JP2017017903A - 熱電発電装置 - Google Patents

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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