JP2015115998A - 熱発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な設置対象に容易に着脱することが可能な熱発電装置を提供する。【解決手段】熱発電装置１は、発熱体２が配置される高温側に設けられる高温側電極３と、発熱体２から離接した低温側に設けられる低温側電極４と、高温側電極３と、低温側電極４とを接続する熱電素子５と、を有して構成されている。高温側電極３は、発熱体２に固定する取付部６を有している。取付部６は、吸盤６１により構成されている。したがって、吸盤６１を発熱体２に押し付けることで容易に発熱体２の形状によらず熱発電装置１を取り付けることができ、また、吸盤６１を設置対象２から剥すだけで容易に熱発電装置１を外すことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギーにより発電する熱電素子を備えた熱発電装置に関する。

例えば地熱、自動車の排気ガス熱、照明装置等の熱を利用して発電する熱発電装置が近年クリーンエネルギーとして注目されている。

熱発電装置の一例としては、高温端側を排ガスにより加熱し、低温端側を冷却水配管によって導入される冷却水で冷却することで、温度差によるゼーベック効果により発電を行うものが開示されている（特許文献１参照）。
このような熱発電装置の多くは設置対象の形状に合わせて製作され、一度設置されると取り外すことは想定されていないため強固に固定されている。

特開２００５−１１７８３６号公報

しかし、他の場所に熱発電装置を移設する場合等が生じた場合には、着脱作業が困難になる問題がある。
また、熱発電装置を設置する場合には、設置対象の形状や大きさに合わせて熱発電装置を製作する必要があるため、汎用性に乏しく再利用ができない問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、様々な設置対象に容易に着脱することが可能な熱発電装置を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る熱発電装置は、発熱体が配置される高温側に設けられる高温側電極と、前記発熱体から離接した低温側に設けられる低温側電極と、前記高温側電極と、低温側電極とを接続する熱電素子と、を有して構成され、前記高温側電極は、前記発熱体に固定する取付部を有し、前記取付部は、吸盤により構成されていることを特徴としている。
取付部に発熱体（設置対象）に固定する吸盤が設けられていることにより、吸盤を設置対象に押し付けることで容易に設置対象の形状によらず熱発電装置を取り付けることができ、また、吸盤を設置対象から剥すだけで容易に熱発電装置を外すことができる。

取付部は、直径が均一な大きさの複数の吸盤により構成されるようにしてもよい。
取付部が直径が均一な大きさの複数の吸盤により構成されることにより、複数の吸盤が設置対象に付くことになり、より強力な力で熱発電装置を固定することが可能となる。
また、全ての吸盤の直径を均一なものとすることで吸盤の製造を容易にし、製造コストを抑えることが可能となる。

取付部は、直径が異なる大きさの複数の吸盤により構成されるようにしてもよい。
取付部が直径が異なる大きさの複数の吸盤により構成されることにより、曲率が大きい設置対象に対しては直径が小さい吸盤が付くことになり、曲率が小さい設置対象に対しては、直径が大きい吸盤も設置対象に対して付くため、安定して熱発電装置を固定することが可能となる。

取付部は、高温側電極の周縁においては直径が小さい吸盤が設けられるようにしてもよい。
高温側電極の周縁においては直径が小さい吸盤が設けられるようにすることで、径が小さい吸盤は、吸着力が弱いため容易に吸盤を剥すことができ、熱発電装置の取り外しを容易にすることができる。

高温側電極は、多角形状に形成されているようにしてもよい。
高温側電極が多角形状に形成されることにより、多角形の頂点（角）をつまみやすくなり、また、角に近接する位置は吸盤の数が少なくなるため、容易に吸盤を剥すことができる。

低温側電極は、放熱フィン状に凹凸が形成してもよい。
低温側電極に放熱フィン状の凹凸が形成されていることにより、低温側電極の放熱をより促すことができるため、熱電素子の発電能力を向上させることが可能となる。

吸盤は、熱伝導率が高い材質で形成するようにしてもよい。
吸盤が熱伝導率の高い材質で形成されることにより、熱電素子に効率よく熱エネルギーを伝えることができ、熱電素子の発電能力を向上させることが可能となる。
ここで、熱伝導率の高い材質としては、単層のカーボンナノチューブ、炭素繊維、ゴム複合材料等が挙げられる。
特に、吸盤にゴムを含む材料により吸盤を形成することにより、熱によりゴムが軟化して吸着力を維持することが可能となる。

以上述べたように、本発明の熱発電装置によれば、取付部に発熱体（設置対象）に固定する吸盤が設けられていることにより、設置対象の形状に関わらず容易に熱発電装置を脱着することが可能となる。
取付部が吸盤であることにより、配管やボイラ壁面等の曲面を有する様々な設置対象に容易に着脱することが可能であり、汎用性を高めることが可能となる。

図１は、熱発電装置の全体構成を示す概略構成図である。 図２は、取付部を均一な直径の吸盤で構成した例を示す高温側電極の正面図であり、（ａ）は、高温側電極を四角形の板状に形成した場合を示す正面図であり、（ｂ）は、高温側電極を三角形の板状に形成した場合を示す正面図である。 図３は、吸盤の構成を示す斜視図である。 図４は、取付部を直径の大きさの異なる吸盤で構成した例を示す高温側電極の正面図であり、（ａ）は、高温側電極を四角形の板状に形成した場合を示す正面図であり、（ｂ）は、高温側電極を三角形の板状に形成した場合を示す正面図である。 図５は取付部を直径の大きさの異なる吸盤で構成した他の例を示す高温側電極の正面図であり、（ａ）は、高温側電極を四角形の板状に形成した場合を示す正面図であり、（ｂ）は、高温側電極を三角形の板状に形成した場合を示す正面図である。

以下、本発明の熱発電装置について、添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、熱発電装置１は、発熱体２（設置対象）が配置される高温側に設けられる高温側電極３と、発熱体から離接した低温側に設けられる低温側電極４と、高温側電極３と、低温側電極４とを接続する熱電素子５と、を有して構成されている。熱発電装置１の大きさは、携帯が可能なように縦、横、高さの全ての寸法が１０ｃｍ程度である。

設置対象２は、高温の流体が流れる配管等であって、配管以外には例えば、ボイラの側壁、蒸気が通る配管のバルブの根元等であってもよい。また、設置対象２の発熱温度は５０〜１００度程度であることが望ましいが、これ以外の温度範囲にあっては、発熱温度に応じた適切な材料を選択するとよい。

高温側電極３は、図２（ａ）に示されるように、金属製で多角形の板状に形成されるもので、本実施例においては四角形の板状に形成され、設置対象２と対峙する面においてはこれに固定する取付部６が設けられている。

取付部６は、直径が均一な大きさの複数の吸盤６１から構成され、これらの吸盤６１は高温側電極３に均等な間隔を有して規則的に配置されている。

吸盤６１は、図３に示すように、単層のカーボンナノチューブ、炭素繊維、ゴム複合材料等の熱伝導率が高い材質かつ、熱による変質が起きない耐熱性の材質で形成されるもので、高温側電極３に固定する固定部６２と、固定部６２に続いて円錐状に形成された吸盤部６３と、から構成されている。

固定部６２は円筒形に形成されるもので、高温側電極３の設置対象２と対峙する面に接着剤や、溶着により基端が固定されている。
吸盤部６３は、押し付けられたときの形状を維持できるよう、その内側が粘着性を有することが望ましい。

熱電素子５は、例えばＮ型の半導体５１及びＰ型の半導体５２の組み合わせからからなるペルチェ素子であり、吸熱面と放熱面を有する平板形状を成している。

低温側電極４は、金属製の板状もので、放熱フィン状に凹凸４１が形成されており、また、端部には所定の電気回路７に接続する接続端子４２が設けられている。

なお、本実施例においては、高温側電極３は、四角形状に形成されているが、これには限定されず、図２（ｂ）に示すように三角形や、その他の多角形に形成してもよい。また、吸盤６１は、固定部６２と、吸盤部６３と、を有して構成される旨を説明したが、これには限られず、例えば、微細な凹部を無数に有するシート状に形成されたミクロ吸盤であってもよい。

以上述べたように、本発明の熱発電装置１によれば、取付部６に設置対象２に固定する吸盤６１が設けられていることにより、設置対象２の形状に関わらず容易に熱発電装置１を脱着することが可能となる。
取付部６が吸盤６１であることにより、配管やボイラ壁面等の曲面を有する様々な設置対象２に容易に着脱することが可能であり、汎用性を高めることが可能となる。

また、取付部６が直径が均一な大きさの複数の吸盤６１により構成されることにより、複数の吸盤６１が設置対象２に付くことになり、より強力な力で熱発電装置１を固定することが可能となる。

さらに、全ての吸盤６１の直径を均一なものとすることで吸盤６１の製造を容易にし、製造コストを抑えることが可能となる。
さらにまた、高温側電極３が多角形状に形成されることにより、頂点（角）をつまみやすくなり、また、角に近接して設けられる吸盤６１の数が少なくなるため、容易に吸盤６１を剥すことができる。

また、低温側電極４に放熱フィン状の凹凸４１が形成されていることにより、低温側電極４の放熱をより促すことができるため、熱電素子５の発電能力を向上させることが可能となる。
さらに、吸盤６１が熱伝導率の高い材質で形成されることにより、熱電素子５に効率よく熱エネルギーを伝えることができ、熱電素子５の発電能力を向上させることが可能となる。

上述の実施例においては、取付部６を構成する吸盤６１の直径は均一なものであったが、直径が不均一な大きさの複数の吸盤６１で取付部６を構成してもよい。
以下、本実施例の説明を行うが、実施例１と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、取付部６は、直径が異なる大きさの複数の吸盤（直径が小さい吸盤６１ａ、直径が大きい吸盤６１ｂ）により構成されている。直径が小さい吸盤６１ａと、直径が大きい吸盤６１ｂと、は、それぞれ高温側電極３の設置対象２と対峙する面に不規則に配置されている。

なお、本実施例においては説明の便宜上、取付部６は、直径が小さい吸盤６１ａと、直径が大きい吸盤６１ｂと、の２種類の吸盤６１ａ，６１ｂで構成されるように説明したが、これには限定されず、直径の異なる吸盤６１の種類をさらに増加して取付部６を構成してもよい。

取付部６が直径が異なる大きさの複数の吸盤６１により構成されることにより、曲率が大きい細い配管等の設置対象２に対しては直径が小さい吸盤６１ａを曲面に吸着させることができ、また、曲率が小さい太い配管等の設置対象２に対しては、大きい吸盤６１ｂも設置対象２に対して吸着させることができるため、安定して熱発電装置１を固定することが可能となる。

なお、図５（ａ），（ｂ）に示すように、高温側電極３の周縁に直径が小さい吸盤６１ａを優先的に配置し、その他の場所においては直径が小さい吸盤６１ａと、直径が大きい吸盤６１ｂとを不規則に配置することにより、周縁に生じる吸盤６１の力を弱めて剥しやすくしてもよい。この場合、高温側電極３が多角形状の場合には、角に近い周縁に直径が小さい吸盤６１ａを配置することで角から剥しやすくすることができる。

１ 熱発電装置
２ 発熱体（設置対象）
３ 高温側電極
４ 低温側電極
５ 熱電素子
６ 取付部
６１ 吸盤

Claims (7)

1. 発熱体が配置される高温側に設けられる高温側電極と、
   前記発熱体から離接した低温側に設けられる低温側電極と、
   前記高温側電極と、低温側電極とを接続する熱電素子と、を有して構成され、
   前記高温側電極は、前記発熱体に固定する取付部を有し、
   前記取付部は、吸盤により構成されていることを特徴とする熱発電装置。
2. 前記取付部は、直径が均一な大きさの複数の吸盤により構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱発電装置。
3. 前記取付部は、直径が異なる大きさの複数の吸盤により構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱発電装置。
4. 前記取付部は、前記高温側電極の周縁においては直径が小さい吸盤が設けられることを特徴とする請求項３に記載の熱電素子。
5. 前記高温側電極は、多角形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱電素子。
6. 前記低温側電極は、放熱フィン状に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱電素子。
7. 前記吸盤は、熱伝導率が高い材質で形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱発電装置。

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