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技術 複合型熱電変換装置

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 山田明
出願日 1994年3月29日 (27年5ヶ月経過) 出願番号 1994-058599
公開日 1995年10月20日 (25年10ヶ月経過) 公開番号 1995-273375
状態 特許登録済
技術分野 熱電素子 特殊な電動機、発電機 超音波モータ、圧電モータ、静電モータ
主要キーワード 移動方向両側 型熱電半導体 作動温度範囲 熱電半導体 ウイック 高温熱源 熱電変換装置 低温熱源
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この項目の情報は公開日時点(1995年10月20日)のものです。
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図面 (4)

目的

熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる複合型熱電変換装置を提供する。

構成

高温熱源01の周囲を囲む固体電解質02、内部多孔性電極03a及び外部多孔性電極03bと、これらの周囲を囲む半導体熱電変換装置012(外筒04、P型熱電半導体05、n型熱電半導体06、最外筒08及び電気絶縁部07a,07bを有する)と、外筒04の底面から高温熱源01に跨がって設けられると共に作動媒体を含んだウイックとを有するものであって、高温熱源01によって蒸発した作動媒体が、内部多孔性電極03aで一部凝縮イオン化した後固体電解質02を通過して発電し、その後このイオン電子が結合して再び作動媒体の蒸気となり、この蒸気によって伝えられた熱エネルギーにより半導体熱電変換装置012において更に発電するというものである。

概要

背景

従来より熱エネルギー複合を行う例はあるものの、その複合型熱電変換装置としては、作動温度範囲の異なる半導体熱電変換装置を直列に接続した構成のものがあるのみであった。

図3の(a)はこのような従来技術に係る複合型熱電変換装置の断面図、(b)は(a)に示す複合型熱電変換装置の温度分布を示す説明図である。図3(a)において、1は高温熱源である高温流体、2a,2b,2cは電気絶縁部、3,6は電気良導体である隔壁、4a,4bはP型熱電半導体、5a,5bはn型熱電半導体、7は低温熱源である低温流体、8は電気の良導体である接続部、9a,9b半導体熱電変換装置である。

図3(a)に示すように、半導体熱電変換装置9a,9bは、各々n型熱電半導体5a,5bとP型熱電半導体4a,4bとが交互に配列されると共に、両熱電半導体4a,5a及び4b,5bの各一端が高温流体1に接する隔壁3及び低温流体7に接する隔壁6に各々結合されたものであり、接続部8を介して互いに直列に接続されている。また隔壁3,6中及び接続部8中には電気絶縁部2a,2b,2cが適宜設けられており、両熱電半導体4a,5a及び4b,5bを各々直列に接続させると共に、両半導体熱電変換装置9a,9bを絶縁している。

従って上記構成の複合型熱電変換装置によれば、高温流体1と低温流体7との間の熱エネルギーが半導体熱電変換装置9a,9bのn型熱電半導体4a,4b及びP型熱電半導体5a,5bによって電気エネルギーに変換される。

概要

熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる複合型熱電変換装置を提供する。

高温熱源01の周囲を囲む固体電解質02、内部多孔性電極03a及び外部多孔性電極03bと、これらの周囲を囲む半導体熱電変換装置012(外筒04、P型熱電半導体05、n型熱電半導体06、最外筒08及び電気絶縁部07a,07bを有する)と、外筒04の底面から高温熱源01に跨がって設けられると共に作動媒体を含んだウイックとを有するものであって、高温熱源01によって蒸発した作動媒体が、内部多孔性電極03aで一部凝縮イオン化した後固体電解質02を通過して発電し、その後このイオン電子が結合して再び作動媒体の蒸気となり、この蒸気によって伝えられた熱エネルギーにより半導体熱電変換装置012において更に発電するというものである。

目的

従って本発明は上記従来技術に鑑み、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる複合型熱電変換装置を提供すること目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

高温熱源と、この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段と、この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気となって移動する作動媒体と、この作動媒体の移動方向に配設した固体電解質と、この固体電解質の前記移動方向両側面に各々接して固定した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、これらのうち前記高温熱源と反対側に占位する第2の多孔性電極において再び生起する前記作動媒体の蒸気の移動方向に配設した半導体熱電変換装置とを有することを特徴とする複合型熱電変換装置。

請求項2

高温熱源と、この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段と、この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気となって移動する作動媒体と、前記高温熱源の周囲を囲むようにして配設した固体電解質と、この固体電解質の内周面及び外周面に各々接して固定した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、この第2の多孔性電極の周囲を囲むようにして配設した半導体熱電変換装置とを有することを特徴とする複合型熱電変換装置。

請求項3

請求項2に記載する複合型熱電変換装置において、作動媒体供給手段が、半導体熱電変換装置において凝縮した作動媒体を高温熱源に戻すよう配設したウイックを有してなるものであることを特徴とする複合型熱電変換装置。

技術分野

0001

本発明は複合型熱電変換装置に関し、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換する場合に適用して有用なものである。

背景技術

0002

従来より熱エネルギーの複合を行う例はあるものの、その複合型熱電変換装置としては、作動温度範囲の異なる半導体熱電変換装置を直列に接続した構成のものがあるのみであった。

0003

図3の(a)はこのような従来技術に係る複合型熱電変換装置の断面図、(b)は(a)に示す複合型熱電変換装置の温度分布を示す説明図である。図3(a)において、1は高温熱源である高温流体、2a,2b,2cは電気絶縁部、3,6は電気良導体である隔壁、4a,4bはP型熱電半導体、5a,5bはn型熱電半導体、7は低温熱源である低温流体、8は電気の良導体である接続部、9a,9b半導体熱電変換装置である。

0004

図3(a)に示すように、半導体熱電変換装置9a,9bは、各々n型熱電半導体5a,5bとP型熱電半導体4a,4bとが交互に配列されると共に、両熱電半導体4a,5a及び4b,5bの各一端が高温流体1に接する隔壁3及び低温流体7に接する隔壁6に各々結合されたものであり、接続部8を介して互いに直列に接続されている。また隔壁3,6中及び接続部8中には電気絶縁部2a,2b,2cが適宜設けられており、両熱電半導体4a,5a及び4b,5bを各々直列に接続させると共に、両半導体熱電変換装置9a,9bを絶縁している。

0005

従って上記構成の複合型熱電変換装置によれば、高温流体1と低温流体7との間の熱エネルギーが半導体熱電変換装置9a,9bのn型熱電半導体4a,4b及びP型熱電半導体5a,5bによって電気エネルギーに変換される。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら上記従来技術に係る複合型熱電変換装置では、高温流体1側から低温流体7側に至る間の温度分布が図3(b)に示すような状態となる。即ち作動温度範囲の異なる半導体熱電変換装置9a,9bを直列に接続しているため、その接続部8が熱抵抗となり、接続部8における温度落差ΔTが図3(b)に示すように大きくなる。このため熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができない。

0007

従って本発明は上記従来技術に鑑み、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる複合型熱電変換装置を提供すること目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成する本発明の第1の構成は、高温熱源と、この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段と、この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気となって移動する作動媒体と、この作動媒体の移動方向に配設した固体電解質と、この固体電解質の前記移動方向両側面に各々接して固定した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、これらのうち前記高温熱源と反対側に占位する第2の多孔性電極において再び生起する前記作動媒体の蒸気の移動方向に配設した半導体熱電変換装置とを有することを特徴とする。

0009

上記目的を達成する本発明の第2の構成は、高温熱源と、この高温熱源に作動媒体を供給する作動媒体供給手段と、この供給手段によって前記高温熱源に供給されると共に前記高温熱源から加えられる熱エネルギーにより蒸気となって移動する作動媒体と、前記高温熱源の周囲を囲むようにして配設した固体電解質と、この固体電解質の内周面及び外周面に各々接して固定した第1の多孔性電極及び第2の多孔性電極と、この第2の多孔性電極の周囲を囲むようにして配設した半導体熱電変換装置とを有することを特徴とする。

0010

上記目的を達成する本発明の第3の構成は、上記第2の構成において、作動媒体供給手段が、半導体熱電変換装置において凝縮した作動媒体を高温熱源に戻すよう配設したウイックを有してなるものであることを特徴とする。

0011

上記第1の構成の本発明によれば、高温熱源から加えられる熱エネルギーによって蒸発した作動媒体が、第1の多孔性電極の方向に移動し、この第1の多孔性電極において一部凝縮、イオン化した後固体電解質を通過して発電する。その後第2の多孔性電極において、イオン化した前記作動媒体と電子とが結合して再び作動媒体の蒸気となり、この蒸気が半導体熱電変換装置の方向に移動して、この半導体熱電変換装置に熱エネルギーを伝え、ここで更に発電する。しかも高温熱源側に固体電解質を備えて作動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変換を行うため、従来のような接続部での大きな温度落差がなく、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる。

0012

上記第2の構成の本発明によれば、上記第1の構成の作用に加え、高温熱源の周囲を固体電解質及び両多孔性電極によって囲むと共に、これらの周囲を半導体熱電変換装置によって囲んでいるため、周囲への熱損失が小さい。

0013

上記第3の構成の本発明によれば、上記第2の構成の作用に加え、半導体熱電変換装置において凝縮した作動媒体がウイックによって高温熱源に戻される。従って同じ作動媒体を繰返し利用することができる。

0014

以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

0015

図1は本発明の実施例に係る複合型熱電変換装置の横断面図、図2図1に示す複合型熱電変換装置の縦断面図である。両図において、01は高温熱源、02は固体電解質(例えばβ″−アルミナ)、03aは内部多孔性電極、03bは外部多孔性電極、04は電気の良導体である外筒、05はP型熱電半導体、06はn型熱電半導体、07a,07bは電気絶縁部、08は電気の良導体である最外筒、011はウイック、012は半導体熱電変換装置、013はカバーである。

0016

両図に示すように、高温熱源01の周囲を囲むようにして固体電解質02、内部多孔性電極03a及び外部多孔性電極03bが配設されている。即ち固体電解質02は円筒状に形成されており、その中央部に高温熱源01が占位するよう配設されている。内部多孔性電極03a及び外部多孔性電極03bもまた円筒状に形成されており、固体電解質02の内周面及び外周面に各々接して固定されている。

0017

更に外部多孔性電極03bの周囲を囲むようにして半導体熱電変換装置012が配設されている。この半導体熱電変換装置012は、外部多孔性電極03bの周囲を囲むようにして配設された外筒04と、この外筒04の周囲を囲むようにして配設された最外筒08と、両面が外筒04の外周面と最外筒08の内周面とに各々接すると共にこれらの周方向に沿い所定の間隔を有して交互に配設された複数のP型熱電半導体05及びn型熱電半導体06とを有している。また外筒04中及び最外筒中05中には、P型熱電半導体05とn型熱電半導体06とを順に直列に接続せしめるよう電気絶縁部07a及び07bが各々設けられている。

0018

カバー013は、固体電解質02、外筒04及び最外筒08の上端部全体を覆うと共に、その中心部が高温熱源01によって貫通されている。ウイック011は、外筒04の底面から高温熱源01に跨がって配設されており、作動媒体(例えばナトリウム)を含んでいる。

0019

従って上記構成の複合型熱電変換装置によれば、高温熱源01から加えられる熱エネルギーによって蒸発したウイック011中の作動媒体が、矢印09a(点線)で示すように内部多孔性電極03aに向って移動し、この内部多孔性電極03aにおいて一部凝縮、イオン化した後固体電解質02を通過して発電する。その後外部多孔性電極03bにおいて、イオン化した作動媒体と電子とが結合して再び作動媒体の蒸気となり、この蒸気が、矢印09b(点線)で示すように半導体熱電変換装置012の方向に移動して、その外筒04に達すると、ここで凝縮して熱エネルギーをP型熱電半導体05及びn型熱電半導体06に伝え、更に発電する。なお両熱電半導体05,06の冷却は、最外筒08側において行われる。外筒04において凝縮した作動媒体は、外筒04の底面に達した後、矢印010(実線)で示すようにウイック011に沿って高温熱源01に戻される。

0020

このように高温熱源01側に固体電解質02を備えて作動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変換を行うため、従来のような接続部での大きな温度落差がなく、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる。

0021

また高温熱源01の周囲を固体電解質02及び両多孔性電極03a,03bによって囲むと共に、これらの周囲を半導体熱電変換装置012によって囲んでいるため、周囲への熱損失が小さい。

0022

また外筒04において凝縮した作動媒体がウイック011によって再び高温熱源01へと戻されるため、同じ作動媒体を繰返し利用することができる。

発明の効果

0023

上実施例と共に具体的に説明したように本発明によれば、高温熱源側に固体電解質を備えて作動媒体の蒸発、凝縮を利用した熱電変換を行うため、従来のような接続部での大きな温度落差がなく、熱エネルギーを有効に電気エネルギーに変換することができる。

0024

また高温熱源の周囲を固体電解質及び両多孔性電極とによって囲むと共に、これらの周囲を半導体熱電変換装置によって囲むことにより、周囲への熱損失を小さくすることができる。

0025

また作動媒体供給手段がウイックを有してなるものであることにより、同じ作動媒体を繰返し利用することができる。

図面の簡単な説明

0026

図1本発明の実施例に係る複合型熱電変換装置の横断面図である。
図2図1に示す複合型熱電変換装置の縦断面図である。
図3(a)は従来技術に係る複合型熱電変換装置の断面図、(b)は(a)に示す複合型熱電変換装置の温度分布を示す説明図である。

--

0027

01高温熱源
02固体電解質
03a 内部多孔性電極
03b 外部多孔性電極
04外筒
05P型熱電半導体
06 n型熱電半導体
07a,07b電気絶縁部
08 最外筒
011ウイック
012半導体熱電変換装置
013 カバー

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