JP3586505B2 - 熱電発電装置 - Google Patents
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電発電装置は、熱電発電モジュールに温度差を与えた場合、熱電発電モジュールを構成する熱電半導体の作用により、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置である。
この熱電発電装置の従来例を図３により説明すると、同熱電発電装置は、熱電発電モジュール２と、燃料用配管１２と、空気用配管１３と、燃焼器（高温流体（排ガス）供給源）１４と、同燃焼器１４から上記熱電発電モジュール２の一端部を貫通して延びた高温流体用配管７と、ファン（低温流体供給源）１６と、同ファン１６から上記熱電発電モジュール２の他端部を貫通して延びた低温流体用配管１０と、コンバータ１５と、同コンバータ１５と上記熱電発電モジュール２の一端部及び他端部とを接続する電力取出用リード線１７とにより構成されている。
【０００３】
この熱電発電装置では、高温流体用配管７内を流れる高温流体により熱電発電モジュール２の一端部を加熱し、低温流体用配管１０内を流れる低温流体により熱電発電モジュール２の他端部を冷却する。このとき、熱電発電モジュール２では、熱が対流熱伝達により高温側から低温側へ流れるとともに、高温側と低温側との温度差により発電する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記図３に示す従来の熱電発電装置には、次の問題があった。即ち、
この熱電発電装置では、熱電発電モジュール２の高温側と低温側との温度差が大きい程、発電効率が高い。また熱電発電モジュール２を流れる熱量が大きい程、大きな発電量を得られるが、熱が対流熱伝達により高温側から低温側へ伝えられるので、熱電発電モジュール２に生じる温度差が次第に小さくなって、発電効率及び発電量が流体の流体流れ方向下流側で減少する（図２の曲線（高温蓄熱体無しの曲線）参照）。
【０００５】
また高温流体の熱を熱電発電モジュール２を介して低温流体へ回収して利用する場合、熱電発電モジュール２の熱抵抗が大きくて、熱回収に必要な伝熱面積、即ち、熱電発電モジュール２の面積が熱電発電モジュールを介さない場合の数倍必要になって、伝熱面積が不足するという問題があった。
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その目的とする処は、▲１▼熱電発電モジュールの高温側と低温側との温度差を略均一に保持できて、熱電発電モジュールの発電効率を向上でき、▲２▼熱電発電モジュールを小型化でき、▲３▼熱交換器により高温側の熱を低温側へ必要に応じて回収できる熱電発電装置を提供しようとする点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、熱電発電モジュール２の一端部を加熱し、他端部を冷却して発電を行う熱電発電装置において、前記熱電発電モジュール２の一端部に設けた高温蓄熱体１と、熱交換器３と、高温流体用配管４と、同高温流体用配管４に設けた切換弁５と、同切換弁５から上記熱交換器３を貫通して延びた高温流体用配管６と、上記切換弁５から延びて上記高温蓄熱体１を貫通するとともに上記熱交換器３の流体流れ方向下流側で上記高温流体用配管６に接続した高温流体用配管７と、低温流体用配管８と、同低温流体用配管８に設けた切換弁９と、同切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側を貫通した低温流体用配管１０と、上記切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側の流体流れ方向下流側で上記低温流体用配管１０に接続するとともに上記熱交換器３を貫通した低温流体用配管１１とを具えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の熱電発電装置を図１に示す一実施形態により説明すると、１が高温蓄熱体、２が熱電発電モジュール、３が熱交換器、４が高温流体用配管、５が同高温流体用配管４に設けた切換弁、６が同切換弁５から延びて上記熱交換器３を貫通した高温流体用配管、７が上記切換弁５から延びて上記高温蓄熱体１を貫通するとともに上記熱交換器３の流体流れ方向下流側で上記高温流体用配管６に接続した高温流体用配管である。
【０００８】
８が低温流体用配管、９が同低温流体用配管８に設けた切換弁、１０が同切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側を貫通した低温流体用配管、１１が上記切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の流体流れ方向下流側で上記低温流体用配管１０に接続するとともに上記熱交換器３を貫通した低温流体用配管である。
【０００９】
次に前記図１に示す熱電発電装置の作用を具体的に説明する。
（１）発電する場合には、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→熱電発電モジュール２の高温蓄熱体１へ導き、所定の熱量を同高温蓄熱体１に蓄熱して、この熱を発電時の加熱源にする。なお高温蓄熱体１の蓄熱量は、高温流体の温度や性状により任意に決定される。
【００１０】
そして発電時には、高温蓄熱体１に蓄えた熱により熱電発電モジュール２の一端部側を加熱するとともに、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→熱電発電モジュール２の他端部側を貫通する低温流体用配管１０へ導いて、同低温流体用配管１０内を流れる低温流体により熱電発電モジュール２の他端部側を冷却する。
【００１１】
このとき、熱電発電モジュール２では、高温側の熱が固体同士の熱伝達により低温側へ伝えられるので、熱電発電モジュール２の温度差が図２の直線（高温蓄熱体使用の実線）に示すように略均一に保持されて、熱電発電モジュール２の発電効率が向上する。
また上記のように熱電発電モジュール２における熱移動が固体同士の熱伝達により行われるので、前記従来の熱電発電装置のように熱移動が対流熱伝達により行われる場合に比べると、熱移動量が大きくなり、結果として熱電発電モジュール２が小型化される。
（２）高温流体の熱を低温流体へ回収して利用する場合には、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→高温流体用配管６→熱交換器３へ導く一方、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１１→熱交換器３へ導き、高温流体用配管６と低温流体用配管１１との間で熱交換を行って、高温流体側の熱を低温流体側へ回収する。
【００１２】
なお切換弁５、９を必要に応じて切り換えて、熱電発電モジュール２による発電と熱交換器３による熱回収とを同時に行うことも可能である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の熱電発電装置は前記のように発電する場合、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→熱電発電モジュール２の高温蓄熱体１へ導き、所定の熱量を同高温蓄熱体１に蓄熱して、この熱を発電時の加熱源にする。そして発電時には、高温蓄熱体１に蓄えた熱により熱電発電モジュール２の一端部側を加熱するとともに、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１０へ導き、熱電発電モジュール２の他端部を冷却して、熱電発電モジュール２に温度差を生じさせる一方、高温側の熱を固体同士の熱伝達により低温側へ伝えるので、熱電発電モジュール２の温度差を図２の直線（高温蓄熱体使用の実線）に示すように略均一に保持できて、熱電発電モジュール２の発電効率を向上できる。
【００１４】
また上記のように熱電発電モジュール２における熱移動を固体同士の熱伝達により行うので、前記従来の熱電発電装置のように熱移動を対流熱伝達により行う場合に比べると、熱移動量を大きくでき、結果として熱電発電モジュールを小型化できる。
また高温流体の熱を低温流体へ回収して利用する場合、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→高温流体用配管６→熱交換器３へ導く一方、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１１→熱交換器３へ導き、高温流体用配管６と低温流体用配管１１との間で熱交換を行うので、熱交換器により高温側の熱を低温側へ必要に応じて回収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電発電装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明の熱電発電装置及び従来の熱電発電装置の熱電発電モジュールに生じる温度差を示す説明図である。
【図３】従来の熱電発電装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 高温蓄熱体
２ 熱電発電モジュール
３ 熱交換器
４ 高温流体用配管
５ 切換弁
６ 高温流体用配管
７ 高温流体用配管
８ 低温流体用配管
９ 切換弁
１０ 低温流体用配管
１１ 低温流体用配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電発電装置は、熱電発電モジュールに温度差を与えた場合、熱電発電モジュールを構成する熱電半導体の作用により、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置である。
この熱電発電装置の従来例を図３により説明すると、同熱電発電装置は、熱電発電モジュール２と、燃料用配管１２と、空気用配管１３と、燃焼器（高温流体（排ガス）供給源）１４と、同燃焼器１４から上記熱電発電モジュール２の一端部を貫通して延びた高温流体用配管７と、ファン（低温流体供給源）１６と、同ファン１６から上記熱電発電モジュール２の他端部を貫通して延びた低温流体用配管１０と、コンバータ１５と、同コンバータ１５と上記熱電発電モジュール２の一端部及び他端部とを接続する電力取出用リード線１７とにより構成されている。
【０００３】
この熱電発電装置では、高温流体用配管７内を流れる高温流体により熱電発電モジュール２の一端部を加熱し、低温流体用配管１０内を流れる低温流体により熱電発電モジュール２の他端部を冷却する。このとき、熱電発電モジュール２では、熱が対流熱伝達により高温側から低温側へ流れるとともに、高温側と低温側との温度差により発電する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記図３に示す従来の熱電発電装置には、次の問題があった。即ち、
この熱電発電装置では、熱電発電モジュール２の高温側と低温側との温度差が大きい程、発電効率が高い。また熱電発電モジュール２を流れる熱量が大きい程、大きな発電量を得られるが、熱が対流熱伝達により高温側から低温側へ伝えられるので、熱電発電モジュール２に生じる温度差が次第に小さくなって、発電効率及び発電量が流体の流体流れ方向下流側で減少する（図２の曲線（高温蓄熱体無しの曲線）参照）。
【０００５】
また高温流体の熱を熱電発電モジュール２を介して低温流体へ回収して利用する場合、熱電発電モジュール２の熱抵抗が大きくて、熱回収に必要な伝熱面積、即ち、熱電発電モジュール２の面積が熱電発電モジュールを介さない場合の数倍必要になって、伝熱面積が不足するという問題があった。
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その目的とする処は、▲１▼熱電発電モジュールの高温側と低温側との温度差を略均一に保持できて、熱電発電モジュールの発電効率を向上でき、▲２▼熱電発電モジュールを小型化でき、▲３▼熱交換器により高温側の熱を低温側へ必要に応じて回収できる熱電発電装置を提供しようとする点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、熱電発電モジュール２の一端部を加熱し、他端部を冷却して発電を行う熱電発電装置において、前記熱電発電モジュール２の一端部に設けた高温蓄熱体１と、熱交換器３と、高温流体用配管４と、同高温流体用配管４に設けた切換弁５と、同切換弁５から上記熱交換器３を貫通して延びた高温流体用配管６と、上記切換弁５から延びて上記高温蓄熱体１を貫通するとともに上記熱交換器３の流体流れ方向下流側で上記高温流体用配管６に接続した高温流体用配管７と、低温流体用配管８と、同低温流体用配管８に設けた切換弁９と、同切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側を貫通した低温流体用配管１０と、上記切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側の流体流れ方向下流側で上記低温流体用配管１０に接続するとともに上記熱交換器３を貫通した低温流体用配管１１とを具えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の熱電発電装置を図１に示す一実施形態により説明すると、１が高温蓄熱体、２が熱電発電モジュール、３が熱交換器、４が高温流体用配管、５が同高温流体用配管４に設けた切換弁、６が同切換弁５から延びて上記熱交換器３を貫通した高温流体用配管、７が上記切換弁５から延びて上記高温蓄熱体１を貫通するとともに上記熱交換器３の流体流れ方向下流側で上記高温流体用配管６に接続した高温流体用配管である。
【０００８】
８が低温流体用配管、９が同低温流体用配管８に設けた切換弁、１０が同切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側を貫通した低温流体用配管、１１が上記切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の流体流れ方向下流側で上記低温流体用配管１０に接続するとともに上記熱交換器３を貫通した低温流体用配管である。
【０００９】
次に前記図１に示す熱電発電装置の作用を具体的に説明する。
（１）発電する場合には、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→熱電発電モジュール２の高温蓄熱体１へ導き、所定の熱量を同高温蓄熱体１に蓄熱して、この熱を発電時の加熱源にする。なお高温蓄熱体１の蓄熱量は、高温流体の温度や性状により任意に決定される。
【００１０】
そして発電時には、高温蓄熱体１に蓄えた熱により熱電発電モジュール２の一端部側を加熱するとともに、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→熱電発電モジュール２の他端部側を貫通する低温流体用配管１０へ導いて、同低温流体用配管１０内を流れる低温流体により熱電発電モジュール２の他端部側を冷却する。
【００１１】
このとき、熱電発電モジュール２では、高温側の熱が固体同士の熱伝達により低温側へ伝えられるので、熱電発電モジュール２の温度差が図２の直線（高温蓄熱体使用の実線）に示すように略均一に保持されて、熱電発電モジュール２の発電効率が向上する。
また上記のように熱電発電モジュール２における熱移動が固体同士の熱伝達により行われるので、前記従来の熱電発電装置のように熱移動が対流熱伝達により行われる場合に比べると、熱移動量が大きくなり、結果として熱電発電モジュール２が小型化される。
（２）高温流体の熱を低温流体へ回収して利用する場合には、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→高温流体用配管６→熱交換器３へ導く一方、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１１→熱交換器３へ導き、高温流体用配管６と低温流体用配管１１との間で熱交換を行って、高温流体側の熱を低温流体側へ回収する。
【００１２】
なお切換弁５、９を必要に応じて切り換えて、熱電発電モジュール２による発電と熱交換器３による熱回収とを同時に行うことも可能である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の熱電発電装置は前記のように発電する場合、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→熱電発電モジュール２の高温蓄熱体１へ導き、所定の熱量を同高温蓄熱体１に蓄熱して、この熱を発電時の加熱源にする。そして発電時には、高温蓄熱体１に蓄えた熱により熱電発電モジュール２の一端部側を加熱するとともに、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１０へ導き、熱電発電モジュール２の他端部を冷却して、熱電発電モジュール２に温度差を生じさせる一方、高温側の熱を固体同士の熱伝達により低温側へ伝えるので、熱電発電モジュール２の温度差を図２の直線（高温蓄熱体使用の実線）に示すように略均一に保持できて、熱電発電モジュール２の発電効率を向上できる。
【００１４】
また上記のように熱電発電モジュール２における熱移動を固体同士の熱伝達により行うので、前記従来の熱電発電装置のように熱移動を対流熱伝達により行う場合に比べると、熱移動量を大きくでき、結果として熱電発電モジュールを小型化できる。
また高温流体の熱を低温流体へ回収して利用する場合、切換弁５を切り換えて、高温流体用配管４内を流れる高温流体を高温流体用配管４→切換弁５→高温流体用配管６→熱交換器３へ導く一方、切換弁９を切り換えて、低温流体用配管８内を流れる低温流体を低温流体用配管８→切換弁９→低温流体用配管１１→熱交換器３へ導き、高温流体用配管６と低温流体用配管１１との間で熱交換を行うので、熱交換器により高温側の熱を低温側へ必要に応じて回収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱電発電装置の一実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明の熱電発電装置及び従来の熱電発電装置の熱電発電モジュールに生じる温度差を示す説明図である。
【図３】従来の熱電発電装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 高温蓄熱体
２ 熱電発電モジュール
３ 熱交換器
４ 高温流体用配管
５ 切換弁
６ 高温流体用配管
７ 高温流体用配管
８ 低温流体用配管
９ 切換弁
１０ 低温流体用配管
１１ 低温流体用配管
Claims (1)
- 熱電発電モジュール２の一端部を加熱し、他端部を冷却して発電を行う熱電発電装置において、前記熱電発電モジュール２の一端部に設けた高温蓄熱体１と、熱交換器３と、高温流体用配管４と、同高温流体用配管４に設けた切換弁５と、同切換弁５から上記熱交換器３を貫通して延びた高温流体用配管６と、上記切換弁５から延びて上記高温蓄熱体１を貫通するとともに上記熱交換器３の流体流れ方向下流側で上記高温流体用配管６に接続した高温流体用配管７と、低温流体用配管８と、同低温流体用配管８に設けた切換弁９と、同切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側を貫通した低温流体用配管１０と、上記切換弁９から延びて上記熱電発電モジュール２の他端部側の流体流れ方向下流側で上記低温流体用配管１０に接続するとともに上記熱交換器３を貫通した低温流体用配管１１とを具えていることを特徴とした熱電発電装置。
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| JP31810895A JP3586505B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 熱電発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP31810895A JP3586505B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 熱電発電装置 |
Publications (2)
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| JPH09163773A JPH09163773A (ja) | 1997-06-20 |
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Family
ID=18095587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31810895A Expired - Fee Related JP3586505B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 熱電発電装置 |
Country Status (1)
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1995
- 1995-12-06 JP JP31810895A patent/JP3586505B2/ja not_active Expired - Fee Related
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