JPWO2012014366A1 - パイプ形状の熱発電デバイスとその製造方法、熱発電体、熱発電デバイスを用いて電気を発生させる方法、および熱発電体を用いて電気を発生させる方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記パイプ形状の熱発電デバイスの軸方向に沿った内部貫通孔;
金属からなる複数の第1カップ状部材;
熱電変換材料からなる複数の第2カップ状部材;
第1電極;および
第2電極、
ここで、
前記複数の第1カップ状部材および前記複数の第2カップ状部材は、前記軸方向に沿って交互に繰り返し配置されており、
前記第1電極および前記第2電極は、それぞれ、前記パイプ形状の熱発電デバイスの一端および他端に設けられており、
各第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
各第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
各第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
各第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
各第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成されており、
各第1カップ状部材の第1外面が、隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は前記隣接する一方の第2カップ状部材に挿入されており、そして
各第1カップ状部材の第1内面が、隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入されている。
本発明の熱発電体は、複数のn本のパイプ形状の熱発電デバイスを具備する熱発電体であって、ここで
nは2以上の自然数であり、
各パイプ形状の熱発電デバイスは、本発明の熱発電デバイスであって、
第1のパイプ形状の熱発電デバイスの断面積が最も小さく、
n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの断面積が最も大きく、そして
(n−1)番目のパイプ形状の熱発電デバイスの外面は、絶縁層を介して、n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの内面に密着されている。
本発明の電気を発生させる方法は、パイプ形状の熱発電デバイスを用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
本発明のパイプ形状の熱発電デバイスを用意する工程(a);および
前記内部貫通孔およびパイプ形状の熱発電デバイスの外面の間に温度差を印加して、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。
別の側面から見た本発明の電気を発生させる方法は、熱発電体を用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
本発明の熱発電体を用意する工程(a)、および
前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの内部貫通孔および熱発電体の外表面の間に温度差を印加して、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。
本発明の製造方法は、パイプ形状の熱発電デバイスを製造する方法であって、以下の工程を具備する:
複数の第1カップ状部材および複数の第2カップ状部材を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔を具備するパイプを形成する工程(a)、
ここで、
各第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
各第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
各第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
各第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
各第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は前記隣接する一方の第2カップ状部材に挿入され、
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入され、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成され;そして
前記パイプの一端および他端にそれぞれ第1電極および第2電極を設け、パイプ形状の熱発電デバイスを形成する工程(b)。
当該パイプ形状の熱発電デバイスは、内部貫通孔18、複数の第1カップ状部材11、複数の第2カップ状部材12、第1電極15、および第2電極16を具備する。
第1電極15および第2電極16は、それぞれ、パイプ形状の熱発電デバイスの一端および他端に配置されている。
以下の実施例に言及しながら、本発明をさらにより詳細に説明する。
以下の表1に従って、図9に示されるパイプ形状の熱発電デバイス81を得た。
最大発電電力の値=((電極間の開放電圧)/2)2/(電極間の電気抵抗値)
ここで、開放電圧は、温度差を印加し、かつ電流を流さない状態で電極間に生じる電圧である。
電気抵抗値は、以下のように求められる。
まず、温度差を印加しない状態で電極間に定電流が流され、電極間に生じる電圧を測定する。
次に、測定された電圧が当該定電流の値で除算され、電気抵抗値を算出する。
θ1=θ2=5、10、30、または45としたこと以外は、実施例1Aと同一の実験を行った。
T1:T2の比を表3に示すように変化させたこと以外は、実施例1Aと同一の実験を行った。
以下の表4に従って、実施例1Aの場合と同様に、図19に示されるような900ミリメートルの長さを有するパイプ形状の熱発電デバイス81を得た。結果を表5に示す。
θ1=θ2=5、10、30、または45としたこと以外は、実施例3Aと同一の実験を行った。
T1:T2の比を表6に示すように変化させたこと以外は、実施例3Aと同一の実験を行った。
以下の表7に従って、実施例1Aの場合と同様に、図9に示されるパイプ形状の熱発電デバイス81を得た。結果を表8に示す。
θ1=θ2=5、10、30、または45としたこと以外は、実施例5Aと同一の実験を行った。
T1:T2の比を表9に示すように変化させたこと以外は、実施例5Aと同一の実験を行った。
以下の表10に従って、実施例1Aの場合と同様に、図9に示される300ミリメートルの長さを有するパイプ形状の熱発電デバイス81を得た。結果を表11に示す。
θ1=θ2=5、10、30、または45としたこと以外は、実施例7Aと同一の実験を行った。
T1:T2の比を表12に示すように変化させたこと以外は、実施例7Aと同一の実験を行った。表12は結果を示す。
以下の表13に従って、実施例1Aの場合と同様に、図9に示される300ミリメートルの長さを有するパイプ形状の熱発電デバイス81を得た。結果を表14に示す。
θ1=θ2=5、10、30、または45としたこと以外は、実施例9Aと同一の実験を行った。
T1:T2の比を表15に示すように変化させたこと以外は、実施例9Aと同一の実験を行った。表15は結果を示す。
Claims (24)
- パイプ形状の熱発電デバイスであって、以下を具備する:
前記パイプ形状の熱発電デバイスの軸方向に沿った内部貫通孔;
金属からなる複数の第1カップ状部材;
熱電変換材料からなる複数の第2カップ状部材;
第1電極;および
第2電極、
ここで、
前記複数の第1カップ状部材および前記複数の第2カップ状部材は、前記軸方向に沿って交互に繰り返し配置されており、
前記第1電極および前記第2電極は、それぞれ、前記パイプ形状の熱発電デバイスの一端および他端に設けられており、
各第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
各第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
各第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
各第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
各第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成されており、
各第1カップ状部材の第1外面が、隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は前記隣接する一方の第2カップ状部材に挿入されており、そして
各第1カップ状部材の第1内面が、隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入されている。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
前記金属は、ニッケル、コバルト、銅、アルミ、銀、金、またはこれらの合金である。 - 請求項2の熱発電デバイスであって、
前記金属は、ニッケル、コバルト、銅、またはアルミである。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
前記熱電変換材料は、Bi、Bi2Te3、またはPbTeである。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
前記熱電変換材料は、SbまたはSeを含有する、Bi2Te3である。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
各第1カップ状部材の第1外面は、前記隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に接しており、そして
各第1カップ状部材の第1内面は、前記隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に接している。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
各第1カップ状部材の第1外面および前記隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面の間にハンダが供給されており、そして
各第1カップ状部材の第1内面および前記隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面の間にハンダが供給されている。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、以下の数式が充足される:
5度≦θ1≦45度
5度≦θ2≦45度、および
θ1=θ2
ここで、
θ1は、前記第1カップ状部材の断面積が減少している部分および前記第1カップ状部材の軸方向によって形成される角度を表し、そして
θ2は、前記第2カップ状部材の断面積が減少している部分および前記第2カップ状部材の軸方向によって形成される角度を表す。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、さらに管状のジャケットを具備し、
前記パイプ形状の熱発電デバイスは、前記管状のジャケットの内部に挿入される。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
前記内部貫通孔の周囲には絶縁性の内壁が配置されている。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
前記パイプ形状の熱発電デバイスの周囲には絶縁性の外壁が配置されている。 - 複数のn本のパイプ形状の熱発電デバイスを具備する熱発電体であって、ここで
nは2以上の自然数であり、
各パイプ形状の熱発電デバイスは、請求項1の熱発電デバイスであって、
第1のパイプ形状の熱発電デバイスの断面積が最も小さく、
n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの断面積が最も大きく、そして
(n−1)番目のパイプ形状の熱発電デバイスの外面は、絶縁層を介して、n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの内面に密着されている。 - 請求項12の熱発電体であって、ここで
各第1電極は互いに電気的に接続され、
各第2電極は互いに電気的に接続され、そして
前記複数のn本のパイプ形状の熱発電デバイスが電気的に並列に接続されている。 - 請求項12の熱発電体であって、
(2m−1)番目、(2m−3)番目、(2m−5)番目、・・・および1番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第2電極は、(2m)番目、(2m−2)番目、(2m―4)番目、・・・および2番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第2電極に電気的にそれぞれ接続されており、
nは3以上の奇数であり、
mの値は式:m=(n−1)/2により定義され、
(2m)番目、(2m−2)番目、(2m−4)番目、・・・および2番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第1電極が、(2m+1)番目、(2m−1)番目、(2m−3)番目、・・・、および3番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第1電極に電気的にそれぞれ接続されており、そして
前記複数のn本のパイプ形状の熱発電デバイスが電気的に直列に接続されている。 - 請求項12の熱発電体であって、
(2m−1)番目、(2m−3)番目、(2m−5)番目、・・・1番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第2電極は、(2m)番目、(2m−2)番目、(2m−4)番目、・・・2番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第2電極に電気的にそれぞれ接続されており、
ここで、nは偶数であり、
mの値は式:m=n/2により定義され、
nが4以上である場合、(2m−2)番目、(2m−4)番目、・・・2番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第1電極が、(2m−1)番目、(2m−3)番目、・・・3番目のパイプ形状の熱発電デバイスの第1電極に電気的に接続されており、そして
前記複数のn本のパイプ形状の熱発電デバイスが電気的に直列に接続されている。 - 請求項1の熱発電デバイスであって、
軸方向に沿って溝が形成されている。 - パイプ形状の熱発電デバイスを用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
請求項1に記載のパイプ形状の熱発電デバイスを用意する工程(a);および
前記内部貫通孔およびパイプ形状の熱発電デバイスの外面の間に温度差を印加して、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。 - 熱発電体を用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
請求項13に記載の熱発電体を用意する工程(a)、および
前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの内部貫通孔および熱発電体の外表面の間に温度差を印加して、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。 - 熱発電体を用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
請求項14に記載の熱発電体を用意する工程(a)、および
前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの内部貫通孔および熱発電体の外表面の間に温度差を印加して、前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの前記第1電極および前記n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。 - 熱発電体を用いて電気を発生させる方法であって、以下の工程を具備する:
請求項15に記載の熱発電体を用意する工程(a)、および
前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの内部貫通孔および熱発電体の外表面の間に温度差を印加して、前記第1のパイプ形状の熱発電デバイスの前記第1電極および前記n番目のパイプ形状の熱発電デバイスの前記第2電極の間に電圧差を発生させる工程(b)。 - パイプ形状の熱発電デバイスを製造する方法であって、以下の工程を具備する:
複数の第1カップ状部材および複数の第2カップ状部材を交互に繰り返し配置し、内部貫通孔を具備するパイプを形成する工程(a)、
ここで、
各第1カップ状部材は第1内面および第1外面を具備し、
各第1カップ状部材は下端に第1貫通孔を具備し、
各第1カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第2カップ状部材は第2内面および第2外面を具備し、
各第2カップ状部材は下端に第2貫通孔を具備し、
各第2カップ状部材の断面積は、その下端の方向に減少しており、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に密着するように、各第1カップ状部材は前記隣接する一方の第2カップ状部材に挿入され、
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に密着するように、前記隣接する他方の第2カップ状部材は各第1カップ状部材に挿入され、
前記内部貫通孔は、複数の第1貫通孔および複数の第2貫通孔から構成され;そして
前記パイプの一端および他端にそれぞれ第1電極および第2電極を設け、パイプ形状の熱発電デバイスを形成する工程(b)。 - 請求項21の方法であって、
工程(a)において、
各第1カップ状部材の第1外面が隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面に接し、かつ
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に接する。 - 請求項21の方法であって、
工程(a)において、
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に向かい合い、かつ
各第1カップ状部材の第1内面が隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面に向かい合い、
前記方法は、さらに、以下を具備する:
各第1カップ状部材の第1外面および隣接する一方の第2カップ状部材の第2内面の間にハンダを供給する工程(c)、および
各第1カップ状部材の第1内面および隣接する他方の第2カップ状部材の第2外面の間にハンダを供給する工程(d)。 - 請求項23の方法であって、
工程(c)および工程(d)は同時に行われる。
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