JP2024057396A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置の発電効率を向上させる。【解決手段】発電装置１０は、複数の熱電変換モジュール１と、熱電変換モジュール１を冷却する冷却熱交換器５とを備える。冷却熱交換器５は、冷却液が流通する内部空間５０ａが形成された本体５０を有する。本体５０は、内部空間５０ａを介して互いに対向する第１壁５３及び第２壁５４を含む。第１壁５３のうち内部空間５０ａとは反対側の外表面５３ａには、複数の熱電変換モジュール１が互いに間隔をあけて配列される。本体５０は、外表面５３ａと交差する方向に拡がって内部空間５０ａを仕切り、蛇行する冷却液の流路を形成する仕切壁６１をさらに含む。仕切壁６１は、第１壁５３に沿って延びる端縁である第１端縁６２ａを有する。第１端縁６２ａは、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間の隙間１３と外表面５３ａと直交する方向において重なっている。【選択図】図６

Description

ここに開示された技術は、発電装置に関する。

特許文献１には、熱電変換素子を用いて熱電発電を行う発電装置が開示されている。この発電装置は、内筒と、内筒の周囲に配置された外筒と、内筒と外筒との間に設けられた熱電変換素子とを備えている。熱電変換素子の高温面は、内筒の内側を流通する排ガスによって加熱される。熱電変換素子の低温面は、外筒の外側を流通する空気によって冷却される。これにより、熱電変換素子の高温面と低温面との間に温度差が生じて熱電発電が行われる。

特開平１０－２３４１９４号公報

ところで、前述した発電装置では、外筒が冷却熱交換器として用いられる。このように冷却熱交換器を用いて熱電変換モジュールを冷却する発電装置にあっては、冷却熱交換器によって熱電変換モジュールを冷却する冷却性能を高めることによって、発電装置の発電効率を向上させることができる。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却熱交換器の冷却性能を高め、発電装置の発電効率を向上させることにある。

ここに開示された発電装置は、互いに反対向きの第１面及び第２面を有し、前記第１面と前記第２面との温度差に応じて熱電発電を行う複数の熱電変換モジュールと、前記第１面を加熱する加熱熱交換器と、前記第２面を冷却する冷却熱交換器とを備え、前記冷却熱交換器は、冷却液が流通する内部空間が形成された本体を有し、前記本体は、前記内部空間を介して互いに対向する第１壁及び第２壁を含み、前記第１壁のうち前記内部空間とは反対側の外表面には、前記第２面が前記第１壁に接するように、前記複数の熱電変換モジュールが互いに間隔をあけて配列され、前記本体は、前記外表面と交差する方向に拡がって前記内部空間を仕切り、蛇行する前記冷却液の流路を形成する仕切壁をさらに含み、前記仕切壁は、前記第１壁に沿って延びる端縁である第１端縁を有し、前記第１端縁は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュールの間の隙間と前記外表面と直交する方向において重なっている。

前記発電装置によれば、冷却熱交換器の冷却性能を高め、熱電変換効率を向上させることができる。

図１は、発電装置の分解斜視図である。 図２は、発電装置の正面図である。 図３は、発電装置の側面図である。 図４は、冷却熱交換器を斜め下方から見た斜視図である。 図５は、冷却熱交換器の斜視断面図である。 図６は、冷却熱交換器及び熱電変換モジュールを示した底面図である。 図７は、図６のVII－VII線断面図である。 図８は、冷却熱交換器の底面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、発電装置１０の分解斜視図である。図２は、発電装置１０の正面図である。図３は、発電装置１０の側面図である。図４は、組み立てられた冷却熱交換器５、押圧器７及びベース９を、斜め下方から視た斜視図である。

発電装置１０は、発電を行う熱電発電装置である。発電装置１０は、例えば、ドレン回収システムに設けられる。ドレン回収システムは、蒸気が凝縮して発生したドレンを回収すると共に、ドレンから発生するフラッシュ蒸気（湯気を含む）の熱を回収する。発電装置１０は、ドレン回収システムにおいて発生した蒸気の熱エネルギを活用して発電を行う。発電装置１０は、熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電を行う熱電変換モジュール１と、熱電変換モジュール１を加熱する加熱熱交換器３と、熱電変換モジュール１を冷却する冷却熱交換器５とを備えている。熱電変換モジュール１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に配置されている。発電装置１０では、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５が熱電変換モジュール１において温度差を発生させ、熱電変換モジュール１が温度差に応じて発電する。

発電装置１０は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の一方を他方の方へ押圧する押圧器７をさらに備えている。この例では、加熱熱交換器３は、固定的に設置された固定熱交換器であり、冷却熱交換器５は、移動可能に設置された可動熱交換器である。つまり、押圧器７は、冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に熱電変換モジュール１が配置されている。そのため、冷却熱交換器５と熱電変換モジュール１との接触が維持され、さらには、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触が維持される。

発電装置１０は、熱電変換モジュール１の位置決めを行う位置決め器２をさらに備えている。位置決め器２は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間における熱電変換モジュール１の位置決めを行う。発電装置１０は、位置決め器２を支持する支持器２５をさらに備えている。

発電装置１０は、冷却熱交換器５等を支持するベース９をさらに備えている。ベース９は、加熱熱交換器３に取り付けられている。

発電装置１０では、加熱熱交換器３、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５、押圧器７及びベース９がこの順で積み重ねられている。加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５等が積み重ねられた方向を「積層方向」と称する。この例では、積層方向は、上下方向である。加熱熱交換器３が下方に配置され、ベース９が上方に配置されている。つまり、熱電変換モジュール１の下方に加熱熱交換器３が配置され、熱電変換モジュール１の上方に冷却熱交換器５が配置されている。

＝熱電変換モジュール＝
熱電変換モジュール１は、複数の熱電変換素子を含んでいる。熱電変換素子は、熱エネルギを電気エネルギに変換するデバイスであり、ゼーベック素子とも呼ばれる。熱電変換素子は、ｐ型半導体及びｎ型半導体の対で形成される。熱電変換モジュール１は、複数の熱電変換素子が熱的に並列に配列され、複数の熱電変換素子の両端に形成された電極を介して複数の熱電変換素子が電気的に直列に接続されている。

熱電変換モジュール１は、図１に示すように、略平板状に、より詳しくは、平面視略方形の略平板状に形成されている。熱電変換モジュール１は、厚さ方向において互いに反対向きの第１面１１と第２面１２とを有している。複数の熱電変換素子は、高温側の電極が第１面１１の方を向き、低温側の電極が第２面１２の方を向くように二次元状に配列されている。熱電変換モジュール１は、第１面１１と第２面１２との温度差に応じて熱電発電を行う。第１面１１は高温面であり、第２面１２は低温面である。

この例では、発電装置１０は、複数（具体的には、４個）の熱電変換モジュール１を備えている。複数の熱電変換モジュール１は、全体として平板状に配列されている。この例では、複数の熱電変換モジュール１は、互いに間隔をあけて積層方向と略直交する方向に一列に配列されている。複数の熱電変換モジュール１の第１面１１は全て、同じ方向、具体的には下方を向いている。複数の熱電変換モジュール１の第２面１２は全て、同じ方向、具体的には上方を向いている。

以下、説明の便宜上、積層方向が上下方向に一致している場合を前提に、熱電変換モジュール１の配列方向を「左右方向」と称する。また、上下方向及び左右方向の両方に直交する方向を「前後方向」と称する。

＝加熱熱交換器＝
加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１の第１面１１に接し、第１面１１を加熱する。加熱熱交換器３には、加熱源として蒸気が供給されている。加熱熱交換器３は、蒸気と第１面１１との間で熱交換を実行させる。つまり、加熱熱交換器３は、蒸気によって第１面１１を加熱する。

具体的に、加熱熱交換器３は、本体３０と流入ポート３１と流出ポート３２とを有している。本体３０は、容器状に形成されている。本体３０は、所定の長手方向に延びる筒状の側周壁３３と、側周壁３３の一端を塞ぐ第１端壁３４と、側周壁３３の他端を塞ぐ第２端壁３５とを有している。側周壁３３の一部には、図１に示すように、略平面状の加熱面３６が形成されている。加熱面３６は、積層方向において熱電変換モジュール１の方を向いている。熱電変換モジュール１に対応して、４つの加熱面３６が本体３０に形成されている。流入ポート３１は、第１端壁３４に設けられている。流出ポート３２は、第２端壁３５に設けられている。本体３０は、加熱用本体の一例である。

加熱熱交換器３は、加熱面３６が熱電変換モジュール１の第１面１１に接するように配置される。詳しくは、加熱熱交換器３は、加熱面３６が上方を向き且つ長手方向が熱電変換モジュール１の配列方向と一致するように配置される。

本体３０には、蒸気が流入ポート３１から流入する。本体３０に流入した蒸気は、熱電変換モジュール１と熱交換することによって凝縮してドレンとなる。本体３０内のドレンは、流出ポート３２から流出する。詳しくは、本体３０の蒸気は、側周壁３３の加熱面３６を介して、熱電変換モジュール１の第１面１１に放熱する。これにより、第１面１１が加熱される。本体３０内の蒸気は、第１面１１と熱交換することで、凝縮してドレンとなる。ドレンは、本体３０内に一時的に滞留し、最終的に流出ポート３２から流出する。

加熱熱交換器３は、ベース９が取り付けられる取付ベース４を有している。取付ベース４は、本体３０に設けられている。この例では、取付ベース４は、積層方向と略直交する平板状であって且つ平面視で略長方形の枠状に形成されている。取付ベース４は、本体３０の外周を囲むように配置されている。

取付ベース４には、４本のスタンド４８が設けられている。４本のスタンド４８は、取付ベース４の四隅に配置されている。各スタンド４８は、取付ベース４から加熱熱交換器３とは反対側へ積層方向に延びている。発電装置１０は、４本のスタンド４８を介して床等に載置される。

＝冷却熱交換器＝
冷却熱交換器５は、熱電変換モジュール１の第２面１２に接し、第２面１２を冷却する。冷却熱交換器５には、冷却源として冷却水が供給されている。冷却熱交換器５は、冷却水と第２面１２との間で熱交換を実行させる。つまり、冷却熱交換器５は、冷却水によって第２面１２を冷却する。冷却水は、冷却液の一例である。

具体的に、冷却熱交換器５は、本体５０と流入ポート５１と流出ポート５２とを有している。本体５０は、容器状に形成されている。より詳しくは、本体５０は、所定の長手方向に延びる略角筒状、即ち、略直方体状に形成されている。本体５０は、第１壁５３と第２壁５４と第３壁５５と第４壁５６と第５壁５７と第６壁５８とを有している。第１壁５３及び第２壁５４は、略長方形状に形成され、互いに対向している。第３壁５５は、第１壁５３の一方の長辺と第２壁５４の一方の長辺とにそれぞれ結合されている。第５壁５７は、第３壁５５と対向し、第１壁５３の他方の長辺と第２壁５４の他方の長辺とにそれぞれ結合されている。第４壁５６は、第１壁５３の一方の短辺と第２壁５４の一方の短辺とにそれぞれ結合されている。第６壁５８は、第４壁５６と対向し、第１壁５３の他方の短辺と第２壁５４の他方の短辺とにそれぞれ結合されている。第１壁５３には、略平面状の冷却面５９が形成されている。本体５０は、冷却用本体の一例である。

流入ポート５１は、本体５０の長手方向の一端部に設けられ、流出ポート５２は、本体５０の長手方向の他端部に設けられている。より詳しくは、流入ポート５１は、第３壁５５のうち第６壁５８に近い端部に配置されている。流出ポート５２は、第３壁５５のうち第４壁５６に近い端部に設けられている。

冷却熱交換器５は、冷却面５９が熱電変換モジュール１の第２面１２に接するように配置される。詳しくは、冷却熱交換器５は、冷却面５９が下方を向き且つ長手方向が熱電変換モジュール１の配列方向と一致するように配置される。

本体５０には、冷却水が流入ポート５１から流入する。本体５０に流入した冷却水は、本体５０内を流通して、流出ポート５２から流出する。冷却水は、本体５０内を流通する間に、熱電変換モジュール１と熱交換する。詳しくは、本体５０内の冷却水は、第１壁５３の冷却面５９を介して熱電変換モジュール１の第２面１２から吸熱する。これにより、第２面１２が冷却される。

＝位置決め器＝
位置決め器２は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間において、第１面１１又は第２面１２の面内方向の熱電変換モジュール１の位置を決める。位置決め器２は、図１に示すように、枠状のフレーム２０と、フレーム２０と結合された取付部２１とを有している。位置決め器２は、複数の熱電変換モジュール１の位置を決める機能と、複数の熱電変換モジュール１を互いに断熱させる機能とを有する。つまり、位置決め器２は、隣り合う各２つの熱電変換モジュール１を断熱した状態で、熱電変換モジュール１を加熱面３６及び冷却面５９に適切に接触する位置に位置決めする。

フレーム２０は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間に配置される。フレーム２０の厚さ（即ち、積層方向への寸法）は、熱電変換モジュール１の厚さ（即ち、積層方向への寸法）よりも薄い。加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との隙間は、熱電変換モジュール１の厚さによって決まるので、フレーム２０の厚さは、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間隔よりも薄い。

フレーム２０は、第１面１１（又は第２面１２）と略平行な面内で熱電変換モジュール１の外形に少なくとも部分的に沿った形状を有している。フレーム２０は、配列方向に隣り合う各２つの熱電変換モジュール１の間に配置されるスペーサ２３を有している。スペーサ２３は、各２つの熱電変換モジュール１を互いに隔離させる。この例では、４つの熱電変換モジュール１が設けられているので、フレーム２０は、３つのスペーサ２３を有している。スペーサ２３は、断熱材によって形成されている。この例では、位置決め器２の全体が、断熱材によって形成されている。

位置決め器２は、２つの取付部２１を有している。２つの取付部２１は、フレーム２０から配列方向の両側に突出している。すなわち、２つの取付部２１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との隙間から、配列方向へはみ出している。取付部２１は、支持器２５に取り付けられる。

詳しくは、支持器２５は、第１面１１に交差する方向に延びるシャフト２５ａを有している。この例では、支持器２５は、２本のシャフト２５ａを有している。２本のシャフト２５ａは、加熱熱交換器３に配置されている。詳しくは、２本のシャフト２５ａは、本体３０の長手方向における本体３０の外側に配置されている。シャフト２５ａは、取付ベース４に設けられている。シャフト２５ａは、取付ベース４から加熱面３６と略直交する方向、即ち、第１面１１と略直交する方向へ冷却熱交換器５の側へ延びている。シャフト２５ａの先端は、自由端である。

取付部２１は、シャフト２５ａに取り付けられる。具体的には、取付部２１には、シャフト２５ａが挿通される貫通孔２１ａが形成されている。位置決め器２は、貫通孔２１ａにシャフト２５ａが挿通されるようにして、加熱熱交換器３上に配置される。フレーム２０は、４つの加熱面３６の周囲を部分的に縁取るように配置される。フレーム２０によって区画されたスペースに熱電変換モジュール１が配置される。その結果、熱電変換モジュール１が加熱面３６上に位置決めされる。

＝ベース＝
ベース９は、加熱熱交換器３に取り付けられる。ベース９及び加熱熱交換器３は、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５及び押圧器７を支持する。つまり、ベース９と加熱熱交換器３との間に、熱電変換モジュール１、冷却熱交換器５及び押圧器７が配置される。ベース９は、概ね板状に形成されている。ベース９は、本体９０と、本体９０の端縁部に設けられた屈曲部９１とを有している。本体９０は、平面視略長方形状に形成されている。本体９０は、積層方向と略直交する面内で拡がっている。本体９０のうち長方形の長辺に相当する両端縁部に、２つの屈曲部９１が設けられている。２つの屈曲部９１は、本体９０から積層方向における同じ向きへ屈曲している。各屈曲部９１は、本体９０に対して略直交するように屈曲している。本体９０には、２つの取っ手９２が設けられている。取っ手９２は、本体９０のうち長方形の短辺に相当する両端縁部に配置されている。

ベース９は、本体９０の長手方向が加熱熱交換器３の長手方向と一致し且つ本体９０が加熱熱交換器３の加熱面３６と略平行になるように配置される。ベース９は、４本のネジ９３によって加熱熱交換器３に取り付けられる。本体９０の四隅に、ネジ９３が挿通される貫通孔が形成されている。加熱熱交換器３の取付ベース４のうち４つの貫通孔と対向する部分に、４つのネジ孔が形成されている。ベース９と取付ベース４の間には、４本のスペーサ９４が設けられている。スペーサ９４は、ベース９と取付ベース４との間において積層方向へ延びるように配置されている。スペーサ９４は、ネジ９３が挿通される円筒状に形成されている。

各ネジ９３は、本体９０の貫通孔及びスペーサ９４に挿通され、取付ベース４のネジ孔に螺合させられる。４本のネジ９３が締め付けられることによって、ベース９が加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９の本体９０と加熱熱交換器３の取付ベース４との間隔は、スペーサ９４の長さに維持される。

ベース９は、押圧器７を支持するガイド９５を有している。ベース９は、２つのガイド９５を有している。ガイド９５は、本体９０に設けられている。本体９０のうち長方形の長辺に相当する両端縁部のそれぞれにガイド９５が配置されている。一方のガイド９５の、本体９０の長手方向における位置は、他方のガイド９５と異なっている。ガイド９５は、本体９０から加熱熱交換器３の側へ積層方向に延びている。ガイド９５は、略円柱状に形成されている。ガイド９５の先端は、自由端である。

＝押圧器＝
押圧器７は、冷却熱交換器５に接触する接触器７１と、接触器７１を冷却熱交換器５の方へ弾性的に付勢するバネ８とを有している。押圧器７は、バネ８の弾性力によって冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。接触器７１及びバネ８は、冷却熱交換器５とベース９との間に配置されている。接触器７１は、冷却熱交換器５に接触するように配置される。バネ８は、接触器７１とベース９との間に圧縮変形した状態で配置されている。

詳しくは、接触器７１は、積層方向と略直交する面内で拡がる平板状に形成されている。接触器７１は、冷却熱交換器５と接触する。より詳しくは、接触器７１は、冷却熱交換器５の第２壁５４と接触している。接触器７１には、図１に示すように、ガイド９５が挿通される貫通孔７３が２か所に形成されている。接触器７１は、ベース９に対して積層方向へ移動可能に、且つ、積層方向に略直交する方向、即ち、第２面１２の面内方向へ移動不能にガイド９５に支持されている。

バネ８は、例えば、板バネである。詳しくは、バネ８は、第１板８１と、第２板８２と、第１板８１と第２板８２とを互いに接続する屈曲部８３とを有している。第１板８１のうち屈曲部８３と反対側の端縁、及び、第２板８２のうち屈曲部８３と反対側の端縁は、それぞれ自由端となっている。第１板８１と第２板８２との間隔は、第１板８１及び第２板８２の自由端に向かって拡がっている。つまり、バネ８は、断面略Ｖ字状に折れ曲がった形状に形成されている。バネ８は、全体として、第１板８１の自由端と第２板８２の自由端とが接近又は離間するように弾性変形する。すなわち、第１板８１、第２板８２及び屈曲部８３のそれぞれが弾性変形する。

バネ８は、ベース９に取り付けられる。詳しくは、第１板８１は、ベース９の本体９０に重ね合わせられた状態でベース９にネジ止めされる。その結果、第２板８２は、図３に示すように、積層方向に対して斜めに、ベース９から接触器７１の方へ延びる。第２板８２の自由端は、接触器７１に接触する。第２板８２の自由端によって、接触器７１が押圧される。

押圧器７は、図１に示すように、２つのバネ８を有している。２つのバネ８は、配列方向（即ち、本体９０の長手方向）に並んでいる。各バネ８は、第１板８１の自由端と屈曲部８３とが前後方向（即ち、本体９０の短手方向）に並ぶように配置される。第１板８１の自由端と屈曲部８３との前後方向における位置は、２つのバネ８において逆になっている。２つのバネ８のこのような配置によって、接触器７１のうちバネ８によって押圧される部分を配列方向及び前後方向において広く分布させることができる。つまり、バネ８の弾性力が接触器７１の全体に満遍なく作用する。

押圧器７は、冷却熱交換器５の変位を規制するストッパ７４を有している。詳しくは、押圧器７は、図４に示すように、４つのストッパ７４を有する。ストッパ７４は、接触器７１に設けられている。ストッパ７４は、接触器７１のうち冷却熱交換器５の方を向く面に設けられている。ストッパ７４は、第２面１２と略平行な方向において、冷却熱交換器５と隣接して配置されている。４つのストッパ７４は、冷却熱交換器５の周囲、即ち、冷却熱交換器５の四方に配置される。詳しくは、４つのストッパ７４はそれぞれ、冷却熱交換器５の第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８に対向して配置されている。４つのストッパ７４は、冷却熱交換器５の第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８のそれぞれに接触している。これにより、ストッパ７４は、第２面１２の面内方向での冷却熱交換器５の変位を規制する。

より詳しくは、ストッパ７４は、板金を屈曲させて形成されている。ストッパ７４は、接触器７１に取り付けられる第１プレート７４ａと、冷却熱交換器５と接触する第２プレート７４ｂとを有している。第２プレート７４ｂは、第１プレート７４ａから略直角に屈曲している。第１プレート７４ａは、接触器７１にネジによって取り付けられる。第２プレート７４ｂは、第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８のうち対応する壁と略平行に延び且つ接触する。

接触器７１は、ストッパ７４を冷却熱交換器５の方へ向け、冷却熱交換器５の上に配置される。冷却熱交換器５は、４つのストッパ７４によって周囲を囲まれる。バネ８は、ベース９に取り付けられる。ベース９は、バネ８を接触器７１に接触させるようにして加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９のガイド９５は、接触器７１の貫通孔７３に挿通される。バネ８は、第１板８１の自由端と第２板８２との自由端とが接近するように、接触器７１及びベース９によって圧縮変形させられる。バネ８は、積層方向において接触器７１をベース９から離間する向きへ押圧する弾性力を発揮する。接触器７１は、バネ８の弾性力によって、冷却熱交換器５を積層方向において加熱熱交換器３の方へ押圧する。

押圧器７による冷却熱交換器５の押圧によって、熱電変換モジュール１と冷却熱交換器５との接触、及び、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触とが確保される。それにより、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５との熱交換の効率が向上する。

このとき、接触器７１は、ガイド９５による支持によって、ベース９に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。冷却熱交換器５は、ストッパ７４によって、接触器７１に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。ベース９は、加熱熱交換器３に固定されている。つまり、第２面１２の面内方向への変位に関し、冷却熱交換器５は、接触器７１のストッパ７４に規制され、接触器７１は、ベース９のガイド９５に規制され、ベース９は、加熱熱交換器３に規制される。結果として、冷却熱交換器５は、加熱熱交換器３に対して第２面１２の面内方向へ移動不能になっている。これにより、第２面１２の面内方向における熱電変換モジュール１に対する冷却熱交換器５の位置ずれが低減される。

＝冷却熱交換器の詳細＝
続いて、冷却熱交換器５について詳述する。図５は、冷却熱交換器５の斜視断面図である。冷却熱交換器５の本体５０は、例えば、ステンレス等の熱伝導率の高い金属から形成される。本体５０の内部には、冷却水が流通する内部空間５０ａが形成されている。内部空間５０ａは、第１壁５３、第２壁５４、第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８によって区画された空間である。内部空間５０ａは、流入ポート５１及び流出ポート５２と連通している。

第１壁５３及び第２壁５４、第３壁５５及び第５壁５７、並びに第４壁５６及び第６壁５８は、それぞれ、内部空間５０ａを介して互いに対向している。詳しくは、第１壁５３及び第２壁５４は、積層方向に間隔をあけて互いに対向している。第３壁５５及び第５壁５７は、前後方向に間隔をあけて互いに対向している。第４壁５６及び第６壁５８は、配列方向に間隔をあけて互いに対向している。

図６は、冷却熱交換器５及び熱電変換モジュール１を示した底面図である。冷却面５９は、第１壁５３のうち内部空間５０ａとは反対側の外表面５３ａに形成されている。この例では、冷却面５９は、第１壁５３の外表面５３ａの全体に形成されている。外表面５３ａは、積層方向と略直交する平面である。すなわち、外表面５３ａと直交する方向は、積層方向と略一致している。

外表面５３ａには、複数の熱電変換モジュール１と位置決め器２とが配置される。複数の熱電変換モジュール１は、互いに間隔をあけて外表面５３ａに配列されている。配列方向に隣り合う各２つの熱電変換モジュール１の間には、隙間１３が形成されている。隙間１３は、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間において、配列方向と交差する方向、詳しくは、前後方向に延びている。隙間１３には、位置決め器２のスペーサ２３が配置される。スペーサ２３は、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間において、隙間１３の延びる方向に延びている。隙間１３は、スペーサ２３によって確保される。

図７は、図６のVII－VII線断面図である。本体５０は、外表面５３ａと交差する方向に拡がって内部空間５０ａを仕切る仕切壁６１をさらに有している。具体的には、仕切壁６１は、積層方向、より具体的には、積層方向及び前後方向に拡がっている。仕切壁６１は、内部空間５０ａを仕切ることによって、本体５０内に第１壁５３及び第２壁５４に沿って蛇行する冷却水の流路を形成する。

詳しくは、本体５０は、複数の仕切壁６１を有している。複数の仕切壁６１は、内部空間５０ａにおいて配列方向に間隔をあけて配置されている。複数の仕切壁６１は、内部空間５０ａにおいて第３壁５５の方へ偏って配置された第１仕切壁６１ａと、内部空間５０ａにおいて第５壁５７の方へ偏って配置された第２仕切壁６１ｂとを有している。すなわち、複数の仕切壁６１は、本体５０の周壁のうち前後方向に間隔をあけて対向する一対の壁の一方の方へ偏って配置された第１仕切壁６１ａと、他方の方へ偏って配置された第２仕切壁６１ｂとを有している。

この例の本体５０は、２つの第１仕切壁６１ａと１つの第２仕切壁６１ｂとを有している。配列方向において第２仕切壁６１ｂは、２つの第１仕切壁６１ａの間に位置している。第１仕切壁６１ａと第２仕切壁６１ｂとは、共通の構成を有する。以下では、特に区別する場合を除き、第１仕切壁６１ａと第２仕切壁６１ｂとのそれぞれを、単に「仕切壁６１」と称する。

仕切壁６１は、配列方向と略直交する平板状に形成されている。仕切壁６１は、配列方向に見て略長方形状に形成されている。仕切壁６１は、第１壁５３に沿って延びる端縁である第１端縁６２ａと、第２壁５４に沿って延びる端縁である第２端縁６２ｂと、第３壁５５に沿って延びる端縁である第３端縁６２ｃと、第５壁５７に沿って延びる端縁である第４端縁６２ｄとを有している。尚、本開示において、「沿って延びる」とは、対象に対して接して又は近い距離を保って延びることを意味する。すなわち、「沿って延びる」は、対象に対して平行に延びることだけでなく、対象に対して傾斜して延びる等、対象との距離が変化しながら延びることも含まれる。この例では、第１端縁６２ａ及び第２端縁６２ｂのそれぞれは、前後方向と略一致する方向に延び、第３端縁６２ｃ及び第４端縁６２ｄのそれぞれは、積層方向と略一致する方向に延びている。

仕切壁６１の第２端縁６２ｂは、第２壁５４に結合されている。第２端縁６２ｂは、溶接によって第２壁５４に結合される。仕切壁６１は、第２壁５４から第１壁５３の方へ拡がっている。第１端縁６２ａは、第１壁５３には結合されていない。すなわち、仕切壁６１は、第１壁５３及び第２壁５４のうち第２壁５４にのみ溶接されている。第１端縁６２ａは、第１壁５３に接触しておらず、第１端縁６２ａと第１壁５３との間には、隙間が形成されている。

この例では、仕切壁６１は、第３壁５５又は第５壁５７にも結合されている。具体的には、第１仕切壁６１ａの第３端縁６２ｃは、第３壁５５に結合されている。第２仕切壁６１ｂの第４端縁６２ｄは、第５壁５７に結合されている。すなわち、第１仕切壁６１ａは、第３壁５５から第５壁５７の方へ延び、第２仕切壁６１ｂは、第５壁５７から第３壁５５の方へ延びている。第１仕切壁６１ａの第３端縁６２ｃ及び第３壁５５の結合、並びに第２仕切壁６１ｂの第４端縁６２ｄ及び第５壁５７の結合は、例えば溶接によって実現される。

第１仕切壁６１ａの第４端縁６２ｄは、第５壁５７には結合されておらず、第１仕切壁６１ａの第４端縁６２ｄと第５壁５７との間には、隙間６４が形成されている。また、第２仕切壁６１ｂの第３端縁６２ｃは、第３壁５５には結合されておらず、第２仕切壁６１ｂの第３端縁６２ｃと第３壁５５との間には、隙間６５が形成されている。

内部空間５０ａは、第１仕切壁６１ａ及び第２仕切壁６１ｂによって、配列方向に並ぶ複数の空間に仕切られている。ここで、「仕切る」とは、空間を概ね区画することを意味する。つまり、仕切壁６１によって仕切られた空間は、閉空間ではなく、開いた空間であってもよい。内部空間５０ａのうち第１仕切壁６１ａを介して隣り合う２つの空間は、隙間６４を介して互いに連通している。また、内部空間５０ａのうち第２仕切壁６１ｂを介して隣り合う２つの空間は、隙間６５を介して互いに連通している。つまり、内部空間５０ａは、第１仕切壁６１ａ及び第２仕切壁６１ｂによって、隙間６４，６５を介して連通する複数の空間に仕切られる。これらの複数の空間によって、本体５０内において蛇行する流路が形成される。尚、この例では、流路のうち仕切壁６１を介して隣り合う空間は、第１端縁６２ａと第１壁５３との間の隙間を介して連通している。

流入ポート５１から流路に流入した冷却水は、図６において破線の矢印で示すように、流路に沿って蛇行しながら流通し、流出ポート５２から流出する。すなわち、本体５０内における冷却水の流れは、大まかには、本体５０のうち流入ポート５１の方の端部から流出ポート５２の方の端部へ向かう流れとなる。この流れが仕切壁６１によって遮られることにより、冷却水は蛇行する。第１壁５３は、このように蛇行する冷却水によって冷却される。

図８は、冷却熱交換器５の底面図である。尚、図８中のハッチングは、後述する重なり部分５３ｂ及び高冷却部分５３ｃのそれぞれの範囲を示すものであり、断面を示すものではない。本体５０の内部空間５０ａにおいて、仕切壁６１の第１端縁６２ａの近傍では、冷却水があまり流通しない。この例では、第１壁５３と第１端縁６２ａとの間にわずかな隙間がある。しかし、この隙間を流れる冷却水は、わずかである、又はほとんど無い。そのため、第１壁５３のうち積層方向において仕切壁６１の第１端縁６２ａと重なる部分５３ｂは、冷却水によって冷却され難い。以下、部分５３ｂを「重なり部分５３ｂ」と称する。一方、第１壁５３のうち、第１端縁６２ａ、並びに第３壁５５、第４壁５６、第５壁５７及び第６壁５８と積層方向において重ならない部分５３ｃは、冷却水によって冷却されやすく、重なり部分５３ｂと比較して冷却性能が高い。以下、部分５３ｃを「高冷却部分５３ｃ」と称する。

ここで、仕切壁６１の第１端縁６２ａは、図６に示すように、隣り合う２つの熱電変換モジュールの間の隙間１３と積層方向、即ち、外表面５３ａと直交する方向において重なっている。換言すれば、複数の熱電変換モジュール１は、外表面５３ａのうち第１端縁６２ａに対応する部分を避けて、高冷却部分５３ｃの外表面５３ａに配置されている。尚、本開示において「第１端縁６２ａが積層方向において隙間１３と重なる」とは、第１端縁６２ａの少なくとも一部が、隙間１３の少なくとも一部と積層方向において重なることを意味する。すなわち、第１端縁６２ａの全部が隙間１３の全部と重なってもよいし、第１端縁６２ａの一部のみが隙間１３の全部と重なってもよいし、第１端縁６２ａの一部のみが隙間１３の一部のみと重なってもよい。

第１端縁６２ａは、隣り合う２つの熱電変換モジュールの間の隙間１３に沿って延びている。具体的には、第１端縁６２ａは隙間１３が延びる方向に延びている。第１端縁６２ａの半分以上の部分、詳しくは、第１端縁６２ａの略全部は、積層方向において隙間１３と重なっている。また、隙間１３を確保するスペーサ２３の幅は、仕切壁６１の厚みよりも大きい。さらに、仕切壁６１は、積層方向において熱電変換モジュール１と重ならない位置に配置されている。すなわち、複数の熱電変換モジュール１は、第１壁５３のうち重なり部分５３ｂには配置されず、高冷却部分５３ｃにのみ配置されている。

＝発電装置の組み立て＝
続いて、発電装置１０の組立について説明する。まず、加熱熱交換器３は、スタンド４８を介して床等に載置される。加熱熱交換器３には、シャフト２５ａが取り付けられている。

次に、位置決め器２が加熱熱交換器３上に載置される。位置決め器２は、貫通孔２１ａにシャフト２５ａが挿通されるようにして、加熱熱交換器３上に配置される。位置決め器２は、４つの加熱面３６の周囲を縁取るようにして、加熱面３６を露出させている。そして、熱電変換モジュール１は、第１面１１を加熱面３６と対向させて、加熱面３６上に載置される。さらに、冷却熱交換器５は、冷却面５９が熱電変換モジュール１の第２面１２に接触するようにして熱電変換モジュール１の上に載置される。

続いて、押圧器７の接触器７１は、冷却熱交換器５上に載置される。バネ８は、ベース９に取り付けられる。ベース９は、バネ８を接触器７１に接触させるようにして加熱熱交換器３に取り付けられる。このとき、ベース９に取り付けられたガイド９５は、接触器７１の貫通孔７３に挿通される。ベース９は、スペーサ９４を介してネジ９３によって加熱熱交換器３に取り付けられる。スペーサ９４によって、ベース９と加熱熱交換器３との間隔が決められる。これにより、バネ８が弾性変形させられ、バネ８の弾性力によって接触器７１が冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧する。

このようにベース９が加熱熱交換器３に取り付けられることによって、押圧器７が冷却熱交換器５を加熱熱交換器３の方へ押圧し、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５とが熱電変換モジュール１を挟み込む。これにより、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３との接触、及び、熱電変換モジュール１と冷却熱交換器５との接触とが確保される。

＝発電装置の動作＝
次に、発電装置１０の動作について説明する。

加熱熱交換器３において、本体３０には流入ポート３１から蒸気が供給される。蒸気は、本体３０内で滞留する。一方、冷却熱交換器５において、本体５０には流入ポート５１から冷却水が供給される。冷却水は、本体５０内を流通する。

熱電変換モジュール１の第１面１１は、加熱熱交換器３の加熱面３６に接触しているので、本体３０内の蒸気によって加熱される。一方、熱電変換モジュール１の第２面１２は、冷却熱交換器５の冷却面５９に接触しているので、本体５０内の冷却水によって冷却される。これにより、熱電変換モジュール１の第１面１１と第２面１２との間に温度差が発生し、熱電変換モジュール１は、温度差に応じて発電する。このように、発電装置１０は、蒸気の熱エネルギを活用して、発電を行う。

ここで、加熱熱交換器３においては、本体３０に流入した蒸気は、加熱面３６を介して熱電変換モジュール１の第１面１１に放熱して凝縮する。ドレンは、本体３０内に一時的に滞留し、最終的に流出ポート３２から流出する。ここで、加熱面３６が本体３０の上部に位置するので、本体３０内のドレンは、本体３０内の底部、即ち、加熱面３６から比較的離れた部分に溜まる。そのため、加熱面３６を介した第１面１１の加熱がドレンによって阻害されることはない。このように、加熱熱交換器３が熱電変換モジュール１の下方に配置されることによって、加熱面３６から離れた部分にドレンを溜めることができる。これにより、加熱熱交換器３の加熱効率が向上する。

一方、冷却熱交換器５においては、本体５０に流入した冷却水は、冷却面５９を介して熱電変換モジュール１の第２面１２から吸熱する。冷却水は、本体５０内を流通する間に加熱され、流出ポート５２から流出する。ここで、冷却面５９が本体５０の下部に位置するので、第２面１２によって加熱された冷却水は、本体５０の上部へ対流していく。結果として、比較的低温の冷却水が冷却面５９の近くに、比較的高温の冷却水が冷却面５９から遠くに分布する。このように、冷却熱交換器５が熱電変換モジュール１の上方に配置されることによって、冷却熱交換器５の冷却効率が向上する。

また、加熱熱交換器３では、蒸気の熱や圧力によって本体３０が膨張する場合がある。ここで、熱電変換モジュール１は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５とで挟持されることによって支持され、冷却熱交換器５は、積層方向へ弾性的に移動可能に支持されている。詳しくは、冷却熱交換器５は、押圧器７によって積層方向において加熱熱交換器３の方へ弾性的に押圧され、押圧器７の接触器７１は、ベース９に対して（ひいては、加熱熱交換器３に対して）積層方向へ移動可能にガイド９５によって支持されている。そのため、加熱熱交換器３の本体３０の膨張変形に応じて、熱電変換モジュール１及び冷却熱交換器５は積層方向へ変位し得る。つまり、加熱熱交換器３の本体３０の膨張変形を押圧器７のバネ８が吸収する。その結果、熱電変換モジュール１へのダメージが低減されると共に、熱電変換モジュール１と加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５との接触が適切に維持される。ここで、位置決め器２は、貫通孔２１ａにシャフト２５ａが挿入されることによって支持器２５に支持されているので、位置決め器２は、シャフト２５ａの長手方向、即ち、積層方向に移動可能に支持されている。位置決め器２も、熱電変換モジュール１及び冷却熱交換器５と共に積層方向へ変位し得る。そのため、位置決め器２は、加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との間隔に影響を与えることなく、熱電変換モジュール１の位置決めを継続する。それに加えて、冷却熱交換器５は、ガイド９５、接触器７１及びストッパ７４によって、ベース９に対して積層方向と略直交する方向へ移動不能に支持されている。そのため、第２面１２の面内方向における熱電変換モジュール１に対する冷却熱交換器５の位置ずれが低減される。その結果、熱電変換モジュール１と冷却熱交換器５との適切な接触が維持される。

以上のように、発電装置１０においては、冷却熱交換器５の本体５０内に仕切壁６１によって蛇行する流路が形成され、本体５０内に流入した冷却水は、流路を蛇行しながら流通する。そのため、流路を流通する冷却水には、乱流が発生する。乱流は、層流と比較して熱伝達率が大きい。そのため、冷却水によって、第１壁５３を効率良く冷却することができ、ひいては熱電変換モジュール１の第２面１２を効率良く冷却することができる。その結果、発電装置１０の発電効率を向上させることができる。

さらに、仕切壁６１の第１端縁６２ａは、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間の隙間１３と積層方向において重なっている。すなわち、熱電変換モジュール１の第２面１２は、第１壁５３の重なり部分５３ｂを避けて、高冷却部分５３ｃに接触している。そのため、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を一層効率良く冷却することができ、発電装置１０の発電効率を一層向上させることができる。

特に、隙間１３は、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間において配列方向と交差する方向に延び、仕切壁６１の第１端縁６２ａは、隙間１３に沿って延びる。そのため、第１端縁６２ａのうち積層方向において隙間１３と重なる部分の面積を大きくすることができる。言い換えると、熱電変換モジュール１の第２面１２のうち積層方向において第１端縁６２ａと重なる部分の面積を低減できる。したがって、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を一層効率良く冷却することができる。

さらに、第１端縁６２ａは、積層方向において熱電変換モジュール１とは重ならない。すなわち、熱電変換モジュール１の第２面１２は、第１壁５３の高冷却部分５３ｃにのみ接触する。したがって、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を一層効率良く冷却することができる。

また、位置決め器２により、熱電変換モジュール１に対する冷却熱交換器５の位置ずれが低減され、スペーサ２３によって隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間の隙間１３が確保される。そのため、第１端縁６２ａと隙間１３とが積層方向において重なる状態を維持することができる。その結果、発電装置１０の高い発電効率を維持することができる。

また、仕切壁６１の第２端縁６２ｂは、第２壁５４に結合され、第１端縁６２ａは、第１壁５３に結合されない。そのため、仕切壁６１を、例えば溶接のような加熱を伴う結合方法によって結合する場合には、第１端縁６２ａを第１壁５３に溶接することによる第１壁５３の変形、即ち第１壁５３の溶接歪みを防止することができる。その結果、第１壁５３の平面度、ひいては冷却面５９の平面度を高め、熱電変換モジュール１の第２面１２と冷却面５９との密着度を高めることができる。したがって、冷却熱交換器５と熱電変換モジュール１との熱交換効率を高めることができ、発電装置１０の発電効率を一層向上させることができる。尚、仕切壁６１の第２端縁６２ｂは、第１壁５３とは別の第２壁５４に溶接される。そのため、第２壁５４に溶接歪みが生じたとしても、第１壁５３には溶接歪みが生じない。したがって、冷却面５９の平面度に影響はない。

また、この例では、第１端縁６２ａが第１壁５３に結合されず、第１壁５３と第１端縁６２ａとの間に隙間が形成される。この隙間を流通する冷却水によって、第１壁５３のうち第１端縁６２ａに近い部分、即ち重なり部分５３ｂ及びその近傍部分を冷却することができる。そのため、第１壁５３のうち第１端縁６２ａに近い部分の冷却性能を向上させることができ、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を十分に冷却することができる。尚、第１壁５３のうち第１端縁６２ａに近い部分が冷却水によって比較的低温に冷却されるのであれば、第１壁５３と第１端縁６２ａとの間には、隙間は形成されなくてもよい。すなわち、第１端縁６２ａは、第１壁５３に結合されてもよいし、第１壁５３に結合されない状態で第１壁５３に接触してもよい。この場合、冷却水は、仕切壁６１によってその流れが遮られて第１端縁６２ａと第１壁５３との間を流通しないため、第１端縁６２ａの近傍において乱流が生じやすくなる。そのため、乱流によって第１壁５３の高冷却部分５３ｃを効率良く冷却することができ、ひいては熱電変換モジュール１の第２面１２を効率良く冷却することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５等の積層方向は、上下方向でなくてもよい。加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５等の積層方向は、水平方向であってもよく、上下方向に対して傾斜する方向であってもよい。さらに、加熱熱交換器３は、冷却熱交換器５よりも上方に配置されていてもよい。

冷却熱交換器５が固定的に配置された固定熱交換器であって、加熱熱交換器３が移動可能に配置された可動熱交換器であってもよい。例えば、ベース９が冷却熱交換器５に取り付けられ、ベース９と冷却熱交換器５との間に、熱電変換モジュール１、加熱熱交換器３及び押圧器７が配置されてもよい。すなわち、図１等の発電装置１０において加熱熱交換器３と冷却熱交換器５との位置を入れ替え、熱電変換モジュール１の第１面１１及び第２面１２を反転させてもよい。その場合、押圧器７は、加熱熱交換器３を積層方向において冷却熱交換器５の方へ押圧し、接触器７１のストッパ７４は、第１面１１の面内方向での加熱熱交換器３の変位を規制する。これにより、第１面１１の面内方向での加熱熱交換器３と熱電変換モジュール１との位置ずれが低減される。

ベース９は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の一方に取り付けられているが、これに限定されない。２つのベース９が、積層方向において加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の両側に設けられ、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５を挟み込むように構成されてもよい。

熱電変換モジュール１の個数は、４個に限定されず、４個未満又は４個より多くてもよい。熱電変換モジュール１の形状は、互いに反対向きの第１面１１及び第２面１２を有する限り、任意の形状としてもよい。例えば、熱電変換モジュール１は、平面視で、略長方形、略三角形又は略六角形等であってもよい。熱電変換モジュール１は、板状ではなく、ブロック状であってもよい。複数の熱電変換モジュール１の配列は、直線状でなくてもよい。複数の熱電変換モジュール１は、二次元的に配置されてもよい。

加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５の構成は、前述した形状に限られず、第１面１１及び第２面１２と適切に熱交換を行うことができる構成であれば如何なるものであってもよい。例えば、加熱熱交換器３において、複数の熱電変換モジュール１に対して、１つの加熱面３６が設けられていてもよい。すなわち、前述の４つの加熱面３６が繋がって、１つの加熱面３６を形成してもよい。冷却熱交換器５において、複数の熱電変換モジュール１に対して、１つの冷却面５９ではなく、分割された複数の冷却面が設けられていてもよい。

加熱熱交換器３に供給される加熱源は、蒸気以外の流体であってもよい。冷却熱交換器５に供給される冷却源は、水以外の液体であってもよい。

本体５０が有する仕切壁６１の数、並びに仕切壁６１の形状及び大きさ等は、限定されない。例えば、仕切壁６１は、本体５０に１つだけ設けられてもよいし、２つ、又は４つ以上設けられてもよい。仕切壁６１が外表面５３ａと交差する方向に拡がるのであれば、仕切壁６１が拡がる方向は限定されない。仕切壁６１は、例えば、積層方向又は配列方向に対して傾斜する方向に拡がってもよい。仕切壁６１の形状は、平板状に限定されず、例えば、屈曲した板状に形成されてもよい。

仕切壁６１は、冷却水の流れを遮って乱流を生じさせるのであれば、第２壁５４だけに結合されてもよい。仕切壁６１は、第２壁５４に結合されず、第１壁５３だけに、第３壁５５だけに、第５壁５７だけに結合されてもよい。仕切壁６１は、第２壁５４等に対して、溶接以外の結合方法によって結合されてもよい。溶接以外の結合方法は、例えば、接着である。仕切壁６１は、第２壁５４等に対して、ねじ止め等によって取り付けられてもよい。仕切壁６１は、第２壁５４等と一体に形成されてもよい。

第１端縁６２ａが延びる方向は限定されない。第１端縁６２ａは、例えば、積層方向又は配列方向に対して傾斜する方向に延びてもよい。すなわち、第１端縁６２ａは、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間の隙間６４が延びる方向とは異なる方向に延びてもよい。また、隙間６４が延びる方向は、限定されない。隙間６４は、例えば、前後方向に対して傾斜する方向に延びてもよい。また、第１端縁６２ａは、第１壁５３に接触又は結合されてもよい。すなわち、第１端縁６２ａと第１壁５３との間には、隙間が形成されなくてもよい。

位置決め器２の構成は、前述の構成に限定されない。例えば、位置決め器２のフレーム２０は、開いた形状ではなく、閉じた形状をしていてもよい。すなわち、フレーム２０は、切欠きが形成されておらず、第１面１１（又は第２面１２）と略平行な面内で熱電変換モジュール１の外形の全周に沿った形状を有していてもよい。また、取付部２１の個数は、１個でも、３個以上であってもよい。貫通孔２１ａは、円形以外の形状であってもよい。

シャフト２５ａは、円柱に限定されず、円以外の断面形状を有していてもよい。支持器２５は、シャフト２５ａではなく、別の部材によって位置決め器２を支持してもよい。例えば、支持器２５は、加熱熱交換器３又は冷却熱交換器５に設けられた突起であってもよい。突起が位置決め器２の貫通孔２１ａに挿入されるようにして、位置決め器２が支持器２５に支持されてもよい。

支持器２５は、位置決め器２を第２面１２の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持してもよい。例えば、シャフト２５ａは、第２面１２に交差する方向に延びていてもよい。ただし、第２面１２が第１面１１と略平行な場合には、位置決め器２を第１面１１の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持することは、位置決め器２を第２面１２の面内方向において所定の範囲で変位可能に支持することに等しい。

支持器２５、具体的には、シャフト２５ａは、冷却熱交換器５に設けられていてもよい。つまり、シャフト２５ａは、冷却熱交換器５から、第１面１１又は第２面１２に交差する方向、詳しくは、略直交する方向へ延びていてもよい。この場合、位置決め器２は、シャフト２５ａを介して冷却熱交換器５に支持され、熱電変換モジュール１は、実質的に冷却熱交換器５に対して位置決めされる。

押圧器７は、接触器７１が省略されてもよい。その場合、バネ８は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５のうち可動熱交換器に直接に接する。

ストッパ７４は、板状に形成されていなくてもよい。例えば、ストッパ７４は、シャフト又はブロック等によって形成されていてもよい。ストッパ７４は、加熱熱交換器３及び冷却熱交換器５のうち可動熱交換器に隣接して配置され、可動熱交換器の変位を規制する限り、任意の形状であり得る。

バネ８の個数は、２個に限定されず、１個又は３個以上であってもよい。バネ８は、板バネではなく、例えばコイルバネ等であってもよい。あるいは、押圧器７の弾性部材は、バネではなく、ゴム等であってもよい。

発電装置１０は、ドレン回収システム以外の蒸気システムに設けられてもよい。その場合、蒸気システムで利用されている蒸気の一部が、加熱熱交換器３に供給され得る。

本開示の技術をまとめると、以下のようになる。

［１］ 発電装置１０は、互いに反対向きの第１面１１及び第２面１２を有し、前記第１面１１と前記第２面１２との温度差に応じて熱電発電を行う複数の熱電変換モジュール１と、前記第１面１１を加熱する加熱熱交換器３と、前記第２面１２を冷却する冷却熱交換器５とを備え、前記冷却熱交換器５は、冷却水（冷却液）が流通する内部空間５０ａが形成された本体５０を有し、前記本体５０は、前記内部空間５０ａを介して互いに対向する第１壁５３及び第２壁５４を含み、前記第１壁５３のうち前記内部空間５０ａとは反対側の外表面５３ａには、前記第２面１２が前記第１壁５３に接するように、前記複数の熱電変換モジュール１が互いに間隔をあけて配列され、前記本体５０は、前記外表面５３ａと交差する方向に拡がって前記内部空間５０ａを仕切り、蛇行する前記冷却水の流路を形成する仕切壁６１をさらに含み、前記仕切壁６１は、前記第１壁５３に沿って延びる端縁である第１端縁６２ａを有し、前記第１端縁６２ａは、隣り合う２つの前記熱電変換モジュール１の間の隙間１３と前記外表面５３ａと直交する方向において重なっている。

この構成によれば、仕切壁６１により、本体５０内に蛇行する流路が形成される。そのため、流路を流通する冷却水には、乱流が発生する。乱流は、層流と比較して熱伝達率が大きい。そのため、冷却水によって、第１壁５３を効率良く冷却することができる。さらに、仕切壁６１の第１端縁６２ａは、隣り合う２つの熱電変換モジュール１の間の隙間１３と積層方向において重なる。すなわち、熱電変換モジュール１を、第１壁５３のうち積層方向において第１端縁６２ａと重なる重なり部分５３ｂを避けて、冷却性能の高い高冷却部分５３ｃに配置することができる。そのため、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を効率良く冷却することができ、発電装置１０の発電効率を向上させることができる。

［２］ ［１］に記載の発電装置１０において、前記隙間１３は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュール１の間において前記複数の熱電変換モジュール１の配列方向と交差する方向に延び、前記第１端縁６２ａは、前記隙間１３に沿って延びている。

この構成によれば、第１端縁６２ａのうち積層方向において隙間１３と重なる部分の面積を大きくすることができる。すなわち、熱電変換モジュール１の第２面１２のうち積層方向において第１端縁６２ａと重なる部分の面積を低減できる。したがって、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を一層効率良く冷却することができる。

［３］ ［１］又は［２］に記載の発電装置１０において、前記第１端縁６２ａは、前記外表面５３ａと直交する方向において前記熱電変換モジュール１とは重ならない。

この構成によれば、熱電変換モジュール１の第２面１２を、第１壁５３のうち積層方向において第１端縁６２ａと重ならない部分、即ち高冷却部分５３ｃにのみ接触させることができる。したがって、冷却熱交換器５によって熱電変換モジュール１の第２面１２を一層効率良く冷却することができる。

［４］ ［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の発電装置１０において、前記第１壁５３の前記外表面５３ａに配置され、前記複数の熱電変換モジュール１を位置決めする位置決め器２をさらに備え、前記位置決め器２は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュール１の間に配置され前記隙間１３を確保するスペーサ２３を有している。

この構成によれば、位置決め器２によって第１端縁６２ａと隙間１３とが積層方向において重なる状態を維持することができ、発電装置１０の高い発電効率を維持することができる。

［５］ ［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の発電装置１０において、前記仕切壁６１は、前記第２壁５４に沿って延びる端縁である第２端縁６２ｂをさらに有し、前記第１端縁６２ａは、前記第１壁５３に結合されておらず、前記第２端縁６２ｂは、前記第２壁５４に結合されている。

この構成によれば、仕切壁６１を、例えば溶接のような加熱を伴う結合方法によって結合する場合には、第１壁５３の加熱に伴う変形を防止することができる。そのため、第１壁５３の外表面５３ａの平面度を高め、熱電変換モジュール１の第２面１２と外表面５３ａとの密着度を高めることができる。したがって、冷却熱交換器５と熱電変換モジュール１との熱交換効率を高めて、発電装置１０の発電効率を一層向上させることができる。

以上説明したように、本開示の技術は、発電装置について有用である。

１０ 発電装置
１ 熱電変換モジュール
１１ 第１面
１２ 第２面
１３ 隙間
２ 位置決め器
２３ スペーサ
３ 加熱熱交換器
５ 冷却熱交換器
５０ 本体
５０ａ 内部空間
５３ 第１壁
５３ａ 外表面
５４ 第２壁
６１ 仕切壁
６２ａ 第１端縁
６２ｂ 第２端縁

Claims (5)

1. 互いに反対向きの第１面及び第２面を有し、前記第１面と前記第２面との温度差に応じて熱電発電を行う複数の熱電変換モジュールと、
   前記第１面を加熱する加熱熱交換器と、
   前記第２面を冷却する冷却熱交換器とを備え、
   前記冷却熱交換器は、冷却液が流通する内部空間が形成された本体を有し、
   前記本体は、前記内部空間を介して互いに対向する第１壁及び第２壁を含み、
   前記第１壁のうち前記内部空間とは反対側の外表面には、前記第２面が前記第１壁に接するように、前記複数の熱電変換モジュールが互いに間隔をあけて配列され、
   前記本体は、前記外表面と交差する方向に拡がって前記内部空間を仕切り、蛇行する前記冷却液の流路を形成する仕切壁をさらに含み、
   前記仕切壁は、前記第１壁に沿って延びる端縁である第１端縁を有し、
   前記第１端縁は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュールの間の隙間と前記外表面と直交する方向において重なっている発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記隙間は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュールの間において前記複数の熱電変換モジュールの配列方向と交差する方向に延び、
   前記第１端縁は、前記隙間に沿って延びている発電装置。
3. 請求項１又は２に記載の発電装置において、
   前記第１端縁は、前記外表面と直交する方向において前記熱電変換モジュールとは重ならない発電装置。
4. 請求項１又は２に記載の発電装置において、
   前記第１壁の前記外表面に配置され、前記複数の熱電変換モジュールを位置決めする位置決め器をさらに備え、
   前記位置決め器は、隣り合う２つの前記熱電変換モジュールの間に配置され前記隙間を確保するスペーサを有している発電装置。
5. 請求項１又は２に記載の発電装置において、
   前記仕切壁は、前記第２壁に沿って延びる端縁である第２端縁をさらに有し、
   前記第１端縁は、前記第１壁に結合されておらず、
   前記第２端縁は、前記第２壁に結合されている発電装置。
   
   

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