JPH0864874A - 熱電素子 - Google Patents
熱電素子Info
- Publication number
- JPH0864874A JPH0864874A JP6199254A JP19925494A JPH0864874A JP H0864874 A JPH0864874 A JP H0864874A JP 6199254 A JP6199254 A JP 6199254A JP 19925494 A JP19925494 A JP 19925494A JP H0864874 A JPH0864874 A JP H0864874A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric
- heat
- emissivity
- heat receiving
- thermoelectric element
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】ｐ型の熱電材料とｎ型の熱電材料を直接的、あ
るいは導電性材料を介して間接的に接続した熱電素子に
おいて、受熱側となる素子の一部の輻射率を他の部分よ
り高くした。 【効果】輻射伝熱が支配的な熱環境において、十分に熱
を熱電素子に伝えることができるため、素子の出力を向
上できる。
るいは導電性材料を介して間接的に接続した熱電素子に
おいて、受熱側となる素子の一部の輻射率を他の部分よ
り高くした。 【効果】輻射伝熱が支配的な熱環境において、十分に熱
を熱電素子に伝えることができるため、素子の出力を向
上できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は産業プラント，宇宙発電
システム等において、温度差を利用して直接的に熱を電
気に変換する熱電素子に関する。
システム等において、温度差を利用して直接的に熱を電
気に変換する熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の熱電素子（熱電モジュール）は、
例えば、熱電半導体とその応用（日刊工業新聞社 昭和
６３年発行）ｐ１０８に記載のモジュールがある。この
モジュールの場合、高温側には銅製の板（電極）が装着
され、この電極が集熱板としての役目を果たしている。
例えば、熱電半導体とその応用（日刊工業新聞社 昭和
６３年発行）ｐ１０８に記載のモジュールがある。この
モジュールの場合、高温側には銅製の板（電極）が装着
され、この電極が集熱板としての役目を果たしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べた熱電
素子は、ラジオアイソトープからの放射線を熱源とした
発電モジュールである。このモジュールを輻射が支配的
な熱環境で使用すると、集熱板である銅の輻射率が低い
ため、熱が熱電素子に伝わらず、素子に十分な温度差が
生じないという問題が生じる。その結果、十分な出力が
得られないため、一定の発電量を得るに必要なシステム
の規模が大きくなる。
素子は、ラジオアイソトープからの放射線を熱源とした
発電モジュールである。このモジュールを輻射が支配的
な熱環境で使用すると、集熱板である銅の輻射率が低い
ため、熱が熱電素子に伝わらず、素子に十分な温度差が
生じないという問題が生じる。その結果、十分な出力が
得られないため、一定の発電量を得るに必要なシステム
の規模が大きくなる。
【０００４】本発明の目的は、輻射伝熱が支配的な熱環
境でも、十分に熱を素子に伝え、出力密度の高い発電を
可能にする熱電素子、およびそれを用いた発電システム
を提供することにある。
境でも、十分に熱を素子に伝え、出力密度の高い発電を
可能にする熱電素子、およびそれを用いた発電システム
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の第一の手段は、熱電素子の受熱側となる、素子の一部
の輻射率を他の部分より大きくすることである。
の第一の手段は、熱電素子の受熱側となる、素子の一部
の輻射率を他の部分より大きくすることである。
【０００６】上記目的を解決するための第二の手段は、
第一の手段において、素子の一部を、輻射率の高い組成
とすることである。
第一の手段において、素子の一部を、輻射率の高い組成
とすることである。
【０００７】上記目的を解決するための第三の手段は、
第一の手段において、素子の一部の表面荒さを増すこと
である。
第一の手段において、素子の一部の表面荒さを増すこと
である。
【０００８】上記目的を解決するための第四の手段は、
熱電素子に、素子に比べて輻射率の高い材料を、素子の
受熱側に装着することである。
熱電素子に、素子に比べて輻射率の高い材料を、素子の
受熱側に装着することである。
【０００９】
【作用】上記目的を解決するための第一の手段によれ
ば、素子の受熱側の吸熱量が増加する。すなわち、熱源
の発熱量（輻射量）が一定とすると、受熱側の輻射率の
増大に対応して、素子の吸熱量は増す。その結果、素子
に生じる温度差も大きくなり、出力密度が増大する。
ば、素子の受熱側の吸熱量が増加する。すなわち、熱源
の発熱量（輻射量）が一定とすると、受熱側の輻射率の
増大に対応して、素子の吸熱量は増す。その結果、素子
に生じる温度差も大きくなり、出力密度が増大する。
【００１０】上記目的を解決するための第二の手段によ
れば、第一の手段と同様の理由により、輻射率の増大に
対応して吸熱量が増え、出力密度が増大する。
れば、第一の手段と同様の理由により、輻射率の増大に
対応して吸熱量が増え、出力密度が増大する。
【００１１】一般に、材料の表面を荒らすと輻射率が増
大する。第三の手段によれば、輻射率を上げられるた
め、吸熱量を増やし、出力密度に上げることが可能にな
る。
大する。第三の手段によれば、輻射率を上げられるた
め、吸熱量を増やし、出力密度に上げることが可能にな
る。
【００１２】上記目的を解決するための第四の手段によ
れば、素子に比べて輻射率の高い材料を、素子の受熱側
に装着することにより、素子単独の場合に比べて、吸熱
量が増加する。素子と受熱板が熱的に接合されていれ
ば、熱は素子に送られるため、素子の吸熱量が増加す
る。従って、他の手段と同様の理由により、出力密度が
増加する。
れば、素子に比べて輻射率の高い材料を、素子の受熱側
に装着することにより、素子単独の場合に比べて、吸熱
量が増加する。素子と受熱板が熱的に接合されていれ
ば、熱は素子に送られるため、素子の吸熱量が増加す
る。従って、他の手段と同様の理由により、出力密度が
増加する。
【００１３】
【実施例】図１に本発明の基本構成を示す。熱電材料１
の一端と熱電材料２の一端とを接合し、それぞれの高温
側に輻射率が、熱電材料１および熱電材料２よりも大な
る電極３をコーティングし、低温側は導電性材料（金
属）で接合する。この熱電素子を輻射伝熱が支配的な熱
環境で使用すると、電極３によって吸熱量が増加するた
めに、熱電素子の出力密度を上げることが可能である。
例えば、熱源の温度を１２００℃とし、以下の表に示す
条件での発電を想定すると、輻射率０.８ の材料をコー
ティングした場合は、していない場合に比べ、約１.８
倍の出力が得られる。
の一端と熱電材料２の一端とを接合し、それぞれの高温
側に輻射率が、熱電材料１および熱電材料２よりも大な
る電極３をコーティングし、低温側は導電性材料（金
属）で接合する。この熱電素子を輻射伝熱が支配的な熱
環境で使用すると、電極３によって吸熱量が増加するた
めに、熱電素子の出力密度を上げることが可能である。
例えば、熱源の温度を１２００℃とし、以下の表に示す
条件での発電を想定すると、輻射率０.８ の材料をコー
ティングした場合は、していない場合に比べ、約１.８
倍の出力が得られる。
【００１４】 解析条件 熱源仕様 ：輻射率 ０.８ 温度 １２００℃ 素子仕様 ：寸法 １cm立方 熱電能 ２００μＶ／℃ 電気伝導度 ５００Ｓ／cm 熱伝導度 ０.０２Ｗ／cm℃ 素子冷却端温度：２０℃ 解析結果 ケース１ ケース２ 素子輻射率 ０.８ ０.５ 素子高温端温度 ７４７℃ ５６７℃ 素子出力 ２.５９Ｗ １.４６Ｗ 図２は図１の変形例で、ｐ型の素子とｎ型の素子を直接
接合するのではなく、金属板を介して接続し、その金属
板の上に輻射率の高い材料をコーティングした実施例を
示す。この場合も、図１に示す実施例と同様に、金属板
への吸熱量を増やすことが可能であるため、素子に形成
される温度差を大きくでき、その結果、同一寸法の素子
を比較すると出力を上げられる。
接合するのではなく、金属板を介して接続し、その金属
板の上に輻射率の高い材料をコーティングした実施例を
示す。この場合も、図１に示す実施例と同様に、金属板
への吸熱量を増やすことが可能であるため、素子に形成
される温度差を大きくでき、その結果、同一寸法の素子
を比較すると出力を上げられる。
【００１５】図３は受熱側となる素子の一部を、輻射率
の高い材料組成とした熱電素子の断面図である。例え
ば、輻射率の高い材料を熱電素子の上に拡散接合する。
これにより、素子の受熱部の輻射率を高くでき、拡散相
５を介して熱電材料１もしくは熱電材料２へ熱を供給で
きる。また、焼結法によって熱電素子を作製する場合
は、成型時に輻射率の高い材料の粉体を受熱側に充填し
て成型し、その後、焼結する等の方法によって、受熱面
に輻射率の高い材料を装着した熱電素子を作製できる。
の高い材料組成とした熱電素子の断面図である。例え
ば、輻射率の高い材料を熱電素子の上に拡散接合する。
これにより、素子の受熱部の輻射率を高くでき、拡散相
５を介して熱電材料１もしくは熱電材料２へ熱を供給で
きる。また、焼結法によって熱電素子を作製する場合
は、成型時に輻射率の高い材料の粉体を受熱側に充填し
て成型し、その後、焼結する等の方法によって、受熱面
に輻射率の高い材料を装着した熱電素子を作製できる。
【００１６】図４は受熱側となる素子表面の荒さを増し
た熱電素子の一例を示す。例えば、熱電素子を焼結によ
って作製した後に、表面を荒く研磨することによって、
図４の素子を作製できる。また別の方法としては、粉末
を成型する時に、受熱側に熱分解性の材料を多く充填し
て成型し、焼結をすれば、焼結体の受熱面（表面）は実
効的に荒れた表面となるために、図４の素子を作製でき
る。
た熱電素子の一例を示す。例えば、熱電素子を焼結によ
って作製した後に、表面を荒く研磨することによって、
図４の素子を作製できる。また別の方法としては、粉末
を成型する時に、受熱側に熱分解性の材料を多く充填し
て成型し、焼結をすれば、焼結体の受熱面（表面）は実
効的に荒れた表面となるために、図４の素子を作製でき
る。
【００１７】図５は熱電素子に比べて輻射率の高い材料
を、素子の受熱側に装着した実施例を示す。熱電材料１
の一端と熱電材料２の一端とを金属板により接合し、そ
の上に輻射率の高い受熱板６を装着したものである。こ
の場合、受熱板６への吸熱量は、素子単独の場合に比べ
て増加するため、吸熱量が増える。従って、すでに述べ
た理由により、熱電素子の出力密度が上げられる。
を、素子の受熱側に装着した実施例を示す。熱電材料１
の一端と熱電材料２の一端とを金属板により接合し、そ
の上に輻射率の高い受熱板６を装着したものである。こ
の場合、受熱板６への吸熱量は、素子単独の場合に比べ
て増加するため、吸熱量が増える。従って、すでに述べ
た理由により、熱電素子の出力密度が上げられる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、輻射伝熱が支配的な熱
環境において、十分に熱を熱電素子に伝えることができ
るため、素子の出力を向上できる。
環境において、十分に熱を熱電素子に伝えることができ
るため、素子の出力を向上できる。
【図１】本発明の熱電素子の基本構成を示す説明図。
【図２】本発明の熱電素子の一変形例を示す説明図。
【図３】本発明の熱電素子の素子構成を示す断面図。
【図４】本発明の熱電素子の素子構成を示す断面図。
【図５】本発明の熱電素子の素子構成を示す断面図。
１，２…熱電材料、３…電極、４…高輻射率材料、５…
拡散相、６…受熱板。
拡散相、６…受熱板。
Claims (4)
- 【請求項１】ｐ型の熱電材料とｎ型の熱電材料を直接
的、あるいは導電性材料を介して間接的に接続した熱電
素子において、受熱側となる素子の一部の輻射率を他の
部分より高くしたことを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】請求項１において、受熱側となる素子の一
部を、輻射率の高い材料組成とした熱電素子。 - 【請求項３】請求項１において、受熱側となる素子の表
面の荒さを増した熱電素子。 - 【請求項４】ｐ型の熱電材料とｎ型の熱電材料を直接
的、あるいは導電性材料を介して間接的に接続した熱電
素子に、素子に比べて輻射率の高い材料を、素子の受熱
側に装着したことを特徴とする熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6199254A JPH0864874A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6199254A JPH0864874A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864874A true JPH0864874A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16404732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6199254A Pending JPH0864874A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864874A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008032341A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Ihi Corp | 熱処理装置 |
| JP4751322B2 (ja) * | 2004-05-19 | 2011-08-17 | 財団法人電力中央研究所 | 熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率化方法 |
| CN107946452A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-20 | 南方科技大学 | 一种高性能热电器件及其超快速制备方法 |
| DE102014117584B4 (de) * | 2013-12-17 | 2018-10-18 | International Business Machines Corporation | Thermoelektrische Einheit |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP6199254A patent/JPH0864874A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4751322B2 (ja) * | 2004-05-19 | 2011-08-17 | 財団法人電力中央研究所 | 熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率化方法 |
| JP2008032341A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Ihi Corp | 熱処理装置 |
| DE102014117584B4 (de) * | 2013-12-17 | 2018-10-18 | International Business Machines Corporation | Thermoelektrische Einheit |
| CN107946452A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-20 | 南方科技大学 | 一种高性能热电器件及其超快速制备方法 |
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