JP5751261B2

JP5751261B2 - 熱電発電ユニット

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Publication number: JP5751261B2
Application number: JP2013006334A
Authority: JP
Inventors: 直樹神村; 浩祐吉田
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Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2015-07-22
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Description

この発明は、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含んだ熱電発電ユニットに関する。

近年、この種の熱電発電モジュールを用いて廃熱を有効利用する技術が注目を集めている。例えば、工場やプラントなどにおける高温の流体が流れるパイプの壁面にこの種の熱電発電モジュールを取り付け、当該パイプからの熱を電力に変換して利用するといった具合である。熱電発電モジュールに関する先行技術文献としては特許文献１〜５が挙げられる。

特開２００７−１１００８２号公報特開平１１−３１２８２８号公報特開２００６−２３４２５０号公報実用新案登録第３１７１０３９号特開２００１−１４４３３７号公報

熱電発電モジュールにより得られた電力をどのように利用するのかについては種々の態様が考えられる。例えば、熱電発電モジュールを加熱する高温側の熱源となる物体（上記の例におけるパイプなど）の温度監視を行うためのセンサと当該センサの出力信号を所定の宛先へ送信する送信回路の駆動に当該電力に利用することで、外部電源を必要としない温度監視システムを構築すること等である。しかし、このような外部電源を必要としないシステムをユーザが簡便に構築することは一般的には難しい。その理由は以下の通りである。まず、第１に、熱電発電モジュールを用いて発電を行う場合、加熱側とは反対側の面の放熱が不十分であると発電効率が低下する。このため、熱電発電モジュールの放熱側の面に適切な大きさの熱交換部材（例えば、ヒートシンクなど）を適切に装着しておく必要があるが、熱電発電モジュールに対して適切な大きさの熱交換部材を選択することや熱交換部材を適切に装着することは一般のユーザにとっては難しい。第２に、熱電発電モジュールにより得られる電力は一般に微弱であるため、昇圧回路などにより昇圧して送信回路へ供給する必要がある。つまり、外部電源を必要としないシステムの構築には、電子回路についての知識が必要となり、この点から見ても一般のユーザには難しい。さらに、第３に、熱電発電モジュールは一般に衝撃に弱く、衝撃等から保護するために熱電発電モジュールを筐体に収めておく必要がある一方、熱源から熱電発電モジュールへの熱伝導や熱電発電モジュールから熱交換部材への熱伝導を極力妨げないようにする必要があり、両者を両立させることは一般のユーザには難しい。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、外部電源を必要としないシステムを熱電発電モジュールを用いて簡便に構築することを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、熱交換部材と、熱伝導体よりなる底板と、前記底板と前記熱交換部材との間に挟まれる熱電発電モジュールと、前記底板と前記熱交換部材の間を覆うように設けられた側壁と、前記熱電発電モジュールにより得られた電力により駆動される回路の載置された回路基板であって、前記熱交換部材と前記底板と前記側壁とにより区画される空間内に収納される回路基板と、を有することを特徴とする熱電発電ユニット、を提供する。

熱伝導体とは、熱を伝えやすい性質を有する素材のことであり、その一例としては銅やアルミニウムなどの金属が挙げられる。本発明の熱電発電ユニットでは、熱電発電モジュールは各々熱伝導体により形成された底板と熱交換部材とに挟まれている。このため、熱交換部材として適切な大きさのものを選択して熱電発電ユニットを構成しておけば、当該熱電発電ユニットのユーザが熱電発電モジュールに対する適切な大きさの熱交換部材の選択や適切な装着に気を配る必要はなく、また、熱電発電モジュールから熱交換部材への熱伝導が阻害されないように気を配る必要もない。さらに、底板が熱伝導体で形成されているため、底板が熱源に密着するように当該熱電発電ユニットを設置するだけで、熱源から熱電発電モジュールへの熱伝導が担保される。また、本発明の熱電発電ユニットでは、熱電発電モジュールは、底板と側壁と熱交換部材とからなる筐体に収められているため、衝撃等からの保護に関してユーザが別途配慮する必要はない。加えて、本発明の熱電発電ユニットでは、熱電発電モジュールにより得られた電力により駆動される回路を搭載した回路基板が上記筐体内に収められている（すなわち、当該熱電発電ユニットには当該回路基板が内蔵されている）ため、当該熱電発電ユニットの使用の際に電子回路に関する知識が必要となることもない。

本発明によれば、ユーザは、熱電発電ユニットを所望の場所に設置するだけで、熱電発電モジュールとその熱電発電モジュールにより得られた電力により駆動される回路とを手軽に設置することができる。例えば、温度センサと無線通信部と当該温度センサの出力信号を当該無線通信部により定期的に送信する処理を実行する制御部と熱電発電モジュールの出力電圧を昇圧してこれら各回路に与える昇圧回路が回路基板に搭載されている場合には、熱電発電ユニットに対する高温側の熱源となり、かつ温度監視を要する物体に上記底板が密着するように当該熱電発電ユニットを装着することで、外部電源を要することなく当該物体の温度監視を行うシステムを構築することができる。このように、本発明によれば、外部電源を必要としないシステムを熱電発電モジュールを用いて簡便に構成することが可能になる。

より好ましい態様としては、上記構成の熱電発電ユニットにおいて、底板が熱交換部材から熱的に切り離されている態様が考えられる。このような態様によれば、熱電発電モジュールを介さずに底板から熱交換部材へ熱が直接伝わることが回避され、発電効率の低下を招かないといった利点がある。ここで、底板を熱交換部材から熱的に切り離す具体的な態様としては、断熱性を有するシーリング部材および側壁を介して底板を熱交換部材に接合させる態様や、ゴムなどの絶縁性材料（すなわち、断熱性を有する素材）を用いて側壁を形成し、この側壁を介して底板を熱交換部材に接合させる態様が考えられる。前者の態様においては、シーリング部材を柔軟性を有する素材により形成することが好ましい。熱電発電モジュールが長期に亙って使用されると、その厚みに経年変化が生じる場合がある。しかし、シーリング部材を柔軟性を有する素材により形成しておけば、熱電発電モジュールの厚みに変化が生じ、底板と熱交換部材とを引き離す方向に力が働くようになったとしても、当該力が加わることに起因する上記接合部分の破断を回避することができるといった利点があるからである。同様に側壁を断熱性を有する素材により形成する場合も、当該素材は断熱性に加えて柔軟性を有していることが好ましい。

さらに別の好ましい態様においては、熱電発電モジュールは底板の中央に配置され、回路基板は底板と略同じ寸法を有し、かつ回路基板には熱電発電モジュールを避けるように切欠きが設けられていることが好ましい。熱電発電モジュールが底板の中央に配置されていれば、高温側の熱源から底板に伝わる熱が均等に熱電発電モジュールに伝わると考えられるからである。また、回路基板が大きい程多くの回路を実装することができるのであるから、回路基板の大きさは上記筐体に収まり、かつ熱電発電モジュールの設置を妨げない範囲で可能な限り大きいほうが好ましい。また、底板に熱伝導体よりなるスペーサ部材を設け、このスペーサ部材と熱交換部材との間に挟み込むように熱電発電モジュールを設置しても良い。一般に熱電発電モジュールはその厚みが増すほど高価になるため、熱電発電モジュールのみで底板と熱交換部材との間に回路の実装に十分な高さを確保しようとすると熱電発電ユニットが高価になってしまう。これに対して本態様によれば、底板（或いは熱交換部材）と熱電発電モジュールとの間の熱伝導を妨げることなく回路の実装に十分な高さを確保し、さらに熱電発電ユニットの価格を低く抑えることが可能になる。なお、このようなスペーサ部材を用いる場合には、回路基板には当該スペーサを避けるように切欠きを設けておけば良い。また、第１の熱源と底板との間の熱交換が確実に行われるようにするため、熱伝導体からなり、底板と側壁と熱交換部材とにより区画された空間外へ突出する突出部を底板に設けても良い。

この発明の第１実施形態の熱電発電ユニット１Ａの構成例を示す図である。同第１実施形態の変形例を説明するための図である。同第１実施形態の他の変形例を説明するための図である。この発明の第２実施形態の熱電発電ユニット１Ｂの構成例を示す図である。同第２実施形態の変形例を説明するための図である。この発明の第３実施形態の熱電発電ユニット１Ｃの構成例を示す図である。同第３実施形態の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ：第１実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態の熱電発電ユニット１Ａの外観を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるｙ軸に垂直な平面による熱電発電ユニット１Ａの断面を示す断面図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の熱電発電ユニット１Ａは、薄い板状の底板１２および側壁１４からなるケース内に、スペーサ部材３０、熱電発電モジュール４０および回路基板５０を設置し、当該ケースの開口を熱交換部材２０により塞いだ構成となっている。つまり、底板１２、側壁１４および熱交換部材２０は熱電発電ユニット１Ａの筐体の役割を果たす。

底板１２および側壁１４よりなるケースは、底板１２および側壁１４が一体を為すように熱伝導体により成形されている。本実施形態では、底板１２は８０ｍｍ×８０ｍｍの矩形の板状に成形されており、側壁１４はスペーサ部材３０の厚みに熱電発電モジュール４０の厚みを加えた高さ（例えば２０〜３０ｍｍ）となるように成形されている。熱交換部材２０は多数のフィン（本実施形態では、６４本の角柱状のフィン）を有するヒートシンクであり、底板１２等と同様に熱伝導体により形成されている。本実施形態では、熱交換部材２０の底面（フィンの設けられていない側の面）は底板１２と同じ寸法の矩形上に形成されている。そして、熱交換部材２０の底面と側壁１４は、埃や水分などが熱電発電ユニット１Ａの筐体内に侵入しないよう、溶接または接着により接合されている。本実施形態において、熱電発電ユニット１Ａの筐体の大きさを上記にようにしたのは、回路基板５０の実装を可能にするための容積を確保すること、上記大きさの熱電発電モジュール４０に対して充分な冷却能力を確保する（換言すれば、回路基板５０に実装されている各回路の駆動に十分な発電能力を確保する）こと、および熱電発電ユニット１Ａの小型化の３つの要求を同時に満たすという観点から好適と考えられるからである。なお、熱電発電ユニット１Ａを取り付ける物体によっては外気のほうが温度が高い場合もあるが、その場合は、熱交換部材２０を吸熱用フィンとして用いることができる。

図１（Ｃ）は、熱交換部材２０を取り除いた状態の熱電発電ユニット１Ａをｚ軸方向から見た図である。図１（Ｃ）に示すように、スペーサ部材３０は底板１２の中央から４つの側面のうちの１つに至るように設置されたブロック状部材であり、熱電発電ユニット１Ａの筐体と同様に熱伝導体により構成されている。このスペーサ部材３０の上には、薄い板状の熱電発電モジュール４０が熱電発電ユニット１Ａの筐体の中央に位置するように設置されている。本実施形態では、熱電発電モジュール４０として、厚みが数ｍｍで１４ｍｍ×１４ｍｍの寸法のものが用いられている。図１（Ｂ）に示すように、スペーサ部材３０と熱電発電モジュール４０は、底板１２と熱交換部材２０とによって挟み込まれるように設置されている。熱電発電モジュール４０を熱電発電ユニット１Ａの筐体の中央に設置したのは、高温側の熱源から底板１２に伝わる熱がスペーサ部材３０を介して均等に熱電発電モジュール４０に伝わり、かつ熱電発電モジュール４０の放射する熱が熱交換部材２０に均等に伝わるようにするためである。なお、本実施形態では、スペーサ部材３０の上に熱電発電モジュール４０が１つだけ設置されているが、必要となる電力の大きさに応じて複数の熱電発電モジュールをスペーサ部材３０の上に並べても良い。

本実施形態においてスペーサ部材３０を設けた理由は以下の通りである。一般に熱電発電モジュール４０は厚みが増すほど高価になり、熱電発電モジュール４０の厚みのみで底板１２と熱交換部材２０との間に回路の実装に十分な高さを確保するとしたならば熱電発電ユニット１Ａは非常に高価なものとなってしまう。スペーサ部材３０は、底板１２から熱電発電モジュール４０への熱伝導を妨げることなく、かつ熱電発電ユニット１Ａの価格の上昇を抑えつつ、回路の実装に十分な高さを確保するために設けられている。なお、熱電発電モジュール４０の厚みのみで回路の実装に十分な高さを確保することができ、かつ熱電発電ユニット１Ａの価格を低く抑えることができるのであれば、スペーサ部材３０を設けず、底板１２と熱交換部材２０とにより挟むようにして熱電発電モジュール４０を設置すれば良い。

図１（Ｃ）に示すように回路基板５０は底板１２と略同じ寸法（より正確には、底板１２よりも一回り小さい寸法）の矩形状に形成されており、回路基板５０にはスペーサ部材３０（スペーサ部材３０を省略した構成であれば熱電発電モジュール４０）を避けるようにコの字状に切欠きが設けられている。回路基板５０を上記寸法とし、コの字状に切欠きを設けたのは、回路基板５０が大きい程多くの回路を実装することができるため、熱電発電ユニット１Ａの筐体に収まり、かつ熱電発電モジュール４０を中央に設置することを妨げない範囲で可能な限り回路基板５０を大きくすることが好ましいからである。なお、１つの熱電発電モジュール４０で十分な電力を得られる場合にはスペーサ部材３０として立方体状のものを用い、当該スペーサ部材３０を避けるように中央に矩形状の切欠きを有する回路基板５０を用いるようにしても良い。その場合、底板１２から熱交換部材２０にかけてバランスよく熱を移動させることができ、回路基板５０を配設するスペースを広げることもできる。また、回路基板５０に多数の回路を搭載する必要がない場合には回路基板５０の寸法をより小さくしても勿論良く、筐体の中央に置かれるスペーサ部材３０と干渉しない大きさおよび形状であれば、回路基板５０に切欠きを設ける必要はない。要は、熱電発電ユニット１Ａの筐体に収まり、かつ熱電発電モジュール４０を当該筐体の中央に設置する際（或いは熱電発電モジュール４０を載せたスペーサ部材３０を設置する際）の妨げとならない大きさおよび形状であれば、回路基板５０の大きさおよび形状はどのようなものであっても良い。

回路基板５０には、図１（Ｃ）に示すように、温度センサと、当該温度センサの出力信号を無線送信するための無線通信部と、無線通信部の作動制御を行う制御部と、熱電発電モジュール４０の出力電圧を昇圧して無線通信部および制御部に与える昇圧回路とが設けられている。また、図１（Ｂ）に示すように、回路基板５０の裏面には、ゴムなどの絶縁体で形成された脚５２が複数設けられている。これら脚５２は、回路基板５０の裏面と底板１２とを離間させ、回路基板５０を底板１２から絶縁するために設けられている。なお、脚５２を設ける位置および個数については、回路基板５０を底板１２から安定的かつ確実に絶縁するという目的が達せられる範囲で適宜定めるようにすれば良い。また、脚５２は、底板１２と回路基板とが直に熱交換しないようにする役割も担う。底板１２が回路基板５０に影響をおよぼしかねないほど高温になる場合には、回路基板５０を熱交換部材２０の底面に固定しても良い。
以上が本実施形態の熱電発電ユニット１Ａの構成である。

このような構成としたため、本実施形態の熱電発電ユニット１Ａのユーザは、熱電発電モジュール４０に対する高温側の熱源となり、かつ温度監視を要する物体の適切な箇所（例えば、工場において高温の流体が流れるパイプの側面、橋梁や鉄道のレールの側面、マンホールの蓋の裏側、冷蔵庫などの家庭用電気機器やコンピュータ装置などの背面など）に底板１２が密着するように熱電発電ユニット１Ａを設置することで、外部電源を要することなく当該物体の温度監視を行うシステムを構築することができる。このように物体の温度を計測する場合には、温度センサの検出部と底板１２とが接触するように回路基板５０に温度センサを配設するようにすれば良い。

加えて、本実施形態の熱電発電ユニット１Ａでは、熱電発電モジュール４０は、熱伝導体により形成されたスペーサ部材３０とともに、各々熱伝導体により形成された底板１２と熱交換部材２０とに挟まれている。さらに、本実施形態では熱交換部材２０として熱電発電モジュール４０に対して適切な大きさのものが予め装着されている。このため、熱電発電ユニット１Ａのユーザは、熱電発電モジュール４０に対する適切な大きさの熱交換部材２０の選択や適切な装着に気を配る必要はなく、また、熱電発電モジュール４０から熱交換部材２０への熱伝導が阻害されないように気を配る必要もない。

さらに、本実施形態では、熱電発電ユニット１Ａの底板１２が熱伝導体で形成されるため、当該底板１２が高温側の熱源に密着するように当該熱電発電ユニット１Ａを設置するだけで、当該熱源から熱電発電モジュール４０への熱伝導が担保される。また、熱電発電ユニット１Ａには、熱電発電モジュール４０により得られた電力により駆動される回路の搭載された回路基板５０が内蔵されているため、当該熱電発電ユニット１Ａの使用の際に電子回路に関する知識が必要となることもない。さらに、本実施形態の熱電発電ユニット１Ａでは、熱電発電モジュール４０は、底板１２と側壁１４と熱交換部材２０とからなる筐体に収められているため、衝撃等からの保護に関してもユーザが別途配慮する必要はない。

このように本実施形態によれば、熱電発電ユニット１Ａを設置するだけで、外部電源を必要としない温度監視システムを簡便に構築することができる。なお、本実施形態では、底板１２の上にスペーサ部材３０を置き、さらにその上に熱電発電モジュール４０を置いたが、図２（Ａ）に示すように底板１２の上に熱電発電モジュール４０を置き、その上にスペーサ部材３０を置いても良いし、２つのスペーサの間の挟み込んでも良い。また、本実施形態では、熱交換部材２０の底面と底板１２とが同じ面積を有していたが、図２（Ｂ）に示すように、底面の面積が底板１２よりも小さい熱交換部材２０を用いても良い。この場合、図２（Ｂ）に示すように、底板１２と同じ寸法を有し、かつ熱伝導体を板状に形成してなる蓋１６を用いて、底板１２および側壁１４よりなるケースの開口を覆い、当該蓋１６の上に熱交換部材２０を設置するようにすれば良い。また、図２（Ｃ）に示すように底面の面積が底板１２よりも大きい熱交換部材２０を用いても勿論良い。少なくとも熱電発電モジュール４０に対して充分な冷却能力を確保する（回路基板５０に実装されている各回路の駆動に十分な発電能力を確保する）という観点から十分な大きさの熱交換部材２０を選択して熱電発電ユニットを構成すれば良い。

また、経年変化等によって熱電発電モジュール４０の厚みが変化しても、熱交換部材２０の底面が熱電発電モジュール４０から浮き上がらないようにするために、図３（Ａ）あるいは図３（Ｂ）に示すように、ねじ７０を用いて、底板１２および側壁１４よりなるケースに対して熱交換部材２０をねじ止めしても良い。ねじ止めする箇所の位置や数については、経年変化等によって熱電発電モジュール４０の厚みが変化しても、熱交換部材２０の底面が熱電発電モジュール４０から浮き上がらないようにするといった目的が達せられる範囲で適宜選択すれば良い。また、底板１２および熱交換部材２０の底面を円盤状にする場合には、図３（Ｃ）に示すように熱交換部材２０の側面と側壁１４の内側に互いに噛みあうねじ溝を切り、底板１２および側壁１４よりなるケースの開口部に熱交換部材２０をねじ込んで固定するようにしても良い。

（Ｂ：第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の熱電発電ユニット１Ｂの構成を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態の熱電発電ユニット１Ｂでは、スペーサ部材３０の高さに熱電発電モジュール４０の厚みを加えた高さが側壁１４の高さよりも僅かに高くなっており、側壁１４の上端と熱交換部材２０の底面との間には隙間が空いている点と、シーリング部材６０によって当該隙間が覆われている点が上記第１実施形態の熱電発電ユニット１Ａと異なる。本実施形態では、シーリング部材６０は、柔軟性を有し、かつ銅やアルミニウムなどの熱伝導体に比較して熱伝導率の低い素材（例えばエラストマやゴムなど）をゲル状にしたシーリング材を塗布するなどの方法で形成されている。

本実施形態によっても、ユーザは、熱電発電モジュール４０に対する高温側の熱源となり、かつ温度監視を要する物体に底板１２が密着するように熱電発電ユニット１Ｂを装着するだけで、外部電源を要することなく当該物体の温度監視を行うためのシステムを構築することができる。

加えて、本実施形態の熱電発電ユニット１Ｂでは、熱伝導体に比較して熱伝導率の低い素材により形成されたシーリング部材６０を介して熱交換部材２０の底面と側壁１４の上端とが接合されているため、側壁１４から熱交換部材２０への熱伝導が阻害され、側壁１４と熱交換部材２０とは熱的に切り離されている。側壁１４と熱交換部材２０とは熱的に切り離されているため、熱電発電ユニット１Ｂでは、底板１２も熱交換部材２０から熱的に切り離されている。このため、高温側の熱源に底板１２が密着するように熱電発電ユニット１Ｂを設置したとしても、側壁１４を介して底板１２から熱交換部材２０へ無駄に熱が伝わることが回避され、熱交換部材２０における放熱効率の低下や、これに起因する熱電発電モジュール４０における発電効率の低下といった不具合が生じることはない。また、側壁１４の上端と熱交換部材２０の底面との隙間はシーリング部材６０によって塞がれているため、埃や水分などの侵入に起因した故障の発生を防ぐこともできる。さらに、熱電発電モジュール４０の厚みの経年変化が生じたとしても、シーリング部材６０が柔軟性を有する素材により形成されているため、シーリング部材６０による接合部分において破断が発生することはない。なお、熱交換部材２０の底面と側壁１４の上端との間の隙間は、部分的であっても良い。例えば、側壁１４の１枚のみが熱交換部材２０の底面と直に接触し、残りが上述のシーリング材を介して熱交換部材２０の底面と接触する、といった具合である。この場合、熱交換部材２０が傾きながら当該接合部分の破断を防ぐことができる。

以上本発明の第２実施形態について説明したが、図５（Ａ）に示すように、側壁１４の上端を内側へ折り曲げた形状であっても良く、また、シーリング部材６０をシーリング材の塗布により形成するのではなく、シーリング材を環状に成形してなるシーリング部材６０を図５（Ｂ）に示すように側壁１４の上端に張り付け、その上に熱交換部材２０を載せても良い。また、底板１２よりも底面の寸法が小さい熱交換部材２０を用いる場合には、図５（Ｃ）に示すように側壁１４の内側と熱交換部材２０の側面との間の隙間を埋めるようにシーリング材を塗布してシーリング部材６０を形成すれば良い。図５（Ｃ）において、側壁１４と熱交換部材２０の側面とが対向する隙間ができるように、側壁１４を上方に伸ばしても良い。そうすることによって、シーリング材を注入できる隙間の高さが増し、上記の空間の気密性を高めることができる。また、底板１２と側壁１４とを一体成型するのではなく、熱交換部材２０の底面と側壁１４を一体成型し、側壁１４の下端と底板１２とをシーリング材により接合しても良い。また、底板１２と熱交換部材２０の底面の何れか一方と側壁１４とを一体成型するのではなく、底板１２および熱交換部材２０とは別個の部材として側壁１４を設けても良い。この場合、側壁１４を熱伝導体で形成する場合には、前述したシーリング部材等を用いて側壁１４を底板１２と熱交換部材２０の少なくとも一方から熱的に切り離しておけば良い。また、側壁１４をゴム、樹脂（アクリル、テフロン（登録商標）等）などの断熱材や熱伝導体よりも熱伝導率の低い素材によって形成することで底板１２と熱交換部材２０を熱的に切り離しても良い。その場合は、シーリング材を省いても良いし、空間の気密性を確保するためにシーリング材を用いても良い。

（Ｃ：第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の熱電発電ユニット１Ｃの構成を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態の熱電発電ユニット１Ｃでは、スペーサ部材３０が高温側の熱源と直に接触するよう底板１２に貫通孔が設けられている点が上記第１実施形態の熱電発電ユニット１Ａおよび第２実施形態の熱電発電ユニット１Ｂと異なる。スペーサ部材３０は底板１２の貫通孔内に設置されており、底板１２と側壁１４と熱交換部材２０とにより区画された空間外に一部が露出している。このように本実施形態では、スペーサ部材３０の一部が上記貫通孔を介して上記空間外へ露出しているため、スペーサ部材３０と高温側の熱源との間で直に熱交換が行われ、発電効率を高めることができる。

また、スペーサ部材３０と高温側の熱源との間で直に熱交換が行われるため、底板１２を熱伝導体以外の素材で構成することもできる。例えば、底板１２を樹脂やゴムなどの熱伝導率の低い素材（或いは断熱材）で構成すれば、この底板１２上に配設された回路基板５０に高温側の熱源から熱が伝わることを回避することができる。このように熱電発電ユニット１Ｃの底板１２を熱伝導率の低い素材（或いは断熱材）で構成することで、高温側の熱源の温度が回路基板５０上の各回路に対して影響を及ぼしかねないほどの高温となる場合であっても当該温度に起因する上記各回路の不具合が発生しないようにすることができる。熱電発電ユニット１Ｃからスペーサ部材３０が落下してしまうことを回避するために、図７（Ａ）に示すように、底板１２の貫通孔に段差を設け、スペーサ部材３０の先端を当該段差と嵌り合う形状に形成しても良い。

また、図７（Ｂ）に示すように、スペーサ部材３０の先端が底板１２から突出させることもできる。その場合、スペーサ部材３０を高温側の熱源となる物体に確実に接触させることができ、発電効率を高めることができる。なお、図７（Ｂ）に示す例では、スペーサ部材３０の先端を底板１２から突出させ、当該スペーサ部材３０の一部を外部に突出する突出部とした。しかし、図１に示す構成の熱電発電ユニット１Ａの底板１２の中央に外部に突出する突出部を設けても勿論良い。例えば、底板１２と突出部とを熱伝導体に一体成型する、或いは板状に成形された底板１２の中央に当該底板よりも小さい板状の熱伝導体を張り付け、当該板状体を突出部とするといった具合である。このように、底板１２の中央に外部に突出する突出部を有する熱電発電ユニットを熱源となる物体に装着する際には、当該物体と底板１２の底面との間に生じる隙間（換言すれば、突出部の厚み）と同程度の厚みを有する粘着シート等を突出部の周囲に張り付けることでその装着を実現しても良い。

（Ｄ：変形）
以上本発明の第１、第２および第３実施形態について説明したが、これら実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上記各実施形態では、回路基板５０に搭載するセンサの一例として温度センサを挙げたが、湿度センサやガスセンサ、二酸化炭素センサ、振動センサなど監視対象に応じて他の種類のセンサを用いても勿論良い。上述したセンサは熱電発電ユニットの周辺のものを測定する場合もある。その場合には、センサの検出部を熱電発電ユニットから外へ引き出すことで可能となる。また、湿度センサやガスセンサ、二酸化炭素センサ等、回路基板５０が配設される空間と外部空間とを連通させることで対応できるものは、上述のシーリング材の一部を省いたり、側壁１４に貫通孔を形成するなどして設けた開口部を介して回路基板５０の配設される空間と外部空間とを連通させれば良い。その場合、塵やほこりを防ぐ為に不織布や和紙、メッシュ、テキスタイル等の気体を通過させることができる部材で開口部を覆うようにすると良い。

（２）上記第２実施形態では、シーリング部材６０を形成する素材として断熱性を有し、かつ柔軟な素材を用いる場合について説明したが、断熱性および柔軟性に加えて耐光性を有する素材を用いるなど、熱電発電ユニットの使用される環境に応じた素材を用いてシーリング部材６０を形成するようにすれば良い。

（３）上記各実施形態における熱電発電モジュール４０にシリコングリースなどの高熱伝導性グリースを塗布して熱交換部材２０を載せても良い。

１Ａ、１Ｂ…熱電発電ユニット、１２…底板、１４…側壁、１６…蓋、２０…熱交換部材、３０…スペーサ部材、４０…熱電発電モジュール、５０…回路基板、６０…シーリング部材。

Claims

熱交換部材と、
熱源に接し、熱伝導体よりなる底板と、
前記底板における前記熱源と反対側の面と、前記熱交換部材との間に挟まれる熱電発電モジュールと、
前記底板と前記熱交換部材の間を覆うように設けられた側壁と、
前記熱電発電モジュールにより得られた電力により駆動される回路の載置された回路基板であって、前記熱交換部材と前記底板と前記側壁とにより区画される空間内に収納される回路基板と、
を有することを特徴とする熱電発電ユニット。
前記底板は、前記熱交換部材から熱的に切り離されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電ユニット。
前記底板は、断熱性を有するシーリング部材および前記側壁を介して前記熱交換部材に接合されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電ユニット。
前記底板は、熱伝導体からなるスペーサを前記空間内に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱電発電ユニット。
前記底板は、熱伝導体からなる突出部を前記空間外に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の熱電発電ユニット。
前記熱電発電モジュールは前記底板の中央に配置され、前記回路基板は前記底板と略同じ寸法を有し、前記回路基板には前記熱電発電モジュールを避けるように切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の熱電発電ユニット。