WO2005112141A1

WO2005112141A1 - 熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率化方法

Info

Publication number: WO2005112141A1
Application number: PCT/JP2005/009189
Authority: WO
Inventors: Mitsuru Kambe; Hideo Shikata
Original assignee: Central Research Institute Of Electric Power Industry; Hitachi Powdered Metals Co., Ltd.
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2005-11-24
Also published as: DE112005001129T5; JP4751322B2; GB0624929D0; GB2437996A; GB2437996B; US20080023056A1; JPWO2005112141A1

Abstract

　本発明は、熱源から放射で熱を受ける熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率化方法に関し、少なくとも一対の熱電素子２と、熱源３とは非接触に配置され当該熱源３から放射で熱を受ける受熱部６と、該受熱部６の反対側に位置して冷媒４により冷却される放熱部７とを備え、受熱部６と放熱部７との温度差により発電する少なくとも１つの熱電変換モジュール５を有し、１または複数の受熱部６の熱源３を向く面によって構成される連続した又は分割された受熱面１８が、その各部毎に熱源３から異なる熱量を与えられる熱電変換システム１において、受熱面１８は熱源３から受ける熱量に応じた異なる複数の放射率を備えるようにしている。

Description

明細書

熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率化方法

技術分野

[0001] 本発明は、熱源から放射で熱を受ける熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率ィ匕方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、焼結炉ゃ製鉄'非鉄金属プラントなどで発生する廃熱を熱源とする熱電変換システムに用いて好適な熱電変換システムおよび当該熱電変換システムの高効率ィ匕方法に関する。

背景技術

[0002] 熱電変換モジュールを使って工業炉において発生する廃熱を利用して発電を行う発電システムが従来提案されている（特許文献 1)。この発電システムは、熱電変換モジュールの低温側の受熱面となる冷却板が連続炉の冷却室の外側に配置された水冷ジャケットの隔壁に張り付けられ、熱電変換モジュールの高温側の受熱面が熱源たるワークと非接触に配置されて、加熱保持室で焼結処理された後に冷却室内を通過するワーク力の放射熱を受熱面で受熱することにより発電するようにしたものである。この発電システムにおいて熱電モジュール 100は、例えば図 16に示すように、交互に並べられた複数対の P型熱電素子 101aと N型熱電素子 101bとを電極 102で電気的に直列に連結して、 1枚の電気絶縁性の冷却板 104を介して水冷ジャケットの隔壁 105に張り付けられている。この熱電変換モジュール 100の高温側は、熱応力による熱電素子の破壊を防ぐため、高温側の熱電素子の電極 102同士を繋ぐ電極部分をワイヤ 103で構成して高温側における各熱電素子 101a, 101bの動きを自由なものとし、熱源に対して離して設置されている。更に、高温側の受熱面は放射熱を受けやすくするため適宜分割された多数の黒体製集熱板 106で覆われて、る。尚、図中の符号 106は移動する熱源、 107は冷却源たる冷媒を示す。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 171776号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1に示すように、漸次温度低下を起こしながら移動するヮークを熱源として利用し熱電変換モジュールにより発電する場合には、熱電変換モジュ一ルの受熱面が受ける放射熱が熱電変換モジュール毎あるいは受熱面の部位毎に大きく異なることから、廃熱の利用度を高めることと発電出力を増加させることとを両立させ得な、と、う問題を有して、る。

[0005] 即ち、廃熱を有効利用する観点からは、もっとも熱源温度が高い冷却部の入口近傍に熱電変換モジュールを設置することが好ましいが、熱源温度によっては熱電変換モジュールの最高使用温度を超えてしまう虞がある。熱電変換モジュールの最高使用温度は、熱電半導体の材質によって決まる作動可能温度や、熱電変換モジュールの組み立ての際に使用するろう材ゃ接着剤等の接合材の融点などによって定まる。例えば熱電半導体として BiTeを使用する場合、最高使用温度は 220°C程度であり、 FeSiを使用する場合、最高使用温度は 700°C程度であり、 SiGeを使用する場合、最高使用温度は 1000°C程度である。また、ろう材ゃ接着剤等の接合材の融点は、熱電変換モジュールの使用温度よりも高ぐかつ熱電半導体の融点よりも低い必要がある。このことから、熱電変換モジュール 100の最高使用温度以上に熱電変換モジュールを加熱してしまうと、接合材が溶融して熱電変換モジュールが破損してしまう虞がある。

[0006] 他方、冷却部の下流では冷却部内を熱源が通過する間に熱源自体の温度が低下するため、熱電変換モジュールに負荷できる温度差力、さくなり、熱電変換モジユールの出力も低下してしまう。一般に熱電変換モジュールの出力は、熱電半導体に負荷する温度差の 2乗にほぼ比例するため、冷却部の上流と下流での熱電変換モジュールの 1個当たりの出力差は非常に大きくなる。

[0007] したがって、熱電変換モジュールがその性能を最大限に発揮できるのは、冷却部の上流側で尚かつ熱電変換モジュールの最高使用温度を超えな!/、領域にぉ、てのみであり、さらに下流部ではその数分の一または数十分の一の能力し力発揮できない。このため、黒体製集熱板で覆われた熱電変換モジュールを設置できる領域は熱電変換モジュールの受熱面が最高使用温度を超えずかつ最高使用温度を大きく下回らない温度範囲に限られるため、廃熱の有効利用が十分ではなく設備コストおよび発電単価低減の観点で好ましくない。このように、廃熱を伴う冷却部を有する工業炉例えば焼結炉において発生する廃熱を熱源として熱電変換モジュールにより最大出力を得るように発電システムを構築することは難、ものであった。

[0008] また、焼結炉の廃熱を利用する場合に限らず、熱電変換モジュールを有して構成される熱電変換システムにお、ては、熱電変換モジュールが使用温度の上限を超えることなぐかつ熱電変換モジュールの温度を可能な限り最高使用温度に近い温度に保つことが、熱電変換システムとしての最大出力を得るために重要である。しかし熱源力も受ける熱量が熱電変換モジュールの全受熱面において均一でない場合、最高温度に合わせて熱電変換システムを構築すれば温度の低い個所では発電効率が悪化し、最低温度に合わせて熱電変換システムを構築すれば温度の高!、個所では熱電変換モジュールが破損してしまう問題がある。

[0009] そこで本発明は、熱電変換モジュールへの入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し熱電変換モジュールの健全性を保つとともに、可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュールを作動させ、大きな総合出力を達成し、その経済性を向上させる熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率ィ匕方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] かかる目的を達成するため、本発明にかかる熱電変換システムは、少なくとも一対の熱電素子と、熱源から放射で熱を受ける受熱部と、該受熱部の反対側に位置して冷媒により冷却される放熱部とを備え、受熱部と放熱部との温度差により発電する少なくとも 1つの熱電変換モジュールを有し、 1または複数の受熱部の熱源を向く面によつて構成される連続した又は分割された受熱面が、その各部毎に熱源力異なる熱量を与えられる熱電変換システムにお、て、受熱面は熱源力受ける熱量に応じた異なる複数の放射率を有するようにしてヽる。

[0011] また、本発明の熱電変換システムの高効率ィ匕方法は、少なくとも一対の熱電素子と

、熱源から放射で熱を受ける受熱部と、該受熱部の反対側に位置して冷媒により冷却される放熱部とを備え、受熱部と放熱部との温度差により発電する少なくとも 1つの熱電変換モジュールを有し、 1または複数の受熱部の熱源を向く面によって構成される連続した又は分割された受熱面が、その各部毎に熱源力異なる熱量を与えられる熱電変換システムにおいて、受熱面の各部の放射率を熱源から受ける熱量に応じた異なる値に調整して、熱電変換モジュールへの入熱量を使用上限温度以内に制限するとともに熱電変換モジュールを使用上限温度に近い温度で作動させて、総合出力を高めるようにしている。

[0012] 放射率が小さ!/、ほど受熱面は熱を吸収し難くなつて熱電変換モジュールは加熱され難くなり、逆に放射率が大きいほど受熱面は熱を吸収し易くなつて熱電変換モジュールは加熱され易くなる。従って、熱源力も大きな熱量を受ける受熱面では、小さな放射率とすることで、その受熱面は加熱され難くなり、熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度以内に制限して、熱電変換モジュールの健全性を保つことができ、し力も受熱面と冷却面との温度差は大きくなるから、高い発電効率を達成することができる。一方、熱源力受ける熱量力、さい受熱面では、大きな放射率とすることで、加熱され易くなり、熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度に近い温度に保って、受熱面と冷却面との温度差を大きくして、高い発電効率を達成することができる。

[0013] また、本発明の熱電変換システムにおける受熱面の放射率は、例えば受熱面を構成する素材の選択、または素材の一部または全部を覆う 1または 2以上の被覆材の選択、または受熱面の表面粗さの調整の、ずれか又はこれらの組み合わせによって、目的値に設定されることが好ましい。この場合、受熱面を構成する材料の選択ゃ受熱面の仕上げの状態によって、容易に受熱面の放射率を最適値に調整することができ、熱電変換モジュールへの入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し熱電変換モジュールの健全性を保つとともに、可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュールを作動させることができる。ここで、受熱面の放射率は、モジュール毎あるいは 1つの受熱面の中で部分的に異ならせることが可能である。

[0014] また、本発明の熱電変換システムにおいて、受熱面は、異なる放射率を有する 2以上の材料、 2以上の被覆材、または 1以上の被覆材と受熱板を構成する材料の素地、あるいは 2以上に調整された表面粗さ、更には異なる放射率の材料若しくは被覆材更には任意の表面粗さとの組み合わせが並べられることによって構成されることが好ましい。この場合において、これら組み合わせは規則的に並べられて受熱面を構成することがより好ましぐ更に好ましくは受熱面における熱電素子の投影面内に異なる放射率の材料'被膜'表面粗さの列が存在することである。この場合、受熱面としての放射率は受熱面を構成する各素材の放射率の平均値とほぼ等しくなり、要求される放射率の材料が入手できないような場合にも、目的とする放射率を得ることができる。

[0015] また、本発明の熱電変換システムにおいて、熱源力も与えられる熱量が大きい受熱面に該当する熱電素子には動作温度の高いものが選択され、熱源から与えられる熱量が小さ!/、受熱面に該当する熱電素子には動作温度の低、ものが選択されることが好ましい。この場合、熱電変換モジュールをより高い発電効率で作動させることができる。

[0016] また、本発明の熱電変換システムにお、て、熱源は移動熱源であり、熱電変換モジユールは、移動熱源の移動経路に沿って設けられるとともに、移動経路上流における受熱面の放射率が、移動経路下流における受熱面の放射率よりも小さく設定されるようにしている。

[0017] したがって、熱電変換モジュールを最高使用温度以上に加熱し得る大きな熱量を生じる移動経路上流の熱源と対する受熱面では、小さな放射率とすることで、その受熱面は加熱され難くなり、熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度以内に制限して、熱電変換モジュールの健全性を保つことができ、し力も受熱面と冷却面との温度差は大きくなるから、高い発電効率を達成することができる。一方、発生熱量が減少する移動経路下流の熱源と対する受熱面では、大きな放射率とすることで、加熱され易くなり、熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度に近い温度に保つて、受熱面と冷却面との温度差を大きくして、高い発電効率を達成することができる。

[0018] また、本発明の熱電変換システムにおいて、移動熱源は、焼結炉の炉心管内をカロ熱部から冷却部へと移動するワークであり、冷却部では炉心管の周囲に冷却ジャケットが備えられ、熱電変換モジュールは、冷却部における炉心管の内面にワークの移動経路に沿って設置されている。したがって、従来実用化が難しかった焼結炉の冷却部における廃熱を利用した効率的な発電を行うことができる。

発明の効果

[0019] 本発明に力かる熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率ィ匕方法によれば、熱源から受ける熱量に応じた適切な複数の放射率を有する受熱面を備えてヽるので、熱電変換モジュールへの入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し熱電変換モジュールの健全性を保つとともに、可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュールを作動させることができる。即ち、黒体に覆われた受熱面では最高使用温度を超えるような熱源温度の領域でも、小さな放射率とすることで、その受熱面を加熱され難くして熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度以内に制限して、熱電変換モジュールの健全性を保ち、その反面、熱源力受ける熱量が小さい受熱面では、大きな放射率とすることで、加熱され易くして熱電変換モジュールの加熱温度を最高使用温度に近い温度に保って、受熱面と冷却面との温度差を大きくできるので、高い発電効率を達成することができる。これにより、熱電変換システムは、廃熱の利用度を高めると共に大きな発電量を達成し、その経済性を向上させることができる。

[0020] さらに本発明の熱電変換システムによれば、受熱面を構成する材料や被覆材の選択あるいは受熱面の表面粗度の調整などによって、多様な材料の中から適宜放射率が選定できるし、それにもかかわらず要求される放射率の材料が入手できな、ような場合でも、受熱面の放射率を容易に最適値に調整し、熱電変換モジュールへの入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し熱電変換モジュールの健全性を保つとともに、可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュールを作動させることができる。

[0021] さらに本発明の熱電変換システムにおける受熱面は、異なる放射率の材料あるいは被覆材の組み合わせ若しくは表面粗さの選択によって任意の放射率が得られるようにして!/、るので、受熱面全体ある!/、は 1つの受熱面の中で部分的に放射率を異ならせることが可能である。受熱面全体の放射率は受熱面を構成する各素材の放射率の平均値とほぼ等しくなり、要求される放射率の材料が入手できないような場合にも、目的とする放射率を得ることができる。また、本発明において受熱面は、複数の素材、被覆などの組み合わせが規則的に並べられて構成されているので、受熱面全体での放射率のむらが少なくなる。更に、本発明において受熱面は、組み合わされる放射率の異なる材料'被膜'表面粗さの単位大きさを受熱面に接する熱電素子の面積よりも細力べしているので、熱電半導体のチップ毎に温度のばらつきが生じてしまうことがない。

[0022] さらに本発明にかかる熱電変換システムによれば、放射率の最適化と相まって熱源力受ける熱量に応じた異なる動作温度を有する熱電素子を備えているので、より高温の熱源に対して熱電変換モジュールが使用温度の上限を超えることなぐかつより低い熱源に対して熱電変換モジュールをその最高使用温度に近い温度に保つことを可能にすることができ、熱電変換モジュールをより高い発電効率で作動させることができる。

[0023] さらに熱電変換システムによれば、焼結炉の冷却部において生じる廃熱を利用した効率的な発電を行うことができるので、焼結炉の冷却部で生じる廃熱を利用した発電の実用化を可能にする。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]本発明の熱電変換システムの実施の一形態を示し、焼結炉に適用した例を示す当該焼結炉の側面図である。

[図 2]上記焼結炉の冷却部における正面力も見た断面図である。

[図 3]上記焼結炉の概略構成図である。

[図 4]上記焼結炉におけるワークの温度とワーク流れ方向位置との関係を示すグラフである。

[図 5]熱電変換モジュールの構成例を示す構成図である。

[図 6]熱電変換モジュールの他の構成例を示す構成図である。

[図 7]熱電変換モジュールのさらに他の構成例を示す構成図である。

[図 8]熱電変換モジュールのさらに他の構成例を示す構成図である。

[図 9]受熱面の放射率の設定法の一例を示す上面図である。

[図 10]受熱面の放射率の他の設定法を示す上面図である。

[図 11]受熱面の放射率の更に他の設定法を示す上面図である。

[図 12]受熱面の各部毎に熱源力も異なる熱量が与えられる場合を示し、 (A)は熱源が受熱面に対して移動する場合、 (B)は熱源と受熱面上の各点との距離が異なる場合、 (C)は熱源自体の温度分布が不均一である場合を示す。 [図 13]本発明の実施例と比較例における受熱面温度と熱源温度の変化の違いを表すグラフである。

[図 14]熱電変換モジュールの他の構成例を示す構成図である。

[図 15]熱電変換モジュールの他の構成例を示す構成図である。

[図 16]従来の熱電変換モジュールの構成例を示す構成図である。

符号の説明

[0025] 1 熱電変換システム

2 熱電素子

3 熱源、ワーク、黒鉛製箱

4 冷媒

5 熱電変換モジュール

6 受熱部

61 受熱板

7 放熱部

71 冷却板

7a 冷却面

8 焼結炉

9 炉心管

9a 予熱部

9b 均熱部

9c 冷却部

11 冷却ジャケット

18 受熱面

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

[0027] 図 1から図 12に本発明の熱電変換システムおよび熱電変換システムの高効率ィ匕方法の実施の一形態を示す。この熱電変換システム 1は、少なくとも 1つの熱電変換モジュール 5と、該熱電変換モジュールの高温側受熱面 18を加熱する熱源 3と、熱電変換モジュールの低温側受熱面 7aを冷却する冷熱源 (冷媒) 4とを有し、熱源 3からの放射熱によって熱電変換モジュール 5の受熱面 18を加熱するものである。熱電変換モジュール 5は、少なくとも一対の熱電素子 2と、これら熱電素子 2の高温側の受熱面 18として熱源 3とは非接触に配置され当該熱源 3から放射で熱を受ける受熱部 6と

、熱電素子 2の低温側の受熱面 7aとして冷却源と接触させて配置され冷媒 4により冷却される放熱部 7とを備え、受熱部 6と放熱部 7との間に生じる温度差により発電する

。この熱電変換システム 1は、全ての熱電変換モジュールの高温側の受熱面に対して等しい放射熱が与えられるものではなぐ熱電変換モジュール毎あるいは個々の熱電変換モジュールの受熱面の中でも部分的 (部位毎）に熱源 3から受ける放射熱量が異なる条件下において好適に用いられるものであり、熱電変換モジュール 5の熱源に対して非接触である受熱面 18が熱源 3から受ける熱量に応じた異なる複数の放射率を有するようにしている。

[0028] 熱電変換モジュール毎あるいは個々の熱電変換モジュールの受熱面の部位毎に熱源 3から異なる熱量が与えられる場合としては、例えば図 12 (A)に示すように熱源 3が受熱面 18に対して移動する場合、図 12 (B)に示すように熱源 3と受熱面 18上の各点との距離が異なる場合、図 12 (C)に示すように熱源 3自体の温度分布が不均一である場合が考えられ、どの場合にも本発明は適用可能である。尚、図 12 (C)の熱源 3は色が濃、部分ほど高温であることを示して、る。

[0029] 例えば焼結炉に適用した本実施形態では、熱源 3は移動熱源であり、熱源自体の温度が下流側に移動するに従って低下するものである。熱電変換モジュール 5は、移動熱源 3の移動経路に沿って設けられるとともに、移動経路上流における受熱面 1 8の放射率が、移動経路下流における受熱面 18の放射率よりも小さく設定されるものとしている。移動熱源 3は、例えば焼結炉 8の炉心管 9内を加熱部力も冷却部へと移動するワークであり、より具体的には、このワーク 3は焼結製品が入れられた黒鉛製箱である。焼結炉 8は、例えば図 2に示すようにトンネル状の炉心管 9を有している。そして、この炉心管 9は図 3に示すように軸方向に沿って予熱部 9a、均熱部 9bおよび冷却部 9cに分かれている。予熱部 9aおよび均熱部 9bでは、炉心管 9の周囲に電気ヒ一ターやパーナを備えるガス加熱ジャケットなどの加熱装置 10a, 10bが備えられている。冷却部 9cでは炉心管 9の周囲に冷却ジャケット 11が備えられている。尚、冷却ジャケット 11は例えば SUS製炉心管 9の周りを更に SUS製外殻で覆って炉心管 9との間に冷媒 4を流す空間を形成したものであり、冷媒 4として冷却水を用いるものである。焼結製品は黒鉛製箱 3に入れられて、炉心管 9内のコンベア一に乗せられるか、あるいは入り口側から次々と押し込まれるなどの方法により、この炉心管 9内を予熱部 9a、均熱部 9b、冷却部 9cの順に通過する。従って焼結製品が入れられた黒鉛製箱 3は、予熱部 9aおよび均熱部 9bで加熱され、冷却部 9cで冷やされる。また、図 2の実施形態は既存の焼結炉に対して熱電変換モジュールを取り付ける場合を示したものであり、炉心管 9のドーム形に湾曲した天井と熱電変換モジュール 5との間には、熱電変換モジュール 5を密着させて取り付けるために熱伝導性に優れる材質のダラゥト材例えば銅ブロック 20などが介在されている。勿論、炉心管 9の天井形状が熱電変換モジュール 5の低温側の冷却部 (冷却板 71) 7を直接密着させて取り付け得るに適した形状例えば山形（ Λ)あるいは広、平担面に形成されて、る場合には、熱伝導性に優れるグラウト材を必ずしも介在させることはない。

[0030] 図 4にワーク 3の流れ方向位置とワーク 3の温度との関係の一例を示す。図 3および図 4中の符号 L1は予熱部 9aの軸方向長さを示し、符号 L2は均熱部 9bの軸方向長さを示し、符号 L3は冷却部 9cの軸方向長さを示す。熱電変換モジュール 5は、冷却部 9cにおける炉心管 9の内面に、ワーク 3の移動経路に沿って設置されている。図 3 および図 4中の符号 L4は、熱電変換モジュール 5が設置される領域の軸方向長さを示す。ワーク 3の廃熱を有効利用する観点力は、熱電変換モジュール 5の設置範囲 L4は、熱電変換モジュール 5の使用温度を上限温度に制限し得る範囲で、ワーク 3 の温度が高い均熱部 9b出口すなわち冷却部 9c入口にできる限り近い地点より開始することが好ましぐ熱電変換モジュール 5による効率的な発電が可能である限り、長くすることが好ましい。

[0031] 予熱部 9aおよび均熱部 9bで加熱された熱源 3としての黒鉛製箱は、熱電変換モジユール 5とは接触せずに熱電変換モジュール 5に沿って冷却部 9cの上流から下流へと移動し、熱電変換モジュール 5は黒鉛製箱 3から放射で熱を受け、その反対側の面 7aを冷却ジャケット 11によって冷却される。熱電変換モジュール 5は受熱面 18と冷却面 7aとの温度差すなわち熱落差により発電し、発生した電力は図示を省略する電力回収用ラインを介して蓄電装置や電力利用機器に供給される。

[0032] 熱電変換モジュール 5の構成例の 1つを図 5に示す。この熱電変換モジュール 5は、交互に並ぶ複数対の P型熱電半導体 2a及び N型熱電半導体 2bと、隣接する P型熱電半導体 2aと N型熱電半導体 2bとを電気的に直列に接続する電極 12と、熱源 3 側の電極 12を被覆して受熱部 6を構成する電気絶縁性を備える受熱板 61と、冷媒 4 側の電極 12を被覆して放熱部 7を構成する電気絶縁性を備える冷却板 71とを有している。受熱板 61および冷却板 71は、熱伝導性を有する材質であれば特に材質には限定されないが、熱伝導性に優れる材質であることが好ましぐ多くの場合には金属で構成されているが、場合によっては電気絶縁層を兼ねるセラミックスなどの電気絶縁性材料で構成されることもある。金属製の受熱板 61、冷却板 71の場合には、電極 12との間に絶縁層が形成される。これら受熱板 61、電極 12、熱電素子 2、冷却板 71がろう材ある、は接着剤等の接合材で結合されて熱電変換モジュール 5が組み立てられる。この熱電変換モジュール 5の冷却面 7aは、熱源 3と冷媒 4とを仕切る隔壁としての炉心管 9の内面に接着剤等の接合材によって固着される。尚、炉心管 9の内面が電気絶縁性の材料で構成される場合には、冷却板 71は無くても構わない。この場合は、冷媒 4側の電極 12が放熱部 7として機能する。

[0033] 熱電変換モジュール 5の他の構成例を図 6に示す。この熱電変換モジュール 5は、交互に並ぶ複数対の P型熱電半導体 2a及び N型熱電半導体 2bと、隣接する P型熱電半導体 2aと N型熱電半導体 2bとを電気的に直列に接続する FGMコンプライアント 'パッド 13と、熱源 3側の FGMコンプライアント 'パッド 13を被覆して受熱部 6を構成する受熱板 61と、冷媒 4側の FGMコンプライアント ·パッド 13を被覆して放熱部 7を構成する冷却板 71とを有する。 FGMコンプライアント 'パッド 13は、熱電素子 2側で電極層を構成し、受熱板 61または冷却板 71側で電気絶縁層を構成するものである。 FGMコンプライアント'パッド 13は、電極層と電気絶縁層から成る傾斜機能材料 (F GM)、すなわち熱電素子 2側が電極層、その反対側が電気絶縁層で、両者の組成が連続的に変化するものであり、例えば特許第 3056047号や特許第 3482094号に開示された物を利用することができる。尚、両面が電極層、内部が電気絶縁層から成る FGMコンプライアント 'パッドを用いても良い。これら受熱板 61、 FGMコンプライアント 'パッド 13、熱電素子 2、冷却板 71がろう材あるいは接着剤等の接合材で結合されて熱電変換モジュール 5が組み立てられる。この熱電変換モジュール 5の冷却面 7aは、熱源 3と冷媒 4とを仕切る隔壁としての炉心管 9の内面にろう材あるいは接着剤等の接合材によって固着される。尚、 FGMコンプライアント 'パッド 13自体に電気絶縁性があるため、炉心管 9の内面が電気絶縁性の材料で構成されるカゝ否かにかかわらず、冷却板 71は無くてもよい。この場合は、冷媒 4側の FGMコンプライアント 'パッド 13が放熱部 7として機能する。

[0034] 本実施形態では、図 5または図 6に示す熱電変換モジュール 5を、図 1および図 2に示すように冷却部 9cにおける炉心管 9の内面にワーク 3の移動経路に沿って複数設置している。従って、熱源 3であるワーク力も放射により熱を受ける受熱面 18は複数存在する。換言すれば、ワーク 3から放射により熱を受ける受熱面 18は複数に分割されている。但し、 1つの大きな連続した受熱面 18を有する単一の熱電変換モジユール 5のみを設置する構成としても構わな、。単一の熱電変換モジュール 5とする構成の場合は、受熱面 18上の温度分布によって受熱板 61に大きな熱応力が作用する恐れがあるので、受熱板 61にスリットを形成して応力を逃がす構成とすることが好ましい。また、熱電変換モジュール 5を最小単位の熱電素子 2を有するものに微細化する、例えば P型と N型の熱電半導体 2a, 2bを各 1個備えるュ- 'カップル型としても構わない。また、受熱板 61は、熱電変換モジュール 5の機械的強度を高め、また取付作業時の取り扱、を容易にする観点から設けることが好まし、が、熱電変換モジュール 5を最小単位に微細化する場合等は、受熱板 61を設けずに、熱源 3側の電極 12や FGMコンプライアント ·パッド 13を受熱部 6として機能させても良、。更にこの場合、熱電素子 2の側面が熱源 3から放射で熱を受けると熱電素子 2の熱落差力 S小さくなり発電効率が低下するので、図 7および図 8に示すように、受熱板 61や電極 12または FGMコンプライアント 'パッド 13を延長して、熱電素子 2の側面を覆い隠すスカート部 14を設けることが好ましい。

[0035] 本実施形態のように、熱源 3が複数の熱電変換モジュール 5に接触せずにこれらに沿って移動し、熱電変換モジュール 5はこの熱源 3から放射で熱を受け、その反対側の面 7aを冷却される熱電変換システム 1においては、熱源 3の移動方向のある局所での熱源 3から熱電変換モジュール 5の受熱面 18に放射で伝達される熱量 Q は、

Rad 次式で示される。

[0036] <数 1>

Q =σ (Τ⁴-Τ⁴)/(ΐ/ε +1/ε —1)

Rad 1 2 1 2

に、

σ： Staphan- Boltzmann定数 =5.67X10_⁸ (W/m²K⁴)

τ_ι:熱源の絶対温度 (K)

T：熱電変換モジュールの受熱面の絶対温度 (K)

2

ε ：熱源の放射率

ε ：熱電変換モジュールの受熱面の放射率

2

[0037] 一方、熱電変換モジュール 5の内部を流れる熱量 Q は次式で与えられる。

Con

[0038] <数 2>

Q =(T -Τ )/R

Con 2 3 Total

に、

T：熱電変換モジュールの受熱面の絶対温度 (Κ)

2

Τ：冷却ダクト内の冷却媒体主流の絶対温度 (Κ)

3

R

Total：熱電変換モジュールの熱抵抗および冷却ダクト内の熱伝達係数を考慮した合成熟抵抗

[0039] 熱電変換モジュール 5の側面への熱の逃げを無視すると、上記の Q および Q

Rad Con は等しい。従って、冷却部 9cの最も上流、換言すれば均熱部 9bの出口での熱源 3の絶対温度 Tおよび冷却部 9cの最も上流、換言すれば冷却部 9cの入口での冷却ジャケット 11内の冷媒 4の主流の絶対温度 Tが与えられると、上記数式 1および数式 2

3

力成る連立方程式を解くことにより、熱源 3の流れ方向の各微小領域における熱電変換モジュール 5内部を流れる熱量および熱電変換モジュール 5の受熱面 18の絶対温度 Tが求められる。この計算を各微小領域にわたって繰り返すことで、流れ方

2

向の Τ , Τ , Tの温度履歴が求まる。一方、受熱面温度 Tについては、熱電素子 2

1 2 3 2

の作動可能温度ゃ熱電変換モジュール 5の組み立ての際に使用する接着剤等の接合材の融点などに基づいて、熱電変換モジュール 5が健全性を保つことができ尚且つ受熱面 18と冷却面 7aとの温度差をできるだけ大きくして高い発電効率を達成できる最適値を求めることができる。最適な受熱面温度 Tが求まれば、当該最適値 Tが

2 2 得られる受熱面 18の放射率 ε を数式 1に基づいて求めることができる。

2

[0040] 熱源 3の放射率 ε については、厳密には温度依存性があるために、熱源 3が冷却部 9cの上流から下流へ移動するにつれて若干変化するものの、大きな変化はな！/、。いずれにせよ熱源 3の放射率 ε は冷却部 9c上流から下流への熱源 3の移動に伴つて人為的に変化させることはできない。一方、複数の熱電変換モジュール 5の各受熱面 18の放射率 ε 、または 1つの熱電変換モジュール 5の 1つの受熱面 18の各部の

2

放射率 ε は、最適な値に設定することができる。

2

[0041] 放射率は、材料のみならず、表面仕上げ状態にも依存し、また空気中での使用する場合には、酸化の程度にも依存する。したがって、受熱面 18の放射率 ε

2は、例えば受熱面 18を構成する材料の選択によって、または受熱部を構成する材料を素地としてその一部または全部を覆う 1または 2以上の被覆材の選択によって、または受熱面 18の表面の仕上げの状態すなわち受熱面 18の表面粗さの程度によって、目的とする値に設定することができる。勿論、上述した方策の一部または全部を組み合わせて、受熱面 18の放射率 ε を目的とする値に設定することも可能である。被覆材は、

2

例えばコーティングまたは蒸着、メツキ、塗装、貼り付けなどによって素地となる受熱部を構成する材料 (素地材と呼ぶ)の表面に付着させることができる。また、受熱面 1 8を鏡面仕上げとすれば放射率を小さくでき、受熱面 18上に微細な凹凸があるような粗仕上げとすれば放射率を大きくできる。

[0042] 熱電変換モジュール 5の受熱部 6または受熱部 6の一部または全部を覆う被覆材の候補を表 1に示す。また、材料の参考放射率を表 2に示す。但し、表 1および表 2に示す材料は好適例であって、本発明に係る受熱面 18を構成する素地材ゃ当該素地材を覆う被覆材がこれらに限定されるものではなぐこれらの他にも多種多様な材料の中から最適な放射率の材料を選定することができる。尚、放射率は、雰囲気の酸ィ匕の程度にも依存する。従って、熱電変換モジュール 5を使用する雰囲気の状態が、酸化雰囲気であるか還元雰囲気であるか不活性雰囲気であるかも考慮して材料選定を行うことが好ましい。

[表 1]

[0044] [表 2]

[0045] また、コーティングする材料は多様な材料の中力選定できる力それにもかかわらず要求される放射率の材料が入手できないような場合には、異なる放射率を有する 2 以上の材料を素地となる受熱板 61あるいは受熱部 6として機能する電極 12や FGM コンプライアント 'パッド 13の上に並べてコーティングあるいは貼着することにより受熱面 18を構成するようにしても良い。例えば図 9に示すように、異なる放射率を有する 2 つの被覆材 15a, 15bを規則的に並べて、例えば細かい格子模様状に受熱板 61にコーティングして、受熱面 18を構成するようにしても良い。或いは図 10に示すように、異なる放射率を有する被覆材 15と素地材 16とを用い、受熱板 61の上に素地材 16をコーティングした上から更に被覆材 15を細カゝく規則的に並ぶように、例えば格子模様状にコーティングして、受熱面 18を構成するようにしても良い。図 9または図 10のようにコ一ティングすることで、受熱面 18を構成する 2つの材料の放射率が例えば 0. 2と 0. 4であった場合、その受熱面 18全体としては放射率 0. 3の材料をコーティングしたのとほぼ同じ効果が得られる。この際、同じ受熱面 18に取り付けられる熱電素子 2のチップ毎に温度のばらつきが生じてしまわないように、上記格子模様を熱電素子 2のチップ平面寸法よりも充分に細力べすることが好ましい。換言すれば、受熱面 18 における熱電素子 2の投影面内に、異なる放射率の材料よりなる列が存在することが好ましい。尚、異なる放射率の材料や被覆材の組み合わせあるいは面粗度の調整により放射率を制御する場合には、 2つの材料を規則的に並べて受熱面 18を構成するものには限らず、 3つ以上の材料などを組み合わせたり、これら組み合わせなどを不規則的に配列することによって構成するようにしても良い。図 11に示すように、 1つの受熱面 18の中で放射率を変化させ無ければならない場合、例えば 1つの大きな連続した受熱面 18を有する単一の熱電変換モジュール 5のみを設置するような場合には、受熱面 18の一部に上記格子模様のコーティングを施すようにしても構わない。即ち、異なる放射率を有する 2以上の材料は必ずしも同一全面上で規則的に並ぶとは限らず、例えば複数材料により構成される受熱面 18上の模様が徐々に変化する場合もあり得るし、一の受熱面 18が 3以上の材料により構成される場合もあり得る。受熱面 18の熱源の移動方向にぉ、て上流側となる端部と下流側となる端部とで異なる放射率の被覆材をコーティングしあるいは材料を貼着する一方、それらの間に 2種あるいは 3種以上の異なる放射率の被覆材あるいは材料をコーティングな、し貼着して放射率を段階的にある、は傾斜的に変化させるようにしても良、。

[0046] 例えば本実施形態では、熱源 3から大きな熱量を与えられる冷却部 9cの上流に位置する受熱面 18は小さな放射率を有するものとし、熱源 3から与えられる熱量が小さくなる冷却部 9cの下流へと進むに従って、受熱面 18の放射率を、徐々に大きくするようにしている。例えば図 1の例では、受熱面 18Aの放射率 <受熱面 18Bの放射率く受熱面 18Cの放射率く受熱面 18Dの放射率としている。ここで、冷却部 9cの上流力も下流方向への受熱面 18の放射率の増加の仕方は、段階的（階段状)であっても良ぐ連続的（冷却部 9cの上流から下流方向への位置と当該位置における受熱面 1 8の放射率とが 1次または 2次以上の関数で表される関係）であっても良い。また、上流から下流方向に向かって階段状に放射率を増加させる場合、同一放射率となる区間の長さは同じとしても良ぐ異ならせても良い。ここで、放射率は、受熱面 18にコーティング可能な材料あるいは受熱面を構成する材料で最も大きな値にしたときに高温側受熱面温度が熱電素子の最高使用温度を超える領域では、受熱面 18の放射率を少なくとも前述の値よりも小さくして高温側受熱面温度が熱電素子の最高使用温度を超えないようにしてかつできるだけ最高使用温度に近づく値となるように調整することが好ましい。

[0047] 放射率が小さ!/、ほど受熱面 18は熱を吸収し難くなつて熱電変換モジュール 5は加熱され難くなり、逆に放射率が大きいほど受熱面 18は熱を吸収し易くなつて熱電変換モジュール 5は加熱され易くなる。従って、熱電変換モジュール 5を最高使用温度以上に加熱し得る大きな熱量を生じる冷却部 9cの上流の熱源 3と対する受熱面 18 では、小さな放射率とすることで、その受熱面 18は加熱され難くなり、熱電変換モジユール 5の加熱温度を最高使用温度以内に制限して、熱電変換モジュール 5の健全性を保つことができ、し力も受熱面 18と冷却面 7aとの温度差は大きくなるから、高い発電効率を達成することができる。一方、発生熱量が減少する冷却部 9c下流の熱源 3と対する受熱面 18では、冷却部 9c上流の受熱面 18よりも大きな放射率とすることで加熱され易くなり、熱電変換モジュール 5の加熱温度を最高使用温度に近い温度に保って、受熱面 18と冷却面 7aとの温度差を大きくして、高い発電効率を達成することができる。換言すれば、冷却部 9cの上流側の受熱面 18の放射率を小さくすることで、熱電変換モジュール 5の設置範囲 L4の開始位置を、より冷却部 9cの入口近傍に設定でき、冷却部 9cの下流側の受熱面 18の放射率を大きくすることで、熱電変換モジュール 5の設置範囲 L4をより長く設定することができる。しかも、黒体製集熱材を用いる場合に比べて遙かに低、最高使用温度の熱電素子を用いて発電することが可能となる。

[0048] 以上のように、熱源 3から受ける熱量に応じた適切な複数の放射率を有する受熱面 18を構成することで、熱源温度が最も高い冷却部上流側における熱電変換モジユール 5への入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し熱電変換モジュール 5の健全性を保つとともに、熱源温度が低下した冷却部下流側においては可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュール 5を作動させることができる。これにより、熱電変換システム 1は、大きな総合出力を達成し、経済性を向上させることができる。

[0049] さらに、コーティング材料の選択や表面仕上げ状態などの変更による放射率制御によっても受熱面を構成する加熱部の温度が使用している熱電素子の最高使用温度を超える場合、あるいは最高使用温度に近づけることが難しい場合には、熱電素子の変更との併用によって対応することが可能である。例えば熱電素子 2として BiTe を使用する場合の最高使用温度は 220°C程度であり、 FeSiを使用する場合の最高使用温度は 700°C程度であり、 SiGeを使用する場合の最高使用温度は 1000°C程度である。冷却部 9cの上流における熱電変換モジュール 5には動作温度の高い熱電素子 2を使用すると共に受熱部 6の放射率を小さくすることによって、より高温の熱源に対応可能とし、冷却部 9c下流における熱電変換モジュール 5には動作温度の低い熱電素子 2を使用すると共に放射率を大きくすることによって、より低温の熱源に対しても熱電変換モジュール 5の最高使用温度に近づけることを可能とする。これにより、熱電変換システム 1は、更に大きな発電量を達成し、経済性（出力 Zコスト）を更に向上させることができる。

実施例

[0050] 図 1〜図 4に示す焼結炉 8の冷却部 9cの炉心管 9の内面にワーク 3の移動経路に沿って複数の熱電変換モジュール 5を設置した。この焼結炉 8の予熱部 9aの軸方向長さ L1は 3mであり、均熱部 9bの軸方向長さ L2は 4mであり、冷却部 9cの軸方向長さ L3は 8mである。図 4に示すように、予熱部 9aおよび均熱部 9bで加熱されたワーク (黒鉛製箱） 3は均熱部 9bの出口すなわち冷却部 9cの入口で 1100°Cとなって、る。冷媒 4としての冷却水の主流温度は 30°Cでほぼ一定と仮定する。冷却部 9cにおける炉心管 9の内部では還元雰囲気となっている。熱電変換モジュール 5としては最高使用温度 550°Cの熱電素子を用い、熱電変換モジュール 5の設置範囲 L4は冷却部入ロカ 2. 5mとした。但し、熱電変換モジュール 5を設置する範囲 L4はこの例に限定されるものではない。

[0051] 本実施例では、熱電変換モジュール 5の設置領域 L4をワークの流れ方向に 10等分し、各領域の受熱面 18の放射率 ε を以下の表 3のように設定した。尚、第 1領域

2

の熱電変換モジュール 5の受熱面 18は研磨した鉄で構成し、第 2領域の熱電変換モジュール 5の受熱面 18はニッケルで構成し、第 3領域の熱電変換モジュール 5の受熱面 18は黄銅で構成し、第 4〜第 10領域の受熱面 18は酸化した鉄で構成した。

[0052] [表 3]

[0053] そして、上記 10分割した各領域のワーク (黒鉛製箱） 3の温度 Τ と、熱電変換モ

BOX

ジュール 5の受熱面 18の温度 T を測定した。また、比較例として、すべての熱電

HOT

変換モジュール 5の受熱面 18を酸ィ匕した鉄 (放射率 0. 79)で構成した場合のワーク温度 T と受熱面温度 T も測定した。測定結果を図 13に示す。図中の実線で示

BOX HOT

し且つ♦で示すプロットが実施例のワーク温度 T のワーク流れ方向の変化を表し

BOX

、実線で示し且つ▲で示すプロットが実施例における各領域の受熱面温度 τ を表

HOT

す。また、図中の破線で示し且つ參で示すプロットが比較例のワーク温度 T のヮ

BOX

ーク流れ方向の変化を表し、破線で示し且つ園で示すプロットが比較例における各領域の受熱面温度 T を表す。また、図中の T は冷却水の主流温度を示す。 [0054] 図 13から明らかなように、比較例では第 1, 2領域での受熱面温度 T が熱電変

HOT

換モジュール 5の最高使用温度 550°Cを超えてしまっており、熱電変換モジュール 5 が破損してしまう。一方、実施例では第 1〜3領域の受熱面温度 T は熱電変換モ

HOT

ジュール 5の最高使用温度である 550°C程度に抑えられている。つまり、冷却部 9cの上流である第 1〜 3領域では、熱電変換モジュール 5の受熱面 18は最高使用温度近傍に加熱されている。従って第 1〜3領域の熱電変換モジュール 5は、健全性を保ちつつ、最高の性能を発揮できる。

[0055] また、実施例における第 4領域以降の受熱面温度 T は、冷却部 9cの下流に進

HOT

むに従って徐々に低下している力比較例よりも高い。また、ワーク温度 T も、比較

BOX

例よりも本実施例の方が高い。これは、本実施例の場合、冷却部 9cの上流 (第 1〜第 3の領域）の熱電変換モジュール 5の受熱面 18の放射率が小さいので、ワーク 3の温度が下がらずワーク 3が比較例よりも長く高温に維持されるからと考えられる。即ち、本実施例では、比較例よりも、冷却部 9cの下流における受熱面 18と冷却面 7aとの温度差を大きくできる。出力は熱電素子 2に負荷する温度差のほぼ 2乗に比例することから、本実施例では第 4領域以降の熱電素子 2に負荷される温度差が比較例に対して約 10%増加するため、これによる出力の増加は約 20%と見積もられる。従って、第 4領域以降の熱電変換モジュール 5の発電性能も本発明により向上する。

[0056] 以上のように、本発明により熱電変換モジュール 5の健全性を保つと同時に、熱電変換システム 1としての出力増加を達成でき、発電性能を向上できることが確認できた。

[0057] なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本発明は、上記の焼結炉 8のように熱電変換モジュール 5に対して熱源 3が移動するものには限られず、熱電変換モジュール 5の受熱面 18と熱源 3との位置関係が固定されて、ても良、。複数の各受熱面 18または 1つの受熱面 18の各部にぉヽて熱源 3から受ける熱量を計算又は計測により求めれば、当該受熱面 18の各部における最適な放射率、即ち熱電変換モジュールへの入熱量を最高使用温度以内となるものに制限し且つ可能な限り最高使用温度に近い温度で熱電変換モジュールを作動させる最適な放射率を求めることができる。また、熱電変換モジュール 5の冷却面 7aを冷やす冷媒 4は冷却水に限らず、例えば自然空気の自然対流により冷却面 7 aを冷やすようにしても良い。

また、図 7および図 8に示す例では、ュ- 'カップル型の熱電変換モジュール 5において、熱電素子 2の側面を覆い隠すスカート部 14を設けたが、図 5や図 6に示す複数の P型熱電半導体 2aと複数の N型熱電半導体 2bとを備える熱電変換モジュール 5にもスカート部 14を設けても勿論良い。例えば図 14および図 15に示すように受熱板 6 1を延長して冷却面 7a側に向かって折り曲げて、熱電素子 2の側面を覆い隠すスカート部 14を設けるようにしても良い。また、熱源 3と冷媒 4とを仕切る隔壁 (炉心管 9)と、スカート部 14との間に生じる隙間が大きいと、この隙間を介して熱電素子 2の側面が熱源 3から放射で熱を受ける虞がある。そこで、例えば図 14および図 15に示すように、冷却板 71を延長して受熱面 18側に向力つて折り曲げて、熱電素子 2の側面を覆い隠す遮蔽部 19を設けるようにしても良い。この遮蔽部 19は図 7および図 8に示すュ-.カップル型の熱電変換モジュール 5に設けても勿論良い。尚、スカート部 14および遮蔽部 19は、受熱板 61または冷却板 71等と一体であるものに限られず、別部材であるスカート部 14や遮蔽部 19を接着等の固定手段により受熱板 61や冷却板 7 1等に固定しても良い。さらに、スカート部 14および遮蔽部 19の表面 14a, 19a、即ち熱電変換モジュール 5の側面を構成する面の放射率を、できる限り小さぐ具体的には受熱面 18の放射率以下、より好ましくは受熱面 18の放射率未満とすることが望ましい。これにより熱電変換モジュール 5の側面は加熱され難くなり、熱電素子 2の熱落差が小さくなつてしまうことを防止できる。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも一対の熱電素子と、熱源から放射で熱を受ける受熱部と、該受熱部の反対側に位置して冷媒により冷却される放熱部とを備え、前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する少なくとも 1つの熱電変換モジュールを有し、 1または複数の前記受熱部の前記熱源を向く面によって構成される連続した又は分割された受熱面力その各部毎に前記熱源力異なる熱量を与えられる熱電変換システムにおいて、前記受熱面は前記熱源から受ける熱量に応じた異なる複数の放射率を有することを特徴とする熱電変換システム。

[2] 前記受熱面を構成する素地材の選択、または前記素地材の一部または全部を覆う 1または 2以上の被覆材の選択、または前記受熱面の表面粗さの程度の!/、ずれか又はこれらの一部または全部の組み合わせによって、前記受熱面の各部の放射率が目的値に設定されることを特徴とする請求項 1記載の熱電変換システム。

[3] 前記受熱面は、異なる放射率を有する 2以上の材料が並べられて構成されることを特徴とする請求項 2記載の熱電変換システム。

[4] 前記受熱面は、異なる放射率を有する 2つの被覆材または 1つの被覆材と素地材とが規則的に並べられて構成され、且つ当該受熱面における前記熱電素子の投影面内に上記異なる放射率の材質よりなる列が存在することを特徴とする請求項 3記載の熱電変換システム。

[5] 前記熱源から与えられる熱量が大きい前記受熱面に該当する前記熱電素子には動作温度の高いものが選択され、前記熱源から与えられる熱量が小さい前記受熱面に該当する前記熱電素子には動作温度の低いものが選択されることを特徴とする請求項 1から 4のいずれか 1つに記載の熱電変換システム。

[6] 前記熱源は移動熱源であり、前記熱電変換モジュールは、前記移動熱源の移動経路に沿って設けられるとともに、前記移動経路上流における前記受熱面の放射率が、前記移動経路下流における前記受熱面の放射率よりも小さく設定されることを特徴とする請求項 1から 5のいずれか 1つに記載の熱電変換システム。

[7] 前記移動熱源は、焼結炉の炉心管内を加熱部力冷却部へと移動するワークであり、前記冷却部では前記炉心管の周囲に冷却ジャケットが備えられ、前記熱電変換モジュールは、前記冷却部における前記炉心管の内面に前記ワークの移動経路に沿って設置されていることを特徴とする請求項 6記載の熱電変換システム。

少なくとも一対の熱電素子と、熱源から放射で熱を受ける受熱部と、該受熱部の反対側に位置して冷媒により冷却される放熱部とを備え、前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する少なくとも 1つの熱電変換モジュールを有し、 1または複数の前記受熱部の前記熱源を向く面によって構成される連続した又は分割された受熱面力その各部毎に前記熱源力異なる熱量を与えられる熱電変換システムにおいて、前記受熱面の各部の放射率を前記熱源力受ける熱量に応じた異なる値に調整して、前記熱電変換モジュールへの入熱量を使用上限温度以内に制限するとともに前記熱電変換モジュールを上記使用上限温度に近い温度で作動させて、総合出力を高めることを特徴とする熱電変換システムの高効率化方法。