JP2006125341A - 熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続配線の電気的接続状態を安定確保することができ、更には生産性を向上させることができる熱電発電装置を得る。
【解決手段】熱電発電装置１０は、排気ガスが導入されるガス導入パイプ３６を中心部に有し、その周囲に配置された集熱部材５０で集熱し、熱電変換素子部６０の高温側の接触面６０Ａを加熱する。熱電変換素子部６０の反対側の面には水冷却容器５４が配置されており、双方の熱落差により起電力を発生する仕組みである。熱電変換素子部６０から引き出されたリード線６４は水冷却容器５４の外側を配索されてその側方で隣の熱電変換素子部６０のリード線６４と結線されバンドクランプ７う８で固定的に保持される。従って、リード線６４の絶縁被覆が焼ける等の不具合は生じない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気管又は加熱手段と冷却手段との間に熱伝導可能に熱電変換手段を介在させ、排気管を高温側熱源とし冷却手段を低温側熱源として熱落差を利用して起電力を発生する熱電発電装置に関する。

下記特許文献１には、従来の熱電発電装置の構成が開示されている。簡単に説明すると、特許文献１に開示された熱電発電装置では、高温の排気ガスが通る排気管の途中部分に有底円筒状の熱交換器が接続されており、当該熱交換器の周囲に配置された排気管壁の外周部に熱電変換素子が配設されている。さらに、熱電変換素子の外周部にはウォータジャケットが接続されており、ラジエータからのエンジン冷却水が供給されるようになっている。

上記構成によれば、熱電発電素子の高温部側電極は排気ガスの排熱によって加熱されると同時に熱電発電素子の低温部側電極はエンジン冷却水によって冷却されるため、安定した熱落差が得られ、発電効率を高めることができるというものである。
実開平６−７９１６８号公報

しかしながら、上記先行技術による場合、軸方向に隣接する熱電発電素子同士を接続する接続配線が排気管壁とウォータジャケットとの間に配置されることになるため、排気管壁から伝導される熱によって接続配線の絶縁被覆が焼けるおそれがある。

また、接続配線の結線にはんだ付けを用いると、排気管壁から伝導される熱によってはんだ付けが溶融する可能性があるため、結線手段にはんだ付けを使用することができず、生産性が低下するという問題もある。

本発明は上記事実を考慮し、接続配線の電気的接続状態を安定確保することができ、更には生産性を向上させることができる熱電発電装置を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る熱電発電装置は、中心側に配置され高温側熱源として利用される排気管と、この排気管よりも外側に配置されて低温側熱源として利用される冷却手段と、排気管又は排気管によって加熱される加熱手段と冷却手段との間に熱伝導可能に介在され、排気管を高温側熱源とし冷却手段を低温側熱源として熱落差を利用して起電力を発生する熱電変換手段と、を含んで構成された熱電発電装置であって、前記熱電変換手段への接続配線は、当該熱電変換手段における排気管又は加熱手段との接触面を迂回した低温側経路に沿って配索されて保持されている、ことを特徴としている。

請求項２記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項１記載の発明において、前記熱電変換手段は複数個配置されていると共に、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線と隣り合う他方の熱電変換手段から引き出された接続配線とは電気配線を介して接続されており、さらに、当該接続配線と当該電気配線とを前記冷却手段の近傍でかつ前記排気管又は加熱手段から離間した位置で結線した、ことを特徴としている。

請求項３記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項２記載の発明において、各々熱電変換手段が保持可能とされると共に熱電変換手段の配設個数と同数設けられ、樹脂で被覆された電気配線及び前記接続配線が結線される接続用端子を備えた複数のホルダ部と、隣り合うホルダ部同士を相互に連結すると共に樹脂内部に隣り合う熱電変換手段を電気的に接続するための電気配線が埋設された一又は複数の連結部と、を含んで構成された樹脂ホルダを有し、前記複数の熱電変換手段は、当該樹脂ホルダに保持されることにより電気的接続状態を維持した状態でサブアッセンブリ化されている、ことを特徴としている。

請求項４記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３記載の発明において、前記樹脂ホルダの各ホルダ部には、熱電変換手段と冷却手段とが一組になって保持されており、かつ各ホルダ部には当該熱電変換手段及び冷却手段の少なくとも一方に対して係止されることにより仮止めを成す係止部が一体に形成されている、ことを特徴としている。

請求項５記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記樹脂ホルダにはコネクタが一体化されている、ことを特徴としている。

請求項６記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記連結部は、曲げ変形可能なフレキシブル構造とされている、ことを特徴としている。

請求項７記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記樹脂ホルダには、複数のホルダ部の一方の端と他方の端とを繋ぎかつその固定状態を維持させるための固定手段が一体に設けられている、ことを特徴としている。

請求項８記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項１に記載の発明において、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線は隣り合う他方の熱電変換手段の外側に配置された冷却手段の外側を通り当該冷却手段の近傍位置にて当該他方の熱電変換手段から引き出された接続配線と固定具で固定されている、ことを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、中心側に配置された排気管には高温の排気ガスが通るため、高温側熱源として利用することができる。一方、排気管よりも外側に配置された冷却手段は低温側熱源として利用することができる。そして、排気管又は排気管によって加熱される加熱手段と冷却手段の間に熱伝導可能に熱電変換手段を介在されることにより、熱落差を生じさせることができ、この熱落差を利用して熱電変換手段によって起電力が発生される。

ここで、本発明では、熱電変換手段への接続配線が熱電変換手段における排気管又は加熱手段との接触面を迂回した低温側経路に沿って配索されて保持されているため、接続配線の絶縁被覆が高温側熱源である排気管又は加熱手段の熱によって焼ける等の不具合が生じるのを防止することができる。

請求項２記載の本発明によれば、熱電変換手段は複数個配置されており、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線と隣り合う他方の熱電変換手段から引き出された接続配線とは電気配線を介して接続されている。

ここで、本発明では、当該接続配線と当該電気配線とを冷却手段の近傍でかつ排気管又は加熱手段から離間した位置で結線することとしたので、低温領域で結線することになる。従って、かしめによる結線以外にも、従来では使用できなかったはんだ付けによる結線も可能となる。

請求項３記載の本発明によれば、複数（熱電変換手段の配設個数と同数）のホルダ部と一又は複数の連結部とを含んで構成された樹脂ホルダは、ホルダ部及び連結部のそれぞれに樹脂内部に電気配線が埋設されて回路が構成されており、かかる樹脂ホルダに複数の熱電変換手段が保持される。また、各熱電変換手段の接続配線は各ホルダ部が備える接続用端子に結線される。これにより、複数の熱電変換手段は電気的接続状態を維持した状態でサブアッセンブリ化される。

ここで、本発明では、複数のホルダ部と一又は複数の連結部とを一体化した樹脂ホルダを用いたので、電気的接続信頼性を高精度に確保することができるだけでなく、効率的な回路パターンを構成することができる。このため、接続配線のみを用いて電気的接続状態を維持する構成に比し、配線長を短くすることができる。

請求項４記載の本発明によれば、樹脂ホルダの各ホルダ部には熱電変換手段と冷却手段とが一組となって保持される。このため、樹脂ホルダに複数の熱電変換手段、冷却手段、及び電気配線が予めサブアッセンブリ化されることとなる。すなわち、部品の集約化を図ることができる。

また、各ホルダ部には当該熱電変換手段及び冷却手段の少なくとも一方に対して係止されることにより仮止めを成す係止部が一体に形成されているため、煩雑な組付治具を用いた組付作業が不要になる。

請求項５記載の本発明によれば、樹脂ホルダにコネクタを一体化したので、接続配線を順次繋いでいく構成に比し、コネクタの配置の自由度を向上させることができる。

請求項６記載の本発明によれば、ホルダ部同士を繋ぐ連結部を曲げ変形可能なフレキシブル構造としたので、組付時に生じる曲げ応力を効果的に吸収することができると共に組付時の各ホルダ部の位置調整を容易に行うことができる。

請求項７記載の本発明によれば、複数のホルダ部の一方の端と他方の端とを固定手段を使って繋ぎその固定状態を維持することが可能となる。このため、組付時にサブアッセンブリ化された樹脂ホルダを排気管に仮付けすることができ、最終的な本固定作業を容易に行うことができる。

請求項８記載の本発明によれば、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線は隣り合う他方の熱電変換手段の外側に配置された冷却手段の外側を通り当該冷却手段の近傍位置にて当該他方の熱電変換手段から引き出された接続配線と固定具で固定されているため、接続配線の絶縁被覆が高温側熱源である排気管又は加熱手段の熱によって焼ける等の不具合が生じるのを防止することができる。

以上説明したように、請求項１記載の熱電発電装置は、中心側に配置され高温側熱源として利用される排気管と、この排気管よりも外側に配置されて低温側熱源として利用される冷却手段と、排気管又は排気管によって加熱される加熱手段と冷却手段との間に熱伝導可能に介在され、排気管を高温側熱源とし冷却手段を低温側熱源として熱落差を利用して起電力を発生する熱電変換手段と、を含んで構成され、熱電変換手段への接続配線を、当該熱電変換手段における排気管又は加熱手段との接触面を迂回した低温側経路に沿って配索して保持したので、接続配線の絶縁被覆を排気熱から有効に保護することができ、その結果、接続配線の電気的接続状態を安定確保することができるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項１記載の発明において、熱電変換手段は複数個配置されていると共に、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線と隣り合う他方の熱電変換手段から引き出された接続配線とは電気配線を介して接続されており、さらに、当該接続配線と当該電気配線とを冷却手段の近傍でかつ排気管又は加熱手段から離間した位置で結線したので、従来では使用できなかったはんだ付けによる結線が可能になり、その結果、生産性を格段に向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項２記載の熱電発電装置において、各々熱電変換手段が保持可能とされると共に熱電変換手段の配設個数と同数設けられ、樹脂で被覆された電気配線及び接続配線が結線される接続用端子を備えた複数のホルダ部と、隣り合うホルダ部同士を相互に連結すると共に樹脂内部に隣り合う熱電変換手段を電気的に接続するための電気配線が埋設された一又は複数の連結部と、を含んで構成された樹脂ホルダを有し、複数の熱電変換手段は当該樹脂ホルダに保持されることにより電気的接続状態を維持した状態でサブアッセンブリ化されているので、効率的な回路パターンを構成することにより配線長を短くすることができ、その結果、熱電発電装置の重量軽減を図ることができるという優れた効果を有する。

請求項４記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３記載の発明において、樹脂ホルダの各ホルダ部には、熱電変換手段と冷却手段とが一組になって保持されており、かつ各ホルダ部には当該熱電変換手段及び冷却手段の少なくとも一方に対して係止されることにより仮止めを成す係止部が一体に形成されているため、部品の集約化及び煩雑な組付治具を用いた組付作業の廃止を図ることができ、その結果、排気管又は加熱手段への組付作業を飛躍的に向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項５記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３又は請求項４記載の発明において、樹脂ホルダにコネクタを一体化したので、接続配線を順次繋いでいく構成に比し、コネクタの配置の自由度を向上させることができ、その結果、熱電発電装置の組付作業性及び生産性を向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項６記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、ホルダ部同士を繋ぐ連結部を曲げ変形可能なフレキシブル構造としたので、組付時に生じる曲げ応力を効果的に吸収することができると共に組付時の各ホルダ部の位置調整を容易に行うことができ、その結果、樹脂ホルダひいては熱電発電装置の耐久性の向上及び組付作業性の向上を図ることができるという優れた効果を有する。

請求項７記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、樹脂ホルダに複数のホルダ部の一方の端と他方の端とを繋ぎかつその固定状態を維持させるための固定手段を一体に設けたので、組付時にサブアッセンブリ化された樹脂ホルダを排気管又は加熱手段に仮付けすることができ、熱電発電装置の組付作業性を向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項８記載の本発明に係る熱電発電装置は、請求項１記載の発明において、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線を、隣り合う他方の熱電変換手段の外側に配置された冷却手段の外側を通り当該冷却手段の近傍位置にて、当該他方の熱電変換手段から引き出された接続配線と固定具で固定することとしたので、接続配線の絶縁被覆を排気熱から有効に保護することができ、その結果、接続配線の電気的接続状態を安定確保することができるという優れた効果を有する。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図６を用いて、本発明に係る熱電発電装置の第１実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印Ａは車両前方側を示している。

図４には、熱電発電装置１０を適用した自動車１２の概略構成が底面図にて示されている。この図に示されるように、自動車１２の車体前部にはエンジン（広義には内燃機関）１４が配置されている。エンジン１４で発生した高温の排気ガスは排気マニホールド１６にて集合された後、排気管１８を通ってマフラ２０に送り込まれ、マフラ２０から車外へ排出されるようになっている。

上記排気管１８の中間部、即ちエンジン１４（排気マニホールド１６）とマフラ２０との間には、エンジン１４の排気ガスが有する熱を発電に利用する熱電発電装置１０が配設されており、以下に詳細に説明する。

図１には、上記熱電発電装置１０の縦断面図が示されている。また、図２及び図３には、上記熱電発電装置１０の一部（前部側）を軸線を含む平面で切断した横断面図が示されている。これらの図に示されるように、熱電発電装置１０は、断面形状が方形とされた筒状のハウジング２６を備えている。このハウジング２６の中心部には、断面形状が方形とされかつ高温の排気ガスが導入される排気ガス導入管３８が配置されている。排気ガス導入管３８の前端部は開放端３８Ａとされており、触媒３０（図４参照）に接続されている。また、排気ガス導入管３８の後端部は閉止端とされている。

上記排気ガス導入管３８の対角線の延長線上、つまりハウジング２６の四隅には、断面形状が方形とされた合計４本の角パイプ３２が配置されている。これにより、ハウジング２６の内部空間が、角パイプ３２内の４つのガス排出路３２Ａと、排気ガス導入管３８内のガス導入路３８Ｃと、隣接する角パイプ３２間に形成された合計４本の高温側熱交換路４４とに区画されている。

各高温側熱交換路４４には、その長手方向に沿って適宜間隔で仕切壁４６が配設されている。これに対応して、排気ガス導入管３８の内側の周壁部には、ガス導入路３８Ｃと対応する高温側熱交換路４４とを連通する複数の連通孔４２が形成されている。また、角パイプ３２の内側の周壁部には、仕切壁４６に隣接して高温側熱交換路４４とガス排出路３２Ｃとを連通するガス排出孔４８が形成されている。

これにより、触媒３０を通って浄化された排気ガスは、排気ガス導入管３８内のガス導入路３８Ｃへ導入された後、図２に示される如く、連通孔４２を通って高温側熱交換路４４内へ流入し、ガス排出孔４８を通って角パイプ３２内のガス排出路３２Ａ内へ送り込まれ、後端部の排気ガス導出管３６（図４参照）から排気管１８へ排出されるようになっている。

上記高温側熱交換路４４には、加熱手段としての集熱部材５０が配設されている。集熱部材５０は、後述する熱電変換素子部６０に接触する素子接触板５０Ａと、素子接触板５０Ａの一面から立設された多数の集熱フィン５０Ｂとを含んで構成されており、断面視では略櫛状に形成されている。素子接触板５０Ａは平板状に構成されており、集熱フィン５０Ｂがハウジング２６に形成された貫通孔２６Ａから挿入されると、一対の角パイプ３２に係止された状態で当該貫通孔２６Ａを閉塞するようになっている。また、集熱フィン５０Ｂは素子接触板５０Ａに対してほぼ直立する薄板状に形成されており、素子接触板５０Ａによって貫通孔２６Ａが閉塞された状態では集熱フィン５０Ｂが高温側熱交換路４４内に突出した状態で配置されるようになっている。

上記集熱部材５０の素子接触板５０Ａの外側の面には、平板状に構成された熱電変換手段としての熱電変換素子部６０の高温側の面６０Ａ（内側の面）が接触している。図５に示されるように、熱電変換素子部６０を構成する熱電変換素子モジュール６２は多数個の熱電変換素子６２Ａを直列に接合してモジュール化し、絶縁物でモールディングすることにより構成されている。そしてさらに、図６に示されるように、隣接する熱電変換素子モジュール６２同士をリード線６４を使ってかしめながら（図６のＰ部がかしめ部である）順次結線していくことにより、この例では１列４素子モジュール×４列に構成されている。なお、熱電変換素子６２Ａは、例えば、ゼーベック効果等により高温側と低温側との熱落差（温度差）に基づいて起電力を発生する素子である。

図１及び図３に戻り、上述した熱電変換素子部６０の低温側の面（外側の面）６０Ｂには冷却手段としての水冷却容器５４が接触状態で配置されている。熱電発電装置１０の軸方向に隣接する水冷却容器５４は連結パイプ５５によって相互に連通されており、これにより水冷却容器５４、連結パイプ５５、次の水冷却容器５４といった具合にラジエータからの冷熱源としてのエンジン冷却水（冷媒）が循環されるようになっている。

以上の構成により、集熱部材５０（更には排気管１８）を高温側熱源とし、水冷却容器５４を低温側熱源とし、両者の間に熱電変換素子部６０が介在された一つの発電ユニット５６が構成され、当該発電ユニット５６が排気ガス導入管３８の長手方向に沿って複数個設置される構成である。

ここで、図１に示されるように、上述した排気ガス導入管３８の外周部に配設された集熱部材５０、熱電変換素子部６０、水冷却容器５４は、素子固定装置６６によって固定されている。具体的には、素子固定装置６６は、連結パイプ５５の端部が接合される合計４個の連結ブロック６８の外接円に沿って配置される一対の半円形状の環状部材７０を備えている。各環状部材７０の両端部には取付フランジ７２がそれぞれ半径方向外側へ向けて突出されており、双方の取付フランジ７２を固定ボルト７４及び固定ナット７６で締結することにより、排気ガス導入管３８の周囲に集熱部材５０、熱電変換素子部６０、水冷却容器５４が固定されるようになっている。

さらに、熱電変換素子部６０から引き出された接続配線としてのリード線６４は、熱電変換素子部６０における高温側の接触面６０Ａを迂回する低温側経路（水冷却容器５４及び連結パイプ５５の周辺外側を通る経路）に沿って遠ざかるように配索され、周方向隣りの熱電変換素子部６０のリード線６４と結線されてバンドクランプ７８によって固定的に保持されている。

なお、最終となる一対のリード線６４は、一方の環状部材７０に片持ち支持状態で固定されたコネクタ固定ステー８０の先端部に配設されたコネクタ８２に接続されている。

（本実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

排気ガスは、エンジン１４から排気マニホールド１６、排気管１８を通った後、触媒３０で浄化され、その後熱電発電装置１０の排気ガス導入管３８内のガス導入路３８Ｃへ導入される。ガス導入路３８Ｃに導入された排気ガスは、連通孔４２を通って高温側熱交換路４４に導入され、集熱部材５０の集熱フィン５０Ｂと接触し、これを加熱する。集熱フィン５０Ｂに伝導された熱は素子接触板５０Ａに伝達され、熱電変換素子部６０の高温側を加熱する。

なお、集熱部材５０の集熱フィン５０Ｂと熱交換して冷却された排気ガスは、ガス排出孔４８から角パイプ３２内のガス排出路３２Ａへ排出される。ガス排出路３２Ａに排出された排気ガスは、排気ガス導出管３６から排気管１８へ導出される。その後、排気ガスはマフラー２０で消音されてから車外へ放出される。

一方、エンジン冷却水は、エンジン１４のウォータポンプの作動によって水冷却容器５４内へ供給される。これにより、熱電変換素子部６０の低温側が冷却される。なお、熱電変換素子部６０の低温側を冷却した後のエンジン冷却水は、ラジエータへ送給されてからウォータポンプに戻される。

上記過程により、熱電変換素子部６０の高温側の接触面６０Ａと低温側の接触面６０Ｂとの間に熱落差が発生し、それに基づいて所定の起電力が発生する。つまり、熱電発電装置１０が発電を行う。発電された電力は、図示しないバッテリに蓄えられて蓄電される。

ここで、本実施形態に係る熱電発電装置１０では、図１に示されるように、熱電変換素子部６０から引き出された接続配線としてのリード線６４を、熱電変換素子部６０における高温側の接触面６０Ａを迂回する低温側経路（水冷却容器５４及び連結パイプ５５の周辺外側を通る経路）に沿って配索し、周方向隣りの熱電変換素子部６０のリード線６４と結線されてバンドクランプ７８によって固定的に保持する構成としたので、リード線６４の絶縁被覆が高温側熱源である集熱部材４０が発する熱によって焼ける等の不具合が生じるのを防止することができる。その結果、本実施形態に係る熱電発電装置１０によれば、リード線６４による電気的接続状態を安定確保することができる。

〔第２実施形態〕
以下、図７〜図１５を用いて、本発明に係る熱電発電装置の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図７には、本実施形態に係る熱電発電装置１００の要部の組付状態を示す縦断面図が示されている。この図に示されるように、本実施形態に係る熱電発電装置１００では、前述した熱電変換素子モジュール６２（熱電変換素子部６０）を樹脂ホルダ１０２を用いて電気的接続状態を確保した上で組付前に当該熱電変換素子モジュール６２（熱電変換素子部６０）と水冷却容器５４とを予めサブアッセンブリ化した点に特徴があり、以下に詳細に説明する。

図８には樹脂ホルダ１０２の単品状態の正面図が示されており、又図９には当該樹脂ホルダ１０２の底面図が示されている。これらの図に示されるように、樹脂ホルダ１０２は、熱電変換素子モジュール６２の配設個数と同数（本実施形態では、合計４個）のホルダ部１０４を備えている。各ホルダ部１０４は、略矩形枠状に形成された本体部１０４Ａと、この本体部１０４Ａの上端中央部に設定されて電気的接続状態を遮断するために開放された一対の素子接合端子１０４Ｂと、を備えている。また、隣り合うホルダ部１０４同士は、上下一対の連結部１０６によって相互に連結されている。各連結部１０６は、曲げ変形可能なフレキシブルな蛇腹構造とされている。さらに、任意の一箇所のホルダ部１０４の底部には、コネクタ１０８が一体に設けられている。

上記構成の樹脂ホルダ１０２は、図１０に示されるバスバー回路を構成するべく、インサート成形により電気配線としての導体１１０が樹脂部内に埋設されている。なお、成形後の状態では、一対の素子接合端子１０４Ｂ（図８参照）を除いた部分が樹脂で被覆されている。

また、図８及び図９に戻り、上述した各ホルダ部１０４の上縁側には、素子接合端子１０４Ｂに隣接して左右一対の係止部１１２が一体に形成されている。また、各ホルダ部１０４の下縁側の中央部にも同様の係止部１１２が一体に形成されている。

図１１には、上記樹脂ホルダ１０２に熱電変換素子モジュール６２及び水冷却容器５４が仮付けされてサブアッセンブリ化された状態の正面図が示されており、又図１２には当該サブアッセンブリ１１４の平面図が示されており、更に図１３には当該サブアッセンブリ１１４の底面図が示されている。また、図１４には、当該サブアッセンブリ１１４の図１１の１４‐１４線に沿った縦断面図が示されている。これらの図に示されるように、上記係止部１１２は、サブアッセンブリ１１４を組付ける前に、熱電変換素子モジュール６２（熱電変換素子部６０）と水冷却容器５４とを一体的に仮付けするためのものであり、両端部に仮付け用の爪１１２Ａ（図１４参照）が一体に形成されている。

図１４に示されるように、仮付け後の状態では、熱電変換素子部６０の低温側の接触面６０Ｂに水冷却容器５４の内側の面５４Ａが接触されている。また、熱電変換素子モジュール６２（熱電変換素子部６０）から引き出されたリード線６４の端部は、水冷却容器５４の側面５４Ｂ側に立設状態で配置されている素子接合端子１０４Ｂにはんだ付け１１６によって結線されている。従って、リード線６４は、熱電変換素子部６０の高温側の接触面６０Ａを迂回した低温側経路に沿って配索され保持されている。さらに言及すると、素子接合端子１０４Ｂは水冷却容器５４の側面５４Ｂから立設するように配置されているので、リード線６４は水冷却容器５４の近傍でかつ集熱部材５０（熱電変換素子部６０の高温側の接触面６０Ａ）から離間した位置ではんだ付け１１６により結線されていることになる。

さらに、図８等に示されるように、一方の端に位置するホルダ部１０４には、固定手段の一方を構成する固定バンド１１８が一体に形成されている。また、他方の端に位置するホルダ部１０４には、固定手段の他方を構成するバンド保持部１２０が一体に形成されている。固定バンド１１８の先端をバンド保持部１２０に通すことにより、一方の端に位置するホルダ部１０４と他方の端に位置するホルダ部１０４とが繋がれつその固定状態で維持されるようになっている。

（本実施形態の作用・効果）
本実施形態に係る熱電発電装置１００によれば、熱電変換素子部６０から引き出されたリード線６４を、熱電変換素子部６０における高温側の接触面６０Ａを迂回するかたちで低温側経路（水冷却容器５４の側面５４Ｂ側を通る経路）に沿って配索し、その位置に立設された素子接合端子１０４Ｂに結線されるので、前述した第１実施形態と同様に、リード線６４の絶縁被覆が高温側熱源である集熱部材４０が発する熱によって焼ける等の不具合が生じるのを防止することができる。その結果、本実施形態に係る熱電発電装置１００によれば、リード線６４による電気的接続状態を安定確保することができる。

さらに、本実施形態に係る熱電発電装置１００では、上記の樹脂ホルダ１０２を使って組付前にサブアッセンブリ化する構成としたので、第１実施形態との比較において、以下に列挙する作用・効果が得られる。

第１に、バスバー回路構成を採用して電気的接続安定性を確保した樹脂ホルダ１０２におけるホルダ部１０４の上端中央部側、即ち組付状態で高温側熱源である排気管１８（集熱部材５０）から離間した位置で水冷却容器５４の側面５４Ｂ側での結線としたので、低温領域で結線することになる。従って、かしめによる結線以外にも、従来では使用できなかったはんだ付け１１６による結線が可能となる。その結果、本実施形態に係る熱電発電装置１００によれば、生産性を格段に向上させることができる。

なお、本実施形態では、生産性向上の観点からはんだ付け１１６による結線を採用したが、図１５に示されるように、素子接合端子１０４Ｂにかしめ１２２によって結線する方法を採用しても差し支えない。

第２に、熱電変換素子モジュール６２、水冷却容器５４、導体１１０を予め一体化してサブアッセンブリ１１４としたが、このときホルダ部１０４同士を連結部１０６を介して相互に連結することとしたので、電気的接続信頼性を高精度に確保することができるだけでなく、効率的な回路パターンを構成することができる。このため、接続配線のみを用いて電気的接続状態を維持する構成に比し、配線長を短くすることができる。その結果、本実施形態に係る熱電発電装置１００によれば、熱電発電装置の重量軽減を図ることができる。

第３に、上記の如く本実施形態に係る熱電発電装置１００では、熱電変換素子モジュール６２と導体１１０だけでなく、水冷却容器５４をも仮付けして組付前にサブアッセンブリ化したので、部品の集約化を図ることができる。

また、各ホルダ部１０４には当該熱電変換素子モジュール６２及び水冷却容器５４に係止されることにより仮止めを成す係止部１１２が一体に形成されているため、煩雑な組付治具を用いた組付作業が不要になる。

これらの結果、本実施形態に係る熱電発電装置１００によれば、集熱部材５０、更には排気管１８への組付作業を飛躍的に向上させることができる。

第４に、樹脂ホルダ１０２にコネクタ１０８を一体化したので、リード線６４を順次繋いでいく構成に比し、コネクタ１０８の配置の自由度を向上させることができる。その結果、本実施形態によれば、熱電発電装置１００の組付作業性及び生産性を向上させることができる。

第５に、ホルダ部１０４同士を繋ぐ連結部１０６を曲げ変形可能なフレキシブルな蛇腹構造としたので、組付時に生じる曲げ応力を効果的に吸収することができると共に組付時の各ホルダ部１０４の位置調整を容易に行うことができる。その結果、本実施形態によれば、樹脂ホルダ１０２ひいては熱電発電装置１００の耐久性の向上及び組付作業性の向上を図ることができる。

第６に、複数のホルダ部１０４の一方の端と他方の端とを固定バンド１１８及び固定バンド保持部１２０を使って繋ぎその固定状態を維持する構成としたので、組付時にサブアッセンブリ化された樹脂ホルダ１０２を集熱部材５０に仮付けすることができ、素子固定装置６６を使った最終的な本固定作業を容易に行うことができる。その結果、本実施形態によれば、熱電発電装置１００の組付作業性を向上させることができる。

〔上記実施形態の補足説明〕
なお、上述した各実施形態では、加熱手段として集熱部材５０を配設し、当該集熱部材５０が備える集熱フィン５０Ｂに高温の排気ガスを当てて集熱する構成を採ったが、これに限らず、排気管１８から放出される排熱を部材を介さずに熱電変換素子部６０の高温側の接触面６０Ａに直接伝導するようにしてもよい。

また、上述した第２実施形態では、ホルダ部１０４同士を上下一対の連結部１０６によって連結したが、これに限らず、真中付近に一箇所連結部を設けてその連結部の上縁側と下縁側とに導体を分けて埋設するように構成してもよい。

さらに、上述した第２実施形態では、固定手段として樹脂ホルダ１０２に固定バンド１１８とバンド保持部１２０とを一体に設ける構成を採ったが、これに限らず、弾性変形可能な樹脂クリップを一方のホルダ部１０４に一体に形成し、当該樹脂クリップが弾性的に係合される係合孔を他方のホルダ部１０４に形成するといった構成等を採ることも可能である。

第１実施形態に係る熱電発電装置の要部を示す図４の１‐１線に沿った縦断面図である。 図１に示される熱電発電装置の内部構造を示す図１の２‐２線に沿った部分横断面図である。 図２とは９０度異なる角度で見た状態を示す熱電発電装置の部分横断面図である。 第１実施形態に係る熱電発電装置を適用した自動車の底面図である。 図１に示される熱電変換素子部を構成する熱電変換素子モジュールの製造過程を示す斜視図である。 熱電変換素子モジュールを４行×４列で配置した例を示す構成図である。 第２実施形態に係る熱電発電装置の要部の組付状態を示す図１に対応する縦断面図である。 図７に示される樹脂ホルダの単品状態の正面図である。 当該樹脂ホルダの底面図である。 樹脂ホルダに適用されるバスバー回路構成図である。 樹脂ホルダに熱電変換素子モジュール及び水冷却器が仮止めされてサブアッセンブリ化された状態の正面図である。 図１１に示されるサブアッセンブリの平面図である。 図１１に示されるサブアッセンブリの底面図である。 図１１に示されるサブアッセンブリの１４‐１４線に沿った縦断面図である。 はんだ付けに替えてかしめを採用して結線した例を示す図１４に対応する縦断面図である。

符号の説明

１０ 熱電発電装置
１８ 排気管
５０ 集熱部材（加熱手段）
５４ 水冷却容器（冷却手段）
６０ 熱電変換素子部（熱電変換手段）
６０Ａ 高温側の接触面
６４ リード線（接続配線）
７８ バンドクランプ（固定具）
１００ 熱電発電装置
１０２ 樹脂ホルダ
１０４Ｂ 素子接合端子（接続用端子）
１０６ 連結部
１０８ コネクタ
１１０ 導体（電気配線）
１１２ 係止部
１１４ サブアッセンブリ
１１８ 固定バンド（固定手段）
１２０ バンド保持部（固定手段）

Claims (8)

1. 中心側に配置され高温側熱源として利用される排気管と、
   この排気管よりも外側に配置されて低温側熱源として利用される冷却手段と、
   排気管又は排気管によって加熱される加熱手段と冷却手段との間に熱伝導可能に介在され、排気管を高温側熱源とし冷却手段を低温側熱源として熱落差を利用して起電力を発生する熱電変換手段と、
   を含んで構成された熱電発電装置であって、
   前記熱電変換手段への接続配線は、当該熱電変換手段における排気管又は加熱手段との接触面を迂回した低温側経路に沿って配索されて保持されている、
   ことを特徴とする熱電発電装置。
2. 前記熱電変換手段は複数個配置されていると共に、隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線と隣り合う他方の熱電変換手段から引き出された接続配線とは電気配線を介して接続されており、
   さらに、当該接続配線と当該電気配線とを前記冷却手段の近傍でかつ前記排気管又は加熱手段から離間した位置で結線した、
   ことを特徴とする請求項１記載の熱電発電装置。
3. 各々熱電変換手段が保持可能とされると共に熱電変換手段の配設個数と同数設けられ、樹脂で被覆された電気配線及び前記接続配線が結線される接続用端子を備えた複数のホルダ部と、
   隣り合うホルダ部同士を相互に連結すると共に樹脂内部に隣り合う熱電変換手段を電気的に接続するための電気配線が埋設された一又は複数の連結部と、
   を含んで構成された樹脂ホルダを有し、
   前記複数の熱電変換手段は、当該樹脂ホルダに保持されることにより電気的接続状態を維持した状態でサブアッセンブリ化されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の熱電発電装置。
4. 前記樹脂ホルダの各ホルダ部には、熱電変換手段と冷却手段とが一組になって保持されており、
   かつ各ホルダ部には当該熱電変換手段及び冷却手段の少なくとも一方に対して係止されることにより仮止めを成す係止部が一体に形成されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の熱電発電装置。
5. 前記樹脂ホルダにはコネクタが一体化されている、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の熱電発電装置。
6. 前記連結部は、曲げ変形可能なフレキシブル構造とされている、
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の熱電発電装置。
7. 前記樹脂ホルダには、複数のホルダ部の一方の端と他方の端とを繋ぎかつその固定状態を維持させるための固定手段が一体に設けられている、
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の熱電発電装置。
8. 隣り合う一方の熱電変換手段から引き出された接続配線は隣り合う他方の熱電変換手段の外側に配置された冷却手段の外側を通り当該冷却手段の近傍位置にて当該他方の熱電変換手段から引き出された接続配線と固定具で固定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の熱電発電装置。

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