JPH05166553A - 熱電変換素子 - Google Patents
熱電変換素子Info
- Publication number
- JPH05166553A JPH05166553A JP3336326A JP33632691A JPH05166553A JP H05166553 A JPH05166553 A JP H05166553A JP 3336326 A JP3336326 A JP 3336326A JP 33632691 A JP33632691 A JP 33632691A JP H05166553 A JPH05166553 A JP H05166553A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conversion element
- thermoelectric conversion
- different
- transfer particles
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱エネルギーと電気エネルギーとの相互変換
を可能とする電荷移動粒子分散有機媒体系の新規な熱電
変換素子を得ることを目的とする。 【構成】 電気的性質を異にし、かつ、互いに非相溶性
の異種の媒体に電荷移動性粒子を分散させた熱電変換素
子である。電荷移動性粒子としてはカーボングラファイ
ト、カーボンブラック、カーボン短繊維が、異種の媒体
としてはパラフィンワックスとポリエチレングリコール
の組合せ、あるいは木蝋とポリエチレンオキサイドの組
合せなどが好ましい。
を可能とする電荷移動粒子分散有機媒体系の新規な熱電
変換素子を得ることを目的とする。 【構成】 電気的性質を異にし、かつ、互いに非相溶性
の異種の媒体に電荷移動性粒子を分散させた熱電変換素
子である。電荷移動性粒子としてはカーボングラファイ
ト、カーボンブラック、カーボン短繊維が、異種の媒体
としてはパラフィンワックスとポリエチレングリコール
の組合せ、あるいは木蝋とポリエチレンオキサイドの組
合せなどが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーと電気エ
ネルギーとの相互変換を可能とする電荷移動粒子分散有
機媒体系の新規な熱電変換素子に関するものである。
ネルギーとの相互変換を可能とする電荷移動粒子分散有
機媒体系の新規な熱電変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱エネルギーから電気エネルギー
を得るには次の方法が知られている。 Ａ）熱エネルギーを機械エネルギーに変換して発電機を
回して電気エネルギーを得る方法。現在の火力、原子力
発電はこれによっている。 Ｂ）電磁流体発電(ＭＨＤ(magnetohydrodynamic)発
電)。これは、電気伝導性流体、特に高温プラズマを磁
場に垂直に流動せしめ、電磁誘導による起電力により発
電する方法である。一時期原子炉との組合せが議論され
たが、環境問題を考慮すると、この実現には無理がある
と思われる。 Ｃ）熱電子発電。Ｂ)の方法と同じ原理であるが、流体
として一方の電極から熱放出される熱電子を用いる。
を得るには次の方法が知られている。 Ａ）熱エネルギーを機械エネルギーに変換して発電機を
回して電気エネルギーを得る方法。現在の火力、原子力
発電はこれによっている。 Ｂ）電磁流体発電(ＭＨＤ(magnetohydrodynamic)発
電)。これは、電気伝導性流体、特に高温プラズマを磁
場に垂直に流動せしめ、電磁誘導による起電力により発
電する方法である。一時期原子炉との組合せが議論され
たが、環境問題を考慮すると、この実現には無理がある
と思われる。 Ｃ）熱電子発電。Ｂ)の方法と同じ原理であるが、流体
として一方の電極から熱放出される熱電子を用いる。
【０００３】Ｄ）ゼーベック効果による方法。異種の金
属、異種の半導体(この場合はｐ型ｎ型の組合せが良い)
を接合せしめ、接合面の反対側の端に温度差を与えると
起電力を生ずることが知られていて、これをゼーベック
効果という。 Ｅ）焦電性による起電力の発生。強誘体の温度を変化さ
せると自発分極の変化により表面に電荷が現れ、これに
より起電力を発生する。
属、異種の半導体(この場合はｐ型ｎ型の組合せが良い)
を接合せしめ、接合面の反対側の端に温度差を与えると
起電力を生ずることが知られていて、これをゼーベック
効果という。 Ｅ）焦電性による起電力の発生。強誘体の温度を変化さ
せると自発分極の変化により表面に電荷が現れ、これに
より起電力を発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在知られている熱エ
ネルギーから電気エネルギーの変換方法は以上の通りで
ある。その内Ｂ)以後の熱から電気への直接変換は殆ど
実用化されていない。Ｂ)は装置が大型となる欠点を有
する。Ｄ)はこれと逆の電気エネルギーを与えて温度差
を得る(これをペルチェ効果という)電子冷凍は実用にな
っているが、発電は行われていない。Ｄ)及びＥ)は、共
に発電よりセンサーとして用いられている。
ネルギーから電気エネルギーの変換方法は以上の通りで
ある。その内Ｂ)以後の熱から電気への直接変換は殆ど
実用化されていない。Ｂ)は装置が大型となる欠点を有
する。Ｄ)はこれと逆の電気エネルギーを与えて温度差
を得る(これをペルチェ効果という)電子冷凍は実用にな
っているが、発電は行われていない。Ｄ)及びＥ)は、共
に発電よりセンサーとして用いられている。
【０００５】本発明による熱電変換素子は、上記Ｂ)か
らＥ)までのどれよりも簡単な系のものの開発を目的と
するものであり、熱からの発電を経済的なものとし、少
なくとも廃熱を利用した発電が可能であり、従来無駄に
廃棄していた熱エネルギーを電気エネルギーとして再利
用する道を開こうとするものである。
らＥ)までのどれよりも簡単な系のものの開発を目的と
するものであり、熱からの発電を経済的なものとし、少
なくとも廃熱を利用した発電が可能であり、従来無駄に
廃棄していた熱エネルギーを電気エネルギーとして再利
用する道を開こうとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのための手段として、
本発明では、電気的性質を異にし、かつ、互いに非相溶
性の異種の媒体に電荷移動性粒子を分散させた熱電変換
素子とした。
本発明では、電気的性質を異にし、かつ、互いに非相溶
性の異種の媒体に電荷移動性粒子を分散させた熱電変換
素子とした。
【０００７】ここでいう電荷移動性粒子は、グラファイ
ト粒子(箔、ウィスカー、繊維等を含む)、金属粒子
(箔、ウィスカー、繊維等を含む)、ドナー及びアクセプ
ター化合物である。また、異種の媒体とは、異なった極
性や異なったエレクトロンアフィニティーあるいは、異
なったイオン化ポテンシャルを持つ媒体の組合せをい
う。これらの中でも、電荷移動性粒子としてはカーボン
グラファイト、カーボンブラック、カーボン短繊維が、
異種の媒体としてはパラフィンワックスとポリエチレン
グリコール、あるいは木蝋とポリエチレンオキサイドな
どの組合せである熱電変換素子が好ましい。
ト粒子(箔、ウィスカー、繊維等を含む)、金属粒子
(箔、ウィスカー、繊維等を含む)、ドナー及びアクセプ
ター化合物である。また、異種の媒体とは、異なった極
性や異なったエレクトロンアフィニティーあるいは、異
なったイオン化ポテンシャルを持つ媒体の組合せをい
う。これらの中でも、電荷移動性粒子としてはカーボン
グラファイト、カーボンブラック、カーボン短繊維が、
異種の媒体としてはパラフィンワックスとポリエチレン
グリコール、あるいは木蝋とポリエチレンオキサイドな
どの組合せである熱電変換素子が好ましい。
【０００８】
【作用】本発明の素子の、起電力発生の機構は、先に述
べたＢ)からＥ)のどれとも異なっていると考えられる。
すなわち磁場が存在しないので、Ｂ)でもＣ)でもない。
また、グラファイト、ワックスは強誘電体ではないの
で、Ｅ)も該当しない。またゼーベック効果が発現する
ような系とも思えない。現在までに知識を基にして起電
力発生の機構を推定すると次のようになる。
べたＢ)からＥ)のどれとも異なっていると考えられる。
すなわち磁場が存在しないので、Ｂ)でもＣ)でもない。
また、グラファイト、ワックスは強誘電体ではないの
で、Ｅ)も該当しない。またゼーベック効果が発現する
ような系とも思えない。現在までに知識を基にして起電
力発生の機構を推定すると次のようになる。
【０００９】ポリエチレングリコール−グラファイトの
混合系はスイッチング機能を有すること、またこれを利
用した自己温度制御面状発熱体については既に特公平3-
42681号、特公平3-69153号によって提案している。この
自己温度制御の機構については、グラファイトからポリ
エチレングリコールへの電子移動によって説明されてい
る。
混合系はスイッチング機能を有すること、またこれを利
用した自己温度制御面状発熱体については既に特公平3-
42681号、特公平3-69153号によって提案している。この
自己温度制御の機構については、グラファイトからポリ
エチレングリコールへの電子移動によって説明されてい
る。
【００１０】組成物Ａにおいては、グラファイトから電
子がポリエチレングリコールへ移動し、ポリエチレング
リコール内のトラッピング準位に局在化していると考え
られる。温度が上昇すると両組成物共に液層となり、溶
媒和している局在化電子が、溶媒分子の拡散を伴って下
方の電極に達し、負の電荷の源となり、一方グラファイ
ト粒子内の正孔(ホール)は直接接触しているグラファイ
ト粒子を経由して上方の電極に達する。この場合ホール
が下方の電極へは移動せず上方に移動する理由は組成物
ＡＢの界面より下方ではホール濃度が高いので、ホール
の拡散は上方に向かう。実際は下方と上方の両方の移動
があるかもしれないが、差引で上方の方が多い。この様
に考えれば、一応本発明の素子の起電力の発生は説明で
きるが、いまだ明らかでない。
子がポリエチレングリコールへ移動し、ポリエチレング
リコール内のトラッピング準位に局在化していると考え
られる。温度が上昇すると両組成物共に液層となり、溶
媒和している局在化電子が、溶媒分子の拡散を伴って下
方の電極に達し、負の電荷の源となり、一方グラファイ
ト粒子内の正孔(ホール)は直接接触しているグラファイ
ト粒子を経由して上方の電極に達する。この場合ホール
が下方の電極へは移動せず上方に移動する理由は組成物
ＡＢの界面より下方ではホール濃度が高いので、ホール
の拡散は上方に向かう。実際は下方と上方の両方の移動
があるかもしれないが、差引で上方の方が多い。この様
に考えれば、一応本発明の素子の起電力の発生は説明で
きるが、いまだ明らかでない。
【００１１】
1)熱電変換素子の構成 70重量部のポリエチレングリコール(第一工業製薬Ｎo.1
000)を加熱溶融し、これに30重量部のグラファイト(鱗
片状黒鉛、西村黒鉛製90-300Ｍ)を撹拌しながら混合し
た。これを組成物Ａとする。次に70重量部のパラフィン
ワックス(日本精蝋社製マイクロクリスタリンワックス
Ｈi-Ｍic-2095)に30重量部のグラファイト(前述)を同様
に混合した。これを組成物Ｂとする。図１,２に示すよ
うに、素子の外皮１として50ミクロンのＰＥＴフィルム
を用いた。外皮１のＰＥＴフィルムに銅電極２を張り付
け、この上に溶融状態の組成物Ａを流して固化した後、
この上部に同じく溶融した組成物Ｂを流し、更に銅電極
２のついた外皮１を上部に取り付けて固化させた。銅電
極は、今回は図１に示した格子状のものを用いたが、単
なる平面板であっても構わない。上部及び下部に設けた
銅電極には、リード線３を取り付けた。素子の形状は６
×７.５cm、厚さ６.５mm、用いた組成物Ａ及びＢはそれ
ぞれ21グラムであった。これを素子Ｉとする。
000)を加熱溶融し、これに30重量部のグラファイト(鱗
片状黒鉛、西村黒鉛製90-300Ｍ)を撹拌しながら混合し
た。これを組成物Ａとする。次に70重量部のパラフィン
ワックス(日本精蝋社製マイクロクリスタリンワックス
Ｈi-Ｍic-2095)に30重量部のグラファイト(前述)を同様
に混合した。これを組成物Ｂとする。図１,２に示すよ
うに、素子の外皮１として50ミクロンのＰＥＴフィルム
を用いた。外皮１のＰＥＴフィルムに銅電極２を張り付
け、この上に溶融状態の組成物Ａを流して固化した後、
この上部に同じく溶融した組成物Ｂを流し、更に銅電極
２のついた外皮１を上部に取り付けて固化させた。銅電
極は、今回は図１に示した格子状のものを用いたが、単
なる平面板であっても構わない。上部及び下部に設けた
銅電極には、リード線３を取り付けた。素子の形状は６
×７.５cm、厚さ６.５mm、用いた組成物Ａ及びＢはそれ
ぞれ21グラムであった。これを素子Ｉとする。
【００１２】上記の素子の製作に用いたマイクロクリス
タリンワックスＨi-Ｍic-2095の替わりにパラフィンワ
ックス(日本精蝋パラフィンワックス155)を用い、同じ
方法で素子IIを作製した。組成物Ａ(グラファイト−ポ
リエチレングリコール)及び組成物Ｂ(グラファイト−パ
ラフィンワックス155)はそれぞれ14グラム、素子は６×
７.５cm、厚さ４mmであった。これを素子IIとする。
タリンワックスＨi-Ｍic-2095の替わりにパラフィンワ
ックス(日本精蝋パラフィンワックス155)を用い、同じ
方法で素子IIを作製した。組成物Ａ(グラファイト−ポ
リエチレングリコール)及び組成物Ｂ(グラファイト−パ
ラフィンワックス155)はそれぞれ14グラム、素子は６×
７.５cm、厚さ４mmであった。これを素子IIとする。
【００１３】2)起電力の測定 素子の組成物Ａの側を下方にし、素子上部に温度測定の
センサーを取り付け、上方よりドライヤーで熱風を送り
つつリード線をデジタルマルチメーターに接続して温度
及び起電力を下方の銅電極(組成物Ａと接している)を基
準に測定した。温度測定にはデジタル温度計(Takara-DI
GIMULTI-D611)、電圧測定はタケダリケンTR-6841を用い
た。素子Ｉの温度と起電力の関係を図３に示す。図３に
見られるように、素子温度が85℃を越えると、起電力が
立ち上がり100℃近辺で約180mVにも達する。
センサーを取り付け、上方よりドライヤーで熱風を送り
つつリード線をデジタルマルチメーターに接続して温度
及び起電力を下方の銅電極(組成物Ａと接している)を基
準に測定した。温度測定にはデジタル温度計(Takara-DI
GIMULTI-D611)、電圧測定はタケダリケンTR-6841を用い
た。素子Ｉの温度と起電力の関係を図３に示す。図３に
見られるように、素子温度が85℃を越えると、起電力が
立ち上がり100℃近辺で約180mVにも達する。
【００１４】素子IIの場合も図３と同様な結果が得られ
たが、起電力は100℃近辺で約100mVであった。この二つ
の素子の結果の差は、ワックスの種類の差か、素子製作
上の出来上りの差によるのかは、現時点では断定できな
い。双方の素子ともに温度が低下すると起電力もゼロと
なる。素子Ｉの100℃における短絡電流は約150μＡであ
った。
たが、起電力は100℃近辺で約100mVであった。この二つ
の素子の結果の差は、ワックスの種類の差か、素子製作
上の出来上りの差によるのかは、現時点では断定できな
い。双方の素子ともに温度が低下すると起電力もゼロと
なる。素子Ｉの100℃における短絡電流は約150μＡであ
った。
【００１５】
【発明の効果】本発明の熱電変換素子は、特に廃熱の電
気への変換の分野で利用でき、エネルギーの節約のみな
らず、自然環境の温暖化防止にも貢献できる。
気への変換の分野で利用でき、エネルギーの節約のみな
らず、自然環境の温暖化防止にも貢献できる。
【図１】熱電変換素子を用いた熱電池の断面図である。
【図２】同熱電池の平面図である。
【図３】同熱電池の温度起電力のグラフである。
１ 外皮(ＰＥＴフィルム) ２ 銅電極 ３ リード線
Claims (4)
- 【請求項１】 電気的性質を異にし、かつ、互いに非相
溶性の異種の媒体に電荷移動性粒子を分散させた熱電変
換素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の電荷移動性粒子は、カー
ボングラファイト粒子、金属粒子、ドナー及びアクセプ
ター化合物である熱電変換素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の異種の媒体は、異なった
極性、異なったエレクトロンアフィニティー、異なった
イオン化ポテンシャルを持つ媒体の組合せである熱電変
換素子。 - 【請求項４】 請求項１記載の電荷移動性粒子がカーボ
ングラファイト、異種の媒体がパラフィンワックスとポ
リエチレングリコールの組合せである熱電変換素子。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3336326A JPH05166553A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱電変換素子 |
| AU28400/92A AU649894B2 (en) | 1991-11-25 | 1992-11-17 | Electric power generating element |
| CA002083207A CA2083207C (en) | 1991-11-25 | 1992-11-18 | Electric power generating element |
| EP92119917A EP0545200B1 (en) | 1991-11-25 | 1992-11-23 | Electric power generating element |
| DE69224969T DE69224969T2 (de) | 1991-11-25 | 1992-11-23 | Element zur Erzeugung elektrischer Energie |
| US07/981,217 US5487790A (en) | 1991-11-25 | 1992-11-25 | Electric power generating element |
| KR1019920022265A KR960000192B1 (ko) | 1991-11-25 | 1992-11-25 | 발전소자 |
| US08/443,167 US5608181A (en) | 1991-11-25 | 1995-05-17 | Electric power generating element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3336326A JPH05166553A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05166553A true JPH05166553A (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=18297966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3336326A Pending JPH05166553A (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | 熱電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05166553A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013179301A (ja) * | 2005-10-05 | 2013-09-09 | Beretich Thomas | 熱的に制御可能なエネルギ生成システム |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP3336326A patent/JPH05166553A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013179301A (ja) * | 2005-10-05 | 2013-09-09 | Beretich Thomas | 熱的に制御可能なエネルギ生成システム |
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