JPH0829083A - 熱電変換素子用熱交換器 - Google Patents
熱電変換素子用熱交換器Info
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- JPH0829083A JPH0829083A JP15870094A JP15870094A JPH0829083A JP H0829083 A JPH0829083 A JP H0829083A JP 15870094 A JP15870094 A JP 15870094A JP 15870094 A JP15870094 A JP 15870094A JP H0829083 A JPH0829083 A JP H0829083A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、熱電変換素子接触面の隙間を最低限
に抑制することによる接触熱抵抗の低減が可能で、熱電
変換素子両端に最大限の温度差を生じさせる熱電変換素
子用熱交換器を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、高温隔壁として高温熱媒体２０の圧
力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる
高温薄肉隔壁１０２を用い、高温薄肉隔壁１０２と複数
の熱電変換素子３０とが高温熱媒体２０の圧力により接
触し、高温薄肉隔壁１０２に熱電変換素子３０と同数で
熱電変換素子３０の高温薄肉隔壁１０２と接触する部分
と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触して複
数の熱電変換素子３０を実装して構成する。
に抑制することによる接触熱抵抗の低減が可能で、熱電
変換素子両端に最大限の温度差を生じさせる熱電変換素
子用熱交換器を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、高温隔壁として高温熱媒体２０の圧
力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる
高温薄肉隔壁１０２を用い、高温薄肉隔壁１０２と複数
の熱電変換素子３０とが高温熱媒体２０の圧力により接
触し、高温薄肉隔壁１０２に熱電変換素子３０と同数で
熱電変換素子３０の高温薄肉隔壁１０２と接触する部分
と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触して複
数の熱電変換素子３０を実装して構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温の熱媒体と低温の
熱媒体により熱電変換素子に温度差を与えるために用い
る熱電変換素子用熱交換器に関する。
熱媒体により熱電変換素子に温度差を与えるために用い
る熱電変換素子用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、熱機関や燃料電池、電子機器等の
排熱を有効に利用するため、熱を電気に直接変換する熱
電変換装置の研究開発がさかんに行われており、高温の
熱媒体と低温の熱媒体により熱電変換素子に効率よく温
度差が与えられる熱電変換素子用熱交換器の必要性が高
まっている。
排熱を有効に利用するため、熱を電気に直接変換する熱
電変換装置の研究開発がさかんに行われており、高温の
熱媒体と低温の熱媒体により熱電変換素子に効率よく温
度差が与えられる熱電変換素子用熱交換器の必要性が高
まっている。
【０００３】従来の熱電変換素子用熱交換器の平面図と
断面図を図３（ａ），（ｂ）に示す。本装置は、高温熱
伝達部１０、高温熱媒体２０、熱電変換素子３０、側面
断熱材４０、低温熱伝達部５０、低温熱媒体６０および
締め付け具７０からなり、高温熱伝達部１０は高温熱媒
体流路１１、高温隔壁１２および高温断熱材１３で構成
され、低温熱伝達部５０は低温熱媒体流路５１、低温隔
壁５２および低温断熱材５３で構成され、締め付け具７
０は締め付けボルトナット７１および締め付け用バネ７
２で構成される。
断面図を図３（ａ），（ｂ）に示す。本装置は、高温熱
伝達部１０、高温熱媒体２０、熱電変換素子３０、側面
断熱材４０、低温熱伝達部５０、低温熱媒体６０および
締め付け具７０からなり、高温熱伝達部１０は高温熱媒
体流路１１、高温隔壁１２および高温断熱材１３で構成
され、低温熱伝達部５０は低温熱媒体流路５１、低温隔
壁５２および低温断熱材５３で構成され、締め付け具７
０は締め付けボルトナット７１および締め付け用バネ７
２で構成される。
【０００４】本装置の動作を以下に示す。外部装置から
供給される高温熱媒体２０は高温熱媒体流路１１内を流
れ、高温隔壁１２に熱を伝達させる。高温断熱材１３は
高温熱媒体流路１１を囲んで設置されており、高温熱媒
体２０と外気との断熱を行う。熱電変換素子３０は高温
隔壁１２と接触して実装されており、高温隔壁１２から
熱電変換素子３０へ熱が伝達される。側面断熱材４０は
熱電変換素子３０の両側に設置され、熱電変換素子３０
の外気との断熱を行う。また、低温隔壁５２は熱電変換
素子３０に対して高温隔壁１２の反対側に接触して設置
されており、熱電変換素子３０を貫流した熱が低温隔壁
５２に伝達される。低温隔壁５２を貫流した熱は、外部
装置から供給された低温熱媒体流路５１を流れる低温熱
媒体６０に伝達される。低温断熱材５３は低温熱媒体流
路５１を囲んで設置されており、低温熱媒体６０と外気
との断熱を行う。締め付けボルトナット７１は高温熱伝
達部１０および低温熱伝達部５０を貫通しており、締め
付け用バネ７２により熱電変換素子３０と高温隔壁１
２、および熱電変換素子３０と低温隔壁５２との接触力
を調整する。
供給される高温熱媒体２０は高温熱媒体流路１１内を流
れ、高温隔壁１２に熱を伝達させる。高温断熱材１３は
高温熱媒体流路１１を囲んで設置されており、高温熱媒
体２０と外気との断熱を行う。熱電変換素子３０は高温
隔壁１２と接触して実装されており、高温隔壁１２から
熱電変換素子３０へ熱が伝達される。側面断熱材４０は
熱電変換素子３０の両側に設置され、熱電変換素子３０
の外気との断熱を行う。また、低温隔壁５２は熱電変換
素子３０に対して高温隔壁１２の反対側に接触して設置
されており、熱電変換素子３０を貫流した熱が低温隔壁
５２に伝達される。低温隔壁５２を貫流した熱は、外部
装置から供給された低温熱媒体流路５１を流れる低温熱
媒体６０に伝達される。低温断熱材５３は低温熱媒体流
路５１を囲んで設置されており、低温熱媒体６０と外気
との断熱を行う。締め付けボルトナット７１は高温熱伝
達部１０および低温熱伝達部５０を貫通しており、締め
付け用バネ７２により熱電変換素子３０と高温隔壁１
２、および熱電変換素子３０と低温隔壁５２との接触力
を調整する。
【０００５】本構成により、高温熱媒体２０の熱を熱電
変換素子３０を貫流させた後に低温熱媒体６０へ伝達さ
せることができ、熱電変換素子３０の熱抵抗により熱電
変換素子３０の両端に温度差を生じさせることができ
る。
変換素子３０を貫流させた後に低温熱媒体６０へ伝達さ
せることができ、熱電変換素子３０の熱抵抗により熱電
変換素子３０の両端に温度差を生じさせることができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本装置では締
め付け用バネ７２の締め付け力を箇々の熱電変換素子３
０と高温隔壁１２の接触面、あるいは熱電変換素子３０
と低温隔壁５２の接触面に均一に伝達させるために、高
温隔壁１２および低温隔壁５２は非常な剛性の高い材料
を用いる必要がある。従って、図４に示すように熱電変
換素子３０の大きさ、形等にばらつきがある場合に熱電
変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは熱電変換素子３
０と低温隔壁５２の間に隙間が生じる。この隙間は熱電
変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは熱電変換素子３
０と低温隔壁５２の接触熱抵抗を非常に大きくするた
め、ここでの温度損失が大きくなり、熱電変換素子３０
両端の温度差が小さくなってしまうという問題が生じ
る。熱電変換素子３０として、熱電半導体を用いた場合
には素子の絶縁、構造部材としてセラミックを用いるこ
とが一般的であり、素子の大きさ、形状のばらつきは必
ずといって良いほど発生するため、この問題は深刻であ
る。
め付け用バネ７２の締め付け力を箇々の熱電変換素子３
０と高温隔壁１２の接触面、あるいは熱電変換素子３０
と低温隔壁５２の接触面に均一に伝達させるために、高
温隔壁１２および低温隔壁５２は非常な剛性の高い材料
を用いる必要がある。従って、図４に示すように熱電変
換素子３０の大きさ、形等にばらつきがある場合に熱電
変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは熱電変換素子３
０と低温隔壁５２の間に隙間が生じる。この隙間は熱電
変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは熱電変換素子３
０と低温隔壁５２の接触熱抵抗を非常に大きくするた
め、ここでの温度損失が大きくなり、熱電変換素子３０
両端の温度差が小さくなってしまうという問題が生じ
る。熱電変換素子３０として、熱電半導体を用いた場合
には素子の絶縁、構造部材としてセラミックを用いるこ
とが一般的であり、素子の大きさ、形状のばらつきは必
ずといって良いほど発生するため、この問題は深刻であ
る。
【０００７】さらに、熱電変換素子３０と高温隔壁１
２、あるいは熱電変換素子３０と低温隔壁５２の間の隙
間により熱電変換素子３０に加わる応力に不均一が生
じ、応力が集中した部分では素子を破壊する恐れがある
という問題も生じる。
２、あるいは熱電変換素子３０と低温隔壁５２の間の隙
間により熱電変換素子３０に加わる応力に不均一が生
じ、応力が集中した部分では素子を破壊する恐れがある
という問題も生じる。
【０００８】従来、この問題を解決するために図５に示
すように、熱電変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは
熱電変換素子３０と低温隔壁５２に発生した隙間に、高
熱伝導性充填材もしくは金属ウェッブ等３０１を充填
し、隙間部分の熱抵抗を改善するとともに、素子に加わ
る応力の分散を図る方法が用いられている。しかし、こ
の方法を用いた場合にも、熱電変換素子３０の表面温度
にばらつきが生じ、熱電変換素子３０の平均温度差が低
下するため、装置の効率低下は発生してしまう。
すように、熱電変換素子３０と高温隔壁１２、あるいは
熱電変換素子３０と低温隔壁５２に発生した隙間に、高
熱伝導性充填材もしくは金属ウェッブ等３０１を充填
し、隙間部分の熱抵抗を改善するとともに、素子に加わ
る応力の分散を図る方法が用いられている。しかし、こ
の方法を用いた場合にも、熱電変換素子３０の表面温度
にばらつきが生じ、熱電変換素子３０の平均温度差が低
下するため、装置の効率低下は発生してしまう。
【０００９】また、本装置では、高温隔壁１２および低
温隔壁５２は非常に剛性の高い材料を用いる必要がある
ため、自ずとその肉厚を大きくする必要が生じ、高温隔
壁１２および低温隔壁５２の熱抵抗が大きくなるため、
ここでの温度損失が大きくなり、熱電変換素子３０両端
の温度差が小さくなってしまうという問題が生じる。
温隔壁５２は非常に剛性の高い材料を用いる必要がある
ため、自ずとその肉厚を大きくする必要が生じ、高温隔
壁１２および低温隔壁５２の熱抵抗が大きくなるため、
ここでの温度損失が大きくなり、熱電変換素子３０両端
の温度差が小さくなってしまうという問題が生じる。
【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、熱電変換素子の大きさ、形状にばらつきがある場合
にも熱電変換素子と高温隔壁、あるいは熱電変換素子と
低温隔壁の接触力を均一に保つことが可能で、接触面の
隙間を最低限に抑制することによる接触熱抵抗の低減と
高温隔壁および低温隔壁の熱抵抗の低減がともに可能
で、熱電変換素子両端に最大限の温度差を生じさせるこ
とができる熱電変換素子用熱交換器を提供することを目
的とする。
で、熱電変換素子の大きさ、形状にばらつきがある場合
にも熱電変換素子と高温隔壁、あるいは熱電変換素子と
低温隔壁の接触力を均一に保つことが可能で、接触面の
隙間を最低限に抑制することによる接触熱抵抗の低減と
高温隔壁および低温隔壁の熱抵抗の低減がともに可能
で、熱電変換素子両端に最大限の温度差を生じさせるこ
とができる熱電変換素子用熱交換器を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の熱電変換素子用熱交換器は、高温熱媒体が流
れる高温熱媒体流路と、該高温熱媒体流路内の前記高温
熱媒体と接触し、前記高温熱媒体と熱交換を行う高温隔
壁と、前記高温熱媒体流路と外気との断熱を行う高温断
熱材と、前記高温隔壁に対して前記高温熱媒体の反対側
に接触して設置され、前記高温隔壁と熱交換を行う複数
の熱電変換素子と、前記熱電変換素子と外気との断熱を
行う側面断熱材と、前記複数の熱電変換素子に対して前
記高温隔壁の反対側に接触して実装され複数の前記熱電
変換素子と熱交換を行う低温隔壁と、前記低温隔壁と接
触して低温熱媒体流路内を流れ前記低温隔壁と熱交換を
行う低温熱媒体と、前記低温熱媒体流路と外気との断熱
を行う低温断熱材とから構成され、前記高温熱媒体の熱
を前記熱電変換素子を貫流させて前記低温熱媒体へ伝達
させることにより、前記熱電変換素子の両端に温度差を
発生させる熱電変換素子用熱交換器において、前記高温
隔壁として前記高温熱媒体の圧力により伸縮する薄肉シ
ェル状の柔軟構造材料からなる高温薄肉隔壁を用い、前
記高温薄肉隔壁と前記複数の熱電変換素子とが前記高温
熱媒体の圧力により接触していることを特徴とするもの
である。
に本発明の熱電変換素子用熱交換器は、高温熱媒体が流
れる高温熱媒体流路と、該高温熱媒体流路内の前記高温
熱媒体と接触し、前記高温熱媒体と熱交換を行う高温隔
壁と、前記高温熱媒体流路と外気との断熱を行う高温断
熱材と、前記高温隔壁に対して前記高温熱媒体の反対側
に接触して設置され、前記高温隔壁と熱交換を行う複数
の熱電変換素子と、前記熱電変換素子と外気との断熱を
行う側面断熱材と、前記複数の熱電変換素子に対して前
記高温隔壁の反対側に接触して実装され複数の前記熱電
変換素子と熱交換を行う低温隔壁と、前記低温隔壁と接
触して低温熱媒体流路内を流れ前記低温隔壁と熱交換を
行う低温熱媒体と、前記低温熱媒体流路と外気との断熱
を行う低温断熱材とから構成され、前記高温熱媒体の熱
を前記熱電変換素子を貫流させて前記低温熱媒体へ伝達
させることにより、前記熱電変換素子の両端に温度差を
発生させる熱電変換素子用熱交換器において、前記高温
隔壁として前記高温熱媒体の圧力により伸縮する薄肉シ
ェル状の柔軟構造材料からなる高温薄肉隔壁を用い、前
記高温薄肉隔壁と前記複数の熱電変換素子とが前記高温
熱媒体の圧力により接触していることを特徴とするもの
である。
【００１２】また、前記高温薄肉隔壁に前記熱電変換素
子と同数で前記熱電変換素子の高温薄肉隔壁と接触する
部分と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触し
て前記複数の熱電変換素子が実装されていることを特徴
とするものである。
子と同数で前記熱電変換素子の高温薄肉隔壁と接触する
部分と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触し
て前記複数の熱電変換素子が実装されていることを特徴
とするものである。
【００１３】また、本発明の熱電変換素子用熱交換器
は、高温熱媒体が流れる高温熱媒体流路と、該高温熱媒
体流路内の前記高温熱媒体と接触し、前記高温熱媒体と
熱交換を行う高温隔壁と、前記高温熱媒体流路と外気と
の断熱を行う高温断熱材と、前記高温隔壁に対して前記
高温熱媒体の反対側に接触して設置され、前記高温隔壁
と熱交換を行う複数の熱電変換素子と、前記熱電変換素
子と外気との断熱を行う側面断熱材と、前記複数の熱電
変換素子に対して前記高温隔壁の反対側に接触して実装
され複数の前記熱電変換素子と熱交換を行う低温隔壁
と、前記低温隔壁と接触して低温熱媒体流路内を流れ前
記低温隔壁と熱交換を行う低温熱媒体と、前記低温熱媒
体流路と外気との断熱を行う低温断熱材とから構成さ
れ、前記高温熱媒体の熱を前記熱電変換素子を貫流させ
て前記低温熱媒体へ伝達させることにより、前記熱電変
換素子の両端に温度差を発生させる熱電変換素子用熱交
換器において、前記低温隔壁として前記低温熱媒体の圧
力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる
低温薄肉隔壁を用い、前記低温薄肉隔壁と前記複数の熱
電変換素子とが前記低温熱媒体の圧力により接触してい
ることを特徴とするものである。
は、高温熱媒体が流れる高温熱媒体流路と、該高温熱媒
体流路内の前記高温熱媒体と接触し、前記高温熱媒体と
熱交換を行う高温隔壁と、前記高温熱媒体流路と外気と
の断熱を行う高温断熱材と、前記高温隔壁に対して前記
高温熱媒体の反対側に接触して設置され、前記高温隔壁
と熱交換を行う複数の熱電変換素子と、前記熱電変換素
子と外気との断熱を行う側面断熱材と、前記複数の熱電
変換素子に対して前記高温隔壁の反対側に接触して実装
され複数の前記熱電変換素子と熱交換を行う低温隔壁
と、前記低温隔壁と接触して低温熱媒体流路内を流れ前
記低温隔壁と熱交換を行う低温熱媒体と、前記低温熱媒
体流路と外気との断熱を行う低温断熱材とから構成さ
れ、前記高温熱媒体の熱を前記熱電変換素子を貫流させ
て前記低温熱媒体へ伝達させることにより、前記熱電変
換素子の両端に温度差を発生させる熱電変換素子用熱交
換器において、前記低温隔壁として前記低温熱媒体の圧
力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる
低温薄肉隔壁を用い、前記低温薄肉隔壁と前記複数の熱
電変換素子とが前記低温熱媒体の圧力により接触してい
ることを特徴とするものである。
【００１４】また、前記低温薄肉隔壁に前記熱電変換素
子と同数で前記熱電変換素子の低温薄肉隔壁と接触する
部分と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触し
て前記複数の熱電変換素子が実装されていることを特徴
とするものである。
子と同数で前記熱電変換素子の低温薄肉隔壁と接触する
部分と同じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触し
て前記複数の熱電変換素子が実装されていることを特徴
とするものである。
【００１５】
【作用】本発明は、高温隔壁および低温隔壁として高温
熱媒体および低温熱媒体の圧力により伸縮する薄肉シェ
ル状の柔軟構造材料を用い、高温熱媒体および低温熱媒
体の圧力を高温隔壁と熱電変換素子および低温隔壁と熱
電変換素子の接触力に利用し、また高温隔壁および低温
隔壁に熱電変換素子と同数で同じ形状の複数の凸面を設
け、凸面上に熱電変換素子を実装することにより、高温
隔壁および低温隔壁に印加される圧力は場所によらず一
定であるため箇々の熱電変換素子と高温隔壁および低温
隔壁の接触力を均一にすることができる。また、高温隔
壁および低温隔壁は熱電変換素子の大きさおよび形状に
あわせて変形することができ、接触面の隙間を最小限に
することが可能である。さらに、高温隔壁および低温隔
壁に高い剛性は必要ないため、肉厚の薄い隔壁を用いる
ことができる。一方、熱電変換素子が設置される各凸面
の間の凹面により、隣り合う熱電変換素子の形状のばら
つきによる変形の影響を吸収することができ、接触面の
隙間をさらに小さくできる。
熱媒体および低温熱媒体の圧力により伸縮する薄肉シェ
ル状の柔軟構造材料を用い、高温熱媒体および低温熱媒
体の圧力を高温隔壁と熱電変換素子および低温隔壁と熱
電変換素子の接触力に利用し、また高温隔壁および低温
隔壁に熱電変換素子と同数で同じ形状の複数の凸面を設
け、凸面上に熱電変換素子を実装することにより、高温
隔壁および低温隔壁に印加される圧力は場所によらず一
定であるため箇々の熱電変換素子と高温隔壁および低温
隔壁の接触力を均一にすることができる。また、高温隔
壁および低温隔壁は熱電変換素子の大きさおよび形状に
あわせて変形することができ、接触面の隙間を最小限に
することが可能である。さらに、高温隔壁および低温隔
壁に高い剛性は必要ないため、肉厚の薄い隔壁を用いる
ことができる。一方、熱電変換素子が設置される各凸面
の間の凹面により、隣り合う熱電変換素子の形状のばら
つきによる変形の影響を吸収することができ、接触面の
隙間をさらに小さくできる。
【００１６】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。本発明の一実施例の平面図と断面図を図１
（ａ），（ｂ）に示す。本実施例は、高温熱伝達部１０
０、高温熱媒体２０、熱電変換素子３０、側面断熱材４
０、低温熱伝達部５００、低温熱媒体６０および支持具
７００からなり、高温熱伝達部１００は高温熱媒体流路
１０１、高温薄肉隔壁１０２および高温断熱材１０３で
構成され、低温熱伝達部５００は低温熱媒体流路５０
１、低温薄肉隔壁５０２および低温断熱材５０３で構成
され、支持具７００は支持用ボルトナット７０１で構成
される。高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０２
は、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧力により
伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなり、熱電変
換素子３０と同数で同じ形状の凸面を設け、それぞれの
熱電変換素子３０は凸面上に実装されている。
説明する。本発明の一実施例の平面図と断面図を図１
（ａ），（ｂ）に示す。本実施例は、高温熱伝達部１０
０、高温熱媒体２０、熱電変換素子３０、側面断熱材４
０、低温熱伝達部５００、低温熱媒体６０および支持具
７００からなり、高温熱伝達部１００は高温熱媒体流路
１０１、高温薄肉隔壁１０２および高温断熱材１０３で
構成され、低温熱伝達部５００は低温熱媒体流路５０
１、低温薄肉隔壁５０２および低温断熱材５０３で構成
され、支持具７００は支持用ボルトナット７０１で構成
される。高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０２
は、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧力により
伸縮する薄肉シェル状の柔軟構造材料からなり、熱電変
換素子３０と同数で同じ形状の凸面を設け、それぞれの
熱電変換素子３０は凸面上に実装されている。
【００１７】本実施例の動作を以下に示す。外部装置か
ら供給される高温熱媒体２０は高温熱媒体流路１０１内
を流れ、高温薄肉隔壁１０２に熱伝達を行う。高温断熱
材１０３は高温熱媒体流路１０１を囲んで設置されてお
り、高温熱媒体２０と外気との断熱を行う。熱電変換素
子３０は高温薄肉隔壁１０２と接触して設置されてお
り、高温薄肉隔壁１０２から熱電変換素子３０へ熱が伝
達される。側面断熱材４０は熱電変換素子３０の両側に
設置され、熱電変換素子３０と外気との断熱を行う。ま
た、低温薄肉隔壁５０２は熱電変換素子３０に対して高
温薄肉隔壁１０２の反対側に接触して設置されており、
熱電変換素子３０を貫流した熱が低温薄肉隔壁５０２に
伝達される。低温薄肉隔壁５０２を貫流した熱は、外部
装置から供給されて低温熱媒体流路５０１を流れる低温
熱媒体６０に伝達される。低温断熱材５０３は低温熱媒
体流路５０１を囲んで設置されており、低温熱媒体６０
と外気との断熱を行う。支持用ボルトナット７０１は高
温熱伝達部１００および低温熱伝達部５００を貫通して
おり、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧力によ
る高温熱伝達部１００および低温熱伝達部５００の位置
変化を防止し、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の
圧力による、高温薄肉隔壁１０２と熱電変換素子３０お
よび低温薄肉隔壁５０２と熱電変換素子３０の接触力を
確保する。
ら供給される高温熱媒体２０は高温熱媒体流路１０１内
を流れ、高温薄肉隔壁１０２に熱伝達を行う。高温断熱
材１０３は高温熱媒体流路１０１を囲んで設置されてお
り、高温熱媒体２０と外気との断熱を行う。熱電変換素
子３０は高温薄肉隔壁１０２と接触して設置されてお
り、高温薄肉隔壁１０２から熱電変換素子３０へ熱が伝
達される。側面断熱材４０は熱電変換素子３０の両側に
設置され、熱電変換素子３０と外気との断熱を行う。ま
た、低温薄肉隔壁５０２は熱電変換素子３０に対して高
温薄肉隔壁１０２の反対側に接触して設置されており、
熱電変換素子３０を貫流した熱が低温薄肉隔壁５０２に
伝達される。低温薄肉隔壁５０２を貫流した熱は、外部
装置から供給されて低温熱媒体流路５０１を流れる低温
熱媒体６０に伝達される。低温断熱材５０３は低温熱媒
体流路５０１を囲んで設置されており、低温熱媒体６０
と外気との断熱を行う。支持用ボルトナット７０１は高
温熱伝達部１００および低温熱伝達部５００を貫通して
おり、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧力によ
る高温熱伝達部１００および低温熱伝達部５００の位置
変化を防止し、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の
圧力による、高温薄肉隔壁１０２と熱電変換素子３０お
よび低温薄肉隔壁５０２と熱電変換素子３０の接触力を
確保する。
【００１８】本構成により、高温熱媒体２０の熱を熱電
変換素子３０を貫流させた後に低温熱媒体６０へ伝達さ
せることができ、熱電変換素子３０の熱抵抗により熱電
変換素子３０の両端に温度差を生じさせることができ
る。また、高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０
２に印加される圧力は場所によらず一定であるため箇々
の熱電変換素子３０と高温薄肉隔壁１０２および低温薄
肉隔壁５０２の接触力を均一にすることができる。ま
た、図２に示すように、高温薄肉隔壁１０２および低温
薄肉隔壁５０２は高温熱媒体２０および低温熱媒体６０
の圧力によって熱電変換素子３０の大きさおよび形状に
あわせて変形することができ、接触面の隙間を最小限に
することが可能である。一方、熱電変換素子３０が設置
される各凸面の間の凹面により、隣り合う熱電変換素子
３０の形状のばらつきによる変形の影響を吸収すること
ができ、接触面の隙間をさらに小さくできる。さらに、
高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０２に高い剛
性は必要ないため、肉厚の薄い隔壁を用いることができ
る。
変換素子３０を貫流させた後に低温熱媒体６０へ伝達さ
せることができ、熱電変換素子３０の熱抵抗により熱電
変換素子３０の両端に温度差を生じさせることができ
る。また、高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０
２に印加される圧力は場所によらず一定であるため箇々
の熱電変換素子３０と高温薄肉隔壁１０２および低温薄
肉隔壁５０２の接触力を均一にすることができる。ま
た、図２に示すように、高温薄肉隔壁１０２および低温
薄肉隔壁５０２は高温熱媒体２０および低温熱媒体６０
の圧力によって熱電変換素子３０の大きさおよび形状に
あわせて変形することができ、接触面の隙間を最小限に
することが可能である。一方、熱電変換素子３０が設置
される各凸面の間の凹面により、隣り合う熱電変換素子
３０の形状のばらつきによる変形の影響を吸収すること
ができ、接触面の隙間をさらに小さくできる。さらに、
高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁５０２に高い剛
性は必要ないため、肉厚の薄い隔壁を用いることができ
る。
【００１９】なお、ここでは高温熱伝達部１００、低温
熱伝達部５００の双方に、高温熱媒体２０あるいは低温
熱媒体６０の圧力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構
造材料からなる高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁
５０２を用いた実施例を示したが、高温熱伝達部１００
のみ、あるいは低温熱伝達部５００のみに高温薄肉隔壁
１０２あるいは低温薄肉隔壁５０２を用いた場合にも同
様の作用が生じる。
熱伝達部５００の双方に、高温熱媒体２０あるいは低温
熱媒体６０の圧力により伸縮する薄肉シェル状の柔軟構
造材料からなる高温薄肉隔壁１０２および低温薄肉隔壁
５０２を用いた実施例を示したが、高温熱伝達部１００
のみ、あるいは低温熱伝達部５００のみに高温薄肉隔壁
１０２あるいは低温薄肉隔壁５０２を用いた場合にも同
様の作用が生じる。
【００２０】高温薄肉隔壁１０２あるいは低温薄肉隔壁
５０２に使用する材料としては、熱伝導率が高いことは
もちろんのこと、弾性係数が低く変形しやすいこと、降
伏荷重が大きく壊れにくいこと、耐食性に優れているこ
と等が求められ、タフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸
銅、アドミラルティメタル、ステンレス等の適用が考え
られる。もちろん、高温熱媒体２０および低温熱媒体６
０の温度、圧力等の諸条件、用途等に応じて他の金属、
非金属材料等の適用も可能である。また、高温薄肉隔壁
１０２および低温薄肉隔壁５０２の肉厚は使用する材料
の弾性係数、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧
力等の諸条件から求められる接触力と熱電変換素子３０
の許容締め付け力から決められ、接触力が許容締め付け
力を上回らない範囲で決定する。
５０２に使用する材料としては、熱伝導率が高いことは
もちろんのこと、弾性係数が低く変形しやすいこと、降
伏荷重が大きく壊れにくいこと、耐食性に優れているこ
と等が求められ、タフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸
銅、アドミラルティメタル、ステンレス等の適用が考え
られる。もちろん、高温熱媒体２０および低温熱媒体６
０の温度、圧力等の諸条件、用途等に応じて他の金属、
非金属材料等の適用も可能である。また、高温薄肉隔壁
１０２および低温薄肉隔壁５０２の肉厚は使用する材料
の弾性係数、高温熱媒体２０および低温熱媒体６０の圧
力等の諸条件から求められる接触力と熱電変換素子３０
の許容締め付け力から決められ、接触力が許容締め付け
力を上回らない範囲で決定する。
【００２１】高温熱媒体２０および低温熱媒体６０とし
ては、トリクロロフルオロメタン、ジクロロフルオロメ
タン、四フッ化炭素、クロロジフロロメタン等の各種ハ
ロゲン化合物、水等の各種熱媒体が適用できる。また、
熱媒体はポンプ動力、加圧密封、沸騰、凝縮熱伝達等を
用いることにより、高温熱媒体流路１０１および低温熱
媒体流路５０１内の圧力を高くすることが望ましい。
ては、トリクロロフルオロメタン、ジクロロフルオロメ
タン、四フッ化炭素、クロロジフロロメタン等の各種ハ
ロゲン化合物、水等の各種熱媒体が適用できる。また、
熱媒体はポンプ動力、加圧密封、沸騰、凝縮熱伝達等を
用いることにより、高温熱媒体流路１０１および低温熱
媒体流路５０１内の圧力を高くすることが望ましい。
【００２２】熱電変換素子３０としては素子両端に温度
差を与えることにより発電が可能な熱電半導体を用いた
物理電池、あるいは電気化学的温度差電池を使用するこ
とができる。
差を与えることにより発電が可能な熱電半導体を用いた
物理電池、あるいは電気化学的温度差電池を使用するこ
とができる。
【００２３】このような物理電池として、ビスマス−テ
ルル系、鉛−テルル系、鉄−シリコン系、シリコン−ゲ
ルマニウム系、ビスマス−アンチモン系、ガリウム−リ
ン系のｎ型−ｐ型熱電半導体を電気的に直列接続してユ
ニット化したサ―モモジュ―ルが使用可能である。
ルル系、鉛−テルル系、鉄−シリコン系、シリコン−ゲ
ルマニウム系、ビスマス−アンチモン系、ガリウム−リ
ン系のｎ型−ｐ型熱電半導体を電気的に直列接続してユ
ニット化したサ―モモジュ―ルが使用可能である。
【００２４】一方、電気化学的温度差電池は、高低温電
極間に酸化還元電位が温度により変化することに起因す
る熱起電力を発現する化学種を配置し、温度差間で発電
する機能を有する熱電変換器であり、フェロシアン／フ
ェリシアンレドックス対、鉄イオンレドックス対、臭素
等の化学種を用いたレドックス電池等および温度差によ
り発電可能なあらゆる発電手段を用いることができる。
極間に酸化還元電位が温度により変化することに起因す
る熱起電力を発現する化学種を配置し、温度差間で発電
する機能を有する熱電変換器であり、フェロシアン／フ
ェリシアンレドックス対、鉄イオンレドックス対、臭素
等の化学種を用いたレドックス電池等および温度差によ
り発電可能なあらゆる発電手段を用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、熱電
変換素子の大きさ、形状にばらつきがある場合にも熱電
変換素子と高温薄肉隔壁、あるいは熱電変換素子と低温
薄肉隔壁の接触力を均一に保つことが可能で、接触面の
隙間を最低限に抑制することによる接触抵抗の低減と薄
肉の高熱伝導性材料の適用による高温薄肉隔壁および低
温薄肉隔壁の熱抵抗の低減がともに可能で、熱電変換素
子両端に最大限の温度差を生じさせることができる熱電
変換素子用熱交換器を提供できる。
変換素子の大きさ、形状にばらつきがある場合にも熱電
変換素子と高温薄肉隔壁、あるいは熱電変換素子と低温
薄肉隔壁の接触力を均一に保つことが可能で、接触面の
隙間を最低限に抑制することによる接触抵抗の低減と薄
肉の高熱伝導性材料の適用による高温薄肉隔壁および低
温薄肉隔壁の熱抵抗の低減がともに可能で、熱電変換素
子両端に最大限の温度差を生じさせることができる熱電
変換素子用熱交換器を提供できる。
【図１】本発明の一実施例を示す平面図及び断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の一実施例の作用を説明する断面図であ
る。
る。
【図３】従来の熱電変換素子用熱交換器を示す平面図及
び断面図である。
び断面図である。
【図４】従来の熱電変換素子用熱交換器の問題点を説明
する断面図である。
する断面図である。
【図５】従来の熱電変換素子用熱交換器の問題点解決方
法を説明する断面図である。
法を説明する断面図である。
１０…高温熱伝達部 ２０…高温熱媒体 ３０…熱電変換素子 ４０…側面断熱材 ５０…低温熱伝達部 ６０…低温熱媒体 ７０…締め付け具 １１…高温熱媒体流路 １２…高温隔壁 １３…高温断熱材 ５１…低温熱媒体流路 ５２…低温隔壁 ５３…低温断熱材 ７１…締め付けボルトナット ７２…締め付け用バネ １００…高温熱伝達部 ５００…低温熱伝達部 ７００…支持具 １０１…高温熱媒体流路 １０２…高温薄肉隔壁 １０３…高温断熱材 ５０１…低温熱媒体流路 ５０２…低温薄肉隔壁 ５０３…低温断熱材 ７０１…支持用ボルトナット
Claims (4)
- 【請求項１】 高温熱媒体が流れる高温熱媒体流路と、 該高温熱媒体流路内の前記高温熱媒体と接触し、前記高
温熱媒体と熱交換を行う高温隔壁と、 前記高温熱媒体流路と外気との断熱を行う高温断熱材
と、 前記高温隔壁に対して前記高温熱媒体の反対側に接触し
て設置され、前記高温隔壁と熱交換を行う複数の熱電変
換素子と、 前記熱電変換素子と外気との断熱を行う側面断熱材と、 前記複数の熱電変換素子に対して前記高温隔壁の反対側
に接触して実装され複数の前記熱電変換素子と熱交換を
行う低温隔壁と、 前記低温隔壁と接触して低温熱媒体流路内を流れ前記低
温隔壁と熱交換を行う低温熱媒体と、 前記低温熱媒体流路と外気との断熱を行う低温断熱材と
から構成され、前記高温熱媒体の熱を前記熱電変換素子
を貫流させて前記低温熱媒体へ伝達させることにより、
前記熱電変換素子の両端に温度差を発生させる熱電変換
素子用熱交換器において、 前記高温隔壁として前記高温熱媒体の圧力により伸縮す
る薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる高温薄肉隔壁を
用い、前記高温薄肉隔壁と前記複数の熱電変換素子とが
前記高温熱媒体の圧力により接触していることを特徴と
する熱電変換素子用熱交換器。 - 【請求項２】 請求項１記載の熱電変換素子用熱交換器
において、前記高温薄肉隔壁に前記熱電変換素子と同数
で前記熱電変換素子の高温薄肉隔壁と接触する部分と同
じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触して前記複
数の熱電変換素子が実装されていることを特徴とする熱
電変換素子用熱交換器。 - 【請求項３】 高温熱媒体が流れる高温熱媒体流路と、 該高温熱媒体流路内の前記高温熱媒体と接触し、前記高
温熱媒体と熱交換を行う高温隔壁と、 前記高温熱媒体流路と外気との断熱を行う高温断熱材
と、 前記高温隔壁に対して前記高温熱媒体の反対側に接触し
て設置され、前記高温隔壁と熱交換を行う複数の熱電変
換素子と、 前記熱電変換素子と外気との断熱を行う側面断熱材と、 前記複数の熱電変換素子に対して前記高温隔壁の反対側
に接触して実装され複数の前記熱電変換素子と熱交換を
行う低温隔壁と、 前記低温隔壁と接触して低温熱媒体流路内を流れ前記低
温隔壁と熱交換を行う低温熱媒体と、 前記低温熱媒体流路と外気との断熱を行う低温断熱材と
から構成され、前記高温熱媒体の熱を前記熱電変換素子
を貫流させて前記低温熱媒体へ伝達させることにより、
前記熱電変換素子の両端に温度差を発生させる熱電変換
素子用熱交換器において、 前記低温隔壁として前記低温熱媒体の圧力により伸縮す
る薄肉シェル状の柔軟構造材料からなる低温薄肉隔壁を
用い、前記低温薄肉隔壁と前記複数の熱電変換素子とが
前記低温熱媒体の圧力により接触していることを特徴と
する熱電変換素子用熱交換器。 - 【請求項４】 請求項３記載の熱電変換素子用熱交換器
において、前記低温薄肉隔壁に前記熱電変換素子と同数
で前記熱電変換素子の低温薄肉隔壁と接触する部分と同
じ形状の複数の凸面を設け、該凸面上に接触して前記複
数の熱電変換素子が実装されていることを特徴とする熱
電変換素子用熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15870094A JPH0829083A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 熱電変換素子用熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15870094A JPH0829083A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 熱電変換素子用熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829083A true JPH0829083A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15677455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15870094A Pending JPH0829083A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 熱電変換素子用熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829083A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19951217B4 (de) * | 1998-10-16 | 2011-06-01 | Vaillant Gmbh | Einrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelle |
-
1994
- 1994-07-11 JP JP15870094A patent/JPH0829083A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19951217B4 (de) * | 1998-10-16 | 2011-06-01 | Vaillant Gmbh | Einrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelle |
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