JP2011204930A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電変換モジュールが発電を効率良く行え、過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる熱電変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】熱電変換モジュール（１）が耐熱温度付近に上昇したことを検出すると、制御部（１１）が受熱状態変更機構（１４）によって熱源（５）からの輻射熱を受ける受熱部（２ａ，２ｂ，２ｃ１）の有効面積を小さくするよう駆動する。また、熱電変換モジュール（１）が耐熱温度未満に低下したことを検出すると、制御部（１１）が受熱状態変更機構（１４）によって有効面積を大きくするよう駆動するので、過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できるとともに、最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源からの輻射熱によって発電する熱電変換装置に関するものである。

特許文献１などには、熱電変換モジュールを用いて、工業炉で発生する排熱から発電する熱電変換装置が提案されている。
従来の熱電変換装置は、熱電変換モジュールの低温側となる面が工業炉の水冷された外壁（放熱部）の内側に設置され、熱電変換モジュールの高温側の面に受熱部が熱源となる加熱室と非接触に設置されて、加熱室からの輻射熱を受熱部で受けることにより発電するようにしたものである。

図１２は、特許文献１に記載された従来の熱電変換装置を示す。
複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュール１を使用したこの熱電変換装置は、冷媒により冷却される放熱部３に熱電変換モジュール１の一端が固定されている。熱電変換モジュール１の他端には、熱電変換モジュール１よりも広く張り出した形状の受熱部２が貼り付けられている。放熱部３の上で隣接する熱電変換モジュール１の間には、断熱材４が貼り付けられている。

熱電変換モジュール１は、高温側と低温側との温度差に応じて起電力を発生するＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とが基板上に交互に配列されると共に互いに直列に接続されたものである。

この熱電変換装置においては、熱源５から発生する輻射熱が、熱電変換モジュール１よりも広く張り出した受熱部２によって吸収され、熱伝導によって熱電変換モジュール１に熱が集中して到達する。熱電変換モジュール１に到達した熱は、熱電変換モジュール１において高温側からの熱流が低温側に流れ、これによって熱電変換モジュール１から電力が取り出される。

特開２００６−２１０５６８号公報

しかしながら、熱処理する対象物によって設定温度を変更する工業炉を熱源５とする場合には、工業炉の設定温度が高いときに熱電変換モジュール１が耐熱温度を超えて破損しないように受熱部２の大きさを設定する必要がある。

また、このように熱電変換モジュール１が耐熱温度を超えて破損しないように受熱部２の大きさを設定した場合には、工業炉の設定温度が低い状態における変換効率が低下するという課題を有している。

本発明は、熱電変換モジュールが発電を効率良く行え、しかも、過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる熱電変換装置を提供することを目的とする。

本発明の熱電変換装置は、複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュールの一方の端面に結合され熱源からの輻射熱を受ける受熱部と、熱電変換モジュールの他方の端面に結合された放熱部と、前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を可変する受熱状態変更機構と、熱電変換モジュールが耐熱温度付近に上昇したことを検出して前記受熱状態変更機構によって前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を小さくするよう駆動し、熱電変換モジュールが耐熱温度未満に低下したことを検出して受熱状態変更機構によって前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を大きくするよう駆動する制御部とを設けたことを特徴とする。

この構成によれば、制御部が、受熱部の熱源からの輻射熱を受ける有効面積を自動制御することができ、熱電変換モジュールが発電を効率良く行え、しかも、過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

本発明の実施の形態１における熱電変換装置の断面図 同実施の形態における熱電変換装置の上面図 同実施の形態における別の具体例の上面図 同実施の形態における更に別の具体例の上面図 本発明の実施の形態２における熱電変換装置の断面図 同実施の形態における熱電変換装置の上面図 同実施の形態における別の具体例の上面図 同実施の形態における更に別の具体例の上面図 本発明の実施の形態３における熱電変換装置の断面図 同実施の形態における熱電変換装置の上面図 同実施の形態における別の具体例の上面図 従来の熱電変換装置の断面図

以下、本発明を各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１の熱電変換装置を示す。

図１（ａ）と図２において、受熱部は受熱部２ａと受熱部２ｂに分割されている。熱電変換モジュール１は、受熱部２ａと放熱部３との間に熱伝導グリス、セラミック基板等の絶縁材料を介して接合されている。受熱部２ａに隣接した受熱部２ｂは、断熱構造の支持部１２を介して放熱部３に取り付けられている。

支持部１２は、エアシリンダ等の駆動部１０に連結されて矢印方向に可動し、図１（ａ）に示すように受熱部２ｂを受熱部２ａに接触させたり、図１（ｂ）に示すように離したりすることができる。

受熱部２ａには、熱電変換モジュール１の近傍に温度検出部８が設置されている。制御部１１は、温度検出部８の検出温度に基づいて、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に近づいた場合には、図１（ｂ）に示すように受熱部２ｂを受熱部２ａから離すように運転し、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に比べて低い場合には、図１（ａ）に示すように受熱部２ｂを受熱部２ａに接触させるように運転する。受熱部２ａと受熱部２ｂが接触した状態では、受熱部２ｂが熱源から輻射で受けた熱量を受熱部２ａに効率よく伝えることができる。

熱電変換モジュール１は、高温側と低温側との温度差に応じて起電力を発生するＰ型熱電素子とＮ型熱電素子とが基板上に交互に配列されると共に互いに直列に接続されたものである。熱源５から輻射で熱を受ける受熱部２ａと冷媒により冷却される放熱部３との間に生じる温度差により、熱電変換モジュール１は発電する。

この実施の形態１では、熱源５からの輻射熱を受ける受熱部２ａ，２ｂの有効面積を可変する受熱状態変更機構１４が、支持部１２と駆動部１０とで構成されている。
受熱部２ａ、受熱部２ｂは、輻射率と熱伝導率が高いことが望ましく、グラファイトや銅、アルミ等の金属を用いることができ、これらを積層、複合して用いてもよい。

かかる構成によれば、制御部１１が温度検出部８の検出温度に応じて受熱部の面積を変更することにより、熱源からの輻射熱量が変化した場合に最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができ、熱電変換モジュールの発電が効率良く行えるようにできるとともに過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

なお、制御部１１による受熱部２ｂ，２ｂの受熱部２ａからの離間のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ，２ｂが受熱部２ａから同時に離間するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の受熱部２ｂが受熱部２ａから離間し、さらに温度が上昇して第二の規定温度になったことを検出して、他方の受熱部２ｂが受熱部２ａから離間するように構成することもできる。

制御部１１による受熱部２ｂ，２ｂの受熱部２ａへの当接のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度よりも低い第三の規定温度に低下したことを検出して、受熱部２ｂ，２ｂが受熱部２ａから同時に当接するように構成したり、または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度に低下したことを検出して、一方の受熱部２ｂが受熱部２ａに当接し、さらに温度が低下して第四の規定温度になったことを検出して、他方の受熱部２ｂが受熱部２ａに当接するように構成することもできる。

図１（ａ）と図２では、受熱部２ａの両側に各１枚の受熱部２ｂ，２ｂを配置したが、図３，図４に示すように構成することもできる。
図３に示した別の例では、受熱部２ａの両側に各２枚の受熱部２ｂ１，２ｂ２が配置されている点が異なっている。駆動部１０に連結された支持部１２を介して矢印方向に可動する受熱部２ｂ１，２ｂ２は、制御部１１によって、次のように運転される。

熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に近づいた場合には、図３に示したように受熱部２ａから受熱部２ｂ１，２ｂ１を離間させるように運転するとともに、受熱部２ｂ２，２ｂ２を受熱部２ｂ１，２ｂ１から離間させるように運転する。熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度よりも低くなった場合には、受熱部２ｂ１，２ｂ１を受熱部２ａに接触させるように運転するとともに、受熱部２ｂ２，２ｂ２を受熱部２ｂ１，２ｂ１に接触させるように運転する。

なお、制御部１１による受熱部２ｂ１，２ｂ１の受熱部２ａからの離間のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ１，２ｂ２が受熱部２ａから同時に離間するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａから離間し、さらに温度が上昇して第二の規定温度になったことを検出して、他方の受熱部２ｂ２が受熱部２ａから離間するように構成することもできる。受熱部２ｂ２，２ｂ２の受熱部２ｂ１，２ｂ１からの離間のタイミングも同様である。

制御部１１による受熱部２ｂ１，２ｂ１の受熱部２ａへの当接のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度よりも低い第三の規定温度に低下したことを検出して、受熱部２ｂ１，２ｂ１が受熱部２ａに同時に当接するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度に低下したことを検出して、一方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａに当接し、さらに温度が低下して第四の規定温度になったことを検出して、他方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａに当接するように構成することもできる。受熱部２ｂ２，２ｂ２の受熱部２ｂ１，２ｂ１の当接のタイミングも同様である。

図４に示した別の例では、受熱部２ａの周囲に４枚の受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２が配置されている。この例では受熱部２ａの平面形状が四角形である。
駆動部１０に連結された支持部１２を介して矢印方向に可動する受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の平面形状は、それぞれ受熱部２ａに接する内側の辺と外側の辺とは同じ長さであっても良いが、さらに効率の改善を目的として、受熱部２ａ外側の辺は内側の辺よりも長く、かつ受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２が受熱部２ａに接触した状態において隣接する受熱部２ｂ１，２ｂ２の端面が密着するように、受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の平面形状が台形に形成されている。

受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２は制御部１１によって、次のように運転される。
熱電変換モジュール１の温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度耐熱温度に比べて低い場合には、受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２を受熱部２ａに接触させるように運転する。熱電変換モジュール１の温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近づいた場合には、図４に示したように受熱部２ａから受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２を離間させるように運転する。

なお、制御部１１による受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の受熱部２ａからの離間のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２が受熱部２ａから同時に離間するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ１，２ｂ１が受熱部２ａから離間し、さらに温度が上昇して第二の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ２，２ｂ２が受熱部２ａから離間するように構成することもできる。

または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａから離間し、さらに温度が上昇したことを検出して、他方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａから離間し、温度検出部８の検出温度がさらに上昇したことを検出して、一方の受熱部２ｂ２が受熱部２ａから離間し、さらに温度が上昇してしたことを検出して、他方の受熱部２ｂ２が受熱部２ａから離間するように構成することもできる。

制御部１１による受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の受熱部２ａへの接触のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度よりも低い第三の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２が受熱部２ａに同時に当接するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度になったことを検出して、一方の受熱部２ｂ１，２ｂ１が受熱部２ａに当接し、さらに温度が低下して第四の規定温度になったことを検出して、受熱部２ｂ２，２ｂ２が受熱部２ａに接触するように構成することもできる。

または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度になったことを検出して、一方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａに接触し、さらに温度が低下したことを検出して、他方の受熱部２ｂ１が受熱部２ａに接触し、温度検出部８の検出温度がさらに低下したことを検出して、一方の受熱部２ｂ２が受熱部２ａに接触し、さらに温度が低下したことを検出して、他方の受熱部２ｂ２が受熱部２ａに接触するように構成することもできる。

このように、熱電変換モジュール１の温度に応じて、第１の受熱部としての受熱部２ａに接触させる第２の受熱部としての受熱部２ｂの数を変更することによって、熱電変換モジュール１の発電が効率良く行えるようにできるとともに、過熱による熱電変換モジュールの破損が防止できる。

（実施の形態２）
図５〜図８は、本発明の実施の形態２の熱電変換装置を示す。
実施の形態１では受熱部２ｂまたは受熱部２ｂ１，２ｂ２が支持部１２を介して移動したが、この実施の形態２では、図５（ａ）と図６に示すように、受熱部２ａを中央にしてその両側に隙間１３を空けて受熱部２ｂ，２ｂが配置されている。受熱部２ａは熱電変換モジュール１を介して実施の形態１と同じように放熱部３に結合されている。受熱部２ｂ，２ｂは断熱材４を介して放熱部３に取りつけられており、受熱部２ａ，２ｂ，２ｂは何れも動かない点が異なっている。

受熱部２ａと受熱部２ｂの隙間１３に対応して設けられた熱伝導部材６は、断熱材４ｂを介して可動支持部７に固定されている。可動支持部７は、エアシリンダ等の駆動部１０に接続され、矢印方向に可動し、図５（ｂ）に示すように隙間１３の両側の受熱部２ａと受熱部２ｂが熱伝導部材６を介して接触させたり、図５（ａ）に示すように離したりすることができる。受熱部２ａと受熱部２ｂに熱伝導部材６が接触した状態では、受熱部２ｂが熱源５から輻射で受けた熱量を熱伝導部材６を通して受熱部２ａに伝えることができる。

受熱部２ａ，２ｂは、輻射率と熱伝導率が高いことが望ましく、グラファイトや銅、アルミ等の金属等を用いることができ、これらを積層、複合して用いてもよい。また熱伝導部材６は、熱伝導率が高いことが望ましく、グラファイトや銅、アルミ等の金属を用いることができ、これらを積層、複合して用いてもよい。

この実施の形態２では、熱源５からの輻射熱を受ける受熱部２ａ，２ｂの有効面積を可変する受熱状態変更機構１４が、熱伝導部材６と可動支持部７と駆動部１０とで構成されている。

かかる構成によれば、制御部１１が温度検出部８の検出温度に応じて受熱部の面積を変更することにより、熱源からの輻射熱量が変化した場合に最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができ、熱電変換モジュールの発電が効率良く行えるようにできるとともに過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

なお、制御部１１による熱伝導部材６，６の受熱部２ａ，２ｂからの離間のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、熱伝導部材６，６が受熱部２ａ，２ｂから同時に離間するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の熱伝導部材６が受熱部２ａ，２ｂから離間し、さらに温度が上昇して第二の規定温度になったことを検出して、他方の熱伝導部材６が受熱部２ａ，２ｂから離間するように構成することもできる。

制御部１１による熱伝導部材６，６の受熱部２ａ，２ｂへの当接のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度よりも低い第三の規定温度に低下したことを検出して、熱伝導部材６，６が受熱部２ａ，２ｂに同時に当接するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度に低下したことを検出して、一方の熱伝導部材６を受熱部２ａ，２ｂに当接させ、さらに温度が低下して第四の規定温度になったことを検出して、他方の熱伝導部材６を受熱部２ａ，２ｂに当接させるように構成することもできる。

図５（ａ）と図６では、受熱部２ａの両側に各１枚の受熱部２ｂ，２ｂを配置して、隙間１３に対応して熱伝導部材６を設けたが、図７，図８に示すように構成することもできる。

図７に示した別の例では、受熱部２ａの両側に各２枚の受熱部２ｂ１，２ｂ２が配置され、受熱部２ａと受熱部２ｂ１の隙間１３ａに対応して熱伝導部材６ａ，６ａが設けられている。受熱部２ｂ１と受熱部２ｂ２の隙間１３ｂに対応して熱伝導部材６ｂ，６ｂが設けられている。熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂは、例えば別々の可動支持部７，７，７，７によって支持されている。

駆動部１０に連結された可動支持部７，７，７，７を介して矢印方向に可動する熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂは、制御部１１によって、次のように運転される。
熱電変換モジュール１の温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近づいたことを検出した場合には、熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂが同時に受熱部２ａと受熱部２ｂ１、受熱部２ｂ１と受熱部２ｂ２から離間するように構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間し、さらに温度が上昇して第二の規定温度になったことを検出して、他方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間するよう構成することもできる。熱伝導部材６ｂ，６ｂの離間のタイミングも同様である。

熱電変換モジュール１の温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に比べて低い場合には、熱伝導部材６ａ，６ａを受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触させるように運転するとともに、熱伝導部材６ｂ，６ｂを受熱部２ｂ１と受熱部２ｂ２に接触させるように運転する。

制御部１１による熱伝導部材６ａ，６ａの受熱部２ａと受熱部２ｂ１への当設のタイミング、熱伝導部材６ｂ，６ｂの受熱部２ａと受熱部２ｂ１への当設のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度よりも低い第三の規定温度に低下したことを検出して、熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１、受熱部２ｂ１と受熱部２ｂ２に同時に当設するように構成したり、または温度検出部８の検出温度が第三の規定温度に低下したことを検出して、一方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に当設し、さらに温度が低下して第四の規定温度になったことを検出して、他方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に当設するように構成することもできる。熱伝導部材６ｂ，６ｂの受熱部２ｂ１，２ｂ１への当設のタイミングも同様である。

図８に示した別の例では、受熱部２ａの周囲に４枚の受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２が配置されている。この例では受熱部２ａの平面形状が四角形である。受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の平面形状は、それぞれ受熱部２ａに接する内側の辺と外側の辺とは同じ長さであっても良いが、さらに効率の改善を目的として、受熱部２ａ外側の辺は内側の辺よりも長く、かつ隣接する受熱部２ｂ１，２ｂ２の端面が斜面になった台形に、受熱部２ｂ１，２ｂ１，２ｂ２，２ｂ２の平面形状が形成されている。

駆動部１０に連結された可動支持部７を介して可動する熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂは制御部１１によって、次のように運転される。
制御部１１による熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂの受熱部２ａと受熱部２ｂ１、受熱部２ａと受熱部２ｂ２からの離間のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１、受熱部２ａと受熱部２ｂ２から同時に離間するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、熱伝導部材６ａ，６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間し、さらに温度が上昇したことを検出して、熱伝導部材６ｂ，６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間するように構成することもできる。

または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度になったことを検出して、一方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間し、さらに温度が上昇したことを検出して、他方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間し、温度検出部８の検出温度がさらに上昇したことを検出して、一方の熱伝導部材６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間し、さらに温度が上昇したことを検出して、他方の熱伝導部材６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１から離間するように構成することもできる。

熱電変換モジュール１の温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に比べて低い場合には、熱伝導部材６ａ，６ａを受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触させ、熱伝導部材６ｂ，６ｂを受熱部２ａと受熱部２ｂ２に接触させるように運転する。

なお、制御部１１による熱伝導部材６ａ，６ａの受熱部２ａと受熱部２ｂ１への接触のタイミング、熱伝導部材６ｂ，６ｂの受熱部２ａと受熱部２ｂ２への接触のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度未満になったことを検出して、熱伝導部材６ａ，６ａ，６ｂ，６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ１，受熱部２ａと受熱部２ｂ２に同時に接触するように運転するよう構成したり、または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度未満になったことを検出して、一方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触し、さらに温度が低下したことを検出して他方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触するように構成することもできる。

または温度検出部８の検出温度が第一の規定温度未満になったことを検出して、一方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触し、さらに温度が上昇したことを検出して、他方の熱伝導部材６ａが受熱部２ａと受熱部２ｂ１に接触し、温度検出部８の検出温度がさらに低下したことを検出して、一方の熱伝導部材６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ２に接触し、さらに温度が低下したことを検出して、他方の熱伝導部材６ｂが受熱部２ａと受熱部２ｂ２に接触するように構成することもできる。

かかる構成によれば、制御部１１が温度検出部８の検出温度に応じて受熱部の面積を変更することにより、熱源からの輻射熱量が変化した場合に最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができ、熱電変換モジュールの発電が効率良く行えるようにできるとともに過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

（実施の形態３）
図９〜図１１は本発明の実施の形態３の熱電変換装置を示す。
実施の形態１では、支持部１２によって受熱部２ｂ，２ｂを移動させて受熱部２ａの有効受熱面積を可変し、実施の形態２では、可動支持部７によって熱伝導部材６，６ａ，６ｂを受熱部２ａと受熱部２ｂの間、受熱部２ａと受熱部２ｂ１，受熱部２ａと受熱部２ｂ２の間に接触させて受熱部２ａの有効受熱面積を可変したが、この実施の形態３では、受熱部２ａに結合された受熱部２ｃが可撓性であって、図９（ａ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を展開させた状態と、図９（ｂ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を折り畳んだ状態とに切り換えることによって、受熱部２ａの有効受熱面積を可変している点が異なっている。

図９（ａ）と図１０において、受熱部２ａは熱電変換モジュール１を介して放熱部３に結合されている。受熱部２ａの両側には、それぞれ放熱部３との間に介装された断熱材４によって、可撓性の受熱部２ｃ１，２ｃ１の基端が受熱部２ａの裏面に押圧して連結されている。この受熱部２ｃ１，２ｃ１の先端は、断熱構造の支持部１２ｂ２を介して放熱部３から支持されている。受熱部２ｃ１，２ｃ１の途中は、断熱構造の支持部１２ｂ１を介して放熱部３から支持されている。

支持部１２ｂ１，１２ｂ２は、エアシリンダ等の駆動部１０に接続され、矢印方向に可動する。受熱部２ａには、熱電変換モジュール１の近傍に温度検出部８が設置されている。制御部１１は、温度検出部８の検出温度に基づいて、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に近づいた場合には、図９（ｂ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を折り畳むように運転し、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に比べて低い場合には、図９（ａ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を展開させるように運転する。

受熱部２ｃ１，２ｃ１は、変形可能なシートで、輻射率と熱伝導率が高いことが望ましく、グラファイトシートや銅、アルミ等の金属箔を用いることができ、これらを積層、複合して用いてもよい。

この実施の形態３では、熱源５からの輻射熱を受ける受熱部２ａ，２ｃ１の有効面積を可変する受熱状態変更機構１４が、支持部１２ｂ１，１２ｂ２と駆動部１０とで構成されている。有効面積を可変を、図９（ａ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を展開した状態と、図９（ｂ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を折り畳んだ状態に切り換えて実施したが、受熱部２ｃ１，２ｃ１を展開した状態と受熱部２ｃ１，２ｃ１を展開するとともに図９（ａ）に仮想線で示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１の角度を変更した状態とに切り換えるように構成しても、熱源５からの輻射熱を受ける受熱部２ａ，２ｃ１の有効面積を可変できる。

かかる構成によれば、制御部１１が温度検出部８の検出温度に応じて受熱部の面積を変更することにより、熱源からの輻射熱量が変化した場合に最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができ、熱電変換モジュールの発電が効率良く行えるようにできるとともに過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

なお、制御部１１による支持部１２ｂ１，１２ｂ２の位置制御は、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、支持部１２ｂ１，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ２を断熱材４に接近させて、図９（ｂ）に示すように受熱部２ｃ１，２ｃ１を折り畳むことによって、受熱部２ｃ１，２ｃ１による受熱面の角度を変えて熱源５からの輻射熱の有効受光面積を減らして、受熱部２ａを介して熱電変換モジュール１に供給される熱量を低減する。

制御部１１による支持部１２ｂ１，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ２の移動のタイミングは、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度になったことを検出して、支持部１２ｂ１，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ２を断熱材４に同時に接近させるように構成したり、または一方の支持部１２ｂ１，１２ｂ２を断熱材４に接近させて、一方の受熱部２ｃ１を折り畳み、さらに温度の上昇を検出して他方の支持部１２ｂ１，１２ｂ２を断熱材４に接近させて、他方の受熱部２ｃ１を折り畳むように制御することもできる。

また、温度検出部８の検出温度が熱電変換モジュール１の耐熱温度に近い第一の規定温度未満になったことを検出して、支持部１２ｂ１，１２ｂ１，１２ｂ２，１２ｂ２を断熱材４から離間する方向に同時させるように構成したり、または一方の支持部１２ｂ１，１２ｂ２を断熱材４から離間させて、一方の受熱部２ｃ１を展開し、さらに温度の上昇を検出して他方の支持部１２ｂ１，１２ｂ２を断熱材４から離間する方向に移動させて、他方の受熱部２ｃ１を展開させることもできる。

図１１に示した別の例では、受熱部２ａの向かい合う一方の対辺に、受熱部２ａの一辺よりも一辺が長い辺を有する四角形の受熱部２ｃ１，２ｃ１が結合されている。受熱部２ａの向かい合う他方の対辺には、受熱部２ａの一辺よりも一辺が短い辺を有する四角形の受熱部２ｃ２，２ｃ２が結合されている。

受熱部２ａは熱電変換モジュール１を介して放熱部３に結合されている。可撓性の受熱部２ｃ１，２ｃ１の先端、ならびに可撓性の受熱部２ｃ２，２ｃ２の先端は、それぞれ断熱構造の支持部１２ｂ２を介して放熱部３から支持されている。各支持部１２ｂ２，１２ｂ２，１２ｂ２，１２ｂ２は、エアシリンダ等の駆動部１０に接続され、矢印方向に可動する。受熱部２ａには、熱電変換モジュール１の近傍に温度検出部８が設置されている。

制御部１１は、温度検出部８の検出温度に基づいて、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に近づいた場合には、受熱部２ｃ１，２ｃ１，２ｃ２，２ｃ２を折りたたむように運転し、熱電変換モジュール１の温度が耐熱温度に比べて低い場合には、受熱部２ｃ１，２ｃ１，２ｃ２，２ｃ２を展開させるように運転する。

受熱部２ｃ１，２ｃ１，２ｃ２，２ｃ２は、変形可能なシートで、輻射率と熱伝導率が高いことが望ましく、グラファイトシートや銅、アルミ等の金属箔を用いることができ、これらを積層、複合して用いてもよい。

かかる構成によれば、制御部１１が温度検出部８の検出温度に応じて受熱部の面積を変更することにより、熱源からの輻射熱量が変化した場合に最適な温度差を熱電変換モジュールに与えることができ、熱電変換モジュールの発電が効率良く行えるようにできるとともに過熱による熱電変換モジュールの破損を防止できる。

本発明は各種の製造ラインなどに設けられている設備からの排熱回収を実現し、エネルギー効率の改善に寄与できる。

１ 熱電変換モジュール
２ａ，２ｂ，２ｂ１，２ｂ２，２ｃ１，２ｃ２ 受熱部
３ 放熱部
４ｂ 断熱材
５ 熱源
６，６ａ，６ｂ 熱伝導部材
７ 可動支持部
８ 温度検出部
１０ 駆動部
１１ 制御部
１２ 支持部
１３ 隙間
１４ 受熱状態変更機構
１２ｂ１，１２ｂ２ 支持部

Claims (5)

1. 複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュールの一方の端面に結合され熱源からの輻射熱を受ける受熱部と、
   熱電変換モジュールの他方の端面に結合された放熱部と、
   前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を可変する受熱状態変更機構と、
   熱電変換モジュールが耐熱温度付近に上昇したことを検出して前記受熱状態変更機構によって前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を小さくするよう駆動し、熱電変換モジュールが耐熱温度未満に低下したことを検出して受熱状態変更機構によって前記受熱部の前記熱源からの輻射熱を受ける有効面積を大きくするよう駆動する制御部とを設けた
   熱電変換装置。
2. 複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュールの一方の端面に結合され熱源からの輻射熱を受ける第１の受熱部と、
   熱電変換モジュールの他方の端面に結合された放熱部と、
   前記熱源からの輻射熱を受けるとともに第１の受熱部に隣接した第２の受熱部と、
   第２の受熱部を第１の受熱部に接触する状態と第１の受熱部から離間した状態に移動させる駆動部と、
   熱電変換モジュールが耐熱温度付近に上昇したことを検出して前記駆動部によって第２の受熱部を第１の受熱部から離間する状態に駆動し、熱電変換モジュールが耐熱温度未満に低下したことを検出して前記駆動部によって第２の受熱部を第１の受熱部に接触させる状態に駆動する制御部とを設けた
   熱電変換装置。
3. 複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュールの一方の端面に結合され熱源からの輻射熱を受ける第１の受熱部と、
   熱電変換モジュールの他方の端面に結合された放熱部と、
   前記熱源からの輻射熱を受けるとともに第１の受熱部に隙間を空けて隣接した第２の受熱部と、
   第１の受熱部と第２の受熱部が隣接している前記隙間に対応して設けられた熱伝導率が良好な熱伝導部材と、
   前記熱伝導部材を第１の受熱部と第２の受熱部に結合させる状態と第１の受熱部と第２の受熱部に結合しない状態とに支持する可動支持部と、
   前記可動支持部を前記熱伝導部材が第１の受熱部と第２の受熱部に結合した状態と第１の受熱部と第２の受熱部に結合しない状態に移動させる駆動部と、
   熱電変換モジュールが耐熱温度付近に上昇したことを検出して前記駆動部によって前記熱伝導部材が第１の受熱部と第２の受熱部に結合した状態に駆動し、熱電変換モジュールが耐熱温度未満に低下したことを検出して前記駆動部によって第１の受熱部と第２の受熱部に結合しない状態に駆動する制御部とを設けた
   熱電変換装置。
4. 複数の熱電素子が配列された熱電変換モジュールの一方の端面に結合され熱源からの輻射熱を受ける第１の受熱部と、
   熱電変換モジュールの他方の端面に結合された放熱部と、
   可撓性を有し熱伝導率が良好で前記熱源からの輻射熱を受けるとともに第１の受熱部に結合した第２の受熱部と、
   第２の受熱部を前記熱源からの輻射熱を受ける面積を大きくする展開状態と前記熱源からの輻射熱を受ける面積を小さくする折り畳み状態に移動させる駆動部と、
   熱電変換モジュールが耐熱温度付近に上昇したことを検出して前記駆動部によって第２の受熱部を前記熱源からの輻射熱を受ける面積を大きくする展開状態に駆動し、熱電変換モジュールが耐熱温度未満に低下したことを検出して前記駆動部によって第２の受熱部を前記熱源からの輻射熱を受ける面積を小さくする折り畳み状態に駆動する制御部とを設けた
   熱電変換装置。
5. 前記受熱状態変更機構は、
   前記熱源に対する前記受熱部の角度を変更するよう構成した請求項１記載の熱電変換装置。

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