JP2006109539A - 熱発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で、熱発電素子を高温側と低温側との間に適正に保持することができる熱発電装置を得る。
【解決手段】 排気熱発電装置１０では、高温側熱交換部１２の周方向に沿って４つの熱発電素子１６が配置されており、各熱発電素子１６は、環状を成して内面を熱発電素子１６側に向けるバンド３２によって、低温側熱交換器１４を介して高温側熱交換部１２に押し付けられて、該高温側熱交換部１２に拘束保持されている。熱発電素子１６は、高温側と、低温側との温度差に基づき起電力を生じる。バンド３２の周方向の一部には力吸収部４０が設けられており、発電時に高温側熱交換部１２が熱膨張すると、力吸収部４０がバンド３２の周方向の伸びを許容して、高温側熱交換部１２を含む高温側とバンド３２を含む低温側との熱膨張差を吸収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車のエンジンの排気等の高温流体が有する熱を利用して発電を行なう熱発電装置に関する。

自動車等の車両において、エンジンの排気熱を利用して発電を行なう熱発電装置を搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、排気管廻りに設けた温接点側アタッチメントと、この温接点側アタッチメントを外周側から覆う冷接点側アタッチメントとに間に熱起電力発生ユニットを配設している。温接点側アタッチメントと冷接点側アタッチメントとは、ボルト・ナットにて共締めされるようになっている。
特開２０００−３５８２４号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、共に水ジャケットが形成される高剛性部材である温接点側アタッチメント及び冷接点側アタッチメントによって熱起電力発生ユニットを保持する構成であるため、各部品の寸法のばらつきや熱膨張差を吸収することができなかった。このため、熱起電力発生ユニットに過大な負荷をかけないための特別の対策が必要であった。

本発明は上記事実を考慮して、簡単な構造で、熱発電素子を高温側と低温側との間に適正に保持することができる熱発電装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る熱発電装置は、それぞれ高温側を加熱部の外面に接触させた状態で該加熱部の周方向に沿って配置され、前記高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる複数の熱発電素子と、前記複数の熱発電素子の低温側に内面を向ける環状を成して該複数の熱発電素子をそれぞれ前記加熱部の外面に押し付けて拘束する素子拘束手段と、前記素子拘束手段に設けられ、該素子拘束手段が周方向に伸縮することを許容する力吸収部と、を備えている。

請求項１記載の熱発電装置では、複数の熱発電素子を加熱部の周方向に配置した状態から、素子拘束手段によって各熱発電素子を加熱部の外面に押し付けて拘束する。これにより、上記周方向に沿って配置された複数の熱発電素子は、それぞれ高温側を加熱部の外面に接触させた状態で該加熱部に保持される。各熱発電素子の保持状態で環状を成す素子拘束手段は、直接的又は間接的に各熱発電素子を加熱部に押し付け、それ自体は拘束力の反力で加熱部に保持されている。熱発電素子による熱起電力の発生すなわち発電に際して加熱部を加熱すると、該高温側の部品や部分は熱膨張する。一方、低温側に配置されている素子拘束手段は熱膨張しないか膨張量が小さく抑えられる。

ここで、素子拘束手段に力吸収部を設けたため、素子拘束手段は、上記高温側部品等のの熱膨張に伴って周方向に伸び、高温側部品等と素子拘束手段自体を含む低温側部品等との熱膨張差を吸収する。これにより、熱発電素子の拘束力が緩和され、該熱発電素子に過大な力（熱応力）が作用することが防止される。また、発電を停止して高温側部品等が温度低下に伴って収縮すると、素子拘束手段が力吸収部において縮み、該素子拘束手段による熱発電素子の保持（拘束）状態が維持される。

このように、請求項１記載の熱発電装置では、簡単な構造で、熱発電素子を高温側と低温側との間に適正に保持することができる。すなわち、加熱部の周方向に沿って配置された複数の熱発電素子は、共通の力吸収部にて保護され、それぞれ独立して熱膨張差を吸収すること必要としない簡単な構造で、熱発電素子を高温側と低温側との間に過大な力を受けないように保持することができる。

請求項２記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１記載の熱発電装置において、前記素子拘束手段は、周方向に対向する一対の自由端を有するバンド状弾性部材と、該バンド状弾性部材の一対の自由端を周方向に沿って接離可能に連結する前記力吸収部とで環状を成すように構成されている。

請求項２記載の熱発電装置では、素子拘束手段は、周方向の一部が切り欠かれた略Ｃ字状に構成されたバンド状弾性部材の一対の自由端が互いに接離可能に連結されることで、全体として環状を成したままの状態で周方向への伸縮を許容する力吸収部が形成されている。すなわち、発電及び発電停止の各状態に応じて一対の自由端間の隙間を拡縮することで素子拘束手段を周方向に伸縮させ、複数の熱発電素子を加熱部に保持する機能（力吸収部）が実現される。

請求項３記載の発明に係る熱発電装置は、請求項２記載の熱発電装置において、前記力吸収部は、前記素子拘束手段の一対の自由端にそれぞれ設けられ、互いに該素子拘束手段の周方向に対向する一対の対向片と、前記一対の対向片を接離可能に連結し、該一対の対向片の離間方向の移動限を規定する連結部材と、前記連結部材と対向片との間に設けられ、前記一対の対向片を互いに近接する方向に偏倚させる弾性部材と、を備えて構成されている。

請求項３記載の熱発電装置では、間隔をおいて互いに対向する一対の対向片は、連結部材によって互いに接離可能に連結されると共に、該連結部材によって互いに離間量が制限されている。少なくとも一方の対向片と連結部材との間に設けられた弾性部材は、該対向片を相手方対向片に近接する方向に偏倚させている。この偏倚量が素子拘束手段の周方向の伸び可能量に相当し、一対の対向片の間隔が縮み可能量に相当する。各熱発電素子による発電時には、弾性部材が変形することで、一対の対向片が離間して低温側の素子拘束手段が伸びて熱発電素子に過大な力が作用することが防止される。

請求項４記載の発明に係る熱発電装置は、請求項３記載の熱発電装置において、前記連結部材は、前記一対の対向片を共に貫通したボルトと該ボルトに螺合したナットとを含んで構成されている。

請求項４記載の熱発電装置では、一対の対向片を貫通したボルトにナットを螺合して力吸収部の連結部材が構成される。この連結部材は、ボルトに対するナットの螺合量すなわちナットとボルト頭との距離を調節可能であるため、素子拘束手段による複数の熱発電素子の加熱部の外面への押し付け力（保持力）を調節することができる。また、熱発電素子等に寸法のばらつきがある場合に、この寸法のばらつきを吸収することも可能である。なお、この構成においては、ボルトの頭部又はナットと対向片との間に配置される弾性部材として、圧縮弾性要素であるさらばね等を用いることができる。

請求項５記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１記載の熱発電装置において、前記力吸収部は、環状を成す前記素子拘束手段の周方向の一部を、屈曲度合いが弾性的に変化可能な屈曲部として構成されている。

請求項５記載の熱発電装置では、素子拘束手段の周方向の一部を屈曲部（湾曲部を含む）とすることで、該素子拘束手段の周方向の伸縮を許容する力吸収部が一体的に構成されている。このため、部品点数が少なく構造が一層簡単である。このような屈曲部としては、素子拘束手段の周方向にに沿って弾性的に伸縮可能な波型部（Ｕ字状部）やＶ字状部、これらを複数並べて形成したもの等を採用することができる。

請求項６記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の熱発電装置において、前記複数の熱発電素子と素子拘束手段との間にそれぞれ配置され、該素子拘束手段からの拘束力を該素子拘束手段の径方向に沿って前記熱発電素子に伝達する力伝達部をさらに備える。

請求項６記載の熱発電装置では、各熱発電素子には、それぞれ対応する力伝達部を介して直接的または間接的に、素子拘束手段からの拘束力が該素子拘束手段の径方向に沿って伝達される。これにより、各熱発電素子と加熱部との間には、略均一な面圧が作用し、各熱発電素子が安定して保持される。

請求項７記載の発明に係る熱発電装置は、請求項６記載の熱発電装置において、前記各熱発電素子の低温側に接触する複数の冷却部材を備え、前記各力伝達部は、前記各冷却部材における前記素子拘束手段の周方向に沿う方向の中央部に設けられ、該冷却部材の他の部分を前記素子拘束手段に内面に接触させることなく該素子拘束手段に内面に当接する凸部である。

請求項７記載の熱発電装置では、加熱部の周方向の各部において、該加熱部の外面と素子拘束手段の内面との間に、熱発電素子及び冷却部材が積層状態で挟み込まれて保持されている。冷却部材は、素子拘束手段の周方向に沿う中央部に設けられた凸部のみが素子拘束手段に内面に当接するため、素子拘束手段からの拘束力が該素子拘束手段の径方向にそって熱発電素子、加熱部に伝わる。また、冷却部材に一体に設けた凸部が力伝達部として機能するため、部品点数が増加することがない。

以上説明したように本発明に係る熱発電装置は、簡単な構造で、熱発電素子を高温側と低温側との間に適正に保持することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る熱発電装置である排気熱発電装置１０について、図１乃至図３に基づいて説明する。

図３には、排気熱発電装置１０の外観が側面図にて示されており、図１には図３の１−１線に沿う断面図が示されている。また、図２には排気熱発電装置１０の分解断面図が示されている。これらの図に示される如く、排気熱発電装置１０は、自動車に適用され内燃機関エンジンの排気ガスによって加熱される加熱部としての高温側熱交換部１２と、エンジン冷却水によって冷却される冷却部材としての低温側熱交換器１４との間に挟まれた複数の熱発電素子（熱電素子モジュールともいう）１６を備え、この熱発電素子１６が高温側と低温側との温度差に応じた起電力を生じる発電装置とされいる。以下、具体的に説明する。

図１及び図３に示される如く、排気熱発電装置１０は、高温側ハウジング１８を備えている。高温側ハウジング１８は、略正方形筒状に形成されており、その四隅にはそれぞれ略正方形筒状に形成された角パイプ２０が配設されている。高温側ハウジング１８における上下方向又は左右方向に隣り合う角パイプ２０間には、それぞれ貫通孔１８Ａが形成されており、これらの貫通孔１８Ａはそれぞれ集熱部材２２の素子接触板２２Ａにて閉止されている。各素子接触板２２Ａからは、それぞれ複数の集熱フィン２２Ｂが立設されており、集熱フィン２２Ｂは素子接触板２２Ａが貫通孔１８Ａを閉止した状態では高温側ハウジング１８内に入り込むようになっている。これら高温側ハウジング１８と各集熱部材２２とが、後述する高温ガス導入パイプ２４を囲むように高温側熱交換部１２を構成していおり、素子接触板２２Ａにおける集熱フィン２２Ｂ立設側と反対側の面が高温側熱交換部１２の外面を構成している。

また、高温側ハウジング１８の軸心部には、該高温側ハウジング１８の軸線方向に長手方向を一致させた高温ガス導入パイプ２４が配設されている。高温ガス導入パイプ２４は、そのパイプ壁に連通孔２４Ａが設けられており、図示しない内燃機関エンジンから導入された高温の排気ガスを高温側ハウジング１８内に導出するようになっている。連通孔２４Ａは、各集熱部材２２側を向けて放射状に、高温ガス導入パイプ２４の周方向に沿う複数箇所（この実施形態では４箇所）に設けられている。これにより、高温側ハウジング１８内では、高温ガス導入パイプ２４の外面と各素子接触板２２Ａとの間に形成された計４つの高温側熱交換路２６が、高温側ハウジング１８（高温ガス導入パイプ２４）の周方向に沿って配置されている。各集熱部材２２の集熱フィン２２Ｂは、それぞれ対応する高温側熱交換路２６内に位置している。なお、高温ガス導入パイプ２４から各高温側熱交換路２６に導入された排気ガスは、該高温側熱交換路２６を通過した後には角パイプ２０の内部を通って装置外（自動車のマフラー装置等）に排出されるようになっている。

そして、図１に示される如く、各集熱部材２２の素子接触板２２Ａにおける集熱フィン２２Ｂ立設側と反対側の面、すなわち高温側熱交換部１２の外面１２Ａには、それぞれ熱発電素子１６の高温側の面が接触している。一方、平板状に形成された熱発電素子１６の高温側の面とは反対側の面、すなわち低温側の面には、低温側熱交換器１４が接触している。低温側熱交換器１４は、それぞれの内部をエンジン冷却水が通過して冷却されるようになっている。各低温側熱交換器１４における熱発電素子１６接触側と反対側には凸部１４Ａが形成されているが、これについては後述する。

熱発電素子１６は、例えばゼーベック効果等によって、高温側（排気ガス）と低温側（冷却水）との温度差に基づく起電力を生じる構成とされている。図１に示される如く、１つの熱発電素子１６、これに接触する集熱部材２２（高温側熱交換路２６）及び低温側熱交換器１４が、１つの発電ユニット２８を構成している。また、図３に示される如く、高温側ハウジング１８（高温側熱交換部１２）の周方向に沿って配置された複数（この実施形態では４つ）の発電ユニット２８が１つの発電ユニット群３０を構成してしている。この実施形態では、高温側熱交換部１２の長手方向に沿って複数の発電ユニット群３０が設けられている。

そして、各発電ユニット群３０では、複数（４つ）の発電ユニット２８を構成する熱発電素子１６が、それぞれバンド３２によって、高温側熱交換部１２を構成する高温側ハウジング１８に保持されるようになっている。この実施形態では、各集熱部材２２、低温側熱交換器１４も同じ発電ユニット２８を構成する熱発電素子１６と共に、素子拘束手段としてのバンド３２によって高温側ハウジング１８に保持される構成とされている。以下、具体的に説明する。

図１に示される如く、バンド３２は、円環状部材の周方向の一部を切り欠いたように正面視で略Ｃ字状に形成されたバンド状弾性部材としてのバンド本体３２Ａと、バンド本体３２Ａの一対の自由端からそれぞれ略径方向外側に延設され互いに対向する一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃとを有している。バンド本体３２Ａは、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃを周方向に接離する方向に弾性的に変形する（バンド３２全体として周方向に伸縮する）ことが可能な構成（材質）とされている。バンド３２は、バンド本体３２Ａの自由状態では、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃが所定値以上の間隔をおいて対向するようになっている。

図１に示される如く、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃは、ボルト３４及び該ボルト３４に螺合したナット３６にて連結されている。ボルト３４は、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃを共に貫通しており、その頭部３４Ａとナット３６との間に一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃを位置させている。また、頭部３４Ａと対向片３２Ｂとの間、及びナット３６と対向片３２Ｃとの間には、それぞれ弾性部材としてのさらばね３８が配設されている。各さらばね３８は、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃを互いに近接する方向に偏倚させ、圧縮力を受けると潰れて一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃが互いに離間することを許容する構成とされている。このバンド３２における対向片３２Ｂ、３２Ｃ、ボルト３４、ナット３６、各さらばね３８が、バンド本体３２Ａの自由端の接離（バンド３２の周方向の伸縮）を可能とする力吸収部４０を構成している。

以上説明したバンド３２は、そのバンド本体３２Ａの内面に対応する発電ユニット群３０の各低温側熱交換器１４に巻き掛けられ、周方向に隣り合う低温側熱交換器１４間に力吸収部４０を位置させた状態で、直接的には低温側熱交換器１４を径方向内向きに高温側ハウジング１８側に押し付けるようになっている。そして、組付初期（高温ガス導入パイプ２４に排気ガスが導入される前の低温状態）では、各低温側熱交換器１４が所定の拘束力（面圧）で径方向内向きに押し付けられ、１つの発電ユニット群３０を構成する４つの発電ユニット２８の集熱部材２２、熱発電素子１６、低温側熱交換器１４が共通（単一）のバンド３２によって、所定の拘束力にて高温側ハウジング１８側に押し付けられて保持される構成である。

排気熱発電装置１０では、この組付初期状態で力吸収部４０の一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃ間には隙間Ｃが形成されると共に、各さらばね３８が潰れきることがない設定とされている。これにより、バンド３２は、その周方向の伸縮範囲が、一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃ同士が当接する縮み限から、各さらばね３８が対向片３２Ｂ、３２Ｃと頭部３４Ａ、ナット３６との間で潰れきってしまう伸び限までの範囲とされている。

そして、各低温側熱交換器１４におけるバンド本体３２Ａ内面との当接部位は、凸部１４Ａとされている。凸部１４Ａは、低温側熱交換器１４における熱発電素子１６とは反対側の面から突設され、バンド３２の周方向に沿う低温側熱交換器１４の幅方向中央部に位置している。この凸部１４Ａの突出高は、バンド本体３２Ａの内面が低温側熱交換器１４のエッジ部１４Ｂに接触しないように決めされている。すなわち、各低温側熱交換器１４は、その凸部１４Ａの先端においてのみバンド本体３２Ａに当接する構成とされている。また、凸部１４Ａは、その先端が正面視で円弧面とされており、バンド本体３２Ａに対し線接触（バンド幅方向に沿う線接触）又は点接触するようになっている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の排気熱発電装置１０では、自動車のエンジンが始動すると、エンジンの排気ガスが高温ガス導入パイプ２４を通じて各高温側熱交換路２６内、すなわち高温側熱交換部１２に導入される。この排気ガスは、集熱フィン２２Ｂと接触しつつ素子接触板２２Ａに熱を与える（熱交換する）。これにより、各発電ユニット２８において、熱発電素子１６の高温側が加熱される。上記熱交換によって冷却されつつ高温側熱交換部１２を通過した排気ガスは、角パイプ２０内を通じて装置外に排出される。一方、エンジン冷却水は、エンジンのウォータポンプの作動によって、例えば各発電ユニット２８の低温側熱交換器１４、エンジン、ラジエータの順に循環し、各低温側熱交換器１４を介して熱発電素子１６の低温側を冷却する。

以上のように、各発電ユニット２８を構成する熱発電素子１６の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電素子１６の低温側が冷却水にて冷却されることで、各熱発電素子１６の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電素子１６は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、各発電ユニット２８では、熱発電素子１６が発電を行なう。発電された電力は、自動車に搭載された蓄電池であるバッテリ等に蓄えられる（バッテリを充電する）。

ところで、排気熱発電装置１０では、高温側熱交換部１２に高温の排気ガスが導入される発電中には、該高温側熱交換部１２を含む高温側の各部が熱膨張する。一方、冷却水にて冷却される低温側熱交換器１４を含む低温側は、高温側と比較して熱膨張量が小さい。

ここで、低温側熱交換器１４を介して熱発電素子１６を高温側ハウジング１８に押し付けるバンド３２に力吸収部４０を設けたため、高温側熱交換部１２を含む高温側部分が高温の排気ガスによって加熱されて膨張すると、低温側で熱膨張の小さいバンド３２は、各さらばね３８を潰して一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃ間の間隔を広げ、換言すれば、周方向に伸張して拘束力を緩和し、高温側ハウジング１８に押し付けている熱発電素子１６に過大な力が作用させることがない。すなわち、バンド３２の力吸収部４０が高温側と低温側との熱膨張差（に基づいて熱応力が生じること）を吸収する。一方、例えばエンジン停止などによって高温の排気ガスの導入が遮断されると、高温側熱交換部１２を含む高温側部分が温度低下に伴い収縮する。すると、バンド３２の力吸収部４０が各さらばね３８の復元力にて一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃを近接させ、収縮した高温側ハウジング１８に対し熱発電素子１６等をしっかりと保持する（拘束力を維持する）。

以上により、各発電ユニット群３０毎に１つのバンド３２が保持する４つの発電ユニット２８（の少なくとも熱発電素子１６、低温側熱交換器１４）に対し、１つの力吸収部４０が熱膨張差を吸収する簡単な構造で、発電時及び発電停止時共に熱発電素子１６に過大な力を作用させることなく各発電ユニット２８を保持する状態を維持することができる。

この点を図５に示す比較例と比較しつつ説明する。この比較例において排気熱発電装置１０の構成部分に対応する構成部分は、排気熱発電装置１０の構成部品と同一の符号を付して説明を省略する。比較例に係る排気熱発電装置１００は、一対の半体１０２を組み合わせて環状を成す剛体リング１０４の内面と、各発電ユニット２８を構成する低温側熱交換器１４（凸部１４Ａを備えないもの）との間に、それぞれ（計４組の）さらばね１０６、ばね受け１０８を配設することで、熱発電素子１６を高温側熱交換部１２に押し付けながら高温側と低温側との熱膨張差を吸収する力吸収構造を構成している。また、一対の半体１０２は、それぞれの自由端から張り出した連結片１１０が相手方の連結片１１０とボルト・ナットにて締結されて互いに固定されている。また、各部の寸法誤差を吸収するために、対応する連結片１１０間にはスペーサシム１１２が挟み込まれている。

以上説明した比較例では、各発電ユニット２８毎にさらばね１０６を必要とするため、部品点数が多く構造が複雑であり、また組付に慎重かつ煩雑な作業を要求する。一方、本発明の一実施形態に係る排気熱発電装置１０では、上記の通り、バンド３２に力吸収部４０が設けられているため、該力吸収部４０が１つで足りる。しかも、排気熱発電装置１０では、各発電ユニット２８（低温側熱交換器１４）とバンド本体３２Ａ内面との間にさらばね１０６を設ける必要がないため、部品点数が少なく、組付性も良好である。

このように、第１の実施形態に係る排気熱発電装置１０では、簡単な構造で、熱発電素子１６を高温側と低温側との間に適正に保持することができる。

また、排気熱発電装置１０では、バンド３２の一対の対向片３２Ｂ、３２Ｃをさらばね３８を介在させてボルト３４、ナット３６にて連結する構成であるため、ボルト３４に対するナット３６の螺合量（ナット３６とボルト頭３４Ａとの間隔）によって、組付初期におけるバンド３２による各熱発電素子１６（発電ユニット２８）の高温側熱交換部１２への拘束力（面圧）を調節することができる。すなわち、ボルト３４、ナット３６の締め付けトルク管理によって、熱発電素子１６等の各発電ユニット２８の構成部品の寸法のばらつきを吸収しつつ適正な拘束力を付与することができる。このため、上記比較例が備えるスペーサシム１１２を設ける必要がなく、構造が一層簡単である。

特に、各低温側熱交換器１４の凸部１４Ａのみがバンド本体３２Ａの内面に当接し、この当接形態が略線接触（正面視で略点接触）であるため、バンド３２による該バンド３２の径方向に沿う拘束力が低温側熱交換器１４（凸部１４Ａ）を介して熱発電素子１６に適正に伝達される。このため、各発電ユニット２８は、高温側熱交換部１２、熱発電素子１６、低温側熱交換器１４間に略均一な面圧が作用し、これらを周方向にずらしたり崩したりする力やモーメントなどが作用することがなく、安定した姿勢で高温側ハウジング１８に保持される。

これにより、上記ボルト・ナットの締め付けトルク管理による押し付け力の管理が容易かつ確実になり、各発電ユニット２８の高温側ハウジング１８への保持に対する信頼性が向上する。また、バンド３２の押し付け力を該バンド３２の径方向に沿って熱発電素子１６に伝達する凸部１４Ａが、低温側熱交換器１４に一体的に設けられているため、排気熱発電装置１０の部品点数を増加させることがない。

さらに、一対の自由端（対向片３２Ｂ、３２Ｃ）を接離する方向に弾性変形可能な弾性部材（板ばね状部材）であるバンド本体３２Ａは、薄肉に構成されるため、比較例の剛体リング１０４と比較して軽量である。このため、組付時のバンド３２の取り扱いが容易で組付製が一層良好である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る排気熱発電装置５０について図４に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分については上記第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図４には、排気熱発電装置５０が図１に対応する断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置５０は、力吸収部４０を有するバンド３２に代えて、力吸収部５４を有する素子拘束手段としてのバンド５２を備える点で、排気熱発電装置１０とは異なる。バンド５２は、円環状部材の周方向の一部を切り欠いたように正面視で略Ｃ字状に形成されたバンド状弾性部材としてのバンド本体５２Ａと、バンド本体５２Ａの一対の自由端からそれぞれ略径方向外側に延設され互いに対向する一対の対向片５２Ｂ、５２Ｃとを有している。バンド本体５２Ａの自由状態では、一対の対向片５２Ｂ、５２Ｃは互いに周方向に離間する構成とされている。

力吸収部５４は、バンド本体５２Ａにおける一対の自由端（対向片５２Ｂ、５２Ｃ）間の中間部の一部を波型に形成することで構成されている。すなわち、バンド５２は、バンド本体５２Ａにおける力吸収部５４の両端間が接離することで、全体として周方向に弾性的に伸縮する構成とされている。なお、図４では、力吸収部５４を略半周期分の形状を有する波型として図示しているが、１周期分乃至複数周期分の波型に形成しても良い。

以上説明したバンド５２は、突き合わせた一対の対向片５２Ｂ、５２Ｃを、これらを共に貫通したボルト５６及び該ボルト５６に螺合したナット５８によって固定的に連結された状態で、バンド本体５２Ａの内面に各低温側熱交換器１４の凸部１４Ａを当接させて各く発電ユニット２８を高温側熱交換部１２に押し付けるようになっている。そして、バンド５２は、発電時には力吸収部５４の両端が離間して高温側と低温側との熱膨張差を吸収し、発電停止時には力吸収部５４に復元力によって該力吸収部５４の両端を近接させることで、バンド５２による各発電ユニット２８（熱発電素子１６）の保持状態を維持する。

したがって、第２の実施形態に係る排気熱発電装置５０によっても、ボルト３４、ナット３６のトルク管理によって初期押し付け力を調整することができる効果を除いて、第１の実施形態に係る排気熱発電装置１０と同様の効果を得ることができる。また、力吸収部５４がバンド本体５２Ａに一体に設けられているため、部品点数が一層少ない構成が実現されている。さらに、バンド本体５２Ａの自由状態で一対の対向片５２Ｂ、５２Ｃが離間しているため、力吸収部５４を一体に設けた構成においても良好な組付性を得ることができる。

なお、上記各実施形態では、高温側熱交換部１２の周方向に沿って４つの発電ユニット２８（熱発電素子１６）を配置した例を示したが、本発明はこれに限定されず、高温側熱交換部１２の周方向に沿って２つ以上の発電ユニット２８（熱発電素子１６）を配置すれば良い。

また、上記各実施形態では、高温側熱交換部１２を構成する集熱部材２２が低温側熱交換器１４、熱発電素子１６と共にバンド３２、５２の押し付け力によって高温側ハウジング１８に保持される例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、集熱部材２２を溶接等によって高温側ハウジング１８に予め固着するようにしても良い。

さらに、上記各実施形態では、力吸収部４０、５４を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、バンド本体３２Ａ、５２の自由端間（対向片３２Ｂ・３２Ｃ間、５２Ｂ・５２Ｃ間）を引張ばね等にて架け渡して力吸収部を構成しても良い。

本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置の概略全体構成を示す、図３の１−１線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置の分解断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置の一部を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る排気熱発電装置の概略全体構成を示す、図１に対応する断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係る排気熱発電装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 排気熱発電装置（熱発電装置）
１２ 高温側熱交換部（加熱部）
１４ 低温側熱交換器（冷却部材）
１４Ａ 凸部（力伝達部）
１６ 熱発電素子
３２ バンド（素子拘束手段）
３２Ｂ 対向片
３２Ｃ 対向片
３４ ボルト（連結部材）
３６ ナット（連結部材）
３８ さらばね（弾性部材）
４０ 力吸収部
５０ 排気熱発電装置
５２ バンド（素子拘束手段）
５４ 力吸収部

Claims (7)

1. それぞれ高温側を加熱部の外面に接触させた状態で該加熱部の周方向に沿って配置され、前記高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる複数の熱発電素子と、
   前記複数の熱発電素子の低温側に内面を向ける環状を成して該複数の熱発電素子をそれぞれ前記加熱部の外面に押し付けて拘束する素子拘束手段と、
   前記素子拘束手段に設けられ、該素子拘束手段が周方向に伸縮することを許容する力吸収部と、
   を備えた熱発電装置。
2. 前記素子拘束手段は、周方向に対向する一対の自由端を有するバンド状弾性部材と、該バンド状弾性部材の一対の自由端を周方向に沿って接離可能に連結する前記力吸収部とで環状を成すように構成されている請求項１記載の熱発電装置。
3. 前記力吸収部は、
   前記素子拘束手段の一対の自由端にそれぞれ設けられ、互いに該素子拘束手段の周方向に対向する一対の対向片と、
   前記一対の対向片を接離可能に連結し、該一対の対向片の離間方向の移動限を規定する連結部材と、
   前記連結部材と対向片との間に設けられ、前記一対の対向片を互いに近接する方向に偏倚させる弾性部材と、
   を備えて構成されている請求項２記載の熱発電装置。
4. 前記連結部材は、前記一対の対向片を共に貫通したボルトと該ボルトに螺合したナットとを含んで構成されている、請求項３記載の熱発電装置。
5. 前記力吸収部は、環状を成す前記素子拘束手段の周方向の一部を、屈曲度合いが弾性的に変化可能な屈曲部として構成されている請求項１記載の熱発電装置。
6. 前記複数の熱発電素子と素子拘束手段との間にそれぞれ配置され、該素子拘束手段からの拘束力を該素子拘束手段の径方向に沿って前記熱発電素子に伝達する力伝達部をさらに備える請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の熱発電装置。
7. 前記各熱発電素子の低温側に接触する複数の冷却部材を備え、
   前記各力伝達部は、前記各冷却部材における前記素子拘束手段の周方向に沿う方向の中央部に設けられ、該冷却部材の他の部分を前記素子拘束手段に内面に接触させることなく該素子拘束手段に内面に当接する凸部である、
   請求項６記載の熱発電装置。

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