JPH08254468A - 熱電対の関係にある金属材料を組み合わせた熱電発電素子及び温度センサー - Google Patents
熱電対の関係にある金属材料を組み合わせた熱電発電素子及び温度センサーInfo
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- JPH08254468A JPH08254468A JP7083260A JP8326095A JPH08254468A JP H08254468 A JPH08254468 A JP H08254468A JP 7083260 A JP7083260 A JP 7083260A JP 8326095 A JP8326095 A JP 8326095A JP H08254468 A JPH08254468 A JP H08254468A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱電対の関係にある異種金属を使用し、発電
効率の高い熱電発電素子を得る。 【構成】 この熱電発電素子は、熱電対の関係にある２
種の金属板１０，１１又は金属箔の複数を、直列接続さ
れた多数の熱電対が形成されるように一端及び他端を互
い違いに接続１２，１５し、ツヅラ折り状態に積層し、
端部に取出し電極１３，１４を接続している。この熱電
発電素子は、高温側と低温側とを仕切る隔壁自体、或い
は隔壁に埋め込んだ熱電発電装置、或いは低温側接続部
が外部に位置するように放射状に配置し、中心部に高温
流体が通過する空間部が形成された熱電発電装置として
使用される。更には、ブロック状に積層した温度センサ
ーとしても利用される。 【効果】 多数の熱電対が直列接続された構造のため、
単体としては低い起電力であっても総合され、従来の半
導体素子に匹敵する高い発電効率が得られる。
効率の高い熱電発電素子を得る。 【構成】 この熱電発電素子は、熱電対の関係にある２
種の金属板１０，１１又は金属箔の複数を、直列接続さ
れた多数の熱電対が形成されるように一端及び他端を互
い違いに接続１２，１５し、ツヅラ折り状態に積層し、
端部に取出し電極１３，１４を接続している。この熱電
発電素子は、高温側と低温側とを仕切る隔壁自体、或い
は隔壁に埋め込んだ熱電発電装置、或いは低温側接続部
が外部に位置するように放射状に配置し、中心部に高温
流体が通過する空間部が形成された熱電発電装置として
使用される。更には、ブロック状に積層した温度センサ
ーとしても利用される。 【効果】 多数の熱電対が直列接続された構造のため、
単体としては低い起電力であっても総合され、従来の半
導体素子に匹敵する高い発電効率が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、廃熱や熱伝導によって
発生する温度差を利用する熱電発電素子に関する。
発生する温度差を利用する熱電発電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】異種の金属又は半導体の二か所の接点に
温度差を与えると、ゼーベック効果によって起電力が発
生する。この起電力を利用して熱を電気に変換する直接
変換型発電装置は、設備構成が簡単であり、低騒音，小
型等の長所をもっている。そのため、熱電変換に適した
特性をもつ素材の研究が盛んになってきている。他方、
化石燃料資源の枯渇や大気の温暖化等に対する対策とし
て、各種工場から排出されている廃熱を発電に有効利用
する手段として熱電発電が有望視されている。従来の熱
電発電では、たとえば図１に示すように、ｐ型熱電材料
の多孔体１とｎ型熱電材料の多孔体２と絶縁体３を挟ん
で組み合わせている。多孔体１，２の一端側表面に低温
側プラス電極４及び低温側マイナス電極５をそれぞれ取
り付け、多孔体１，２の他端側表面に高温側共通電極６
を取り付けている。素子の高温側を加熱又は集熱し、冷
却，放熱等によって低温側から熱を取り出すと、熱電材
料１，２の内部に熱の流れ７が発生する。その結果、高
温側電極６と低温側電極４，５との間の温度差に起因し
た起電力が生じる。この起電力が取出し電極８，９で取
り出され、電力が得られる。
温度差を与えると、ゼーベック効果によって起電力が発
生する。この起電力を利用して熱を電気に変換する直接
変換型発電装置は、設備構成が簡単であり、低騒音，小
型等の長所をもっている。そのため、熱電変換に適した
特性をもつ素材の研究が盛んになってきている。他方、
化石燃料資源の枯渇や大気の温暖化等に対する対策とし
て、各種工場から排出されている廃熱を発電に有効利用
する手段として熱電発電が有望視されている。従来の熱
電発電では、たとえば図１に示すように、ｐ型熱電材料
の多孔体１とｎ型熱電材料の多孔体２と絶縁体３を挟ん
で組み合わせている。多孔体１，２の一端側表面に低温
側プラス電極４及び低温側マイナス電極５をそれぞれ取
り付け、多孔体１，２の他端側表面に高温側共通電極６
を取り付けている。素子の高温側を加熱又は集熱し、冷
却，放熱等によって低温側から熱を取り出すと、熱電材
料１，２の内部に熱の流れ７が発生する。その結果、高
温側電極６と低温側電極４，５との間の温度差に起因し
た起電力が生じる。この起電力が取出し電極８，９で取
り出され、電力が得られる。
【０００３】熱電変換用材料に要求される特性は、次式
で表される性能指数Ｚが大きいこととされている。 Ｚ＝α2 ／ρ・λ ただし、α：ゼーベック係数であり、１℃当りの熱起電
力を示す。 ρ：電気抵抗率 λ：熱伝導率 すなわち、ゼーベック係数αが大きく、電気抵抗率ρが
小さく、熱伝導率λの小さいものほど、熱電発電として
適した材料である。また、使用される雰囲気から、耐熱
性に優れていることも要求される。材料特性に対するこ
のような要求から、起電力が大きく性能係数Ｚが高い各
種半導体材料、最近では特に耐熱性に優れたＦｅＳｉ2
等が開発されている。しかし、コスト及び実用性を含め
た観点からするとき、熱電発電材料として十分な特性を
もった材料はいまだ実用化されていない。そのため、熱
電発電は、種々の長所をもっているにも拘らず、宇宙探
査機器等の特殊な用途分野での使用に止まっている。
で表される性能指数Ｚが大きいこととされている。 Ｚ＝α2 ／ρ・λ ただし、α：ゼーベック係数であり、１℃当りの熱起電
力を示す。 ρ：電気抵抗率 λ：熱伝導率 すなわち、ゼーベック係数αが大きく、電気抵抗率ρが
小さく、熱伝導率λの小さいものほど、熱電発電として
適した材料である。また、使用される雰囲気から、耐熱
性に優れていることも要求される。材料特性に対するこ
のような要求から、起電力が大きく性能係数Ｚが高い各
種半導体材料、最近では特に耐熱性に優れたＦｅＳｉ2
等が開発されている。しかし、コスト及び実用性を含め
た観点からするとき、熱電発電材料として十分な特性を
もった材料はいまだ実用化されていない。そのため、熱
電発電は、種々の長所をもっているにも拘らず、宇宙探
査機器等の特殊な用途分野での使用に止まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】性能指数Ｚは、前掲し
た式にみられるように、熱伝導率λを小さくすることに
よっても改善される。この場合、より少ない発熱量でよ
り大きな温度差，ひいては発電量が得られ、発電に消費
した燃料のエネルギー変換効率が高くなる。また、他の
システムの廃熱を熱源として使用する場合や、あるシス
テムの熱伝導に伴って自然発生する温度差を利用する場
合、燃料コストを考慮する必要はなく、むしろ装置のコ
ストパフォーマンスが重要になってくる。ところで、熱
電対材料として使用されている金属材料は、起電力が低
く、熱伝導率が大きいことから、熱電発電材料としての
利用は進んでいない。しかし、生産性が高く、加工が容
易で安価な材料を入手し易いことから、金属材料で十分
な性能をもった熱電発電材料を金属材料で作成すること
が可能になると、熱電発電装置の普及が促進され、従来
放置されていた廃熱や自然発生する温度差等から電力を
有効に取り出すことができる。本発明は、このような要
求に応えるべく、起電力が低く熱伝導率が大きいことか
ら熱電材料としては従来考えられていなかった金属材料
で多数の熱電対が直列接続された構造体を作ることによ
り、コスト的に有利な金属板を使用して十分な発電効率
をもち、実用可能な電力を取り出すことができる熱電発
電装置を得ることを目的とする。
た式にみられるように、熱伝導率λを小さくすることに
よっても改善される。この場合、より少ない発熱量でよ
り大きな温度差，ひいては発電量が得られ、発電に消費
した燃料のエネルギー変換効率が高くなる。また、他の
システムの廃熱を熱源として使用する場合や、あるシス
テムの熱伝導に伴って自然発生する温度差を利用する場
合、燃料コストを考慮する必要はなく、むしろ装置のコ
ストパフォーマンスが重要になってくる。ところで、熱
電対材料として使用されている金属材料は、起電力が低
く、熱伝導率が大きいことから、熱電発電材料としての
利用は進んでいない。しかし、生産性が高く、加工が容
易で安価な材料を入手し易いことから、金属材料で十分
な性能をもった熱電発電材料を金属材料で作成すること
が可能になると、熱電発電装置の普及が促進され、従来
放置されていた廃熱や自然発生する温度差等から電力を
有効に取り出すことができる。本発明は、このような要
求に応えるべく、起電力が低く熱伝導率が大きいことか
ら熱電材料としては従来考えられていなかった金属材料
で多数の熱電対が直列接続された構造体を作ることによ
り、コスト的に有利な金属板を使用して十分な発電効率
をもち、実用可能な電力を取り出すことができる熱電発
電装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の熱電発電素子
は、その目的を達成するため、熱電対の関係にある２種
の金属板又は金属箔の複数を、直列接続された多数の熱
電対が形成されるように一端及び他端を互い違いに接続
し、ツヅラ折り状態に積層し、端部に取出し電極を接続
したことを特徴とする。この熱電発電素子は、ツヅラ折
り状態に積層したフラットなものを高温側と低温側とを
仕切る隔壁とし、或いは高温側と低温側とを仕切る隔壁
に埋め込んむことにより、熱電発電装置として使用する
ことができる。また、ツヅラ折り状態に積層した熱電発
電素子を、低温側接続部が外部に位置するように放射状
に配置し、中心部に高温流体が通過する空間部が形成さ
れている熱電発電装置を構成することもできる。更に
は、ツヅラ折り状態の熱電発電素子を体積が最も小さく
なるブロック状に積層するとき、出力電圧が大きな高感
度の温度センサーが得られる。
は、その目的を達成するため、熱電対の関係にある２種
の金属板又は金属箔の複数を、直列接続された多数の熱
電対が形成されるように一端及び他端を互い違いに接続
し、ツヅラ折り状態に積層し、端部に取出し電極を接続
したことを特徴とする。この熱電発電素子は、ツヅラ折
り状態に積層したフラットなものを高温側と低温側とを
仕切る隔壁とし、或いは高温側と低温側とを仕切る隔壁
に埋め込んむことにより、熱電発電装置として使用する
ことができる。また、ツヅラ折り状態に積層した熱電発
電素子を、低温側接続部が外部に位置するように放射状
に配置し、中心部に高温流体が通過する空間部が形成さ
れている熱電発電装置を構成することもできる。更に
は、ツヅラ折り状態の熱電発電素子を体積が最も小さく
なるブロック状に積層するとき、出力電圧が大きな高感
度の温度センサーが得られる。
【０００６】本発明に従った熱電発電素子は、図２に示
すような一対の素子構造を基本としている。熱電発電素
子を構成する材料としては、熱起電力をもつ２種類の金
属の組合せの圧延材，箔材等が使用される。これら金属
板１０，１１の一端を接合して高温側接合部１２とす
る。このように組み合わせた金属板１０，１１に対し、
高温側接合部１２から他端に向かう熱の流れを作ると、
金属板１０，１１の内部に温度差が生じ、低温側に接続
した取出し電極１３，１４から電力が取り出される。し
かし、一対の組合せから取出される電力は、極僅かであ
り、実用的でない。そこで、本発明では、図３に示すよ
うに多数の金属板１０，１１を対面状で配列し、上端及
び下端を交互に接続し、高温側接続部１２及び低温側接
続部１５を形成する。これにより、多数の熱電対が直列
に接続されたツヅラ折り状の熱電対パイル１６が得られ
る。接続部１２，１５は、溶接，圧接，ろう付け等によ
って金属板１０，１１の上端及び下端を導電接続するこ
とにより形成される。
すような一対の素子構造を基本としている。熱電発電素
子を構成する材料としては、熱起電力をもつ２種類の金
属の組合せの圧延材，箔材等が使用される。これら金属
板１０，１１の一端を接合して高温側接合部１２とす
る。このように組み合わせた金属板１０，１１に対し、
高温側接合部１２から他端に向かう熱の流れを作ると、
金属板１０，１１の内部に温度差が生じ、低温側に接続
した取出し電極１３，１４から電力が取り出される。し
かし、一対の組合せから取出される電力は、極僅かであ
り、実用的でない。そこで、本発明では、図３に示すよ
うに多数の金属板１０，１１を対面状で配列し、上端及
び下端を交互に接続し、高温側接続部１２及び低温側接
続部１５を形成する。これにより、多数の熱電対が直列
に接続されたツヅラ折り状の熱電対パイル１６が得られ
る。接続部１２，１５は、溶接，圧接，ろう付け等によ
って金属板１０，１１の上端及び下端を導電接続するこ
とにより形成される。
【０００７】このとき、金属板１０，１１の対向面間に
短絡回路が形成されないように、予め金属板１０，１１
の表面に絶縁皮膜を形成しておくことが必要である。絶
縁皮膜は、加熱酸化，セラミックス等のコーティング，
酸等を使用した薬品処理等、材料の特性に応じて種々の
方法が採用される。たとえば、熱電対材料として代表的
なアルメル／クロメルにあっては、加熱酸化によって強
固で絶縁性に優れたアルミナ質，酸化クロム質等の絶縁
皮膜が容易に形成される。このように多数の熱電対を直
列接続した構造をもっているので、取出し電極１３，１
４から取り出される電力は、個々の熱電対で発生した起
電力が集約されたものとなる。そのため、一対では起電
力が低い金属材料の組み合わせであっても、電力の取出
しに十分な電圧が得られる。また、温度センサーとして
使用するとき、出力電圧が高いことから高感度の温度セ
ンサーを作ることができる。また、本発明の熱電発電素
子は、多数の熱電対を直列接続したツヅラ折り状の構造
をもっていることから、システムや熱源に対応し、更に
は使用目的に応じて種々の形状に変形させることが容易
である。
短絡回路が形成されないように、予め金属板１０，１１
の表面に絶縁皮膜を形成しておくことが必要である。絶
縁皮膜は、加熱酸化，セラミックス等のコーティング，
酸等を使用した薬品処理等、材料の特性に応じて種々の
方法が採用される。たとえば、熱電対材料として代表的
なアルメル／クロメルにあっては、加熱酸化によって強
固で絶縁性に優れたアルミナ質，酸化クロム質等の絶縁
皮膜が容易に形成される。このように多数の熱電対を直
列接続した構造をもっているので、取出し電極１３，１
４から取り出される電力は、個々の熱電対で発生した起
電力が集約されたものとなる。そのため、一対では起電
力が低い金属材料の組み合わせであっても、電力の取出
しに十分な電圧が得られる。また、温度センサーとして
使用するとき、出力電圧が高いことから高感度の温度セ
ンサーを作ることができる。また、本発明の熱電発電素
子は、多数の熱電対を直列接続したツヅラ折り状の構造
をもっていることから、システムや熱源に対応し、更に
は使用目的に応じて種々の形状に変形させることが容易
である。
【０００８】たとえば、図４に示すように、体積を最も
小さくしたブロック状にしてもよい。ブロック状の素子
構造は、温度センサーとしての利用に適している。ツヅ
ラ折り状の構造は、高温側と低温側とを仕切る隔壁とし
て使用することもできる。たとえば、図５に示すよう
に、高温側をボイラーのバーナ側に配置し、低温側を水
槽側に配置するとき、素子内部に矢印で示した熱の流れ
が生じるため、それに伴った温度差に対応した電力が取
り出される。また、図６に示すように、積層した金属板
１０，１１の一部を長くして集放熱フィン部１７とする
とき、ブロックにした際に本体周辺の気体又は液体に対
して集放熱の効率が向上する。金属板１０，１１の多数
対を図７（ａ）に示すように放射状に配列すると、小さ
な熱源から所要の電力を取り出すことができる。この場
合、熱源としては、たとえば図７（ｂ）に示すように中
心部に配置された排ガス管１８を流れる排ガスの熱が利
用される。また、低温側接合部１５が広がって外部に向
かっているため、放熱が効率よく促進され、熱の流れ、
ひいては金属板１０，１１内の温度差が大きくなり、結
果として大きな電力が取り出される。
小さくしたブロック状にしてもよい。ブロック状の素子
構造は、温度センサーとしての利用に適している。ツヅ
ラ折り状の構造は、高温側と低温側とを仕切る隔壁とし
て使用することもできる。たとえば、図５に示すよう
に、高温側をボイラーのバーナ側に配置し、低温側を水
槽側に配置するとき、素子内部に矢印で示した熱の流れ
が生じるため、それに伴った温度差に対応した電力が取
り出される。また、図６に示すように、積層した金属板
１０，１１の一部を長くして集放熱フィン部１７とする
とき、ブロックにした際に本体周辺の気体又は液体に対
して集放熱の効率が向上する。金属板１０，１１の多数
対を図７（ａ）に示すように放射状に配列すると、小さ
な熱源から所要の電力を取り出すことができる。この場
合、熱源としては、たとえば図７（ｂ）に示すように中
心部に配置された排ガス管１８を流れる排ガスの熱が利
用される。また、低温側接合部１５が広がって外部に向
かっているため、放熱が効率よく促進され、熱の流れ、
ひいては金属板１０，１１内の温度差が大きくなり、結
果として大きな電力が取り出される。
【０００９】高温側と低温側とを仕切る隔壁１９の中
に、図８に示すように金属板１０，１１を埋め込むこと
もできる。この場合、高温側接合部１２及び低温側接合
部１５をそれぞれ高温側雰囲気及び低温側雰囲気に突出
させることにより、金属板１０，１１の内部に熱の流れ
が生起され、高低温側領域での熱の収集及び放熱が効率
よく行われる。金属板１０，１１が埋め込まれる隔壁と
しては、図８に示すフラットな隔壁１９に限らず、図９
に示すように円筒状の隔壁２０も採用可能である。この
タイプの熱電発電素子は、たとえば自動車用エンジン等
の排気管に取り付けることができるので、排ガスからの
廃熱回収に効果的である。
に、図８に示すように金属板１０，１１を埋め込むこと
もできる。この場合、高温側接合部１２及び低温側接合
部１５をそれぞれ高温側雰囲気及び低温側雰囲気に突出
させることにより、金属板１０，１１の内部に熱の流れ
が生起され、高低温側領域での熱の収集及び放熱が効率
よく行われる。金属板１０，１１が埋め込まれる隔壁と
しては、図８に示すフラットな隔壁１９に限らず、図９
に示すように円筒状の隔壁２０も採用可能である。この
タイプの熱電発電素子は、たとえば自動車用エンジン等
の排気管に取り付けることができるので、排ガスからの
廃熱回収に効果的である。
【００１０】
【作用】本発明においては、熱電対の関係にある金属板
又は金属箔の組合せを使用している。そのため、集熱・
放熱効果が向上し、必要に応じてプレス加工等により板
の形状を波形や凹凸にしたり、孔の開設が容易に行われ
る。また、熱電材料の製造に従来から使用されてきた粉
体焼結法にみられるような粉体粒子の調整や混練・圧粉
成形等の面倒な工程が省略され、製造面でも有利とな
る。本発明に従った熱電発電素子では、発電に必要な温
度差として他のシステムの廃熱や熱伝導による温度差を
利用している。そのため、燃料の電気に変換される効率
はさほど重要でなくなり。また熱電素子に要求される特
性としての性能指数Ｚの重要性も少ない。この点、発生
する温度差が材料の特性に直接起因しない場合、単にｐ
＝α2 ／ρ（αは温度差１℃当りの起電力，ρは電気抵
抗率）で表される出力率ｐで性能を評価することができ
る。ここで、素子材料として、半導体に比較して抵抗率
ρが十分に小さな金属板１０，１１又は金属箔を使用し
ているので、起電力αを電力として取り出す効率も向上
する。廃熱を利用する場合にあっても実用に耐える起電
力を得るためには、単体の熱電対としての出力率ｐが１
×１０-3Ｗ／ｍＫ2 以上であることが好ましい。この要
件を満足する材料の組合せとしては、アルメル／クロメ
ル，鉄／コンスタンタン，クロメル／コンスタンタン等
がある。材料の選択に際しては、出力率Ｐを始めとし
て、耐熱性，コスト，加工性等が考慮される。
又は金属箔の組合せを使用している。そのため、集熱・
放熱効果が向上し、必要に応じてプレス加工等により板
の形状を波形や凹凸にしたり、孔の開設が容易に行われ
る。また、熱電材料の製造に従来から使用されてきた粉
体焼結法にみられるような粉体粒子の調整や混練・圧粉
成形等の面倒な工程が省略され、製造面でも有利とな
る。本発明に従った熱電発電素子では、発電に必要な温
度差として他のシステムの廃熱や熱伝導による温度差を
利用している。そのため、燃料の電気に変換される効率
はさほど重要でなくなり。また熱電素子に要求される特
性としての性能指数Ｚの重要性も少ない。この点、発生
する温度差が材料の特性に直接起因しない場合、単にｐ
＝α2 ／ρ（αは温度差１℃当りの起電力，ρは電気抵
抗率）で表される出力率ｐで性能を評価することができ
る。ここで、素子材料として、半導体に比較して抵抗率
ρが十分に小さな金属板１０，１１又は金属箔を使用し
ているので、起電力αを電力として取り出す効率も向上
する。廃熱を利用する場合にあっても実用に耐える起電
力を得るためには、単体の熱電対としての出力率ｐが１
×１０-3Ｗ／ｍＫ2 以上であることが好ましい。この要
件を満足する材料の組合せとしては、アルメル／クロメ
ル，鉄／コンスタンタン，クロメル／コンスタンタン等
がある。材料の選択に際しては、出力率Ｐを始めとし
て、耐熱性，コスト，加工性等が考慮される。
【００１１】
【実施例】出力率ｐ＝２〜３×１０-3のアルメル（Ｎｉ
−２Ａｌ合金），クロメル（Ｎｉ−１０Ｃｒ合金）を、
金属板１０，１１として使用した。板厚５０μｍの金属
板１０，１１を１０ｍｍ×４０ｍｍの短冊状に裁断し
た。短冊状のアルメル及びクロメルそれぞれ４１枚を、
図３に示すように交互に重ね、上端及び下端を交互にス
ポット溶接によって接合した。これにより、アルメル及
びクロメルが交互に接続されたツヅラ折り状態になり、
４１対のアルメル／クロメル対が直列接続された。得ら
れたツヅラ折りを畳み、幅１０ｍｍ，厚み５ｍｍ及び長
さ４０ｍｍのブロックとした。このブロックを１０００
℃の大気中で４５分間加熱酸化処理した結果、アルメル
表面にアルミナ、クロメル表面に酸化クロムの絶縁性皮
膜が形成された。
−２Ａｌ合金），クロメル（Ｎｉ−１０Ｃｒ合金）を、
金属板１０，１１として使用した。板厚５０μｍの金属
板１０，１１を１０ｍｍ×４０ｍｍの短冊状に裁断し
た。短冊状のアルメル及びクロメルそれぞれ４１枚を、
図３に示すように交互に重ね、上端及び下端を交互にス
ポット溶接によって接合した。これにより、アルメル及
びクロメルが交互に接続されたツヅラ折り状態になり、
４１対のアルメル／クロメル対が直列接続された。得ら
れたツヅラ折りを畳み、幅１０ｍｍ，厚み５ｍｍ及び長
さ４０ｍｍのブロックとした。このブロックを１０００
℃の大気中で４５分間加熱酸化処理した結果、アルメル
表面にアルミナ、クロメル表面に酸化クロムの絶縁性皮
膜が形成された。
【００１２】その後、ブロックの両端に、取出し電極１
３，１４をスポット溶接で取り付けた。ブロックのツヅ
ラ折り方向に圧力を加えながら、取出し電極１３，１４
間の電気抵抗を測定したところ、圧力の如何による電気
抵抗の変化がみられなかった。このことから、各層間が
十分に電気絶縁されていることが確認された。ただし、
各層間にかかる電圧は数十ｍＶ程度であるので、絶縁皮
膜にはそれほどの耐電圧特性は要求されない。得られた
素子ブロックの高温側を６５０℃に、低温側を５０℃に
保ち、温度差６００Ｋをつけた発電実験を行った。その
結果、端子解放電圧がＥ＝１．０Ｖ及び作動時内部抵抗
がＲi ＝５Ωであった。このことから、負荷５Ωを接続
すると、外部に取出し可能な電力は、Ｐout ＝Ｅ2 ／４
Ｒi から５０ｍＷであることが判る。この結果は、従来
のＦｅＳｉ2 等の半導体材料によるトップデータと比較
してもオーダー的に近い水準といえる。
３，１４をスポット溶接で取り付けた。ブロックのツヅ
ラ折り方向に圧力を加えながら、取出し電極１３，１４
間の電気抵抗を測定したところ、圧力の如何による電気
抵抗の変化がみられなかった。このことから、各層間が
十分に電気絶縁されていることが確認された。ただし、
各層間にかかる電圧は数十ｍＶ程度であるので、絶縁皮
膜にはそれほどの耐電圧特性は要求されない。得られた
素子ブロックの高温側を６５０℃に、低温側を５０℃に
保ち、温度差６００Ｋをつけた発電実験を行った。その
結果、端子解放電圧がＥ＝１．０Ｖ及び作動時内部抵抗
がＲi ＝５Ωであった。このことから、負荷５Ωを接続
すると、外部に取出し可能な電力は、Ｐout ＝Ｅ2 ／４
Ｒi から５０ｍＷであることが判る。この結果は、従来
のＦｅＳｉ2 等の半導体材料によるトップデータと比較
してもオーダー的に近い水準といえる。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の熱電発
電素子においては、起電力の低い熱電対材料を使用した
場合であっても、多数の熱電対が直列接続された構造を
もっているため、総合された起電力が電力の取出しに十
分な電圧をもったものとなる。そのため、工業的に生産
される安価な金属材料を使用して、たとえば溶鉱炉，ガ
ス燃焼炉，自動車エンジン等の排気熱，太陽熱，焼却炉
の廃熱等，従来では無駄に放散されている熱源から電力
を取り出すことができる。また、ボイラー等の加熱部と
水槽との間の熱伝導によって自然発生する温度差を利用
するとき、コストパフォーマンスの良好な熱電発電装置
を提供することが可能となる。更には、ツヅラ折りにし
た金属板をコンパクトなブロックとするとき、出力電圧
が大きな高感度温度センサーとしても利用できる。
電素子においては、起電力の低い熱電対材料を使用した
場合であっても、多数の熱電対が直列接続された構造を
もっているため、総合された起電力が電力の取出しに十
分な電圧をもったものとなる。そのため、工業的に生産
される安価な金属材料を使用して、たとえば溶鉱炉，ガ
ス燃焼炉，自動車エンジン等の排気熱，太陽熱，焼却炉
の廃熱等，従来では無駄に放散されている熱源から電力
を取り出すことができる。また、ボイラー等の加熱部と
水槽との間の熱伝導によって自然発生する温度差を利用
するとき、コストパフォーマンスの良好な熱電発電装置
を提供することが可能となる。更には、ツヅラ折りにし
た金属板をコンパクトなブロックとするとき、出力電圧
が大きな高感度温度センサーとしても利用できる。
【図１】 熱電発電装置の概念図
【図２】 本発明に従った熱電発電素子の基本構造
【図３】 複数の熱電対を直列接続した熱電発電素子
【図４】 温度センサーとして利用する熱電発電素子
【図５】 隔壁を兼ねた熱電発電素子
【図６】 集放熱フィンを設けた熱電発電素子
【図７】 多数の熱電対を放射状に配置した熱電発電素
子の断面図（ａ）及び斜視図（ｂ）
子の断面図（ａ）及び斜視図（ｂ）
【図８】 隔壁に埋め込んだ熱電発電素子
【図９】 円筒状の隔壁に埋め込んだ熱電発電素子
１０，１１：金属板 １２：高温側接合部 １３，
１４：取出し電極 １５：低温側接合部 １６：熱
電対パイル １７：集放熱フィン １８：排ガス管
１９：隔壁 ２０：円筒状の隔壁
１４：取出し電極 １５：低温側接合部 １６：熱
電対パイル １７：集放熱フィン １８：排ガス管
１９：隔壁 ２０：円筒状の隔壁
Claims (4)
- 【請求項１】 熱電対の関係にある２種の金属板又は金
属箔の複数を、直列接続された多数の熱電対が形成され
るように一端及び他端を互い違いに接続し、ツヅラ折り
状態に積層し、端部に取出し電極を接続した熱電発電素
子。 - 【請求項２】 請求項１記載のツヅラ折り状態に積層し
たフラットな熱電発電素子を、高温側と低温側とを仕切
る隔壁とする、或いは高温側と低温側とを仕切る隔壁に
埋め込んだ熱電発電装置。 - 【請求項３】 請求項１記載のツヅラ折り状態に積層し
た熱電発電素子を、低温側接続部が外部に位置するよう
に放射状に配置し、中心部に高温流体が通過する空間部
が形成されている熱電発電装置。 - 【請求項４】 請求項１記載のツヅラ折り状態の熱電発
電素子をブロック状に積層した温度センサー。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7083260A JPH08254468A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 熱電対の関係にある金属材料を組み合わせた熱電発電素子及び温度センサー |
| DE69610516T DE69610516T2 (de) | 1995-03-09 | 1996-02-27 | Thermoelektrischer Leistungsgenerator unter Verwendung von porösen Metallblöcken mit einer Anzahl von Thermoelementen in Serienschaltung |
| EP96102924A EP0731513B1 (en) | 1995-03-09 | 1996-02-27 | Thermo-electric power generation using porous metal blocks having a plurality of thermocouples connected in series |
| US08/612,280 US5726380A (en) | 1995-03-09 | 1996-03-07 | Thermo-electric power generation using porous metal blocks having a plurality of thermocouples connected in series |
| CA002171384A CA2171384C (en) | 1995-03-09 | 1996-03-08 | Thermo-electric power generation using porous metal blocks having a plurality of thermocouples connected in series |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7083260A JPH08254468A (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 熱電対の関係にある金属材料を組み合わせた熱電発電素子及び温度センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254468A true JPH08254468A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13797384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7083260A Withdrawn JPH08254468A (ja) | 1995-03-09 | 1995-03-15 | 熱電対の関係にある金属材料を組み合わせた熱電発電素子及び温度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08254468A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002345271A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-29 | Michiro Kozutsumi | 多孔体熱電発電素子 |
| JP2003038423A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 医療機器 |
| KR102443226B1 (ko) * | 2021-11-11 | 2022-09-15 | 군산대학교산학협력단 | 응답속도가 빠른 평균 온도 센서 |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP7083260A patent/JPH08254468A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002345271A (ja) * | 2001-05-16 | 2002-11-29 | Michiro Kozutsumi | 多孔体熱電発電素子 |
| JP2003038423A (ja) * | 2001-07-26 | 2003-02-12 | Olympus Optical Co Ltd | 医療機器 |
| KR102443226B1 (ko) * | 2021-11-11 | 2022-09-15 | 군산대학교산학협력단 | 응답속도가 빠른 평균 온도 센서 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |