JP7361334B2 - 発電ユニット - Google Patents

Description

本発明は、熱を電力に変換する発電ユニットに関する。

工場等から出される排熱を利用するため、熱を電力に変換する熱電変換素子が注目されている。熱電変換素子として、例えば、絶縁材でｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体を挟み込んで、ｐ型熱電半導体、絶縁材、ｎ型熱電半導体、絶縁材の順で、周期的に積層させて、それらを熱圧着した積層構造と、ｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体を電気的に直列接続する接続電極と、を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－１２１８１５号公報

しかしながら、上記熱電変換素子では、積層構造においてｐ型熱電半導体、絶縁材、ｎ型熱電半導体を熱圧着するため、ｐ型熱電半導体、絶縁材、ｎ型熱電半導体は、分離することができない。結果、上記熱電変換素子の一部に不具合が生じた場合、不具合部分のみを交換することはできない。

本発明は、斯かる実情に鑑み、一部に不具合が生じても、その不具合部分のみを交換することができる発電ユニットを提供しようとするものである。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の発電ユニットは、シート状の第一シート基材に、熱電変換層、並びに、第一電極及び第二電極が設けられる少なくとも二つの熱電変換モジュールと、シート状の第二シート基材に、前記熱電変換モジュールを電気的に接続可能な導電層が設けられる少なくとも一つの接続モジュールと、前記接続モジュールと隣接する二つの前記熱電変換モジュールとが電気的に接続されるように、一方の前記熱電変換モジュールの前記第一電極、及び他方の前記熱電変換モジュールの前記第二電極の双方に前記導電層を着脱自在に取り付ける少なくとも二つの取付部と、を備え、前記熱電変換モジュール及び前記接続モジュールは、交互に重なり合い、前記熱電変換モジュールそれぞれは、前記第一電極及び前記第二電極それぞれが同一側に配置される姿勢となることを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記熱電変換モジュール及び前記接続モジュールの少なくとも一方は、前記第一電極及び前記第二電極と前記導電層との接続部分、又はその近傍で、折り返す折返し部を有することを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記折返し部は、前記熱電変換モジュール、又は前記接続モジュールを挟み込む挟み込み領域を有し、前記挟み込み領域には、前記接続部分が含まれることを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記折返し部は、前記シート厚方向に開閉するように変形可能に構成されることを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記導電層は、前記第一シート基材の前記熱電変換層が設けられる面とは反対側の面に対向することを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記第一シート基材は、印刷可能な材料で構成され、前記熱電変換層は、熱電変換材料が含まれる溶液により前記第一シート基材に印刷された熱電変換側印刷部により構成され、前記第一電極は、第一導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて前記第一シート基材に印刷された第一電極側印刷部により構成され、前記第二電極は、前記第一導電性材料、又は、前記第一導電性材料とは異なる第二導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて、前記第一電極側印刷部とは別の位置において前記第一シート基材に印刷された第二電極側印刷部により構成され、前記第二シート基材は、印刷可能な材料で構成され、前記導電層は、前記第一導電性材料、又は、前記第二導電性材料、又は、前記第一導電性材料及び前記第二導電性材料とは異なる第三導電性材料が含まれる溶液により前記第二シート基材に印刷された導電側印刷部により構成され、前記取付部は、前記導電側印刷部が、隣接する一方側の前記熱電変換モジュールの前記第一電極側印刷部、及び、隣接する他方側の前記熱電変換モジュールの前記第二電極側印刷部に重なり合うように、前記接続モジュールを隣接する前記熱電変換モジュールに取り付けることを特徴とする。

また、本発明の発電ユニットにおいて、前記第一シート基材及び前記第二シート基材の少なくとも一方は、紙で構成されることを特徴とする。

また、本発明の発電ユニット製造方法は、折り曲げ可能であると共に、印刷可能な材料により構成されるシート状の第一シート基材に、熱電変換層、並びに、第一電極及び第二電極が設けられる少なくとも二つの熱電変換モジュールを製造する熱電変換モジュール製造工程と、折り曲げ可能であると共に、印刷可能な材料により構成されるシート状の第二シート基材に、前記熱電変換モジュールを電気的に接続可能な導電層が設けられた少なくとも一つの接続モジュールを製造する接続モジュール製造工程と、前記接続モジュールと隣接する二つの前記熱電変換モジュールとが電気的に接続されるように、着脱自在な取付部により、一方の前記熱電変換モジュールの前記第一電極、及び他方の前記熱電変換モジュールの前記第二電極の双方に前記導電層を取り付ける取付工程と、前記熱電変換モジュールと前記接続モジュールが交互に重なり合うように前記熱電変換モジュール及び前記接続モジュールのいずれかを折り曲げる折り曲げ工程と、を備え、前記熱電変換モジュール製造工程は、熱電変換材料が含まれる溶液により前記第一シート基材に印刷して熱電変換層となる熱電変換側印刷部を形成する熱電変換層印刷工程と、第一導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて前記第一シート基材に印刷して前記第一電極となる第一電極側印刷部を形成する第一電極印刷工程と、前記第一導電性材料、又は、前記第一導電性材料とは異なる第二導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて、前記第一シート基材の前記第一電極側印刷部とは別の位置に印刷して前記第二電極となる第二電極側印刷部を形成する第二電極印刷工程と、を有し、前記接続モジュール製造工程は、前記第一導電性材料、又は、前記第二導電性材料、又は、前記第一導電性材料及び前記第二導電性材料とは異なる第三導電性材料が含まれる溶液により前記第二シート基材に印刷して、前記導電層となる導電側印刷部を形成する導電層印刷工程を有することを特徴とする。

本発明の発電ユニットによれば、一部に不具合が生じても、その不具合部分のみを容易に交換することができるという優れた効果を奏し得る。

（Ａ）は、本発明の実施形態における発電ユニットの斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＦ―Ｆ矢視断面図である。 本発明の実施形態における発電ユニットの構造を説明するための説明図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態における熱電変換モジュールの平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）のＧ―Ｇ矢視断面図である。（Ｃ）は、本発明の実施形態における接続モジュールの平面図である。（Ｄ）は、（Ｃ）のＨ―Ｈ矢視断面図である。 本発明の実施形態における発電ユニットの製造工程のフローチャート図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、折り曲げることにより本発明の実施形態における発電ユニットを作成する様子を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態における発電ユニットの変形例の構造を説明するための説明図である。 本発明の実施形態における発電ユニットの変形例の断面図である。 本発明の実施形態における発電ユニットを内蔵する筐体を地面に挿入した様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

＜全体構成＞
図１～図３を参照して、本発明の実施形態における発電ユニット１について以下説明する。本発明の実施形態における発電ユニット１は、図１（Ａ），（Ｂ）及び図２に示すように、２つの熱電変換モジュール２と、接続モジュール３と、取付部４と、を有する。そして、本実施形態における発電ユニット１では、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、２つの熱電変換モジュール２の間に接続モジュール３が挟まれるように、熱電変換モジュール２と接続モジュール３が交互に重ねられる。つまり、本実施形態における発電ユニット１では、熱電変換モジュール２、接続モジュール３、熱電変換モジュール２が順に重ねられる。そして、本実施形態における発電ユニット１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、蛇腹状に構成される。

なお、本実施形態における発電ユニット１は、０．０５ｍｍ～０．３ｍｍ程度の厚みの薄いシートを重ねて構成されたものを想定している。そして、図１（Ｂ）、図２、図３（Ｂ），（Ｄ）図５、図６、及び図７に示す本実施形態における発電ユニット１は、本実施形態における発電ユニット１の構造を説明するために、シートの厚みを誇張して描いてある。

＜熱電変換モジュール＞
熱電変換モジュール２は、熱を電力に変換するものであり、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、第一シート基材２０と、熱電変換層２１と、第一電極２２及び第二電極２３から成る電極と、を備える。第一シート基材２０は、シート状の基材である。第一シート基材２０は、印刷可能な材料で構成される。また、第一シート基材２０は、折り曲げ可能であるフレキシブルな材質で構成される。また、第一シート基材２０は、図３（Ａ）に示すように、例えば、帯状に形成される。本実施形態において第一シート基材２０は、帯状の紙で構成される。

熱電変換層２１は、図３（Ｂ）に示すように、第一シート基材２０の一方側の平面２０Ａに設けられる。本実施形態において熱電変換層２１は、熱電変換材料が含まれる熱電変換溶液により第一シート基材２０に印刷された熱電変換側印刷部２１Ａにより構成される。熱電変換溶液がインクとして用いられて第一シート基材２０に印刷された場合、第一シート基材２０を構成する紙の構造によっては、熱電変換溶液は、第一シート基材２０の平面２０Ａを通じて第一シート基材２０の内部に吸収されて、熱電変換側印刷部２１Ａが構成される。このようなものも本発明に含まれる。

熱電変換材料は、有機系のものと無機系のものが挙げられる。有機系の熱電変換材料として、例えば、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳＳ（３，４－エチレンジオキシチオフェン：ポリ（４－スチレンスルホン酸塩））、Ｐ３ＨＴ（３－ヘキシルチオフェン）、ポニフェニレンビニレン等の導電性ポリマーや、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。また、無機系の熱電変換材料として、例えば、金属酸化物系、テルル化合物系、シリコン化合物系、アンチモン化合物系などが挙げられる。

第一電極２２及び第二電極２３から成る電極は、第一シート基材２０の一方側の平面２０Ａに設けられる。そして、第一電極２２及び第二電極２３は、第一シート基材２０の長手方向（離間方向）に所定距離だけ離間して配置される。本実施形態における第一電極２２及び第二電極２３は、それぞれ第一シート基材２０の長手方向の端部、又はその近傍に設けられる。本実施形態において第一電極２２は、図２に示すように、第一導電性材料が含まれる導電性溶液により第一シート基材２０に印刷された熱電変換側印刷部２１Ａに重ねて第一シート基材２０に印刷された第一電極側印刷部２２Ａにより構成される。本実施形態では、第一シート基材２０は、紙で構成されるため、導電性溶液は、第一シート基材２０の平面２０Ａを通じて第一シート基材２０の内部にも吸収されて、第一電極側印刷部２２Ａが構成される。

また、本実施形態において第二電極２３は、図３（Ｂ）に示すように、第一導電性材料、又は、第一導電性材料とは異なる第二導電性材料が含まれる導電性溶液により第一シート基材２０に印刷された熱電変換側印刷部２１Ａに重ねて、第一電極側印刷部２２Ａとは別の位置において第一シート基材２０に印刷された第二電極側印刷部２３Ａにより構成される。本実施形態では、第一シート基材２０は、紙で構成されるため、導電性溶液は、第一シート基材２０の平面２０Ａを通じて第一シート基材２０の内部にも吸収されて、第二電極側印刷部２３Ａが構成される。

なお、第一導電性材料、及び、第二導電性材料として、例えば、白金（Ｐｔ）、銅（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）、インジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも１つ含んだものが一例として想定されるが、これに限るものではなく、その他の公知の導電性の材質であってもよい。そして、導電性溶液として、例えば、銀ナノワイヤー分散液が挙げられる。

また、熱電変換モジュール２は、図２に示すように、折返し部２５を有する。本実施形態において折返し部２５は、接続モジュール３の一方面３Ｂ側（下方面側：後述する導電層３１が設けられる側とは反対側）から、接続モジュール３の端部３Ｃの脇を経由して（通って）、他方面３Ａ側（上方面側）に回り込むように、折り返される。また、折返し部２５は、接続モジュール３との接続部分、又はその近傍に設けられ、より具体的には第一シート基材２０における第一電極側印刷部２２Ａと、熱電変換側印刷部２１Ａとの境界Ｋ１、又はその近傍に設けられる。

以上のような折返し部２５は、接続モジュール３を挟み込む挟み込み領域２５０を有する。挟み込み領域２５０では、接続モジュール３の導電層３１（導電側印刷部３１Ａ）が設けられる側において、第一電極側接続部３２と（第一電極接続側印刷部３２Ａ）と、第一電極２２（第一電極側印刷部２２Ａ）とが、第二シート基材３０のシート厚方向Ａにおいて対向すると共に、接触する。つまり、挟み込み領域２５０には、接続モジュール３の導電層３１（導電側印刷部３１Ａ）が設けられる側に形成される、熱電変換モジュール２と接続モジュール３との電気的な接続部分が含まれる。

また、折返し部２５は、開閉するように変形可能である。つまり、熱電変換モジュール２は、接続モジュール３との接続部分を支点として、回動するように変形可能である。従って、折返し部２５が開くように折返し部２５を変形させると、折返し部２５が成す角度は、段々大きくなり、折返し部２５が閉じるように折返し部２５を変形させると、折返し部２５が成す角度は、段々小さくなる。

また、本実施形態における発電ユニット１では、一方側（図２では上方側）の熱電変換モジュール２の第一電極２２（第一電極側印刷部２２Ａ）と、他方側（図２では下方側）の熱電変換モジュール２の第二電極２３（第二電極側印刷部２３Ａ）とが、外部回路に接続するための外部接続用電極となる。外部接続用電極を外部回路に接続すると、発電ユニット１で生じた起電力は、外部回路に印加される。

また、図２に示すように、２つの熱電変換モジュール２は、第一シート基材２０のシート厚方向Ａに並ぶ。つまり、２つの熱電変換モジュール２は、シート厚方向Ａから平面視した際、それぞれの第一シート基材２０の平面２０Ａ，２０Ｂが重なり合う姿勢で並ぶ。

また、２つの熱電変換モジュール２は、それぞれの第一電極２２同士、及び第二電極２３同士が同一側に位置する姿勢で配置される。つまり、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２及び第二電極２３が並ぶ方向を配列方向Ｂ（離間方向）と定義した場合、他方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２は、配列方向Ｂにおいて、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２と同一側に配置される。また、他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３は、配列方向Ｂにおいて、一方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３と同一側に配置される。図２では、２つの熱電変換モジュール２の第一電極２２同士は、配列方向Ｂの左側に配置され、第二電極２３同士は、配列方向Ｂの右側に配置されている。そして、シート厚方向Ａから２つの熱電変換モジュール２を平面視した際、２つの熱電変換モジュール２は、それぞれの第一電極２２同士、及び第二電極２３同士の少なくとも一部が重なるように配置される。

＜接続モジュール＞
接続モジュール３は、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、２つの熱電変換モジュール２の電極同士（第一電極２２と第二電極２３）を電気的に直列接続するものである。そして、接続モジュール３は、熱電変換モジュール２から分離可能に独立した、熱電変換モジュール２とは別のモジュールである。接続モジュール３は、熱電変換モジュール２と交互に重なり合う。そして、本実施形態では、接続モジュール３は、２つの熱電変換モジュール２の間に挟まれるように位置する。

このような接続モジュール３は、第二シート基材３０と、導電層３１と、を有する。第二シート基材３０は、シート状の基材である。第二シート基材３０は、印刷可能な材料で構成される。また、第二シート基材３０は、折り曲げ可能であるフレキシブルな材質で構成される。また、第二シート基材３０は、図３（Ｃ）に示すように、例えば、帯状に形成される。本実施形態において第二シート基材３０は、帯状の紙で構成される。

導電層３１は、図３（Ｄ）に示すように、第二シート基材３０の一方側の平面３０Ａに設けられる。そして、導電層３１は、一方側（上方側）の熱電変換モジュール２の第二電極２３と他方側（下方側）の熱電変換モジュール２の第一電極２２とを接続可能な長さを有する。本実施形態において一方側（上方側）の熱電変換モジュール２の第二電極２３と、他方側（下方側）の熱電変換モジュール２の第一電極２２とは、配列方向Ｂ（離間方向）において離間している。このため、導電層３１は、図２に示すように、配列方向Ｂ（離間方向）に沿って延在する。具体的に導電層３１は、第二シート基材３０の一方側の平面３０Ａに沿って、第二シート基材３０の長手方向の一端又はその近傍から、長手方向の他端又はその近傍までに延在する。

そのような導電層３１は、第一電極側接続部３２と、第二電極側接続部３３と、導電本体部３４と、を有する。第一電極側接続部３２は、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２（第一電極側印刷部２２Ａ）に接続される。第二電極側接続部３３は、他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３（第二電極側印刷部２３Ａ）に接続される。

導電本体部３４は、第一電極側接続部３２と第二電極側接続部３３の間において、第一電極側接続部３２及び第二電極側接続部３３の双方に連続すると共に、第一電極側接続部３２と第二電極側接続部３３を繋ぐ。そして、図２に示すように、発電ユニット１において、導電本体部３４は、第二シート基材３０のシート厚方向Ａにおいて、第一シート基材２０の平面２０Ａとは反対側の平面２０Ｂに対向する。

具体的に導電層３１は、第一導電性材料、又は、第二導電性材料、又は、第一導電性材料及び第二導電性材料とは異なる第三導電性材料が含まれる導電性溶液により第二シート基材３０に印刷された導電側印刷部３１Ａにより構成される。導電性溶液がインクとして用いられて第二シート基材３０に印刷された場合、第二シート基材３０を構成する紙の構造によっては、導電性溶液は、第二シート基材３０の平面３０Ａを通じて第二シート基材３０の内部に吸収されて、導電側印刷部３１Ａが構成される。このようなものも本発明に含まれる。なお、導電側印刷部３１Ａのうち、第一電極側接続部３２に対応するものを第一電極接続側印刷部３２Ａ、第二電極側接続部３３に対応するものを第二電極接続側印刷部３３Ａと、導電本体部３４に対応するものを導電本体側印刷部３４Ａと呼ぶこととする。

第三導電性材料として、第一導電性材料、及び、第二導電性材料で説明したものと同様のものが挙げられる。

また、発電ユニット１における接続モジュール３は、図２に示すように、折返し部３５を有する。本実施形態において折返し部３５は、熱電変換モジュール２の下方側２Ｅ（熱電変換層２１が設けられる側とは反対側）から、熱電変換モジュール２の端部２Ｃの脇を経由して（通って）、熱電変換モジュール２の上方側２Ｄ（熱電変換層２１が設けられる側）に回り込むように、折り返す。また、折返し部３５は、熱電変換モジュール２との接続部分、又はその近傍に設けられ、より具体的には、第二シート基材３０における第二電極接続側印刷部３３Ａと、導電本体側印刷部３４Ａとの境界Ｋ２、又はその近傍に設けられる。

以上のような折返し部３５は、熱電変換モジュール２を挟み込む挟み込み領域３５０を有する。挟み込み領域３５０では、熱電変換モジュール２の熱電変換層２１（熱電変換側印刷部２１Ａ）が設けられる側において、第二電極側接続部３３と（第二電極接続側印刷部３３Ａ）と、第二電極２３（第二電極側印刷部２３Ａ）とが、第一シート基材２０のシート厚方向Ａにおいて対向すると共に、接触する。つまり、挟み込み領域３５０には、熱電変換モジュール２の熱電変換層２１が設けられる側に形成される、熱電変換モジュール２と接続モジュール３との電気的な接続部分が含まれる。

また、折返し部３５は、開閉するように変形可能である。つまり、接続モジュール３は、熱電変換モジュール２との接続部分を支点として、回動するように変形可能である。従って、折返し部３５が開くように折返し部３５を変形させると、折返し部３５が成す角度は、段々大きくなり、折返し部３５が閉じるように折返し部３５を変形させると、折返し部３５が成す角度は、段々小さくなる。

なお、折返し部３５は、第一電極側接続部３２が含まれる側が折り返されたものであってもよい。この場合、その折返し部３５における第一電極側接続部３２は、熱電変換モジュール２の第一電極２２に対向し、接触する。また、その折返し部３５は、第二シート基材３０における第一電極接続側印刷部３２Ａと、導電本体側印刷部３４Ａとの境界、又はその近傍に設けられる。

＜取付部＞
取付部４は、図１（Ｂ）及び図２に示すように、電気的に接続されるように、接続モジュール３を着脱自在に２つの熱電変換モジュール２に取り付ける。具体的に、取付部４は、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２、及び他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３のそれぞれに導電層３１（第一電極側接続部３２、第二電極側接続部３３）を着脱自在に取り付ける。そして、取付部４は、第一電極側接続部３２に第一電極２２を接触させた状態で、又は、第二電極側接続部３３に第二電極２３を接触させた状態を維持する。これにより、２つの熱電変換モジュール２は、接続モジュール３により直列接続された状態になる。

取付部４として、例えば、接続モジュール３と熱電変換モジュール２とが相互に押し付けられた状態を維持可能であると共に、その状態を解除可能な拘束部材が挙げられる。拘束部材として、例えば、テープ等の粘着性部材、接続モジュール３及び熱電変換モジュール２の周囲に巻き付ける帯状の巻き付け部材、弾性力により接続モジュール３と熱電変換モジュール２とを相互に押し付ける弾性部材が挙げられるが、これに限定されるものではなく、接続モジュール３と熱電変換モジュール２とが相互に押し付けられた状態を維持可能であると共に、その状態を解除可能なものであれば、その他の部材であってもよい。また、取付部４として、例えば、接続モジュール３と熱電変換モジュール２とを着脱可能に電気的に連結する一対の連結部材が挙げられる。この場合、一対の連結部材の一方（第一連結部材片）が接続モジュール３の第一電極側接続部３２及び第二電極側接続部３３それぞれに設けられ、一対の連結部材の他方（第二連結部材片）が熱電変換モジュール２の第一電極２２及び第二電極２３それぞれに設けられる。連結態様として、例えば、嵌合による連結、引掛けによる連結、ネジ等による螺合による連結などが一例として挙げられるが、これら以外のものも本発明に含まれる。

本実施形態において取付部４は、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２に導電層３１を取り付けるものと、他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３に導電層３１を取り付けるものとがそれぞれ独立した部材として構成されている。一方で、図６（Ａ）に示すように、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２に導電層３１を取り付けるものと、他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３に導電層３１を取り付けるものとが繋がる１つの部材として構成されたものが想定される。この場合でも、取付部４としては、二つあると捉えるものとする。同様に、２つ以上の数のものが１つの部材として構成されたものがあっても、取付部４としては、それに対応する数あるものとして捉える。

以上のように取付部４は、着脱自在であるため、発電ユニット１の一部、例えば、接続モジュール３が断線状態になった場合、接続モジュール３を取り外して、新しい接続モジュール３に交換することができる。また、熱電変換モジュール２の熱電変換層２１又は電極に不具合が生じて起電力を生じることができない状態になった場合、熱電変換モジュール２を取り外して、新しい熱電変換モジュール２に交換することができる。つまり、本実施形態における発電ユニット１は、故障箇所があっても容易に交換することができる。

＜発電ユニットの製造工程＞
図４及び図５を参照して、本実施形態における発電ユニット１の製造方法について、以下説明する。本実施形態における発電ユニット１は、図４に示すように、熱電変換モジュール製造工程と、接続モジュール製造工程と、取付工程と、折り曲げ工程と、を有する。

熱電変換モジュール製造工程では、第一シート基材２０に、熱電変換層２１、並びに第一電極２２及び第二電極２３から成る電極が設けられる。本実施形態において熱電変換モジュール製造工程は、図４に示すように、熱電変換層印刷工程（ステップＳ１００）と、第一電極印刷工程（ステップＳ１０１）と、第二電極印刷工程（ステップＳ１０２）と、を有する。

熱電変換層印刷工程（ステップＳ１００）では、熱電変換材料が含まれる溶液により第一シート基材２０に印刷して熱電変換層２１となる熱電変換側印刷部２１Ａを第一シート基材２０に形成する。第一電極印刷工程（ステップＳ１０１）では、第一導電性材料が含まれる溶液により熱電変換側印刷部２１Ａに重ねて第一シート基材２０に印刷して第一電極２２となる第一電極側印刷部２２Ａを第一シート基材２０に形成する。第二電極印刷工程（ステップＳ１０２）では、第一導電性材料、又は、第一導電性材料とは異なる第二導電性材料が含まれる溶液により熱電変換側印刷部２１Ａに重ねて、第一シート基材２０の第一電極側印刷部２２Ａとは別の位置に印刷して第二電極２３となる第二電極側印刷部２３Ａを第一シート基材２０に形成する。なお、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２は、どちらが先に行われてもよい。また、第一電極側印刷部２２Ａ、及び第二電極側印刷部２３Ａは、一回の印刷工程で、第一シート基材２０に印刷されてもよい。この場合、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２は、１つのステップとなる。

接続モジュール製造工程（ステップＳ１０３）では、第二シート基材３０に、熱電変換モジュール２と電気的に接続可能な導電層３１が設けられる。そして、接続モジュール製造工程は、図４に示すように、導電層印刷工程を有する。導電層印刷工程（ステップＳ１０４）では、第一導電性材料、又は、第二導電性材料、又は、第一導電性材料及び第二導電性材料とは異なる第三導電性材料が含まれる溶液により第二シート基材３０に印刷して、導電層３１となる導電側印刷部３１Ａを第二シート基材３０に形成する。

取付工程（ステップＳ１０４）では、着脱自在な取付部４により、一方側の熱電変換モジュール２の第一電極２２（第一電極側印刷部２２Ａ）に導電層３１の一端を取り付けると共に、他方側の熱電変換モジュール２の第二電極２３（第二電極側印刷部２３Ａ）に導電層３１の他端を取り付ける。つまり、取付工程（ステップＳ１０４）では、図５（Ａ）に示すように、取付部４により接続モジュール３を介して、２つの熱電変換モジュール２を直列接続する。このとき、一方側の熱電変換モジュール２Ａと、接続モジュール３と、他方側の熱電変換モジュール２Ｂとは、それぞれの長手方向に沿って列状に延在する。

ただし、この際、一方側の熱電変換モジュール２Ａ及び他方側の熱電変換モジュール２Ｂにおける電極（第一電極２２、第二電極２３）と接続モジュール３の導電層３１とは、第一シート基材２０又は第二シート基材３０のシート厚方向Ａにおいて一部が対向しつつ、接触する。結果、図５（Ａ）に示すように、一方側の熱電変換モジュール２Ａ及び他方側の熱電変換モジュール２Ｂにおける熱電変換層２１はシート厚方向Ａの一方側（上方側）を向き、接続モジュール３の導電層３１はシート厚方向Ａの一方側（下方側）を向く。つまり、熱電変換モジュール２Ａ，２Ｂにおける熱電変換層２１が向く側と、接続モジュール３の導電層３１が向く側とは、反対になる。

折り曲げ工程（ステップＳ１０５）では、熱電変換モジュール２及び／又は接続モジュール３を折り曲げて、２つの熱電変換モジュール２の間に接続モジュール３が挟まれるようにする。本実施形態では、図５（Ａ）の矢印に示すように、熱電変換モジュール２Ａの第二電極２３側の端部２Ｃを折返し点として、接続モジュール３を熱電変換モジュール２Ａの下方側（熱電変換層２１が設けられる側とは反対側）に折り返す。これにより、接続モジュール３に折返し部３５が形成される。また、折返し部３５には、熱電変換モジュール２を挟み込む挟み込み領域３５０が形成される。結果、本実施形態における発電ユニット１は、図５（Ｂ）に示すように、熱電変換モジュール２Ａと接続モジュール３とが重なり合う状態になる。

さらに、図５（Ｂ）の矢印に示すように、接続モジュール３の第一電極側接続部３２側の端部３Ｃを折返し点として、熱電変換モジュール２Ｂを接続モジュール３の下方側（導電層３１が設けられる側とは反対側）に折り返す。これにより、熱電変換モジュール２Ｂに折返し部２５が形成される。また、折返し部３５には、接続モジュール３を挟み込む挟み込み領域２５０が形成される。結果、本実施形態における発電ユニット１は、図５（Ｃ）に示すように、熱電変換モジュール２Ａ、接続モジュール３、熱電変換モジュール２Ｂが順に重なり合う状態になると共に、蛇腹状に構成される。

＜発電ユニットの変形例＞
なお、図６（Ａ）に示すように、発電ユニット１は、接続モジュール３に折返し部３５がなく、代わりに２つの熱電変換モジュール２が折返し部２５を有するものであってもよい。また、図６（Ｂ）に示すように、発電ユニット１は、２つの熱電変換モジュール２それぞれに折返し部２５がなく、接続モジュール３が両端側において折返し部３５を有するものであってもよい。また、発電ユニット１は、ｎ個（図７では６個）の熱電変換モジュール２と、（ｎ－１）個（図７では５個）の接続モジュール３と、２（ｎ－１）個の取付部４と、を有するように構成されてもよい。この場合、ｎ個の熱電変換モジュール２は、（ｎ－１）個の接続モジュール３により直列接続される。

＜発電ユニットの使用例＞
以上のように構成される発電ユニット１を、図８に示すように、例えば、筐体７０に入れて、地面８０に挿入すると、各熱電変換モジュール２の各第一電極２２に近位な側を高温側の地中に位置させ、各第二電極２３に近位な側を低音側の大気中に位置させることができる。この場合、各熱電変換モジュール２に生じる起電力の向きは同じとなる。そして、各熱電変換モジュール２は、接続モジュール３により直列接続されているため、発電ユニット１全体に生じる起電力は大きくなる。つまり、本実施形態における発電ユニット１によれば、各熱電変換モジュール２の数を増やせば、発電ユニット１の外部接続用電極を通じて発電ユニット１に繋いだ回路９０の負荷９１に、大きな電力を供給することができる。

一方で、発電ユニット１は、各熱電変換モジュール２の数を増やしても蛇腹状に形成されるため、折り畳んで、発電ユニット１の大きさを小さくすることができるという利点がある。従って、各熱電変換モジュール２の数を増やしても、筐体７０における発電ユニット１の専有体積の増加率を抑えることができる。

以上のことは、別の環境において、発電ユニット１の各熱電変換モジュール２の各第一電極２２に近位な側を高温側に位置させ、各第二電極２３に近位な側を低音側に位置させても、同様である。また、発電ユニット１の各熱電変換モジュール２の各第二電極２３に近位な側を高温側に位置させ、各第一電極２２に近位な側を低音側に位置させても、同様である。

尚、本発明の発電ユニットは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 発電ユニット
２，２Ａ，２Ｂ 熱電変換モジュール
２Ｃ 端部
３ 接続モジュール
３Ｃ 端部
４ 取付部
２０ 第一シート基材
２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａ 平面
２１ 熱電変換層
２１Ａ 熱電変換側印刷部
２２ 第一電極
２２Ａ 第一電極側印刷部
２３ 第二電極
２３Ａ 第二電極側印刷部
２５，３５ 折返し部
３０ 第二シート基材
３１ 導電層
３１Ａ 導電側印刷部
３２ 第一電極側接続部
３２Ａ 第一電極接続側印刷部
３３ 第二電極側接続部
３３Ａ 第二電極接続側印刷部
３４ 導電本体部
３４Ａ 導電本体側印刷部
２５０，３５０ 挟み込み領域
Ａ シート厚方向
Ｂ 配列方向

Claims (3)

1. シート状の第一シート基材に、熱電変換層、並びに、第一電極及び第二電極が設けられる少なくとも二つの熱電変換モジュールと、
   シート状の第二シート基材に、前記熱電変換モジュールを電気的に接続可能な導電層が設けられる少なくとも一つの接続モジュールと、
   前記接続モジュールと隣接する二つの前記熱電変換モジュールとが電気的に接続されるように、一方の前記熱電変換モジュールの前記第一電極、及び他方の前記熱電変換モジュールの前記第二電極の双方に前記導電層を着脱自在に取り付ける少なくとも二つの取付部と、
   を備え、
   前記熱電変換モジュール及び前記接続モジュールは、交互に重なり合い、
   前記熱電変換モジュールそれぞれは、前記第一電極及び前記第二電極それぞれが同一側に配置される姿勢となることを特徴とする、
   発電ユニット。
2. 前記熱電変換モジュール及び前記接続モジュールの少なくとも一方は、前記第一電極及び前記第二電極と前記導電層との接続部分、又はその近傍で、折り返す折返し部を有することを特徴とする、
   請求項１に記載の発電ユニット。
3. 前記第一シート基材は、印刷可能な材料で構成され、
   前記熱電変換層は、熱電変換材料が含まれる溶液により前記第一シート基材に印刷された熱電変換側印刷部により構成され、
   前記第一電極は、第一導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて前記第一シート基材に印刷された第一電極側印刷部により構成され、
   前記第二電極は、前記第一導電性材料、又は、前記第一導電性材料とは異なる第二導電性材料が含まれる溶液により前記熱電変換側印刷部に重ねて、前記第一電極側印刷部とは別の位置において前記第一シート基材に印刷された第二電極側印刷部により構成され、
   前記第二シート基材は、印刷可能な材料で構成され、
   前記導電層は、前記第一導電性材料、又は、前記第二導電性材料、又は、前記第一導電性材料及び前記第二導電性材料とは異なる第三導電性材料が含まれる溶液により前記第二シート基材に印刷された導電側印刷部により構成され、
   前記取付部は、前記導電側印刷部が、隣接する一方側の前記熱電変換モジュールの前記第一電極側印刷部、及び、隣接する他方側の前記熱電変換モジュールの前記第二電極側印刷部に重なり合うように、前記接続モジュールを隣接する前記熱電変換モジュールに取り付けることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の発電ユニット。

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