JP2015005615A - 配管への熱電発電素子の設置方法および熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露を発生させずに熱電発電素子に配管に装着でき、しかも、熱電発電素子が耐熱温度範囲外となることを回避できるようにする。
【解決手段】配管２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具３を配管２の表面に装着し、治具２を介して熱電発電素子４を配管２の表面に取り付けることにより、配管２の表面の熱を治具３を介して熱電発電素子４に伝導させる。熱電発電素子４と配管２との間に治具３を介在させることにより、配管２から熱電発電素子４に伝導する熱量を調整し、熱電発電素子４が耐熱温度範囲外となることを回避する。治具３の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、熱電発電素子４に伝導させる熱量を調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の表面に熱電発電素子を設置する方法に関し、さらに、該方法に用いられる熱電発電装置に関する。

熱電発電素子は、ゼーベック効果を利用した発電素子で、熱電発電素子の表裏に温度差をつけるだけで容易に電力を得ることができる。ここで、熱電発電素子により得られる電力（発電量）は温度差の２乗に比例するため、多くの発電量を確保するためには素子表裏の温度差を大きくすることが重要となる。

空調用配管は、内部に冷水や温水、蒸気など、配管周囲の空気温度（例えば機械室や屋外天井裏等の空間の気温、以降、周囲温度と記載）と異なる温度の熱媒が流れている。これらの熱媒が流れている配管には、配管用炭素鋼管やステンレス管などが用いられている。これらの配管材の熱伝導率は、配管周囲の空気の熱伝導率よりはるかに大きいため、配管表面温度は配管内を流れる熱媒に近い温度となる。結果として配管表面と周囲の空気には温度差が発生しやすくなる。そこで、配管表面に熱電発電素子を設置することで、配管表面温度と周囲温度の温度差から発電を行うことができる。例えば特許文献１には、給湯管に温度センサーとして熱電素子を設けて、温度差に比例して発生する電力の変化を検出することが開示されている。

一方、空調用配管は円筒形状であるのが一般的であり、その表面形状は曲面となる。それに対し熱電発電素子は平板状である場合が多く、配管表面に沿って自由に曲げることができないと、熱電発電素子を安定して配管表面に固定することができず、作業者ごとに取り付け誤差が発生しやすくなる。そこで、例えば特許文献２には、放熱部を伸縮させ、曲面を有する部位に装着できるようにした素子が開示されている。

通常、空調用配管には結露防止やエネルギーロスの低減のため、グラスウールやロックウールなどの保温材が巻かれている。保温材は、内部に多数の空気層が形成されるため、配管の熱伝導率よりはるかに小さく、配管表面温度を保温材外面に伝えにくい。そのため、保温材の表面温度は周囲温度に近い温度となり、保温材表面に熱電発電素子を設置した場合、十分な温度差が得られず発電量が少なくなる。熱電発電素子を保温材の内部に埋め込むことも考えられるが、この場合、保温材の効果により配管とは逆側の面も含めて素子全体の温度が配管表面温度に近い温度で均一化するため、結果として十分な温度差は得られなくなる。また、保温材を除去して配管表面に直接熱電発電素子を設置することも考えられるが、配管内を流れる熱媒が周囲温度より低温である場合（例えば、冷水、ブラインなど）、発電素子やヒートシンクの温度が周囲温度の露点温度以下になる可能性があり、配管表面や熱電発電素子の表面で結露が発生し、熱電発電素子の故障の原因にもつながることが懸念される。

そのため、例えば特許文献３には、素子を枠体で封入した構成が開示されている。この特許文献３の発明では、外部から侵入しようとする水分を撥水性のシール材層で阻止し、さらに水蒸気を水蒸気遮断シール材層で阻止することにより、枠体の内部で高い防湿効果を得ようとしている。

特開２００６−１０１８０号公報 特開平１１−８７７８６号公報 特開２０１０−２２６１０３号公報

特許文献３の発明のように、結露した水分の内部への侵入を完全に阻止するためには、シール構造が複雑になり、熱電発電素子のコストを高騰させてしまう問題がある。また、空調配管の内部を流れる熱媒の温度が熱電発電素子の耐熱温度より高温（蒸気など）である場合やブラインなどのマイナス温度の熱媒の時は、熱電発電素子の温度が耐熱温度範囲外となってしまい、これらも故障の原因となる。

本発明の目的は、結露を発生させずに熱電発電素子を配管に装着でき、しかも、熱電発電素子が耐熱温度範囲外となることを回避できるようにすることにある。

本発明によれば、配管の表面に熱電発電素子を設置する方法であって、前記配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具を、前記配管の表面に装着し、前記治具を介して、前記熱電発電素子を前記配管の表面に取り付けることにより、前記配管の表面の熱を、前記治具を介して前記熱電発電素子に伝導させることを特徴とする、配管への熱電発電素子の設置方法が提供される。

また、本発明によれば、配管の表面に設置される熱電発電装置であって、前記配管の表面に装着される、前記配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具と、前記治具を介して前記配管の表面に取り付けられる熱電発電素子を有することを特徴とする、熱電発電装置が提供される。この熱電発電装置において、前記熱電発電素子を可撓性部材に支持し、前記治具を介して前記配管の表面に前記可撓性部材を巻き付けることにより、前記熱電発電素子を取り付けるようにしても良い。

本発明にあっては、熱電発電素子と配管との間に治具を介在させることにより、配管から熱電発電素子に伝導する熱量を調整し、熱電発電素子が耐熱温度範囲外となることを回避する。この場合、前記治具の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、前記熱電発電素子に伝導させる熱量を調整することができる。

本発明によれば、配管の表面の熱を治具を介して前記熱電発電素子に伝導させることにより、配管から熱電発電素子に伝導する熱量を調整し、結露の発生を防止することが可能となる。また、配管の内部を流れる熱媒の温度が熱電発電素子の耐熱温度より高温（蒸気など）である場合やブラインなどのマイナス温度の熱媒の場合でも、熱電発電素子の温度が耐熱温度範囲外の温度になってしまうことを回避でき、熱電発電素子の故障を防止できる。また、治具を介在させることにより、熱電発電素子の耐熱温度範囲外での使用が可能となる。

本発明の実施の形態にかかる熱電発電装置の説明図である。 治具の枚数を変えることによって、熱電発電素子に伝導させる熱量が調整される、本発明の実施の形態に係る熱電発電装置の説明図である。 治具の厚みを変えることによって、熱電発電素子に伝導させる熱量が調整される、本発明の実施の形態に係る熱電発電装置の説明図である。 可撓性部材に支持された熱電発電素子の平面図である。 可撓性部材に支持された熱電発電素子の側面図である。 図５、６に示す熱電発電素子を配管に取り付けた状態を示す、本発明の別の実施の形態に係る熱電発電装置の説明図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる熱電発電装置１を図面を参照にして説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施の形態にかかる熱電発電装置１は、配管２の外表面に装着される治具３と、治具３を介して配管２の外表面に取り付けられる熱電発電素子４を有している。配管２は例えば空調用配管であり、配管用炭素鋼管やステンレス管などといった中空の円管が用いられる。配管２の内部には、冷水や温水、蒸気などといった、配管２の周囲の空気温度（以降、周囲温度と記載）と異なる温度の熱媒が流れている。このため、配管２の表面温度は配管２内を流れる熱媒に近い温度をとなる。結果として配管２の表面と周囲の空気には温度差が発生している。

治具３は、熱伝導を制御する治具本体１０の下面に、配管側支持部１１を配置し、上面に熱電発電素子４を配置した構成を有している。治具本体１０は、均一な熱抵抗を持っており、熱伝導率が配管２または配管支持部１１より低く、配管２内部を流れる流体の熱により変形や変質を起こさず、かつ、多少の圧力では変形を起こさない材質あるいは使用時において用法に従う取扱いによっては変形しない（例えば人の片手の力によっては変形しない）厚みや構造であることが望ましく、例えば、材質は硬質ウレタン、シリコン、アルミ、銅、鉄などからなる。配管側支持部１１は、配管２の表面の熱を治具本体１０に伝え、かつ、治具本体１０から熱電発電素子４へ熱を伝えることができるように、優れた熱伝導性を有する材料からなる。また、配管側支持部１１の内面（配管２に対向する面）は、曲面である配管２の外表面に密着できるように湾曲面になっている。なお、設計時に結露防止しかつ耐熱温度範囲内となるように治具本体１０の厚み（枚数、材質）を算出して設置しても、変形を起こすと治具本体１０自体の熱抵抗が変化してしまい、当初の計算通りとはならずに十分な温度差が得られなかったり、あるいは結露が発生したり耐熱温度範囲外となる恐れがある。即ち、設置したときの形を維持できることが望ましい。

熱電発電素子４は、ゼーベック効果を利用して発電を行う素子本体１２と、素子本体１２の外面に取り付けられた放熱板１５と、放熱板１５の外面に取り付けられた複数の放熱フィン１６を有している。熱電発電素子４では、素子本体１２の内面（治具３に対向する面）に、配管２の表面の熱が治具３を介して伝導され、一方で、素子本体１２の外面では放熱板１５および放熱フィン１６による放熱が行われる。

このように構成された熱電発電装置１において、上述のように、熱電発電素子４の素子本体１２の内面には配管２の表面の熱が治具３を介して伝導され、一方で、素子本体１２の外面では放熱板１５および放熱フィン１６による放熱が行われる。こうして、熱電発電素子４（素子本体１２）の表裏に温度差が形成されて、発電が行われる。

ここで、本発明の実施の形態にかかる熱電発電装置１にあっては、熱電発電素子４と配管２との間に配管２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具３が介在していることにより、配管２から熱電発電素子４に伝導される熱量が治具３によって低減される。こうして熱量が調整されることにより、熱電発電素子４における結露の発生を防止することが可能となる。また、配管２の内部を流れる熱媒の温度が熱電発電素子４の耐熱温度より高温（蒸気など）である場合やブラインなどのマイナス温度の熱媒の場合でも、熱電発電素子４の温度が耐熱温度範囲外の温度になってしまうことを回避でき、熱電発電素子４の故障を防止できる。また、治具３が介在していることにより、熱電発電素子４の耐熱温度範囲外での使用も可能となる。

ここで、例えば空調用配管は、配管系統（冷水系統、ブライン系統、往配管、還配管など）や負荷側での消費熱量、さらには冷凍機の設定温度により配管２内の熱媒温度が変化する。そのため、一定の熱抵抗を持った治具３を用いたのでは、所定の条件では、耐熱温度範囲外の温度になってしまうことの回避や結露防止をしつつ、熱電発電素子４の表裏での温度差も大きくとることが可能となる反面、異なる条件の配管２では、熱抵抗が足りずに熱電発電素子４にて結露等が発生する、もしくは熱抵抗が大きすぎるために熱電発電素子４の表裏で温度差が小さくなり、結果として発電量が減少する、といった不具合が生じることになる。

そこで、本発明では、治具３の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、熱電発電素子４に伝導させる熱量を調整し、異なる条件の配管２についても、結露等を回避しつつ、熱電発電素子４の表裏での温度差も大きくとることを可能にする。次に、治具３の材質、枚数、厚みを変える場合を、それぞれ分けて説明する。

１． 配管２の表面温度に合わせ、治具３の材質を変化させる。すなわち、配管２内を流れる熱媒の温度や周囲の温湿度（露点温度）、熱電発電素子４の耐熱温度によって治具３の材質を決定する。この決定は、後述のように本発明治具の初期設置前の設定時点でもよいし、設置後（運用後）の環境変化に対応する改修等の時点でもよい。
（１） 配管２の表面温度が設置期間中において常時、周囲温度の露点温度以上で、かつ、熱電発電素子４の耐熱温度範囲内である場合は、治具３全体の熱伝導率を高くして、配管２の表面から熱電発電素子４に効率よく伝導させる。この場合、例えば、治具本体１０の材質に熱伝導率の高い材料（アルミ、銅、鉄など）を使用するか、もしくは、治具本体１０を省略し、配管２の表面の熱を配管側支持部１１を介して熱電発電素子４に直接伝導させる。
（２） 次に、設置期間中において、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度に対しわずかに低い温度、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲に対してわずかに外れる温度となることがある場合は、治具３全体の熱伝導率を比較的低くして、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量を低減させる。この場合、例えば、治具本体１０の材質に熱伝導率の比較的低い材料（シリコンなど）を使用する。
（３） さらに、設置期間中において、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度に対し極めて低い温度、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲に対して極めて高い（低い）温度となることがある場合は、治具３全体の熱伝導率を相当に低くして、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量をさらに低減させる。この場合、例えば、治具本体１０の材質に熱伝導率の相当に低い材料（硬質ウレタン、グラスウール板、ロックウール板、海綿状のものなど）を使用する。

２． 配管２の表面温度に合わせ、治具３の枚数を変化させる。すなわち、図２に示すように、配管側支持部１１と素子本体１２の間に配置される治具本体１０を、複数枚の治具本体部分１０ａに分割し、配管２内を流れる熱媒の温度や周囲の温湿度（露点温度）、熱電発電素子４の耐熱温度によって、使用する治具本体部分１０ａの枚数を決定する。
（１） 配管２の表面温度が周囲温度の露点温度以上、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲内である場合は、治具３全体の熱伝導率を高くして、配管２の表面から熱電発電素子４に効率よく伝導させる。この場合、治具本体１０に用いる治具本体部分１０ａを最小枚数（例えば１枚）とするか、もしくは、治具本体１０を省略し（治具本体部分１０ａを０枚とし）、配管２の表面の熱を配管側支持部１１を介して熱電発電素子４に直接伝導させる。
（２） 次に、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度に対しわずかに低い温度、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲に対してわずかに外れる温度である場合は、治具３全体の熱伝導率を比較的低くして、配管２の表面から熱電発電素子４に熱量を低減させる。この場合、例えば、治具本体１０に用いる治具本体部分１０ａの枚数を例えば２〜４枚程度として、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量を低減させる。
（３） さらに、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度に対し極めて低い温度、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲に対して極めて高い（低い）温度である場合は、治具３全体の熱伝導率を相当に低くして、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量をさらに低減させる。この場合、治具本体１０に用いる治具本体部分１０ａの枚数をさらに増やして、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量をさらに低減させる。
このように、治具本体部分１０ａを予め何枚か用意しておき、熱媒の温度に合わせて適当な枚数の治具本体部分１０ａを重ね合わせることで、配管２の表面から熱電発電素子４までの間の熱抵抗を調整する方法である。この方法によれば、取付配管の熱媒温度が想定していた温度と異なるような場合でも、容易に現地にて調整しやすくなるといった利点もある。

３． 配管２の表面温度に合わせ、治具３の厚みを変化させる。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、配管側支持部１１と素子本体１２の間に配置される治具本体１０の厚みを、配管２内を流れる熱媒の温度や周囲の温湿度（露点温度）、熱電発電素子４の耐熱温度によって決定する。
（１） 例えば、配管２内を流れる熱媒が冷水や高温水など、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度以上か、露点温度に対しわずかに低い程度であり、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲内か、耐熱温度範囲に対してわずかに外れる程度である場合は、図３（ａ）に示すように、治具本体１０を厚みを薄くして治具３全体の熱伝導率を高くし、配管２の表面から熱電発電素子４に熱量を効率よく伝導させる。
（２） 一方、例えば、配管２内を流れる熱媒がブラインや蒸気など、配管２の表面温度が周囲温度の露点温度に対し極めて低い温度、もしくは、熱電発電素子４の耐熱温度範囲に対して極めて高い（低い）温度である場合は、図３（ｂ）に示すように、治具本体１０を厚みを厚くして治具３全体の熱伝導率を低くし、配管２の表面から熱電発電素子４に伝導する熱量を低減させる。
この方法は、予め治具本体１０の厚みが異なる数種類の治具３を用意しておき、熱媒の温度に合わせて使用する治具３を選択する方法である。各治具３における治具本体１０の厚みは、配管２内の熱媒温度（配管系統や水温の設定温度など）と周囲温度の露点温度、熱電発電素子４の耐熱温度、熱電発電素子４自体の熱抵抗、などの関係に基づいて決定し、条件が厳しいほど治具本体１０の厚みがある治具３を使用する。

このように、治具３の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、熱電発電素子４に伝導させる熱量を調整することにより、結露の発生や熱電発電素子４が耐熱温度範囲外となることを回避しつつ、熱電発電素子４の表裏での温度差も大きくして、効率の良い発電を行うことが可能となる。また、治具３を介在させたことにより、熱電発電素子４の耐熱温度範囲外での使用が可能となる。例えば特許第４９４９０８１号に記載された温度計に必要な電力をまかなうことができ、電源不要の計測システムを構築することができるようになる。
なお、熱電発電素子４を設置する期間における配管２内の流体温度（配管２の表面温度）と周囲露点温度とを予測しておき、予測されたあらゆる温度条件下で、熱電発電素子４が耐熱温度範囲内となり、かつ、結露が発生しないように、治具本体１０の材質、枚数、厚みを予め設定することもできる。また、夏期冬期の運転切替時や、負荷側の消費熱量が変わる場合（レイアウト変更等）など、設置個所における配管２内の流体温度が当初設計時から変化する場合には、配管２内の流体温度（配管２の表面温度）と周囲露点温度の予測値を見直して、治具本体１０の材質、枚数、厚みを再度設定し変更することもできる。

次に、本発明の別の実施の形態にかかる熱電発電装置１’について説明する。図４、５に示すように、この熱電発電装置１’では、熱電発電素子４が可撓性部材２０に一体的に支持されている。可撓性部材２０は、断熱性、可撓性、弾性を有する材質や厚み（例えばシリコンゴムなどのゴム材）からなる帯状の可撓性部材本体２１の両端に、適当な硬さを有する素材（例えばアクリル板など）からなる支持部２２を接着剤などにより固定し、支持部２２にフックなどの係止具２３を取り付けた構成である。可撓性部材本体２１の中央には、熱電発電素子４の素子本体１５と同サイズの穴が開いており、その穴に熱電発電素子４の素子本体１５が嵌め込まれることにより、熱電発電素子４は可撓性部材２０に一体的に支持されている。なお、熱電発電素子４の複数の放熱フィン１６は、可撓性部材２０の外側に突出した状態になっている。

可撓性部材本体２１の熱抵抗は、熱電発電素子４の素子本体１５の熱抵抗よりも大きい（熱電発電素子４の素子本体１５よりも可撓性部材本体２１の断熱性が高い）ことが望ましい。可撓性部材本体２１の熱抵抗が、熱電発電素子４の素子本体１５の熱抵抗よりも大きければ、可撓性部材本体２１自体の表面においても、結露等を防止できるからである。また、素子本体１２の側面と接する可撓性部材本体２１の高さ（厚さ）は、熱電発電素子４の素子本体１５の高さ（厚さ）と同等であることが望ましい。可撓性部材本体２１の高さが素子本体１５の高さよりも低いと、素子本体１５の側面が可撓性部材本体２１からはみ出て露出してしまい、素子本体１５の側面から周囲温度の影響を受け、得られる温度差が小さくなってしまう。逆に、可撓性部材本体２１の高さが素子本体１５の高さよりも高いと、素子本体１５が可撓性部材本体２１に埋没してしまい、凹んだ部分に空気が滞留し放熱が十分にできなくなるため、その場合も素子本体１５の表裏で温度差を得難くなる。

この実施の形態にかかる熱電発電装置１’では、図６に示すように、配管２の外表面に治具３を密着させて装着し、さらに治具３の外側から可撓性部材２０を巻き付ける。こうして、可撓性部材２０に一体的に支持されている熱電発電素子４を、治具３を介して配管２の表面に取り付ける。この場合、図６に示すように、可撓性部材本体２１の両端（支持部２２）を引っ張り、治具３を介して可撓性部材本体２１を配管２の表面に覆い被せる。そして、支持部２２に取り付けられた係止具２３同士を、例えばチェーン２５等を用いて連結する。これにより、可撓性部材２０に一体的に支持されている熱電発電素子４を治具３の外側に密着させて、治具３を介して配管２の表面に熱電発電素子４をしっかりと取り付けることができる。なお、例えばチェーン２５等にバネなどを介在させ、バネなどの力によって熱電発電素子４を配管２側（治具３）に確実に密着させることもできる。この場合、バネなどの張力を利用することができるため、可撓性部材２０は断熱性と可撓性があればよく、弾性は備えていなくてもよい。なお、係止具２３がアクリル板などの硬い素材からなる支持部２２で固定されているので、係止具２３同士をチェーン２５等で連結する際、係止具２３で引っ張られる力を支持部２２を介して可撓性部材本体２１全体に均等に伝えることができる。（支持部２２がないと、係止具２３がある部分だけで可撓性部材本体２１が強く引っ張られる形となり、局所的に大きな負荷がかかり可撓性部材本体２１が切れてしまう可能性がある。また、熱電発電素子４にも均等に力が加わりにくくなり、取り付け誤差が発生する原因となる。）

また、この実施の形態にかかる熱電発電装置１’においても、熱電発電素子４と配管２との間に治具３が介在していることにより、配管２から熱電発電素子４に伝導される熱量が治具３によって調整され、熱電発電素子４における結露の発生を防止することが可能となる。また、配管２の内部を流れる熱媒の温度が熱電発電素子４の耐熱温度より高温（蒸気など）である場合やブラインなどのマイナス温度の熱媒の場合でも、熱電発電素子４の温度が耐熱温度範囲外の温度になってしまうことを回避でき、熱電発電素子４の故障を防止できる。また、治具３が介在していることにより、熱電発電素子４の耐熱温度範囲外での使用も可能となる。

なお、この実施の形態にかかる熱電発電装置１’においても、同様に、治具３（治具本体１０）の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、熱電発電素子４に伝導させる熱量を調整することができ、異なる条件の配管２についても、結露等を回避しつつ、熱電発電素子４の表裏での温度差も大きくとることが可能となる。また、治具３を介在させたことにより、熱電発電素子４の耐熱温度範囲外での使用が可能となる。例えば特許第４９４９０８１号に記載された温度計に必要な電力をまかなうことができ、電源不要の計測システムを構築することができるようになる。

以上、本発明の実施の形態の一例について説明したが、本発明はここに示した形態に限定されない。例えば、配管２と治具３との間や、治具３と熱電発電素子４との間には熱伝導性の高いグリス等を塗布し、空気層の発生を排除することが望ましい。

また、通常、周囲温度より低い温度の熱媒が流れる配管２には保温材が被覆施工されている。図１〜３で説明した熱電発電装置１を既設の配管に装着する場合、保温材の一部を切り取って、治具３と熱電発電素子４の素子本体１５を丁度挿入できる大きさの開口部を形成し、当該開口部に治具３と熱電発電素子４の素子本体１５を挿入して配管２に熱電発電装置１を装着すると良い。その場合、熱電発電素子４の放熱フィン１６は、保温材よりも外側に突出させる。

また、図４〜６で説明した熱電発電装置１’を装着する場合、保温材の一部を切り取って、治具３と可撓性部材２０を丁度挿入できる大きさの開口部を形成し、当該開口部に治具３と可撓性部材２０を挿入して配管２に熱電発電装置１’を装着すると良い。その場合、（新設の場合にも同様であるが）可撓性部材２０と保温材との継ぎ目は、保温材を可撓性部材２０の周縁部に重ねるように施工することで、切れ目における結露も防止することができる。

熱電発電素子を取付ける配管が設置された空間（例えば機械室内）の条件として、温度：３０℃、湿度：５０％と設定した場合、結露が発生する限界表面温度は１９．５℃となる。そこで、熱電発電素子の表面温度が１９．６℃以上となるように治具の厚み、枚数、材質を設定するシミュレーションを行った。

（１）状況に応じて治具の厚みを変える場合
治具に使用する材質を硬質ウレタン（熱伝導率：０．０２９Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、配管内流体温度が７℃のとき、硬質ウレタンの厚みは３．８ｍｍとすれば熱電発電素子の表面温度は１９．６℃となり、配管内流体温度が１２℃のとき、硬質ウレタンの厚みは２．３ｍｍとすれば熱電発電素子の表面温度は１９．６℃となる。

（２）状況に応じて一定の厚みを有した治具の枚数を変える場合

治具に使用する材質をシリコンゴム（熱伝導率：０．１５８Ｗ／ｍ・Ｋ）、治具の厚みを１ｍｍと規定すれば、配管内流体温度が７℃のとき、挿入する治具の枚数を１９枚とすれば熱電発電素子の表面温度は１９．８℃となる。また、配管内流体温度が１２℃のとき、挿入する治具の枚数を１２枚とすれば熱電発電素子の表面温度は１９．７℃となる。

また、治具に使用する材質を硬質ウレタン（熱伝導率：０．０２９Ｗ／ｍ・Ｋ）、治具の厚みを１ｍｍとすると、配管内流体温度が７℃のとき、挿入する治具の枚数を４枚とすれば熱電発電素子の表面温度は２０．０℃となる。また、配管内流体温度が１２℃のとき、挿入する治具の枚数を3枚とすれば表面温度は熱電発電素子の表面温度は２０．７℃となる。

熱伝導率が比較的高いシリコンゴムのみを用いると治具の使用枚数が多くなり、硬質ウレタンのみを用いると表面温度の目標値に近づけにくくなるため、これらの部材からなる治具を適宜組み合わせて用いてもよい。その場合、シリコンゴムからなる治具の枚数で微調整する。

（３）材質の異なる治具を用意しておき、状況に応じて使用する材質（治具）を選択する場合
何れも厚み８ｍｍの複数種類の材質からなる治具を用意しておく。配管内流体温度が−９℃（例えばブラインの往管など）の場合、硬質ウレタン（熱伝導率：０．０２９Ｗ／ｍ・Ｋ）製の治具を用いれば熱電発電素子の表面温度は１９．７℃となる。また、配管内流体温度が１５℃（例えば冷水の還管など）の場合、シリコンゴム（熱伝導率：０．１５８Ｗ／ｍ・Ｋ）製の治具を用いれば熱電発電素子の表面温度は１９．９℃となる。

１、１’ 熱電発電装置
２ 配管
３ 治具
４ 熱電発電素子
１０ 治具本体
１０ａ 治具本体部分
１１ 配管側支持部
１２ 素子本体
１５ 放熱板
１６ 放熱フィン
２０ 可撓性部材
２１ 可撓性部材本体
２２ 支持部
２３ 係止具
２５ チェーン

Claims (5)

1. 配管の表面に熱電発電素子を設置する方法であって、
   前記配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具を、前記配管の表面に装着し、
   前記治具を介して、前記熱電発電素子を前記配管の表面に取り付けることにより、前記配管の表面の熱を、前記治具を介して前記熱電発電素子に伝導させることを特徴とする、配管への熱電発電素子の設置方法。
2. 前記治具の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、前記熱電発電素子に伝導させる熱量が調整されることを特徴とする、請求項１に記載の配管への熱電発電素子の設置方法。
3. 配管の表面に設置される熱電発電装置であって、
   前記配管の表面に装着される、前記配管の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材質からなる治具と、
   前記治具を介して前記配管の表面に取り付けられる熱電発電素子を有することを特徴とする、熱電発電装置。
4. 前記熱電発電素子を可撓性部材に支持し、
   前記治具を介して前記配管の表面に前記可撓性部材を巻き付けることにより、前記熱電発電素子を取り付けることを特徴とする、請求項３に記載の熱電発電装置。
5. 前記治具の材質、枚数、厚みのいずれかを変えることによって、前記熱電発電素子に伝導させる熱量が調整されることを特徴とする、請求項３または４に記載の熱電発電装置。

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