温差发电装置及测定系统的制作方法

本发明涉及温差发电装置及测定系统。

本申请基于2018年6月7日在日本申请的日本特愿2018-109437主张优先权，并将其内容引用于此。

背景技术：

作为以往的温差发电装置，例如，已知有日本专利第5989302号公报(以下为“专利文献1”)所记载的发电系统。该发电系统是利用温泉等的排热能的温差进行电能转换的装置，组装有伴随汤姆孙效应、珀耳帖效应、塞贝克效应等的热电转换元件。在利用温泉等的排热能发电的规模较小的发电装置中，组装有伴随塞贝克效应的热电转换元件的装置备受关注。塞贝克效应是指使物体的温差转换为电力的现象的效应。这是指以下现象：在热能的高温部和低温部之间，当热能的温差产生于塞贝克元件(即，将p型热电材料和n型热电材料交替配置而构成的元件)时电子被激活，n型热电材料向高温侧扩散，p型热电材料向低温侧扩散，电流流动而转换为电能。

专利文献1所记载的发电系统由通过温差将热能转换成电能的热电转换元件、夹着上述热电转换元件贴合且设置于高温侧流体的第一热管、夹着上述热电转换元件贴合且与上述第一热管相对设置于低温侧流体的第二热管、将上述热电转换元件保持于上述第一热管和上述第二热管的保持体、切断浸入上述第一热管的上述高温侧流体和浸入上述第二热管的上述低温侧流体的隔壁体构成。在该发电系统中，上述高温侧流体和上述低温侧流体为温度不同的相同温水，上述低温侧流体被配置成与上述高温侧流体的水位相比相对低的水位，通过自然流动从高温侧流向低温侧。

技术实现要素：

在上述现有技术中，由于利用通过自然流动从高温侧流向低温侧的温水的温差，所以在温泉流动的温泉流路(河流或水路)中设置发电系统。但是，在该温泉流路中，强酸性或者强碱性的温水作为蒸汽冒出，热电转换元件、热管及散热片等容易被腐蚀，例如在大约一个月的短时间内需要维修或更换，遂成为问题。

本发明的一方面提供一种温差发电装置及测定系统，即使高温流体是具有腐蚀性的流体，也能够长时间地持续进行温差发电。

本发明的一方面的温差发电装置可以具有：热电转换元件，其通过温差将热能转换成电能；散热片，其与所述热电转换元件的低温部侧热连接，能够接触外部空气；管，其与所述热电转换元件的高温部侧热连接，内部可流通温度比所述外部空气高的高温流体。

根据该结构，热电转换元件能够通过在管中流通的高温流体和相对于该高温流体温度较低的外部空气的温差将热能转换成电能。由于高温流体在管的内部流通，所以热电转换元件或散热片不会暴露于高温流体的蒸气中。因此，热电转换元件或散热片变得不易腐蚀，能够长时间地持续进行温差发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，还具有将所述热电转换元件的高温部侧按压于所述管的按压机构，所述按压机构具有切断来自所述管的热传递的隔热部。

该情况下，由于通过按压机构进行的按压，从管侧对热电转换元件的热传递效率提高，因此，能够高效地发电。由于在按压机构上设有隔热部而切断来自管侧的热传递，因此，按压机构的设置而不会降低从管侧对热电转换元件的热传递效率。

在所述温差发电装置中，也可以是，在所述管的外周面形成有平面部，所述热电转换元件的高温部侧与所述平面部相接。

在该情况下，热电转换元件的高温部侧和管变得容易紧密接合，热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述热电转换元件的高温部侧和所述管经由第一热管热连接。

在该情况下，由于能够利用第一热管的封入液的汽化潜热来传热，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述第一热管的一部分埋设于所述管。

在该情况下，由于第一热管和高温流体流通的管的接触面积增大，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，在所述管中内装有相对于所述高温流体具有耐腐蚀性的内衬材料，所述第一热管的一部分贯通所述管，埋设于所述内衬材料。

在该情况下，由于第一热管的一部分插入到管的内部，因此第一热管和高温流体的距离变近，热传递效率提高，能够高效地发电。由于插入到管的内部的热管埋设于内衬材料，因此即使是腐蚀性的高温流体也能高效地发电。

所述温差发电装置也可以包含多个发电单元，所述多个发电单元分别包含所述热电转换元件及所述散热片，所述多个发电单元在所述管的周向上隔开间隔设置。

在该情况下，由于即使不将管拉长也能够密集设置发电单元，因此能够在小空间进行高电压发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述按压机构还具备按压板和插入到形成于所述按压板的插入孔的螺丝部件，所述隔热部配置于所述按压板和所述螺丝部件之间。

在该情况下，由于通过按压机构进行的按压提高从管侧对热电转换元件的热传递效率，因此能够高效地发电。由于在按压机构上设置隔热部而切断来自管侧的热传递，因此，按压机构的设置不会降低来自管侧的对热电转换元件的热传递效率。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述按压板的宽度比所述热电转换元件的宽度大。

在该情况下，由于通过按压机构进行的按压提高从管侧对热电转换元件的热传递效率，因此能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述散热片和所述热电转换元件的低温部侧经由多个第二热管热连接。

根据该结构，热电转换元件能够通过在管中流通的高温流体和相对于该高温流体温度较低外部空气的温差将热能转换成电能。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述第一热管以在所述热电转换元件和所述管之间隔开间隙的方式支撑所述热电转换元件。

在该情况下，由于能够利用第一热管的封入液的汽化潜热来传热，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述第一热管的一部分贯通所述管，与所述高温流体可接触地配置。

在该情况下，由于第一热管和高温流体流通的管的接触面积增大，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述第一热管的一部分贯通所述管，在所述管的内部被折弯。

在该情况下，由于第一热管和高温流体流通的管的接触面积增大，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

在所述温差发电装置中，也可以是，所述第一热管的一部分以被折弯状态埋设于所述管。

在该情况下，由于第一热管和高温流体流通的管的接触面积增大，因此热传递效率提高，能够高效地发电。

也可以是，本发明的另一方面的测定系统具备前述的温差发电装置和具备测定所述高温流体的状态量的测定部及将所述测定部的测定结果向外部提供的通信部的现场设备，所述温差发电装置向所述现场设备供给电力。

根据该结构，由于能够一边通过高温流体自行发电，一边通过发出的电力测定高温流体的状态量，就该测定结果与外部通信，因此，例如在深山中的偏僻地方涌出高温流体的情况下，无需向该偏僻地方引入电力线或派人前往，也能够监测高温流体的状态量。

根据上述本发明的一实施方式，即使高温流体是具有腐蚀性的流体，也能够长时间地持续进行温差发电。

附图说明

图1是表示一实施方式的具有温差发电装置的测定系统的概略图。

图2是一实施方式的温差发电装置的剖面结构图。

图3是图2中的箭头a-a的视图。

图4是一实施方式的应用例的温差发电装置的剖面结构图。

图5是一实施方式的应用例的温差发电装置的剖面结构图。

图6是一实施方式的应用例的温差发电装置的剖面结构图。

图7是一实施方式的应用例的温差发电装置的剖面结构图。

图8是一实施方式的应用例的温差发电装置的剖面结构图。

图9是表示一实施方式的应用例的安装了温差发电装置的发电单元的管的状态图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

图1是表示一实施方式的具有温差发电装置1的测定系统100的概略图。

测定系统100例如包含温差发电装置1和现场设备101。现场设备101经由通信网络102与终端103连接。在本实施方式中，温差发电装置1及现场设备101例如设置于温泉(温水)涌出的深山中的水源附近。现场设备101测定流经温泉配管104的温水(高温流体)的状态量。此处所述的“高温流体”是指温度比外部空气高的流体。

现场设备101具有对测定对象物进行状态量测定的测定部101a和将测定部101a的测定结果向外部提供的通信部101b(现场设备本体)。在本实施方式中，测定部101a包含安装有通信部101b的配管部。测定部101a测定在温泉配管104中流通的温水的状态量。这种测定部101a例如可以具有温度传感器、压力传感器、流量传感器或ph传感器等。

通信部101b和测定部101a经由传输线101c连接。在图1中，传输线101c穿过现场设备101的本体部及测定部101a的外部进行配线，但不限于此。传输线101c也可以穿过现场设备101的本体部的内部进行配线。

传输线101c例如包含用于“4～20ma”的模拟信号传输的传输线、用于“0～1khz”的脉冲信号传输的传输线及通过接通/断开设于现场设备101的内部的接点(未图示)来发送high信号/low信号的传输线。

通信部101b存储基于从测定部101a获取的测定值(例如，温度、压力、流量或者ph值等)的测定结果信息。通信部101b利用存储的测定结果信息进行各种统计处理，存储基于该统计处理结果的统计信息。

终端103是计算机装置、例如个人计算机等。通信部101b和终端103经由通信网络102(例如，互联网，或者lan(localareanetwork；局域网)等)通信连接。

通信部101b成为用于经由通信网络102与终端103通信连接的通信接口。通信部101b经由无线通信与通信网络102通信连接，将存储的测定结果信息及统计信息向终端103(外部设备)发送。此处所述的无线通信例如是符合wi-fi(注册商标)、wimax(注册商标)或3g/lte(注册商标)等无线通信标准的无线通信。

在本实施方式中，通信部101b经由无线通信与通信网络102通信连接，但是也可以经由有线通信与通信网络102通信连接。

终端103接收并显示从通信部101b发送过来的信息，例如，基于通过测定部101a测定的测定值(例如，温度、压力值、流量或ph值等)的测定结果信息及基于上述统计处理结果的统计信息。

信息从通信部101b向终端103的发送可以在从终端103对通信部101b做出请求时进行，也可以是通信部101b自身定期进行发送。

这种现场设备101经由未图示的电力线从设于其附近的温差发电装置1接收电力供给。即，即时现场设备101自身没有电池或没有从周边引入电力线，也能够持续进行上述动作。即，在现场设备101和温差发电装置1之间以外不需要进行配线。但是，作为维修时或应急用的电池，现场设备101也可以搭载电池。

图2是一实施方式的温差发电装置1的剖面结构图。图3是图2中的箭头a-a的视图。

如图2所示，温差发电装置1具有热电转换元件10、散热片20、管30、按压机构40。

热电转换元件10通过外部空气(例如20℃左右)和温水(例如90℃左右)的温差将热能转换成电能。在本实施方式中，将伴随塞贝克效应的塞贝克元件作为热电转换元件10使用。热电转换元件10的高温部侧10a与管30热连接。热电转换元件10的低温部侧10b在高温部侧10a的相反侧，与散热片20热连接。热电转换元件10也可以是伴随汤姆孙效应或珀耳帖效应等的元件。

散热片20经由热管21与热电转换元件10的低温部侧10b热连接。散热片20可以包含具有高散热性的金属材料，例如，铝或铝合金。散热片20形成为矩形板状，它们具有隔开间隙层叠的层叠结构。散热片20被热管21的一端部21a支撑。热管21的一端部21a贯通被层叠的多个散热片20，与多个散热片20接合。

热管21的另一端部21b经由基板22与热电转换元件10的低温部侧10b热连接。基板22可以包含具有高热导率的铜或铜合金。基板22与热电转换元件10的低温部侧10b相接。如图3所示，基板22的宽度与热电转换元件10的宽度大致相同。在基板22和热电转换元件10之间可以涂布散热油脂等。

在基板22设有多个热管21。在本实施方式中，在基板22设有4根热管21。这4根热管21从基板22的宽度方向两侧的侧端面向宽度方向两侧延伸，支撑散热片20的四角。热管21也可以在基板22再设置多根。

如图1所示，管30与温泉配管104连接。管30在内部流通温水。该管30也可以包含相对于温水具有耐腐蚀性的材料，例如不锈钢材料等。管30也可以包含相对于温水具有耐腐蚀性的树脂材料材等。如图3所示，该管30的外周面30b形成有平面部31。平面部31将管30的外周面30b的一部分相对于外周面30b的切线平行切出。

热电转换元件10的高温部侧10a与平面部31相接。平面部31可以进行镜面抛光。由此，平面部31上的表面粗糙度(凹凸)变小，与热电转换元件10的高温部侧10a的接触面积增大。在平面部31和热电转换元件10之间也可以涂布散热油脂等。

如图2所示，按压机构40将热电转换元件10的高温部侧10a按压于管30侧。按压机构40具有按压板41、螺丝部件42、树脂垫圈43(隔热部)。如图3所示，按压板41穿过左右的热管21之间，沿着管30的长边方向延伸。如图2所示，按压板41以跨过基板22的外侧(热电转换元件相反侧)的方式配置。

如图3所示，按压板41的宽度可以比热电转换元件10(基板22)的宽度宽。由此，能够将热电转换元件10的高温部侧10a的整个区域按压于平面部31。如图2所示，该按压板41的两端部形成有朝向管30侧弯曲的第一曲部41a和从第一曲部41a的前端沿着管30的长边方向弯曲的第二曲部41b。

第一曲部41a与管30的长边方向上的基板22的端面相对且相接。第二曲部41b沿着管30的长边方向平行地延伸，形成有插通孔41c。在插通孔41c中插通有螺丝部件42。螺丝部件42与形成于管30的平面部31的螺丝孔32螺合。也可以使插通孔41c比螺丝部件42的轴部直径大，从而在该轴部之间确保间隙。

树脂垫圈43配置于螺丝部件42的头部的背侧。该树脂垫圈43介于螺丝部件42和按压板41之间，切断从管30经过螺丝部件42、按压板41到达热电转换元件10的低温部侧10b的热传递路径。即，切断从管30到达热电转换元件10的高温部侧10a的热传递路径以外的热传递路径。树脂垫圈43的一部分可以以插入到螺丝部件42的轴部和插通孔41c的间隙的方式延伸。也可以代替树脂垫圈43，按压板41及螺丝部件42自身由隔热材料(树脂材料等)形成。

根据上述结构的温差发电装置1，热电转换元件10通过在管30中流通的温水和相对于该温水温度较低的外部空气的温差将热能转换成电能。由于温水在管30的内部流通，因此热电转换元件10或散热片20等不会暴露于温水的蒸汽中。因此，热电转换元件10或散热片20等不易腐蚀，能够长时间地、无需维修地持续进行温差发电。

在本实施方式中，如图2所示，具有将热电转换元件10的高温部侧10a按压于管30侧的按压机构40。根据该结构，由于通过按压机构40进行的按压提高了从管30侧对热电转换元件10的热传递效率，因此能够高效地发电。由于在按压机构40中设置树脂垫圈43(隔热部)，切断了从自管30侧经由螺丝部件42及按压板41的热传递，因此不会降低从管30侧对热电转换元件10的热传递效率。

进而，在本实施方式中，如图3所示，在管30的外周面30b形成有平面部31，热电转换元件10的高温部侧10a与平面部31相接。根据该结构，热电转换元件10的高温部侧10a和管30变得容易紧密接合，热传递效率提高，能够高效地发电。

这样，上述本实施方式的温差发电装置1具有：热电转换元件10，其通过温差将热能转换成电能；散热片20，其与热电转换元件10的低温部侧10b热连接，与外部空气接触；管30，其与热电转换元件10的高温部侧10a热连接，内部可流通温水。由此，即使高温流体是具有腐蚀性的温水，也能够长时间地持续进行温差发电。

如图1所示，本实施方式的测定系统100具备上述的温差发电装置1和具备测定温水状态量的测定部101a及将测定部101a的测定结果向外部提供的通信部101b的现场设备101，温差发电装置1向现场设备101供给电力。根据该结构，由于能够一边通过温水自行发电，一边通过发出的电力测定温水的状态量，就该测定结果与外部通信，因此，例如在深山里的偏僻地方涌出温水的情况下，无需向该偏僻地方引入电力线或派人前往，也能够监测温水的状态量。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。上述实施方式中所示的各结构部件的各种形状或组合等为示例，在不脱离本发明主旨的范围内可以基于设计要求等进行各种变化。

例如，在本发明中，可采用如图4～图9所示的方式。在以下的说明中，对于与上述实施方式相同或等同的结构标注相同符号，简化或省略其说明。

在图4所示的方式中，热电转换元件10的高温部侧10a和管30经由热管50热连接。根据该结构，由于能够利用热管50的封入液的汽化潜热来传热，所以热传递效率提高，能够高效地发电。热管50的一端部50a(一部分)可以埋设于管30。根据该结构，由于热管50和管30的接触面积增大，所以热传递效率提高，能够高效地发电。

在该方式中，为了切断热管50以外的热传递路径，也可以将热电转换元件10用热管50支承，在热电转换元件10和管30之间隔开间隙(悬浮)配置。该热管50的另一端部50b经由基板51与热电转换元件10的高温部侧10a热连接。与基板22同样地，基板51可以包含具有高热导率的铜或铜合金。

在图5所示的方式中，热管50的一端部50a贯通管30配置。根据该结构，由于能够使热管50直接与温水接触，因此能够进一步高效地发电。在该情况下，热管50可以包含耐腐蚀性的材料。

在图6所示的方式中，热管50的一端部50a在管30的内部被折弯。根据该结构，与图5所示的方式相同地，由于能够使热管50直接与温水接触，并且相比于图5所示的方式通过进一步折弯来增大与温水接触的面积，所以能够进一步高效地发电。热管50的折弯方向可以是相对于温水流动的上游侧、下游侧中的任意侧。

在图7所示的方式中，热管50的一端部50a以被折弯的状态埋设于管30。根据该结构，由于热管50没有直接与温水接触，所以不需要由耐腐蚀性的材料来形成热管50。热管50和温水的距离变近，热传递效率提高，能够高效地发电。

在图8所示的方式中，热管50的一端部50a贯穿管30，埋设在内装于管30的内衬材料60中。内衬材料60由相对于温水具有耐腐蚀性的树脂材料形成。根据该结构，由于插入到管30的内部的热管50埋设于内衬材料60，因此，即使是腐蚀性的温水也能够高效地发电。该结构与图7所示的方式(例如铸造)相比，可以廉价地制造。热管50和温水的距离变近，热传递效率提高，能够高效地发电。

在图9所示的方式中，包含热电转换元件10、散热片20、按压机构40的发电单元2在管30的周向上隔开间隔设有多个(图9的例子中为4个)。根据该结构，由于即使不将管30拉长也能够密集设置发电单元2，所以在小空间也能够进行高电压发电。在该情况下，与多个发电单元2对应地，在管30中形成多个平面部31。

在上述实施方式中将温泉作为高温流体示例，但对于温泉以外的高温流体也能够应用本发明。

在上述图4～图8所示的方式中，热管50的一部分埋设于管30，或者热管50贯通管30配置，但是，例如也可以采用通过钎焊将热管50以u字状或ω字状缠绕在管30的外周面30b的方式。根据该结构，即时不在管30设置贯通孔或者不在管30埋设热管50，也能够增大热管50和管30的接触面积，高效地发电。