JP5424142B1 - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱源における当該発電装置側の側面の形状に関わらず、発電効率を維持することが可能となる、発電装置を提供すること。
【解決手段】発電装置１は、一対の側面を有する熱電変換素子１０であって、当該一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換素子１０と、熱源Ｈに対して吸熱又は放熱を行う熱交換部２０ａ、２０ｂであって、熱交換部２０ａが熱電変換素子１０の一方の側面に接合されると共に、熱交換部２０ｂが熱電変換素子１０の他方の側面とに接合される熱交換部２０ａ、２０ｂと、を備え、熱交換部２０ａを変形可能に形成している。
【選択図】図３

Description

本発明は、温度差を利用して発電を行う発電装置に関する。

近年、ガス焼却炉や火力プラント等から排出される熱エネルギーを利用して発電を行う発電装置が普及している。例えば、当該発電装置の一部を熱源に接触させることにより、発電を行う発電装置が開示されている。具体的には、この発電装置は、熱源から熱エネルギーを伝導する高温部材と、内部に低温媒体流路を有する低温部材と、高温部材と低温部材との間に挟持された熱電モジュールであって、熱源と低温媒体流路に供給される低温媒体との温度差により発電する熱電変換素子を備える熱電モジュールと、高温部材と低温部材との間を締結するタイロッドとを備えている。このような構成により、高温部材と熱電モジュールとの接触面、及び熱電モジュールと低温部材との接触面を均一な面圧にすることができ、発電効率を維持することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−８８４０８号公報

しかしながら、上述した従来の発電装置は、発電効率に関して改善の余地があった。例えば、高温部材は、変形不能であり、且つ平坦状な金属板にて形成されていたので、熱源における高温部材との接触面が凸凹状である場合には、熱源と高温部材との接触が不十分となる。よって、熱源における高温部材との接触面が平坦状である場合に比べて発電効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱源における当該発電装置側の側面の形状に関わらず、発電効率を維持することが可能となる、発電装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発電装置は、一対の側面を有する熱電変換手段であって、前記一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換手段と、熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、前記熱電変換手段の前記一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段と、を備え、前記熱交換手段が前記熱源に直接接触することにより、前記熱交換手段の前記熱源との接触面が前記熱源の形状に応じて変形可能となるように、前記熱交換手段を形成し、前記熱交換手段における前記熱電変換手段側とは反対側の部分を、相互に分離された複数の線状体から形成されるブラシ状に形成し、前記複数の線状体が前記熱源に直接接触することにより、前記複数の線状体における前記接触面を前記熱源の形状に応じて変形可能とし、前記熱交換手段における前記熱電変換手段側の部分を、前記複数の線状体に共通に接続された面状体として形成した。

また、請求項２に記載の発電装置は、一対の側面を有する熱電変換手段であって、前記一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換手段と、熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、前記熱電変換手段の前記一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段と、を備え、前記熱交換手段が前記熱源に直接接触することにより、前記熱交換手段の前記熱源との接触面が前記熱源の形状に応じて変形可能となるように、前記熱交換手段を形成し、前記熱交換手段が前記熱源に直接接触している間、前記接触面の変形後の状態が維持されるように、前記熱交換手段を、所定の媒体が密封充填された中空体として形成し、前記中空体の側壁は、前記熱電変換手段に接触する第１接触部分と、当該第１接触部分以外の部分であって前記熱源に接触可能な第２接触部分とから構成され、前記第１接触部分の面積よりも、前記第２接触部分の面積を大きくした。
また、請求項３に記載の発電装置は、請求項２に記載の発電装置において、前記中空体を１つのみ備え、前記中空体の側壁を凹凸がない平滑体として構成した。

また、請求項４に記載の発電装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発電装置において、前記熱交換手段を中空筒体にて形成し、前記熱電変換手段を、前記一方の側面が前記中空筒体の側面に接するように配置し、前記中空筒体の側面のうち、前記熱電変換手段と接していない側面に前記熱源を当接させている。

また、請求項５に記載の発電装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発電装置において、前記熱交換手段を一対備え、前記熱電変換手段の前記一対の側面の各々に、前記熱交換手段を接合し、前記一対の熱交換手段の相互間の領域のうち、前記熱電変換手段に対応する領域以外の領域に、断熱材を設けている。

請求項１に記載の発電装置によれば、熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、熱電変換手段の一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段を変形可能に形成したので、熱源における熱交換手段側の側面が凸凹状であっても、熱交換手段を湾曲状等に応じた形状に変形させることができ、当該側面に対して熱交換手段を密着させることができる。そのため、熱源における熱交換手段側の側面の形状に関わらず、熱交換手段の吸熱率又は放熱率を維持することができ、発電効率も維持することができる。
また、熱交換手段における熱電変換手段側とは反対側の部分を、ブラシ状に形成したので、熱源における熱交換手段側の側面が凸凹状であっても、熱交換手段における熱電変換手段側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては上方に湾曲するように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては当該部分に入り込むように変形して密着させることができる。また、熱交換手段における熱電変換手段側とは反対側の部分をフラットな形状にて形成した場合に比べて、熱交換手段における熱源との接触面積を増やすことができる。これらのことから、例えば、熱交換手段が変形不能であり、且つフラットな形状にて形成された場合に比べて吸熱率を高めることができる。

また、請求項２に記載の発電装置によれば、熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、熱電変換手段の一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段を変形可能に形成したので、熱源における熱交換手段側の側面が凸凹状であっても、熱交換手段を湾曲状等に応じた形状に変形させることができ、当該側面に対して熱交換手段を密着させることができる。そのため、熱源における熱交換手段側の側面の形状に関わらず、熱交換手段の吸熱率又は放熱率を維持することができ、発電効率も維持することができる。
また、熱交換手段を変形可能な中空体として形成したので、熱源における熱交換手段側の側面が凸凹状であっても、熱交換手段における熱電変換手段側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては窪むように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては嵌り込むように変形して密着させることができる。よって、例えば、熱交換手段における熱電変換手段側とは反対側の部分を変形不能であり、且つフラットな形状にて形成した場合に比べて、吸熱率を高めることができる。

また、請求項４に記載の発電装置によれば、熱交換手段を中空筒体にて形成し、熱電変換手段を、当該熱電変換手段の一方の側面が中空筒体の側面に接するように配置し、中空筒体の側面のうち、熱電変換手段と接していない側面に熱源を当接させるので、熱源から熱交換手段の一部を介して伝えられた熱が、熱交換手段の内部の空気に伝わり、この空気に蓄熱される。これにより、熱源から熱交換手段の一部を介して伝えられた熱を長時間維持することができ、安定した発電を行うことができる。また、熱源から熱交換手段の一部を介して伝えられた熱を長時間維持することができ、安定した発電を行うことができる。また、熱交換手段の一部と熱源とが当接されなくなった場合でも、熱交換手段の一方の内部の空気に蓄熱された熱を利用して発電を行うことができる。

また、請求項５に記載の発電装置によれば、一対の熱交換手段の相互間の領域のうち、熱電変換手段に対応する領域以外の領域に、断熱材を設けたので、一対の熱交換手段の相互間における熱伝導を効果的に遮断することができ、発電効率を一層維持することができる。

実施の形態１に係る発電装置の概要を示す斜視図である。 実施の形態１に係る発電装置を示す正面図である。 発電装置の設置状況を示す断面図であり、（ａ）は熱源の側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源の側面が凹凸状である場合を示す図である。 実施の形態２に係る発電装置の概要を示す斜視図である。 実施の形態２に係る発電装置を示す正面図（一部破断）である。 発電装置の設置状況を示す断面図であり、（ａ）は熱源の側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源の側面が凹凸状である場合を示す図である。 実施の形態３に係る発電装置の概要を示す斜視図である。 実施の形態３に係る発電装置を示す正面図である。 発電装置の設置状況を示す平面図であり、（ａ）は熱源の側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源の側面が凹凸状である場合を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る発電装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔実施の形態１〕
最初に、実施の形態１について説明する。この形態は、熱交換手段の一部をブラシ状に形成した形態である。

（構成）
実施の形態１に係る発電装置の設置対象は、例えば、ガス焼却炉や火力プラントの廃熱管、あるいは、船舶や車両の動力部等が挙げられるが、以下では、発電装置を、ガス焼却炉や火力プラントの廃熱管に設置した場合を例として説明を行う。

まず、発電装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る発電装置の概要を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る発電装置を示す正面図である。なお、以下の説明においては、図１のＸ方向を左右方向、図１のＹ方向を前後方向、図１のＺ方向を上下方向とする。これら各図に示すように、発電装置１は、熱電変換素子１０と、熱交換部２０ａ、２０ｂと、断熱材３０とを備えている。

（構成−熱電変換素子）
熱電変換素子１０は、一対の側面を有するものであって、一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換手段である。具体的には、図１、図２に示すように、熱電変換素子１０は、ペルチェ素子にて形成されており、ｎ型熱電発電素子１１と、ｐ型熱電発電素子１２とを備えている。ｎ型熱電発電素子１１、及びｐ型熱電発電素子１２は、角板状体に形成されており、Ｘ方向に沿って並設されている。

ここで、ｎ型熱電発電素子１１及びｐ型熱電発電素子１２の側面の一方の各々には、導体１３ａが設けられ、ｎ型熱電発電素子１１及びｐ型熱電発電素子１２の側面の他方には、導体１３ｂが両素子に跨るように設けられている。また、図示は省略するが、この熱電変換素子１０は、ｎ型熱電発電素子１１側に設けられた導体１３ａにプラス端子と、ｐ型熱電発電素子１２側に設けられた導体１３ａにマイナス端子とを有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない制御回路を介して外部機器と接続されることで、当該外部機器に対して電力が供給される。また、この熱電変換素子１０においては、例えば、熱電変換素子１０と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子が配置されてもよい。

（構成−熱交換部）
熱交換部２０ａ、２０ｂは、熱源Ｈに対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段である。ここで、「熱源」とは、発電装置１に対し供与すべき熱の供給源であり、例えば、ガス焼却炉や火力プラントから放出される高温媒体（具体的には熱気や温水等）によって熱せられた廃熱管等の温熱源と、冷却装置から送り出された冷温媒体（具体的には冷気や冷水等）によって冷やされた冷却管等の冷熱源とを含む概念である。具体的には、図１、図２に示すように、熱交換部２０ａ、２０ｂは、平面形状を略方形状にて形成されている（あるいは、略円形状にて形成されてもよい）。また、熱交換部２０ａは、当該熱交換部２０ａの一方の側面が熱電変換素子１０の一方の側面に接するように配置されていると共に、熱交換部２０ｂは、当該熱交換部２０ｂの一方の側面が熱電変換素子１０の他方の側面に接するように配置されている。そして、これら熱交換部２０ａ及び熱交換部２０ｂは、熱電変換素子１０に対して固定具又は接着剤等により接合されている。

（構成−断熱材）
断熱材３０は、熱交換部２０ａ、２０ｂの相互間における熱伝導を遮断するためのものである。具体的には、図１、図２に示すように、断熱材３０は、平面形状を略角環状とする板状体であり、例えば、断熱性を有する真空断熱材や発泡ゴム等にて形成されている。また、この断熱材３０は、熱交換部２０ａ、２０ｂの相互間に配置されており、熱電変換素子１０に対して固定具又は接着剤等により接合されている。ここで、断熱材３０の配置については、熱交換部２０ａ、２０ｂ同士の熱交換を防止することができるように、例えば、熱交換部２０ａ、２０ｂの相互間の領域のうち、熱電変換素子１０に対応する領域以外の領域に、この断熱材３０は配置されている。具体的には、図１、図２に示すように、当該断熱材３０の内縁が熱電変換素子１０におけるＸ方向及びＹ方向の外縁を覆うように配置される。

（構成−熱交換部の構成について）
熱交換部２０ａ、２０ｂの構成については、下記に示す工夫が施されている。以下、これら熱交換部２０ａ、２０ｂの構成について説明する。図３は、発電装置１の設置状況を示す断面図であり、（ａ）は熱源Ｈの側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源Ｈの側面が凹凸状である場合を示す図である（具体的には、熱交換部２０ａは、温熱源である熱源Ｈに接触されており、熱交換部２０ｂは、冷熱源である空気（図示省略）に晒されている。後述する図６、図９についても同様とする）。

まず、熱交換部２０ａが熱源Ｈに接触されるように、発電装置１が設置される場合において、当該熱交換部２０ａは、熱源Ｈにおける当該熱交換部２０ａ側の側面の形状に応じて変形可能に形成されている。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、熱交換部２０ａは、比較的柔らかく、且つ、高い熱伝導率を有する材質である、アルミニウム（具体的にはアルミニウム線等）、あるいは銅（具体的には銅線等）にて形成されている。このような構成により、例えば、図３（ｂ）に示すように、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａを湾曲状等に応じた形状に変形させることができ、当該側面に対して熱交換部２０ａを密着させることができる。そのため、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面の形状に関わらず、熱交換部２０ａの吸熱率を維持することができる。

また、熱交換部２０ａの形状については、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａを密着させやすい形状が好ましい。具体的には、実施の形態１では、図１〜図３（ａ）、（ｂ）に示すように、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分は、ブラシ状に形成されている。このような形状により、例えば、図３（ｂ）に示すように、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａを当該側面に対して滑らせるようにして設置したり、あるいは、当該側面に対して押し付けるようにして設置することによって、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては上方に湾曲するように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては当該部分に入り込むように変形して密着させることができる（特に、凹部分が小さい場合でも、熱交換部２０ａを当該部分に入り込ませることができる）。また、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分がフラットな形状にて形成された場合に比べて、熱交換部２０ａにおける熱源Ｈとの接触面積を増やすことできる。これらのことから、例えば、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分が変形不能であり、且つフラットな形状にて形成された場合に比べて、吸熱率を高めることができる。なお、熱交換部２０ａの色については任意であるが、吸熱率を一層向上させるために、例えば黒色としてもよい。

また、熱交換部２０ｂの形状については、放熱率が高い形状が好ましく、具体的には、実施の形態１では、図１〜図３（ａ）、（ｂ）に示すように、熱交換部２０ａと同様に、熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分は、ブラシ状に形成されている。このような形状により、熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分がフラットな形状にて形成された場合に比べて、熱交換部２０ｂにおける空気との接触面積を増やすことができ、放熱率を高めることができる。なお、熱交換部２０ｂの色については任意であるが、例えば、熱交換部２０ａの色とは異なる色（例えば銀色等）としてもよい。

（発電装置の機能）
このように構成された実施の形態１に係る発電装置１の機能は以下の通りである。まず、発電装置１がガス焼却炉や火力プラントの廃熱管に設置された場合には、熱交換部２０ａが廃熱管から放出される熱を吸熱するので、熱電変換素子１０の熱交換部２０ａ側の側面の温度は、高温となる。一方、熱交換部２０ｂが発電装置１周辺の空気に晒されるので、熱電変換素子１０の熱交換部２０ｂ側の側面の温度は、熱電変換素子１０の熱交換部２０ａ側の側面の温度に比べて低い温度となる。これにより、熱電変換素子１０の熱交換部２０ａ側の側面の温度と、熱電変換素子１０の熱交換部２０ｂ側の側面の温度とに温度差が生じるので、発電を行うことが可能になる。なお、この発電装置１によって得られた電力は任意の目的で利用（例えば、工場施設の照明や施設の案内板等の電源として利用）することが可能になる。

特に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、発電装置１においては、熱交換部２０ａが変形可能に形成されており、且つ熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分が、ブラシ状に形成されているので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が平坦状及び凸凹状である場合においても、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａをほぼ同じ程度に密着させることができる。そのため、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面の形状に関わらず、熱交換部２０ａの吸熱率を維持することができる。

（効果）
このように実施の形態１によれば、熱源Ｈに対して吸熱を行う熱交換部２０ａであって、熱電変換素子１０の一方の側面に接合された熱交換部２０ａを変形可能に形成したので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａを湾曲状等に応じた形状に変形させることができ、当該側面に対して熱交換部２０ａを密着させることができる。そのため、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面の形状に関わらず、熱交換部２０ａの吸熱率を維持することができ、発電効率も維持することができる。

また、少なくとも熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を、ブラシ状に形成したので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては上方に湾曲するように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては当該部分に入り込むように変形して密着させることができる。また、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分をフラットな形状にて形成した場合に比べて、熱交換部２０ａにおける熱源Ｈとの接触面積を増やすことできる。これらのことから、例えば、熱交換部２０ａが変形不能であり、且つフラットな形状にて形成された場合に比べて吸熱率を高めることができる。

また、熱交換部２０ａ、２０ｂの相互間の領域のうち、熱電変換素子１０に対応する領域以外の領域に、断熱材３０を設けたので、熱交換部２０ａ、２０ｂの相互間における熱伝導を効果的に遮断することができ、発電効率を一層維持することができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、熱交換手段を中空体として形成した形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。

（構成）
まず、実施の形態２に係る発電装置の構成について説明する。図４は、実施の形態２に係る発電装置の概要を示す斜視図である。図５は、実施の形態２に係る発電装置を示す正面図（一部破断）である。実施の形態２に係る発電装置１０１は、実施の形態１の発電装置１の構成要素と同一の構成要素にて構成されている。ただし、熱交換部２０ａ、２０ｂの構成については、下記に示す工夫が施されている。

（構成−熱交換部の構成について）
図６は、発電装置１０１の設置状況を示す断面図であり、（ａ）は熱源Ｈの側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源Ｈの側面が凹凸状である場合を示す図である。熱交換部２０ａの構成については、熱交換部２０ａが熱源Ｈに接触されるように、発電装置１０１が設置される場合において、例えば、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａが密着しやすいように、熱交換部２０ａは形成されている。具体的には、実施の形態２では、図４〜図６（ａ）、（ｂ）に示すように、熱交換部２０ａは、変形可能な中空体として形成されている。より具体的には、熱交換部２０ａは、略半球状の中空体であり、比較的柔らかく、且つ、高い熱伝導率を有するアルミニウム板や銅板等にて形成されている。また、この熱交換部２０ａの内部においては、熱交換部２０ａが変形した後の状態を維持することができるように、所定の媒体（例えば、空気、ヘリュウムガス、水、スポンジ、又はこれらを組み合わせたもの等）が充填されている。このような構成により、例えば、図６（ｂ）に示すように、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａを当該側面に対して滑らせるようにして設置したり、あるいは、当該側面に対して押し付けるようにして設置することによって、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては窪むように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては嵌り込むように変形して密着させることができる。よって、例えば、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分が変形不能であり、且つフラットな形状にて形成された場合に比べて、吸熱率を高めることができる（なお、熱交換部２０ｂについても同様に構成する）。

（発電装置の機能）
このように構成された実施の形態２に係る発電装置１０１の機能は以下の通りである。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、発電装置１０１においては、熱交換部２０ａが、変形可能な中空体として形成されているので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が平坦状及び凸凹状である場合においても、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａをほぼ同じ程度に密着させることができる。そのため、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面の形状に関わらず、熱交換部２０ａの吸熱率を維持することができる。

（効果）
このように実施の形態２によれば、少なくとも熱交換部２０ａを変形可能な中空体として形成したので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては窪むように変形して密着させたり、当該側面の凹状の部分に対しては嵌り込むように変形して密着させることができる。よって、例えば、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分を変形不能であり、且つフラットな形状にて形成した場合に比べて、吸熱率を高めることができる。

〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この形態は、一対の熱交換手段の一方を中空筒体にて形成した形態である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。

（構成）
まず、実施の形態３に係る発電装置の構成について説明する。図７は、実施の形態３に係る発電装置の概要を示す斜視図である。図８は、実施の形態３に係る発電装置を示す正面図である。図９は、発電装置の設置状況を示す平面図であり、（ａ）は熱源Ｈの側面が平坦状である場合を示す図であり、（ｂ）は熱源Ｈの側面が凹凸状である場合を示す図である。実施の形態３に係る発電装置２０１は、実施の形態１の発電装置の構成要素に対して、断熱材３０が省略されており、１枚の熱電変換素子１０に代えて３枚の熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃとして構成され、さらに、熱交換部２０ａ、２０ｂの構成内容が異なっている。

（構成−熱交換部の構成について）
熱交換部２０ａの構成については、具体的には、図７、図８に示すように、熱交換部２０ａは、中空筒体にて形成されている。より具体的には、熱交換部２０ａは、略正方形状の縦断面を有する中空角筒体であり、比較的柔らかく、且つ、高い熱伝導率を有するアルミニウム管、銅管、カーボン管等にて形成されている。また、熱交換部２０ａと熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃとの配置関係については、図７、図８に示すように、熱電変換素子１０ａは、当該熱電変換素子１０ａの一方の側面が熱交換部２０ａの前面に接するように配置されている。また、熱電変換素子１０ｂは、当該熱電変換素子１０ｂの一方の側面が熱交換部２０ａの左面に接するように配置されている。また、熱電変換素子１０ｃは、当該熱電変換素子１０ｃの一方の側面が熱交換部２０ａの後面に接するように配置されている。そして、これら熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各々は、熱交換部２０ａに対して固定具又は接着剤等により接合されている。また、熱交換部２０ａと熱源Ｈとの配置関係については、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、熱交換部２０ａの右面は、熱源Ｈと当接される。このような構成により、熱源Ｈから熱交換部２０ａの右面を介して伝えられた熱が、熱交換部２０ａの内部の空気に伝えられて、この空気に蓄熱される。これにより、熱源Ｈから熱交換部２０ａの右面を介して伝えられた熱を長時間維持することができ、安定した発電を行うことができる。また、熱交換部２０ａの右面と熱源Ｈとが当接されなくなった場合でも、熱交換部２０ａの内部の空気に蓄熱された熱を利用して発電を行うことができる。

また、熱交換部２０ａの右面については、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａが密着しやすいように、例えば、熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分は、変形可能に形成され、且つブラシ状に形成されている。このような構成により、図９（ｂ）に示すように、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が凸凹状であっても、熱交換部２０ａを当該側面に対して滑らせるようにして設置したり、あるいは、当該側面に対して押し付けるようにして設置することによって、熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分を、当該側面の凸状の部分に対しては上方に湾曲するように変形して密着させることができると共に、当該側面の凹状の部分に対しては当該部分に入り込むように変形して密着させることができる。

また、熱交換部２０ｂの構成については、具体的には、図７、図８に示すように、熱交換部２０ｂは、各熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃに設けられている。また、各熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ側とは反対側の部分は、変形可能に形成され、且つブラシ状に形成されている（なお、実施の形態３では、このブラシ部分の長さは、熱交換部２０ａのブラシ部分の長さよりも短くしているが、これに限られず、同じ長さにしてもよく、あるいは長くしてもよい）。また、各熱交換部２０ｂと熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃとの配置関係については、図７に示すように、熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各々は、当該熱電変換素子の熱交換部２０ａ側と反対側の側面が対応する熱交換部２０ｂの一方の側面に接するように配置されており、当該対応する熱交換部２０ｂに対して固定具又は接着剤等により接合されている。このような構成により、例えば、各熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ側とは反対側の部分がフラットな形状にて形成された場合に比べて、各熱交換部２０ｂにおける空気との接触面積を増やすことができ、放熱率を高めることができる。また、各熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ側とは反対側の部分において、各ブラシ間の間隔を広げるように、当該部分を変形させることにより、放熱率を一層向上させることができる。

（発電装置の機能）
このように構成された実施の形態３に係る発電装置の機能は以下の通りである。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、発電装置においては、熱交換部２０ａが中空筒体にて形成されており、熱交換部２０ａの右面に熱源Ｈを当接させたので、熱源Ｈから熱交換部２０ａの右面を介して伝えられた熱を、熱交換部２０ａの内部の空気に蓄熱することができ、この蓄熱された熱を利用して発電を行うことができる。また、熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分は、変形可能に形成されると共に、ブラシ状に形成されているので、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面が平坦状及び凸凹状である場合においても、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面に対して熱交換部２０ａをほぼ同じ程度に密着させることができる。そのため、熱源Ｈにおける熱交換部２０ａ側の側面の形状に関わらず、熱交換部２０ａの吸熱率を維持することができる。

（効果）
このように実施の形態３によれば、熱交換部２０ａを中空筒体にて形成し、熱電変換素子１０ａを、当該熱電変換素子１０ａの一方の側面が熱交換部２０ａの前面に接するように配置し、熱電変換素子１０ｂを、当該熱電変換素子１０ｂの一方の側面が熱交換部２０ａの左面に接するように配置し、熱電変換素子１０ｃを、当該熱電変換素子１０ｃの一方の側面が熱交換部２０ａの後面に接するように配置し、熱交換部２０ａの右面に熱源Ｈを当接させるので、熱源Ｈから熱交換部２０ａの右面を介して伝えられた熱が、熱交換部２０ａの内部の空気に伝わり、この空気に蓄熱される。これにより、熱源Ｈから熱交換部２０ａの右面を介して伝えられた熱を長時間維持することができ、安定した発電を行うことができる。また、熱交換部２０ａの右面と熱源Ｈとが当接されなくなった場合でも、熱交換部２０ａの内部の空気に蓄熱された熱を利用して発電を行うことができる。

〔実施の形態に対する変形例〕
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、熱交換部２０ａが変形しにくい場合であっても、この熱交換部２０ａの変形を、従来とは異なる技術により従来と同様に達成できている場合には、本願発明の課題が解決されている。

（各実施の形態の組み合わせ）
上記実施の形態１〜３に示した構成は、相互に組み合わせることができる。例えば、実施の形態１に係る発電装置１において、熱交換部２０ａに代えて、実施の形態２に係る発電装置の熱交換部２０ａを組み合わせてもよく、あるいは、熱交換部２０ｂに代えて、実施の形態２に係る発電装置の熱交換部２０ｂを組み合わせてもよい。また、実施の形態２に係る発電装置１０１において、熱交換部２０ａと、実施の形態１に係る発電装置の熱交換部２０ａとを組み合わせてもよい（具体的には、熱交換部２０ａの下端部に、実施の形態１に係る発電装置の熱交換部２０ａを取り付ける）。また、実施の形態３に係る発電装置２０１において、複数の熱交換部２０ｂのうち、少なくとも一つ以上の熱交換部２０ｂに代えて、実施の形態２に係る発電装置の熱交換部２０ｂを組み合わせてもよい。

（熱電変換手段の種類について）
上記実施の形態１〜３では、熱電発電素子は、ペルチェ素子にて形成されていると説明したが、例えば、ゼーベック素子やスターリングエンジン等、温度差により発電を行うことが可能な任意の原理による熱電変換手段を採用することができる。

（ｎ型熱電発電素子及びｐ型熱電発電素子について）
上記実施の形態１〜３では、ｎ型熱電発電素子１１及びｐ型熱電発電素子１２は、角板状体にて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば方形状（例えば三角形、五角形等）、扇状、円形状等にて形成されてもよい。

また、上記実施の形態１〜３では、ｎ型熱電発電素子１１及びｐ型熱電発電素子１２は、１つの熱電発電素子に対して一つずつ備えていると説明したが、これに限られず、１つの熱電発電素子に対して複数ずつ備えてもよい。

（熱交換部の構成について）
上記実施の形態１〜３では、熱電変換素子の一方の側面に熱交換部２０ａが取り付けられ、熱電変換素子の他方の側面に熱交換部２０ｂが取り付けられていると説明したが、例えば、熱電変換素子の一方の側面のみに、熱交換部２０ａが取り付けられてもよい。

また、上記実施の形態１では、熱交換部２０ａにおける熱電変換素子１０側とは反対側の部分は、ブラシ状に形成されていると説明したが、例えば、ひだ状に形成されてもよい（上記実施の形態３の熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分についても同様とする）。

また、上記実施の形態１、２では、熱交換部２０ａは、変形可能に形成されていると説明したが、例えば、熱交換部２０ｂも変形可能に形成されてよい。また、上記実施の形態３では、熱交換部２０ａ、２０ｂは、変形可能に形成されていると説明したが、例えば、熱交換部２０ａ、２０ｂのいずれか一方のみが変形可能に形成されてよい。

また、上記実施の形態３では、熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分は、変形可能に形成され、且つブラシ状に形成されていると説明したが、例えば、当該部分の下方側の部分のみが、熱源Ｈに対して密着して当接するように、変形可能に形成され、且つブラシ状に形成されてもよい。このような構成により、熱交換部２０ａの右面における熱源Ｈ側の部分において、熱源Ｈとの接触面積が小さい場合であっても、煙突効果によって、熱交換部２０ａの内部の空気全体に熱を伝えることができる。

（熱源について）
上記実施の形態１〜３では、熱交換部２０ａのみを熱源Ｈに接触させると説明したが、これに限られない。例えば、温度の異なる２つの熱源Ｈがある場合には、熱交換部２０ａを一方の熱源Ｈに接触させ、熱交換部２０ｂを他方の熱源Ｈに接触させてもよく、この場合には、一方の熱源Ｈを高温熱源にすると共に、他方の熱源Ｈを低温熱源（例えば、低温の湧水や地下水等を含む）にすればよい。ただし、熱交換部２０ａ、２０ｂの間で温度差が生じればよいので、熱源Ｈの具体的な温度は問わない。

（断熱材について）
上記実施の形態３では、発電装置２０１は、断熱材３０を備えていないと説明したが、例えば、熱交換部２０ｂにおける熱電変換素子側とは反対側の部分のブラシ部分が比較的長い場合に、発電装置２０１は、断熱材３０を備えてもよい。この場合において、熱交換部２０ａと各熱交換部２０ｂとの相互間の領域のうち、熱電変換素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃに対応する領域以外の領域に、断熱材３０が複数配置される。

１、１０１、２０１ 発電装置
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 熱電変換素子
１１ ｎ型熱電発電素子
１２ ｐ型熱電発電素子
１３ａ、１３ｂ 導体
２０ａ、２０ｂ 熱交換部
３０ 断熱材
Ｈ 熱源

Claims (5)

1. 一対の側面を有する熱電変換手段であって、前記一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換手段と、
   熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、前記熱電変換手段の前記一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段と、を備え、
   前記熱交換手段が前記熱源に直接接触することにより、前記熱交換手段の前記熱源との接触面が前記熱源の形状に応じて変形可能となるように、前記熱交換手段を形成し、
   前記熱交換手段における前記熱電変換手段側とは反対側の部分を、相互に分離された複数の線状体から形成されるブラシ状に形成し、
   前記複数の線状体が前記熱源に直接接触することにより、前記複数の線状体における前記接触面を前記熱源の形状に応じて変形可能とし、
   前記熱交換手段における前記熱電変換手段側の部分を、前記複数の線状体に共通に接続された面状体として形成した、
   発電装置。
2. 一対の側面を有する熱電変換手段であって、前記一対の側面のうち、一方の側面の温度と、他方の側面の温度との温度差により発電する熱電変換手段と、
   熱源に対して吸熱又は放熱を行う熱交換手段であって、前記熱電変換手段の前記一対の側面のうちの少なくとも一方の側面に接合された熱交換手段と、を備え、
   前記熱交換手段が前記熱源に直接接触することにより、前記熱交換手段の前記熱源との接触面が前記熱源の形状に応じて変形可能となるように、前記熱交換手段を形成し、
   前記熱交換手段が前記熱源に直接接触している間、前記接触面の変形後の状態が維持されるように、前記熱交換手段を、所定の媒体が密封充填された中空体として形成し、
   前記中空体の側壁は、前記熱電変換手段に接触する第１接触部分と、当該第１接触部分以外の部分であって前記熱源に接触可能な第２接触部分とから構成され、
   前記第１接触部分の面積よりも、前記第２接触部分の面積を大きくした、
   発電装置。
3. 前記中空体を１つのみ備え、
   前記中空体の側壁を凹凸がない平滑体として構成した、
   請求項２に記載の発電装置。
4. 前記熱交換手段を中空筒体にて形成し、
   前記熱電変換手段を、前記一方の側面が前記中空筒体の側面に接するように配置し、
   前記中空筒体の側面のうち、前記熱電変換手段と接していない側面に前記熱源を当接させた、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の発電装置。
5. 前記熱交換手段を一対備え、
   前記熱電変換手段の前記一対の側面の各々に、前記熱交換手段を接合し、
   前記一対の熱交換手段の相互間の領域のうち、前記熱電変換手段に対応する領域以外の領域に、断熱材を設けた、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の発電装置。

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