JP2021163828A - 熱電発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率の低下を抑制すること。【解決手段】熱電発電装置は、第１面を有する第１基板と、第１面に対向する第２面を有する第２基板と、複数の熱電素子及び熱電素子を接続する電極をそれぞれ有し、第１面と第２面との間に配置される複数の熱電発電モジュールと、第１面に配置され複数の熱電発電モジュールを接続する配線と、を備える。【選択図】図３
Description
本開示は、熱電発電装置に関する。
ゼーベック効果を利用して発電する熱電発電モジュールを備える熱電発電装置が知られている。熱電発電モジュールは、冷却面と加熱面とを有する。熱電発電モジュールは、冷却面と加熱面との温度差により発電する。冷却面と加熱面との温度差が大きいほど、熱電発電モジュールの発電効率は向上する。特許文献１には、複数の熱電発電モジュールをバイパスパターンで接続する技術が開示されている。
複数の熱電発電モジュールが接続されることにより、熱電発電装置の高出力化が図られる。熱電発電モジュールの冷却面側に界面が多数存在すると、熱抵抗により冷却面と加熱面との温度差を大きくすることが困難となる可能性がある。冷却面と加熱面との温度差が大きくならないと、熱電発電モジュールの発電効率が低下する可能性がある。
本開示は、発電効率の低下を抑制することを目的とする。
本開示に従えば、第１面を有する第１基板と、前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、複数の熱電素子及び前記熱電素子を接続する電極をそれぞれ有し、前記第１面と前記第２面との間に配置される複数の熱電発電モジュールと、前記第１面に配置され複数の熱電発電モジュールを接続する配線と、を備える、熱電発電装置が提供される。
本開示によれば、発電効率の低下が抑制される。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する複数の実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
実施形態においては、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、及び「下」の用語を用いて各部の位置関係について説明する。これらの用語は、熱電発電装置１の中心を基準とした相対位置又は方向を示す。左右方向と前後方向と上下方向とは直交する。
［熱電発電装置］
図１は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
図１は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
図１及び図２に示すように、熱電発電装置１は、ケース２と、ケース２の内部空間に配置される第１基板１１と、ケース２の内部空間に配置される第２基板１２と、第１基板１１と第２基板１２との間に配置される複数の熱電発電モジュール２０とを備える。
ケース２は、金属製である。ケース２は、ケース本体２Ａと、ケース本体２Ａに接続されるケース蓋２Ｂとを有する。ケース本体２Ａは、下板部と、側板部とを有する。ケース蓋２Ｂは、ケース本体２Ａの上部の開口を覆うように配置される。なお、ケース本体２Ａ及びケース蓋２Ｂのそれぞれがメッキ処理されてもよい。
ケース２の内部空間は、密閉される。ケース２の内部空間は、不活性ガスで満たされる。不活性ガスとして、アルゴンガス、窒素ガス、及びヘリウムガスが例示される。なお、ケース２の内部空間は、真空でもよい。
ケース２に冷却面３１と加熱面３２とが設定される。ケース本体２Ａの下板部の下面が冷却面３１であり、ケース蓋２Ｂの上面が加熱面３２である。
ケース本体２Ａの前側の側板部にコネクタ３が取り付けられる。コネクタ３は、ケース２の密閉状態を維持可能なハーメチックコネクタである。コネクタ３は、複数のリードピン４を有する。リードピン４は、ケース本体２Ａの前側の側板部に形成された貫通孔２Ｃに配置される。
リードピン４は、複数設けられる。リードピン４は、ケース本体２Ａの前側の側板部において、左右方向に間隔をあけて配置される。
第１基板１１及び第２基板１２のそれぞれは、電気絶縁材料によって形成される。実施形態において、第１基板１１及び第２基板１２のそれぞれは、セラミック基板である。第１基板１１及び第２基板１２のそれぞれは、酸化物セラミック又は窒化物セラミックによって形成される。酸化物セラミックとして、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が例示される。窒化物セラミックとして、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が例示される。
なお、第１基板１１及び第２基板１２の少なくとも一方は、金属板の表面が絶縁処理された基板でもよい。
第１基板１１と第２基板１２とは、間隙を介して対向する。実施形態において、第２基板１２は、第１基板１１よりも上方に配置される。第１基板１１は、上面１１Ａ（第１面）と下面１１Ｂとを有する。第２基板１２は、上面１１Ａに対向する下面１２Ｂ（第２面）と上面１２Ａとを有する。
熱電発電モジュール２０は、第１基板１１の上面１１Ａと第２基板１２の下面１２Ｂとの間に複数配置される。実施形態において、熱電発電モジュール２０は、４つ設けられる。熱電発電モジュール２０は、第１熱電発電モジュール２０Ａと、第２熱電発電モジュール２０Ｂと、第３熱電発電モジュール２０Ｃと、第４熱電発電モジュール２０Ｄとを含む。
複数の熱電発電モジュール２０のそれぞれは、複数の熱電素子２１と、複数の熱電素子２１を接続する電極２２とを有する。
熱電素子２１は、熱電材料によって形成される。熱電素子２１を形成する熱電材料として、マンガンケイ化物系化合物（Ｍｎ−Ｓｉ）、マグネシウムケイ化物系化合物（Ｍｇ−Ｓｉ−Ｓｎ）、スクッテルダイト系化合物（Ｃｏ−Ｓｂ）、ハーフホイスラ系化合物（Ｚｒ−Ｎｉ−Ｓｎ）、及びビスマステルル系化合物（Ｂｉ−Ｔｅ）が例示される。熱電素子２１は、マンガンケイ化物系化合物、マグネシウムケイ化物系化合物、スクッテルダイト系化合物、ハーフホイスラ系化合物、又はビスマステルル系化合物から選択される１つの化合物により構成されてもよいし、少なくとも２つの化合物の組み合わせにより構成されてもよい。
熱電素子２１は、ｐ型熱電素子２１Ａと、ｎ型熱電素子２１Ｂとを含む。ｐ型熱電素子２１Ａ及びｎ型熱電素子２１Ｂのそれぞれは、所定面内に複数配置される。前後方向において、ｐ型熱電素子２１Ａとｎ型熱電素子２１Ｂとは交互に配置される。左右方向において、ｐ型熱電素子２１Ａとｎ型熱電素子２１Ｂとは交互に配置される。
電極２２は、金属により形成される。電極２２を形成する金属として、銅（Ｃｕ）、銅を含む合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）、及びアルミニウムを含む合金が例示される。また、電極２２の構造は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉのうち２つ又は３つを組み合わせた２層又は３層構造でもよい。これらの電極２２の表面がニッケル膜で覆われてもよい。
電極２２は、第１基板１１の上面１１Ａ及び第２基板１２の下面１２Ｂのそれぞれに設けられる。電極２２は、第１基板１１の上面１１Ａと平行な所定面内において複数設けられる。電極２２は、第２基板１２の下面１２Ｂと平行な所定面内において複数設けられる。電極２２は、隣接する一対のｐ型熱電素子２１Ａ及びｎ型熱電素子２１Ｂのそれぞれに接続される。
１つの熱電発電モジュール２０において、電極２２は、複数の熱電素子２１を直列に接続する。すなわち、熱電発電モジュール２０は、電極２２により複数の熱電素子２１が直列に接続された直列回路を有する。ｐ型熱電素子２１Ａ及びｎ型熱電素子２１Ｂが電極２２を介して電気的に接続されることにより、ｐｎ素子対が構成される。複数のｐｎ素子対が電極２２を介して直列に接続されることにより、複数の熱電発電モジュール２０のそれぞれにおいて、複数の熱電素子２１を含む直列回路が構成される。
熱電素子２１に電流が供給されることにより、熱電発電モジュール２０は、ペルチェ効果により吸熱又は発熱する。第１基板１１と第２基板１２との間に温度差が与えられることにより、熱電発電モジュール２０は、ゼーベック効果により発電する。
第１基板１１は、冷却面３１を有するケース本体２Ａの下板部に接触する。第２基板１２は、加熱面３２を有するケース蓋２Ｂに接触する。第１基板１１に配置される電極２２の下面は、熱電発電モジュール２０の冷却面である。第２基板１２に配置される電極２２の上面は、熱電発電モジュール２０の加熱面である。なお、第１基板１１の下面１１Ｂが冷却面であるとみなされてもよい。第２基板１２の上面１２Ａが加熱面であるとみなされてもよい。
［配線］
図３は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す断面図であり、図２のＢ−Ｂ線断面矢視図である。図３は、第１基板１１の上面１１Ａを示す。
図３は、実施形態に係る熱電発電装置１を示す断面図であり、図２のＢ−Ｂ線断面矢視図である。図３は、第１基板１１の上面１１Ａを示す。
図３に示すように、熱電発電モジュール２０は、４つ設けられる。熱電発電モジュール２０は、前後方向に２つ設けられ、左右方向に２つ設けられる。熱電発電モジュール２０は、第１熱電発電モジュール２０Ａと、第２熱電発電モジュール２０Ｂと、第３熱電発電モジュール２０Ｃと、第４熱電発電モジュール２０Ｄとを含む。
また、熱電発電装置１は、第１基板１１の上面１１Ａに配置され、複数の熱電発電モジュール２０に接続される配線５０を備える。
第１基板１１の上面１１Ａは、熱電発電モジュール２０が配置されるモジュール領域６０と、モジュール領域６０の周囲の少なくとも一部に配置され配線５０が接続される配線領域７０とを含む。熱電発電モジュール２０の電極２２は、モジュール領域６０に接続される。配線５０は、配線領域７０に接続される。
モジュール領域６０は、第１熱電発電モジュール２０Ａが配置される第１モジュール領域６０Ａと、第２熱電発電モジュール２０Ｂが配置される第２モジュール領域６０Ｂと、第３熱電発電モジュール２０Ｃが配置される第３モジュール領域６０Ｃと、第４熱電発電モジュール２０Ｄが配置される第４モジュール領域６０Ｄとを含む。
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂとは、前後方向に配置される。第１熱電発電モジュール２０Ａは、第２熱電発電モジュール２０Ｂよりも前方に配置される。第１熱電発電モジュール２０Ａは、第２熱電発電モジュール２０Ｂよりもコネクタ３に近い位置に配置される。
第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとは、前後方向に配置される。第４熱電発電モジュール２０Ｄは、第３熱電発電モジュール２０Ｃよりも前方に配置される。第４熱電発電モジュール２０Ｄは、第３熱電発電モジュール２０Ｃよりもコネクタ３に近い位置に配置される。
第１熱電発電モジュール２０Ａと第４熱電発電モジュール２０Ｄとは、左右方向に配置される。第１熱電発電モジュール２０Ａは、第４熱電発電モジュール２０Ｄよりも左方に配置される。
第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとは、左右方向に配置される。第２熱電発電モジュール２０Ｂは、第３熱電発電モジュール２０Ｃよりも左方に配置される。
配線５０は、上面１１Ａに配置され複数の熱電発電モジュール２０を接続する。配線５０は、金属により形成された薄膜又は厚膜で、膜厚は、例えば２μｍ以上１ｍｍ以下程度の膜である。配線５０を形成する金属として、銅（Ｃｕ）、銅を含む合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルを含む合金、アルミニウム（Ａｌ）、及びアルミニウムを含む合金が例示される。また、これらの配線５０の一部又は全面に、Ａｕ、Ｎｉ等の酸化に強い材料（酸化し難い材料）がコーティングされてもよい。
配線５０が配置される配線領域７０は、上面１１Ａの周縁領域、及び隣り合うモジュール領域６０の間に設定される。
実施形態において、配線５０は、中央配線５０Ａと、左側配線５０Ｂと、右側配線５０Ｃと、第１前部配線５０Ｄと、第２前部配線５０Ｅと、第３前部配線５０Ｆと、第４前部配線５０Ｇとを含む。
中央配線５０Ａは、前後方向に延伸する。左右方向において、中央配線５０Ａの少なくとも一部は、第１熱電発電モジュール２０Ａ及び第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃ及び第４熱電発電モジュール２０Ｄとの間に配置される。中央配線５０Ａの前端部は、第１熱電発電モジュール２０Ａ及び第４熱電発電モジュール２０Ｄよりも前方（コネクタ３側）に配置される。中央配線５０Ａの後端部は、第２熱電発電モジュール２０Ｂ及び第３熱電発電モジュール２０Ｃよりも後方に配置される。
左側配線５０Ｂは、前後方向に延伸する。左側配線５０Ｂの少なくとも一部は、第１熱電発電モジュール２０Ａ及び第２熱電発電モジュール２０Ｂよりも左側に配置される。左側配線５０Ｂの前端部は、第１熱電発電モジュール２０Ａよりも前方（コネクタ３側）に配置される。左側配線５０Ｂの後端部は、第２熱電発電モジュール２０Ｂよりも後方に配置される。
右側配線５０Ｃは、前後方向に延伸する。右側配線５０Ｃの少なくとも一部は、第３熱電発電モジュール２０Ｃ及び第４熱電発電モジュール２０Ｄよりも右側に配置される。右側配線５０Ｃの前端部は、第４熱電発電モジュール２０Ｄよりも前方（コネクタ３側）に配置される。右側配線５０Ｃの後端部は、第３熱電発電モジュール２０Ｃよりも後方に配置される。
第１前部配線５０Ｄの少なくとも一部は、第１熱電発電モジュール２０Ａの前方に配置される。第２前部配線５０Ｅの少なくとも一部は、第４熱電発電モジュール２０Ｄの前方に配置される。
第３前部配線５０Ｆは、第１熱電発電モジュール２０Ａの前方に配置される。第３前部配線５０Ｆは、第４熱電発電モジュール２０Ｄの前方に配置される。
コネクタ３は、複数のリードピン４を有する。リードピン４は、左右方向に間隔をあけて配置される。リードピン４は、熱電発電モジュール２０を単位とした出力回路の両端部に接続される。実施形態において、リードピン４は、１０本設けられる。以下の説明において、１０本のリードピン４のそれぞれを適宜、リードピン４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ，４Ｉ，４Ｊ、と称する。
第１熱電発電モジュール２０Ａは、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路の一方の端部に配置された電極２２Ａ１と、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路の他方の端部に配置された電極２２Ａ２とを有する。電極２２Ａ１は、第１熱電発電モジュール２０Ａの複数の電極２２のうち、最も前方且つ最も左方に配置される。電極２２Ａ２は、第１熱電発電モジュール２０Ａの複数の電極２２のうち、最も前方且つ最も右方に配置される。電極２２Ａ１は、＋極である。電極２２Ａ２は、は−極である。
第４熱電発電モジュール２０Ｄは、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路の一方の端部に配置された電極２２Ｄ１と、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路の他方の端部に配置された電極２２Ｄ２とを有する。電極２２Ｄ１は、第４熱電発電モジュール２０Ｄの複数の電極２２のうち、最も前方且つ最も左方に配置される。電極２２Ｄ２は、第４熱電発電モジュール２０Ｄの複数の電極２２のうち、最も前方且つ最も右方に配置される。電極２２Ｄ１は、＋極である。電極２２Ｄ２は、は−極である。
第２熱電発電モジュール２０Ｂは、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路の一方の端部に配置された電極２２Ｂ１と、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路の他方の端部に配置された電極２２Ｂ２とを有する。電極２２Ｂ１は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの複数の電極２２のうち、最も後方且つ最も左方に配置される。電極２２Ｂ２は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの複数の電極２２のうち、最も後方且つ最も右方に配置される。電極２２Ｂ１は、−極である。電極２２Ｂ２は、＋極である。
第３熱電発電モジュール２０Ｃは、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路の一方の端部に配置された電極２２Ｃ１と、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路の他方の端部に配置された電極２２Ｃ２とを有する。電極２２Ｃ１は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの複数の電極２２のうち、最も後方且つ最も左方に配置される。電極２２Ｃ２は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの複数の電極２２のうち、最も後方且つ最も右方に配置される。電極２２Ｃ１は、−極である。電極２２Ｃ２は、＋極である。
中央配線５０Ａは、第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとを接続する。中央配線５０Ａは、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路の端部に配置された電極２２Ｂ２と、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路の端部に配置された電極２２Ｃ１とを接続する。第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２は、中央配線５０Ａの後端部に接続される。第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１は、中央配線５０Ａの後端部に接続される。
左側配線５０Ｂは、第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂとを接続する。左側配線５０Ｂは、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路の端部に配置された電極２２Ａ１と、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路の端部に配置された電極２２Ｂ１とを接続する。第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１は、左側配線５０Ｂの前端部に接続される。第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１は、左側配線５０Ｂの後端部に接続される。
右側配線５０Ｃは、第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとを接続する。右側配線５０Ｃは、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路の端部に配置された電極２２Ｄ２と、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路の端部に配置された電極２２Ｃ２とを接続する。第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２は、右側配線５０Ｃの前端部に接続される。第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２は、右側配線５０Ｃの後端部に接続される。
第１前部配線５０Ｄは、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２に接続される。
第２前部配線５０Ｅは、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に接続される。
リードピン４Ａは、左側配線５０Ｂの前端部に接続される。リードピン４Ｄは、中央配線５０Ａの前端部に接続される。リードピン４Ｅは、第１前部配線５０Ｄに接続される。リードピン４Ｆは、第２前部配線５０Ｅに接続される。リードピン４Ｇは、中央配線５０Ａの前端部に接続される。リードピン４Ｊは、右側配線５０Ｃの前端部に接続される。
電極２２Ａ１及び電極２２Ｂ１のそれぞれは、左側配線５０Ｂを介して、リードピン４Ａに接続される。
電極２２Ｄ２及び電極２２Ｃ２のそれぞれは、右側配線５０Ｃを介して、リードピン４Ｊに接続される。
電極２２Ｂ２及び電極２２Ｃ１のそれぞれは、中央配線５０Ａを介して、リードピン４Ｄ及びリードピン４Ｇに接続される。
電極２２Ａ２は、第１前部配線５０Ｄを介して、リードピン４Ｅに接続される。
電極２２Ｄ１は、第２前部配線５０Ｅを介して、リードピン４Ｆに接続される。
リードピン４Ｂ及びリードピン４Ｃは、第３前部配線５０Ｆに接続される。第３前部配線５０Ｆは、第１基板１１に配置された第１熱電対９１に接続される。第１熱電対９１は、熱電発電モジュール２０が配置された第１基板１１（冷却面３１）の上面１１Ａの温度を検出する。
リードピン４Ｈ及びリードピン４Ｉは、第４前部配線５０Ｇに接続される。第４前部配線５０Ｇは、第２基板１２に配置された第２熱電対９２に接続される。第２熱電対９２は、熱電発電モジュール２０が配置された第２基板１２（加熱面３２）の下面１２Ｂの温度を検出する。
リードピン４Ｄとリードピン４Ｇとは、中央配線５０Ａを介して接続されている。
［熱電発電モジュールの診断］
熱電発電装置１において、リードピン４に電流を供給することにより、熱電発電モジュール２０の状態を診断することができる。
熱電発電装置１において、リードピン４に電流を供給することにより、熱電発電モジュール２０の状態を診断することができる。
（１）第１熱電発電モジュール２０Ａの診断
第１熱電発電モジュール２０Ａの状態を診断する場合、リードピン４Ａに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａの状態が正常である場合、リードピン４Ａに供給された電流は、左側配線５０Ｂを介して第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２及び第１前部配線５０Ｄを介して、リードピン４Ｅから出力される。
第１熱電発電モジュール２０Ａの状態を診断する場合、リードピン４Ａに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａの状態が正常である場合、リードピン４Ａに供給された電流は、左側配線５０Ｂを介して第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２及び第１前部配線５０Ｄを介して、リードピン４Ｅから出力される。
（２）第２熱電発電モジュール２０Ｂの診断
第２熱電発電モジュール２０Ｂの状態を診断する場合、リードピン４Ｄに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂの状態が正常である場合、リードピン４Ｄに供給された電流は、中央配線５０Ａを介して第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１及び左側配線５０Ｂを介して、リードピン４Ａから出力される。
第２熱電発電モジュール２０Ｂの状態を診断する場合、リードピン４Ｄに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂの状態が正常である場合、リードピン４Ｄに供給された電流は、中央配線５０Ａを介して第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１及び左側配線５０Ｂを介して、リードピン４Ａから出力される。
（３）第３熱電発電モジュール２０Ｃの診断
第３熱電発電モジュール２０Ｃの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第３熱電発電モジュール２０Ｃの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１及び中央配線５０Ａを介して、リードピン４Ｇから出力される。
第３熱電発電モジュール２０Ｃの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第３熱電発電モジュール２０Ｃの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１及び中央配線５０Ａを介して、リードピン４Ｇから出力される。
（４）第４熱電発電モジュール２０Ｄの診断
第４熱電発電モジュール２０Ｄの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第４熱電発電モジュール２０Ｄの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２及び右側配線５０Ｃを介して、リードピン４Ｊから出力される。
第４熱電発電モジュール２０Ｄの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第４熱電発電モジュール２０Ｄの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２及び右側配線５０Ｃを介して、リードピン４Ｊから出力される。
（５）第１，第２熱電発電モジュール２０Ａ，２０Ｂの診断
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｄに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａ及び第２熱電発電モジュール２０Ｂの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｄに供給された電流は、中央配線５０Ａを介して第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｄに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａ及び第２熱電発電モジュール２０Ｂの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｄに供給された電流は、中央配線５０Ａを介して第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
（６）第１，第２，第３熱電発電モジュール２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの診断
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
（７）第２，第３，第４熱電発電モジュール２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの診断
第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂを介してリードピン４Ａに出力される。
第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂを介してリードピン４Ａに出力される。
（８）第１，第２，第３，第４熱電発電モジュール２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの診断
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第１熱電発電モジュール２０Ａと第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂに出力される。左側配線５０Ｂに出力された電流は、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ１に流入した後、第１熱電発電モジュール２０Ａの直列回路を流通し、第１熱電発電モジュール２０Ａの電極２２Ａ２から第１前部配線５０Ｄを介してリードピン４Ｅに出力される。
（９）第２，第３熱電発電モジュール２０Ｂ，２０Ｃの診断
第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂ及び第３熱電発電モジュール２０Ｃの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂを介してリードピン４Ａに出力される。
第２熱電発電モジュール２０Ｂと第３熱電発電モジュール２０Ｃとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｊに電流が供給される。第２熱電発電モジュール２０Ｂ及び第３熱電発電モジュール２０Ｃの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｊに供給された電流は、右側配線５０Ｃを介して第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａに出力される。中央配線５０Ａに出力された電流は、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ２に流入した後、第２熱電発電モジュール２０Ｂの直列回路を流通し、第２熱電発電モジュール２０Ｂの電極２２Ｂ１から左側配線５０Ｂを介してリードピン４Ａに出力される。
（１０）第３，第４熱電発電モジュール２０Ｃ，２０Ｄの診断
第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第３熱電発電モジュール２０Ｃ及び第４熱電発電モジュール２０Ｄの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａを介してリードピン４Ｇに出力される。
第３熱電発電モジュール２０Ｃと第４熱電発電モジュール２０Ｄとの組み合わせの状態を診断する場合、リードピン４Ｆに電流が供給される。第３熱電発電モジュール２０Ｃ及び第４熱電発電モジュール２０Ｄの組み合わせの状態が正常である場合、リードピン４Ｆに供給された電流は、第２前部配線５０Ｅを介して第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ１に流入した後、第４熱電発電モジュール２０Ｄの直列回路を流通し、第４熱電発電モジュール２０Ｄの電極２２Ｄ２から右側配線５０Ｃに出力される。右側配線５０Ｃに出力された電流は、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ２に流入した後、第３熱電発電モジュール２０Ｃの直列回路を流通し、第３熱電発電モジュール２０Ｃの電極２２Ｃ１から中央配線５０Ａを介してリードピン４Ｇに出力される。
［効果］
以上説明したように、実施形態によれば、第１基板１１の上面１１Ａに、複数の熱電発電モジュール２０を接続する配線５０が配置される。第１基板１１は、単層基板である。第１基板１１の厚さは十分に薄い。第１基板１１は単層基板なので、界面を有しない。これにより、第１基板１１の熱抵抗が高くなることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール２０の冷却面と加熱面との温度差が小さくなることが抑制される。したがって、熱電発電モジュール２０の発電効率の低下が抑制される。
以上説明したように、実施形態によれば、第１基板１１の上面１１Ａに、複数の熱電発電モジュール２０を接続する配線５０が配置される。第１基板１１は、単層基板である。第１基板１１の厚さは十分に薄い。第１基板１１は単層基板なので、界面を有しない。これにより、第１基板１１の熱抵抗が高くなることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール２０の冷却面と加熱面との温度差が小さくなることが抑制される。したがって、熱電発電モジュール２０の発電効率の低下が抑制される。
また、配線５０は、第１基板１１の上面１１Ａのみに配置されるので、配線５０の全長が長くなることが抑制される。これにより、熱電発電装置１の大型化が抑制される。
熱電発電モジュール２０は、電極２２により複数の熱電素子２１が直列に接続された直列回路を有する。配線５０は、第１の熱電発電モジュール２０の直列回路の端部に配置された電極２２と、第２の熱電発電モジュール２０の直列回路の端部に配置された電極２２とを接続する。すなわち、配線５０は、熱電発電モジュール２０の直列回路の端部に配置された電極２２同士を接続する。これにより、熱電発電モジュール２０の状態の診断が適正に実施される。
第１基板１１の上面１１Ａは、電極２２が接続されるモジュール領域６０と、モジュール領域６０の周囲の少なくとも一部に配置され配線５０が接続される配線領域７０とを含む。すなわち、第１基板１１の上面１１Ａに、配線５０及び熱電発電モジュール２０の電極２２の両方が配置される。これにより、熱電発電装置１の構造の複雑化が抑制される。
第１基板１１は冷却面を有し、第２基板１２は加熱面を有する。すなわち、ゼーベック効果を用いる発電において、第１基板１１は加熱されない。これにより、熱による配線５０の劣化が抑制される。また、配線５０が加熱されると、配線５０の電気抵抗が大きくなる現象が生じる可能性がある。実施形態においては、配線５０の加熱が抑制されるので、配線５０の電気抵抗が大きくなることが抑制される。
実施形態において、複数のリードピン４は、ケース本体２Ａの前側の側板部から前方に突出する。また、複数のリードピン４は、左右方向に間隔をあけて配置される。リードピン４は、熱電発電モジュール２０を単位とした出力回路の両端部に接続される。電流を入力するリードピン４及び電流が出力されるリードピン４を選択することにより、熱電発電モジュール２０の状態を個別に診断したり、複数の熱電発電モジュール２０の組み合わせの状態を一括して診断したりすることができる。
［変形例］
図４は、実施形態の変形例に係る熱電発電装置１を示す断面図である。上述の実施形態においては、配線５０が中央配線５０Ａを含むこととした。図４に示すように、中央配線５０Ａは無くてもよい。図４に示す例において、配線５０は、左側配線５０Ｂと、右側配線５０Ｃと、第１基板１１の上面１１Ａの周縁部に配置される周縁配線５０Ｈとを含む。
図４は、実施形態の変形例に係る熱電発電装置１を示す断面図である。上述の実施形態においては、配線５０が中央配線５０Ａを含むこととした。図４に示すように、中央配線５０Ａは無くてもよい。図４に示す例において、配線５０は、左側配線５０Ｂと、右側配線５０Ｃと、第１基板１１の上面１１Ａの周縁部に配置される周縁配線５０Ｈとを含む。
図４に示す例において、左側配線５０Ｂは、電極２２Ａ１及び電極２２Ｂ１に接続される。右側配線５０Ｃは、電極２２Ｄ２及び電極２２Ｃ２に接続される。周縁配線５０Ｈの一部は、電極２２Ｂ２及び電極２２Ｃ１に接続される。
図４に示す例においても、第１基板１１の熱抵抗が高くなることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール２０の冷却面と加熱面との温度差が小さくなることが抑制される。また、配線５０の全長が長くなることが抑制される。
図５は、実施形態の変形例に係る第１基板１１の一部を示す模式図である。図５に示すように、配線５０を覆う断熱材８０が設けられてもよい。断熱材８０は、絶縁性を有する。絶縁性を有する断熱材８０が配線５０を覆うように配置されることにより、熱による配線５０の劣化が抑制される。
１…熱電発電装置、２…ケース、２Ａ…ケース本体、２Ｂ…ケース蓋、２Ｃ…貫通孔、３…コネクタ、４…リードピン、４Ａ…リードピン、４Ｂ…リードピン、４Ｃ…リードピン、４Ｄ…リードピン、４Ｅ…リードピン、４Ｆ…リードピン、４Ｇ…リードピン、４Ｈ…リードピン、４Ｉ…リードピン、４Ｊ…リードピン、１１…第１基板、１１Ａ…上面（第１面）、１１Ｂ…下面、１２…第２基板、１２Ａ…上面、１２Ｂ…下面（第２面）、２０…熱電発電モジュール、２０Ａ…第１熱電発電モジュール、２０Ｂ…第２熱電発電モジュール、２０Ｃ…第３熱電発電モジュール、２０Ｄ…第４熱電発電モジュール、２１…熱電素子、２１Ａ…ｐ型熱電素子、２１Ｂ…ｎ型熱電素子、２２…電極、２２Ａ１…電極、２２Ａ２…電極、２２Ｂ１…電極、２２Ｂ２…電極、２２Ｃ１…電極、２２Ｃ２…電極、２２Ｄ１…電極、２２Ｄ２…電極、３１…冷却面、３２…加熱面、５０…配線、５０Ａ…中央配線、５０Ｂ…左側配線、５０Ｃ…右側配線、５０Ｄ…第１前部配線、５０Ｅ…第２前部配線、５０Ｆ…第３前部配線、５０Ｇ…第４前部配線、５０Ｈ…周縁配線、６０…モジュール領域、６０Ａ…第１モジュール領域、６０Ｂ…第２モジュール領域、６０Ｃ…第３モジュール領域、６０Ｄ…第４モジュール領域、７０…配線領域、８０…断熱材、９１…第１熱電対、９２…第２熱電対。
Claims (6)
- 第１面を有する第１基板と、
前記第１面に対向する第２面を有する第２基板と、
複数の熱電素子及び前記熱電素子を接続する電極をそれぞれ有し、前記第１面と前記第２面との間に配置される複数の熱電発電モジュールと、
前記第１面に配置され複数の熱電発電モジュールを接続する配線と、を備える、
熱電発電装置。 - 前記熱電発電モジュールは、前記電極により複数の熱電素子が直列に接続された直列回路を有し、
前記配線は、前記熱電発電モジュールの直列回路の端部に配置された前記電極同士を接続する、
請求項１に記載の熱電発電装置。 - 前記第１面は、前記電極が接続されるモジュール領域と、前記モジュール領域の周囲の少なくとも一部に配置され前記配線が接続される配線領域とを含む、
請求項１又は請求項２に記載の熱電発電装置。 - 前記第１基板は冷却面を有し、前記第２基板は加熱面を有する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱電発電装置。 - 前記配線を覆う断熱材を備える、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱電発電装置。 - 前記熱電発電モジュールを単位とした出力回路の両端部に接続されるリードピンを備える、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
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