
断熱材30で断熱する。

【0008】図2は本発明の第二の実施例の説明図であ
る。熱電能の異なる熱電材料1及び2に適切な性能の材
料を選定すれば、熱起電力により電極5に電流が流れ
る。この時、熱電材料1及び2の接合面3でペルチェ効
果により発熱または吸熱が起こる。これにより、配管2
1内を流れる熱媒体20を加熱または冷却する。接合面
3で発熱が起きる場合の素子内部の温度分布及び等価回
路を図3に示す。材料1及び2は、温度の高い方が負極
になるp型の熱電材料であり、材料1の熱電能は材料2
の熱電能より大きい。従って、材料1から材料2の方向
に電流が流れれば、接合部でペルチェ効果による発熱が
起きる。この発熱により接合部の温度が高温熱源の温度
より高くなると、材料1中に熱起電力に逆らう方向に電
流が流れる。これは、材料2の熱起電力が材料1の熱起
電力を上回っているからである。材料1及び2の性能指
数を1×10-2程度、材料1と材料2の熱電能の差を1
mV/K程度とすれば、高温熱源温度80℃,低温熱源
温度20℃で接合部温度95℃,加熱容量約1Wとな
る。接合面3で吸熱が起きる場合の素子の内部の温度分
布及び等価回路を図4に示す。材料1及び2は、図3の
場合と同様にp型の熱電材料であるが、材料1の熱電能
は材料2の熱電能より小さい。従って、材料1から材料
2の方向に電流が流れれば、接合部でペルチェ効果によ
る吸熱が起きる。これにより接合部の温度が低温熱源の
温度より低くなると、材料2中に熱起電力に逆らう方向
に電流が流れる。材料1及び2の性能指数を1×10-2
程度、材料1と材料2の熱電能の差を1mV/K程度と
すれば、高温熱源温度80℃低温熱源温度20℃で接合
部温度5℃,冷却容量約1Wとなる。

【0009】図5は本発明の第三の実施例である。熱媒
体20が流れる配管21は電気的にも熱的にも良導体で
ある材料からなる。ペルチェ効果による発熱及び吸熱
は、配管21と熱電材料1及び2の接合面で起きるが、
配管21の熱伝導度が十分に大きい場合には、配管21
の温度は一様になるとみなせるので、図2の実施例と同
様に熱媒体20を加熱または冷却できる。装置内部の断
熱材部分を排除できるため、実装面積を縮小できる。

【0010】図6は、熱電材料1及び2の接合面3と、
材料の外に設けた配管21をヒートパイプ25で連結し
て接合面3での発熱または吸熱を配管21内部の熱媒体
20に伝え、加熱または冷却する第四の実施例の説明図
である。材料中に配管を埋め込まない構造であるので、
配管の形状,大きさなどの制約が少ない。

【0011】図7は、熱電材料1及び2の断面積を熱源
に接する両端部分で大きく、材料1と2の接合部付近で
小さくした第五の実施例の構成を示す説明図である。接
合部付近の素子の断面積を小さくすることで見かけ上の
熱抵抗を大きくし、加熱・冷却効率を向上させる効果が
ある。

【0012】

【発明の効果】本発明の熱電変換装置は、二つの熱源の
温度差による自己の熱起電力のみで作動し、外部電源か
らの電流の供給なしに熱媒体を高温熱源以上の温度に加
熱、あるいは低温熱源以下の温度に冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施例を示す説明図。

【図2】本発明の第二実施例を示す説明図。

【図3】本発明の一実施例の使用時の温度分布及び起電
力の等価回路を示す説明図。

【図4】本発明の一実施例の使用時の温度分布及び起電
力の等価回路を示す説明図。

【図5】本発明の第三の実施例を示す説明図。

【図6】本発明の第四の実施例を示す説明図。

【図7】本発明の第五の実施例を示す説明図。

【符号の説明】

1,2…熱電材料、3…異種材料の接合面、5…電極、
10…高温熱源、11…低温熱源、20…熱媒体、21
…配管、25…ヒートパイプ、30…断熱材。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱電材料の二端をそれぞれ温度の異なる二
    つの熱源に接触させ、上記二端を電極で接続して、上記
    熱電材料に自身の熱起電力によって電流を通じる熱電変
    換素子において、上記熱電変換素子の一部に外部の熱媒
    体との熱交換手段を設けたことを特徴とする熱電変換装
    置。
  2. 【請求項2】熱電材料の二端をそれぞれ温度の異なる二
    つの熱源に接触させ、上記二端を電極で接続して、上記
    熱電材料に自身の熱起電力によって電流を通じる熱電変
    換素子において、上記熱電変換素子の或る部分では材料
    の熱起電力に逆らう方向に電流を流すことを特徴とする
    熱電変換装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、上記熱電変換素子は内
    部に熱電能の異なる二種類の熱電材料の接合部を有し、
    上記接合部に外部熱媒体との熱交換手段を設けた熱電変
    換装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、二種類の熱電材料のう
    ち熱電能の大きい方の材料には上記材料の熱起電力に逆
    らう方向の電流がながれる熱電変換装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、上記外部熱媒体との熱
    交換手段としてヒートパイプを用いた熱電変換装置。
JP22327293A 1993-09-08 1993-09-08 熱電変換装置 Pending JPH0779019A (ja)

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JP22327293A JPH0779019A (ja) 1993-09-08 1993-09-08 熱電変換装置

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JPH0779019A true JPH0779019A (ja) 1995-03-20

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JP22327293A Pending JPH0779019A (ja) 1993-09-08 1993-09-08 熱電変換装置

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JP (1) JPH0779019A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832845A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 株式会社理光 发电装置、电源装置以及成像装置
CN106765743A (zh) * 2016-11-28 2017-05-31 陈耀武 一种节能型空调装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832845A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 株式会社理光 发电装置、电源装置以及成像装置
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