JPH09224387A - 熱エネルギ回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来無駄に捨てられていた温泉水、都市排水
等の持つ熱エネルギを熱電素子によって電気エネルギに
変換して回収し、安価な電力を得て資源の有効利用を図
る。 【解決手段】 熱電素子１の絶縁材を可撓性を有するシ
リコンゴム１１，１２等の素材を用いて構成し、該熱電
素子１をヒートパイプ２２の一端２２ｂに密着させて配
設すると共に、他の一端２２ａを熱流体２３が流下する
導水路２１中に突出させ、熱流体２３の持つ熱エネルギ
をヒートパイプ２２によって該熱流体２３から取り出
し、熱電素子１によって電気エネルギに変換して回収す
るようにした構成を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギ回収装
置に係り、特に可撓性及び弾力性を有する絶縁材に固着
された電極体に多数のＰ型半導体素子及びＮ型半導体素
子をπ型直列接続して構成された熱電素子の絶縁材を熱
流体に接触させ、該熱電素子によって熱流体の持つ熱エ
ネルギを電気エネルギに変換して回収するようにして、
従来無駄に捨てられていた温泉水等の熱エネルギを有効
に利用することができる熱エネルギ回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギは種々の形で存在するが、温水
又は熱水はエネルギが熱の形で流体に保持されたもので
あり、温泉水或いは都市排水等は熱エネルギを保持した
まま河川、下水道等に排水されているのが現状で、合計
すると莫大なエネルギが利用されることなく捨てられて
いることになる。

【０００３】有限な地球資源を有効に利用する必要性が
深刻な問題として論議されるようになった現代におい
て、該温水又は熱水の持つ熱エネルギを効率よく回収す
る装置の開発が熱望されているが、実験室的にはともか
く、未だ実用には程遠い状態にある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記した従
来技術の欠点を除くためになされたものであって、その
目的とするところは、熱電素子の絶縁材として可撓性及
び弾力性を有する素材を用いて構成することにより、熱
電素子を自由に屈曲させて変形させることができるよう
にすることであり、またこれによって熱エネルギを授受
すべき相手部材の形状が曲面であっても、該曲面に沿っ
て熱電素子を変形させて相手部材に密着させて配設でき
るようにし、熱電素子の相手部材への取付け性を大幅に
向上させることである。

【０００５】また他の目的は、上記構成により従来、組
み立てることが困難であったヒートパイプ等の曲面又は
常に変化する水面等に熱電素子を容易に密着させて利用
できるようにすることである。

【０００６】更に他の目的は、可撓性及び弾力性を有す
る素材から構成された絶縁材を持つ熱電素子をヒートパ
イプの一端に密着させて配設し、該ヒートパイプの他の
一端を熱流体が流下する導水路中に突出させて配設する
ことにより、熱流体の持つ熱エネルギをヒートパイプに
よって該熱流体から取り出し、更に熱電素子によって電
気エネルギに変換して回収できるようにすることであ
り、またこれによって従来無駄に捨てられていた熱エネ
ルギを有効に利用できるようにし、小規模の発電所であ
っても、極めて安価な電力を提供できるようにして、例
えばこの小規模の発電所の電力のみを利用してその出力
に見合った程度の太陽電池の製造を行い、安価な太陽電
池の製造を可能とし、太陽電池の増産を図り、無公害な
太陽エネルギによりほとんどの電力需要を賄えるように
することである。

【０００７】また他の目的は、可撓性及び弾力性を有す
る絶縁材に固着された電極体に多数のＰ型半導体素子及
びＮ型半導体素子をπ型直列接続して熱電素子を構成
し、該可撓性を有する熱電素子を貯溜槽に貯溜された熱
流体上に浮かべて配設することにより、表面状態が変化
する該熱流体の水面に合わせて熱電素子を変形させ、常
に熱流体と熱電素子とを密着させることができるように
することであり、またこれによって熱流体の持つ熱エネ
ルギを効率よく該熱電素子に伝達して電気エネルギに変
換して回収し、上記と同様安価な電力を提供できるよう
にすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】要するに本発明（請求項
１）は、熱流体を流す導水路と、該導水路中の前記熱流
体に一端が突出し他の一端が前記導水路外となるように
配設され前記熱流体の持つ熱を前記導水路外の他の一端
に伝達する複数のヒートパイプと、夫々の前記ヒートパ
イプの前記導水路外の前記他の一端に発熱側の一端を密
着させて配設され可撓性及び弾力性を有する絶縁材に固
着された電極体にＰ型半導体素子及びＮ型半導体素子が
π型直列接続された熱電素子とからなり、前記熱流体の
持つ熱を前記ヒートパイプによって前記導水路外の前記
ヒートパイプの前記他の一端に伝達し、前記熱電素子に
より前記導水路外に伝達された熱エネルギを電気エネル
ギに変換するように構成したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】また本発明（請求項２）は、熱流体を流入
及び流出させながら貯溜する貯溜槽と、可撓性及び弾力
性を有する絶縁材に固着された電極体に多数のＰ型半導
体素子及びＮ型半導体素子がπ型直列接続され前記可撓
性を有する絶縁材が前記貯溜槽内の前記熱流体に接触す
るように前記熱流体に浮かせた状態で配設された熱電素
子とからなり、前記熱流体の熱エネルギを前記熱電素子
によって電気エネルギに変換するように構成したことを
特徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施例に
基いて説明する。まず図１から図３において、本発明の
熱電素子１について説明すると、熱電素子１は、Ｎ型半
導体素子２とＰ型半導体素子３とを電極体４，５によっ
てπ型直列接続してモジュール６を構成し、該モジュー
ル６を複数個電気的に接続し、両端のモジュール６に夫
々リード線８，９を半田１０により半田付けし、該電極
体４，５の外方に熱良導体であり、かつ電気的絶縁性能
を有する絶縁材の一例たるシリコンゴムシート１１，１
２を矢印Ａ方向に接合した構造となっている。

【００１１】シリコンゴムシート１１，１２は、可撓性
を有すると共に弾力性を有しているので、全体を容易に
任意の形状に変形させることができ、相手部材（例えば
図６に示すヒートパイプ２２）の表面の形状に沿って変
形し、また弾力性によって該表面の面粗度に関係なく該
表面の凹凸を吸収する形で完全に相手部材に密着して配
設することができる。

【００１２】そして、図４において、電極体４側を、例
えば熱水に接触させる等の手段により電極体５側よりも
高温状態とすると、熱電素子１の上部（電極体４側）に
おいては周囲から振動エネルギを吸収して電子がエネル
ギレベルの低い状態から高い状態へと移行し、下部（電
極体５側）においては、電子がエネルギレベルの高い状
態から低い状態へと移行して余ったエネルギを周囲の結
晶格子に与え、即ち熱を矢印Ｄ方向に伝達して熱電素子
１には起電力が生じる。

【００１３】即ち、Ｎ型半導体素子２において陰電子１
３が矢印Ｂ方向に、またＰ型半導体素子３においては陽
電子１４が矢印Ｃ方向に流れ、電子がＰ型半導体素子３
からＮ型半導体素子２（電流はＮ型半導体素子２からＰ
型半導体素子３）の方向（矢印Ｅ方向）に流れる。

【００１４】これによって、電極体５に導電線１５によ
って接続された電圧計１６及び電流計１８の針１６ａ，
１８ａが発生した電圧及び電流に応じて振れると共に、
ランプ１９が点灯して熱電素子１に与えられた熱エネル
ギが電気エネルギに変換されたことが分かる。

【００１５】ここで上記した熱電素子１を利用した本発
明の第１実施例について説明すると、熱エネルギ回収装
置２０は、図５から図８において、導水路２１と、ヒー
トパイプ２２と、熱電素子１とを備えている。

【００１６】導水路２１は、熱流体２３を流すためのも
のであって、断面Ｕ字形をした長手方向に勾配が設けら
れた水路であり、上流側から熱流体２３を矢印Ｆ方向に
流すように構成されている。

【００１７】ヒートパイプ２２は、作動液（図示せず）
の持つ蒸発と凝集の潜熱を利用して高効率で熱を伝達す
るようにした伝熱素子であり、熱流体２３の持つ熱を導
水路２１外に伝達するためのものであって、例えば銅、
ステンレス鋼、アルミニウム等の金属によって製作され
たパイプ内部に作動液として、例えば少量の水、アセト
ン、メタノール、アンモニア又はフロン等が封入され、
真空状態にして密封されて製作されている。

【００１８】ヒートパイプ２２の一端、蒸発部２２ａに
外部から熱が加わると蒸発部２２ａに封入された作動液
が該熱を吸収して蒸発し、熱は蒸発潜熱として変換され
る。

【００１９】このとき、蒸発部２２ａ側の蒸気圧力がヒ
ートパイプ２２の他の一端である凝集部２２ｂ側よりも
高くなるので、作動液の蒸気は高速で蒸発部２２ａ側か
ら凝集部２２ｂ側に移動し、該蒸気は凝集部２２ｂで液
化して凝集潜熱を放出して結果として熱をヒートパイプ
２２の蒸発部２２ａ側の一端から凝集部２２ｂ側の他の
一端に伝達するように構成されている。

【００２０】ヒートパイプ２２は、蒸発部２２ａ側の一
端が導水路２１中に突出して配設され、凝集部２２ｂ側
の他の一端には、絶縁材としてシリコンゴムシート１
１，１２が使用されたことにより可撓性を有する熱電素
子１がヒートパイプ２２の円筒状の形状に沿って変形さ
れ、該ヒートパイプ２２に密着して巻き付けられてい
る。

【００２１】熱電素子１の外周には、放熱フィン２４が
取り付けられており、熱電素子１から熱を効率よく外気
中に放出するようになっている。

【００２２】そして、導水路２１中を矢印Ｆ方向に流れ
る熱流体２３の持つ熱をヒートパイプ２２によって導水
路２１外の凝集部２２ｂに伝達し、更に熱電素子１によ
って電気エネルギに変換し、該熱電素子１に接続されて
いる導電線２５を介して電気装置２６を作動させるよう
に構成されている。

【００２３】次に、本発明の第２実施例について説明す
ると、熱エネルギ回収装置３０は、図９から図１１にお
いて、貯溜槽３１と、熱電素子１とを備えている。

【００２４】貯溜槽３１は、熱流体２３を貯溜するため
のものであって、流入口３１ａと流出口３１ｂとが配設
され、熱流体２３を流入口３１ａから矢印Ｇ方向に流入
させ、また流出口３１ｂから熱流体２３を矢印Ｈ方向に
流出させるようになっており、該流出口３１ｂは上方に
Ｕ字形に曲げられた逆トラップ３１ｃが形成されてお
り、貯溜槽３１内には該逆トラップ３１ｃまでの水位を
常に確保するように構成され、一定量の熱流体２３を貯
溜するようになっている。

【００２５】熱電素子１は、熱流体２３の持つ熱エネル
ギを電気エネルギに変換するためのものであって、前述
した如く可撓性を有するように絶縁材がシリコンゴムシ
ート１１，１２で製作されており、更に複数個の、図９
に示す実施例においては２４個の熱電素子１がシリコン
ゴムシート３２上に整列して配設され、夫々の熱電素子
１は導電線３３によって４個ずつが直列に、更に直列接
続された６グループの熱電素子１が並列に接続されて電
気装置３４に接続されており、１個の熱電素子１の４倍
の電圧及び６倍の電気容量の電気を電気装置３４に矢印
Ｉ方向に供給するように構成されている。

【００２６】２４個の熱電素子１が配設されたシリコン
ゴムシート３２は、貯溜槽３１に貯溜された熱流体２３
の水面２３ａ上に浮かせるようにして配設されており、
該熱流体２３が流れることによって水面２３ａの形状が
変化すると、該形状に沿ってシリコンゴムシート３２が
変形して、常にすべての熱電素子１が熱流体２３に密着
するようになっており、効率よく熱流体２３の持つ熱を
熱電素子１に伝達して電気エネルギに変換して回収する
ように構成されている。

【００２７】本発明は上記のように構成されており、以
下その作用について説明する。第１実施例の熱エネルギ
回収装置２０は、図５において、熱電素子１の絶縁材は
可撓性を有し、かつ弾力性のあるシリコンゴムシート１
１，１２で製作されているので、ヒートパイプ２２の円
筒状の形状に沿って容易に変形させて該ヒートパイプ２
２に密着させて巻き付けることができ、またヒートパイ
プ２２の表面２２ｃの面粗度が粗い状態であっても、シ
リコンゴムシート１１，１２は弾力性を有するので表面
２２ｃの細かい凹凸にも対応して変形し、表面２２ｃの
全面に隙間なく密着して熱の授受を効率よく行うことが
できる。

【００２８】そして、図７及び図８において、熱流体２
３を導水路２１中を矢印Ｆ方向に流すと、導水路２１中
に突出するヒートパイプ２２の蒸発部２２ａが加熱され
封入された作動液が熱を吸収して蒸発し、作動液の蒸気
はヒートパイプ２２内のわずかな圧力差によって高速で
導水路２１外に配設された凝集部２２ｂ側に移動し、凝
集部２２ｂで液化して凝集潜熱を放出して熱流体２３の
持つ熱をヒートパイプ２２の蒸発部２２ａ側から凝集部
２２ｂ側に伝達する。

【００２９】ヒートパイプ２２の凝集部２２ｂ側に伝達
された熱は、熱電素子１の電極体４側を加熱して電極体
５側よりも高温状態とするので、電極体４側においては
熱エネルギを吸収して電子がエネルギレベルの低い状態
から高い状態へと移行し、電極体５側においては、電子
がエネルギレベルの高い状態から低い状態へと移行して
余ったエネルギを周囲の結晶格子に与えて熱電素子１に
起電力が生じ、熱エネルギが電気エネルギに変換され
る。

【００３０】また第２実施例の熱エネルギ回収装置３０
は、図１０及び図１１において、２４個の熱電素子１が
配設され、貯溜槽３１に貯溜された熱流体２３の水面２
３ａ上に浮かせるようにして配設されたシリコンゴムシ
ート３２は、熱流体２３の流れにより変化する水面２３
ａの形状に沿って変形し、常に熱電素子１と熱流体２３
とを密着状態に保持しているので、熱流体２３の持つ熱
を効率よく熱電素子１に伝達することができ、また熱電
素子１は上述したように、熱流体２３の持つ熱エネルギ
を電気エネルギに変換して回収することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、上記のように熱電素子の絶縁
材として可撓性及び弾力性を有する素材を用いて構成し
たので、熱電素子を自由に屈曲させて変形させることが
でき、またこの結果熱エネルギを授受すべき相手部材の
形状が曲面であっても、該曲面に沿って熱電素子を変形
させて相手部材に密着させて配設できるという効果があ
り、熱電素子の相手部材への取付け性を大幅に向上させ
ることができる効果が得られる。

【００３２】また上記構成により従来、組み立てること
が困難であったヒートパイプ等の曲面又は常に変化する
水面等に熱電素子を容易に密着させて利用できるという
効果がある。

【００３３】更には、可撓性及び弾力性を有する素材か
ら構成された絶縁材を持つ熱電素子をヒートパイプの一
端に密着させて配設し、該ヒートパイプの他の一端を熱
流体が流下する導水路中に突出させて配設したので、熱
流体の持つ熱エネルギをヒートパイプによって該熱流体
から取り出し、更に熱電素子によって電気エネルギに変
換して回収できる効果があり、またこの結果従来無駄に
捨てられていた熱エネルギを有効に利用できるようにな
り、小規模の発電所であっても、極めて安価な電力を提
供できることとなるため、例えばこの小規模の発電所の
電力のみを利用してその出力に見合った程度の太陽電池
の製造を行えば、安価な太陽電池の製造が可能となるた
め、太陽電池の増産を図ることができ、無公害な太陽エ
ネルギによりほとんどの電力需要を賄うことができる可
能性がある、という極めて優れた産業上の効果が得られ
る。

【００３４】また可撓性及び弾力性を有する絶縁材に固
着された電極体に多数のＰ型半導体素子及びＮ型半導体
素子をπ型直列接続して熱電素子を構成し、該可撓性を
有する熱電素子を貯溜槽に貯溜された熱流体上に浮かべ
て配設したので、表面状態が変化する該熱流体の水面に
合わせて熱電素子を変形させ、常に熱流体と熱電素子と
を密着させることができる効果があり、またこの結果熱
流体の持つ熱エネルギを効率よく該熱電素子に伝達して
電気エネルギに変換して回収することができ、上記と同
様安価な電力を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱電素子の斜視図である。

【図２】熱電素子の部分縦断面側面図である。

【図３】熱電素子の分解斜視図である。

【図４】熱電素子の作用を説明する電気回路図である。

【図５】図５から図８は本発明の第１実施例に係り、図
５はヒートパイプに固着された熱電素子の斜視図であ
る。

【図６】ヒートパイプに固着された熱電素子の分解斜視
図である。

【図７】熱エネルギ回収装置の縦断面図である。

【図８】熱エネルギ回収装置の斜視図である。

【図９】図９から図１１は本発明の第２実施例に係り、
図９は熱エネルギ回収装置の平面図である。

【図１０】熱エネルギ回収装置の縦断面図である。

【図１１】熱エネルギ回収装置の結線状態を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 熱電素子 ２ Ｎ型半導体素子 ３ Ｐ型半導体素子 ４ 電極体 ５ 電極体 １１ 絶縁材の一例たるシリコンゴムシート １２ 絶縁材の一例たるシリコンゴムシート ２０ 熱エネルギ回収装置 ２１ 導水路 ２２ ヒートパイプ ２２ａ 一端 ２２ｂ 他の一端 ２３ 熱流体 ３０ 熱エネルギ回収装置 ３１ 貯溜槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱流体を流す導水路と、該導水路中の前
   記熱流体に一端が突出し他の一端が前記導水路外となる
   ように配設され前記熱流体の持つ熱を前記導水路外の他
   の一端に伝達する複数のヒートパイプと、夫々の前記ヒ
   ートパイプの前記導水路外の前記他の一端に発熱側の一
   端を密着させて配設され可撓性及び弾力性を有する絶縁
   材に固着された電極体にＰ型半導体素子及びＮ型半導体
   素子がπ型直列接続された熱電素子とからなり、前記熱
   流体の持つ熱を前記ヒートパイプによって前記導水路外
   の前記ヒートパイプの前記他の一端に伝達し、前記熱電
   素子により前記導水路外に伝達された熱エネルギを電気
   エネルギに変換するように構成したことを特徴とする熱
   エネルギ回収装置。
2. 【請求項２】 熱流体を流入及び流出させながら貯溜す
   る貯溜槽と、可撓性及び弾力性を有する絶縁材に固着さ
   れた電極体に多数のＰ型半導体素子及びＮ型半導体素子
   がπ型直列接続され前記可撓性を有する絶縁材が前記貯
   溜槽内の前記熱流体に接触するように前記熱流体に浮か
   せた状態で配設された熱電素子とからなり、前記熱流体
   の熱エネルギを前記熱電素子によって電気エネルギに変
   換するように構成したことを特徴とする熱エネルギ回収
   装置。