(57)【要約】【課題】熱源を十分に活用してスペース効率を格段に向上することができる温度差発電装置及び温度差発電方法を提供する。【構成】一方の高温流体流路２ａの他端に接続されたパイプ４ｂと他方の高温流体流路２ｂの一端に接続されたパイプ５ａとを相互に連通することにより、一対の高温流体流路２ａ，２ｂは相互に連結される。  その結果、高温流体取込口であるパイプ４ａから一方の高温流体流路２ａに高温流体が取り込まれ、パイプ４ｂ及びパイプ５ａを介して他方の高温流体流路２ｂ内に高温流体が流入し、他方の高温流体流路２ｂのパイプ５ｂから高温流体排出路に高温流体が排出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する高温流体流路と、低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する低温流体流路と、一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子と、を備え、相互に平行に配設される少なくとも二の高温流体流路が、その二の高温流体流路のうち一方の高温流体流路の高温流体排出口と他方の高温流体流路の高温流体取込口が連通されていることを特徴とする温度差発電装置。
【請求項２】
相互に平行に配設される少なくとも二の低温流体流路が、その二の低温流体流路のうち一方の低温流体流路の低温流体排出口と他方の低温流体流路の低温流体取込口とが連通されていることを特徴とする請求項１記載の温度差発電装置。
【請求項３】
高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する高温流体流路と、低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する低温流体流路と、一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子と、を備え、同一の熱電変換素子に熱的に接続された一対の高温流体流路と低温流体流路とよりなる熱電変換ユニットを少なくとも二以上有し、一の熱電変換ユニットの高温流体流路に熱的に接続されると共に他の熱電変換ユニットの低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子を有すると共に、一の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体排出口と他の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体取込口が連通されていることを特徴とする温度差発電装置。
【請求項４】
一の熱電変換ユニットの低温流体流路の低温流体排出口と他の熱電変換ユニットの低温流体流路の低温流体取込口が連通されている請求項３記載の温度差発電装置。
【請求項５】
高温流体流路及び低温流体流路の流体の進行方向と垂直な断面における外形が実質的に四角形にされてなる請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の温度差発電装置。
【請求項６】
高温流体流路及び低温流体流路の流体の進行方向と垂直な断面における外形が実質的に三角形にされてなる請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の温度差発電装置。
【請求項７】
熱電変換素子が高温流体流路の外壁と低温流体流路の外壁との間に設けられる請求項１〜請求項６のいずれか一に記載の温度差発電装置。
【請求項８】
熱電変換素子を一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続されるように配置し、高温流体流路の高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する工程と、低温流体流路の低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する工程とを同時に行う温度差発電方法であって、少なくとも二の高温流体流路を相互に平行に配設し、その二の高温流体流路のうち一方の高温流体流路の高温流体排出口から他方の高温流体流路の高温流体取込口に高温流体を流通させる工程を有することを特徴とする温度差発電方法。
【請求項９】
少なくとも二の低温流体流路を相互に平行に配設し、その二の低温流体流路のうちの一方の低温流体流路の低温流体排出口から他方の低温流体流路の低温流体取込口に低温流体を流通させる工程を有する請求項８に記載の温度差発電方法。
【請求項１０】
熱電変換素子を一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続されるように配置し、高温流体流路の高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する工程と、低温流体流路の低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する工程とを同時に行う温度差発電方法であって、同一の熱電変換素子を一の高温流体流路と一の低温流体流路とに熱的に接続した熱電変換ユニットを少なくとも二以上配置し、一の熱電変換ユニットの高温流体流路に熱的に接続されると共に他の熱電変換ユニットの低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子を設けると共に、前記一の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体排出口と前記他の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体取込口を連通することを特徴とする温度差発電方法。
【請求項１１】
高温流体を温泉からの高温流体とし、高低差もしくは温泉の自噴力を用いて、少なくとも一の高温流体流路に温泉からの高温流体を取り込む請求項８又は請求項９に記載の温度差発電方法。
【請求項１２】
低温流体を河川からの低温流体とする請求項８〜請求項１１いずれか一に記載の温度差発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の温度差を利用して発電を行う温度差発電装置及び温度差発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度差発電は、エンジン、電気温水器、湯水混合装置等の機械からの廃熱を利用したもの等が提案されている。また、海洋の表層水と深層水の温度差を利用した装置（Ｄ．Ｋ．Ｂｅｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ，  ”Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  ｆｒｏｍ  Ｌｏｗ  Ｇｒａｎｄｅｄ  Ｈｅａｔ”，  Ｐｒｏｃ．  ３ｒｄ  ＩＣＴＥＣ，  Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ，  ｐ２７，  １９８０）や、地熱を利用した発電装置など、自然環境として存在する熱源を利用した装置も提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。
【０００３】
特許文献１〜特許文献４の温度差発電装置は、廃熱を利用すべき機械の存在を前提とし、エンジン内部の燃焼による発熱や、電気・ガスなどによる発熱を、熱源としている。つまり、熱源となりうる燃焼機械等が必要であった。
また特許文献５の装置は、自然環境から熱源を得ているため、熱源としての燃焼機械等は必要でない。しかしながら、深層海水を引き上げるための駆動源や、熱流体の存在する地下深くまで冷却水を供給して、回収するための駆動源が必要であり、大きな設備投資が必要であった。
【０００４】
特許文献６にはこのような問題点を解決して、駆動源を必要としない、また、駆動源を有する温度差発電技術であっても、その効率を向上することができ、さらには、大きな設備投資を必要としない熱水流と冷水流の温度差を熱電変換素子に与えることによって発電を行う温度差発電装置が開示された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１１１２６８号公報
【特許文献２】特開昭６４−７４０７５号公報
【特許文献３】特開平５−１２６４０５号公報
【特許文献４】特開平２−１１９５８９号公報
【特許文献５】特公平１−２０３１５号公報
【特許文献６】特許３１６３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献６の発電装置は自噴力または高低差を用いて、熱水流、冷水流を形成してポンプ等の駆動源を必要としないとしても、熱源である熱水流、冷水流を十分に活用しているということはできず、そのためスペース効率が悪く、汎用性に乏しいという問題があった。
本発明は以上の従来技術の問題に鑑み、熱源を十分に活用してスペース効率を格段に向上することができる温度差発電装置及び温度差発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温度差発電装置は、高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する高温流体流路と、低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する低温流体流路と、一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子と、を備え、相互に平行に配設される少なくとも二の高温流体流路が、その二の高温流体流路のうち一方の高温流体流路の高温流体排出口が他方の高温流体流路の高温流体取込口となる関係で連通されていることを特徴とする。
【０００８】
相互に平行に配設される少なくとも二の低温流体流路が、その二の低温流体流路のうち一方の低温流体流路の低温流体排出口が他方の低温流体流路の低温流体取込口となる関係で連通されているようにすることができる。
【０００９】
さらに本発明の温度差発電装置は、高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する高温流体流路と、低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する低温流体流路と、一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子と、を備え、同一の熱電変換素子に熱的に接続された一対の高温流体流路と低温流体流路とよりなる熱電変換ユニットを少なくとも二以上有し、一の熱電変換ユニットの高温流体流路に熱的に接続されると共に他の熱電変換ユニットの低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子を有すると共に、一の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体排出口と他の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体取込口が連通されていることを特徴とする。
【００１０】
一の熱電変換ユニットの低温流体流路の低温流体排出口と他の熱電変換ユニットの低温流体流路の低温流体取込口を連通してもよい。
【００１１】
高温流体流路及び低温流体流路の流体の進行方向と垂直な断面における外形が実質的に四角形若しくは三角形にされてなるようにしてもよい。
【００１２】
熱電変換素子が高温流体流路の外壁と低温流体流路の外壁との間に設けられるようにすることができる。
【００１３】
高温流体流路及び低温流体流路の少なくとも一方の内側には、フィンが設けられてもよい。
【００１４】
高温流体流路または低温流体流路の少なくとも何れかの外周に、断熱手段を設けることもできる。
【００１５】
本発明の温度差発電方法は、熱電変換素子を一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続されるように配置し、高温流体流路の高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する工程と、低温流体流路の低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する工程とを同時に行う温度差発電方法であって、少なくとも二の高温流体流路を相互に平行に配設し、その二の高温流体流路のうち一方の高温流体流路の高温流体排出口から他方の高温流体流路の高温流体取込口に高温流体を流通させる工程を有することを特徴とする。
【００１６】
少なくとも二の低温流体流路を相互に平行に配設し、その二の低温流体流路のうちの一方の低温流体流路の低温流体排出口から他方の低温流体流路の低温流体取込口に低温流体を流通させる工程を有するようにすることができる。
【００１７】
さらに本発明の温度差発電方法は、熱電変換素子を一部が高温流体流路に熱的に接続され、他部が低温流体流路に熱的に接続されるように配置し、高温流体流路の高温流体取込口より高温流体を取り込み、高温流体排出口より高温流体を排出する工程と、低温流体流路の低温流体取込口より低温流体を取り込み、低温流体排出口より低温流体を排出する工程とを同時に行う温度差発電方法であって、同一の熱電変換素子を一の高温流体流路と一の低温流体流路とに熱的に接続した熱電変換ユニットを少なくとも二以上配置し、一の熱電変換ユニットの高温流体流路に熱的に接続されると共に他の熱電変換ユニットの低温流体流路に熱的に接続された熱電変換素子を設けると共に、前記一の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体排出口と前記他の熱電変換ユニットの高温流体流路の高温流体取込口を連通することを特徴とする。
【００１８】
高温流体を温泉からの高温流体とし、高低差もしくは温泉の自噴力を用いて、少なくとも一の高温流体流路に温泉からの高温流体を取り込むようにすることができる。
【００１９】
低温流体を河川からの低温流体とし、一定方向に流れる水の流下方向に沿って水に浸漬される通水管を用いる無道力揚水装置によって河川からの低温流体を取り込むようにしてもよい。これにより、ポンプ等の駆動源を必要としない発電装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の温度差発電装置及び温度差発電方法によれば、スペース効率を高め、スペースおよび材料費の低減に貢献でき、より安価で、少スペースに加え高能率な温度差発電装置及び温度差発電方法とすることができる。また必要に応じて温度差と流量を調整することによって、電圧、電流値の変更が可能で、柔軟な対応ができる温度差発電装置及び温度差発電方法である。またその出力は、昼夜を問わず、ほぼ一定して得られ、天候に左右される太陽電池に比べて、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態の温度差発電装置の斜視図である。
【図２】図１の温度差発電装置の断面図である。
【図３】図１の温度差発電装置の部分拡大斜視図である。
【図４】図１の温度差発電装置の分解平面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の温度差発電装置の斜視図である。
【図６】（ａ）本発明のさらに他の実施の形態の温度差発電装置に関する模式説明図である。（ｂ）本発明のさらに別の実施の形態の温度差発電装置に関する模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に、温度差発電装置１の外観を示す。
温度差発電装置１は、相互に連結された１対の高温流体流路２ａ、２ｂと、相互に連結された１対の低温流体流路３ａ、３ｂとを備えている。
【００２３】
図２に、温度差発電装置１の断面を示す。高温流体流路２、低温流体流路３の壁は、銅等の熱伝導性の高い材料を用いることが好ましい。ただし、高温流体流路２、低温流体流路３を流れる高温流体流、低温流体流が、腐食性の酸性、アルカリ性である場合には、耐腐食性を持つ材料（アルミニウム等）を用いることが好ましい。
【００２４】
一方の高温流体流路２ａの一端にはパイプ４ａが接続され、他端にはパイプ４ｂが接続される。他方の高温流体流路２ｂの一端にはパイプ５ａが接続され、他端にはパイプ５ｂが接続される。一方の高温流体流路２ａの一端に接続されたパイプ４ａには高温流体取込路（図示せず）を接続し、他方の高温流体流路２ｂのパイプ５ｂには高温流体排出路（図示せず）が接続される。
【００２５】
而して一方の高温流体流路２ａの他端に接続されたパイプ４ｂと他方の高温流体流路２ｂの一端に接続されたパイプ５ａとを相互に連通することにより、一対の高温流体流路２ａ，２ｂは相互に連結される。
その結果、高温流体取込口であるパイプ４ａから一方の高温流体流路２ａに高温流体が取り込まれ、パイプ４ｂ及びパイプ５ａを介して他方の高温流体流路２ｂ内に高温流体が流入し、他方の高温流体流路２ｂのパイプ５ｂから高温流体排出路に高温流体が排出される。
【００２６】
また一方の低温流体流路３ａの一端にはパイプ６ａが接続され、他端にはパイプ６ｂが接続される。他方の低温流体流路３ｂの一端にはパイプ７ａが接続され、他端にはパイプ７ｂが接続される。一方の低温流体流路３ａの一端に接続されたパイプ６ａには低温流体取込路（図示せず）を接続し、他方の低温流体流路３ｂのパイプ７ｂには低温流体排出路（図示せず）が接続される。
【００２７】
而して一方の低温流体流路３ａの他端に接続されたパイプ６ｂと他方の低温流体流路３ｂの一端に接続されたパイプ７ａとを相互に連通することにより、一対の低温流体流路３ａ，３ｂは相互に連結される。
その結果、低温流体取込口であるパイプ６ａから一方の低温流体流路３ａに低温流体が取り込まれ、パイプ６ｂ及びパイプ７ａを介して他方の低温流体流路３ｂ内に低温流体が流入し、他方の低温流体流路３ｂのパイプ７ｂから低温流体排出路に低温流体が排出される。
【００２８】
１対の高温流体流路２ａ、２ｂのうちの一方の高温流体流路２ａと、１対の低温流体流路３ａ、３ｂのうちの一方の低温流体流路３ａの側面間及び他方の高温流体流路２ｂと他方の低温流体流路３ｂの側面間には複数の熱電変換素子８が貼り付けられる。
また一方の高温流体流路２ａの下面と他方の低温流体流路３ｂの上面間及び他方の高温流体流路２ｂの上面と一方の低温流体流路３ａの下面間には複数の熱電変換素子９が貼り付けられる。
【００２９】
この実施形態では、図３に示すように熱電変換素子８及び熱電変換素子９は、ペルチェ素子１０をセラミック板１１ａ、１１ｂで挟んでなり、セラミック板１１ａとセラミック板１１ｂとの間の温度差に応じて、リード１２ａ、１２ｂ間に起電力を生じる。図４に、高温流体流路２ｂと低温流体流路３ｂの上面に熱電変換素子９が貼り付けられた状態を示す。図４に示すように、熱電変換素子９を、複数個、高温流体流路２ｂと低温流体流路３ｂの上面に貼り付ける。さらに、この熱電変換素子９の上面に、低温流体流路３aと高温流体流路２ａの下面を貼り付けている。
【００３０】
なお、この実施形態では、複数個の熱電変換素子８及び熱電変換素子９を直列に接続し、発電出力をリード１３、１４（図４参照）の間に得るようにしている。
【００３１】
及び
したがって以上の温度差発電装置１は、高温流体流路２ａと低温流体流路３ａによって構成される一の熱電変換ユニットと、また高温流体流路２ｂと低温流体流路３ｂによって構成される他の熱電変換ユニットを有してなる。すなわち同一の熱電変換素子８に熱的に接続された一対の高温流体流路２ａと低温流体流路３ａとよりなる熱電変換ユニットと、他の一対の高温流体流路２ｂと低温流体流路３ｂとよりなる熱電変換ユニットを有し、一の熱電変換ユニットの高温流体流路２ａに熱的に接続されると共に他の熱電変換ユニットの低温流体流路３ｂに熱的に接続された熱電変換素子９を有すると共に、一の熱電変換ユニットの高温流体流路２ａの高温流体排出口であるパイプ４ｂと他の熱電変換ユニットの高温流体流路２ｂの高温流体取込口であるパイプ５ａが連通されている温度差発電装置が構成される。
【００３２】
図５は他の実施形態の温度差発電装置１の断面を示す。この実施形態の温度差発電装置１においては、高温流体流の高温を効率よく熱電変換素子８及び熱電変換素子９に伝導するために、熱電変換素子８及び熱電変換素子９に対向する高温流体流路２の内壁に、フィン１５を設けている。低温流体流路３においても、同様の目的で、フィン１６が設けられている。フィン１５、１６の材料としては、銅など熱伝導性の高いものが好ましく、流体の性質によっては、耐腐食性に優れていることも必要である。
【００３３】
図６に、他の実施形態による温度差発電装置１の断面図を示す。
図６（ａ）は高温流体流路２、低温流体流路３共に断面四角形とされる点は先の実施の形態と同様であるが、温度差発電装置１をさらに４体積層してなる。この場合に、高温流体流路２の全体が連通されるようにすることも可能であり、また少なくとも一対の高温流体流路２ａ、２ｂが連通された温度差発電装置１をさらに４体積層してなるようにすることもできる。低温流体流路３についても同様である。
図６（ｂ）は高温流体流路２、低温流体流路３共に断面三角形とされる点で先の実施の形態と異なる。この場合、１の高温流体流路２に対し３の低温流体流路３が熱電変換素子を介して隣接し、同時に１の低温流体流路３に対し３の高温流体流路２が熱電変換素子を介して隣接する関係となる。またその場合に、高温流体流路２の全体が連通されるようにすることも可能であり、また少なくとも一対の高温流体流路２ａ、２ｂが連通されてなるようにすることもできる。低温流体流路３についても同様である。
【００３４】
表１に高温流体流路２、低温流体流路３のそれぞれに導入する高温流体、低温流体の組合わせを例示する。表１に示すように温、熱水と冷水、温、熱風と冷風、高温水蒸気と雪、氷、焼成物等の冷却排熱と冷排水、排ガス熱（自動車）と流入外気、微生物発酵熱と空気、摩擦熱と大気、焼却炉排熱と融解熱、太陽熱と放熱装置、の組み合わせが考えられ、熱源としてはその他に地熱、熱交換機の排熱等がある。
【表１】
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【実施例】
【００３５】
図１の温度差発電装置１を用いて実験を行った。高温流体流路２、低温流体流路３は、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１０００ｍｍのアルミニウム管を用いた。温度差発電装置１に対して、図４の熱電変換素子８を２０個貼り付けた。高温流体の温度、低温流体の温度、起電力等を表２に示す。なお、パイプの幅や長さ、厚さ、パイプの組み合わせ本数を変える事により柔軟な対応が可能である。また温度差と流量によっても、電圧、電流値の配線変更可能である。また出力は、昼夜を問わず、ほぼ一定して得られた。この点、天候に左右される太陽電池に比べて、有利である。
【表２】
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【符号の説明】
【００３６】
１・・・温度差発電装置、２・・・高温流体流路、３・・・低温流体流路、４、５、６、７・・・パイプ、８，９・・・熱電変換素子、１５，１６・・・フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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