JPH1014255A - 熱電複合システム - Google Patents
熱電複合システムInfo
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- JPH1014255A JPH1014255A JP8175826A JP17582696A JPH1014255A JP H1014255 A JPH1014255 A JP H1014255A JP 8175826 A JP8175826 A JP 8175826A JP 17582696 A JP17582696 A JP 17582696A JP H1014255 A JPH1014255 A JP H1014255A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
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- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
- Y04S20/20—End-user application control systems
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 熱電効果を利用した半導体熱電池をインバ−
タ装置に組み込み、負荷へ電力を供給時、電気エネルギ
−を熱エネルギ−として半導体熱電池に貯蔵し、熱エネ
ルギ−が一定以上蓄積された時点で再度電気エネルギ−
に変換し負荷に供給し、電力の有効利用と、大幅な省エ
ネ効果を得る。 【解決手段】 インバ−タ装置の逆変換器と順変換器と
の間に、複数の熱電素子よりなる半導体熱電池モジュ−
ルを直列接続し、熱電池モジュ−ルの発熱部あるいは吸
熱部の温度が所定値に達したとき、またはタイマ−のセ
ット時間が所定値に達したとき、商用電源よりの交流入
力をオフまたはオンし、熱電池モジュ−ルよりの出力を
インバ−タ装置の逆変換器に入力する。また、直流電源
（例えば太陽電池）の出力を逆変換器により交流に変換
し負荷へ電力を供給するシステムで、半導体熱電池モジ
ュ−ルを直流電源と逆変換器との間に直列接続し、直流
電源の出力が所定値以下になったとき、直流電源の出力
を遮断し、熱電池モジュ−ルの出力を逆変換器に入力し
負荷へ電力を供給する。
タ装置に組み込み、負荷へ電力を供給時、電気エネルギ
−を熱エネルギ−として半導体熱電池に貯蔵し、熱エネ
ルギ−が一定以上蓄積された時点で再度電気エネルギ−
に変換し負荷に供給し、電力の有効利用と、大幅な省エ
ネ効果を得る。 【解決手段】 インバ−タ装置の逆変換器と順変換器と
の間に、複数の熱電素子よりなる半導体熱電池モジュ−
ルを直列接続し、熱電池モジュ−ルの発熱部あるいは吸
熱部の温度が所定値に達したとき、またはタイマ−のセ
ット時間が所定値に達したとき、商用電源よりの交流入
力をオフまたはオンし、熱電池モジュ−ルよりの出力を
インバ−タ装置の逆変換器に入力する。また、直流電源
（例えば太陽電池）の出力を逆変換器により交流に変換
し負荷へ電力を供給するシステムで、半導体熱電池モジ
ュ−ルを直流電源と逆変換器との間に直列接続し、直流
電源の出力が所定値以下になったとき、直流電源の出力
を遮断し、熱電池モジュ−ルの出力を逆変換器に入力し
負荷へ電力を供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電効果を利用して電
気エネルギ−を熱エネルギ−に変換、貯蔵する機能を有
する半導体熱電池を、インバ−タ装置に組み込んで、電
力を無駄なく有効に利用するようにした熱電複合システ
ムに関するものである。
気エネルギ−を熱エネルギ−に変換、貯蔵する機能を有
する半導体熱電池を、インバ−タ装置に組み込んで、電
力を無駄なく有効に利用するようにした熱電複合システ
ムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】エネルギ−の８割以上を輸入に依存し、
一次エネルギ−供給における石油への依存度も約６割と
なっている等、日本のエネルギ−需要構造は、他の主要
先進国に比べて脆弱な状況にある。また、急激な経済成
長と依然として低いエネルギ−消費効率とに起因し、エ
ネルギ−需要の急増が見込まれているアジア地域をはじ
めとして、今後世界のエネエルギ−需要は、現在のまま
ではさらに大きく増大するものと予想されている。エネ
ルギ−は、経済社会を支える基本的な財であり、経済の
持続的発展のためには、エネルギ−の安定的かつ効率的
な供給が必要不可欠である。
一次エネルギ−供給における石油への依存度も約６割と
なっている等、日本のエネルギ−需要構造は、他の主要
先進国に比べて脆弱な状況にある。また、急激な経済成
長と依然として低いエネルギ−消費効率とに起因し、エ
ネルギ−需要の急増が見込まれているアジア地域をはじ
めとして、今後世界のエネエルギ−需要は、現在のまま
ではさらに大きく増大するものと予想されている。エネ
ルギ−は、経済社会を支える基本的な財であり、経済の
持続的発展のためには、エネルギ−の安定的かつ効率的
な供給が必要不可欠である。
【０００３】近年、二酸化炭素（ＣＯ2 ）の排出量の増
加による地球温暖化、窒素酸化物（ＮＯx ）や硫黄酸化
物（ＳＯx ）等による酸性雨等の地球環境問題に対し、
世界的な取り組みが進められている。これらは化石燃料
の燃焼に伴って排出されるものであり、エネルギ−と環
境問題は密接不可分の関係にある。世界有数のエネルギ
−消費国であり、国際社会において枢要な位置を占める
日本については、内外より積極的かつ責任ある行動が求
められているところである。
加による地球温暖化、窒素酸化物（ＮＯx ）や硫黄酸化
物（ＳＯx ）等による酸性雨等の地球環境問題に対し、
世界的な取り組みが進められている。これらは化石燃料
の燃焼に伴って排出されるものであり、エネルギ−と環
境問題は密接不可分の関係にある。世界有数のエネルギ
−消費国であり、国際社会において枢要な位置を占める
日本については、内外より積極的かつ責任ある行動が求
められているところである。
【０００４】このような状況の下、日本としても同問題
に対する的確な対応を図るべく、地球温暖化防止行動計
画（９０年策定）にて、１人当たりのＣＯ2 排出量を２
０００年以降９０年レベルに維持することを目標に定め
る等の取り組みを行ってきているが、これらの達成のた
めには、安定的な経済成長を達成しつつ、化石燃料の消
費を節減していくことが不可欠である。
に対する的確な対応を図るべく、地球温暖化防止行動計
画（９０年策定）にて、１人当たりのＣＯ2 排出量を２
０００年以降９０年レベルに維持することを目標に定め
る等の取り組みを行ってきているが、これらの達成のた
めには、安定的な経済成長を達成しつつ、化石燃料の消
費を節減していくことが不可欠である。
【０００５】一方、日本のエネルギ−供給の約４割を占
める電力は特有の利便性も手伝って、全体のエネルギ−
需要の伸びを上回って増え続け、９６年度の電力施設計
画の前提となる２００４年度までの最大電力の伸びは年
平均２．９％と想定している。更に２０１０年度には発
電電力量でみて１兆１３３０億Ｋｗｈ（９２年度比１．
５倍）に達すると予想されている。
める電力は特有の利便性も手伝って、全体のエネルギ−
需要の伸びを上回って増え続け、９６年度の電力施設計
画の前提となる２００４年度までの最大電力の伸びは年
平均２．９％と想定している。更に２０１０年度には発
電電力量でみて１兆１３３０億Ｋｗｈ（９２年度比１．
５倍）に達すると予想されている。
【０００６】以上に述べた諸問題に対処する有効な手段
は、エネルギ−の有効活用とともに、資源供給の面から
の節約が少なく、環境への負荷も小さい「新エネルギ
−」の導入を促進することであろう。
は、エネルギ−の有効活用とともに、資源供給の面から
の節約が少なく、環境への負荷も小さい「新エネルギ
−」の導入を促進することであろう。
【０００７】新エネルギ−は、太陽や風力などの「自然
エネルギ−」、焼却排熱や下水熱などの「リサイクルエ
ネルギ−」、コ−ジェネレ−ションや燃料電池などの
「高効率エネルギ−」などの総称であり、石油依存度の
低減やＣＯ2 の排出抑制に極めて有効である。
エネルギ−」、焼却排熱や下水熱などの「リサイクルエ
ネルギ−」、コ−ジェネレ−ションや燃料電池などの
「高効率エネルギ−」などの総称であり、石油依存度の
低減やＣＯ2 の排出抑制に極めて有効である。
【０００８】さらに、エネルギ−の有効活用という点か
らすると、エネルギ−の貯蔵機能を有する安価な装置や
素子の開発、例えば電気エネルギ−を熱エネルギ−に変
換して貯蔵するか、あるいは廃熱のエネルギ−を熱エネ
ルギ−として貯蔵し、必要時に貯蔵した熱エネルギ−を
電気エネルギ−として取り出すことができれば、上述し
た問題の極めて有効な解決策となる。
らすると、エネルギ−の貯蔵機能を有する安価な装置や
素子の開発、例えば電気エネルギ−を熱エネルギ−に変
換して貯蔵するか、あるいは廃熱のエネルギ−を熱エネ
ルギ−として貯蔵し、必要時に貯蔵した熱エネルギ−を
電気エネルギ−として取り出すことができれば、上述し
た問題の極めて有効な解決策となる。
【０００９】ところで、電気エネルギ−を貯蔵し、必要
時に再度電気エネルギ−として取り出す機器としては、
二次電池（化学電池）やフライホイ−ル、超電導貯蔵装
置などがあるが、最も一般的で普及しているものは充電
池としての二次電池である。二次電池といえば、かつて
は自動車用の鉛蓄電池が主力だったが、近頃では携帯電
話やＰＨＳ（簡易型携帯電話）、ノ−トパソコン、ビデ
オカメラといった携帯型機器を中心にニッケルカドミウ
ム（ニッカド）電池、ニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池の需要が急増している。しかし、電力用としては
鉛蓄電池が主流であることに変わりがなく、これら二次
電池のエネルギ−貯蔵の原理は、イオンの移動を伴う電
気化学反応に基づいたものである。従って、このエネル
ギ−貯蔵のためには、イオン伝導体としての電解質の存
在が必須条件である。
時に再度電気エネルギ−として取り出す機器としては、
二次電池（化学電池）やフライホイ−ル、超電導貯蔵装
置などがあるが、最も一般的で普及しているものは充電
池としての二次電池である。二次電池といえば、かつて
は自動車用の鉛蓄電池が主力だったが、近頃では携帯電
話やＰＨＳ（簡易型携帯電話）、ノ−トパソコン、ビデ
オカメラといった携帯型機器を中心にニッケルカドミウ
ム（ニッカド）電池、ニッケル水素電池、リチウムイオ
ン電池の需要が急増している。しかし、電力用としては
鉛蓄電池が主流であることに変わりがなく、これら二次
電池のエネルギ−貯蔵の原理は、イオンの移動を伴う電
気化学反応に基づいたものである。従って、このエネル
ギ−貯蔵のためには、イオン伝導体としての電解質の存
在が必須条件である。
【００１０】一方フライホイ−ルは、電気エネルギ−を
回転体の機械エネルギ−として貯蔵し、必要時に回転体
の機械エネルギ−を電気エネルギ−に変換して利用する
ものである。このフライホイ−ルを利用したものは、フ
ライホイ−ル電池として自動車用に１９５０年代スイス
で１．５トン余りの鋼鉄製の巨大なフライホイ−ルを持
った路線バスが実用化されているが、化学電池に代わる
可能性を持った小型のものが発表されたのは、軽量化で
強度に優れた炭素繊維強化プラスチックが一般化、高速
回転のフライホイ−ルが実現になった１９９０年代にな
ってからである。９３年に米国のベンチャ−企業「アメ
リカン・フライホイ−ル・システムズ（ＡＦＳ）」から
発表されたフライホイ−ル電池は、空気との摩擦を避け
るために真空に保たれた炭素繊維強化プラスチック製の
容器を使い、ジャイロ効果を打ち消す目的で逆方向に回
転する二個のフライホイ−ルを収めている。軸受け部分
には摩擦を避けるため非接触の磁気ベアリングを用い、
また各々の炭素繊維強化プラスチック製フライホイ−ル
には永久磁石が埋め込まれており、ハウジングの端に取
り付けられたピックアップコイルと回転する磁石により
発電して電力を取り出す構造になっている。
回転体の機械エネルギ−として貯蔵し、必要時に回転体
の機械エネルギ−を電気エネルギ−に変換して利用する
ものである。このフライホイ−ルを利用したものは、フ
ライホイ−ル電池として自動車用に１９５０年代スイス
で１．５トン余りの鋼鉄製の巨大なフライホイ−ルを持
った路線バスが実用化されているが、化学電池に代わる
可能性を持った小型のものが発表されたのは、軽量化で
強度に優れた炭素繊維強化プラスチックが一般化、高速
回転のフライホイ−ルが実現になった１９９０年代にな
ってからである。９３年に米国のベンチャ−企業「アメ
リカン・フライホイ−ル・システムズ（ＡＦＳ）」から
発表されたフライホイ−ル電池は、空気との摩擦を避け
るために真空に保たれた炭素繊維強化プラスチック製の
容器を使い、ジャイロ効果を打ち消す目的で逆方向に回
転する二個のフライホイ−ルを収めている。軸受け部分
には摩擦を避けるため非接触の磁気ベアリングを用い、
また各々の炭素繊維強化プラスチック製フライホイ−ル
には永久磁石が埋め込まれており、ハウジングの端に取
り付けられたピックアップコイルと回転する磁石により
発電して電力を取り出す構造になっている。
【００１１】フライホイ−ル電池は、約５００〜１００
０回の充放電で寿命がつきる従来の鉛蓄電池と違って数
千回の繰り返しに耐えるだけでなく、３倍以上のエネル
ギ−−密度を持ち、化学電池のような有害廃棄物を出さ
ないが、実用的な信頼性やコストの問題など解決すべき
課題を有している。
０回の充放電で寿命がつきる従来の鉛蓄電池と違って数
千回の繰り返しに耐えるだけでなく、３倍以上のエネル
ギ−−密度を持ち、化学電池のような有害廃棄物を出さ
ないが、実用的な信頼性やコストの問題など解決すべき
課題を有している。
【００１２】超電導貯蔵装置は、導体を冷却し、その電
気抵抗が零になる臨界温度以下の超電導状態にすること
により、電流による熱損失が零となり電気エネルギ−を
電流の形で貯蔵するものであるが、実用化までには多く
の技術的課題とともに、冷却装置を必要とするなど高価
なものとなる。
気抵抗が零になる臨界温度以下の超電導状態にすること
により、電流による熱損失が零となり電気エネルギ−を
電流の形で貯蔵するものであるが、実用化までには多く
の技術的課題とともに、冷却装置を必要とするなど高価
なものとなる。
【００１３】ところで、熱電効果を利用した技術は、化
学機器のうちで構造が簡単で良く知られているものの一
つであり、熱電対が動作するのと同じ現象のゼ−ベック
効果に基づいている。熱電対は構造が簡単で安価、それ
に信頼度が高いという理由から広く温度計測や制御装置
に使われている。しかし、電力用としてはラジオアイソ
ト−プ熱発電器（ＲＴＧ）以外には実用例がほとんどな
いのが現状である。
学機器のうちで構造が簡単で良く知られているものの一
つであり、熱電対が動作するのと同じ現象のゼ−ベック
効果に基づいている。熱電対は構造が簡単で安価、それ
に信頼度が高いという理由から広く温度計測や制御装置
に使われている。しかし、電力用としてはラジオアイソ
ト−プ熱発電器（ＲＴＧ）以外には実用例がほとんどな
いのが現状である。
【００１４】熱発電システムは駆動部がなく保守が容易
なほか、機器が小型ですむという特長があり、ごみ処理
場の焼却炉の壁や煙突など、内側と外側で温度差のある
所に設置すると、廃熱を利用して発電ができる。現在、
全国には地方自治体が運営するごみ処理場が約１８４０
箇所あるが、そのうちボイラ−型の発電が不可能なもの
が１４００箇所程度あり、科学技術庁では平成７年度よ
りこれら未利用廃熱を直接エネルギ−に変換して有効に
利用するためのシステム技術の開発に乗り出し、平成１
０年度には実証試験に入る計画をたてている。
なほか、機器が小型ですむという特長があり、ごみ処理
場の焼却炉の壁や煙突など、内側と外側で温度差のある
所に設置すると、廃熱を利用して発電ができる。現在、
全国には地方自治体が運営するごみ処理場が約１８４０
箇所あるが、そのうちボイラ−型の発電が不可能なもの
が１４００箇所程度あり、科学技術庁では平成７年度よ
りこれら未利用廃熱を直接エネルギ−に変換して有効に
利用するためのシステム技術の開発に乗り出し、平成１
０年度には実証試験に入る計画をたてている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたもので、熱電効果を利用して
電気エネルギ−を熱エネルギ−に変換、貯蔵する機能を
有する半導体熱電池を、インバ−タ装置に組み込んで、
電力を無駄なく有効に利用するようにして省エネ効果を
大幅にアップさせる、構成が簡単で安価な熱電複合シス
テムを得ることを目的とする。
を解決するためになされたもので、熱電効果を利用して
電気エネルギ−を熱エネルギ−に変換、貯蔵する機能を
有する半導体熱電池を、インバ−タ装置に組み込んで、
電力を無駄なく有効に利用するようにして省エネ効果を
大幅にアップさせる、構成が簡単で安価な熱電複合シス
テムを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
熱電複合システムは、商用電源の交流を直流に変換する
順変換器、該順変換器の出力を逆変換器により前記商用
電源の交流と同一の電圧および周波数に変換して負荷に
供給するインバ−タ装置を有し、複数の半導体熱電池
（例えばＰ型およびＮ型半導体よりなる熱電素子）より
なる熱電池モジュ−ルを、前記順変換器と前記逆変換器
との間に直列接続し、前記熱電池モジュ−ルの発熱部あ
るいは吸熱部の温度が所定値に達したとき、もしくはタ
イマ−により指示された時間が所定値に達したとき、前
記商用電源よりの交流入力をオフもしくはオンするとと
もに、前記熱電池モジュ−ルよりの出力を前記逆変換器
に極性変換して接続する。または、直流電力を逆変換器
により商用電源の交流と同一の電圧および周波数に変換
して負荷に供給するインバ−タ装置を有し、前記直流電
力を発生する直流電力発生機（例えば太陽電池）と前記
逆変換器との間に、複数の半導体熱電池よりなる熱電池
モジュ−ルを直列接続し、前記直流電力発生機の出力が
所定値以下になったとき、前記直流電力発生機の出力を
遮断するとともに、前記熱電池モジュ−ルよりの出力を
前記逆変換器に極性変換して接続する。
熱電複合システムは、商用電源の交流を直流に変換する
順変換器、該順変換器の出力を逆変換器により前記商用
電源の交流と同一の電圧および周波数に変換して負荷に
供給するインバ−タ装置を有し、複数の半導体熱電池
（例えばＰ型およびＮ型半導体よりなる熱電素子）より
なる熱電池モジュ−ルを、前記順変換器と前記逆変換器
との間に直列接続し、前記熱電池モジュ−ルの発熱部あ
るいは吸熱部の温度が所定値に達したとき、もしくはタ
イマ−により指示された時間が所定値に達したとき、前
記商用電源よりの交流入力をオフもしくはオンするとと
もに、前記熱電池モジュ−ルよりの出力を前記逆変換器
に極性変換して接続する。または、直流電力を逆変換器
により商用電源の交流と同一の電圧および周波数に変換
して負荷に供給するインバ−タ装置を有し、前記直流電
力を発生する直流電力発生機（例えば太陽電池）と前記
逆変換器との間に、複数の半導体熱電池よりなる熱電池
モジュ−ルを直列接続し、前記直流電力発生機の出力が
所定値以下になったとき、前記直流電力発生機の出力を
遮断するとともに、前記熱電池モジュ−ルよりの出力を
前記逆変換器に極性変換して接続する。
【００１７】
【作用】本発明によれば、熱電効果を利用した半導体熱
電池をインバ−タ装置に組み込み、負荷へ電力を供給す
る際に、電気エネルギ−を熱エネルギ−として半導体熱
電池に貯蔵し、熱エネルギ−が一定以上蓄積された時に
再度電気エネルギ−に変換して負荷に供給するようにし
たものなので、装置の構成が簡単かつ容易に、電力を有
効利用することができるので、大幅な省エネ効果が得ら
れるという作用を有する。
電池をインバ−タ装置に組み込み、負荷へ電力を供給す
る際に、電気エネルギ−を熱エネルギ−として半導体熱
電池に貯蔵し、熱エネルギ−が一定以上蓄積された時に
再度電気エネルギ−に変換して負荷に供給するようにし
たものなので、装置の構成が簡単かつ容易に、電力を有
効利用することができるので、大幅な省エネ効果が得ら
れるという作用を有する。
【００１８】
【実施例】以下、本発明に関する実施例を図１、図２、
図３、図４および図５に基づいて説明する。
図３、図４および図５に基づいて説明する。
【００１９】本発明の中核要素である半導体熱電池は、
Ｐ型およびＮ型半導体よりなる熱電素子の熱電効果現象
を利用したもので、最初にこれを図４および図５にて説
明する。
Ｐ型およびＮ型半導体よりなる熱電素子の熱電効果現象
を利用したもので、最初にこれを図４および図５にて説
明する。
【００２０】図５は熱電素子による熱電効果の説明図で
ある。Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３の接合部
（接合金属）の一端を加熱すると（他端は加熱しな
い）、起電力が発生して、外部回路に矢で示したような
電流が流れる。このような現象はゼ−ベック効果とよば
れている。
ある。Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３の接合部
（接合金属）の一端を加熱すると（他端は加熱しな
い）、起電力が発生して、外部回路に矢で示したような
電流が流れる。このような現象はゼ−ベック効果とよば
れている。
【００２１】逆に、Ｐ型半導体２２からＮ型半導体２３
に向かって電流が流れるときには接合部（図５の加熱
部）は熱を発生して温度が上がるという発熱現象を呈す
る。このような現象はペルチェ効果とよばれており、ゼ
−ベック効果のちょうど逆の現象であって、ともに熱電
効果として知られている。
に向かって電流が流れるときには接合部（図５の加熱
部）は熱を発生して温度が上がるという発熱現象を呈す
る。このような現象はペルチェ効果とよばれており、ゼ
−ベック効果のちょうど逆の現象であって、ともに熱電
効果として知られている。
【００２２】図４は半導体熱電池の一例である。２１は
熱電素子でＰ型半導体２２とＮ型半導体２３より構成さ
れ、低温側には引出端子２４および２５がろう付け等
で、Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３にそれぞれ接
合されている。
熱電素子でＰ型半導体２２とＮ型半導体２３より構成さ
れ、低温側には引出端子２４および２５がろう付け等
で、Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３にそれぞれ接
合されている。
【００２３】熱電素子２１の高温側は、接合材料体２６
に嵌合した接合導体２７および２８でもって、熱電素子
２１と接合してある。この接合の方法は、例えばろう付
けによる方法や接合材料体２６に雄捻子を、また接合導
体２７および２８にはそれぞれ雌捻子を切って捻子止め
にて熱電素子２１に固定してもよい。ここで、接合材料
体２６としては熱容量の大きな材料体で、例えば比熱の
大きなベリリウムやアルミニウム、またはその合金が望
ましい。ちなみに５００℃におけるベリリウムとアルミ
ニウムの比熱は、それぞれ０．６７ｃａｌ／ｇ℃および
０．２７ｃａｌ／ｇ℃であり、銅の０．１ｃａｌ／ｇ℃
に比し大きな比熱容量を有している。
に嵌合した接合導体２７および２８でもって、熱電素子
２１と接合してある。この接合の方法は、例えばろう付
けによる方法や接合材料体２６に雄捻子を、また接合導
体２７および２８にはそれぞれ雌捻子を切って捻子止め
にて熱電素子２１に固定してもよい。ここで、接合材料
体２６としては熱容量の大きな材料体で、例えば比熱の
大きなベリリウムやアルミニウム、またはその合金が望
ましい。ちなみに５００℃におけるベリリウムとアルミ
ニウムの比熱は、それぞれ０．６７ｃａｌ／ｇ℃および
０．２７ｃａｌ／ｇ℃であり、銅の０．１ｃａｌ／ｇ℃
に比し大きな比熱容量を有している。
【００２４】２９は断熱体で、熱伝導率が低く比熱の大
きな材料が望ましく、例えばセラミックファイバ−やア
ルミナファイバ−などは超高温用無機繊維断熱材として
使用することができる。ここで図４の半導体熱電池は、
断熱体２９を設けた構成としてあるが、これを省いても
よく、また接合材料体２６と接合導体２７および２８を
使用せず断熱体２９のみとしてもよい。
きな材料が望ましく、例えばセラミックファイバ−やア
ルミナファイバ−などは超高温用無機繊維断熱材として
使用することができる。ここで図４の半導体熱電池は、
断熱体２９を設けた構成としてあるが、これを省いても
よく、また接合材料体２６と接合導体２７および２８を
使用せず断熱体２９のみとしてもよい。
【００２５】次に、図４の半導体熱電池の動作について
説明する。
説明する。
【００２６】いま熱電素子２１に電力を供給する場合、
Ｐ型半導体２２の引出端子２４に正電圧を、またＮ型半
導体２３の引出端子２５を負電圧として電流を流すと、
接合材料体２６と接合導体２７および２８によって固定
されている熱電素子２１のＰ−Ｎ接合部は、図５で説明
したように発熱し温度が上昇する。一旦この部分が加熱
されると断熱体２９の保温効果によって熱損失が抑えら
れ熱エネルギ−が貯蔵される。
Ｐ型半導体２２の引出端子２４に正電圧を、またＮ型半
導体２３の引出端子２５を負電圧として電流を流すと、
接合材料体２６と接合導体２７および２８によって固定
されている熱電素子２１のＰ−Ｎ接合部は、図５で説明
したように発熱し温度が上昇する。一旦この部分が加熱
されると断熱体２９の保温効果によって熱損失が抑えら
れ熱エネルギ−が貯蔵される。
【００２７】ここで、熱電素子２１に電力が供給されな
くなると、図５にて説明した通り加熱部の熱エネルギ−
は電気エネルギ−に変換され、Ｐ型半導体２２の引出端
子２４が正電圧に、またＮ型半導体２３の引出端子２５
が負電圧となり外部負荷（図示しない）に電流が流れ電
力を供給する。
くなると、図５にて説明した通り加熱部の熱エネルギ−
は電気エネルギ−に変換され、Ｐ型半導体２２の引出端
子２４が正電圧に、またＮ型半導体２３の引出端子２５
が負電圧となり外部負荷（図示しない）に電流が流れ電
力を供給する。
【００２８】以上は電気エネルギ−を熱エネルギ−に変
換して貯蔵し、必要時に貯蔵した熱エネルギ−を再度電
気エネルギ−に変換し負荷に電力を供給する場合である
が、加熱によって熱エネルギ−を発生させ、負荷に電力
を供給するようにしてもよく、この場合の電気エネルギ
−は、加熱部の発熱状態が続く間中、外部負荷に供給さ
れ続けることになる。
換して貯蔵し、必要時に貯蔵した熱エネルギ−を再度電
気エネルギ−に変換し負荷に電力を供給する場合である
が、加熱によって熱エネルギ−を発生させ、負荷に電力
を供給するようにしてもよく、この場合の電気エネルギ
−は、加熱部の発熱状態が続く間中、外部負荷に供給さ
れ続けることになる。
【００２９】この半導体熱電池による熱電複合システム
の実施例を図１、図２および図３に基づいて次に述べ
る。
の実施例を図１、図２および図３に基づいて次に述べ
る。
【００３０】図１は熱電複合システム装置の概略図であ
る。１は商用電源（系統）で電力会社より供給される
が、個人住宅の場合、電圧が１００／１１０Ｖ、周波数
は５０／６０Ｈｚとなっている。２は負荷で家屋内での
電気器具類につながっている。熱電池モジュ−ル３は、
図４で示した半導体熱電池を複数個直・並列接続したも
のからなり、順変換器４と逆変換器５との間に直列接続
してある。６は順変換器４と逆変換器５からなるいわゆ
るインバ−タ装置で、このインバ−タ装置６には、整流
のためのコンデンサやリアクトル（図示しない）などが
含まれている。
る。１は商用電源（系統）で電力会社より供給される
が、個人住宅の場合、電圧が１００／１１０Ｖ、周波数
は５０／６０Ｈｚとなっている。２は負荷で家屋内での
電気器具類につながっている。熱電池モジュ−ル３は、
図４で示した半導体熱電池を複数個直・並列接続したも
のからなり、順変換器４と逆変換器５との間に直列接続
してある。６は順変換器４と逆変換器５からなるいわゆ
るインバ−タ装置で、このインバ−タ装置６には、整流
のためのコンデンサやリアクトル（図示しない）などが
含まれている。
【００３１】１ａ、２ａはリレ−のａ接点（常開接
点）、１ｂ、２ｂおよび３ｂはリレ−のｂ接点（常閉接
点）であるが、トランジスタやＳＣＲなどの半導体スイ
ッチング素子を利用してこれらの機能を実現させてもよ
い。
点）、１ｂ、２ｂおよび３ｂはリレ−のｂ接点（常閉接
点）であるが、トランジスタやＳＣＲなどの半導体スイ
ッチング素子を利用してこれらの機能を実現させてもよ
い。
【００３２】次に、図１の熱電複合システム装置の動作
について説明する。
について説明する。
【００３３】商用電源（系統）１より供給される交流電
力は、順変換器４により直流電力に変換され、端子４｀
より熱電池モジュ−ル３の端子３｀より流入し端子３｀
｀を経て逆変換器５に入力される。このとき、熱電池モ
ジュ−ル３の端子３｀および３｀｀が、それぞれ図４の
Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３に接続してある
と、半導体熱電池のＰ−Ｎ接合部は発熱し温度は上昇す
る。この状態で逆変換器５により、直流電力は商用電源
（系統）１と同一の電圧および周波数に変換され負荷２
に交流電力を供給する。
力は、順変換器４により直流電力に変換され、端子４｀
より熱電池モジュ−ル３の端子３｀より流入し端子３｀
｀を経て逆変換器５に入力される。このとき、熱電池モ
ジュ−ル３の端子３｀および３｀｀が、それぞれ図４の
Ｐ型半導体２２およびＮ型半導体２３に接続してある
と、半導体熱電池のＰ−Ｎ接合部は発熱し温度は上昇す
る。この状態で逆変換器５により、直流電力は商用電源
（系統）１と同一の電圧および周波数に変換され負荷２
に交流電力を供給する。
【００３４】いま、熱電池モジュ−ル３の発熱部の温度
が所定値に達したとき、もしくはタイマ−（図示しな
い）により指示された時間が所定値に達したとき、リレ
−が動作し、１ａおよび２ａは閉路、また１ｂ、２ｂお
よび３ｂは開路となり、商用電源（系統）１よりの交流
電力は遮される。この状態になると、熱電池モジュ−ル
３に蓄積された発熱部の熱エネルギ−は、熱電効果（ゼ
−ベック効果）によって電気エネルギ−に（直流）変換
され、端子３｀より逆変換器５の端子５｀に電力が流入
し、端子５｀｀を経て順変換器４の端子４｀｀から端子
４｀、さらに熱電池モジュ−ル３の端子３｀｀に戻る閉
ル−プを形成する。すなわちリレ−が動作したとき、熱
電池モジュ−ル３よりの出力は端子３｀｀より３｀に極
性変換されて逆変換器５につながり、熱電池モジュ−ル
３の蓄熱エネルギ−が交流電力に変換され負荷２に電力
を供給する。この負荷２への電力供給は、熱電池モジュ
−ル３の発熱部の温度が所定値以上維持される間中続
く。
が所定値に達したとき、もしくはタイマ−（図示しな
い）により指示された時間が所定値に達したとき、リレ
−が動作し、１ａおよび２ａは閉路、また１ｂ、２ｂお
よび３ｂは開路となり、商用電源（系統）１よりの交流
電力は遮される。この状態になると、熱電池モジュ−ル
３に蓄積された発熱部の熱エネルギ−は、熱電効果（ゼ
−ベック効果）によって電気エネルギ−に（直流）変換
され、端子３｀より逆変換器５の端子５｀に電力が流入
し、端子５｀｀を経て順変換器４の端子４｀｀から端子
４｀、さらに熱電池モジュ−ル３の端子３｀｀に戻る閉
ル−プを形成する。すなわちリレ−が動作したとき、熱
電池モジュ−ル３よりの出力は端子３｀｀より３｀に極
性変換されて逆変換器５につながり、熱電池モジュ−ル
３の蓄熱エネルギ−が交流電力に変換され負荷２に電力
を供給する。この負荷２への電力供給は、熱電池モジュ
−ル３の発熱部の温度が所定値以上維持される間中続
く。
【００３５】熱電池モジュ−ル３の発熱部の温度が所定
値以下、もしくはタイマ−で設定された時間になると、
リレ−が動作し、１ａおよび２ａは開路、また１ｂ，２
ｂおよび３ｂは閉路となり元の状態に戻って、商用電源
（系統）１よりの電力が負荷２に供給される。この様な
現象が以降続くことになり、電力の有効利用、すなわち
大幅な省エネ効果が実現する。
値以下、もしくはタイマ−で設定された時間になると、
リレ−が動作し、１ａおよび２ａは開路、また１ｂ，２
ｂおよび３ｂは閉路となり元の状態に戻って、商用電源
（系統）１よりの電力が負荷２に供給される。この様な
現象が以降続くことになり、電力の有効利用、すなわち
大幅な省エネ効果が実現する。
【００３６】図２は太陽電池併用熱電複合システムのブ
ロック図である。７は太陽電池モジュ−ルで、多数の太
陽電池を複数個直・並列接続したものからなる。太陽電
池モジュ−ル７の直流出力は熱電池モジュ−ル３を経
て、逆変換器５により交流に変換され、分電盤８から負
荷２に電力を供給する。１は商用電源（系統）で分電盤
８につながっているが、この分電盤８により太陽電池と
熱電複合システムの電力を供給している。
ロック図である。７は太陽電池モジュ−ルで、多数の太
陽電池を複数個直・並列接続したものからなる。太陽電
池モジュ−ル７の直流出力は熱電池モジュ−ル３を経
て、逆変換器５により交流に変換され、分電盤８から負
荷２に電力を供給する。１は商用電源（系統）で分電盤
８につながっているが、この分電盤８により太陽電池と
熱電複合システムの電力を供給している。
【００３７】図２の太陽電池併用熱電複合システムの動
作は、図１の熱電複合システム装置のそれと同様であ
る。すなわち、太陽電池モジュ−ル７の出力が一定以上
のときに、熱電池モジュ−ルを構成する半導体熱電池の
Ｐ−Ｎ接合部の発熱によって電力を熱エネルギ−として
蓄積させるとともに、負荷２に電力を供給し、太陽電池
モジュ−ル７の出力が所定値以下になったとき、太陽電
池モジュ−ル７の出力を遮断し、熱電池モジュ−ル３の
蓄熱エネルギ−によって負荷２に電力を供給するように
している。
作は、図１の熱電複合システム装置のそれと同様であ
る。すなわち、太陽電池モジュ−ル７の出力が一定以上
のときに、熱電池モジュ−ルを構成する半導体熱電池の
Ｐ−Ｎ接合部の発熱によって電力を熱エネルギ−として
蓄積させるとともに、負荷２に電力を供給し、太陽電池
モジュ−ル７の出力が所定値以下になったとき、太陽電
池モジュ−ル７の出力を遮断し、熱電池モジュ−ル３の
蓄熱エネルギ−によって負荷２に電力を供給するように
している。
【００３８】図３は太陽光発電システムのイメ−ジ図で
ある。図３は家屋２０の屋根に架台１５を取り付け、そ
の上に太陽電池モジュ−ル７が設置してある住宅用太陽
光発電システムで、太陽電池モジュ−ル７は接続箱１１
の中の端子盤（図示しない）で接続する。太陽電池で発
生した直流電力は直流側開閉器１２を介し、逆変換器５
により交流に変換する。
ある。図３は家屋２０の屋根に架台１５を取り付け、そ
の上に太陽電池モジュ−ル７が設置してある住宅用太陽
光発電システムで、太陽電池モジュ−ル７は接続箱１１
の中の端子盤（図示しない）で接続する。太陽電池で発
生した直流電力は直流側開閉器１２を介し、逆変換器５
により交流に変換する。
【００３９】保護装置１０は過電圧継電器（ＯＶＲ）、
不足電圧継電器（ＵＶＲ）、周波数低下継電器（ＵＦ
Ｒ）、逆電力継電器（ＲＰＲ）、不足電力継電器（ＵＰ
Ｒ）地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）などからなってい
る。逆変換器５により変換された交流電力は保護装置１
０を通り、発生電力量計９を経て分電盤８から家屋２０
内にある電灯やエアコン、テレビ等の負荷２に供給され
る。
不足電圧継電器（ＵＶＲ）、周波数低下継電器（ＵＦ
Ｒ）、逆電力継電器（ＲＰＲ）、不足電力継電器（ＵＰ
Ｒ）地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）などからなってい
る。逆変換器５により変換された交流電力は保護装置１
０を通り、発生電力量計９を経て分電盤８から家屋２０
内にある電灯やエアコン、テレビ等の負荷２に供給され
る。
【００４０】太陽電池モジュ−ル７にて発生する電力
が、負荷２に供給する電力以上であれば、その余剰電力
は交流側開閉器１３を介し売電用電力量計１４ａにてカ
ウントされ、商用電源（系統）１に逆潮流系となりつな
がる。ここで売電用電力量計１４ａのカウント値は電力
会社が購入する余剰電力分である。
が、負荷２に供給する電力以上であれば、その余剰電力
は交流側開閉器１３を介し売電用電力量計１４ａにてカ
ウントされ、商用電源（系統）１に逆潮流系となりつな
がる。ここで売電用電力量計１４ａのカウント値は電力
会社が購入する余剰電力分である。
【００４１】また、太陽電池モジュ−ル７よりの発生電
力が低下すれば、商用電源（系統）１より電力の供給を
電力会社から受けるが、このときは買電用電力量計１４
ｂによって使用電力量がカウントされる。
力が低下すれば、商用電源（系統）１より電力の供給を
電力会社から受けるが、このときは買電用電力量計１４
ｂによって使用電力量がカウントされる。
【００４２】ここで説明した従来の太陽光発電システム
に、本発明の熱電複合システムを組み込んだ例が、前述
の図２で示した太陽電池併用熱電複合システムであり、
この場合も図１の場合と同様に大幅な省エネ効果が得ら
れる。
に、本発明の熱電複合システムを組み込んだ例が、前述
の図２で示した太陽電池併用熱電複合システムであり、
この場合も図１の場合と同様に大幅な省エネ効果が得ら
れる。
【００４３】本発明は熱電効果を利用した半導体熱電池
を、インバ−タ装置に組み込んで電力を有効利用するも
ので、簡単な装置の構成で大幅な省エネルギ−となる効
果がある。
を、インバ−タ装置に組み込んで電力を有効利用するも
ので、簡単な装置の構成で大幅な省エネルギ−となる効
果がある。
【図１】熱電複合システム装置の概略図である。
【図２】太陽電池併用熱電複合システムのブロック図で
ある。
ある。
【図３】太陽光発電システムのイメ−ジ図である。
【図４】半導体熱電池の一例を示す図である。
【図５】熱電素子による熱電効果の説明図である。
１ 商用電源（系統） ２ 負荷 ３ 熱電池モジュ−ル ４ 順変換器 ５ 逆変換器 ６ インバ−タ装置 ７ 太陽電池モジュ−ル ８ 分電盤 ９ 発生電力量計 １０ 保護装置 １１ 接続箱 １２ 直流側開閉器 １３ 交流側開閉器 １４ａ、１４ｂ 電力量計 １５ 架台 ２０ 家屋 ２１ 熱電素子 ２２ Ｐ型半導体 ２３ Ｎ型半導体 ２４、２５ 引出端子 ２６ 接合材料体 ２７、２８ 接合導体 ２９ 断熱体
Claims (5)
- 【請求項１】商用電源の交流を直流に変換する順変換
器、該順変換器の出力を逆変換器により前記商用電源の
交流と同一の電圧および周波数に変換して負荷に供給す
るインバ−タ装置を有し、複数の半導体熱電池よりなる
熱電池モジュ−ルを、前記順変換器と前記逆変換器との
間に直列接続し、前記熱電池モジュ−ルの発熱部あるい
は吸熱部の温度が所定値に達したとき、前記商用電源よ
りの交流入力をオフもしくはオンするとともに、前記熱
電池モジュ−ルよりの出力を前記逆変換器に極性変換し
て接続するようにしたことを特徴とする熱電複合システ
ム。 - 【請求項２】商用電源の交流を直流に変換する順変換
器、該順変換器の出力を逆変換器により前記商用電源の
交流と同一の電圧および周波数に変換して負荷に供給す
るインバ−タ装置を有し、複数の半導体熱電池よりなる
熱電池モジュ−ルを、前記順変換器と前記逆変換器との
間に直列接続し、タイマ−により指示された時間が所定
値に達したとき、前記商用電源よりの交流入力をオフも
しくはオンするとともに、前記熱電池モジュ−ルよりの
出力を前記逆変換器に極性変換して接続するようにした
ことを特徴とする熱電複合システム。 - 【請求項３】商用電源の交流を直流に変換する順変換
器、該順変換器の出力を逆変換器により前記商用電源の
交流と同一の電圧および周波数に変換して負荷に供給す
るインバ−タ装置、もしくは直流電力を逆変換器により
前記商用電源の交流と同一の電圧および周波数に変換し
て負荷に供給するインバ−タ装置を有し、前記直流電力
を発生する直流電力発生機と前記逆変換器との間に、複
数の半導体熱電池よりなる熱電池モジュ−ルを直列接続
し、前記直流電力発生機の出力が所定値以下になったと
き、前記直流電力発生機の出力を遮断するとともに、前
記熱電池モジュ−ルよりの出力を前記逆変換器に極性変
換して接続するようにしたことを特徴とする熱電複合シ
ステム。 - 【請求項４】半導体熱電池が、Ｐ型およびＮ型半導体よ
りなる熱電素子であることを特徴とする請求項１、請求
項２および請求項３記載の熱電複合システム。 - 【請求項５】直流電力発生機が太陽電池であることを特
徴とする請求項３記載の熱電複合システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175826A JPH1014255A (ja) | 1996-06-15 | 1996-06-15 | 熱電複合システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175826A JPH1014255A (ja) | 1996-06-15 | 1996-06-15 | 熱電複合システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1014255A true JPH1014255A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=16002904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8175826A Pending JPH1014255A (ja) | 1996-06-15 | 1996-06-15 | 熱電複合システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1014255A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232543B1 (en) | 1998-07-02 | 2001-05-15 | Citizen Watch Co., Ltd. | Thermoelectric system |
| WO2001050586A1 (fr) * | 2000-01-07 | 2001-07-12 | Citizen Watch Co., Ltd. | Systeme thermoelectrique |
| EP1151457A1 (en) * | 1999-01-29 | 2001-11-07 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for utilizing heat dissipated from an electrical device |
| JP2003309988A (ja) * | 2002-04-08 | 2003-10-31 | N Shroff Bomi | 熱発電装置 |
-
1996
- 1996-06-15 JP JP8175826A patent/JPH1014255A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232543B1 (en) | 1998-07-02 | 2001-05-15 | Citizen Watch Co., Ltd. | Thermoelectric system |
| EP1151457A1 (en) * | 1999-01-29 | 2001-11-07 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for utilizing heat dissipated from an electrical device |
| EP1151457A4 (en) * | 1999-01-29 | 2002-07-03 | Motorola Inc | METHOD AND DEVICE FOR USING THE THERMAL LOSS PERFORMANCE OF AN ELECTRICAL DEVICE |
| WO2001050586A1 (fr) * | 2000-01-07 | 2001-07-12 | Citizen Watch Co., Ltd. | Systeme thermoelectrique |
| JP2003309988A (ja) * | 2002-04-08 | 2003-10-31 | N Shroff Bomi | 熱発電装置 |
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