(57)【要約】  熱エネルギ源で発生する温度差を効率良く利用して熱電変換により発電することができる熱電発電装置を提供する。  この装置１は、高温の熱媒体２Ｈが流れる高温流路１１、１２と、低温の熱媒体２Ｌが流れる低温流路２１、２２と、温度差により発電する発電層３０−１、３０−２、３０−３とを有する。高温流路１１、１２と低温流路２１、２２は、互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成されている。発電層３０−１、３０−２、３０−３は、互いに隣接する高温流路１１、１２と低温流路２１、２２との間に設けられている。この装置１は、交互に配置された高温流路１１、１２と低温流路２１、２２とに挟まれた複数層の発電層３０−１、３０−２、３０−３によって熱電変換による発電を行なうので、高温の熱媒体２Ｈと低温の熱媒体２Ｌとの温度差を効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
2012018053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成され、
前記発電層は、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に設けられている、熱電発電装置。
【請求項２】
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項１の熱電発電装置。
【請求項３】
ヒートポンプ内の高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられている、熱電発電装置。
【請求項４】
高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成するとともに、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行う、熱電発電方法。
【請求項５】
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項４の熱電発電方法。
【請求項６】
ヒートポンプ内の高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行う、熱電発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子を用いて熱エネルギを電気エネルギに変換する技術に関し、より詳細には、熱機関やヒートポンプなどを熱エネルギ源とし、その熱エネルギ源で発生する温度差を利用して発電を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱機関から排出される熱を利用して発電を行う技術は公知である。【０００３】
その一例として、内管と外管との間に熱電変換素子からなる発電層を設け、その内管内にボイラーや内燃機関から高温の熱媒体（温水、蒸気、排ガス、等）を導入し、その内管と外管との温度差により発電を行う熱電発電モジュールを挙げることができる（特許文献１）。【０００４】
特許文献１記載の技術によれば、高温の熱媒体が流れている内管の温度に対して外気と接触している外管の温度が低温になるため、両者間の温度差を利用して熱電変換により発電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３６４３９号公報（特許第２２７５４１０号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１記載の技術では、内筒と外筒との間の唯一層の空間に配置された発電層のみによって熱電変換がなされるため、熱エネルギ源で発生する温度差を効率良く利用して熱電発電を行うことができない。また、特許文献１記載の技術では、高温の熱媒体と外気との比較的小さい温度差により熱電変換がなされるため発電効率が良くないという根本的な問題を有している。【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、熱エネルギ源で発生する温度差を効率良く利用して熱電変換により発電することができる熱電発電装置及び熱電発電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［熱電発電装置（態様１）］
本発明の熱電発電装置は、
高温の熱媒体が流れる高温流路と、
前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成され、
前記発電層は、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。【０００９】
この装置は、高温の熱媒体を高温流路に、低温の熱媒体を低温流路に、それぞれ流して、高温流路と低温流路との間に温度差を発生させることにより、高温流路と低温流路との間に設けられた発電層によって熱電変換による発電を行う。
この装置における前記発電層は、交互に配置された前記高温流路と前記低温流路とに挟まれた３複数層（多層）の発電層を構成している。
したがって、この装置によれば、複数層（多層）の発電層によって熱電変換による発電を行うことにより、熱エネルギ源で発生する温度差を従来よりも格段と効率良く利用して熱電発電を行うことができる。【００１０】
この熱電発電装置において、
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプにおける加圧された状態の熱媒体（圧縮機から膨張弁までの間の熱媒体）であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプにおける減圧された状態の熱媒体（膨張弁から圧縮機までの熱媒体）であることが望ましい。【００１１】
この装置によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源とし、そのヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の温度差を極めて効率良く利用して熱電発電を行うことができる。【００１２】
この熱電発電装置において、
互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路とが、互いの間に隙間を有する内外二重の流路壁で仕切られ、
前記発電層は、
内側の流路壁の外面に形成された内側電極と、
外側の流路壁の内面に形成された外側電極と、
前記内側電極と前記外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有していることが望ましい。【００１３】
［熱電発電装置（態様２）］
本発明の別の態様の熱電発電装置は、
ヒートポンプ内の高温の熱媒体（加圧された状態の熱媒体）が流れる高温流路と、
前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体（減圧された状態の熱媒体）が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。
この装置によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源に使用して熱電発電を行うことができる。複数層の発電層の使用によりヒートポンプから得られる熱エネルギの利用効率を高めることができる。そして、ヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の比較的大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。【００１４】
この熱電発電装置において、
互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路とが、互いの間に隙間を有する内外二重の流路壁で仕切られ、
前記発電層は、
内側の流路壁の外面に形成された内側電極と、
外側の流路壁の内面に形成された外側電極と、
前記内側電極と前記外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有していることが望ましい。【００１５】
［熱電発電装置（態様３）］
第１ヒートポンプの放熱部と第２ヒートポンプの吸熱部とを互いに熱的に接続してなるヒートポンプシステムにおける第２ヒートポンプ内の高温の熱媒体（加圧された状態の熱媒体）が流れる高温流路と、
前記第２ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体（減圧された状態の熱媒体）が流れる低温流路と、
温度差により発電する発電層とを有し、
前記高温流路と前記低温流路は、互いに積層させて形成され、
前記発電層は、前記高温流路と前記低温流路との間に設けられていることを特徴としている。
この装置は、第２ヒートポンプを熱エネルギ源に使用し、第２ヒートポンプで発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体と減圧された状態の熱媒体との間の温度差を利用して熱電発電を行う。第２ヒートポンプは、その吸熱部が第１のヒートポンプの放熱部と熱的に接触しているため、第２のヒートポンプを単独で運転した場合と比較して、高温の熱媒体と低温の熱媒体との間に大きな温度差を発生させることができる。
この装置は、複数層の発電層を使用するため、第２ヒートポンプから得られる熱エネルギを高効率で利用でき、且つ、第２のヒートポンプに発生する大きな温度差を熱電変換に利用できるため、高効率の熱電発電を実現できる。【００１６】
［熱電発電方法（態様１）］
本発明の熱電発電方法は、
高温の熱媒体が流れる高温流路と、前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体が流れる低温流路とを互いに同心状に交互に積層させて複数層ずつ形成するとともに、互いに隣接する前記高温流路と前記低温流路との間に、温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。【００１７】
この方法では、高温の熱媒体を高温流路に、低温の熱媒体を低温流路に、それぞれ流して、高温流路と低温流路との間に温度差を発生させることにより、高温流路と低温流路との間に設けられた発電層によって熱電変換による発電を行う。
この方法で用いる前記発電層は、交互に配置された前記高温流路と前記低温流路とに挟まれた３複数層（多層）の発電層を構成している。
したがって、この方法によれば、複数層（多層）の発電層によって熱電変換による発電を行うことにより、熱エネルギ源で発生する温度差を従来よりも格段と効率良く利用して熱電発電を行うことができる。【００１８】
この熱電発電方法において、
前記高温の熱媒体は、ヒートポンプにおける加圧された状態の熱媒体（圧縮機から膨張弁までの間の熱媒体）であり、
前記低温の熱媒体は、前記ヒートポンプにおける減圧された状態の熱媒体（膨張弁から圧縮機までの熱媒体）であることが望ましい。
この方法によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源とし、そのヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の温度差を極めて効率良く利用して熱電発電を行うことができる。【００１９】
［熱電発電方法（態様２）］
本発明の別の態様の熱電発電方法は、
ヒートポンプ内の高温の熱媒体（加圧された状態の熱媒体）が流れる高温流路と、前記ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体（減圧された状態の熱媒体）が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。
この方法によれば、ヒートポンプを熱エネルギ源とし、そのヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、前記加圧された状態の熱媒体と前記減圧された状態の熱媒体との間の比較的大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。【００２０】
［熱電発電方法（態様３）］
第１ヒートポンプの放熱部と第２ヒートポンプの吸熱部とを互いに熱的に接続してなるヒートポンプシステムにおける第２ヒートポンプ内の高温の熱媒体（加圧された状態の熱媒体）が流れる高温流路と、前記第２ヒートポンプ内の前記高温の熱媒体よりも低温の熱媒体（減圧された状態の熱媒体）が流れる低温流路とを互いに積層させて形成するとともに、前記高温流路と前記低温流路との間に温度差により熱電発電する発電層を設けて発電を行うことを特徴としている。
この方法では、第２ヒートポンプを熱エネルギ源に使用し、第２ヒートポンプで発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体と減圧された状態の熱媒体との間の温度差を利用して熱電発電を行う。第２ヒートポンプは、その吸熱部が第１のヒートポンプの放熱部と熱的に接触しているため、第２ヒートポンプを単独で運転した場合と比較して、高温の熱媒体と低温の熱媒体との間に大きな温度差を発生させることができる。
したがって、この方法によれば、第２ヒートポンプを熱エネルギ源とし、第２ヒートポンプという一つの系に発生する大きな温度差を利用して効率良く熱電発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、熱エネルギ源となる一つの系で発生する温度差を効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）：本発明の実施の形態を例示する断面図  （Ｂ）：（Ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図２】本発明の別の実施の形態を例示する断面図
【図３】本発明の更に別の実施の形態を例示する断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１に示す熱電発電装置１は、その内部を高温の熱媒体２Ｈが通過する第１流路体１０と、その内部を低温の熱媒体２Ｌが通過する第２流路体２０と、温度差により発電する第１乃至第３発電層３０−１、３０−２、３０−３とを有している。
【００２５】
第１流路体１０は、電気的絶縁材で形成された管体である。第１流路体１０は、高温の熱媒体２Ｈが流入する入口１０ａと、高温の熱媒体２Ｈが流出する出口１０ｂと、第１及び第２の高温流路１１、１２と、入口１０ａから流入した高温の熱媒体２Ｈを第１及び第２高温流路１１、１２に分岐させる分岐部１３と、第１及び第２高温流路１１、１２を通過した高温の熱媒体２Ｈを合流させて出口１０ｂに導く合流部１４と、を有している。
【００２６】
第１高温流路（内側高温流路）１１は、熱媒体２Ｈの流れの方向に対する垂直断面が正方形の直線状の流路である。
【００２７】
第２高温流路（外側高温流路）１２は、第１高温流路１１の外側に同心状に形成されている。第２高温流路１２は、第１高温流路１１と対角方向を一致させた正方形の環状断面を有する流路である。
【００２８】
第２流路体２０は、電気的絶縁材で形成された管体である。第１流路体２０は、低温の熱媒体２Ｌが流入する入口２０ａと、低温の熱媒体２Ｌが流出する出口２０ｂと、第１及び第２の低温流路２１、２２と、入口２０ａから流入した低温の熱媒体２Ｌを第１及び第２低温流路２１、２２に分岐させる分岐部２３と、第１及び第２低温流路２１、２２を通過した低温の熱媒体２Ｌを合流させて出口２０ｂに導く合流部２４と、を有している。
【００２９】
第１低温流路（内側低温流路）２１は、熱媒体２Ｌの流れの方向に対する垂直断面が正方形の環状断面である環状流路である。第１低温流路２１は、第１高温流路１１と第２高温流路１２との中間位置に、両流路１１、１２と対角方向を一致させて形成されている。
【００３０】
第２低温流路（外側低温流路）２２は、第１低温流路２１の外側に同心状に形成されている。第２低温流路２２は、第１低温流路２１と対角方向を一致させた正方形の環状断面を有する流路である。第２低温流路２２は、第２高温流路１２の外側に、当該流路１２と対角方向を一致させて形成されている。
【００３１】
第１発電層３０−１は、第１高温流路１１の流路壁４１の外面に形成された内側電極５１と、第１低温流路２１を区画している内側の流路壁４２の内面に形成された外側電極５２と、内側電極５１と外側電極５２との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子５５とを有している。
【００３２】
第２発電層３０−２は、第１低温流路２１を区画している外側の流路壁４３の外面に形成された内側電極５１と、第２高温流路１２を区画している内側の流路壁４４の内面に形成された外側電極５２と、内側電極５１と外側電極５２との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子５５とを有している。
【００３３】
第３発電層３０−３は、第２高温流路１２を区画している外側の流路壁４５の外面に形成された内側電極５１と、第２低温流路２２を区画している内側の流路壁４６の内面に形成された外側電極５２と、内側電極５１と外側電極５２との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子５５とを有している。
【００３４】
第１乃至第３発電層３０−１、３０−２、３０−３の内側電極５１同士、外側電極５２同士は、それぞれ配線５６、５７で電気的に接続されている。そして、各配線５６、５７から延びる一対の出力端子５６ａ、５７ａが第２流路体２０の外に設けられている。第１乃至第３発電層３０−１、３０−２、３０−３で発電された電力は、一対の出力端子５６ａ、５７ａから一括して取り出される。
【００３５】
第１乃至第３発電層３０−１、３０−２、３０−３における内側電極５１及び外側電極５２と熱電変換素子５５との接続の仕方は任意である。全ての熱電変換素子５５を電気的に互いに並列に接続した形態、全ての熱電変換素子５５を電気的に直列に接続した形態、直列接続と並列接続とを組み合わせた直並列接続の形態など、いずれの形態も採用可能である。
【００３６】
上記のように構成された第１実施形態の熱電発電装置１は、高温の熱媒体２Ｈを第１流路体１０に、低温の熱媒体２Ｌを第２流路体１２に、それぞれ流して、第１流路体１０の高温流路１１、１２と第２流路体１２の低温流路２１、２２との間に温度差を発生させることにより、高温流路１１、１２と低温流路２１、２２との間に設けられた発電層３０−１、３０−２、３０−３によって熱電変換による発電を行う。
【００３７】
この熱電発電装置１によれば、交互に配置された高温流路１１、１２と低温流路２１、２２とに挟まれた３層の発電層３０−１、３０−２、３０−３によって熱電変換による発電が行なわれるので、高温の熱媒体２Ｈと低温の熱媒体２Ｌとの温度差を効率良く利用して熱電発電を行うことができる。
【００３８】
この熱電発電装置１は、その熱エネルギ源としてヒートポンプを利用することができる。すなわち、高温の熱媒体２Ｈとして、ヒートポンプにおける加圧された状態の熱媒体（圧縮機から膨張弁までの間の熱媒体）を、低温の熱媒体２Ｌとして、当該ヒートポンプにおける減圧された状態の熱媒体（膨張弁から圧縮機までの熱媒体）を使用するのである。
【００３９】
この熱電発電装置１によれば、３層の発電層３０−１、３０−２、３０−３を使用することにより熱エネルギの利用効率を高め、且つ、ヒートポンプという一つの系で発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体（高温の熱媒体２Ｈ）と減圧された状態の熱媒体（低温の熱媒体２Ｌ）との間の比較的大きな温度差を利用して、極めて効率良く熱電発電を行うことができる。
【００４０】
なお、上記の例では、３層構造の発電層を有する装置構成について説明したが、発電層の層数は任意である。２層構造の発電層を有する熱電発電装置も、４層以上の発電層を有する熱電発電装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４１】
また、上記の例では、第１高温流路１１の断面が正方形であり、その他の流路１２、２１、２２の断面が正方形の環状断面であるとしたが、流路の断面形状は正方形に限定されない。長方形でも円形でもよい。
【００４２】
［第２実施形態］
図２は、本発明の熱電発電装置５０をヒートポンプシステム６０と一体化させた例を示している。ヒートポンプシステム６０は、２系統のヒートポンプ６１、６２を有している。各系統のヒートポンプ６１、６２は、圧縮機７１、放熱部７２、膨張弁７３、及び吸熱部７４を、冷媒管７５によりループ状に連結して概略構成されている。そして、一方のヒートポンプ（第１ヒートポンプ）６１の放熱部７２と他方のヒートポンプ（第２ヒートポンプ）６２の吸熱部７４とが互いに熱的に接続されている。
【００４３】
第２ヒートポンプ６２の冷媒管７５は、内管７６と、内管７６の外側に同心状に設けられた外管７７と、内管７６と外管７７との間に同心状に設けられた中管７８とで構成される三層管構造の部分６３を有している。内管７６の内部は、圧縮機７１で圧縮された冷媒（高温の熱媒体）２Ｈが通過する高温流路８１を成している。外管７７と中管７８との間の空間は、膨張弁７３で膨張した冷媒（低温の熱媒体）２Ｌが通過する低温流路８２を成している。そして、三層管構造の部分６３の内管７６と中管７８との間に、温度差により発電する発電層８０が設けられている。
【００４４】
発電層８０は、内管（流路壁）７６の外面に形成された内側電極５１と、中管（流路壁）７８の内面に形成された外側電極５２と、内側電極５１と外側電極５２との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子５５とを有している。内側電極５１同士、外側電極５２同士は、それぞれ図示しない配線で電気的に接続されている。そして、各配線から図示しない出力端子が外管７７の外部に引き出されている。  
【００４５】
上記のように構成された熱電発電装置５０は、第２ヒートポンプ６２を熱エネルギ源に使用し、第２ヒートポンプ６２という一つの系で発生する温度差すなわち、加圧された状態の熱媒体（高温の熱媒体２Ｈ）と減圧された状態の熱媒体（低温の熱媒体２Ｌ）との間の温度差を利用して熱電発電を行う。第２ヒートポンプ６２は、その吸熱部７４が第１のヒートポンプ６２の放熱部７２と熱的に接触しているため、第２のヒートポンプ６２を単独で運転した場合と比較して、高温の熱媒体２Ｈと低温の熱媒体２Ｌとの間に大きな温度差を発生させることができる。
【００４６】
したがって、この熱電発電装置５０は、発電層８０を唯一層しか有していないが、第２のヒートポンプ６２に発生する大きな温度差を熱電変換に利用できるため、高効率の熱電発電を実現できる。
【００４７】
なお、ヒートポンプを３系統以上熱的に多段接続し、最終段のヒートポンプすなわち、最終的にその前段のヒートポンプの放熱部から受熱するヒートポンプに熱電発電装置５０を組み込むことにより、当該最終段のヒートポンプで発生する更に大きな温度差を利用して、より高効率の熱電発電を実現できる。
【００４８】
［第３実施形態］
図３は、２系統のヒートポンプ９１、９２からなるヒートポンプシステム９０を熱エネルギ源として使用する熱電発電システムの構成例を示している。各ヒートポンプ９１、９２は、図２に示した第２ヒートポンプ８２と同一構成であり、各ヒートポンプ９１、９２にそれぞれ熱電発電装置５０（５０−１、５０−２）が一体的に設けられている。そして、第１ヒートポンプ９１の放熱部７２と第２ヒートポンプ９２の吸熱部７４とが互いに熱的に接続されている。
【００４９】
この熱電発電システムによれば、第２ヒートポンプ９２で発生する温度差を利用して熱電発電を行うと同時に、第１ヒートポンプ９１で発生する温度差を利用して熱電発電を行うことができる。第１ヒートポンプ９１で発生する温度差は、第２ヒートポンプ９２で発生する温度差よりも小さいため、第１ヒートポンプ９１に設けられた熱電発電装置５０−１の発電効率は第２ヒートポンプ９２に設けられた熱電発電装置５０−２の発電効率よりも低いが、両熱電発電装置５０−１、５０−２を使用することにより、第２ヒートポンプ９２に設けられた熱電発電装置５０−２のみ使用した場合と比較して、格段と大きな発電能力を実現することができる。
【００５０】
ヒートポンプを３系統以上熱的に多段接続し、各段のヒートポンプに熱電発電装置５０を組み込んで発電システムを構成すれば、更に大きな発電能力を実現することが可能である。
【００５１】
［第４実施形態］  
第２及び第３実施形態において、熱電発電装置５０（５０−１、５０−２）の代わりに、第１実施形態の熱電発電装置１を使用する。
この構成によれば、３層の発電層３０−１、３０−２、３０−３を使用することにより熱エネルギの利用効率を高めることができるので、ヒートポンプを複数系統熱的に接続してなるヒートポンプシステムで発生する大きな温度差を利用して、極めて効率良く熱電発電を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の熱電発電装置及び熱電発電方法によれば、その内部に高温部と低温部（高温部よりも低温の部分）を有する各種電気機器の省エネルギ化に利用可能である。たとえば、これを空調機、給湯器、洗濯機などヒートポンプを用いた電気機器に適用することにより、当該機器内のヒートポンプで生じる温度差を利用して効率良く発電することができる。そして、その発電により得られた電力を当該機器自体で利用することにより、極めてエネルギ効率の高い機器を実現できる。【００５３】
また、本発明の熱電発電装置を既存のヒートポンプの配管に装着できるようモジュール化しておけば、これをヒートポンプを用いた電気機器に後付けで装着することにより、当該電気機器のエネルギ効率を向上させることができる。【００５４】
本発明の熱電発電装置及び熱電発電方法は、原子力発電所、火力発電所、地熱発電所など、高温蒸気を発電に使用するシステムを熱エネルギ源として発電を行うことも可能である。たとえば、原子力発電所を熱エネルギ源として利用する場合、タービンを通過した高温蒸気を高温の熱媒体として高温流路に通し、海水を低温の熱媒体として低温流路に通すことにより、両者の大きな温度差を利用して熱電発電を行うことができる。また、燃料の崩壊熱により加熱された高温の蒸気などを高温の熱媒体として使用することも可能である。したがって、原子炉停止状態においても熱電発電が可能である。【００５５】
また、本発明の熱電発電装置及び熱電発電方法は、データセンタを熱エネルギ源として発電を行うことも可能である。すなわち、データセンタ内のサーバやストレージで発生した熱により加熱された空気を高温の熱媒体として高温流路に通し、水（海水、地下水、河川の水、等）や外気を低温の熱媒体として低温流路に通すことにより、両者の温度差を利用して熱電発電を行うことができる。この熱電発電により得られた電力をデータセンタで消費することにより、データセンタの省エネルギ化を促進できる。
【符号の説明】
【００５６】
１  熱電発電装置
２Ｈ  高温の熱媒体
２Ｌ  低温の熱媒体
１０  第１流路体
１１  第１高温流路
１２  第２高温流路
２０  第２流路体
２１  第１低温流路
２２  第２低温流路
３０−１  第１発電層
３０−２  第２発電層
３０−３  第３発電層
４１  流路壁
４２  流路壁
４３  流路壁
４４  流路壁
４５  流路壁
４６  流路壁
５１  内側電極
５２  外側電極
５５  熱電変換素子
５６  配線
５７  配線
６０  ヒートポンプシステム
６１  第１ヒートポンプ
６２  第２ヒートポンプ
８０  発電層
９０  ヒートポンプシステム
９１  第１ヒートポンプ
９２  第２ヒートポンプ
【図１】
2012018053.tif 000003
【図２】
2012018053.tif 000004
【図３】
2012018053.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月21日(2013.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部を第１の熱媒体が通過する第１流路体と、 その内部を第２の熱媒体が通過する第２流路体と、 温度差により発電する第１及び第２発電層と、を有し、 前記第１流路体は、前記第１の熱媒体が流入する入口と、前記第１の熱媒体が流出する出口と、同心状に形成された環状断面を有する内側及び外側分岐流路と、前記入口から流入した前記第１の熱媒体を前記内側及び外側分岐流路に分岐させる分岐部と、前記内側及び外側分岐流路を通過した前記第１の熱媒体を合流させて出口に導く合流部と、を有し、 前記第２流路体は、第２の熱媒体が流入する入口と、第２の熱媒体が流出する出口と、前記内側及び外側分岐流路の間に同心状に形成された環状断面を有する中間流路と、を有し、 前記第１発電層は、前記内側分岐流路と前記中間流路との間に設けられ、 前記第２発電層は、前記中間流路と前記外側分岐流路との間に設けられ、 前記第１及び第２の熱媒体の一方は、他方よりも低温の熱媒体である、熱電発電装置。
【請求項２】
前記第１発電層は、 前記内側分岐流路を区画している外側の流路壁の外面に形成された内側電極と、前記中間流路を区画している内側の流路壁の内面に形成された外側電極と、内側電極と外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有し、 前記第２発電層は、 前記中間流路を区画している外側の流路壁の外面に形成された内側電極と、前記外側分岐流路を区画している内側の流路壁の内面に形成された外側電極と、内側電極と外側電極との間に電気的に接続され、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱電変換素子とを有し、 前記第１及び第２発電層の内側電極同士、外側電極同士は、それぞれ配線で電気的に接続され、前記配線から延びる一対の出力端子が前記第１及び第２流路体の外に設けられている、請求項１記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記内側及び外側分岐流路のそれぞれは、前記第１の熱媒体の流れの方向に対する垂直断面が、円形又は互いに対角方向を一致させた正方形もしくは長方形であり、 前記中間流路は、前記第２の熱媒体の流れの方向に対する垂直断面が、円形又は前記内側及び外側分岐流路と対角方向を一致させた正方形もしくは長方形であることを特徴とする請求項１又は２の熱電発電装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の熱媒体の一方は、ヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、他方は、前記ヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項１から３のいずれか一項の熱電発電装置。
【請求項５】
２系統のヒートポンプを有し、 一方のヒートポンプの放熱部と他方のヒートポンプの吸熱部とが互いに熱的に接続され、 前記第１及び第２の熱媒体の一方は、前記他方のヒートポンプ内の加圧された状態の熱媒体であり、他方は、前記他方のヒートポンプ内の減圧された状態の熱媒体である、請求項１から３のいずれか一項の熱電発電装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプは、電気機器内のヒートポンプである、請求項４又は５の熱電発電装置。
【請求項７】
前記電気機器は、空調機、給湯器又は洗濯機である、請求項６の熱電発電装置。
【請求項８】
前記第１の熱媒体及び第２の熱媒体の一方は、高温蒸気を発電に使用するシステムにおけるタービンを通過した高温蒸気であり、他方は、海水である、請求項１から３のいずれか一項の熱電発電装置。
【請求項９】
前記システムは、原子力発電所、火力発電所又は地熱発電所である、請求項８の熱電発電装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の熱媒体の一方は、データセンタ内のサーバやストレージで発生した熱により加熱された空気であり、他方は、水又は外気である、請求項１から３のいずれか一項の熱電発電装置。
【請求項１１】
その内部を第１の熱媒体が通過する第１流路体と、 その内部を第２の熱媒体が通過する第２流路体と、 温度差により発電する第１及び第２発電層と、を設け、 前記第１流路体は、前記第１の熱媒体が流入する入口と、前記第１の熱媒体が流出する出口と、同心状に形成された環状断面を有する内側及び外側分岐流路と、前記入口から流入した前記第１の熱媒体を前記内側及び外側分岐流路に分岐させる分岐部と、前記内側及び外側分岐流路を通過した前記第１の熱媒体を合流させて出口に導く合流部と、を有し、 前記第２流路体は、第２の熱媒体が流入する入口と、第２の熱媒体が流出する出口と、前記内側及び外側分岐流路の間に同心状に形成された環状断面を有する中間流路と、を有するように設け、 前記第１発電層を、前記内側分岐流路と前記中間流路との間に設け、 前記第２発電層を、前記中間流路と前記外側分岐流路との間に設け、 前記第１及び第２の熱媒体の一方は、他方よりも低温の熱媒体とした、熱電発電装置において、前記第１及び第２の発電層において発電を行う熱電発電方法。
【国際調査報告】
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