JPS6131798B2 - - Google Patents
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- JPS6131798B2 JPS6131798B2 JP57033089A JP3308982A JPS6131798B2 JP S6131798 B2 JPS6131798 B2 JP S6131798B2 JP 57033089 A JP57033089 A JP 57033089A JP 3308982 A JP3308982 A JP 3308982A JP S6131798 B2 JPS6131798 B2 JP S6131798B2
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- Japan
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- thermoelectric
- heat exchanger
- heat transfer
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、熱電素子を利用して熱を直接電気
に変換するための熱電発電機用熱交換器に関す
る。
に変換するための熱電発電機用熱交換器に関す
る。
新エネルギー開発および省エネルギー技術開発
の一環として、海底と海面の温度差の如く量は膨
大であつても温度差が小さく従来利用されなかつ
た熱の利用に関する研究開発が最近内外で活発に
行なわれている。このような低熱落差の熱を直接
電気に変換する技術に「熱電素子による発電」が
ある。
の一環として、海底と海面の温度差の如く量は膨
大であつても温度差が小さく従来利用されなかつ
た熱の利用に関する研究開発が最近内外で活発に
行なわれている。このような低熱落差の熱を直接
電気に変換する技術に「熱電素子による発電」が
ある。
熱電素子とは、熱電性能（熱を電気に変換する
性能）のすぐれたＮ型とＰ型の半導体であつて、
その一方の面を加熱し、他方の面を冷却するとそ
の温度差に従つて両面間に起電力が発生する。Ｎ
型とＰ型とで加熱、冷却面と起電力の方向との関
係は逆になる。したがつて、第１図に示す如く、
熱電素子１のＰ型の熱電素子P1，P2，………とＮ
型の熱電素子N1，N2，………とを交互に並べ、
隣り合つた熱電素子の２つずつを上側ではP1と
N1，P2とN2，………、下側ではN1とP2，………
と言う具合に金属電極片２で千鳥に接続し、いず
れか一方の面の電極片を加熱し、他の面の電極片
を冷却する、換言すれば、Ｐ型、Ｎ型の熱電素子
を電気的に直列に、熱的には並列に接合してサブ
モジユールにまとめ、その一方の面を加熱し、他
方の面を冷却して両面間に温度差を与えると、両
端の熱電素子に接続された端子間に起電力が発生
する。この熱による直接的な電力の発生現象は、
ゼーベツク、ペルチエ、トムソンの３効果および
ジユール発熱、熱伝導という５つの基礎的な物理
現象が互いに密接にかかわり合つた結果現われる
ものである。
性能）のすぐれたＮ型とＰ型の半導体であつて、
その一方の面を加熱し、他方の面を冷却するとそ
の温度差に従つて両面間に起電力が発生する。Ｎ
型とＰ型とで加熱、冷却面と起電力の方向との関
係は逆になる。したがつて、第１図に示す如く、
熱電素子１のＰ型の熱電素子P1，P2，………とＮ
型の熱電素子N1，N2，………とを交互に並べ、
隣り合つた熱電素子の２つずつを上側ではP1と
N1，P2とN2，………、下側ではN1とP2，………
と言う具合に金属電極片２で千鳥に接続し、いず
れか一方の面の電極片を加熱し、他の面の電極片
を冷却する、換言すれば、Ｐ型、Ｎ型の熱電素子
を電気的に直列に、熱的には並列に接合してサブ
モジユールにまとめ、その一方の面を加熱し、他
方の面を冷却して両面間に温度差を与えると、両
端の熱電素子に接続された端子間に起電力が発生
する。この熱による直接的な電力の発生現象は、
ゼーベツク、ペルチエ、トムソンの３効果および
ジユール発熱、熱伝導という５つの基礎的な物理
現象が互いに密接にかかわり合つた結果現われる
ものである。
一例として、海洋温度領域において最も高性能
を発揮するとされているビスマス・テルル系熱電
素子により構成された熱電サブモジユールの例を
第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す。ａは該サブモジユ
ールの上面、ｂは正面、ｃは下面、ｄは側面を示
す。熱電素子１は直径13mm、厚さ1.5mmの円板状
をなし、Ｐ型及びＮ型素子を10個、都合20個の素
子を図に示す如く２列に、各列ではＰ型とＮ型と
が交互に並び横断方向の２個はＰ型とＮ型とが並
ぶように配設し、銅板よりなる電極片２で上面で
は第２図ａに示す如く横断方向に並んだＰ型Ｎ型
の２個ずつを接続し、下面では第２図ｃに示す如
く、モジユールの長手方向に隣合つたＰ型Ｎ型の
２個を練瓦積みの如く互い違いに接続し、両端の
下面に電極片２の付かない熱電素子の下面には電
極板２と同様の端子板３を接続して構成されてい
る。電極板２及び端子板３は電気的導体であると
同時に伝熱面とも成る。熱電サブモジユール４の
一方の面を加熱し、他の面を冷却するために、例
えば第３図に示す如く外面が平面より成り内面が
円筒状の四角管５，６が従来実験室規模の熱電発
電機用熱交換器に用いられた。第３図において四
角管５は低温パイプであり内部に冷水を流し、四
角管６は高温パイプであり、内部に温水を流して
いる。冷水と温水の流動方向は互いに逆方向とな
つており、こうすることにより熱電サブモジユー
ル４を介して低温パイプ５と高温パイプ６との間
で熱交換が行なわれる場合、温度差はどこも同じ
にすることができる。上述の低温パイプ５、サブ
モジユール４、高温パイプ６を順次多段に積重ね
ることにより任意の発電量を得ることが出来る。
を発揮するとされているビスマス・テルル系熱電
素子により構成された熱電サブモジユールの例を
第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す。ａは該サブモジユ
ールの上面、ｂは正面、ｃは下面、ｄは側面を示
す。熱電素子１は直径13mm、厚さ1.5mmの円板状
をなし、Ｐ型及びＮ型素子を10個、都合20個の素
子を図に示す如く２列に、各列ではＰ型とＮ型と
が交互に並び横断方向の２個はＰ型とＮ型とが並
ぶように配設し、銅板よりなる電極片２で上面で
は第２図ａに示す如く横断方向に並んだＰ型Ｎ型
の２個ずつを接続し、下面では第２図ｃに示す如
く、モジユールの長手方向に隣合つたＰ型Ｎ型の
２個を練瓦積みの如く互い違いに接続し、両端の
下面に電極片２の付かない熱電素子の下面には電
極板２と同様の端子板３を接続して構成されてい
る。電極板２及び端子板３は電気的導体であると
同時に伝熱面とも成る。熱電サブモジユール４の
一方の面を加熱し、他の面を冷却するために、例
えば第３図に示す如く外面が平面より成り内面が
円筒状の四角管５，６が従来実験室規模の熱電発
電機用熱交換器に用いられた。第３図において四
角管５は低温パイプであり内部に冷水を流し、四
角管６は高温パイプであり、内部に温水を流して
いる。冷水と温水の流動方向は互いに逆方向とな
つており、こうすることにより熱電サブモジユー
ル４を介して低温パイプ５と高温パイプ６との間
で熱交換が行なわれる場合、温度差はどこも同じ
にすることができる。上述の低温パイプ５、サブ
モジユール４、高温パイプ６を順次多段に積重ね
ることにより任意の発電量を得ることが出来る。
さて、上述の四角管の伝熱管はアルミニウム合
金の押出形材であり、実用規模の大型熱電発電機
用熱交換器の場合は、加工上の寸法公差や、部分
的な温度差に基く管の歪みにより管が熱電モジユ
ールの接着面から剥離したり、熱電サブモジユー
ル内の接着部、素子自体、ハンダ付け部に力が掛
り破損する恐れがある。又、実用規模の熱交換器
に必要な海水に対する耐食性が不充分である。
金の押出形材であり、実用規模の大型熱電発電機
用熱交換器の場合は、加工上の寸法公差や、部分
的な温度差に基く管の歪みにより管が熱電モジユ
ールの接着面から剥離したり、熱電サブモジユー
ル内の接着部、素子自体、ハンダ付け部に力が掛
り破損する恐れがある。又、実用規模の熱交換器
に必要な海水に対する耐食性が不充分である。
これらの欠点を改善するために、実用規模の大
型熱交換器に対する伝熱構造として、第４図に示
す如く、高温及び低温用伝熱管として銅合金の円
管を用いた場合、一方の面にこれらの円管の外周
面に密着するほぼ半円形断面の凹面を有し、他面
に上記熱電サブモジユール４の電極片２に密着す
る平面を有するアルミニウム押出形材に電気絶縁
性アルマイト処理を施した伝熱片７を熱電サブモ
ジユール４の各２枚を１組として長手方向に並べ
（第４図には熱電サブモジユール４は一枚のみを
示す。）その上下面に熱伝導性接着剤で接着して
一体化した伝熱片付サブモジユールユニツト８を
構成し、第５図に示す如く、該ユニツト８の両側
の凹面の一方に低温伝熱管９が、他方の凹面には
高温伝熱管１０が接触する如く、伝熱管９，１０
とユニツト８とを交互に枠構造１１内に多段に積
重ねて保持して構成された熱交換器が提案されて
いる。
型熱交換器に対する伝熱構造として、第４図に示
す如く、高温及び低温用伝熱管として銅合金の円
管を用いた場合、一方の面にこれらの円管の外周
面に密着するほぼ半円形断面の凹面を有し、他面
に上記熱電サブモジユール４の電極片２に密着す
る平面を有するアルミニウム押出形材に電気絶縁
性アルマイト処理を施した伝熱片７を熱電サブモ
ジユール４の各２枚を１組として長手方向に並べ
（第４図には熱電サブモジユール４は一枚のみを
示す。）その上下面に熱伝導性接着剤で接着して
一体化した伝熱片付サブモジユールユニツト８を
構成し、第５図に示す如く、該ユニツト８の両側
の凹面の一方に低温伝熱管９が、他方の凹面には
高温伝熱管１０が接触する如く、伝熱管９，１０
とユニツト８とを交互に枠構造１１内に多段に積
重ねて保持して構成された熱交換器が提案されて
いる。
この構成によれば、薄肉の伝熱管９，１０と厚
肉の伝熱片７とは一体でなくなるため膨張は夫々
自由となり、上記の欠点は改善される。しかし伝
熱管９，１０と伝熱片７との間の接触はメタル・
タツチにはなつているが、相互間に寸法公差があ
るため、全面的に完全に隙間なく接触することは
あり得ず、エアギヤツプが生ずることは避けられ
ない。エアギヤツプが生ずると大きな伝熱抵抗が
生ずる。
肉の伝熱片７とは一体でなくなるため膨張は夫々
自由となり、上記の欠点は改善される。しかし伝
熱管９，１０と伝熱片７との間の接触はメタル・
タツチにはなつているが、相互間に寸法公差があ
るため、全面的に完全に隙間なく接触することは
あり得ず、エアギヤツプが生ずることは避けられ
ない。エアギヤツプが生ずると大きな伝熱抵抗が
生ずる。
本発明は、第５図に示す構成の熱電発電機用熱
交換器における上述の伝熱片と伝熱管の接触面に
発生するエアギヤツプに起因する伝熱抵抗を減少
させるようにした熱交換器を提供することを目的
とする。
交換器における上述の伝熱片と伝熱管の接触面に
発生するエアギヤツプに起因する伝熱抵抗を減少
させるようにした熱交換器を提供することを目的
とする。
以下、本発明を実施例にもとずいて詳細に説明
する。
する。
本発明においては、この伝熱抵抗を減少させる
ため伝熱管９，１０と伝熱片７との接合面に熱伝
導性の良いグリースを塗布し、これによつてエア
ギヤツプを埋め、しかも伝熱管９，１０と伝熱片
とは潤滑されて相互間の変位を自由にしたことを
特徴とする。これにより伝熱抵抗が減少するとと
もに、両者間に熱膨脹差が生じた場合にも応力が
発生することが防止されひいては熱電サブモジユ
ールの接触部、素子自体、ハンダ付け等の破壊を
避けることが可能である。
ため伝熱管９，１０と伝熱片７との接合面に熱伝
導性の良いグリースを塗布し、これによつてエア
ギヤツプを埋め、しかも伝熱管９，１０と伝熱片
とは潤滑されて相互間の変位を自由にしたことを
特徴とする。これにより伝熱抵抗が減少するとと
もに、両者間に熱膨脹差が生じた場合にも応力が
発生することが防止されひいては熱電サブモジユ
ールの接触部、素子自体、ハンダ付け等の破壊を
避けることが可能である。
この目的に使用する熱伝導性グリースは粘度が
高く、分離率がなく、蒸発率が小さく、体積固有
抵抗が大きいなどの特性が要求される。
高く、分離率がなく、蒸発率が小さく、体積固有
抵抗が大きいなどの特性が要求される。
実施例
種々の熱伝導性グリースを用いて実験を行つた
結果、米国アミコン社（Amicon Corp.）製アミ
コン910−50（シリコン系）及び同社製アミコン
928−86（オレフイン系）がこの目的に適うこと
が確認された。この他にも使用可能なものがあ
る。
結果、米国アミコン社（Amicon Corp.）製アミ
コン910−50（シリコン系）及び同社製アミコン
928−86（オレフイン系）がこの目的に適うこと
が確認された。この他にも使用可能なものがあ
る。
以上の如く、本発明により、熱伝動性グリース
を伝熱管と伝熱片との接触面に塗布するだけの簡
単な手段で伝熱抵抗を大幅に減少させることがで
き、温度差の小さい海洋温度差発電等の発電効率
の向上に顕著な効果を得ることができる。
を伝熱管と伝熱片との接触面に塗布するだけの簡
単な手段で伝熱抵抗を大幅に減少させることがで
き、温度差の小さい海洋温度差発電等の発電効率
の向上に顕著な効果を得ることができる。
第１図は熱電素子を用いた発電原理を説明する
図式図、第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄは夫々熱電素子サ
ブモジユールの１例の上面図、正面図、下面図及
び側面図、第３図は実験室規模の熱電発電機用熱
交換器の要部を示す斜視図、第４図は実用規模の
熱交換器に使用される伝熱片付サブモジユールユ
ニツトの１例を示す斜視図、第５図は第４図のサ
ブモジユールユニツトと円管伝熱管とを使用した
熱交換器の要部構造を示す断面図である。 １……熱電素子、２……電極片、４……サブモ
ジユール、７……伝熱片、８……伝熱片付サブモ
ジユールユニツト、９……低温伝熱管、１０……
高温伝熱管、１１……枠構造。
図式図、第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄは夫々熱電素子サ
ブモジユールの１例の上面図、正面図、下面図及
び側面図、第３図は実験室規模の熱電発電機用熱
交換器の要部を示す斜視図、第４図は実用規模の
熱交換器に使用される伝熱片付サブモジユールユ
ニツトの１例を示す斜視図、第５図は第４図のサ
ブモジユールユニツトと円管伝熱管とを使用した
熱交換器の要部構造を示す断面図である。 １……熱電素子、２……電極片、４……サブモ
ジユール、７……伝熱片、８……伝熱片付サブモ
ジユールユニツト、９……低温伝熱管、１０……
高温伝熱管、１１……枠構造。
Claims (1)
- １ Ｎ型とＰ型の熱電素子を交互に平板電極片に
より電気的に直列に熱的に並列に接続し、片側の
電極片外側を加熱面、他の側の電極片の外側を冷
却面として構成した熱電サブモジユールを、一面
に高温又は低温伝熱管の外周面に密着する形状を
有する凹面、他面に上記熱電サブモジユールの冷
却面又は加熱面に密着する平面を有する伝熱片の
２枚によりサンドウイツチ状に挾みその接触面を
熱伝導性接着剤で接着して一体の伝熱片付熱電サ
ブモジユールユニツトを構成し、該ユニツトの両
側の凹面の一方には高温伝熱管が、他方には低温
伝熱管が接触する如く、伝熱管と上記ユニツトと
を交互に枠構造内に多段に積重ね保持して成る熱
電発電機用熱交換器において、上記の伝熱片の凹
面と上記の伝熱管との接触面に熱伝導性グリース
を塗布したことを特徴とする熱電発電機用熱交換
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57033089A JPS58153092A (ja) | 1982-03-04 | 1982-03-04 | 熱電発電機用熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57033089A JPS58153092A (ja) | 1982-03-04 | 1982-03-04 | 熱電発電機用熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58153092A JPS58153092A (ja) | 1983-09-10 |
| JPS6131798B2 true JPS6131798B2 (ja) | 1986-07-22 |
Family
ID=12376947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57033089A Granted JPS58153092A (ja) | 1982-03-04 | 1982-03-04 | 熱電発電機用熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58153092A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63188190U (ja) * | 1987-05-27 | 1988-12-02 | ||
| JPS6432191U (ja) * | 1987-08-19 | 1989-02-28 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61276275A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-06 | チヤ−ルズ ジエイ コ−キ− | 熱電式電気発生装置 |
| JP2516305Y2 (ja) * | 1985-12-05 | 1996-11-06 | 株式会社小松製作所 | 熱電発電冷却装置 |
| CN102510244B (zh) * | 2011-12-02 | 2014-04-16 | 浙江大学 | 具有功能梯度热电臂的环形阵列温差发电器 |
-
1982
- 1982-03-04 JP JP57033089A patent/JPS58153092A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63188190U (ja) * | 1987-05-27 | 1988-12-02 | ||
| JPS6432191U (ja) * | 1987-08-19 | 1989-02-28 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58153092A (ja) | 1983-09-10 |
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