JPS5915195B2 - 大きな温度勾配を有する熱電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、熱を電気エネルギに変換するためまたはそ
の逆に熱を電気的にポンピングするための改良された効
率を有する熱電装置に関する。

公知のように、熱電素子は、熱を変換する発電機として
用いた場合数パーセントの効率しか達成できない。また
、電気的熱ポンプとしての熱電素子の使用は、従米極く
特殊な用途に限られている。その理由は先ず第１に、今
日まで使用されるに到つている全べての熱電素子におい
て、その最大可能な効率を制限する材料の熱的および電
気的組合せが極めて悪いことによる。例えばドープされ
たＳｉ７ＯＧｅ，Ｏ結晶（発電機用）またはＢｉ２Ｔｅ
，（熱ポンプ用）のような今日知られている最良の熱電
材料においても、いわゆる性能指数（熱電率の２乗を熱
伝導率および導電率の比で割つた商）に平均動作温度を
乗じた値は、大体数値１を達成できるのが限度である。
そして、このことが、熱電素子で熱電素子で現在最良の
場合でもカルノ一効率の１０ないし２０％しか達成でき
ないことの主たる事由である。したがつて、熱電効果は
広汎な技術分野で応用できるようにするためには上記性
能指数の本質的な改善が必要とされる訳である。公知の
熱電材料を用いての改良に関して、現在の技術レベルで
は熱電効率の本質的な増大は達成できないように思われ
る。熱電装置に新規な物理的効果を利用し且つ適合させ
ることによつて成功が期待される。性能指数の改善には
、熱電材料の導電率を大きくすること、または熱電率を
大きくすることまたは熱伝導率を小さくすることによる
新規な物理的効果が寄与することができる。

導電率の増大は例えば非常に薄い半導体および絶縁層に
おいて波動力学的なトンネル効果により可能にされる。
また熱電率の高揚は特殊な条件下において温度勾配下で
フオノンを電子で「連行」すること（フオノンドラグ効
果）により実現され、そして熱伝導率の減少は格子にお
ける電子の非弾性散乱により達成される。本発明の課題
は、新規な物理的効果を利用および適用することにより
熱電素子の効率を改良することにある。

本発明によれば、上記の課題は、熱電素子の各要素脚に
おいて、熱電流が、電子の非弾性散乱の結果として固有
熱伝導率が減少される程に大きな温度勾配を有する少な
くとも１つの個所を介して流れることを特徴とする大き
な温度勾配を有する熱電装置によリ解決される。

固体においては、１０３度程度の最大温度差を用いるこ
とが可能であるので、上記の大きな温度勾配は固体にお
いて最小の距離における温度差を意味する。

従来の熱電発電機および熱ポンプにおいては１０３〜１
０４度／Ｃ！ｎの温度勾配は殆んど達成できないが、本
発明による熱電装置は１０４度／Ｃ！！Ｌより大きな勾
配で動作することができる。格子イオンにおいて電子の
散乱を弾性的に行なう場合には大きな温度差でもほぼ通
常の温度依存特性に従つてのみ固有熱伝導率に影響を与
えることができるに過ぎない。１つの電子が平均して１
つの温度勾配下で２回衝突する間に吸収され且つ放出さ
れるような最大のエネルギ量が、大きくてもＫθに等し
い限り、電子散乱は弾性散乱にとどまる。

ここでＫはボルツマン定数であり、θはいわゆる特性温
度もしくはデバイの温度である。また、この場合にはビ
ーデマン・フランツ・ローレンツの法則も当嵌る。本発
明の教示によれば、θ／λより大きな温度勾配において
、温度勾配の方向における電子の散乱が平均的に非弾性
になる。

というのは本発明によれば電子はＫθよりも大きなエネ
ルギ量を吸収または放出するからである。ここでλは電
子の平均自由走程である。格子イオンにおける電子の非
弾性散乱は実質的に、固有導電率に対し何ら影響するこ
とがない。しかしながらこの非弾性散乱は固有熱伝導率
には大きな影響を及ほし、固有熱伝導率は格子と電子と
の非弾性衝突で温度勾配に換算して５桁程度まで小さく
なる。この臨界温度勾配においては金属に関するビーデ
マン・フランツローレンツの法則は最早や当嵌らなくな
る。何故ならば、「熱」もしくは［冷」電子、即ち格子
と平衡状態にない電子が挙動を支配するからである。ほ
ぼ１００００Ｋの温度では金属のθ／λの値は１０７〜
１０８度／（１７７１程度である。それよりも低い温度
では、平均自由走程λは大きくなり、そして固有熱伝導
率が小さくなる臨界温度勾配は、転移領域を考慮に入れ
ても、１桁または２桁以上小さくなる。臨界温度勾配に
ある材料は、いわば新しい熱電材料となり、その性能指
数は（極めて大きな温度勾配の影響下での）熱電率、殆
んど変らない導電率および小さくなつた固有熱伝導率に
よつて決定される。

この場合性能指数に平均温度を乗じた積は例えばニツケ
ル、鉄のような金属に対しても１０３より大きな値を取
ることができる。半導体および絶縁体の場合、臨界温度
勾配においては比較的大きな熱電率のために、１０５Ｖ
／鑞以上の電界強さが生じ、この結果、この材料の電気
抵抗は減少され得る。

特殊な状況下では高い温度でも、格子振動による電子の
ドラグが生じてこれにより例えば大きな温度勾配を有す
る薄い層の形態にあるこの材料の熱電率は大きくなる。
薄層の厚さが充分に小さい場合には単に波動力学的なト
ンネル効果に由るだけで層の横導電率の増大がもたらさ
れる。本発明によれば、大きな熱勾配は要素脚において
異なつた温度に設定された物体間の充分に小さな結合ま
たは接触個所に定常的に存在せしめることができる。

しかしながらまた、本発明によれば、大きな温度勾配は
要素脚に非定常的に存在せしめることもできる。

例えば、大きな非定常的温度勾配は強い電磁ビーム（例
えば導束された太陽光線）またはイオン化ビーム（例え
ば弱いβ放射）の表面吸収により発生することができる
。また、本発明によれば異なつた温度゜を受ける物体の
時間的または時間および空間的に可変の接触個所にも大
きな温度勾配を生ぜしめることができる。

本発明による熱電装置の全電気抵抗および全熱伝導抵抗
を、本質的に大きな温度勾配が存在する領域または層に
おける電気抵抗および熱伝導抵抗により決定するように
すれば、最適な条件が達成される。

これらの領域または層においてのみ、非平衡電子の正ま
たは負の減衰、したがつてまた固有熱伝導率の減少が生
ずるからである。時間的または時間および空間的に可変
の接触個所における大きな非線形温度勾配は２つの異な
つた温度を受ける物体の周期的接触により生ぜしめるこ
とができる。本発明によれば、２つの物体のうちの少な
くとも１つを回転対称形にすることができる。

本発明によれば、上記の時間的または時間的および空間
的に可変の接触個所は異なつた温度を受ける物体の転動
、振動または摩擦により生ぜしめることができる。

この場合には非定常的な熱接触であるにも拘らず、定常
的に電気接触が実現できる。本発明によれば２つの異な
つた温度を受ける物体のうちの１つをプラズマから構成
することができる。

本発明の別の実施形態においては、２つの異なつた温度
を受ける物体のうちの１つを良好な導電性の液体、例え
ば液相もしくは溶融金属、液相合金、溶融された化合物
または電解質溶液とすることができる。

本発明によれば２つの異なつた温度を受ける物体のうち
少なくとも１つを、金属、合金または金属質の導電性材
料から構成することができる。

本発明の別の実施形態によれば、異なつた温度を受ける
物体のうち少なくとも１つを単結晶または多結晶形態の
ｐ導電型またはｎ導電型の元素半導体層から構成するこ
とができる。さらに本発明によれば、異なつた温度を受
ける物体の少なくとも１つを、一般に、例えば酸化物窒
化物、炭素化物、ホウ化物、カルコゲナイド、水素化物
、シリコーン、ハロゲン化物等々のような正または負の
熱起電力を有する耐熱性の化合物から成る層とすること
ができる。

このような層は電子が通過できる程薄くする（く１Ｘ１
０６ｃｍ）ことができるので、高オームの半導体および
絶縁体さえも本発明の熱電装置に成功裡に利用すること
が可能である。本発明はまた、熱電装置を交流−エネル
ギ変換器の形態で直接エネルギ変換器として使用するこ
とを提案するものである。

交流−エネルギ変換器に印加される電流によつて、異な
つた温度を受ける物体間の接触部における吸収されたガ
ス層による電圧依存性のトンネル抵抗の影響を小さくす
ることができる。これにより、この主抵抗の熱電装置の
効率に対する好ましくない影響が減少？れる。実用に関
する種々な要件に対する適合化およびエネルギ変換の高
効率が達成されるために、本発明による熱電装置は熱、
核または太陽エネルギを利用する全ゆる大きさのプラン
トのための熱電発電機として使用できる。また、本発明
の装置は電動機と組合せて、全ゆる種類の駆動に適して
いる。

また、可逆冷却、可逆加熱および空気調制のための熱ポ
ンプとして有利に使用できる。

さらに、効率が高いために、本発明の熱電装置は超導電
体装置の熱電冷却のための熱ポンプとしても適している
。

本発明による熱電装置は、公知の仕方で直列にも並列に
も接続できる。

またカスケード形態の並直列の接続も可能である。以下
図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する
。

実施例 １ 第１図において、参照数字１は厚さ５×１０−２？の鉄
製の箔を指し、この箔１は厚さ５×１０４鑞および幅１
×１０−３ＣＴＩＬの中央ストリツプを有している。

この中央ストリツプには右側および左側から電子ビーム
によつてスリツト状の切欠きが形成されている。スリツ
トの幅は５×１０″″６ＣＴｆＬである。スリツト内の
介在空間は排気されている。スリツト端は中央部で７×
１０→儂の間隔で対置している。ニツケル製の箔２は鉄
箔１と同じ幾何学的寸法を有している。このニツケル箔
にも鉄箔１と同様にしてスリツトが形成されている。接
触ブリツジ４によつて互いに電気接続されている鉄箔１
およびニツケル箔２はスリツトの上方においてＴｈ＝１
５０００Ｋの温度に維持されている。スリツトの下方で
は鉄箔１およびニツケル箔２は温度ＴＯ＝３００はＫに
冷却されている。Ｔｈ−ＴＯ＝１２００度の温度差は箔
１および２のスリツト間に設けられた接続片において定
常的に降下する。その際に現われる定常温度勾配３は約
４．２×１０８でニツケルのそれはθＮｉ＝４７２約Ｋ
であＶ１そして平均自由走程長λＦＯ＝２．２Ｘ１０−
６〔およびλＮｉ＝１．３３Ｘ１０１鑞であるので鉄の
場合、比θ／λは約２．４×１０８ＣＫ／ＣＴ！ｌとな
り、ニツケルでは約３．５×１０＆′。Ｋ／Ｃｍとなる
。したがつて、４．２×１０８１Ｋ／（：ｍの温度勾配
３では、鉄ならびにニツケルにおいて電子は２回の衝突
で平均的に、高い最大エネルギ量Ｋθを吸収し且つ放出
する。その結果電子の散乱は非弾性となり、箔１および
２における大きな温度勾配３の領域の固有熱伝導はほぼ
係数１０″５だけ減少する。したがつて、この鉄・ニツ
ケル熱電素子における性能指数および温度の積は、熱電
率が約３０μｖ程度に小さいも拘らず約１０３となる。
この装置の最大効率は、カルノ一の効率（８０％）の約
９４％したがつて７５％となる。但し、これは放射およ
び伝導による全ての他の損失を無視できるものとした場
合である。斯くして、約３６ｍＶの熱起電力の結果とし
て、電子の流れ８が接点５および６ならびに負荷抵抗７
を介して熱電装置を流れる。負荷抵抗７は、０．０１Ω
で約３０ｍＷの最大電力を取出す。実施例 ２ 第２図において、８７．５％のニツケルおよび１２．５
％のクロムの合金から形成された直径１．５×１０３（
１７７！のワイヤ１は２つのニツケル板９上に並置され
そして硬質ろう１１で下側部を各ニツケル板９にろう付
けてされている。

各ニツケル板９は２Ｃ厚さで各々１０ｃＴｎの長さおよ
び幅を有しておリ、したがつて合計約６６００本のワイ
ヤが各ニツケル板上に並置して設けられ、ろう付けによ
り固着されている。２つのニツケル板９はその面の法線
に対して互いに９００だけ角度変位されて固着されたワ
イヤ１が複数個の絞り交錯を形成するようにワイヤ側が
重ね合せられている。

高真空下における還元および加熱によつて、ワイヤ表面
は全べての吸収ガスを除去されそして、この圧力により
ワイヤ１間には１×１０−５αの平均円直径を有する約
４４×１０６の接触個所が形成される。純接触抵抗を維
持するために、ワイヤ１を有する２つのニツケル板９は
高真空中で充分に高い機械的圧力下に維持される。第２
図のニツケル板１０も全く同様の仕方で、ワイヤ２を設
けられる。このワイヤ２は６０％銅−４０％ニツケルの
合金から造られて１．５×１０３ＣｆＬの直径を有する
。これらワイヤも前述のもとの類似に配列され、そして
平均直径１×１０５？の約４４Ｘ１０６個の接触抵抗を
形成している。上側の板９および１０は接触ブリツジ４
を介して互いに電気接続されＴｈ＝１１００ジＫの温度
に維持される。下側の板９および１０は温度ＴＯ＝３０
００Ｋに保持される。各熱電素子脚１および２における
４４Ｘ１０６個の接触抵抗を介し約２×１０８０ＫΔ勉
の温度勾配領域３を通つて熱電流が流れる。接点５およ
び６を介して電子流８はこの熱電装置および負荷抵抗７
を流れる。第２図の装置を１０００個直列に電気接続し
た場合、総合電圧は４０Ｖそして最大電力出力は２ＭＷ
（メガワツト）となる。２００ＫＷの電力を取出す際に
効率は約６０（ｆｌ）となる。

実施例 ３第３図において、参照数字１はｐ＋型のシリ
コン単結晶板を指し、そして参照数字２はｎ＋型のシリ
コン単結晶板を表わす。

円板１および２は、３インチの直径および５×１０２ｃ
ｍの厚さを している。これらシリンコン単結晶円板は
、や り３インチの直径を有するモリブデン板９およ１
０の１側にバリヤを形成しないようにして付着されてい
る。シリコン円板１および２の露出側には、Ｖ字形の平
行なエツチング溝が設けられる。その場合２つの隣接す
るエツチング溝の谷間および頂点間の間隔はそれぞれ１
×１０−３ＣＴＩＬである。２つのシリコン単結晶板１
および２と同様の仕方で、３インチ直径の２つのモリブ
デン円板４ａおよび４ｂの１側にも、２つの隣接するエ
ツチング溝の谷間および頂点間の間隔が１Ｘ１０−３二
となるようにＶ字形のエツチング溝が形成されている。

シリコン円板１およびモリブデン円板４ａならびにシリ
コン円板２およびモリブデン円板４ａは、エツチングさ
れた表面で９０ブ回転して互いに圧力下で重ね合せられ
、その結果、シリコン円板のエツチング溝頂部およびモ
リプデン円板のエツチング溝頂部によつて各々約４４Ｘ
１０６個の接触域が形成される。約１２００℃で真空下
で短時間焼結することにより、これら接触領域には平均
直径２Ｘ１０−５ＣＴＩＬの純接触抵抗部が形成される
。モリプデン板４ａおよび４ｂはモリブデン・ブリツジ
４によつて相互に接続されている。電気接続５および６
を介して双方の外側のモリプデン板９および１０（温度
ＴＯ＝３０００Ｋに保持されている）には直流電源１２
から電子流８が装置を通つて流れる。円板１から４ａな
らびに４ｂから２への電子遷移部において、ベルチエ効
果に由る熱が円板１および４ｂの非常に薄い層に吸収さ
れ、そしてこれら遷移領域には大きな温度勾配３が生じ
る。この熱電装置は１×１０５Ωの内部抵抗を有する。
１０４Ａの最大冷却電流８において、温度勾配３を電流
８が通る際に吸収される熱出力は１ＫＷである。

外部から熱供給がなければ、板４にはＴｃく２０外Ｋの
冷温が達成される。本発明において特に興味があるのは
、大きな非定常的な温度勾配である。

この非定常的な温度勾配は１つの個所において比較的短
かい時間（〈１０２ｓｅｃ）しか存在し得ない。

しかしながらこの非定常的温度勾配は小面積または小さ
な接触個所に相関するものではない。第４図は大きな非
定常的温度勾配を有する本発明の装置の原理を示す。実
施例 ４ 第４図において、参照数字１は０．５ＣＴＩＬ直径の鉄
製のピンであり、２は同径のコバルト・ピンである。

２つのピン１および２は温度ＴＯ＝３００ＣＫに保持さ
れている。

参照数字４は可動の接触ブリツジであつてタングステン
から造られ、１９０００Ｋの温度に維持されている。可
動の接触ブリツジ４は、端位置４および４′間では、１
００Ｈ２の周波数で垂直方向に振動する。位置４では鉄
ピン１ならびにコバルト・ピン２が接触ブリツジ４と協
働して各々１つの接触個所を形成する。装置は高真空下
に置かれそして注意深く加熱されて、それにより各接触
個所は平均１Ｘ１０３（１１の直径を有する１つの接触
抵抗に相当する。このような接触個所は毎秒１００回生
じ、その接続期間は１ｎ１．ｓｅｃよりも小さい。鉄ピ
ン１およびコバルト・ピン２とブリツジ４との各接触開
始時には瞬間的に接触個所に全温度差Ｔｈ−ＴＯ＝１６
００度が生ずる。この結果、平均自由走程の２〜３倍の
厚さの層に短時間この全温度差が加わる。これにより鉄
ピン１ならびにコバルト・ピン２さらには接触プリツジ
４に短時間大きな温度勾配３が生ずる。斯くして鉄ピン
１、コバルト・ピン２ならびに接触ブリツジ４は接触個
所において約１１００にＫの温度に達する。鉄およびコ
バルト間の熱起電力の結果として、１００Ｈ２の脈動電
子流８が接点５および６を介して熱電装置の接触抵抗お
よび負荷抵抗７を通つて流れる。約７２％のカルノ一効
率において、装置の最大効率は僅か約３７％に過ぎない
。その理由は接触領域の接触抵抗の総和が大きな温度勾
配３を有する層の電気抵抗の総和よりも約１０２倍程大
きいからである。負荷抵抗７は最大数ミリワツトの電力
で脈動電子流８を吸収することができる。実施例 ５ 第５図は回転対称形を有する異なつた温度を受ける物体
間に大きな非定常温度勾配を有する本発明の別の実施例
を示す。

参照数字１は鉄から造られた２つの円筒体を指し、これ
ら円筒体のうちの１つは水冷１３により温度ＴＯ＝３０
０のＫに保持され、他方残９の円筒体１は温度Ｔｈ＝１
５０００Ｋに加熱されている。

参照数字２は５×１０２０ＩｆＬ厚さのニツケル層を被
覆された２つの鉄製円筒体を指す。これら円筒体は鉄円
筒体１と同じ温度ＴｈおよびＴＯを有する。加熱円筒体
１および２は鉄円筒体４によつて橋絡されている。この
円筒体４は円筒体１および２間で熱い接触ブリツジ４と
しての働きをする。全べての円筒体１２および４は５Ｃ
ＴｆＬの外径および５０？の幅を有している。これら円
筒体は毎秒１回転の回転速度で高真空中で相互に転動す
る。円筒体１および２の走行面は、異なつた温度を受け
る円筒体１および２間の接触面にそれぞれ平均１×１０
４０ｆｎの直径の平均約５×１０６個の接触面が生ずる
ように構成されている。

全べての接触抵抗の合成抵抗値は大きな温度勾配３を有
する全べての層の電気抵抗の和よりも１０倍大きい。そ
れにも拘らず第５図の発電機の最大効率は６５％程度で
ある。摺動接点５および６を介して負荷７に流れる電子
流８で、僅か４０ｍＶの電圧で最大約２０ＫＷの電力を
取出すことができる。実施例 ６第６図は異なつた温度
にされる物体の１つがブラズマから構成されている本発
明の１実施例を略示するものである。

第６図において、参照数字９および１０はプラチナ被覆
が設けられた銅の中空円筒体を指し、これら円筒体は軸
方向の水冷によつて温度ＴＯ＝３００円Ｋに保持されて
いる。円筒体９のプラチナ被覆２４は数％のトリウムを
含みトリウムは１部表面に分散されて表面にＴｈＯ２の
１×１０−６藝厚さの層１を形成している。円筒体１０
のプラチナ被覆２５は数％のマグネシウムを含有してい
る、このマグネシウムも同様に部分的に表面に分散され
て厚さ２Ｘ１０−６（１−JモV！のＭｇＯの層２を形成
している。２つの円筒体９および１０は１？の外径およ
び１ｍの幅を有する。

これら円筒体は毎秒２回転の速度で回転し、そしてそれ
らの表面が直かに接触しない程度に近接して並置されて
いる。幅広のノズル１４から直接２つの層１および２の
接触線領域にエチレン一酸素炎４が吹つけられる。炎４
は約４００００Ｋの温度にあるので、円筒体１および２
の表面の接触線の領域は１８００筒Ｋに加熱される。こ
の装置の２Ｘ１０−５Ωの電気抵抗は、実質的に円筒体
１および２間のプラズマ４を介しての遷移抵抗だけによ
つて形成される。摺動接点５および６の無負荷時電圧は
２Ｖであリ、そして負荷により最大５０ＫＷの電力を取
出すことができる。最大効率は５０％以上である。第６
図の具体例の別の実施形態として、２つの円筒体９およ
び１０を、層１および２が互いに直接電気接触を成すよ
うに摺接回転するよう近接並置しても良い。

この場合には、エチレン一酸素炎４の代リに、２つの層
の接触線領域は１０３Ｗ／０１！１２のエネルギ密度を
有する集束された太陽光線によつて２１０００Ｋに加熱
され、その結果層１および２に大きな非定常温度勾配３
が形成される。実施例 ７第７図は、異なつた温度にさ
れる物体の１つが液体金属から形成される本発明の実施
形態を略示するものである。

図中、参照数字９は外径５０ｃ！ｎならびに壁厚、幅１
？のモリブデン製の中空円筒体を指す。この円筒体はそ
の外面に、厚さ１×１０４ＣＴｆＬで固有電気抵抗０．
１Ωスを有するＰ型にドーブされたＳｉＣ層１を有して
いる。参照数字１０は外径５０ＣＴｎならびに壁厚およ
び幅１？のモリブデン製の中空円筒体を指す。この円筒
体はその外面に、１×１０−４？厚さで０．１Ω礪の固
有電気抵抗を有するｎ型にドープされたＳｉＣ層を有し
ている。円筒体９および１０は水冷１３により温度ＴＯ
＝３００９Ｋに保持されている。これら円筒体は毎秒２
０回転の回転速度で回転する。２つの円筒体９および１
０はセラミツク製容器１５内に入れられた液化銀の共通
の浴４内に保護ガス下で浸漬されている。

セラミツク容器１５は、液化銀４が１６００るＫの温度
になるように集束された太陽光線によつて加熱される。
円筒体９および１０は、回転中層１および２の約２ＣＴ
ｆ１２が銀浴２で湿潤される程度の深さで銀浴４内に浸
漬されている。層１および２はこの個所において大きな
温度勾配３で約１３００こＫまで加熱される。第７図に
示すような装置を合計４００個、半円筒形の太陽光線反
射鏡の１０ｍ長の焦線上に載置して直列に接続する。こ
の装置においては第１の円筒体の接点５と最後の円筒体
１０の接点６との間に２００Ｖの無負荷電圧が得られ、
そして全内部抵抗は１×１０２Ωである。この熱電太陽
発電機の最大出力は１ＭＷである。１００ＫＷの電力を
取出す場合の吸収太陽光線の変換効率は４５０ｔ）であ
る。

太陽光線を受ける所望の面積はこの場合約１０×４０ｍ
２である。実施例 ８ 第８図は、熱電熱ポンプとして構成された本発明の１実
施形態を略示している。

同図において参照数字９および１０は外径１５Ｃ７！Ｌ
および幅０．２５？のタングステン・リングであり、こ
れらリングは外径１３ＣｆＬを有するセラミツク管１７
に被着されている。なお、リングはセラミツク管１７に
対して良好な熱伝達を有している。タングステン・＋リ
ング９の外面にはＰ導電性のシリコン層１が１×１０４
ｃｍ厚さで被着されており、このシリコン層の固有電気
抵抗は１×１０−３Ω？である。

タングステン・リング１０の外表面にも同じ固有抵抗の
ｎ＋導電型の等厚のシリコン層２が被着されている。相
互にろう付けされた合計１００個のリング対９および１
０がセラミツク管１７上に設けられてそれぞれ外径１４
ＣＴ！Ｌ，幅０．２５ｃＴｎセラミツク・リング１８に
よリ電気的に隔離されている。セラミツク管１７はその
長手軸を中心に毎秒５回転の回転速度で回転する。この
場合、各リング９および１０は層１および２が各々１×
１０−２ｃｍ２の面積で水銀と接触するように電気的に
絶縁されている水銀浴１６内に浸漬される。これらの面
にはペルチエ効果に由つて大きな非定常温度勾配が生ず
る。水銀浴１６は、水冷１３によつて温度ＴＯ＝３００
浴Ｋに保持されているセラミツク容器１５内に収容され
ている。最初のタングステンリンク９の水銀浴１６およ
び最後のタングステンリング１０の水銀浴１６内には電
気接点５および６が設けられており、これら接点を介し
て装置は交流−エネルギ変換器形態に接続される。この
変換装置は調整可能な交流変圧器２２が接続されている
３相５０Ｈ２の交流の接続端子２３を有する。電圧は塞
流線輪２１および３相整流器２０を介し、接点５および
６を経て脈動直流電圧として熱電装置に印加される。塞
流線輪２１のインピーダンスは４Ωである。したがつて
これよりも２０倍大きい交流回路の皮相インピーダンス
が（コンデンサ１９により平滑された）熱電装置を流れ
る直流８を決定する。直流８は実質的に印加された電流
のように装置を流れ、これにより接触抵抗の影響はかな
ｖ抑止される。４００Ｖの交流電圧で、最大１００Ａの
電流が熱電装置を流れ、その場合外部から熱供給が無い
としてセラミツク管１７は温度Ｔｃく５００Ｋに冷却さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は大きな定常温度勾配を有する本発明による熱電
装置を原理的に示す図、第２図は発電機として構成され
た大きな定常温度勾配を有する熱電装置の実施形態を示
す図、第３図は熱ポンプとして構成された大きな定常温
度勾配を有する熱電装置の実施例を示す図、第４図は大
きな非定常温度勾配を有する本発明の熱電装置の原理構
成図、第５図は回転対称型に配設されて異なつた温度を
受ける物体間に大きな非定常温度勾配を有する発電機と
して構成された本発明による熱電装置の実施例を示し、
第６図はプラズマ接触ブリツジを使用して発電機と構成
された大きな非定常温度勾配を有する本発明の熱電装置
の実施例を示し、第７図は熱ポンプとして構成された大
きな非定常温度勾配を有する本発明の熱電装置の実施例
を示し、そして第８図は発電機として交流エネルギ変換
器形態に構成された大きな温度勾配を有する本発明の熱
電装置の実施例を示す。 １・・・・・・熱電Ｐ型材料、（ｐ一脚）、２・・・・
・・ｎ型材料（ｎ一脚）、３・・・・・・大きな温度勾
配領域、４・・・・・・接触ブリツジ、５・・・・・・
Ｐ一脚への電気接続、６・・・・・・ｎ一脚への電気接
続、７・・・・・・負荷抵抗、８・・・・・・電子流、
９，１０・・・・・・金属中空円筒、１１・・・１およ
び９間ならびに２および１０間の硬質ろう付結合、１２
・・・・・・直流電源、１３・・・・・・水冷、１４・
・・・・・炎ビーム用ノズル、１５・・・・・・液体金
属のためのセラミツク容器、１６・・・・・・水銀浴、
１７・・・・・・セラミツク管、１８・・・・・・セラ
ミツク・リング、１９・・・・・・平滑コンデンサ、２
０・・・・・・整流器、２１・・・・・・塞流線輪、２
２・・・・・・３相調整変圧器、２３・・・・・・交流
端子、２４，２５・・・・・・プラチナ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱電素子の各要素脚において熱電流が、電子の非弾
   性散乱の結果として固有熱伝導率が減少される程に大き
   な温度勾配を有する少なくとも１つの個所を介して流れ
   ることを特徴とする大きな温度勾配を有する熱電装置。 ２ 温度勾配が１０＾４段／ｃｍよりも大きい特許請求
   の範囲第１項記載の熱電装置。 ３ 要素脚における温度勾配が、異なつた温度に調整さ
   れている物体間の充分に小さな接続または接触個所に定
   常的に存在する特許請求の範囲第１項記載の熱電装置。 ４ 大きな温度勾配が要素脚に定常的には存在しない特
   許請求の範囲第１項記載の熱電装置。 ５ 大きな温度勾配が強い電磁放射またはイオン化放射
   の表面吸収の結果として現われる特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかに記載の熱電装置。 ６ 大きな温度勾配が、異なつた温度を受ける物体の時
   間的にまたは時間−空間的に可変の接触個所に現れる特
   許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の熱
   電装置。 ７ 前記時間的または時間−空間的に可変の領域が異な
   つた温度を受ける物体の周期的接触により生ぜしめられ
   る特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載
   の熱電装置。 ８ 異なつた温度を受ける物体の少なくとも１つが回電
   対称形をしている特許請求の範囲第１項ないし第７項の
   いずれかに記載の熱電装置。 ９ 前記時間的または時間および空間的に可変の接触個
   所が異なつた温度を受ける物体の回転、摺動または摩擦
   により順次生ぜしめられる特許請求の範囲第１項ないし
   第８項のいずれかに記載の熱電装置。 １０ 異なつた温度を受ける物体の１つがプラズマから
   成る特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記
   載の熱電装置。 １１ 異なつた温度を受ける物体の１つが例えば液体ま
   たは溶融金属、液相金属合金、溶融化合物または電解質
   溶液のような良導電性の液体から成る特許請求の範囲第
   １項ないし第１０項のいずれかに記載の熱電装置。 １２ 異なつた温度を受ける物体の少なくとも１つが金
   属、金属合金または金属質の導電性材料から成る特許請
   求の範囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載の熱電
   装置。 １３ 異なつた温度を受ける物体のうち少なくとも１つ
   が単結晶または多結晶形態にあるｐ導電型またはｎ導電
   型の元素半導体層または化合物半導体層から成る特許請
   求の範囲第１項ないし第１２項のいずれかに記載の熱電
   装置。 １４ 異なつた温度を受ける物体の少なくとも１つが正
   または負の熱起電力を発生する耐熱性の化合物の層から
   構成される特許請求の範囲第１項ないし第１３項のいず
   れかに記載の熱電装置。 １５ 対流−エネルギ変換器なる形態で直接エネルギ変
   換器として用いられる特許請求の範囲第１項ないし第１
   ４項のいずれかに記載の熱電装置。