WO2012014366A1 - 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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Definitions
- the present invention relates to a pipe-shaped thermoelectric power generation device and a manufacturing method thereof.
- the present invention also relates to a thermoelectric generator having a pipe-shaped thermoelectric generator, a method of generating electricity using the thermoelectric generator, and a method of generating electricity using the thermoelectric generator.
- Patent Document 1 discloses a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- An object of the present invention is to provide a novel pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device of the present invention is a pipe-shaped thermoelectric power generation device, and includes the following: Internal through-holes along the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric generator; A plurality of first cup-shaped members made of metal; A plurality of second cup-shaped members made of a thermoelectric conversion material; A first electrode; and a second electrode; here, The plurality of first cup-shaped members and the plurality of second cup-shaped members are alternately and repeatedly disposed along the axial direction, The first electrode and the second electrode are respectively provided at one end and the other end of the pipe-shaped thermoelectric power generation device, Each first cup-shaped member comprises a first inner surface and a first outer surface, Each first cup-shaped member has a first through hole at the lower end, The cross-sectional area of each first cup-shaped member decreases in the direction of its lower end, Each second cup-shaped member has a second inner surface and a second outer surface, Each second cup-shaped member has a second through hole at the lower end, The cross-sectional area of
- the adjacent second cup-shaped member is in contact with the second outer surface of the other adjacent second cup-shaped member such that the first inner surface of each first cup-shaped member is in close contact with the second outer surface of the other adjacent second cup-shaped member. It is inserted in the cup-shaped member.
- the thermoelectric generator of the present invention is a thermoelectric generator comprising a plurality of n pipe-shaped thermoelectric generators, where n is a natural number of 2 or more, Each pipe-shaped thermoelectric power generation device is the thermoelectric power generation device of the present invention, The first pipe-shaped thermoelectric power generation device has the smallest cross-sectional area, The cross-sectional area of the nth pipe-shaped thermoelectric power generation device is the largest, and the outer surface of the (n-1) th pipe-shaped thermoelectric power generation device passes through the insulating layer, It is in close contact with the inner surface.
- the method for generating electricity of the present invention is a method for generating electricity using a pipe-shaped thermoelectric power generation device, and includes the following steps: Preparing the pipe-shaped thermoelectric power generation device of the present invention (a); and applying a temperature difference between the internal through-hole and the outer surface of the pipe-shaped thermoelectric power generation device, the first electrode and the second electrode (B) generating a voltage difference between the two.
- the method for generating electricity according to another aspect of the present invention is a method for generating electricity using a thermoelectric generator, and includes the following steps: A step (a) of preparing the thermoelectric generator of the present invention, and applying a temperature difference between the internal through hole of the first pipe-shaped thermoelectric generator and the outer surface of the thermoelectric generator, And (b) generating a voltage difference between the second electrodes.
- the manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a pipe-shaped thermoelectric power generation device, and includes the following steps: A step (a) of alternately arranging a plurality of first cup-shaped members and a plurality of second cup-shaped members to form a pipe having an internal through hole; here, Each first cup-shaped member comprises a first inner surface and a first outer surface, Each first cup-shaped member has a first through hole at the lower end, The cross-sectional area of each first cup-shaped member decreases in the direction of its lower end, Each second cup-shaped member has a second inner surface and a second outer surface, Each second cup-shaped member has a second through hole at the lower end, The cross-sectional area of each second cup-shaped member decreases in the direction of its lower end, Each first cup-shaped member is inserted into the one adjacent second cup-shaped member so that the first outer surface of each first cup-shaped member is in close contact with the second inner surface of the one adjacent second cup-shaped member.
- the other adjacent second cup-shaped member is inserted into each first cup-shaped member so that the first inner surface of each first cup-shaped member is in close contact with the second outer surface of the other adjacent second cup-shaped member.
- the internal through-hole is composed of a plurality of first through-holes and a plurality of second through-holes; and a first electrode and a second electrode are provided at one end and the other end of the pipe, respectively.
- the present invention provides a novel pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 1 shows a pipe-shaped thermoelectric power generation device according to this embodiment.
- FIG. 2 shows a partially exploded view of a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 3 shows one first cup-shaped member 11.
- FIG. 4 shows one second cup-shaped member 12.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB depicted in FIG.
- FIG. 7 shows one step in the method of manufacturing a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 8 shows one step in the method of manufacturing a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 9 is an exploded view of the pipe-shaped thermoelectric power generation device shown in FIG.
- FIG. 10 shows one step in another method of manufacturing a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 11 shows one step in another method of manufacturing a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 12 shows a method of generating power using a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- 13 shows a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric power generation device shown in FIG.
- FIG. 14 shows a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric generator 81 along the axial direction.
- FIG. 15 is a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81.
- FIG. 16 shows a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric generator 81 along the axial direction.
- FIG. 17 is a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81.
- FIG. 18 is a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric generator 81 along the axial direction.
- FIG. 19 shows a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric generator 81 along the axial direction.
- FIG. 20 is a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric generator 200 along the axial direction.
- FIG. 21 is a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric generator 200.
- FIG. 22 shows a pipe-shaped thermoelectric power generation device according to this embodiment.
- FIG. 1 shows a pipe-shaped thermoelectric power generation device according to this embodiment.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device includes an internal through hole 18, a plurality of first cup-shaped members 11, a plurality of second cup-shaped members 12, a first electrode 15, and a second electrode 16.
- the internal through-hole 18 is provided along the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric generator.
- the axial direction is a direction indicated by an arrow drawn in FIG.
- the first electrode 15 and the second electrode 16 are respectively disposed at one end and the other end of the pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- Each first cup-shaped member 11 is made of metal.
- the metal are nickel, cobalt, copper, aluminum, silver, gold, or alloys thereof. Nickel, cobalt, copper or aluminum is preferred.
- Each second cup-shaped member 12 is made of a thermoelectric conversion material.
- thermoelectric conversion material examples include Bi, Bi 2 Te 3 , or PbTe.
- Bi 2 Te 3 may contain Sb or Se.
- FIG. 2 shows a partially exploded view of a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- three first cup-shaped members 11a to 11c and three second cup-shaped members 12a to 12c are alternately and repeatedly arranged along the axial direction.
- Each said 1st cup-shaped member 11 has the same shape.
- Each said 2nd cup-shaped member 12 also has the same shape.
- FIG. 3 shows one first cup-shaped member 11.
- the first cup-shaped member 11 includes a first inner surface 112 and a first outer surface 111.
- the first cup-shaped member 11 includes a first through hole 113 at the lower end.
- the upper end of the cup-shaped member 11 has an opening.
- the cross-sectional area of the first cup-shaped member 11 decreases in the direction of its lower end.
- the second cup-shaped member 12 Similar to the shape of the first cup-shaped member 11, as shown in FIG. 4, the second cup-shaped member 12 also includes a second inner surface 122, a second outer surface 121, and a second through hole 123.
- the cross-sectional area of the second cup-shaped member 12 also decreases in the direction of the lower end of each second cup-shaped member 12.
- the internal through hole 18 is composed of a plurality of first through holes 113 and a plurality of second through holes 123.
- the first cup-shaped member 11 b is arranged so that the first outer surface 111 b of the first cup-shaped member 11 b is in close contact with the second inner surface 122 b of one adjacent second cup-shaped member 12 b. It is inserted into one adjacent second cup-shaped member 12b.
- the other second cup-shaped member 12a adjacent to the first cup-shaped member 11b is in a first cup shape so that the first inner surface 112b of the first cup-shaped member 11b is in close contact with the second outer surface 121a of the other adjacent second cup-shaped member 12a. It is inserted into the member 11b.
- first cup-shaped member 11 is in close contact with two adjacent second cup-shaped members 12.
- second cup-shaped member 12 is also in close contact with two adjacent first cup-shaped members 11.
- the first outer surface 111b of the first cup-shaped member 11b is preferably in contact with the second inner surface 122b of one adjacent second cup-shaped member 12b. Instead, these surfaces can be in close contact with each other by the solder supplied between the first outer surface 111b of the first cup-shaped member 11b and the second inner surface 122b of one of the adjacent second cup-shaped members 12b.
- first inner surface 112b of the first cup-shaped member 11b is preferably in contact with the second outer surface 121a of the other adjacent second cup-shaped member 12a. Instead, these surfaces can be in close contact with the solder supplied between these surfaces.
- Examples of the number of the first cup-shaped members 11 and the number of the second cup-shaped members 12 are 100 or more and 1000 or less.
- FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB depicted in FIG.
- ⁇ 1 and ⁇ 2 represent the inclination angles of the first cup-shaped member 11 and the second cup-shaped member 12, respectively. That is, ⁇ 1 represents an angle formed by a portion where the cross-sectional area of the first cup-shaped member 11 decreases toward the lower end thereof and the axial direction of the first cup-shaped member 11. Similarly, ⁇ 2 represents an angle formed by a portion where the cross-sectional area of the second cup-shaped member 12 decreases toward the lower end and the axial direction of the second cup-shaped member 12. theta 1 value is equal to the value of theta 2.
- the values of ⁇ 1 and ⁇ 2 are appropriately adjusted depending on the materials of the first cup-shaped member 11 and the second cup-shaped member 12. Preferred values of ⁇ 1 and ⁇ 2 are 5 degrees or greater and 45 degrees or less.
- the cross-sectional shape of the internal through hole 18 is not particularly limited.
- the cross-sectional shape of the pipe-shaped thermoelectric power generation device is not particularly limited.
- dl1 and ds1 shown in FIG. 5 represent the widths of the upper end and the lower end of the first cup-shaped member 11, respectively.
- the first cup-shaped member 11 has a height h1 and a thickness T1.
- dl2, ds2, h2, and T2 shown in FIG. 6 represent the width of the upper end, the width of the lower end, the height, and the thickness of the second cup-shaped member 12, respectively.
- the cross-sectional shape of the pipe-shaped thermoelectric power generation device is not limited. Examples of the cross section of the pipe-shaped thermoelectric power generation device are a circle, an ellipse, or a polygon. A circular shape is preferred. That is, the pipe-shaped thermoelectric power generation device is preferably cylindrical.
- FIG. 7 the plurality of first cup-shaped members 11 and the plurality of second cup-shaped members 12 are alternately arranged repeatedly. Thereafter, as shown in FIGS. 8 and 9, the first electrode 15 and the second electrode 16 are joined to one end and the other end, respectively, to manufacture a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 9 is an exploded view of FIG.
- the first electrode 15 and the second electrode 16 can be joined as follows. After FIG. 7, as shown in FIG. 10, a part of one end and a part of the other end are cut, and the one end and the other end are flattened. Thereafter, as shown in FIG. 11, the plate-like first electrode 15 and the plate-like second electrode 16 are joined to one end and the other end, respectively, to manufacture a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- FIG. 12 shows an example of a method for generating power using a pipe-shaped thermoelectric power generation device.
- 13 shows a cross-sectional view of the pipe-shaped thermoelectric power generation device shown in FIG.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 is immersed in a cold fluid 83 stored in a tank 82.
- the cold fluid is preferably a liquid such as water.
- the warm fluid 84 flows through the internal through hole 18.
- the warm fluid 84 is preferably a liquid such as warm water.
- Warm fluid 84 is circulated by pump 85.
- the pump 85 and the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 are connected by two silicone tubes 86. In this way, a voltage difference is generated between the first electrode 15 and the second electrode 16.
- a load 88 is electrically connected to the first electrode 15 and the second electrode 16 via two electric wires 87.
- the temperature difference between the cold fluid 83 and the warm fluid 84 is preferably not less than 20 degrees Celsius and not more than 80 degrees Celsius.
- a warm fluid can be stored in the tank 82, while a cool fluid can be circulated through the internal through-hole 18 by the pump 85.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 can be inserted into a tubular jacket 91.
- a cold fluid 83 is caused to flow between the tubular jacket 91 and the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81, and a warm fluid 84 is caused to flow into the internal through-hole 18.
- a warm fluid may flow between the tubular jacket 91 and the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81, and a cold fluid may flow to the internal through-hole 18.
- Examples of the material of the jacket 91 are stainless steel, aluminum, titanium, hastelloy, or Inconel.
- an insulating inner wall 61 is disposed around the inner through-hole 18, and pipe-shaped heat is generated from corrosive components such as acid, alkali, or salt that can be contained in the fluid. It is preferable to protect the power generation device 81.
- the material of the inner wall 61 are inorganic materials such as aluminum oxide, aluminum nitride, silicon oxide, or silicon nitride, and organic materials such as polyimide resin or fluororesin. Metals coated with an insulator can also be used.
- the insulating outer wall 71 is disposed around the outer surface of the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81.
- An example of the material of the outer wall 71 is the same as the material of the inner wall 61.
- an outer protrusion 71 may be provided around the outer surface of the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 in order to increase the thermoelectric generation efficiency.
- the first protrusion 71 can be integrally provided on the outer surface of the first cup-shaped member 11 or the second cup-shaped member 12.
- an inner protrusion 72 may be provided around the inner through hole 18 in order to increase the thermoelectric generation efficiency.
- the inner protrusion 72 can be integrally provided on the inner surface of the first cup-shaped member 11 or the second cup-shaped member 12.
- the pipe-shaped thermoelectric generator 200 includes a plurality of pipe-shaped thermoelectric generators 81. 20 and 21, three pipe-shaped thermoelectric generators 81a to 81c are used. As shown in FIG. 21, the first pipe-shaped thermoelectric power generation device 81a has the smallest cross-sectional area, and the third pipe-shaped thermoelectric power generation device 81c has the largest cross-sectional area.
- cross-sectional area means a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the pipe-shaped thermoelectric generator 81.
- the first pipe-shaped thermoelectric power generation device 81a is inserted into the internal through hole 18 of the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81b.
- the outer surface of the first pipe-shaped thermoelectric power generation device 81a is in close contact with the inner surface of the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81b via the first insulating layer 101a.
- the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81b is inserted into the internal through hole 18 of the third pipe-shaped thermoelectric power generation device 81c.
- the outer surface of the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81b is in close contact with the inner surface of the third pipe-shaped thermoelectric power generation device 81c via the second insulating layer 101b.
- the second electrode 16a of the first pipe-shaped thermoelectric power generation device 81a is electrically connected to the second electrode 16b of the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81b.
- the first electrode 15b of the second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81a is electrically connected to the first electrode 15c of the third pipe-shaped thermoelectric power generation device 81c.
- the two electric wires 87 are connected to the first electrode 15a of the first pipe-shaped thermoelectric generator 81a and the second electrode 16c of the third pipe-shaped thermoelectric generator 81c. That is, these three pipe-shaped thermoelectric generators 81a to 81c are electrically connected in series.
- thermoelectric generators 81 can be connected in parallel.
- the number n represents a natural number of 2 or more.
- the first (first) pipe-shaped thermoelectric generator 81a has the smallest cross-sectional area.
- the n-th pipe-shaped thermoelectric power generation device 81n has the largest cross-sectional area.
- the outer surface of the (n ⁇ 1) th pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 is in close contact with the inner surface of the nth pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 via the (n ⁇ 1) th insulating layer 101.
- first electrodes 15 are electrically connected to each other.
- Each second electrode 16 is also electrically connected to each other.
- thermoelectric generators 81 A case where n pipe-shaped thermoelectric generators 81 are connected in series will be described below.
- n is an odd number greater than or equal to 3
- the second electrode 16 of the (2m-1) th, (2m-3) th, (2m-5) th,... are electrically connected to the second electrode 16 of the (2m) th, (2m-2) th, (2m-4) th,..., And second pipe-shaped thermoelectric generators 81, respectively.
- the first electrode 15 of the (2m) th, (2m-2) th, (2m-4) th,..., And second pipe-shaped thermoelectric generators 81 is (2m + 1) th, (2m ⁇ 1)
- the (2m-3) th,..., And third pipe-shaped thermoelectric generators 81 are electrically connected to the first electrodes 15 respectively.
- the first electrode 15 of the (2m ⁇ 2) th, (2m ⁇ 4) th,..., second pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 is (2m ⁇ 1) th, ( 2m-3) electrically connected to the first electrode 15 of the third pipe-shaped thermoelectric generator 81.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 can be formed with grooves 19 along the axial direction.
- the groove 19 can be hollow, but the groove 19 can be filled with an insulator as needed.
- the angle ⁇ 3 of the groove 19 is preferably 1 degree or more and 10 degrees or less.
- Example 1A According to the following Table 1, the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 shown in FIG. 9 was obtained.
- Each end of the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 was tightened with a nut.
- An Inconel spring was inserted between the nut and the first electrode 15.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 was placed in a tubular furnace while being compressed in the axial direction by the spring.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 was heated at 500 ° C. for 2 hours.
- the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 After heating, the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 was cooled to room temperature. In this manner, a pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 having an outer diameter of 7 mm, an inner diameter of 4 mm, and a length of 700 mm was obtained.
- the obtained pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 was immersed in cold water 83 having a temperature of 20 ° C.
- Hot water 84 having a temperature of 80 ° C. was circulated through the internal through-hole 18 at a flow rate of 10 liters / minute. The results are shown in Table 2.
- the maximum generated power was calculated by the following formula.
- Maximum generated power value ((open voltage between electrodes) / 2) 2 / (electric resistance value between electrodes)
- the open circuit voltage is a voltage generated between the electrodes in a state where a temperature difference is applied and no current flows.
- the electrical resistance value is obtained as follows. First, a constant current is passed between the electrodes without applying a temperature difference, and the voltage generated between the electrodes is measured. Next, the measured voltage is divided by the value of the constant current to calculate an electric resistance value.
- Example 2A to 2I The same experiment as in Example 1A was performed except that the ratio of T1: T2 was changed as shown in Table 3.
- Example 3A According to the following Table 4, a pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 having a length of 900 millimeters as shown in FIG. 19 was obtained as in the case of Example 1A. The results are shown in Table 5.
- Example 4A to 4I The same experiment as in Example 3A was performed except that the ratio of T1: T2 was changed as shown in Table 6.
- Example 5A According to the following Table 7, the pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 shown in FIG. 9 was obtained in the same manner as in Example 1A. The results are shown in Table 8.
- Example 6A to 6I The same experiment as in Example 5A was performed except that the ratio of T1: T2 was changed as shown in Table 9.
- Example 7A In the same manner as in Example 1A, a pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 having a length of 300 millimeters shown in FIG. 9 was obtained according to Table 10 below. The results are shown in Table 11.
- Example 8A to 8I The same experiment as in Example 7A was performed, except that the ratio of T1: T2 was changed as shown in Table 12. Table 12 shows the results.
- Example 9A In the same manner as in Example 1A, a pipe-shaped thermoelectric power generation device 81 having a length of 300 mm shown in FIG. 9 was obtained according to Table 13 below. The results are shown in Table 14.
- Example 10A to 10I The same experiment as in Example 9A was performed, except that the ratio of T1: T2 was changed as shown in Table 15. Table 15 shows the results.
- the present invention provides a novel pipe-shaped thermoelectric power generation device.
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Abstract
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電極を具備するパイプ形状の熱発電デバイス。第1,第2部材は、前記軸方向に沿って交互に繰り返し配置される。第1,第2電極は、それぞれデバイスの一端および他端に設けられる。第1部材は第1内面および第1外面を具備し、下端に第1貫通孔を具備し、その断面積はその下端の方向に減少している。第2部材は第2内面および第2外面を具備し、下端に第2貫通孔を具備し、その断面積はその下端の方向に減少している。内部貫通孔は、複数の第1,第2貫通孔から構成される。第1部材の第1外面が、隣接する一方の第2部材の第2内面に密着するように、第1部材は当該第2部材に挿入されている。第1部材の第1内面が、隣接する他方の第2部材の第2外面に密着するように、当該第2部材は第1部材に挿入されている。
Description
本発明は、パイプ形状の熱発電デバイスとその製造方法に関する。本発明は、また、パイプ形状の熱発電デバイスを具備する熱発電体、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に関する。
特許文献1は、パイプ形状の熱発電デバイスを開示する。
本発明の目的は、新規なパイプ形状の熱発電デバイスを提供することである。
本発明のパイプ形状の熱発電デバイスは、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。
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)。
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)。
本発明は、新規なパイプ形状の熱発電デバイスを提供する。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本実施の形態によるパイプ形状の熱発電デバイスを示す。
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。
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。
内部貫通孔18は、パイプ形状の熱発電デバイスの軸方向に沿って設けられている。当該軸方向は、図1に描かれた矢印によって指し示される方向である。
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。
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。
各第1カップ状部材11は金属からなる。当該金属の例は、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。ニッケル、コバルト、銅、またはアルミが好ましい。
各第2カップ状部材12は熱電変換材料からなる。当該熱電変換材料の例は、Bi、Bi2Te3、またはPbTeである。Bi2Te3はSbまたはSeを含有し得る。
図2は、パイプ形状の熱発電デバイスの部分分解図を示す。図2に示されるように、3つの第1カップ状部材11a~11cおよび3つの第2カップ状部材12a~12cが、軸方向に沿って交互に繰り返し配置されている。各前記第1カップ状部材11は同一の形状を有する。各前記第2カップ状部材12も、同一の形状を有する。
図3は、1つの第1カップ状部材11を示す。図3に示されるように、第1カップ状部材11は、第1内面112および第1外面111を具備する。第1カップ状部材11は、下端に第1貫通孔113を具備する。カップ状部材11の上端は、開口を有している。第1カップ状部材11の断面積は、その下端の方向に減少している。第1カップ状部材11の形状と同様に、図4に示されるように、第2カップ状部材12も、第2内面122、第2外面121、および第2貫通孔123を具備している。第2カップ状部材12の断面積もまた、各第2カップ状部材12の下端の方向に減少している。
図1~図4から明らかなように、内部貫通孔18は、複数の第1貫通孔113および複数の第2貫通孔123から構成される。
図2に示されるように、第1カップ状部材11bの第1外面111bが、隣接する一方の第2カップ状部材12bの第2内面122bに密着するように、第1カップ状部材11bは、隣接する一方の第2カップ状部材12bに挿入される。
第1カップ状部材11bの第1内面112bが、隣接する他方の第2カップ状部材12aの第2外面121aに密着するように、隣接する他方の第2カップ状部材12aは、第1カップ状部材11bに挿入される。
このように、1つの第1カップ状部材11は、隣接する2つの第2カップ状部材12に密着している。同様に、1つの第2カップ状部材12もまた、隣接する2つの第1カップ状部材11に密着している。
第1カップ状部材11bの第1外面111bは、隣接する一方の第2カップ状部材12bの第2内面122bに接することが好ましい。これに代えて、第1カップ状部材11bの第1外面111bおよび隣接する一方の第2カップ状部材12bの第2内面122bの間に供給されたハンダによって、これらの面が互いに密着し得る。
上記と同様に、第1カップ状部材11bの第1内面112bは、隣接する他方の第2カップ状部材12aの第2外面121aに接することが好ましい。これに代えて、これらの面の間に供給されたハンダによって、これらの面が密着し得る。
第1カップ状部材11および第2カップ状部材12の間に隙間はあってはならない。なぜなら、後述するように、内部貫通孔18に流体が流される時に、隙間は熱電変換を阻害するからである。さらに、隙間から流体が漏れ出す。必要に応じて上記のようにハンダが隙間に充填され得る。
第1カップ状部材11の数および第2カップ状部材12の数の例は、100個以上1000個以下である。
図5は、図3に描かれたA-A線断面図である。図6は、図4に描かれたB-B線断面図である。θ1およびθ2は、それぞれ、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12の傾斜角度を表す。すなわち、θ1は、第1カップ状部材11の断面積がその下端の方向に向けて減少している部分および第1カップ状部材11の軸方向によって形成される角度を表す。同様に、θ2は、第2カップ状部材12の断面積がその下端の方向に向けて減少している部分および第2カップ状部材12の軸方向によって形成される角度を表す。θ1の値はθ2の値に等しい。θ1およびθ2の値は、第1カップ状部材11および第2カップ状部材12の材料に依存して適切に調整される。好ましいθ1およびθ2の値は5度以上45度以下である。
内部貫通孔18の断面形状は特に限定されない。パイプ形状の熱発電デバイスの断面形状も特に限定されない。
第1カップ状部材11の断面形状が円である場合、図5に示されるdl1およびds1は、それぞれ、第1カップ状部材11の上端および下端の幅を表す。第1カップ状部材11は高さh1および厚みT1を有する。図5の場合と同様に、図6に示されるdl2、ds2、h2、およびT2は、それぞれ、第2カップ状部材12の上端の幅、下端の幅、高さ、および厚みを表す。
パイプ形状の熱発電デバイスの断面形状は限定されない。パイプ形状の熱発電デバイスの断面の例は、円形、楕円形、または多角形である。円形が好ましい。すなわち、パイプ形状の熱発電デバイスは円筒状であることが好ましい。
図7に示されるように、複数の第1カップ状部材11および複数の第2カップ状部材12は交互に繰り返し配置される。その後、図8および図9に示されるように、その一端および他端にそれぞれ第1電極15および第2電極16が接合され、パイプ形状の熱発電デバイスを製造する。図9は図8の分解図である。
図8および図9に示される手順に代えて、以下のように第1電極15および第2電極16を接合し得る。図7の後、図10に示されるように、その一端の一部および他端の一部をカットし、当該一端および他端を平坦にする。その後、図11に示されるように、板状の第1電極15および板状の第2電極16をそれぞれ一端および他端に接合し、パイプ形状の熱発電デバイスを製造する。
以下、パイプ形状の熱発電デバイスを用いて発電する方法を図12~図13を参照しながら説明する。図12は、パイプ形状の熱発電デバイスを用いて発電する方法の一例を示す。図13は、図12に示されるパイプ形状の熱発電デバイスの断面図を示す。
図12に示されるように、パイプ形状の熱発電デバイス81は、槽82に貯められた冷たい流体83に浸漬される。冷たい流体は水のような液体であることが好ましい。図13に示されるように、内部貫通孔18には、暖かい流体84が流れる。暖かい流体84は温水のような液体であることが好ましい。暖かい流体84は、ポンプ85により循環される。ポンプ85およびパイプ形状の熱発電デバイス81は、2本のシリコーン製のチューブ86によって接続されている。このようにして、第1電極15および第2電極16との間に電圧差が生じる。図12においては、第1電極15および第2電極16には2本の電線87を介して負荷88が電気的に接続されている。冷たい流体83および暖かい流体84の間の温度差は、好ましくは摂氏20度以上摂氏80度以下である。槽82に暖かい流体を貯め、一方、ポンプ85により冷たい流体を内部貫通孔18に循環させ得る。
図14および図15に示されるように、パイプ形状の熱発電デバイス81は、管状のジャケット91の内部に挿入され得る。管状のジャケット91およびパイプ形状の熱発電デバイス81の間に冷たい流体83が流され、暖かい流体84が内部貫通孔18に流される。これらの流体の流れに代えて、管状のジャケット91およびパイプ形状の熱発電デバイス81の間に暖かい流体が流され、冷たい流体が内部貫通孔18に流され得る。ジャケット91の材料の例は、ステンレス、アルミニウム、チタン、ハステロイ、またはインコネルである。
図16および図17に示されるように、内部貫通孔18の周囲には絶縁性の内壁61が配置され、流体に含有され得る酸、アルカリ、または塩分のような腐食性成分からパイプ形状の熱発電デバイス81を保護することが好ましい。内壁61の材料の例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、または窒化シリコンのような無機物、ポリイミド樹脂またはフッ素樹脂のような有機物である。絶縁体によって被覆された金属も用いられ得る。
上記と同様に、絶縁性の外壁71がパイプ形状の熱発電デバイス81の外面の周囲に配置されることが好ましい。外壁71の材料の例は、内壁61の材料と同じである。
図18に示されるように、熱発電効率を高めるために、パイプ形状の熱発電デバイス81の外面の周囲に外側突起71が設けられ得る。第1突起71は、第1カップ状部材11または第2カップ状部材12の外面に一体的に設けられ得る。
図19に示されるように、熱発電効率を高めるために、内部貫通孔18の周囲に内側突起72が設けられ得る。内側突起72は、第1カップ状部材11または第2カップ状部材12の内面に一体的に設けられ得る。
本発明においては、図20および図21に示されるように、複数のパイプ形状の熱発電デバイス81が同時に用いられ得る。すなわち、パイプ形状の熱発電体200が、複数のパイプ形状の熱発電デバイス81を具備する。図20および図21においては、3本のパイプ形状の熱発電デバイス81a~81cが用いられている。図21に示されるように、第1パイプ形状の熱発電デバイス81aの断面積が最も小さく、第3パイプ形状の熱発電デバイス81cの断面積が最も大きい。ここでは、用語「断面積」とは、パイプ形状の熱発電デバイス81の軸方向に直交する断面積を意味する。第1パイプ形状の熱発電デバイス81aは第2パイプ形状の熱発電デバイス81bの内部貫通孔18に挿入されている。第1パイプ形状の熱発電デバイス81aの外面は、第1絶縁層101aを介して、第2パイプ形状の熱発電デバイス81bの内面に密着している。同様に、第2パイプ形状の熱発電デバイス81bは第3パイプ形状の熱発電デバイス81cの内部貫通孔18に挿入されている。第2パイプ形状の熱発電デバイス81bの外面は、第2絶縁層101bを介して、第3パイプ形状の熱発電デバイス81cの内面に密着している。
図20に示されるように、第1パイプ形状の熱発電デバイス81aの第2電極16aは、第2パイプ形状の熱発電デバイス81bの第2電極16bに電気的に接続されている。第2パイプ形状の熱発電デバイス81aの第1電極15bは、第3パイプ形状の熱発電デバイス81cの第1電極15cに電気的に接続されている。2本の電線87(図12参照)は、第1パイプ形状の熱発電デバイス81aの第1電極15aおよび第3パイプ形状の熱発電デバイス81cの第2電極16cに接続されている。すなわち、これら3つのパイプ形状の熱発電デバイス81a~81cは、電気的に直列に接続されている。
直列的な接続に代えて、複数のパイプ形状の熱発電デバイス81は並列に接続され得る。
図20および図21に示される実施形態を、以下、一般化する。数字nは2以上の自然数を表す。第1の(1番目の)パイプ形状の熱発電デバイス81aの断面積が最も小さい。n番目のパイプ形状の熱発電デバイス81nの断面積が最も大きい。(n-1)番目のパイプ形状の熱発電デバイス81の外面は、(n-1)番目の絶縁層101を介して、n番目のパイプ形状の熱発電デバイス81の内面に密着されている。
n本のパイプ形状の熱発電デバイス81が電気的に並列に接続される場合、各第1電極15は互いに電気的に接続される。各第2電極16もまた、互いに電気的に接続される。
n本のパイプ形状の熱発電デバイス81が直列に接続されるケースを以下、説明する。
nが3以上の奇数である場合、(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81の第2電極16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81の第2電極16に電気的にそれぞれ接続されている。ここで、mの値は式:m=(n-1)/2により定義される。(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81の第1電極15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81の第1電極15に電気的にそれぞれ接続されている。
nが偶数である場合、(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81の第2電極16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81の第2電極16に電気的にそれぞれ接続されている。ここで、mの値は式:m=n/2により定義される。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81の第1電極15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81の第1電極15に電気的に接続される。
図22に示されるように、パイプ形状の熱発電デバイス81には、軸方向に沿って溝19が形成され得る。溝19は中空であり得るが、溝19には必要に応じて絶縁体が充填され得る。溝19の角度θ3は1度以上10度以下が好ましい。
(実施例)
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。
(実施例1A)
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。
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。
パイプ形状の熱発電デバイス81の各端部はナットにより締め付けられた。当該ナットおよび第1電極15の間にはインコネル製のバネが挿入された。パイプ形状の熱発電デバイス81は当該バネにより軸方向に圧縮されながら、管状の炉の中に入れられた。パイプ形状の熱発電デバイス81は500℃で2時間、加熱された。
加熱後、パイプ形状の熱発電デバイス81を室温まで冷却した。このようにして、7ミリメートルの外径、4ミリメートルの内径、および700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。
図12に示されるように、得られたパイプ形状の熱発電デバイス81を20℃の温度を有する冷水83に浸漬した。内部貫通孔18に流量10リットル/分で80℃の温度を有する温水84を循環させた。結果を表2に示す。
最大発電電力は、以下の式により算出された。
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。
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。
(実施例1B~1E)
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。
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。
(実施例2A~2I)
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。
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。
(実施例3A)
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。
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。
(実施例3B~3E)
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。
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。
(実施例4A~4I)
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。
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。
(実施例5A)
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。
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。
(実施例5B~5E)
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。
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。
(実施例6A~6I)
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。
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。
(実施例7A)
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。
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。
(実施例7B~7E)
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。
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。
(実施例8A~8I)
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。
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。
(実施例9A)
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。
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。
(実施例9B~9E)
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。
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。
(実施例10A~10I)
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。
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。
本発明は、新規なパイプ形状の熱発電デバイスを提供する。
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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