JP2001284663A - 熱発電素子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱発電機能の更なる向上に貢献できる熱発電素
子装置を提供する。 【解決手段】熱発電素子装置は、吸熱面１１と放熱面１
２とをもつ熱発電機能を発揮する熱発電素子１と、熱発
電素子１の吸熱面１１に設けられた吸熱部材３と、熱発
電素子１の放熱面１２に設けられた放熱部材６とを具備
している。吸熱部材３は、熱発電素子１の吸熱面１１の
表面積よりも大きい表面積をもつ吸熱面積・増加構造と
されている。放熱部材６は、熱発電素子１の放熱面１２
の表面積よりも大きい表面積をもつ放熱面積・増加構造
とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度差により発電
する熱発電機能を有する熱発電素子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、温度差により発電する熱発電機能
を備えた熱発電素子装置が提供されている。この熱発電
素子装置は吸熱面と放熱面とをもち、吸熱面と放熱面と
の間の温度差により熱発電を行う。近年、このような熱
発電素子装置の使用状況を考慮し、熱発電機能の更なる
向上が要請されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した実情
に鑑みてなされたものであり、その課題は、熱発電機能
の更なる向上に貢献できる熱発電素子装置を提供するに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱発電素子
装置は、吸熱面と放熱面とをもち吸熱面と放熱面との間
の温度差により熱発電機能を発揮する熱発電素子と、熱
発電素子の吸熱面に設けられた吸熱部材と、熱発電素子
の放熱面に設けられた放熱部材とを具備しており、吸熱
部材は、熱発電素子の吸熱面の表面積よりも大きい表面
積をもつ吸熱面積・増加構造とされており、放熱部材
は、熱発電素子の放熱面の表面積よりも大きい表面積を
もつ放熱面積・増加構造とされていることを特徴とす
る。

【０００５】本発明に係る熱発電素子装置によれば、放
熱部材により放熱面積が増加していると共に、吸熱部材
により吸熱面積が増加している。このため熱発電素子本
来の放熱量及び吸熱量よりも、放熱量及び吸熱量が増加
している。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は次の形態の少なくとも一
の形態を採用できる。 （形態１）放熱部材の放熱面積は吸熱部材の吸熱面積よ
りも大きく設定されている。これにより熱発電の能力を
高め得る。これは本発明者の試験により確認されてい
る。 （形態２）吸熱部材は、熱発電素子の吸熱面に固定され
た第１固定板部と、第１固定板部に一体的に設けられた
１個または複数個の第１突出伝熱部とを備えている。第
１突出伝熱部は互いに平行に、または平行に沿って並設
することができる。第１突出伝熱部の数は特に限定され
るものではなく、数の上限は例えば５００個、３００
個、１００個、５０個、１０個等にでき、数の下限は１
個、２個、５個等にできる。第１突出伝熱部は板状でも
良いし、突起状でも良い。 （形態３）放熱部材は、熱発電素子の放熱面に固定され
た第２固定板部と、第２固定板部に一体的に設けられた
１個または複数個の第２突出伝熱部とを備えている。第
２突出伝熱部は互いに平行に、または平行に沿って並設
することができる。第２突出伝熱部の数は特に限定され
るものではなく、数の上限は例えば５００個、３００
個、１００個、５０個、１０個等にでき、数の下限は１
個、２個、５個等にできる。第２突出伝熱部は板状でも
良いし、突起状でも良い。 （形態４）放熱部材と吸熱部材との間において、熱発電
素子は１個、あるいは、直列または並列に接続されて複
数個配置されている。これにより熱発電の能力を高め得
る。直列に配置する熱発電素子の数は特に限定されるも
のではなく、例えば１個、あるいは、２個〜５０個にで
きる。 （形態５）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方は、
複数個の子突起をもつ。更に、子突起は子突起よりも小
さな複数個の孫突起をもつ。これにより放熱面積または
吸熱面積を一層増大できる。なお、少なくとも一方と
は、放熱部材及び吸熱部材の双方または一方という意味
である。 （形態６）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方は、
複数個の微小突起または複数個の微小凹みの少なくとも
一方をもつ。これにより放熱面積または吸熱面積を一層
増大できる。 （形態７）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方は、
一方に着脱可能に装着されるアタッチメント式の面積増
加部材を備えている。必要があれば、面積増加部材を放
熱部材または吸熱部材に装着すれば、放熱面積または吸
熱面積を増大できる。必要がなければ、面積増加部材を
取り外しておけばよい。 （形態８）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方は、
放熱または吸熱の流体が流れる通路をもち、通路の通路
幅は、上流から下流に向かうにつれて小さくなるように
設定されている。これにより通路を流れる空気を放熱部
材の表面または吸熱部材の表面に効果的に接触させ得
る。 （形態９）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方は、
多数個の穴をもつ。これにより放熱面積または吸熱面積
を増大できる。穴は貫通穴でも良いし、未貫通穴でも良
い。 （形態１０）放熱部材及び吸熱部材の少なくとも一方の
内部には、放熱または吸熱の流体が流れる通路が形成さ
れている。なお本発明は上記した形態１〜形態１０に限
定されるものではないことは勿論である。

【０００７】

【実施例】（第１実施例）以下、第１実施例を図１を参
照して説明する。

【０００８】この実施例は、互いに背向する平坦状の吸
熱面１１と平坦状の放熱面１２とをもつ熱発電素子１
と、熱発電素子１の吸熱面１１に結合されて保持された
吸熱部材３と、熱発電素子１の放熱面１２に結合されて
保持された放熱部材６とを具備している。結合にあたっ
ては接着剤層、半田付け、溶着等を採用できる。接着剤
層が用いられる場合には、必要に応じて、接着剤層は、
金属粉末や金属繊維等の熱伝導性が良好な熱伝導物質を
含むことができる。

【０００９】熱発電素子１は、温度差で発電する熱発電
機能をもつ多数個の熱発電チップと、熱発電チップを保
持するセラミックス板１０とで構成されている。セラミ
ックス板１０間はシール部材でシールされている。セラ
ミックス板１０は互いに背向する平坦な吸熱面１１と平
坦な放熱面１２とを備えている。熱発電チップは、吸熱
面１１と放熱面１２との間の温度差により発電する熱発
電機能をもつ。

【００１０】吸熱部材３及び放熱部材６は、熱伝達率が
高い金属、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、
銅、銅合金、ステンレス鋼等の合金鋼、炭素鋼等のうち
の１種または２種以上で形成されている。

【００１１】吸熱部材３は、熱発電素子１の吸熱面１１
の表面積よりも大きい表面積をもつ吸熱面積・増加構造
とされている。具体的には、吸熱部材３は、熱発電素子
１の吸熱面１１に接合されて固定された第１固定板部３
１と、第１固定板部３１に一体的に互いにほぼ平行に並
設された複数個の板状をなす第１突出伝熱部３３とを備
えている。この結果、吸熱部材３は、断面で、熱発電素
子１の反対側が開放された『コ』字形状が設けられた形
状とされている。

【００１２】図１に示すように、第１固定板部３１は熱
発電素子１の吸熱面１１の面方向に沿っている。第１突
出伝熱部３３は吸熱面１１の面方向に対して交差する向
きに、つまり矢印Ｐ１方向に向けて突出している。第１
突出伝熱部３３間は、加熱用流体が通過する加熱通路３
５とされている。加熱用流体としては、熱水、温水等の
加熱液体、加熱空気等の加熱気体、液相と気相とが共存
する霧等の共存媒体を必要に応じて採用できる。加熱通
路３５は矢印Ｘ１方向に沿って延設されており、熱発電
素子１の長さ方向に沿って複数個並設されている。

【００１３】放熱部材６は、熱発電素子１の放熱面１２
の表面積よりも大きい表面積をもつ放熱面積・増加構造
とされている。具体的には、図１に示すように、放熱部
材６は、熱発電素子１の放熱面１２に接合されて固定さ
れた第２固定板部６１と、第２固定板部６１に一体的に
互いにほぼ平行に並設された複数個の板状をなす第２突
出伝熱部６３とを備えている。この結果、図１に示すよ
うに、放熱部材６は、断面で、熱発電素子１の反対側が
開放された『コ』字形状が設けられた形状とされてい
る。第２固定板部６１は熱発電素子１の放熱面１２の面
方向に沿っている。第２突出伝熱部６３は放熱面１２の
面方向に対して交差する向きに、つまり矢印Ｐ２方向に
沿って突出している。第２突出伝熱部６３間は、冷却用
流体が通過する放熱通路６５とされている。冷却用流体
としては、冷水等の冷却液体、空気等の冷却気体、液相
と気相とが共存する霧等の共存媒体を必要に応じて採用
できる。

【００１４】図１に示すように、放熱通路６５は吸熱通
路３５と同じ方向つまり矢印Ｘ１方向に沿って延設され
ており、熱発電素子１の長さ方向に沿って複数個並設さ
れている。

【００１５】本実施例においては、図１に示すように、
放熱部材６の第２固定板部６１のサイズＭ２は、吸熱部
材３の第１固定板部３１のサイズＭ１よりも増加してい
る。更に、放熱部材６の第２突出伝熱部６３の数は、吸
熱部材３の第１突出伝熱部３３の数よりも増加してい
る。この結果、放熱部材６の放熱面積をＳＡとし、吸熱
部材３の吸熱面積をＳＢとすると、放熱面積ＳＡは吸熱
面積ＳＢよりも大きく設定されている（ＳＡ＞ＳＢ）。
これにより放熱能力が高まり、放熱側と吸熱側との間の
必要温度差が一層確保され易くなり、熱発電効果を高め
得る。

【００１６】以上の説明から理解できるように本実施例
においては、放熱部材６により放熱面積が増加している
と共に、吸熱部材３により吸熱面積が増加している。こ
のため熱発電素子１本来の放熱量及び吸熱量よりも、放
熱量及び吸熱量が増加しており、これにより放熱側と吸
熱側との必要温度差が確保され易くなり、良好な熱発電
量が確保される。

【００１７】図１に示すように、本実施例のような吸熱
部材３は複数個の第１突出伝熱部３３が同じ向きである
ため、押し出し品で廉価に形成できる。同様に図１に示
すように、放熱部材６は複数個の第２突出伝熱部６３が
同じ向きであるため、押し出し品で廉価に形成できる。
但し、押し出し品に限定されるものではなく、半田付け
品、溶接品、ダイキャスト品、鋳造品、鍛造品でも良い
ことは勿論である。

【００１８】（第２実施例）図２に示す第２実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図２に示すように、放熱部材６と吸熱部材３との間
において、熱発電素子１は直列に複数個積層されてお
り、熱発電性能が高められている。

【００１９】（第３実施例）図３に示す第３実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図３に示すように、放熱部材６の放熱通路６５の向
きと、吸熱部材３の吸熱通路３５の向きとは異なる。即
ち、吸熱部材３の第１突出伝熱部３３及び吸熱通路３５
は、矢印Ｘ１方向に沿って延設されている。しかし放熱
部材６の第２突出伝熱部６３及び放熱通路６５は、矢印
Ｘ１方向と直行する方向である矢印Ｙ１方向に沿って延
設されている。なお第３実施例においても、熱発電素子
１は、熱発電性能を高めるために直列または並列に複数
個積層配置することができる。なお直列に配置した場合
には、得られる電圧が増加し、並列に配置した場合に
は、得られる電流が増加できる。

【００２０】（第４実施例）図４に示す第４実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図４に示すように、本実施例においては、放熱部材
６は多数個の放熱用の微小な突起７０をもつ。吸熱部材
３は多数個の吸熱用の微小な突起７１をもつ。これによ
り放熱面積、吸熱面積が増加しており、熱発電機能が高
める。なお第４実施例においても、熱発電素子１は、熱
発電性能を高めるために並列または直列に複数個積層配
置することができる。

【００２１】（第５実施例）図５に示す第５実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図５に示すように、本実施例においては、放熱部材
６の第２突出伝熱部６３には複数個の子突起７３が形成
されており、放熱面積が増加している。図５に示すよう
に、吸熱部材３の第１突出伝熱部３３には複数個の子突
起７４が形成されており、吸熱面積が増加している。放
熱部材６は外面６ｐをもつ。吸熱部材３は外面３ｐをも
つ。なお第５実施例においても、熱発電素子１は、熱発
電性能を高めるために直列または並列に複数個積層配置
することができる。

【００２２】（第６実施例）図６に示す第６実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。本実施例においては、図６に示すように、放熱部材
６の第２突出伝熱部６３には複数個の子突起７６が形成
されている。更に子突起７６には、子突起７６よりも微
小な複数個の孫突起７７が形成されている。

【００２３】特に図示はしないものの、吸熱部材には複
数個の子突起が形成されていると共に、子突起には子突
起よりも微小な孫突起が形成されている。なお第５実施
例においても、熱発電素子１は、熱発電性能を高めるた
めに直列または並列に複数個積層することができる。

【００２４】（第７実施例）図７に示す第７実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。本実施例においては、図７に示すように、放熱部材
６は、着脱可能に装着されるアタッチメント式の面積増
加部材８０を備えている。面積増加部材８０は複数個の
放熱フィン部８０ｃをもち、ねじに８３より放熱部材６
に密着されて取り付けられている。更に、放熱部材６に
アタッチメント式の面積増加部材８０を密着させるバネ
力を発揮すると共に爪部８４ｃをもつバネ部材８４が設
けられている。バネ部材８４は、面積増加部材８０を取
り付ける取付手段として機能できる。アタッチメント式
の面積増加部材８０は取り外せば、清掃が容易となる。
なお、図示はしないものの、吸熱部材３に、着脱可能に
装着されるアタッチメント式の面積増加部材を設けるこ
ともできる。なお第７実施例においても、熱発電素子１
は、熱発電性能を高めるために直列または並列に複数個
積層配置することができる。

【００２５】（第８実施例）図８に示す第８実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図８に示すように、放熱部材６には、冷却用流体が
通過する複数個の冷却通路９０が貫通状態に内蔵されて
いる。冷却通路９０は供給通路９２ｘを介して冷却用流
体供給源９２につながっている。これにより放熱能力を
増加できる。冷却用流体としては、冷水等の冷却液体、
空気等の冷却気体、液相と気相とが共存する霧等の共存
媒体を必要に応じて採用できる。冷却通路９０の通路幅
である内径Ｄは、上流から下流に向かうにつれて次第に
小さくなるように設定されている。これにより冷却通路
９０を流れる冷却用流体を、冷却通路９０の内壁面９０
ｋに効果的に接触させ得る。よって放熱性を向上させ得
る。

【００２６】（第９実施例）図９に示す第９実施例は第
１実施例と基本的には同様の構成をもち、同様の作用効
果を奏する。以下、相違する部分を中心として説明す
る。図９に示すように、放熱部材６には、冷却用流体が
通過する複数個の冷却通路９０が貫通状態に内蔵されて
いる。冷却通路９０は供給通路９２ｘを介して冷却用流
体供給源９２につながっている。これにより放熱能力を
増加できる。吸熱部材３には、加熱用流体が通過する複
数個の加熱通路９４が貫通状態に内蔵されている。加熱
通路９４は供給通路９６ｘを介して加熱用流体供給源９
６につながっている。

【００２７】冷却通路９０を流れる冷却用流体として
は、冷水等の冷却液体、空気等の冷却気体、液相と気相
とが共存する霧等の共存媒体を必要に応じて採用でき
る。加熱通路９４を流れる加熱用流体としては、熱水、
温水等の加熱液体、加熱空気等の加熱気体、液相と気相
とが共存する霧等の共存媒体を必要に応じて採用でき
る。

【００２８】そのほか、本発明は上記し且つ図面に示し
た各実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

【００２９】（付記）本明細書及び図面から次の技術的
思想も把握できる。 （付記項１）吸熱面と放熱面とをもち前記吸熱面と前記
放熱面との間の温度差により熱発電機能を発揮する熱発
電素子と、前記熱発電素子の吸熱面に設けられた吸熱部
材と、前記熱発電素子の放熱面に設けられた放熱部材と
を具備しており、前記吸熱部材は、前記熱発電素子の吸
熱面の表面積よりも大きい表面積をもつ吸熱面積・増加
構造とされていることを特徴とする熱発電素子装置。 （付記項２）吸熱面と放熱面とをもち前記吸熱面と前記
放熱面との間の温度差により熱発電機能を発揮する熱発
電素子と、前記熱発電素子の吸熱面に設けられた吸熱部
材と、前記熱発電素子の放熱面に設けられた放熱部材と
を具備しており、前記放熱部材は、前記熱発電素子の吸
熱面の表面積よりも大きい表面積をもつ放熱面積・増加
構造とされていることを特徴とする熱発電素子装置。 （付記項３）請求項２〜１０の記載内容を限定した付記
項１，２に係る熱発電素子装置。 （付記項４）付記項１〜３において、前記吸熱部材は、
前記熱発電素子の吸熱面に接合されて固定された第１固
定板部と、前記第１固定板部に一体的に設けられた１個
または複数個の第１突出伝熱部とを備えていることを特
徴とする熱発電素子装置。 （付記項５）付記項１〜４において、前記放熱部材は、
前記熱発電素子の放熱面に接合されて固定された第２固
定板部と、前記第２固定板部に一体的に設けられた１個
または複数個の第２突出伝熱部とを備えていることを特
徴とする熱発電素子装置。 （付記項６）吸熱面と放熱面とをもち前記吸熱面と前記
放熱面との間の温度差により熱発電機能を発揮する熱発
電素子に装備される放熱部材であって、前記放熱部材
は、前記熱発電素子の放熱面に接合されて固定される固
定板部と、前記固定板部に一体的に設けられた複数個の
突出伝熱部とを備えていることを特徴とする熱発電素子
装置用の放熱部材。このような放熱部材は押し出し品で
廉価に形成できる。 （付記項７）吸熱面と放熱面とをもち前記吸熱面と前記
放熱面との間の温度差により熱発電機能を発揮する熱発
電素子に装備される吸熱部材であって、前記吸熱部材
は、前記熱発電素子の吸熱面に接合されて固定される固
定板部と、前記固定板部に一体的に設けられた１個また
は複数個の突出伝熱部とを備えていることを特徴とする
熱発電素子装置用の吸熱部材。このような吸熱部材は押
し出し品で廉価に形成できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、放熱部材により放熱面
積、吸熱部材により吸熱面積が確保されため、熱発電効
果を高めることができる。殊に、放熱部材の放熱面積が
吸熱部材の吸熱面積よりも大きい場合には、放熱側と吸
熱側との必要温度差を確保するのに一層有利となり、熱
発電効果を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱発電素子装置の斜視図である。

【図２】他の例に係り、熱発電素子装置の斜視図であ
る。

【図３】他の例に係り、熱発電素子装置の斜視図であ
る。

【図４】他の例に係り、熱発電素子装置の斜視図であ
る。

【図５】他の例に係り、熱発電素子装置の正面図であ
る。

【図６】他の例に係り、熱発電素子装置の要部の正面図
である。

【図７】他の例に係り、一部断面にして示す熱発電素子
装置の正面図である。

【図８】他の例に係り、熱発電素子装置の正面図であ
る。

【図９】他の例に係り、熱発電素子装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

図中、１は熱発電素子、１１は吸熱面、１２は放熱面、
３は吸熱部材、６は放熱部材を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸熱面と放熱面とをもち前記吸熱面と前記
   放熱面との間の温度差により熱発電機能を発揮する熱発
   電素子と、前記熱発電素子の吸熱面に設けられた吸熱部
   材と、前記熱発電素子の放熱面に設けられた放熱部材と
   を具備しており、 前記吸熱部材は、前記熱発電素子の吸熱面の表面積より
   も大きい表面積をもつ吸熱面積・増加構造とされてお
   り、 前記放熱部材は、前記熱発電素子の放熱面の表面積より
   も大きい表面積をもつ放熱面積・増加構造とされている
   ことを特徴とする熱発電素子装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記放熱部材の放熱面
   積は前記吸熱部材の吸熱面積よりも大きく設定されてい
   ることを特徴とする熱発電素子装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記吸熱部材
   は、前記熱発電素子の吸熱面に固定された第１固定板部
   と、前記第１固定板部に一体的に設けられた１個または
   複数個の第１突出伝熱部とを備えていることを特徴とす
   る熱発電素子装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３の少なくとも一項において、
   前記放熱部材は、前記熱発電素子の放熱面に固定された
   第２固定板部と、前記第２固定板部に一体的に設けられ
   た１個または複数個の第２突出伝熱部とを備えているこ
   とを特徴とする熱発電素子装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４の少なくとも一項において、
   前記放熱部材と前記吸熱部材との間に、前記熱発電素子
   は１個または直列に複数個積層配置されていることを特
   徴とする熱発電素子装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５の少なくとも一項において、
   前記放熱部材及び前記吸熱部材の少なくとも一方は、複
   数個の子突起をもつことを特徴とする熱発電素子装置。
7. 【請求項７】請求項１〜５の少なくとも一項において、
   前記放熱部材及び前記吸熱部材の少なくとも一方は、複
   数個の子突起をもち、各前記子突起は前記子突起よりも
   小さな複数個の孫突起をもつことを特徴とする熱発電素
   子装置。
8. 【請求項８】請求項１〜５の少なくとも一項において、
   前記放熱部材及び前記吸熱部材の少なくとも一方は、複
   数個の微小突起または微小凹みをもつことを特徴とする
   熱発電素子装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８の少なくとも一項において、
   前記放熱部材及び前記吸熱部材の少なくとも一方には、
   着脱可能に装着されるアタッチメント式の面積増加部材
   が設けられていることを特徴とする熱発電素子装置。
10. 【請求項１０】請求項１〜９の少なくとも一項におい
    て、前記放熱部材及び前記吸熱部材の少なくとも一方の
    内部には、放熱または吸熱の流体が流れる通路が形成さ
    れていることを特徴とする熱発電素子装置。