JPWO2012018053A1 - 熱電発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の熱電発電装置は、
高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成され、
前記発電層は、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。
この装置における前記発電層は、交互に配置された前記高温流路と前記低温流路とに挟まれた3複数層(多層)の発電層を構成している。
したがって、この装置によれば、複数層(多層)の発電層によって熱電変換による発電を行うことにより、熱エネルギ源で発生する温度差を従来よりも格段と効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプにおける加圧された状態の熱媒体(圧縮機から膨張弁までの間の熱媒体)であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプにおける減圧された状態の熱媒体(膨張弁から圧縮機までの熱媒体)であることが望ましい。
互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路とが、互いの間に隙間を有する内外二重の流路壁で仕切られ、
前記発電層は、
内側の流路壁の外面に形成された内側電極と、
外側の流路壁の内面に形成された外側電極と、
前記内側電極と前記外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有していることが望ましい。
本発明の別の態様の熱電発電装置は、
ヒートポンプ内の高温の熱媒体(加圧された状態の熱媒体)が流れる高温流路と、
前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体(減圧された状態の熱媒体)が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。
この装置によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源に使用して熱電発電を行うことができる。複数層の発電層の使用によりヒートポンプから得られる熱エネルギの利用効率を高めることができる。そして、ヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の比較的大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。
互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路とが、互いの間に隙間を有する内外二重の流路壁で仕切られ、
前記発電層は、
内側の流路壁の外面に形成された内側電極と、
外側の流路壁の内面に形成された外側電極と、
前記内側電極と前記外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有していることが望ましい。
第1ヒートポンプの放熱部と第2ヒートポンプの吸熱部とを互いに熱的に接続してなるヒートポンプシステムにおける第2ヒートポンプ内の高温の熱媒体(加圧された状態の熱媒体)が流れる高温流路と、
前記第2ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体(減圧された状態の熱媒体)が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。
この装置は、第2ヒートポンプを熱エネルギ源に使用し、第2ヒートポンプで発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体と減圧された状態の熱媒体との間の温度差を利用して熱電発電を行う。第2ヒートポンプは、その吸熱部が第1のヒートポンプの放熱部と熱的に接触しているため、第2のヒートポンプを単独で運転した場合と比較して、高温の熱媒体と低温の熱媒体との間に大きな温度差を発生させることができる。
この装置は、複数層の発電層を使用するため、第2ヒートポンプから得られる熱エネルギを高効率で利用でき、且つ、第2のヒートポンプに発生する大きな温度差を熱電変換に利用できるため、高効率の熱電発電を実現できる。
本発明の熱電発電方法は、
高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成するとともに、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に、温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。
この方法で用いる前記発電層は、交互に配置された前記高温流路と前記低温流路とに挟まれた3複数層(多層)の発電層を構成している。
したがって、この方法によれば、複数層(多層)の発電層によって熱電変換による発電を行うことにより、熱エネルギ源で発生する温度差を従来よりも格段と効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプにおける加圧された状態の熱媒体(圧縮機から膨張弁までの間の熱媒体)であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプにおける減圧された状態の熱媒体(膨張弁から圧縮機までの熱媒体)であることが望ましい。
この方法によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源とし、そのヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の温度差を極めて効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
本発明の別の態様の熱電発電方法は、
ヒートポンプ内の高温の熱媒体(加圧された状態の熱媒体)が流れる高温流路と、前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体(減圧された状態の熱媒体)が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。
この方法によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源とし、そのヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の比較的大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。
第1ヒートポンプの放熱部と第2ヒートポンプの吸熱部とを互いに熱的に接続してなるヒートポンプシステムにおける第2ヒートポンプ内の高温の熱媒体(加圧された状態の熱媒体)が流れる高温流路と、前記第2ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体(減圧された状態の熱媒体)が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。
この方法では、第2ヒートポンプを熱エネルギ源に使用し、第2ヒートポンプで発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体と減圧された状態の熱媒体との間の温度差を利用して熱電発電を行う。第2ヒートポンプは、その吸熱部が第1のヒートポンプの放熱部と熱的に接触しているため、第2ヒートポンプを単独で運転した場合と比較して、高温の熱媒体と低温の熱媒体との間に大きな温度差を発生させることができる。
したがって、この方法によれば、第2ヒートポンプを熱エネルギ源とし、第2ヒートポンプという一つの系に発生する大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。
図1に示す熱電発電装置1は、その内部を高温の熱媒体2Hが通過する第1流路体10と、その内部を低温の熱媒体2Lが通過する第2流路体20と、温度差により発電する第1乃至第3発電層30−1、30−2、30−3とを有している。
図2は、本発明の熱電発電装置50をヒートポンプシステム60と一体化させた例を示している。ヒートポンプシステム60は、2系統のヒートポンプ61、62を有している。各系統のヒートポンプ61、62は、圧縮機71、放熱部72、膨張弁73、及び吸熱部74を、冷媒管75によりループ状に連結して概略構成されている。そして、一方のヒートポンプ(第1ヒートポンプ)61の放熱部72と他方のヒートポンプ(第2ヒートポンプ)62の吸熱部74とが互いに熱的に接続されている。
図3は、2系統のヒートポンプ91、92からなるヒートポンプシステム90を熱エネルギ源として使用する熱電発電システムの構成例を示している。各ヒートポンプ91、92は、図2に示した第2ヒートポンプ82と同一構成であり、各ヒートポンプ91、92にそれぞれ熱電発電装置50(50−1、50−2)が一体的に設けられている。そして、第1ヒートポンプ91の放熱部72と第2ヒートポンプ92の吸熱部74とが互いに熱的に接続されている。
第2及び第3実施形態において、熱電発電装置50(50−1、50−2)の代わりに、第1実施形態の熱電発電装置1を使用する。
この構成によれば、3層の発電層30−1、30−2、30−3を使用することにより熱エネルギの利用効率を高めることができるので、ヒートポンプを複数系統熱的に接続してなるヒートポンプシステムで発生する大きな温度差を利用して、極めて効率良く熱電発電を行うことができる。
2H 高温の熱媒体
2L 低温の熱媒体
10 第1流路体
11 第1高温流路
12 第2高温流路
20 第2流路体
21 第1低温流路
22 第2低温流路
30−1 第1発電層
30−2 第2発電層
30−3 第3発電層
41 流路壁
42 流路壁
43 流路壁
44 流路壁
45 流路壁
46 流路壁
51 内側電極
52 外側電極
55 熱電変換素子
56 配線
57 配線
60 ヒートポンプシステム
61 第1ヒートポンプ
62 第2ヒートポンプ
80 発電層
90 ヒートポンプシステム
91 第1ヒートポンプ
92 第2ヒートポンプ
Claims (6)
- 高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成され、
前記発電層は、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に設けられている、熱電発電装置。 - 前記高温の熱媒体は、ヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項1の熱電発電装置。 - ヒートポンプ内の高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられている、熱電発電装置。 - 高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成するとともに、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行う、熱電発電方法。
- 前記高温の熱媒体は、ヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項4の熱電発電方法。 - ヒートポンプ内の高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行う、熱電発電方法。
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