JPH0923669A - 極低温用熱電発電器 - Google Patents
極低温用熱電発電器Info
- Publication number
- JPH0923669A JPH0923669A JP7169855A JP16985595A JPH0923669A JP H0923669 A JPH0923669 A JP H0923669A JP 7169855 A JP7169855 A JP 7169855A JP 16985595 A JP16985595 A JP 16985595A JP H0923669 A JPH0923669 A JP H0923669A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermoelectric
- thermoelectric element
- type
- thermoelectric generator
- junction
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱電発電器の性能の向上を図る。
【解決手段】 Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子と、Ｂｉ−Ｔｅ・
Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子とがｐ−ｎ形の一対構造とし
て配置される。
Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子とがｐ−ｎ形の一対構造とし
て配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱電発電器に関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、発電効
率の向上を図ることのできる熱電発電器に関するもので
ある。
するものである。さらに詳しくは、この発明は、発電効
率の向上を図ることのできる熱電発電器に関するもので
ある。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】従来より、温度の異な
る２種類の流体を利用して、その温度差によるゼーペッ
ク効果により熱エネルギーを電気エネルギーに変換する
方法は公知であり、民生用、あるいは軍事用や人工衛星
用電源等に利用されている。これらの熱電発電器に用い
る熱電発電モジュールは、たとえば図１に例示されるよ
うに、高温流体側セラミック板（１）と低温流体側セラ
ミック板（２）によって電極（３）と熱電発電素子
（４）を挟み込む構成を有し、両側のセラミック板
（１）（２）の間の温度差を利用することによって発電
を行なうものである。そして最近では、熱電発電をより
効率よく行なうため、低温流体に液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）等を用い、極低温の条件を利用しようとする試みが
なされている。
る２種類の流体を利用して、その温度差によるゼーペッ
ク効果により熱エネルギーを電気エネルギーに変換する
方法は公知であり、民生用、あるいは軍事用や人工衛星
用電源等に利用されている。これらの熱電発電器に用い
る熱電発電モジュールは、たとえば図１に例示されるよ
うに、高温流体側セラミック板（１）と低温流体側セラ
ミック板（２）によって電極（３）と熱電発電素子
（４）を挟み込む構成を有し、両側のセラミック板
（１）（２）の間の温度差を利用することによって発電
を行なうものである。そして最近では、熱電発電をより
効率よく行なうため、低温流体に液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）等を用い、極低温の条件を利用しようとする試みが
なされている。
【０００３】しかしながら、この従来の熱電発電器にお
いては、その発電効率は、熱電素子（４）の性能に大き
く依存することになり、この熱電素子（４）をどのよう
なものとして構成するのかが大変に重要な課題になって
いる。従来、この熱電素子（４）としては、遷移金属、
その合金として各種のものが知られており、たとえばＧ
ｅ−Ｔｅ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子がその有
力な候補として検討されている。
いては、その発電効率は、熱電素子（４）の性能に大き
く依存することになり、この熱電素子（４）をどのよう
なものとして構成するのかが大変に重要な課題になって
いる。従来、この熱電素子（４）としては、遷移金属、
その合金として各種のものが知られており、たとえばＧ
ｅ−Ｔｅ、Ｓｉ−Ｇｅ、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子がその有
力な候補として検討されている。
【０００４】しかしながら、現状においては、必ずしも
実用的に満足できる性能に達しておらず、抜本的な改善
が求められてもいた。そこで、この発明は、以上の通り
の問題点を解消し、ＬＮＧ等のような極低温物質を使用
する場合にも、熱電発電素子の性能を十分に引き出すこ
とが可能な、新しい熱電発電器を提供することを目的と
している。
実用的に満足できる性能に達しておらず、抜本的な改善
が求められてもいた。そこで、この発明は、以上の通り
の問題点を解消し、ＬＮＧ等のような極低温物質を使用
する場合にも、熱電発電素子の性能を十分に引き出すこ
とが可能な、新しい熱電発電器を提供することを目的と
している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、熱電素子を配設した熱電発電器
において、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子と、Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ
−Ｓｂ接合型熱電素子とがｐ−ｎ形の一対構造として配
置されていることを特徴とする熱電発電器を提供する。
を解決するものとして、熱電素子を配設した熱電発電器
において、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子と、Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ
−Ｓｂ接合型熱電素子とがｐ−ｎ形の一対構造として配
置されていることを特徴とする熱電発電器を提供する。
【０００６】この発明は、上記の通りの構成により熱電
発電器の発電効率を大きく向上させることが可能とな
る。このことを実現するための上記手段についてさらに
説明すると、この発明では、たとえば図２に例示したよ
うに、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子（１１）とＢｉ−Ｔｅ・Ｂ
ｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）とがｐ−ｎ形の一対構
造として配設されているが、この場合、Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂ
ｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）は、そのＢｉ−Ｔｅ構
成部（１２ａ）において、別体としてのＢｉ−Ｔｅ系熱
電素子（１１）に電極（１３）を介してｐ−ｎ形接続さ
れていること、そしてこれらの一対の構造は、たとえば
図３のように、複数対がセラミック板（１４）の間に配
設されてモジュールを構成していること等がその態様と
して可能とされる。
発電器の発電効率を大きく向上させることが可能とな
る。このことを実現するための上記手段についてさらに
説明すると、この発明では、たとえば図２に例示したよ
うに、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子（１１）とＢｉ−Ｔｅ・Ｂ
ｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）とがｐ−ｎ形の一対構
造として配設されているが、この場合、Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂ
ｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）は、そのＢｉ−Ｔｅ構
成部（１２ａ）において、別体としてのＢｉ−Ｔｅ系熱
電素子（１１）に電極（１３）を介してｐ−ｎ形接続さ
れていること、そしてこれらの一対の構造は、たとえば
図３のように、複数対がセラミック板（１４）の間に配
設されてモジュールを構成していること等がその態様と
して可能とされる。
【０００７】図２の素子構造においては、一般的には、
Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子（１１）の長さ（ｌ）は、Ｂｉ−
Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）の長さとは同
等とするが、各々の一辺の大きさ（Ｗ0 ）（Ｗ1 ）につ
いては、 Ｗ1 ／Ｗ0 ＝０．２〜２ また、接合型素子（１２）のＢｉ−Ｔｅ構成部（１２
ａ）とＢｉ−Ｓｂ構成部（１２ｂ）の長さ（ｌ1 ）（ｌ
2 ）については、 ｌ2 ／ｌ1 ＝０．２〜４ ｌ1 ／ｌ＝０．２〜２ 程度を目安として考えることができる。
Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子（１１）の長さ（ｌ）は、Ｂｉ−
Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子（１２）の長さとは同
等とするが、各々の一辺の大きさ（Ｗ0 ）（Ｗ1 ）につ
いては、 Ｗ1 ／Ｗ0 ＝０．２〜２ また、接合型素子（１２）のＢｉ−Ｔｅ構成部（１２
ａ）とＢｉ−Ｓｂ構成部（１２ｂ）の長さ（ｌ1 ）（ｌ
2 ）については、 ｌ2 ／ｌ1 ＝０．２〜４ ｌ1 ／ｌ＝０．２〜２ 程度を目安として考えることができる。
【０００８】各々の素子についてはこれまでに知られて
いる方法によって製造されたＢｉ−Ｔｅ、Ｂｉ−Ｓｂの
素材とすることができる。
いる方法によって製造されたＢｉ−Ｔｅ、Ｂｉ−Ｓｂの
素材とすることができる。
【０００９】
【実施例】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明
について説明する。ｎ形にＢｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合
型素子を用い、ｐ形には、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子を使用
し、図４に示すようなＢｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱
電発電器を試作し、シミュレーションによりその各特性
を評価した。
について説明する。ｎ形にＢｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合
型素子を用い、ｐ形には、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子を使用
し、図４に示すようなＢｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱
電発電器を試作し、シミュレーションによりその各特性
を評価した。
【００１０】熱電発電器の平均相対熱電能（ゼーペック
係数）αe 、電気抵抗ｒe 、熱コンダクタンスＫe は、
係数）αe 、電気抵抗ｒe 、熱コンダクタンスＫe は、
【００１１】
【数１】
【００１２】で表される。ｎ形素子の性能指数の向上が
発電器の性能の向上に直接結び付くとは限らず、ｐ形の
素子との組み合わせによっては効率低下をきたす場合も
あり得る。Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電発電器の
ｎ形の断面積を考慮した性能指数Ｚを求めるため、素子
長さが２．４ｍｍ、ｐ形の素子幅を１．５ｍｍに固定
し、ｎ形の素子幅を０．８ｍｍ〜２．８ｍｍまで変化さ
せると共にｎ形のＢｉ−ＴｅとＢｉ−Ｓｂの長さの割合
を変化させ、最適条件を求めた。
発電器の性能の向上に直接結び付くとは限らず、ｐ形の
素子との組み合わせによっては効率低下をきたす場合も
あり得る。Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電発電器の
ｎ形の断面積を考慮した性能指数Ｚを求めるため、素子
長さが２．４ｍｍ、ｐ形の素子幅を１．５ｍｍに固定
し、ｎ形の素子幅を０．８ｍｍ〜２．８ｍｍまで変化さ
せると共にｎ形のＢｉ−ＴｅとＢｉ−Ｓｂの長さの割合
を変化させ、最適条件を求めた。
【００１３】 高温側は３００Ｋの熱が加えられたと
し、低温側は１１０Ｋとした。 断面の１辺を０．８ｍｍとし、Ｂｉ−ＴｅとＢｉ−
Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指数の変化を求め
た。 次に断面の１辺を０．８から１．２ｍｍに変えてＢ
ｉ−ＴｅとＢｉ−Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指
数の変化を求めた。
し、低温側は１１０Ｋとした。 断面の１辺を０．８ｍｍとし、Ｂｉ−ＴｅとＢｉ−
Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指数の変化を求め
た。 次に断面の１辺を０．８から１．２ｍｍに変えてＢ
ｉ−ＴｅとＢｉ−Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指
数の変化を求めた。
【００１４】 順次、断面の１辺を１．６ｍｍ、２．
０ｍｍ、２．４ｍｍ、２．８ｍｍと変えてＢｉ−Ｔｅと
Ｂｉ−Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指数の変化を
求めた。 以上の方法によりＺを求め、これを図５に示す。この
時、最大性能を示したのは、素子幅１．６ｍｍであっ
た。
０ｍｍ、２．４ｍｍ、２．８ｍｍと変えてＢｉ−Ｔｅと
Ｂｉ−Ｓｂの長さの割合を変化させ、性能指数の変化を
求めた。 以上の方法によりＺを求め、これを図５に示す。この
時、最大性能を示したのは、素子幅１．６ｍｍであっ
た。
【００１５】この幅のとき、ｎ形のＢｉ−ＴｅとＢｉ−
Ｓｂの長さの割合を変化させたときの、ｐ形、ｎ形、発
電器の性能指数を図６に示す。ｐ形が一定値を示すの
は、単体では何も影響を受けずにいるためであり、合成
した性能指数がｎ形より低くなるのはｒe 、Ｋe がｐ形
の影響により大きくなるためと、考えられる。
Ｓｂの長さの割合を変化させたときの、ｐ形、ｎ形、発
電器の性能指数を図６に示す。ｐ形が一定値を示すの
は、単体では何も影響を受けずにいるためであり、合成
した性能指数がｎ形より低くなるのはｒe 、Ｋe がｐ形
の影響により大きくなるためと、考えられる。
【００１６】最適条件を求めた結果、その性能指数は
３．１となり、ｐ形、ｎ形ともＢｉ−Ｔｅ系で構成する
場合、ｐ形Ｂｉ−Ｔｅ系でｎ形Ｂｉ−Ｓｂ構成する場合
に比べると、性能の向上が図れることが確認された。
３．１となり、ｐ形、ｎ形ともＢｉ−Ｔｅ系で構成する
場合、ｐ形Ｂｉ−Ｔｅ系でｎ形Ｂｉ−Ｓｂ構成する場合
に比べると、性能の向上が図れることが確認された。
【００１７】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り発電性能は従来に比べてより向上し、今後のシステム
としての実用化に大きく貢献する。
り発電性能は従来に比べてより向上し、今後のシステム
としての実用化に大きく貢献する。
【図１】熱電発電器の構成を例示した側面図である。
【図２】この発明の熱電素子の構造を例示した斜視図で
ある。
ある。
【図３】モジュールの構成を例示した側面図である。
【図４】実施例としての熱電素子の構造を例示した斜視
図である。
図である。
【図５】Ｂｉ−Ｓｂ系材料とＢｉ−Ｔｅ材料の長さにつ
いて、性能評価の結果を示した図である。
いて、性能評価の結果を示した図である。
【図６】Ｂｉ−Ｓｂ系材料の長さに対応するｐ形、ｎ形
の性能評価の結果を示した図である。
の性能評価の結果を示した図である。
１ 高温流体側セラミック板 ２ 低温流体側セラミック板 ３ 電極 ４ 熱電発電素子 １１ Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子 １２ Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子 １２ａ Ｂｉ−Ｔｅ構成部 １２ｂ Ｂｉ−Ｓｂ構成部 １３ 電極 １４ セラミック板
Claims (4)
- 【請求項１】 熱電素子を配設した熱電発電器におい
て、Ｂｉ−Ｔｅ系熱電素子と、Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ
接合型熱電素子とがｐ−ｎ形の一対構造として配置され
ていることを特徴とする熱電発電器。 - 【請求項２】 Ｂｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ接合型熱電素子
は、そのＢｉ−Ｔｅ構成部において、別体としてのＢｉ
−Ｔｅ系熱電素子にｐ−ｎ形接続されている請求項１の
熱電発電器。 - 【請求項３】 請求項１または２のｐ−ｎ形の接続を構
成するＢｉ−Ｔｅ系熱電素子とＢｉ−Ｔｅ・Ｂｉ−Ｓｂ
接合型熱電素子とが複数対配設されていることを特徴と
する熱電発電器。 - 【請求項４】 請求項３の複数対の素子接続構造がモジ
ュールとして配設されていることを特徴とする熱電発電
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7169855A JPH0923669A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 極低温用熱電発電器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7169855A JPH0923669A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 極低温用熱電発電器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0923669A true JPH0923669A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=15894197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7169855A Pending JPH0923669A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 極低温用熱電発電器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0923669A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6269645B1 (en) | 1998-05-14 | 2001-08-07 | Yyl Corporation | Power plant |
-
1995
- 1995-07-05 JP JP7169855A patent/JPH0923669A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6269645B1 (en) | 1998-05-14 | 2001-08-07 | Yyl Corporation | Power plant |
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