JP2017017903A - 熱電発電装置 - Google Patents

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拓也 松田
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義之 岡本
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新也 北川
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Abstract

【課題】高温流体F1が流れる部位の熱膨張による熱電素子6sへの応力を充分に吸収できる熱電発電装置を提供する。
【解決手段】熱電発電装置は、高温流体F1が流れる高温容器1と、低温流体F2が流れる低温容器5とを有する。また、熱電発電装置は、高温容器1と熱移動する高温側部6sHと低温容器5と熱移動する低温側部6sLとを備えた熱電素子6sを有する。熱電発電装置は、高温容器1に一端が結合され他端7Lが低温容器5の外周に沿って延伸して高温容器1の熱変形により低温容器5に対する位置が変わる高温容器結合部材7を有する。かつ、熱電発電装置は、他端7Lと低温容器5の外周との間に設けられ、高温容器1の熱変形に伴う高温容器結合部材7が低温容器5に与える応力を吸収する応力吸収部材8を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、排気ガス等の高温流体を利用して発電する熱電素子を備えた熱電発電装置に関する。
従来、特許文献1に記載の自動車用熱電発電装置が知られている。この装置は、高温の排気ガスと比較的低温の冷却水との間の温度差を熱電素子に与えて発電する装置である。熱電素子は、特許文献1に記載された図14に示すように、P型半導体とN型半導体とを含み、電流がこれらの半導体を直列に流れる。各半導体は低温部位と高温部位とにおいて熱移動するように配置されている。
また、特許文献2の装置では、高温の排気ガスが流れるパイプ状の容器と冷却水が流れるパイプ状の容器とが設けられている。これらの容器の温度差が熱電素子に伝達されて発電する。高温の排気ガスが流れるパイプ状の容器の熱膨張が大きく、冷却水が流れるパイプ状の容器は熱膨張が少ない。従って、これらの間に設けられる熱電素子は熱膨張にともなうストレス(応力)を受ける。換言すれば、熱電素子の一方は高温側に、他方は低温側に接触している。熱膨張に伴うストレスにより熱電素子が高温側の容器から離れると発電性能が低下する。そのため、特許文献1では高温の排気ガスが流れるパイプ状の容器に、排気ガスが流れる方向に沿って伸縮可能な蛇腹部位を設けている。それによって、熱膨張に伴う応力を吸収し、熱電素子が高温部位から熱変形によって剥離して熱移動性が悪化し発電性能が低下することを防止している。
特開2014−131458号公報 特開2010−106755号公報
上記特許文献2の技術によると、排気ガスが流れる方向に沿って伸縮可能な蛇腹部位を設けて熱膨張に伴う応力を吸収しているが、蛇腹部位は高温の排気ガスが流れる部位でもあり、腐食に備えるため、肉厚が大きい。そのため蛇腹部位の剛性が高く、充分な応力吸収ができない。
本発明は、上記問題点に鑑み、高温流体が流れる部位の熱膨張による熱電素子への応力を充分に吸収できる熱電発電装置を提供することを目的とする。従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、本発明では、高温流体(F1)が流れる高温容器(1)と、低温流体(F2)が流れる低温容器(5)と、高温容器との間で熱移動がおこなわれる高温側部(6sH)と低温容器との間で熱移動が行われる低温側部(6sL)とを備えた熱電素子(6s)とを備え、高温容器と高温側部との間及び低温容器と低温側部との間のうち少なくともいずれか一方の間には、流動性又は滑り性を有する伝熱部材(631)が設けられ、この伝熱部材により高温容器と高温側部、又は、低温容器と低温側部が相対的に移動可能に結合されている。
この発明によれば、伝熱部材により高温容器と高温側部、又は、低温容器と低温側部が相対的に移動可能に結合されている。従って、高温容器と低温容器の間に熱膨張により変形の差異が生じても、流動性又は滑り性を有する伝熱部材により熱電素子への応力を吸収できる熱電発電装置を提供できる。
次に、本発明では、高温流体が流れる高温容器と、低温流体が流れる低温容器と、高温容器との間で熱移動がおこなわれる高温側部と低温容器との間で熱移動が行われる低温側部とを備えた熱電素子と、高温容器に一端が結合され、他端(7L)が低温容器の外周に沿うように延伸する部分を有する高温容器結合部材(7)と、他端と低温容器の外周とを連結し、高温容器結合部材に作用する外力に応じて変形する応力吸収部材(8)と、を備える。
この発明によれば、高温容器に一端が結合され、他端が低温容器の外周に沿うように延伸する部分を有する高温容器結合部材を備えるから、高温容器結合部材の他端は、高温容器ほどは高温にさらされない。そしてこの他端と低温容器の外周とを連結し、高温容器結合部材に作用する外力に応じて変形する応力吸収部材を備える。従って、高温容器に応力が働くと高温容器結合部材に外力が作用する。この外力による高温容器結合部材及び高温容器の変形は、応力吸収部材が変形することによって吸収できる。かつ、応力吸収部材には、高温容器ほどは高温にさらされないから、応力吸収部材として種々の材料及び形態が可能となり、応力吸収作用の強い構成にすることができる。従って、熱膨張による熱電素子への応力を充分に吸収できる熱電発電装置を提供できる。
なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。
本発明の第1実施形態における熱電発電装置の概略縦断面図である。 第1実施形態に対する第1比較例となる熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第2実施形態における熱電発電装置の概略縦断面図である。 本発明の第3実施形態における熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第4実施形態における熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第5実施形態における熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第6実施形態における熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第7実施形態における熱電発電装置の概略一部縦断面図である。 本発明の第8実施形態における熱電発電装置の低温容器側面に対する複数の熱電素子の配置を示す概略構成図である。 図9の矢印Z10−Z10線に沿う熱電発電装置の概略一部断面図である。 図9の矢印Z11−Z11線に沿う熱電発電装置の概略一部断面図である。 第8実施形態における熱電素子の低温容器と高温外板とに対する結合状態を示す概略断面図である。 第8実施形態に対する比較例となる第2比較例のおける概略一部縦断面図である。 特許文献1に記載された熱電素子の説明図である。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部位には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部位については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部位同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部位的に組合せることも可能である。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の熱電発電装置の縦断面を示している。高温流体F1が流れる高温容器1は、エンジンとなる内燃機関の排気ガスが流れる。高温流体F1の流れる向きは矢印Y11、又は矢印Y12の方向である。この高温容器1は、ステンレス製の排気管外板2と、同じくステンレス製の高温外板3とで囲まれた高温空間4a、4bを有しており、この高温空間4a、4b内を高温流体F1である排気ガスが流れる。また、この高温空間4a、4bには高温アウターフィンが設けられている。
低温流体F2となるエンジン冷却水が流れる水パイプから低温容器5が構成されている。低温容器5は、少なくとも一方側(図1上方)と他方側(図1下方)からなる両側面に平面を有するパイプから構成されている。この低温容器5の側面に熱電素子6sの集合である素子モジュール6が並べられて密接している。
素子モジュール6の低温容器5側である低温側部6sL(内側)は、低温容器5と対面して、この部分で熱移動する。また低温側部6sLと反対側の高温側部6sHは、高温容器1の高温外板3と対面して、この部分で熱移動する。素子モジュール6の中には複数の熱電素子6sが設けられている。素子モジュール6の左右両側は、シール部材60sにてシールされており、内部は、減圧された空間30又は不活性ガスが充填された空間30となっており、排気ガス等からシールされている。素子モジュール6は、高温容器1と低温容器5との間に挟まれている。
また、高温容器1に高温側の一端が結合され低温側端である他端7Lが低温容器5の外周に沿って延伸している高温容器結合部材7を備えている。高温容器結合部材7の高温容器1に結合される高温側端7Hは高温であるが反対側の低温容器に近づく他端7Lは、もはや高温ではない。高温容器1の熱変形による外力により低温容器5に対する高温容器1の位置が変わる。また、高温容器結合部材7の他端7Lと低温容器5の外周との間に設けられた応力吸収部材8を備えている。
応力吸収部材8は、高温容器1の熱変形に伴う高温容器結合部材7が低温容器5に与える外力を吸収するように変形する。応力吸収部材8は、水パイプから構成された低温容器5の周囲にとりつけられたゴム製のグロメット8gから構成されている。応力吸収部材8の外周の凹部に高温容器結合部材7の他端7Lの先端7Laが結合されている。グロメット8gによって高温容器結合部材7と低温容器5との間の隙間から素子モジュール6側に水又は異物が侵入するのが防止される。
また、応力吸収部材8を構成するグロメット8gは、低温容器5となるパイプの外周に取り付けられ、高温容器結合部材7の他端7Lに形成された開口部の縁となる先端7Laに当接している。高温容器結合部材7の左端壁面のシール孔7sを貫通して絶縁電線9a、9bが設けられている。この絶縁電線9a、9bは、素子モジュール6の発電電力を外部に取り出すものである。
(第1実施形態の作用効果)
この第1実施形態の作用効果を説明する前に、第1比較例となる図2の構成について説明する。図2は、特許文献1に示された公知の応力吸収構造の考え方を取り入れた開発過程における熱電発電装置(非公知)である。この図2においては、高温になる高温容器1の高温外板3と低温容器5とが溶接部75にて結合され、高温外板3に蛇腹部材8jからなる応力吸収部材8が設けられている。高温になる高温容器1の高温外板3は、耐熱性及び強度を高めるために肉厚が大きい金属にて構成される。従って、第1比較例の応力吸収部材8の肉厚も大きくなり、蛇腹構造に構成しても剛性が高く、応力吸収作用が小さい。また、耐熱性の低い材質によって応力吸収部材8を構成することができない。
一方、図1に示した第1実施形態によれば、高温容器1の高温外板3に一端が結合され他端7Lが低温容器5の外周に沿って延伸している高温容器結合部材7を備える。高温容器結合部材7は、高温容器1の熱変形により矢印Y13にて示す延びが大きい。一方、低温容器5は、矢印Y14に示すように延びが小さい。そのため、高温容器1は、低温容器5に対する位置が変わる。また、高温容器結合部材7の他端7Lは、高温容器1ほどは高温にさらされない。
そしてこの高温容器結合部材7の他端7Lと低温容器5の外周との間にグロメット8gから構成された応力吸収部材8を備える。従って、高温容器1ほどは高温にさらされない応力吸収部材8として、種々の弾性変形が容易なゴム等の材料及び形態が可能となり、応力吸収作用の大きな構成にすることができる。この結果、高温流体F1が流れる部位の熱膨張による素子モジュール6への応力を充分に吸収できる熱電発電装置を提供できる。
また、応力吸収部材8は、低温容器5となるパイプの外周に取り付けられ、高温容器結合部材7の他端7Lに形成された開口部の縁となる先端7Laに取り付けられたグロメット8gから構成されている。これによれば、低温容器5となるパイプの外周と高温容器結合部材7との位置ずれをグロメット8gで吸収することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上記した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第2実施形態以下については、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。図3は、第2実施形態を示している。図3において、応力吸収部材8は素子モジュール6を挟んで左右に存在し、左側応力吸収部材8Lと右側応力吸収部材8Rとに分かれて設けられている。これにより、左右の応力吸収部材8L、8Rによって矢印Y13にて示す熱膨張の大きな高温外板3からの応力を左右で分担して吸収できる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図4は、第3実施形態を示す。図4において、応力吸収部材8は、低温容器5となるパイプの外周と、高温容器結合部材7との間に形成された蛇腹部材8fから構成されている。
この第3実施形態によれば、低温容器5となるパイプの外周と、高温容器結合部材7との位置ずれを、応力吸収部材8となる蛇腹部材8fで吸収することができる。また、応力吸収部材8を成す蛇腹部材8fは、高温流体に直接触れない高温容器結合部材7の低温側に形成されている。よって、蛇腹部材8fは、高温容器1ほどの耐高温性及び耐腐食性を要求されず、薄い金属材料にて構成でき、変形が容易であるため充分に応力を吸収できる。図4では左側に単一の蛇腹部材8fから構成された応力吸収部材8しかないが、右側にも蛇腹部材から構成された応力吸収部材を設けても良い。つまり第2実施形態と同様に、応力吸収部材8を成す蛇腹部材8fは、素子モジュール6を挟んで左右に存在していても良い。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。図5は、第4実施形態を示す。図5において、応力吸収部材8は、低温容器5となるパイプの外周と、高温容器結合部材7の他端7Lとの間に形成されたオーリング80から構成されている。この第4実施形態によれば、高温容器結合部材7の他端7Lと低温容器5となるパイプの外周との矢印Y13と矢印Y14とで示す延び量の差に伴う位置ずれをオーリング80で吸収することができる。また、オーリング80は、高温容器結合部材7の他端7Lに形成されているから、高温容器1ほどの耐高温性及び耐腐食性を要求されず、ゴム等の材料にて構成でき、充分に応力を吸収できる。オーリング80の内側は熱変形による矢印Y14方向の延びが少なく、オーリングの外側は熱変形による矢印Y13方向の延びが大きい。しかし、応力吸収部材8となるオーリング80の外周及び内周での滑り及び変形によって、このような延び量の違いが許容される。かつ、オーリング80によって外部から異物等が素子モジュール6側に侵入することが無い。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。図6において、応力吸収部材8は、低温容器5となるパイプと、高温容器結合部材7の他端7Lとの間に形成され、可撓性パイプ8b0を構成する蛇腹パイプ8bから構成されている。この蛇腹パイプ8bは、低温容器5を流れる低温流体F2を流すことができる。
この第5実施形態によれば、応力吸収部材8は、可撓性パイプ8b0を構成する蛇腹パイプ8bから構成されているから、高温容器結合部材7から低温容器5となるパイプに至る熱変形を吸収することができる。また、蛇腹パイプ8bは、外部パイプ5aと低温容器5とを連結して、低温容器5を流れる低温流体F2を流す部材でもある。故に、蛇腹パイプ8bは、低温流体F2にて冷却され、高温容器1ほどの耐高温性及び耐腐食性を要求されず、薄い金属等の材料にて構成でき、充分に応力を吸収できる。
(第6実施形態)
次に、第5実施形態の一部を変形した本発明の第6実施形態について説明する。図7において、応力吸収部材8は、可撓性パイプ8b0を構成するゴム管8cを有している。
この第6実施形態によれば、可撓性パイプ8b0は、ゴム管8cから構成されているから、高温容器結合部材7から低温容器5となるパイプに至る熱変形をゴム管8cの伸縮によって吸収することができる。また、ゴム管8cは低温容器5を流れる低温流体F2を流す部材として活用できる。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。図8において、低温容器5となるパイプの先端を覆うように対向し、高温容器結合部材7の他端7Lに結合された外部覆いパイプ5a1を備える。この外部覆いパイプ5a1と低温容器5となるパイプの間にオーリング80が設けられている。外部覆いパイプ5a1は、低温容器5を流れる低温流体F2を流すため、低温容器5の一部を構成する。
この第7実施形態によれば、応力吸収部材8は、外部覆いパイプ5a1と、オーリング80とを備える。故に、高温容器結合部材7から低温容器5となるパイプに至る熱変形をオーリング80と外部覆いパイプ5a1との間の滑り及び変形によって吸収することができる。また、外部覆いパイプ5a1は、低温容器5を流れる低温流体F2を流す部材として活用できる。
(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態について説明する。この第8実施形態は、低温容器5の平面状側面と素子モジュール6との関係をより明確にしたものであり、上記第1ないし第7実施形態と組み合わせて構成可能である。この第8実施形態は、図9ないし図12にて示される。まず図9は、低温容器5の平面状の側面に素子モジュール6を構成する熱電素子6sが多数並べられている状態を示している。複数の熱電素子6sは、図9の矢印Y91に示すように電流を流す。約100℃のエンジン冷却水から成る低温流体F2は、低温容器5となるパイプ内を矢印Y92のように流れる。一方、高温流体F1となるエンジンの排気ガスは、約600℃であり低温流体の流れと直交する方向である矢印Y93のように高温外板3の外表面を流れる。また、熱電素子6sの集合である素子モジュール6は、シール部材60sにて囲まれた減圧空間30又は不活性ガスが充填された空間30内に位置する。
図10は、図9の矢印Z10−Z10方向から見た一部断面構成を概略的に示している。この図10において、高温容器1は、側面部1aと高温外板3とを備える。低温容器5となるパイプの一方の側面となる第1外表面5s1と、反対側の他方の面となる第2外表面5s2とに熱電素子6sの低温側部6sL(内側)が夫々結合されている。そして、熱電素子6sの高温側部6sH(外側)が高温外板3の一方の内面となる第1内表面3s1と、反対側の高温外板3の他方の内面となる第2内表面3s2とに結合されている。この結合面は、流動性又は滑り性によって結合面相互間が相対的に移動可能である。
また、低温流体F2が流れる低温容器5の断面形状は長さが約30mmの長円形であり、内部に低温インナーフィン5dが収納されている。低温インナーフィン5dは、厚さが0.1mmの金属でありフィンピッチは2mmである。低温インナーフィン5dは、低温容器5の壁面にロウ付けされている。
素子モジュール6の外周側はステンレスの高温外板3によって覆われている。この高温外板3は、素子モジュール6を包み込む容器の壁を構成している。この素子モジュール6の内部は、減圧された空間30又は不活性ガスが封入された空間30となっていて素子モジュール6を保護している。高温外板3の外側に高温流体F1となる排気ガスが流れる。この排気ガスが流れる空間4a、4bには図示しないが図11と同様の高温アウターフィン3fが収納されていて、この高温アウターフィン3fは高温外板3の周囲にロウ付けされている。
図11は、図9の矢印Z11−Z11線に沿う一部断面を示している。図11の低温容器5となるパイプは、断面円形の円形管部51と、平面の第1外表面5s1と第2外表面5s2とを持つ断面矩形の矩形管部52と、円形管部51と矩形管部52とを結合し相対向する拡径部位5fを持つ拡大管部53とから構成されている。拡大管部53は、矩形管部52から円形管部51に向けて通路の幅を拡大する。また、低温容器5は素子モジュール6に挟まれる。矩形管部52では、相対向する熱電素子6s間の寸法である容器外径H5が小さくなっている。これにより、低温容器5と素子モジュール6と高温容器1との多層構造である熱電発電装置の外形寸法を小さくしている。
図11に示す高温外板3の外周には高温流体F1となる排気ガスが沿面を流れ、高温アウターフィン3fがロウ付けされている。高温アウターフィン3fは厚さが0.1mm、フィンピッチが1mmの金属フィンである。この高温外板にて囲まれた容器の内部に素子モジュール6が収納されている。そして素子モジュール6からの発電電力を取り出す絶縁電線9a、9bは、高温外板3の外側に取り付けられた端子部9a1、9b1に挿入されている。端子部9a1、9b1は絶縁樹脂にて構成され、絶縁電線の取り出し孔はシールされている。
素子モジュール6の低温側部6sLは、流動性、滑り性、及び熱伝導性を有するグリス(放熱グリスともいう)から成る伝熱部材を介して低温容器5に結合されている。つまり、素子モジュール6の低温側部6sLは、低温容器5に結合されていない。そのため、高温側の変形に追従して素子モジュール6は低温容器5に対して相対的に移動可能となっている。
これのように、素子モジュール6の低温側部6sLは、低温容器5に対して相対的に移動可能なように接しており、結合されていないため、後述する図13のような変形が防止できる。従って、第1実施形態のような応力吸収部材8を設けなくても素子モジュール6に作用する有害な熱応力を吸収できる。
図12は、本発明の第8実施形態に関わり、特に、高温流体F1となる排気ガスと低温流体F2となる冷却水と素子モジュール6との熱移動部分及び結合部の一例を示している。素子モジュール6の本体部61は、図14の従来例と同様に、高温側結合部62と低温側結合部63を介して夫々高温流体F1と低温流体F2とに対して熱移動可能に結合されている。
高温流体F1が外側を流れる高温外板3と熱電素子6sの半導体614との間には高温外板3から順番に、絶縁材623、メタライズ層622、ロウ材621、導電板617、ロウ材616、メタライズ層615の各層が配置されている。また、低温容器5を構成する水パイプと熱電素子6sの半導体614との間には低温容器5の側面から順番に、流動性、滑り性、及び熱伝導性を有するグリス631、絶縁材632、導電板611、ロウ材612、メタライズ層613の各層が配置されている。
つまり、素子モジュール6の本体部61は、高温ガス側の高温外板3とはメタライズ層により結合されており低温容器5とは熱伝導性を有するグリス631を介して緩く接している。つまり、素子モジュール6の本体部61は低温容器側とは相対的に移動可能となっており、結合されていない。なお、この結合関係を逆にしても良い。つまり、素子モジュール6は、高温ガス側とは緩く接しており低温容器5とは結合されても良い。要は、高温側と低温側のいずれか一方が他方に比べて緩く結合つまり移動可能に結合されていれば良い。このことにより熱応力による素子モジュール6へのストレスを緩和できる。
また、素子モジュールは、容器又はシール部材60sに囲まれ、内部が減圧された空間30又は不活性ガスが充填された空間30を有している。熱電素子6sは、この空間30内に収納されている。従って、熱電素子6sが排気ガス等に曝されることがない。
(第8実施形態の作用効果)
まず、高温容器結合部材7の他端7Lを低温容器5に固定し拘束した第2比較例について説明する。図13は、第2比較例(非公知)を示す。図13においては、低温容器5が支持部材50に支持されている。また、高温容器結合部材7の低温側端である他端7Lを低温容器5の周囲に拘束部5gにて溶接して固定している。よって高温外板3及び高温容器結合部材7の低温容器5に対する動きは拘束される。ここで低温容器5の中を流れる低温流体F2となるエンジン冷却水は、約100℃であり高温アウターフィン3fに接して流れる高温流体F1となる排気ガスの温度は最大800℃くらいになる。このため、高温外板3及び高温容器結合部材7は図13の破線Y134にて示すように太鼓状に膨らむ。これによって、高温外板3と素子モジュール6との間には、矢印Y131からY133に示すように剥離応力が作用する。この剥離応力は素子モジュール6の結合部に浮き上がりを発生させ結合状態を破壊し、熱移動を妨げる。その結果、外部に充分な発電電力がとり出せなくなる故障を誘発する。
一方、第8実施形態においては、図12のように、高温流体F1が流れる高温外板3と、低温流体F2が流れる低温容器5とが設けられている。更に、高温外板3との間で熱移動がおこなわれる高温側部6sHと、低温容器5との間で熱移動が行われる低温側部6sLとを備えた熱電素子6sが設けられている。
そして、高温外板3と高温側部6sHとの間及び低温容器5と低温側部6sLとの間のうち少なくともいずれか一方の間には、流動性と滑り性とを有する伝熱部材(グリス631)が設けられている。この伝熱部材により高温容器1と高温側部6sHとの間と低温容器5と低温側部6sLとの間のうち少なくともいずれかの間が相対的に移動可能にされている。伝熱部材は、一例として熱伝導性を有するグリス631にて構成できる。
(他の実施形態)
上記の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に、特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
この発明の熱電発電装置は、自動車用でなく、産業用ボイラー等の排気ガス設備、僻地用電源施設にも応用できる。また、ゴミ焼却炉の廃熱利用システム、地熱発電、海洋温度差発電などにも応用可能である。
また可撓性パイプの一例として蛇腹パイプを示したが、網目状の金属と合成樹脂膜との複合部材からなる可撓性パイプを使用しても良い。更に、特に第8実施形態にて説明した伝熱部材による高温外板3と高温側部6sHとの間又は低温容器5と低温側部6sLとの間の移動可能な結合は、第1実施形態等他の実施形態においても採用できる。つまり、伝熱部材と応力吸収部材の双方の働きにより、熱膨張による熱電素子6sへの有害な応力をより一層吸収できるようにしても良い。
また、伝熱部材は、流動性又は滑り性(低摩擦性)を有する熱伝導部材であれば良く、グリスの他に滑り性(低摩擦性)を有する合成樹脂製のシートを採用しても良い。
1 高温容器
5 低温容器
6 素子モジュール
6s 熱電素子
7 高温容器結合部材
7L 低温側の端部
8 応力吸収部材
F1 高温流体
F2 低温流体
631 伝熱部材

Claims (11)

  1. 高温流体(F1)が流れる高温容器(1)と、
    低温流体(F2)が流れる低温容器(5)と、
    前記高温容器との間で熱移動がおこなわれる高温側部(6sH)と前記低温容器との間で熱移動が行われる低温側部(6sL)とを備えた熱電素子(6s)と、を備え
    前記高温容器と前記高温側部との間及び前記低温容器と前記低温側部との間のうち少なくともいずれか一方の間には、流動性又は滑り性を有する伝熱部材(631)が設けられ、前記伝熱部材により前記高温容器と前記高温側部、又は、前記低温容器と前記低温側部が相対的に移動可能に結合されていることを特徴とする熱電発電装置。
  2. 高温流体が流れる高温容器と、
    低温流体が流れる低温容器と、
    前記高温容器との間で熱移動がおこなわれる高温側部と前記低温容器との間で熱移動が行われる低温側部とを備える熱電素子と、
    前記高温容器に一端が結合され、他端(7L)が前記低温容器の外周に沿うように延伸する部分を有する高温容器結合部材(7)と、
    前記他端と前記低温容器の外周とを連結し、前記高温容器結合部材に作用する外力に応じて変形する応力吸収部材(8)とを備えたことを特徴とする熱電発電装置。
  3. 前記応力吸収部材は、前記低温容器となるパイプの外周に取り付けられ、前記高温容器結合部材の前記他端に取り付けられたグロメット(8g)であることを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
  4. 前記応力吸収部材は、前記低温容器となるパイプの外周と、前記高温容器結合部材とを連結する蛇腹部材(8f)であることを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
  5. 前記応力吸収部材は、前記低温容器となるパイプの外周と、前記高温容器結合部材の前記他端との間に設けられたオーリング(80)であることを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
  6. 前記応力吸収部材は、前記他端に結合された外部パイプ(5a)と、前記外部パイプと前記低温容器となるパイプとを連結する可撓性パイプ(8b0)であることを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
  7. 前記可撓性パイプは、ゴム管(8c)であることを特徴とする請求項6に記載の熱電発電装置。
  8. 前記応力吸収部材は、前記低温容器となるパイプの少なくとも一部を覆い前記他端に結合された外部覆いパイプ(5a1)と、この外部覆いパイプと前記低温容器となるパイプの間に設けられたオーリング(80)とを備えて構成されることを特徴とする請求項2に記載の熱電発電装置。
  9. 前記低温容器は前記高温容器の内部を貫通するように設けられ、
    前記熱電素子は、前記高温側部が前記高温容器に対面し、前記低温側部が前記低温容器に対面して前記低温容器を両側から挟むように設けられることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
  10. 前記低温容器は、前記低温側部と対面する平面を有する断面矩形の矩形管部(52)と、断面円形の円形管部(51)と、前記矩形管部と、前記円形管部とを連結し、前記矩形管部から前記円形管部に向けて通路を拡大する拡大管部(53)とを備えることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
  11. 更に、前記高温容器に一端が結合され、他端が前記低温容器の外周に沿うように延伸する部分を有する高温容器結合部材と、
    前記他端と前記低温容器の外周とを連結し、前記高温容器結合部材に作用する外力に応じて変形する応力吸収部材(8)とを備えることを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448150Y2 (ja) * 1985-06-07 1992-11-12
JPH0538321U (ja) * 1991-10-30 1993-05-25 本田技研工業株式会社 排気消音器
JP2003042068A (ja) * 2001-07-31 2003-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型電動圧縮機
JP2004066926A (ja) * 2002-08-05 2004-03-04 Denso Corp グロメットシール構造
JP2005083365A (ja) * 2003-09-11 2005-03-31 Calsonic Kansei Corp エンジンのegr構造
JP2010040660A (ja) * 2008-08-01 2010-02-18 Toyota Motor Corp 熱電モジュール
JP2013165240A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Central Research Institute Of Electric Power Industry 熱電変換システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448150Y2 (ja) * 1985-06-07 1992-11-12
JPH0538321U (ja) * 1991-10-30 1993-05-25 本田技研工業株式会社 排気消音器
JP2003042068A (ja) * 2001-07-31 2003-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型電動圧縮機
JP2004066926A (ja) * 2002-08-05 2004-03-04 Denso Corp グロメットシール構造
JP2005083365A (ja) * 2003-09-11 2005-03-31 Calsonic Kansei Corp エンジンのegr構造
JP2010040660A (ja) * 2008-08-01 2010-02-18 Toyota Motor Corp 熱電モジュール
JP2013165240A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Central Research Institute Of Electric Power Industry 熱電変換システム

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