JP2015204423A - 熱電発電装置 - Google Patents

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紀彦 小林
Norihiko Kobayashi
紀彦 小林
然暢 鄭
Zenyou Tei
然暢 鄭
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Abstract

【課題】熱電変換素子の保持部材による放熱面と吸熱面間の熱伝導を無くし、放熱面と吸熱面間との距離に制限されることなく、放熱面と吸熱面間の断熱性を向上させた熱電発電装置を提供する。【解決手段】吸熱側筐体２００と放熱側筐体２０４とは、熱電変換素子２０２から離れた接合部４２０のみで接合する。接合部４２０の吸熱側筐体２００と放熱側筐体２０４との接合により、熱電変換素子２０２は、吸熱側筐体２００の吸熱面２１０と放熱側筐体２０４の放熱面４１０とにより挟持される。接合部４２０は、放熱側筐体２０４の放熱面４１０より上部に位置し、放熱面４１０の延長である放熱側筐体２０４と吸熱面２１０の延長である吸熱側筐体２００と接合部４２０とにより閉空間、空洞を構成する。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車等の車両の内燃機関から排出される熱を利用して熱電発電を行う熱電発電装置に関する。
従来の自動車等の車両の内燃機関から排出される熱を利用して熱電発電を行う熱電発電装置として、熱電変換素子の放熱面と吸熱面間の断熱性を確保し熱電変換素子を放熱面と吸熱面間に安定して介装するために、熱電変換素子の保持部材に熱電変換素子を嵌合するための嵌合孔を設け、保持部材に設けられた突起により放熱面と吸熱面とを点接触させたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１３−１１０２１８号公報
しかしながら、従来の保持部材を用いた熱電発電装置では、保持部材自体の熱伝導率が空気の熱伝導率よりも大きく、また、熱電変換素子の近辺で放熱面と吸熱面とを点接触させており、点接触による断熱性の効果は放熱面と吸熱面間との距離により制限されていた。
本発明は、上記課題を解決するもので、保持部材による放熱面と吸熱面間の熱伝導を低減し、放熱面と吸熱面間との距離に制限されることなく、放熱面と吸熱面間の断熱性を向上させた熱電発電装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明における熱電発電装置は、放熱面と吸熱面とを有し、前記放熱面と前記吸熱面との温度差により起電力を発生する熱電変換素子と、前記放熱面と熱伝達を行う放熱側筐体と前記吸熱面と熱伝達を行う吸熱側筐体と、を具備し、前記吸熱面を含む平面に対し、前記放熱面を含む平面よりも遠方にて、前記放熱側筐体と前記吸熱側筐体とが接合する構成となっている。
本発明によれば、放熱面と吸熱面間の熱伝導を低減し、放熱面と吸熱面間の距離に限定されることなく、放熱面と吸熱面間の断熱性を向上させた熱電発電装置を提供することができる。
本発明の実施の形態１における熱電発電装置の斜視図 本発明の実施の形態１における熱電発電装置の分解斜視図 本発明の実施の形態１における熱電発電装置の上面図 本発明の実施の形態１における熱電発電装置の断面図
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における熱電発電装置について図面を参照しながら説明す
る。
図１は、本発明の実施の形態１における熱電発電装置の斜視図。図２は、本発明の実施の形態１における熱電発電装置の分解斜視図、図３は、発明の実施の形態１における熱電発電装置の上面図、図４は、本発明の実施の形態１における熱電発電装置の断面図である。
図１に示す熱電発電装置１００内部には、放熱面と吸熱面との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換素子が、放熱面を一部とする放熱側筐体と吸熱面を一部とする吸熱側筐体の内部に配置されている。
発電効率を高めるためには、放熱面と吸熱面との温度差を確保する必要があり、吸熱面から放熱面への熱伝導をできる限り少なくする必要がある。放熱面と吸熱面間の断熱性を向上させる必要がる。
実施の形態１における熱電発電装置１００は、水流によって放熱面の熱を放出する。
熱電発電装置１００は、車両のマフラー等に複数個設置または複数個分拡張して設置され、エンジンの排熱を利用する。熱電発電装置１００は車両の振動に対し、内部の熱電変換素子を定位に保つ必要がある。
図２は、熱電発電装置１００の分解斜視図である。吸熱側筐体２００には、熱電変換素子２０２を定位置に配置するために吸熱面２１０上に突起２０１が複数個設けられている。突起２０１は、吸熱面から放熱面への熱伝導が生じないように放熱側筐体２０４の放熱面に接しない高さになっている。
熱電変換素子２０２は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。熱電変換素子２０２は、具体的には、両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用した素子であり、２種類の異なる金属または半導体を接合して構成される。
熱電変換素子２０２は耐熱グリス(図示せず)を介して、吸熱側筐体２００の吸熱面２１０に配置される。
熱伝導シート２０３は、熱電変換素子２０２と放熱面（図４ ４１０）との密着性を向上させ、熱の伝達効率を向上させる。
放熱側筐体２０４には、水冷効果を高めるための放熱フィン２０５が設けられている。放熱側筐体２０４は、弾性体のパッキン２０６を介して放熱側筐体上部２０７が圧着、接合される。放熱側筐体上部２０７には、放熱側筐体２０４の放熱面を冷却するために、冷却水の導入口２０８、導出口２０９が設けられている。
放熱側筐体上部２０７、放熱側筐体２０４、吸熱側筐体２００は、ネジ部材（図示せず）によって統合される。
図３は、図１を上部から見た図である。
図４は、本発明の実施の形態１における熱電発電装置１００を図３のＡ−Ａ方向矢視断面図である。
図４において、熱電変換素子２０２は、吸熱側筐体２００の吸熱面２１０上に設けられ
た突起２０１により、吸熱面２１０上の定められた位置に配置される。
吸熱側筐体２００と放熱側筐体２０４とは、熱電変換素子２０２から離れた接合部４２０のみで接合している。接合部４２０の吸熱側筐体２００と放熱側筐体２０４との接合により、熱電変換素子２０２は、吸熱側筐体２００の吸熱面２１０と放熱側筐体２０４の放熱面４１０とにより挟持される。
熱電変換素子２０２は、吸熱面２１０上に設けられた突起２０１と吸熱側筐体２００の吸熱面２１０と放熱側筐体２０４の放熱面４１０とにより安定して配置される。
接合部４２０は、放熱側筐体２０４の放熱面４１０より上部に位置し、放熱面４１０の延長である放熱側筐体２０４と吸熱面２１０の延長である吸熱側筐体２００と接合部４２０とにより閉空間、空洞を構成する。
この空洞には、熱電変換素子の一般的な保持部材と比較して熱伝導率が低い空気（例えば、０．０３８６Ｗ／ｍ・Ｋ＠２００°Ｃ）のみが介在する。
以上のように本発明の実施の形態１における熱電発電装置は、放熱面と吸熱面とを有し、前記放熱面と前記吸熱面との温度差により起電力を発生する熱電変換素子と、前記放熱面と熱伝達を行う放熱側筐体と、前記吸熱面と熱伝達を行う吸熱側筐体とを具備し、前記吸熱面を含む平面に対し前記放熱面を含む平面よりも遠方にて前記放熱側筐体と前記吸熱側筐体とが接合する構成となっている。
上記構成により、放熱面と吸熱面との間の熱伝導を低減し、放熱面と吸熱面間との距離に限定されることなく、放熱面と吸熱面間の断熱性を向上させた熱電発電装置を提供することができる。
また、本発明の実施の形態１における熱電発電装置は、放熱側筐体と吸熱側筐体との間に空気のみが介在する空洞を構成する。
上記構成により、放熱面と吸熱面間の断熱性をさらに向上させた熱電発電装置を提供することができる。
また、本発明の実施の形態１における熱電発電装置は、吸熱側筐体の吸熱面と接する側に、熱電変換素子の位置を規制する放熱面と接しない突起を備えた構成となっている。
上記構成により、熱電変換素子は、吸熱面と放熱面との間に安定して設置される。
なお、吸熱側筐体の吸熱面と接する側に、熱電変換素子の位.置を規制する放熱面と接しない突起を備えた構成としたが、放熱側筐体の放熱面と接する側に、熱電変換素子の位置を規制する吸熱面と接しない突起を備えた構成としてもよい。
上記構成によっても、熱電変換素子は、吸熱面と放熱面との間に安定して設置される。
また、本発明の実施の形態１における熱電発電装置は、放熱側筐体と吸熱側筐体とを、吸熱面、放熱面の延長方向ではなく、吸熱面、放熱面に対し縦方向に離れた位置で接合しているため、複数の熱電発電装置を横方向に短い吸熱面間の間隔で配置することが可能となる。
本発明の熱電発電装置は、自動車等の車両の内燃機関から排出される熱を利用して熱電発電を行う熱電発電装置として有用である。
１００ 熱電発電装置
２０４ 放熱側筐体
２０２ 熱電変換素子
２００ 吸熱側筐体
２１０ 吸熱面
２０１ 突起
４１０ 放熱面
４２０ 接合部

Claims (5)

  1. 放熱面と吸熱面とを有し、前記放熱面と前記吸熱面との温度差により起電力を発生する熱電変換素子と、
    前記放熱面と熱伝達を行う放熱側筐体と、
    前記吸熱面と熱伝達を行う吸熱側筐体と、を具備し、
    前記吸熱面を含む平面に対し、前記放熱面を含む平面よりも遠方にて、前記放熱側筐体と前記吸熱側筐体とが接合する、
    熱電発電装置。
  2. 前記放熱側筐体と、前記吸熱側筐体との間に空洞を構成する、
    請求項１記載の熱電発電装置。
  3. 前記放熱側筐体は、冷却水を流す水路を有する、
    請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の熱電発電装置。
  4. 前記吸熱側筐体の前記吸熱面と接する側に、前記熱電変換素子の位置を規制する前記放熱面と接しない突起を備えた、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電発電装置。
  5. 前記放熱側筐体の前記放熱面と接する側に、前記熱電変換素子の位置を規制する前記吸熱面と接しない突起を備えた、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電発電装置。
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