JPS63110680A - 熱発電装置 - Google Patents
熱発電装置Info
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- JPS63110680A JPS63110680A JP61256253A JP25625386A JPS63110680A JP S63110680 A JPS63110680 A JP S63110680A JP 61256253 A JP61256253 A JP 61256253A JP 25625386 A JP25625386 A JP 25625386A JP S63110680 A JPS63110680 A JP S63110680A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、工場等の高温炉からの廃熱、自動車、小型飛
行磯、ボート等のエンジンの廃熱から熱コーネルギーを
取り出し、この熱エネルギーを電力に変換する熱発電装
置に関する。
行磯、ボート等のエンジンの廃熱から熱コーネルギーを
取り出し、この熱エネルギーを電力に変換する熱発電装
置に関する。
［従来の技術］
例えば、粉末焼結半導体材料からなるＰ型半導体素子及
びＮ型半導体素子を用いた熱発電装置は、粉末焼結半導
体材料の最高使用可能温度を考慮して、２５０℃以下で
用いられる。熱源の温度と熱発電装置の高温側の温度と
の間に生ずる熱伝達の損失を考慮に入れると、この熱発
電装置に適用し得る熱源温度の上限は５００℃程度とな
る。そのために、粉末焼結４′導体材料からなる半導体
素子を用いた熱発電装置を５００℃以上の熱源に適用す
るに当っては、この装置の高温側と熱源との門に温度緩
衝部材を介在させて、熱発電装置の高温部を最高使用可
能温度２５０℃に維持するようにして用いられている。
びＮ型半導体素子を用いた熱発電装置は、粉末焼結半導
体材料の最高使用可能温度を考慮して、２５０℃以下で
用いられる。熱源の温度と熱発電装置の高温側の温度と
の間に生ずる熱伝達の損失を考慮に入れると、この熱発
電装置に適用し得る熱源温度の上限は５００℃程度とな
る。そのために、粉末焼結４′導体材料からなる半導体
素子を用いた熱発電装置を５００℃以上の熱源に適用す
るに当っては、この装置の高温側と熱源との門に温度緩
衝部材を介在させて、熱発電装置の高温部を最高使用可
能温度２５０℃に維持するようにして用いられている。
このような装置は、それ自体高い熱電変換効率を有する
にも拘らず、５００℃以上の熱源に対しては、熱利用効
率の劣る装置として利用されているのが現状である。
にも拘らず、５００℃以上の熱源に対しては、熱利用効
率の劣る装置として利用されているのが現状である。
［本発明が解決しようとする問題点］
本発明は、上述の現状に鑑みなされたものであり、その
目的とづるところは、使用可能温度の低い半導体素子を
構成要素として有しているにも拘らず、この使用ｎＪ能
湿温度超えるｒ：ｉ温熱源に適用し１′３る熱発電装置
を提供することにある。
目的とづるところは、使用可能温度の低い半導体素子を
構成要素として有しているにも拘らず、この使用ｎＪ能
湿温度超えるｒ：ｉ温熱源に適用し１′３る熱発電装置
を提供することにある。
Ｌ問題点を解決するための手段］
本発明によれば、前記目的は、吸熱・放熱板と、該吸熱
・放熱板と対向して配置された放熱板と、前記吸熱・放
熱板と前記放熱板との間に交互に配置された第１のＰ型
半導体素子及び第１のＮ型半導体素子と、前記吸熱・放
熱板上に交互に配置されてａ３す、前記第１のＰ型及び
Ｎ型半導体素子よりも高い耐熱性をそれぞれ有する第２
のＰ型半導体素子及び第２のＮハ１！半導体素子と、該
第２のＰ型及びＮ型半導体素子上に前記吸熱・放熱板に
対向して配置された吸熱板とからなる熱発電装置により
達成される。
・放熱板と対向して配置された放熱板と、前記吸熱・放
熱板と前記放熱板との間に交互に配置された第１のＰ型
半導体素子及び第１のＮ型半導体素子と、前記吸熱・放
熱板上に交互に配置されてａ３す、前記第１のＰ型及び
Ｎ型半導体素子よりも高い耐熱性をそれぞれ有する第２
のＰ型半導体素子及び第２のＮハ１！半導体素子と、該
第２のＰ型及びＮ型半導体素子上に前記吸熱・放熱板に
対向して配置された吸熱板とからなる熱発電装置により
達成される。
本発明における耐熱性とは、温度による経時的材質の劣
化及び熱ストレスによる強度低下に抵抗し得る材料の物
理特性を指称するものとする。
化及び熱ストレスによる強度低下に抵抗し得る材料の物
理特性を指称するものとする。
また、本発明における吸熱・放熱板、放熱板及び吸熱板
にはそれぞれ金属板又はアルミナの焼結体からなるセラ
ミック板が用いられる。金属板としては、銅、好ましく
は、アルミニウム、鉄又はこれらの合金を用いることが
でき、経通化を図る場合にはアルミニウム又はアルミニ
ウム合金が望ましい。
にはそれぞれ金属板又はアルミナの焼結体からなるセラ
ミック板が用いられる。金属板としては、銅、好ましく
は、アルミニウム、鉄又はこれらの合金を用いることが
でき、経通化を図る場合にはアルミニウム又はアルミニ
ウム合金が望ましい。
本発明における半導体素子は結晶性材料又は焼結半導体
材料からなる。また本発明で用いられる低温度用半導体
材料、中温度用半導体材料及び高温度用半導体材料とは
最適任ｗＪ温度が２００℃前後の材料、５００℃前後の
材料及び１０００℃前後の材料をそれぞれ指称するもの
とする。
材料からなる。また本発明で用いられる低温度用半導体
材料、中温度用半導体材料及び高温度用半導体材料とは
最適任ｗＪ温度が２００℃前後の材料、５００℃前後の
材料及び１０００℃前後の材料をそれぞれ指称するもの
とする。
低温度用半導体材料としては、例えばテルル化ビスマス
（Ｂ １２Ｔｅａ ）が挙げられ、中温度用半導体材料
としては、テルル化銀（Ｐ ｂ Ｔ ｅ ）、テルル化
ゲルマニウム（ＧｅＴｅ） 、テルル化銀アンヂモン（
Δｇ３ｂＴｅ２） 、テルル化すず（ＳｎＴｅ）等が挙
げられ、高温度用半導体材料としては、けい素化鉄（Ｆ
ｅＳｉ２）等が例示される。
（Ｂ １２Ｔｅａ ）が挙げられ、中温度用半導体材料
としては、テルル化銀（Ｐ ｂ Ｔ ｅ ）、テルル化
ゲルマニウム（ＧｅＴｅ） 、テルル化銀アンヂモン（
Δｇ３ｂＴｅ２） 、テルル化すず（ＳｎＴｅ）等が挙
げられ、高温度用半導体材料としては、けい素化鉄（Ｆ
ｅＳｉ２）等が例示される。
［具体例］
先ず、第１図を用いて、従来技術の熱発電装置について
説明する。
説明する。
第１図に示される熱発電装置１は、吸熱板２とこれと対
向して配置された放熱板３との間にＰ型半導体素子４と
Ｎ型半導体素子５とを交互に配列して、Ｐ型半導体素子
４とＮ型半導体素子５とを電気的に直列に接続して（８
成されている。吸熱根２側に熱源を接触させ、吸熱板２
を高温にし、放熱板３を低温に維持すると、いわゆるピ
ーベック効果により端子６と端子７との間に電位差を生
ずる。この際、端子６と端子７を負荷に接続すると電気
エネルギーが取り出される。なお、第１図では熱を効率
的に除去するためにフィン８が放熱板３に設けられてい
る。
向して配置された放熱板３との間にＰ型半導体素子４と
Ｎ型半導体素子５とを交互に配列して、Ｐ型半導体素子
４とＮ型半導体素子５とを電気的に直列に接続して（８
成されている。吸熱根２側に熱源を接触させ、吸熱板２
を高温にし、放熱板３を低温に維持すると、いわゆるピ
ーベック効果により端子６と端子７との間に電位差を生
ずる。この際、端子６と端子７を負荷に接続すると電気
エネルギーが取り出される。なお、第１図では熱を効率
的に除去するためにフィン８が放熱板３に設けられてい
る。
熱発電装置１は、これに用いられるＰ型半導体素子４及
びＮ型半導体素子５に耐熱性がない場合、例えば粉末焼
結半導体材料からなるＰ型及びＮ型半導体素子が用いら
れている場合には、最高２５０℃（吸熱板２の温度）程
度までにしか使用し１ｑない。従って、熱発電装置１に
適用される熱源が、例えば７００℃の場合には、吸熱板
２を熱源に直接接触させることができないため、吸熱板
２に温度緩衝部材を取り付けて、間接的に熱源に接触さ
せ吸熱板２の温度を２５０℃以下に抑えている。このよ
うに耐熱性の比較的低い半導体素子を用いた熱発電装置
では７００℃〜２５０℃の温度差に相当する熱Ｘ［ネル
ギーを利用することができない。
びＮ型半導体素子５に耐熱性がない場合、例えば粉末焼
結半導体材料からなるＰ型及びＮ型半導体素子が用いら
れている場合には、最高２５０℃（吸熱板２の温度）程
度までにしか使用し１ｑない。従って、熱発電装置１に
適用される熱源が、例えば７００℃の場合には、吸熱板
２を熱源に直接接触させることができないため、吸熱板
２に温度緩衝部材を取り付けて、間接的に熱源に接触さ
せ吸熱板２の温度を２５０℃以下に抑えている。このよ
うに耐熱性の比較的低い半導体素子を用いた熱発電装置
では７００℃〜２５０℃の温度差に相当する熱Ｘ［ネル
ギーを利用することができない。
次に第２図に示す好ましい具体例を用いて、本発明をよ
り詳細に説明する。
り詳細に説明する。
第２図に示される熱発電装置１０は第１図に示される熱
発電装置１の上記欠点を改良したものである。
発電装置１の上記欠点を改良したものである。
熱発電装置１０においては、吸熱・放熱板としてのセラ
ミック３．！板１１及びこれと対向して配置された放熱
板としてのセラミック基板１２どの間に第１のＰ型半導
体素子としてのＰ型半導体素子１３と第１のＮ型半導体
素子としてのＮ型半導体素子１４が交互に配置されてお
り、これらのＰ型半導体素子とＮ型半導体素子は電気的
に直列に接続されている。また、熱を効率的に除去する
ために、セラミック基板１２にはフィン２０が設けられ
ている。セラミック基板１１上には、Ｐ型半導体素子１
３及びＮ型半導体素子１４よりも耐熱性の良い第２のＰ
型半導体素子１６及び第２のＮ型半導体素子１７が交互
に配置され、Ｐ型里尋体素子１６とＮ型半導体素子１７
は電気的に直列に接続されている。これらのＰ型土１／
）体素了１ＧとＮ型半導体素子１７上にセラミック基板
１１と対向して吸熱板としてのセラミック基板１５が取
り付けられている。レラミツク基板１５上に熱源を接触
さけると、セラミック基板１５は高温に、又セラミック
基板１２は低温に維持され、いわゆるゼーベック効果に
より、セ、ラミック基板１５とセラミック３．（板１２
どの間の渦庇Ｘ：に応じて端子１８と端子１９間に電位
差が生じ、端子１８と端子１９を負荷に接続すると、電
気エネルギーを取り出すことができる。
ミック３．！板１１及びこれと対向して配置された放熱
板としてのセラミック基板１２どの間に第１のＰ型半導
体素子としてのＰ型半導体素子１３と第１のＮ型半導体
素子としてのＮ型半導体素子１４が交互に配置されてお
り、これらのＰ型半導体素子とＮ型半導体素子は電気的
に直列に接続されている。また、熱を効率的に除去する
ために、セラミック基板１２にはフィン２０が設けられ
ている。セラミック基板１１上には、Ｐ型半導体素子１
３及びＮ型半導体素子１４よりも耐熱性の良い第２のＰ
型半導体素子１６及び第２のＮ型半導体素子１７が交互
に配置され、Ｐ型里尋体素子１６とＮ型半導体素子１７
は電気的に直列に接続されている。これらのＰ型土１／
）体素了１ＧとＮ型半導体素子１７上にセラミック基板
１１と対向して吸熱板としてのセラミック基板１５が取
り付けられている。レラミツク基板１５上に熱源を接触
さけると、セラミック基板１５は高温に、又セラミック
基板１２は低温に維持され、いわゆるゼーベック効果に
より、セ、ラミック基板１５とセラミック３．（板１２
どの間の渦庇Ｘ：に応じて端子１８と端子１９間に電位
差が生じ、端子１８と端子１９を負荷に接続すると、電
気エネルギーを取り出すことができる。
第２図に示した熱発電装置１０は、いわゆる２段壁カス
ケード方式の熱発電装置であるが、３段型カスケード方
式、更には多段型カスケード方式の熱発電装置に構成す
ることができる。
ケード方式の熱発電装置であるが、３段型カスケード方
式、更には多段型カスケード方式の熱発電装置に構成す
ることができる。
第２図の熱発電装置１０のＰ型半導体素子１３及びＮ型
半導体素子１４に例えばＢｉ２Ｔｅ３からなる低温麿用
半導体が用いられた場合には、例えばｐ ｂ Ｔｅから
なる中湿度用半導体素子をＰ型半導体素子１６及びＮ型
半導体素子１７として用いると、６００℃程度の熱源か
ら直接電気エネルギーを取り出し得る。また、Ｐ型半導
体素子１３及びＮ型半導体素子１４に例えば、粉末焼結
半導体材料からなる半導体素子（最高使用温度２５０℃
）を用いた場合に、Ｐ型半導体素子１６及びＮ型半導体
素子１７として例えば、ＦｅＳｉ２からなる高温度用半
導体素子を用いると、１０００℃前後の熱源から電気工
ネル１！−を直１区（温度緩衝部材を用いることなり）
（ｑることができる。更に、Ｐ型半導体素子１３及びＮ
型）１′導体素子１４に例えば、ＧｅＴｅからなる中温
度用半）！７体を用いた場合には、Ｐ！￥！半導体素子
１Ｇ及びＮ型半導体素子１７として、例えばゲルマニウ
ムシリコン化合物からなる半導体素子を用いると、吸熱
板としてのセラミック基板１５に温度緩衝部材を適用す
ることなく、１０００℃程度の熱源にセラミック基板１
５ｔ！−直接接触させることにより、熱エネルギーを得
ることが可能になる。
半導体素子１４に例えばＢｉ２Ｔｅ３からなる低温麿用
半導体が用いられた場合には、例えばｐ ｂ Ｔｅから
なる中湿度用半導体素子をＰ型半導体素子１６及びＮ型
半導体素子１７として用いると、６００℃程度の熱源か
ら直接電気エネルギーを取り出し得る。また、Ｐ型半導
体素子１３及びＮ型半導体素子１４に例えば、粉末焼結
半導体材料からなる半導体素子（最高使用温度２５０℃
）を用いた場合に、Ｐ型半導体素子１６及びＮ型半導体
素子１７として例えば、ＦｅＳｉ２からなる高温度用半
導体素子を用いると、１０００℃前後の熱源から電気工
ネル１！−を直１区（温度緩衝部材を用いることなり）
（ｑることができる。更に、Ｐ型半導体素子１３及びＮ
型）１′導体素子１４に例えば、ＧｅＴｅからなる中温
度用半）！７体を用いた場合には、Ｐ！￥！半導体素子
１Ｇ及びＮ型半導体素子１７として、例えばゲルマニウ
ムシリコン化合物からなる半導体素子を用いると、吸熱
板としてのセラミック基板１５に温度緩衝部材を適用す
ることなく、１０００℃程度の熱源にセラミック基板１
５ｔ！−直接接触させることにより、熱エネルギーを得
ることが可能になる。
なお、第２図の具体例では、熱を効率的に取り去る手段
として、セラミック基板１２にフィン２０を取り付けた
けれども、必要に応じて、フィン２０の代りに水冷配管
を用いてもよい。
として、セラミック基板１２にフィン２０を取り付けた
けれども、必要に応じて、フィン２０の代りに水冷配管
を用いてもよい。
本発明の熱発電装置を、所要電力に応じて直列又は並列
に組み合わせて発電システムとしで用いることができる
。
に組み合わせて発電システムとしで用いることができる
。
本発明の熱発電装置は、産業廃熱を利用する発電、自動
車等のエンジン廃熱を利用する発電に用いられ得る。
車等のエンジン廃熱を利用する発電に用いられ得る。
［発明の効果］
以上のように構成された熱発電装置によれば、耐熱性の
比較的低い半導体素子と耐熱性の比較的高い半導体素子
とをカスケード方式で結合することにより、耐熱性の比
較的低い半導体素子のみからなる熱発電装置よりも更に
高温の熱源へ適用が可能になり、熱源からの熱エネルギ
ーを最大限度まで電気エネルギーとして取り出すことが
できる。
比較的低い半導体素子と耐熱性の比較的高い半導体素子
とをカスケード方式で結合することにより、耐熱性の比
較的低い半導体素子のみからなる熱発電装置よりも更に
高温の熱源へ適用が可能になり、熱源からの熱エネルギ
ーを最大限度まで電気エネルギーとして取り出すことが
できる。
第１図は従来技術による熱発電装置の説明図、第２図は
本発明の熱発電装置の説明図である。 １．１０・・・・・・熱発電装置、２．１５・・・・・
・吸熱板、３．１２・・・・・・放熱板、４．１３．１
６・・・・・・Ｐ型半導体素子、５、１４．１７・・・
・・・Ｎ型半導体素子、Ｇ、 ７．１８．１９・・・・
・・端子、８，２０・・・・・・フィン、１１・・・・
・・吸熱・放熱板。
本発明の熱発電装置の説明図である。 １．１０・・・・・・熱発電装置、２．１５・・・・・
・吸熱板、３．１２・・・・・・放熱板、４．１３．１
６・・・・・・Ｐ型半導体素子、５、１４．１７・・・
・・・Ｎ型半導体素子、Ｇ、 ７．１８．１９・・・・
・・端子、８，２０・・・・・・フィン、１１・・・・
・・吸熱・放熱板。
Claims (5)
- （１）吸熱・放熱板と、該吸熱・放熱板と対向して配置
された放熱板と、前記吸熱・放熱板と前記放熱板との間
に交互に配置された第１のＰ型半導体素子及び第１のＮ
型半導体素子と、前記吸熱・放熱板上に交互に配置され
ており、前記第１のＰ型及びＮ型半導体素子よりも高い
耐熱性をそれぞれ有する第２のＰ型半導体素子及び第２
のＮ型半導体素子と、該第２のＰ型及びＮ型半導体素子
上に前記吸熱・放熱板に対向して配置された吸熱板とか
らなる熱発電装置。 - （２）第１のＰ型及びＮ型半導体素子が低温度用半導体
材料からなり、第２のＰ型及びＮ型半導体素子が中温度
用半導体材料からなる特許請求の範囲第１項に記載の熱
発電装置。 - （３）第１のＰ型及びＮ型半導体素子が低温度用半導体
材料からなり、第２のＰ型及びＮ型半導体素子が高温度
用半導体材料からなる特許請求の範囲第１項に記載の熱
発電装置。 - （４）第１のＰ型及びＮ型半導体素子が中温度用半導体
材料からなり、第２のＰ型及びＮ型半導体素子が高温度
用半導体材料からなる特許請求の範囲第１項に記載の熱
発電装置。 - （５）第１のＰ型及びＮ型半導体素子が粉末焼結半導体
材料からなる特許請求の範囲１項から第３項のいずれか
に記載の熱発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256253A JPS63110680A (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 熱発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256253A JPS63110680A (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 熱発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63110680A true JPS63110680A (ja) | 1988-05-16 |
Family
ID=17290068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61256253A Pending JPS63110680A (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 熱発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63110680A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997001076A1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-09 | Ibq Indústrias Químicas Ltda. | Electronic delay detonator |
| WO1997045882A1 (fr) * | 1996-05-28 | 1997-12-04 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Procede de fabrication d'un module thermoelectrique |
| WO2013027749A1 (ja) * | 2011-08-23 | 2013-02-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 発電機能を有する調理器具 |
| CN109065698A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-21 | 东北大学 | 采用最优热电臂高度的两级半导体热电模块 |
-
1986
- 1986-10-28 JP JP61256253A patent/JPS63110680A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997001076A1 (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-09 | Ibq Indústrias Químicas Ltda. | Electronic delay detonator |
| GB2319075A (en) * | 1995-06-23 | 1998-05-13 | Ibq Ind Quimicas Ltda | Electronic delay detonator |
| GB2319075B (en) * | 1995-06-23 | 1999-05-12 | Ibq Ind Quimicas Ltda | Electronic delay detonator |
| US5950067A (en) * | 1996-05-27 | 1999-09-07 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Method of fabricating a thermoelectric module |
| WO1997045882A1 (fr) * | 1996-05-28 | 1997-12-04 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Procede de fabrication d'un module thermoelectrique |
| WO2013027749A1 (ja) * | 2011-08-23 | 2013-02-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 発電機能を有する調理器具 |
| JP2013042862A (ja) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 発電機能を有する調理器具 |
| CN109065698A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-21 | 东北大学 | 采用最优热电臂高度的两级半导体热电模块 |
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