JPH1084683A

JPH1084683A - 熱電装置

Info

Publication number: JPH1084683A
Application number: JP8257379A
Authority: JP
Inventors: Ivanovici Anatichuk Rukyan; イヴァノヴィッチアナティチュクルキャン
Original assignee: TABARISSIESTI S AGRANICHEN ADV; TABARISSIESTI S AGRANICHEN ADVIETT VINNATIS ARTEK; THERMO ELECTRIC DEV KK
Current assignee: TABARISSIESTI S AGRANICHEN ADV; TABARISSIESTI S AGRANICHEN ADVIETT VINNATIS ARTEK; THERMO ELECTRIC DEV KK
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2016-09-09
Also published as: JP3393359B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱損失が小さく、装置全体を小型で軽量にする
ことができ、信頼性の高い熱電装置を提供すること。【解決手段】電気回路に接続した吸熱及び放熱面を有す
る熱電池１２と、吸熱及び放熱面と熱接触する熱交換器
１３を有する暖温及び冷温伝達媒体の流体通路２，３と
からなる熱電装置を複数のセクション１に構成し、各セ
クション１を同一の複数のブロック１０から成るものと
し、各ブロックの２個の熱電池１２の間に少なくとも１
個の熱交換器１３が配置してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は熱エネルギーを電
気エネルギーに変換する熱電装置すなわち熱電発電機で
あり、また電流が通過すると暖温と冷温とを発生する熱
電ポンプに関する。

【０００２】この発明は各種の目的に使用する強力な電
源として使用でき、また計測工学、エレクトロニック
ス、貿易、および日常生活の諸物品の冷却、空気調和、
温度制御その他に使用することができるものである。

【０００３】

【従来の技術】電気回路に接続した熱電素子または熱電
池と、熱交換器と液体熱交換媒体の流体通路とを具備す
る熱電装置は周知である。この種の熱電装置はアメリカ
特許第４,６８２,７７２号、同第４，５２０，３０５
号、同第４，４９９，３２９号、同第３，２９８，８７
３号、同第３，２６９，８７４号、同第３，１４８，５
１１号、同第３，１１６,１６７号に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明に最も近似す
る熱電装置はアメリカ特許第４，５２０，３０５号およ
びその図１１に記載されている。この公知の熱電装置は
電気エネルギー発生装置である。同装置は電気回路に接
続し、吸熱面と放熱面とを備える熱電池と、熱電池の吸
熱面と熱接触する熱交換器を有する暖温伝達媒体の流体
通路と、熱電池の放熱面と熱接触する熱交換器を有する
冷温伝達媒体の流体通路とを具備している。

【０００５】この周知の熱電装置には同一形式の熱電パ
ネル（モジュール）が熱電池として使用されている。こ
のアメリカ特許に記載の公知の熱電装置には、前述の周
知の熱電装置と同様に次のような欠点ある。

【０００６】１．周知の熱電装置は、例えば、暖温伝達
媒体の温度が１８０℃で、冷温伝達媒体の温度が８０℃
であると、その効率が低いため、通常その効率は１〜２
％程度である。これは特に暖温伝達媒体の流体通路と冷
温伝達媒体の流体通路とが近接しているために、熱電装
置の熱損失が大きいことによるのである。熱電池と熱交
換器とを通る熱伝達媒体の熱伝達率が不十分であると、
媒体の通路内における流体の抵抗により、エネルギの損
失が大きくなる。

【０００７】２．周知の熱電装置は、そのサイズおよび
重量が大きく、１ｋｗ当たり５０リットル以上である。

【０００８】３．周知の熱電装置は、その組立、取り付
け、保守などが頗る困難である。これは、専ら熱電装置
の構成要素が単一化されておらず、規格化が不十分であ
ることに起因する。熱電モジュールと熱交換器のみが最
もよい場合で、周知の熱電装置の同一の構成要素がその
保守性と信頼性とを低下させているのである。

【０００９】この発明の主目的は、エネルギの転換効率
が優れていて、寸法および重量が小さく、組立、取り付
けおよび保守が容易であって、信頼性の高い熱電装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上に述べた課題を解決
するために、この発明の熱電装置は、電気回路に接続し
てあって吸熱面と放熱面とを有する熱電池と、前記熱電
池の吸熱面と熱接触する熱交換器を有する暖温伝達媒体
の流体通路と、前記熱電池の吸熱面と熱接触する熱交換
器を有する冷温伝達媒体の流体通路とを具備する熱電装
置において、（ａ）前記熱電装置を複数個の同一のセクションから構
成したことと；（ｂ）前記複数個のセクションの各セクションが前記暖
温伝達媒体の流体通路の接続部材と、前記冷温伝達媒体
の流体通路の太い管体と、前記熱電池と、前記熱交換器
とを含む同一の複数のブロックと、前記複数のブロック
を一つのセクションにする固定部材を有するものとした
ことと；（ｃ）前記一つのブロックの２個の熱電池の間に前記熱
交換器の少なくとも１個を配置したことと；（ｄ）前記各セクションの占めるスペースの外面を二つ
の平面を有するものとし、各セクションの暖温伝達媒体
の流体の前記太い管体を前記スペースの前記外面の一方
の面に配置し、冷温伝達媒体の流体の前記太い管体を前
記スペースの前記外面の他方の面に配置したことと；（ｅ）前記暖温伝達媒体の流体通路と前記冷温伝達媒体
の流体通路とに前記熱電装置の前記セクションと接続す
る流体分配装置を設けたこととを特徴とするものであ
る。

【００１１】この発明の熱電装置の実施態様において
は、熱交換器を平坦面を有するケースの形状にしてあっ
て、前記ケースに同一の平面に並列する２個の通路を設
け、前記通路の端部を前記ケースの対向面部に導き、前
記対向面部に空所を設けて２個の隣接する通路の両端部
を接続するようにし、前記熱交換器の空所を前記ケース
の表面に配した２個の耐密の平坦なカバーで閉塞し、前
記カバーの一方に流体導入用の導管と排出用の導管とが
設けてある。

【００１２】この発明の熱電装置の他の実施態様におい
ては、熱交換器の各空所をプラッグで閉塞し、流体導入
管と排出管とが熱交換器の外側の通路の開口に取り付け
てある。

【００１３】

【実施例】この発明の熱電装置は、図１に示すように、
同一のセクション１から成っている。図１に示す実施態
様においては、同一のセクション１は８個である。しか
し、熱電装置の出力に応じて、セクション１の個数を所
望の数にすることができる。

【００１４】図１に示す実施態様において、セクション
１は横列４組で、２段に水平に配列してある。図１に明
示する通り、下段の各セクションの上に、上段の同一の
セクション１が配置してある。

【００１５】セクション１は、図２に示す固定部材１１
と、２個の同一のフレーム２９とで相互に接続してあ
る。固定部材１１は金属棒で一方の端部は球状にしてあ
り、各固定部材１１の他方の端部は２個のフレーム２９
で接続してある。これを明瞭にするために、図１には３
本の固定部材１１を接続するフレーム２９の一部だけが
示してある。図面に示してない第二のフレーム２９（図
面に示してない）は熱電装置の後側に同様に配置してあ
る。固定部材１１とフレーム２９とは金属製、例えばア
ルミニウム製で、相互にボルトで接続してある。

【００１６】この発明の他の実施態様においては、熱電
装置の出力によって各セクションの横列の数、１列に配
置するセクションの数および配列の仕方が図１に示すも
のと相違している。

【００１７】この発明の熱電装置には暖温伝達媒体の流
体通路２と冷温伝達媒体の流体通路３とが設けてある。
図１において、流体通路２と３の入力側と出力側とが矢
印で示してある。流体通路２と３には４個の流体分配装
置４が設けてある。流体分配装置４はその垂直断面が図
１に略して示してあり、同図に示すように、Ｈ形をなし
ていて、金属製のパイプで構成してある。流体分配装置
４は暖温伝達媒体の流体通路２の太い管体８と冷温伝達
媒体の流体通路３の太い管体９とでセクション１に接続
してある。

【００１８】各セクションが占めるスペースは、図２に
その外面５が点線で示してあり、２つの平坦面６と７を
備えている。

【００１９】各セクション１において、暖温伝達媒体の
流体通路２の太い管体８は外面５の上方の表面に配置し
てあり、冷温伝達媒体の流体通路８の太い管体９は外面
５の下方の表面に配置してある。

【００２０】各セクション１は同一のブロック１０から
構成されている。図２に示すこの発明の実施態様におい
ては、セクション１のブロックの数は５個である。しか
し、セクション１のブロック１０の数は、必要に応じて
所望の個数に変更することができる。ブロック１０は固
定部材１１で１個のセクションにしてある。

【００２１】図３に示すように、各ブロック１０は熱電
池１２と熱交換器１３と、ブロック１０を一つのセクシ
ョンにする２枚の十字架形の金属固定板１４と固定棒部
材１５とを備えている。

【００２２】熱電池１２と熱交換器１３とは四角形の板
状で、その最も広い面を２枚の十字架形の金属固定板１
４の間に並列に挟み込んで多層構造体を構成するように
し、金属固定板１４は固定棒部材１５とボルトによって
接続してある。

【００２３】ブロック１０は導管２４と２８とによって
暖温伝達媒体の流体通路２と接続してあり、導管２６と
２７とによって冷温伝達媒体の流体通路３と接続してあ
る。一つのセクションにおいて、すべてのブロックは流
体通路２と並列に、流体通路３とも並列に接続してあ
る。一つのブロック内において、暖温伝達媒体の流体通
路２の隣接する熱交換器は導管２４によって直列に接続
してあり、冷温伝達媒体の流体通路の隣接する熱交換器
は導管２４によって直列に接続してある。

【００２４】ブロック１０には２個の熱電池の間に少な
くとも１個の熱交換器１３が配置してある。図４に示す
ように、熱交換器１３は平坦面１７、１８を有するケー
ス１６の形状にしてある。ケース１６は一つの平面に対
して並列に配列した通路１９を備え、通路１９の端部２
０はケース１６の対向する２つの平面１８に達してい
る。この平面１８には空所２１が設けてあって、２列の
隣接通路１９の折り返し部にしてある。

【００２５】図４に示すこの発明の熱交換器の実施態様
においては、熱交換器１３の空所２１はケース１６の表
面に配した２枚の耐密の平坦なカバー２２で閉塞してあ
り、カバー２２の一方に流体導入用と排出用の２本の管
体２３が配置してある。

【００２６】図５に示す熱交換器の別の実施態様におい
ては、各空所２１はプラッグ３２で閉塞してあり、一番
外側の通路１９の開口が流体導入用と排出用の管体２３
に接続してある。

【００２７】図６に示すように、ブロック１０には２個
の熱電池１２の間に少なくとも１個の熱交換器１３が配
してある。熱交換器１３は、例えば銅、アルミニウム、
ステンレススチール等の金属製である。一個の熱交換器
１３の通路１９の全長は２００乃至１０００ｍｍにして
あって、通路１９と通路１９との間隔は０．８ｍｍ以上
にする。通路１９から熱交換器１３の壁面までの距離は
０．５乃至１ｍｍ以下として、エネルギの損失を最小限
度にとどめ、熱電装置の作動時における熱交換を増大す
るようにしてある。

【００２８】この発明の以上に述べた実施態様の熱電装
置はアメリカ特許第５０６４４７６号、イギリス特許第
２２４７４４８Ａ号、欧州特許第４５５０５１Ａ２号、
アメリカ特許第５１７１３７２号に記載のものと類似す
る熱電モジュールの形式にするものである。熱電池１２
は吸熱面３０と放熱面３１とを備え、これらの面が熱交
換器１３と熱接触する。

【００２９】各熱電池１２は電導リード線を備えてい
る。１個のブロック１０内に、熱電池１２は銅線で直列
に電気的に接続されている。しかし、この発明を実施す
るに当たって、動作電流および電圧の如何によって、１
個のブロック１０内の熱電池１２を直列または並列に電
気的に接続することができる。

【００３０】各ブロック１０には２本のリード線を備え
ている。図３に示すこの発明の実施態様においては、ブ
ロック１０には、８個の熱電池１２と、冷温伝達媒体の
流体通路３を含む４個の熱交換器１３と暖温伝達媒体の
流体通路２を含む４個の熱交換器１３とを備えている。
冷温伝達媒体の流体通路３に含まれる熱交換器１３は十
字架形の板１４に隣接している。セクション１におい
て、ブロック１０の電導リード線は銅線で並列に接続さ
れている。

【００３１】この発明による熱電装置の作動は、前述し
た周知の熱電装置の作動と類似であって、発電機のモー
ドと熱ポンプのモードで作動する。

【００３２】発電機モードとしては、暖温伝達媒体が流
体通路２を流れ、冷温伝達媒体が流体通路３を流れる。
暖温伝達媒体は流体分配装置４を通り、暖温伝達媒体の
流体通路２の太い管体９を通過してセクション１に入
り、熱交換器１３を通過する。以上に述べた熱交換器１
３はその熱交換時における熱損失を最小限にするもので
ある。１個の熱交換器１３の熱伝達媒体の圧力差は０．
１乃至０．２気圧の範囲に維持することが好ましい。前
述の熱交換器の場合においては、熱交換器１３の通路１
９を流れる熱伝達媒体の流れは乱流に近いものである
が、流体抵抗を生ずるものでなく、熱伝達媒体の循環に
際してエネルギを多量に消費するものでもない。熱エネ
ルギの消費量は発電機モードの作動をしている熱電装置
の出力電気エネルギの１０％以下である。

【００３３】暖温伝達媒体の流体通路２に含まれる熱交
換器１３からの熱の流れは熱電池１２を経由して冷温伝
達媒体が流体通路３に含まれる熱交換器１３に送られ
る。周知のゼーベック効果によって、熱電池１２に起電
力が発生する。すべての熱電池は電気的に接続され、熱
電装置のリード線に接続されているので、これらのリー
ド線に一定の電圧が発生する。この電圧は熱電装置のリ
ード線に接続されている他の装置に利用することができ
る。

【００３４】熱ポンプのモードとしては、熱電媒体は複
数のセクション１に分割されている流体通路２、３を通
過してブロック１０に入り、発電機モードの場合と同様
に、熱交換機１３に流入する。熱電装置のリード線には
外部直流電源が接続してある。電流は各セクション１毎
に分配され、ブロック１０に送られて、各熱電池１２を
通過する。ペルチェ効果によって、吸熱面３０が冷却さ
れ、放熱面３１が加熱される。熱交換器１３による熱交
換によって、流体通路２内の熱伝達媒体が加熱され、流
体通路３内の熱伝達媒体が冷却される。流体通路２およ
び３から流れる熱伝達媒体は熱源および冷却源として使
用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上に述べたこの発明の熱電装置は従来
周知の熱電装置よりも、次に述べるような利点がある。

【００３６】（１）熱交換器１３が以上に述べたように
構成してあるので、熱交換器の熱損失を最小限度のもの
とし、熱交換を増加させ、熱伝達媒体のポンピングに要
するエネルギ消費量を最小限度にする。

【００３７】（２）各セクションにおいて、暖温伝達媒
体の流体通路２の太い管体９が外面５の他方の面に配し
てある。すなわち、暖温伝達媒体の流体通路と冷温伝達
媒体の流体通路３とが並列して離れているために、熱電
装置の動作時に、流体通路２と３との間における熱流束
が熱電装置１２を通過しない。

【００３８】前述の（１）と（２）に記載の理由によっ
て、この発明の熱電装置の効率は周知の熱電装置の効率
よりも３．５乃至４％も高率である。

【００３９】（３）この発明の熱電装置はその構成部品
を統一化できるものである。ブロック１０は同一の熱電
モジュール１２と同一の熱交換器１３とから成ってお
り、熱電装置は同一のセクションから構成されている。
それゆえ、セクション１において、前述したように並列
に接続されたブロック１０を全体的に使用することによ
って、熱電装置全体の信頼性を高め、セクション１の１
つのブロック１０のカバーはセクション１の支障になら
ないが、その効率を低下する。

【００４０】１つのセクションが故障しても、装置全体
の故障にはならず、ただ熱電装置の出力が低下するだけ
である。同一のブロック１０とセクション１とを利用す
ることによって、熱電装置を一段と使用し易くするもの
である。

【００４１】（４）この発明の熱電装置は、その重量と
体積とを極めて小さくすることができる。熱電装置の出
力１ｋｗについて、その重量は２５ｋｇ、体積は２５リ
ットルとなっている。この発明の熱電装置を発電モード
として作動させて、テストした結果を示すと、表１の通
りである。

【００４２】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の熱電装置の実施態様を示す全体図で
ある。

【図２】この発明の熱電装置の断面図である。

【図３】この発明の熱電装置の１個のブロックを示す図
である。

【図４】この発明の熱電装置の熱交換装置の変更態様の
断面図である。

【図５】この発明の熱電装置の熱交換装置の他の実施態
様の断面図である。

【図６】この発明の熱電装置の１個のブロックの一部の
断面図である。

【符号の説明】

１セクション２暖温伝達媒体の流体通路３冷温伝達媒体の流体通路４流体分配装置５各セクションが占めるスペースの外面８、９太い管体１０ブロック１１固定部材１２熱電池１３熱交換器１４十字架形の金属固定板１５固定棒部材１６ケース１９通路２１空所２２カバー２３管体２４、２６、２７、２８導管２９フレーム３０吸熱面３１放熱面３２プラッグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ルキャンイヴァノヴィッチアナティチュクウクライナ国 274022 チェルノフツイフェドコビッチ 58／１番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気回路に接続してあって吸熱面と放熱面
とを有する熱電池と、前記熱電池の吸熱面と熱接触する
熱交換器を有する暖温伝達媒体の流体通路と、前記熱電
池の吸熱面と熱接触する熱交換器を有する冷温伝達媒体
の流体通路とを具備する熱電装置において、（ａ）前記熱電装置を複数個の同一のセクションから構
成したことと；（ｂ）前記複数個のセクションの各セクションが前記暖
温伝達媒体の流体通路の接続部材と、前記冷温伝達媒体
の流体通路のパイプと、前記熱電池と、前記熱交換器と
を含む同一の複数のブロックと、前記複数のブロックを
一つのセクションにする固定部材を有するものとしたこ
とと；（ｃ）前記一つのブロックの２個の熱電池の間に前記熱
交換器の少なくとも１個を配置したことと；（ｄ）前記各セクションの占めるスペースの外面を二つ
の平面を有するものとし、各セクションの暖温伝達媒体
の流体の管体を前記スペースの前記外面の一方の面に配
置し、冷温伝達媒体の流体の管体を前記スペースの前記
外面の他方の面に配置したことと；（ｅ）前記暖温伝達媒体の流体通路と前記冷温伝達媒体
の流体通路とに前記熱電装置の前記セクションと接続す
る流体分配装置を設けたこと；とを特徴とする熱電装
置。
【請求項２】前記熱交換器を平坦面を有するケースの形
状のものとし、前記ケースに同一の平面に並列する２個
の通路を設け、前記通路の端部を前記ケースの対向面部
に導き、前記対向面部に空所を設けて２個の隣接する前
記通路の両端部を接続するようにして成る請求項１に記
載の熱電装置。
【請求項３】前記熱交換器の前記空所を前記ケースの表
面に配設した２個の耐密の平坦なカバーで閉塞して成る
請求項２に記載の熱電装置。
【請求項４】前記熱交換器の前記各空所をプラッグで閉
塞し、前記熱交換器の外側の前記通路の開口を流体を導
入および排出する管体に接続して成る請求項２に記載の
熱電装置。