JP7469967B2 - Thermoelectric power generation device - Google Patents
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Description
本発明は、熱発電装置に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric power generation device.
特許文献1には、高温側と低温側との温度差によって起電力を発生させる熱発電装置が開示されている。特許文献1の熱発電装置は、高温側の一端と低温側の他端との温度差により起電力が生じる熱電変換素子と、熱電変換素子を封止する封止部材と、を備える。
封止部材は、第1部材及び第2部材からなる。封止部材の第1部材は、熱電変換素子の一端に対向する当接部材を有する。熱電変換素子の他端と封止部材の第2部材との間には熱伝導部材が設けられており、熱伝導部材は第2部材を介して冷却手段により冷却される。封止部材の内部に熱伝導部材が備えられていることにより、封止部材の厚みをある程度確保することができ、封止部材の熱変形が各部材間の熱伝達に及ぼす影響を緩和することができる。 The sealing member is composed of a first member and a second member. The first member of the sealing member has an abutment member that faces one end of the thermoelectric conversion element. A thermally conductive member is provided between the other end of the thermoelectric conversion element and the second member of the sealing member, and the thermally conductive member is cooled by the cooling means via the second member. By providing a thermally conductive member inside the sealing member, it is possible to ensure a certain degree of thickness of the sealing member, and to mitigate the effect of thermal deformation of the sealing member on heat transfer between each member.
特許文献1に開示される第1部材、第2部材、及び熱伝導部材のように熱電変換素子との間で熱伝導が生じる構成部品は、一般に、重量やコストを考慮しつつ熱伝導率が優れた金属で構成される。
The components that generate heat conduction between the thermoelectric conversion element, such as the first member, second member, and heat-conducting member disclosed in
熱発電装置において各構成部品に異なる金属材料が用いられる場合、材質が異なる部品同士が接触すると、両者の間で電蝕が生じるおそれがある。このような電蝕の発生により、熱発電装置の耐久性が低下するおそれがある。 When different metal materials are used for each component of a thermoelectric power generation device, there is a risk of electrical corrosion occurring between the components made of different materials when they come into contact with each other. This electrical corrosion may reduce the durability of the thermoelectric power generation device.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱発電装置の耐久性を向上させることを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to improve the durability of thermoelectric power generation devices.
本発明は、熱発電装置であって、互いに異なる金属からなる第1部材及び第2部材と、第1部材及び第2部材のそれぞれに熱的に接続され第1部材と第2部材との温度差を電力に変換する熱電変換素子と、第1部材に設けられ熱電変換素子を支持する第1熱伝導部材と、第2部材に設けられ第1熱伝導部材と共に熱電変換素子を支持する第2熱伝導部材と、を備え、第1熱伝導部材は、第1部材と同じ金属からなり、第2熱伝導部材は、第2部材と同じ金属からなり、第1熱伝導部材と第2熱伝導部材とは、棒状に形成され、それぞれの端部において前記熱電変換素子を支持することを特徴とする。 The present invention is a thermoelectric power generation device comprising a first member and a second member made of different metals, a thermoelectric conversion element thermally connected to each of the first member and the second member and converting the temperature difference between the first member and the second member into electric power, a first heat conduction member provided on the first member and supporting the thermoelectric conversion element, and a second heat conduction member provided on the second member and supporting the thermoelectric conversion element together with the first heat conduction member, wherein the first heat conduction member is made of the same metal as the first member and the second heat conduction member is made of the same metal as the second member, and the first heat conduction member and the second heat conduction member are formed in a rod shape and support the thermoelectric conversion element at their respective ends .
この発明では、熱伝導部材は、第1部材に取り付けられる場合には第1部材と同じ材質とされ、第2部材に取り付けられる場合には第2部材と同じ材質とされる。このため、第1部材及び第2部材と熱伝導部材との間での電蝕の発生が抑制される。In this invention, the heat conductive member is made of the same material as the first member when attached to the first member, and is made of the same material as the second member when attached to the second member, thereby suppressing the occurrence of electrolytic corrosion between the heat conductive member and the first and second members.
また、本発明は、第1部材は、発熱源に取り付けられ、第2部材は、第2部材の熱を大気に放熱するためのヒートシンクとして構成され、第2部材及び第2熱伝導部材は、第1熱伝導部材よりも熱伝導率が高い材料によって形成され、第2熱伝導部材の長さは、第1熱伝導部材の長さよりも長いことを特徴とする。The present invention is also characterized in that the first member is attached to a heat source, the second member is configured as a heat sink for dissipating heat from the second member to the atmosphere, the second member and the second heat conduction member are formed of a material having a higher thermal conductivity than the first heat conduction member, and the length of the second heat conduction member is longer than the length of the first heat conduction member.
また、本発明は、第1部材及び第1熱伝導部材が、鋼材によって形成され、第2部材及び第2熱伝導部材が、アルミニウム系又は銅系材料によって形成され、第1部材が、発熱源に取り付けられ、第2部材が、第2部材の熱を大気に放熱するためのヒートシンクとして構成され、第2熱伝導部材の長さが、第1熱伝導部材の長さよりも長いことを特徴とする。 The present invention is also characterized in that the first member and the first heat conduction member are formed of steel, the second member and the second heat conduction member are formed of an aluminum-based or copper-based material, the first member is attached to a heat source, the second member is configured as a heat sink for dissipating heat from the second member to the atmosphere , and the length of the second heat conduction member is longer than the length of the first heat conduction member.
これらの発明では、第1熱伝導部材よりも熱伝導率が高い第2熱伝導部材を長く構成することで、熱発電装置の発電効率を高めることができる。 In these inventions , the power generation efficiency of the thermal power generation device can be increased by configuring the second heat conductive member, which has a higher thermal conductivity than the first heat conductive member, to be long.
また、本発明は、筒状に形成され第1部材と第2部材とに挟まれて設けられる樹脂製の断熱部材を備え、第1部材と第2部材とは、断熱部材を介して互いに連結されることを特徴とする。 The present invention is also characterized in that it includes a resin insulating member that is formed into a cylindrical shape and sandwiched between a first member and a second member, and the first member and the second member are connected to each other via the insulating member.
この発明では、断熱部材によって第1部材と第2部材とが断熱される共に、両者の直接の接触が回避されて電蝕の発生が防止される。 In this invention, the first and second members are insulated from each other by the insulating member, and direct contact between the two members is avoided, preventing the occurrence of electrolytic corrosion.
また、本発明は、第1部材及び第2部材の一方に設けられ雌ねじが形成される第1ねじ部材と、第1ねじ部の雌ねじに螺合する雄ねじが形成され、第1部材及び第2部材の他方を挿通して第1ねじ部材に螺合することで第1部材と第2部材とを連結する樹脂製の第2ねじ部材と、をさらに備え、第1ねじ部材と第1部材及び第2部材の他方との間には隙間が形成され、互いに接触せずに離間していることを特徴とする。 The present invention further comprises a first screw member provided on one of the first member and the second member and having a female thread formed thereon, and a second screw member made of resin having a male thread formed thereon that screws into the female thread of the first screw portion and connects the first member and the second member by inserting the other of the first member and the second member and screwing into the first screw member, and is characterized in that a gap is formed between the first screw member and the other of the first member and the second member, so that they are separated from each other without contacting each other.
この発明では、樹脂製の樹脂ねじによって第1部材と第2部材とが連結されるため、金属製のねじ部材を利用することによる電蝕の発生が防止される。また、連結部材と第1部材及び第2部材の他方との接触による電蝕の発生が防止される。 In this invention, the first member and the second member are connected by a resin screw made of resin, so that the occurrence of electrolytic corrosion caused by using a metal screw member is prevented. In addition, the occurrence of electrolytic corrosion caused by contact between the connecting member and the other of the first member and the second member is prevented.
本発明によれば、熱発電装置の耐久性が向上する。 The present invention improves the durability of the thermoelectric power generation device.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱発電装置100について説明する。
The following describes a thermoelectric
熱発電装置100は、例えば、建設機械(油圧ショベルなど)の流体圧システムに設けられるセンサ装置101の電源として用いられる。
The thermoelectric
まず、図1を参照して、熱発電装置100が適用されるセンサ装置101について説明する。
First, referring to FIG. 1, we will explain the
以下では、センサ装置101が、ブーム,アーム,及びバケットといった駆動対象(図示省略)を駆動する流体圧システムの油圧シリンダ1(流体圧シリンダ)で生じる作動油の漏れを検出する油漏れセンサである場合を説明する。
The following describes the case where the
図1に示すように、油圧シリンダ1は、筒状のシリンダチューブ2と、シリンダチューブ2に挿入されるピストンロッド3と、ピストンロッド3の基端に設けられるピストン4と、を備える。ピストン4は、シリンダチューブ2の内周面に沿って摺動自在に設けられる。シリンダチューブ2の内部は、ピストン4によってロッド側室2aと反ロッド側室2bとに区画される。
As shown in FIG. 1, the
ピストンロッド3は、先端がシリンダチューブ2の開口端から延出している。図示しない油圧源からロッド側室2a又は反ロッド側室2bに選択的に作動油が導かれると、ピストンロッド3は、シリンダチューブ2に対して移動する。これにより、油圧シリンダ1は伸縮作動する。
The tip of the
シリンダチューブ2の開口端には、ピストンロッド3が挿通するシリンダヘッド5が設けられる。シリンダヘッド5は、複数のボルト6を用いてシリンダチューブ2の開口端に締結される。シリンダチューブ2及びシリンダヘッド5は、鉄系材料、具体的には、鋼材によって形成される。
A
図2に示すように、シリンダヘッド5には、ピストンロッド3の外周面とシリンダヘッド5の内周面との間の環状の隙間(以下、「環状隙間8」と称する。)を封止するロッドシール7aと、環状隙間8を封止し、ロッドシール7aと共に検出空間9を区画する検出シール7bと、ピストンロッド3を摺動自在に支持するブッシュ7cと、ピストンロッド3の外周面に付着するダストをかき出して、外部からシリンダチューブ2内へのダストの侵入を防止するダストシール7dと、が設けられる。
As shown in FIG. 2, the
センサ装置101は、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5の外周部に取り付けられ、ピストンロッド3の外周面とシリンダヘッド5の内周面との間の環状隙間8から漏れ出す作動油の圧力を検出する。センサ装置101の検出結果は、コントローラ102に無線通信によって送信される。コントローラ102は、センサ装置101の検出結果に基づいて、油圧シリンダ1における油漏れの有無を判定する。
The
センサ装置101は、第1部材としてのハウジング20と第2部材としての放熱部材30との温度差によって発電する熱発電装置100と、油圧シリンダ1のロッド側室2aから環状隙間8に漏れ出した作動油の圧力を検出するセンサ部としての圧力センサ80と、それぞれ配線16,82を通じて熱発電装置100及び圧力センサ80が電気的に接続される回路基板81と、を備える。回路基板81には、熱発電装置100が発電した電力を圧力センサ80に供給する電源回路と、圧力センサ80の検出結果をコントローラ102に無線送信する通信回路と、が実装される。
The
熱発電装置100は、ケース10と、ケース10に収容され吸熱面15aと放熱面15bとの温度差に応じて起電力を生じる熱電変換素子(以下、単に「熱電素子15」と称する。)と、を備える。
The thermoelectric
ケース10は、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5に取り付けられるハウジング20と、外周に複数のフィン31aを備えるヒートシンクとして構成される放熱部材30と、ハウジング20と放熱部材30とに挟まれて熱電素子15を囲う樹脂製の断熱部材としてのスペーサ40と、を有する。
The
ハウジング20は、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5と同様の鉄系材料(より具体的には鋼材)によって形成され、シリンダヘッド5に取り付けられる。ハウジング20が鋼材によって形成されることで、ハウジング20(ひいてはケース10)の耐久性が確保されると共に、取付対象であるシリンダヘッド5との間での電蝕の発生を防止することができる。ハウジング20には、発熱源である油圧シリンダ1で発生する熱がシリンダヘッド5を通じて伝達される。
The
ハウジング20には、端面に開口し熱電素子15を収容する収容凹部21と、収容凹部21に開口し圧力センサ80を収容するセンサ収容穴22と、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5に当接するハウジング20の当接面に開口すると共にセンサ収容穴22に開口する連通路23と、が形成される。連通路23は、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5に形成されたヘッド側通路9aを通じて検出空間9に連通する。これにより、環状隙間8を通じて検出空間9に漏れ出した作動油の圧力が、ヘッド側通路9a及び連通路23を通じてセンサ収容穴22に導かれて、当該圧力が圧力センサ80によって検知される。
The
ハウジング20には、ハウジング20の熱を熱電素子15の吸熱面15aに伝達する熱伝導部材としての第1熱伝導部材50が取り付けられる。第1熱伝導部材50は、ハウジング20と同様の材質(本実施形態では鋼材)で形成される円柱状の棒状部材であり、一端部が取付ボルト70によってハウジング20の収容凹部21の底部に取り付けられる。取付ボルト70は、両端部にねじ部が形成されるスタッドボルト(全ねじボルト)であり、両端部がそれぞれ収容凹部21の底部及び第1熱伝導部材50の一方の端面に形成される雌ねじに螺合する。第1熱伝導部材50の他端部(先端部)には、接着剤55によって熱電素子15が取り付けられる。なお、接着剤55は、熱伝導性に優れた液状の接着剤である。接着剤55は、液状のものに限られず、固体状のものやシート状の接着テープのようなものでもよい。
The
放熱部材30は、熱伝導率に優れる材質、例えば、アルミニウム系又は銅系材料によって形成される。このように、放熱部材30は、鋼材であるハウジング20とは異なる金属で形成されており、ハウジング20よりも熱伝導性に優れている。
The
放熱部材30は、一端が閉塞端として構成される有底円筒状に形成される。放熱部材30の外周には、円環状に形成される複数のフィン31aが軸方向に並んで設けられる。放熱部材30の底部には、放熱部材30の外側へ向けて軸方向に突出するボス部32が設けられる。
The
図2及び図3に示すように、放熱部材30の底部には、回路基板81が挿通するスリット32bが形成される。回路基板81の一部は、後述するハウジング20及びスペーサ40の内側の収容空間S1からスリット32bを通じて放熱部材30の内側空間S2へと突出する。なお、図3は、図2中のA矢印方向からみた放熱部材30の平面図である。
As shown in Figures 2 and 3, a
放熱部材30の内側空間S2は、回路基板81の一部及び後述する樹脂ねじ72のヘッドと共にモールド樹脂35によってポッティングされて封止される。このように、回路基板81は、金属製のハウジング20や放熱部材30の内側にすべてが収容されるのではなく、その一部がハウジング20の内側の収容空間S1の外部、具体的には熱発電装置100の外部に臨む(露出する)放熱部材30の内側空間S2に突出する。これにより、回路基板81に設けられる通信手段による無線通信を安定して行うことができる。なお、放熱部材30の内側空間S2は、モールド樹脂35によって封止されているが、樹脂は金属と比較して通信電波を妨害しにくいため、モールド樹脂35によって封止してもの充分に無線通信の安定化を行うことができる。なお、モールド樹脂35は必須の構成ではなく、内側空間S2はポッティングされていなくてもよい。
The inner space S2 of the
放熱部材30には、熱電素子15の放熱面15bの熱を放熱部材30に伝達する熱伝導部材としての第2熱伝導部材51が取り付けられる。第2熱伝導部材51は、放熱部材30と同様の材質であって第1熱伝導部材50と略同径の円柱状の棒状部材である。第2熱伝導部材51は、一端部に取付ボルト71が挿入され取付ボルト71によって放熱部材30のボス部32の先端面32aに取り付けられる。取付ボルト71は、放熱部材30の底部の挿通穴30aを挿通して、第2熱伝導部材51の一端部に設けられた雌ねじに螺合する。第2熱伝導部材51の他端部(先端部)には、接着剤55によって熱電素子15が取り付けられる。
A second
このように、熱電素子15は、ハウジング20に取り付けられる第1熱伝導部材50と放熱部材30に取り付けられる第2熱伝導部材51とによって挟持(支持)される。
In this way, the
スペーサ40は、断熱性が高い樹脂材料によって形成される。スペーサ40は、その径方向の中央に中心軸に沿った貫通孔40aを有しており、熱電素子15を囲うように円筒状に形成される。スペーサ40は、ハウジング20と放熱部材30とによって挟持され、図示しない接着剤によりハウジング20と放熱部材30とに連結される。スペーサ40は、外周面がテーパ状に形成される本体部41と、ハウジング20の収容凹部21に挿入される挿入部42と、を有する。
The
本体部41の外周は、スペーサ40の軸方向に沿ってハウジング20から離れるにつれて、言い換えれば、ハウジング20から放熱部材30に向かうにつれて外径が大きくなるテーパ状に形成される。挿入部42は、本体部41の端部からハウジング20に向けて軸方向に突出するように形成される。挿入部42の外径は、本体部41の端部の外径(本体部41の最小外径)よりも小さく形成され、挿入部42と本体部41との外径差により形成される段差面が、ハウジング20の端面に当接する。
The outer periphery of the
ハウジング20の収容凹部21とスペーサ40の貫通孔40aによって、熱電素子15を収容する収容空間S1が形成される。スペーサ40の内周面には、図4に示すように、回路基板81の両縁が挿入され回路基板81を支持するスリット40bが軸方向に延びて形成される。なお、図4は、図2中のA矢印方向からみたスペーサ40の平面図である。また、図4では、回路基板81を二点鎖線で模式的に示している。
The
また、スペーサ40の貫通孔40aの内周面には、第1熱伝導部材50及び第2熱伝導部材51が挿入される溝部としての収容溝40cが軸方向に延びて形成される。収容溝40cは、第1熱伝導部材50及び第2熱伝導部材51の外形に合わせた略半円形断面を有する溝である。また、収容溝40c、第1熱伝導部材50、及び第2熱伝導部材51は、ハウジング20の収容凹部21の中心からずれた位置に設けられている(図2及び図4参照)。収容溝40cは、熱発電装置100及びセンサ装置101の組み立ての際に、第1熱伝導部材50と第2熱伝導部材51との周方向の位置合わせの機能を発揮する。
The inner circumferential surface of the through
図2に示すように、放熱部材30のボス部32は、ハウジング20とは反対側からスペーサ40の貫通孔40aに挿入される。これにより、スペーサ40の貫通孔40aの一方の開口が、放熱部材30によって閉塞される。言い換えれば、ハウジング20の収容凹部21とスペーサ40の貫通孔40aによって形成される収容空間S1が、放熱部材30によって閉塞される。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング20と放熱部材30とは、スペーサ40を介して互いに連結されるものであり、両者は直接接触しない。よって、ハウジング20と放熱部材30との間の熱伝導がスペーサ40によって抑制される。さらに、互いに材質が異なるハウジング20と放熱部材30との直接の接触が樹脂製のスペーサ40によって回避されるため、ハウジング20と放熱部材30との接触による電蝕の発生を防止することができる。
The
このように、スペーサ40は、ハウジング20と放熱部材30とを直接接触させないスペーサとしての機能に加えて、ハウジング20と放熱部材30との間の熱伝導を抑制する断熱部材としても機能する。さらに、スペーサ40は、熱電素子15を囲うように設けられ、熱電素子15を収容する収容空間S1をハウジング20と共に形成する。これにより、外気の影響による収容空間S1内の温度変化、具体的には、第1熱伝導部材50及び第2熱伝導部材51の温度変化がスペーサ40によって抑制される。
In this way, the
また、ハウジング20と放熱部材30は、ハウジング20に設けられ先端に雌ねじが形成される第1ねじ部材としての連結部材52と、放熱部材30を挿通し連結部材52の雌ねじに螺合する雄ねじが形成される樹脂製の第2ねじ部材としての樹脂ねじ72と、によって互いに連結される。つまり、ハウジング20と連結部材52とは、スペーサ40を介して連結されると共に、連結部材52と樹脂ねじ72とによって連結されている。
The
連結部材52は、ハウジング20と同様の材質(鋼材)によって形成される円柱状の部材であり、一端がハウジング20の収容凹部21の底部に取り付けられる。ハウジング20に取り付けられる連結部材52がハウジング20と同様の材質で形成されることで、ハウジング20と連結部材52との間の電蝕の発生が防止される。
The connecting
連結部材52は、第1熱伝導部材50と同様に、収容凹部21の底部と連結部材52との両方に螺合するスタッドボルトなどの取付ボルト73によってハウジング20に取り付けられる。連結部材52の他端は、放熱部材30のボス部32の先端面32aには接触せずに離間している。つまり、連結部材52の軸方向において、連結部材52の先端と放熱部材30との間には隙間が形成されており、連結部材52と放熱部材30とは接触しないように構成されている。詳細な図示は省略するが、本実施形態では、3つの連結部材52がハウジング20に取り付けられる。
The connecting
樹脂ねじ72は、断熱性に優れた樹脂材料によって形成される。樹脂ねじ72は、放熱部材30の底部(ボス部32)に形成される挿通孔32cを挿通して連結部材52に螺合する。挿通孔32cは、連結部材52に対応して放熱部材30の底部に3つ形成される(図3参照)樹脂ねじ72を所定の締め付け力によって締め付けることで、ハウジング20と放熱部材30とがねじ締結される。なお、樹脂ねじ72を所定の締め付け力で締め付けた状態であっても、連結部材52と放熱部材30の底部との間には隙間が存在する。
The
熱電素子15は、互いに平行な一対の平面である吸熱面15a及び放熱面15bを有し、吸熱面15aと放熱面15bとの温度差によって起電力を生じるゼーベック素子である。熱電素子15は、接着剤55によって吸熱面15aが第1熱伝導部材50の先端面に接着され、放熱面15bが第2熱伝導部材51の先端面に接着される。このように、吸熱面15aは、第1熱伝導部材50を通じてハウジング20に熱的に接続されている。また、放熱面15bは、第2熱伝導部材51を通じて放熱部材30に熱的に接続されている。接着剤55は、熱伝導率に優れたものを使用することが望ましい。
The
熱電素子15は、吸熱面15aで熱を吸熱して放熱面15bから熱を放熱することによって、内部に温度差が発生して起電力を生じる。つまり、熱電素子15は、第1熱伝導部材50を通じて吸熱面15aに伝達されるハウジング20の温度と、第2熱伝導部材51を通じて放熱面15bに伝達される放熱部材30の温度と、の差に応じた起電力を発生させる。熱電素子15の起電力は、配線16を通じて接続される回路基板81に供給される。
The
以上のように、熱発電装置100では、油圧シリンダ1で発生する熱がハウジング20から第1熱伝導部材50を通じて熱電素子15の吸熱面15aに吸熱される。熱電素子15の吸熱面15aに吸熱された熱が放熱面15bから第2熱伝導部材51及び放熱部材30を通じて大気中に放熱されることで熱電素子15によって発電される。熱発電装置100の熱電素子15が発電した電力は、回路基板81に供給され、圧力センサ80や通信回路が駆動される。このように、センサ装置101は、センシング対象である油圧シリンダ1で発生する熱を利用して発電する熱発電装置100を備えることで、外部からの電力供給を受けずに独立して駆動することができる。よって、センサ装置101へ給電するための配線をセンサ装置101や油圧シリンダ1の周囲に取り回す必要がなく、センサ装置101の取り付けが容易となる。
As described above, in the thermal
また、ハウジング20に取り付けられる第1熱伝導部材50の軸方向の長さL1は、放熱部材30に取り付けられる第2熱伝導部材51の軸方向の長さL2よりも短く形成される。また、上述のように、第1熱伝導部材50と第2熱伝導部材51とは、略同径の円柱状に形成される。相対的に熱伝導率に優れる第2熱伝導部材51を第1熱伝導部材50よりも長く構成することで、熱発電装置100の発電効率を高めることができる。
The axial length L1 of the first
次に、センサ装置101の製造方法について説明する。
Next, we will explain the manufacturing method of the
本実施形態では、放熱部材30、スペーサ40、熱電素子15、回路基板81、及び圧力センサ80をアセンブリ化し、このアセンブリをハウジング20に取り付けることでセンサ装置101が製造される。以下、具体的に説明する。
In this embodiment, the
まず、取付ボルト71によって第2熱伝導部材51を放熱部材30に取り付ける。
First, the second
次に、放熱部材30とスペーサ40とを組み立てる。具体的には、第2熱伝導部材51をスペーサ40の内周の収容溝40cに挿入しつつ放熱部材30のボス部32をスペーサ40の貫通孔40aに挿入し、放熱部材30とスペーサ40とを接着剤によって接着する。
Next, the
次に、配線16,82によって回路基板81に圧力センサ80と熱電素子15とを接続する。さらに、回路基板81をスペーサ40の開口から内周面のスリット40b(図4参照)に挿入し、放熱部材30のボス部32に形成されたスリット32b(図3参照)を通過させて一部を放熱部材30の内側空間S2に突出させる。このようにして、放熱部材30を含むアセンブリが構成される。
Next, the
次に、第2熱伝導部材51の先端に接着剤55を塗布する。この際、例えば図5に示すように、放熱部材30の中心軸が略水平に延び、放熱部材30に取り付けられた第2熱伝導部材51が放熱部材30の中心軸よりも鉛直方向の下方に位置するような姿勢で、第2熱伝導部材51の先端に接着剤55が塗布される。図5は、図中下側が鉛直方向の下方を示すものであり、左右方向が水平方向を示すものである。このようにすることで、第2熱伝導部材51の先端とスペーサ40の内周の収容溝40cとで形成される空間Cが接着剤55を貯留するポケットとして機能するため、第2熱伝導部材51の先端から接着剤55が液だれすることを抑制できる。そして、このようにして第2熱伝導部材51の先端に付着された接着剤55に熱電素子15を押し付けて、所定時間経過させて接着剤55を硬化させる。これにより、熱電素子15は、第2熱伝導部材51の先端に取り付けられる。
Next, adhesive 55 is applied to the tip of the second
次に、取付ボルト70によってハウジング20の底部に第1熱伝導部材50を取り付けると共に、取付ボルト73によってハウジング20の底部に連結部材52を取り付ける。
Next, the first
次に、放熱部材30を含むアセンブリとハウジング20とを組み立てる。具体的には、まず、第1熱伝導部材50の先端に接着剤55を付着させる。そして、第1熱伝導部材50とスペーサ40の内周の収容溝40c(図4及び図5参照)との位置を合わせるようにしてスペーサ40をハウジング20の収容凹部21に挿入する。さらに、第1熱伝導部材50の先端に付着された接着剤55に第2熱伝導部材51の先端に取り付けられた熱電素子15を押し付けて、第1熱伝導部材50の先端に熱電素子15を接着する。また、スペーサ40をハウジング20の収容凹部21に挿入するのに伴い、圧力センサ80をハウジング20の底部のセンサ収容穴22に収容してハウジング20に取り付ける。さらに、スペーサ40とハウジング20との間にも接着剤を塗布して、両者を接着剤によって固定する。
Next, the assembly including the
次に、放熱部材30の内側から樹脂ねじ72をボス部32の挿通孔32cに挿入し、連結部材52と螺合させ所定の締め付け力で締結する。そして、放熱部材30の内側空間S2をモールド樹脂35によって充填する。
Next, the
以上の工程により、図2に示すセンサ装置101の組み立てが完了する。
The above steps complete the assembly of the
センサ装置101の組み立ては、上記で説明した順序に限られず、可能な限りその順序は入れ換えてよい。また、各工程は、可能な限り同時に行ってもよい。なお、例えば、熱電素子15をハウジング20の第1熱伝導部材50に接着し、圧力センサ80をハウジング20に取り付けた状態で熱電素子15及び圧力センサ80を回路基板81に接続するのは、配線作業が煩雑となる。このため、センサ装置101の組み立てを効率よく行うには、上述のように予め熱電素子15、圧力センサ80、及び回路基板81を接続してアセンブリ化しておき、当該アセンブリを放熱部材30(及びスペーサ40)に取り付けるようにすることが望ましい。
The assembly of the
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 The above embodiment provides the following advantages:
熱発電装置100では、ハウジング20に取り付けられる第1熱伝導部材50はハウジング20と同様の材質である鋼材によって形成され、放熱部材30に取り付けられる第2熱伝導部材51は放熱部材30と同様の材質であるアルミニウム系又は銅系材料によって形成される。このため、ハウジング20と第1熱伝導部材50との間、及び、放熱部材30と第2熱伝導部材51との間における電蝕の発生を防止できる。これにより、熱発電装置100の耐久性を向上させることができる。
In the thermal
また、ハウジング20と放熱部材30とは、スペーサ40を介して互いに連結され、互いに直接接触しない。これにより、ハウジング20と放熱部材30との接触による電蝕を防止することができる。
In addition, the
また、ハウジング20と放熱部材30とは、ハウジング20に設けられる連結部材52と放熱部材30を挿通する樹脂ねじ72とによってねじ締結される。金属製ではなく樹脂製の樹脂ねじ72が利用されるため、連結部材52と樹脂ねじ72との電蝕の発生を防止できる。
The
また、連結部材52と放熱部材30とは接触せず、両者の間には隙間が形成される。これにより、連結部材52を通じたハウジング20と放熱部材30との熱伝導を抑制すると共に、連結部材52と放熱部材30との間での電蝕の発生を防止できる。
In addition, the connecting
また、油圧シリンダ1のシリンダヘッド5に取り付けられるハウジング20及びハウジング20に取り付けられる第1熱伝導部材50は、シリンダヘッド5と同様の材質である鋼材によって形成される。また、放熱部材30及び第2熱伝導部材51は、熱伝導性に優れるアルミニウム系又は銅系材料で形成される。そして、第2熱伝導部材51は、第1熱伝導部材50よりも長い。このように、相対的に熱伝導率に優れた第2熱伝導部材51を第1熱伝導部材50よりも長く構成することで、熱発電装置100の発電効率を高めることができる。
The
次に、本実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。 Next, modified examples of this embodiment will be described. The following modified examples are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine the configuration shown in the modified example with the configuration described in the above embodiment, or to combine the configurations described in the different modified examples below.
熱伝導部材(第1熱伝導部材50,第2熱伝導部材51)は、ハウジング20又は放熱部材30とは別体に形成され、ハウジング20又は放熱部材30に取り付けられる部材を指すものであり、ハウジング20又は放熱部材30と一体に形成される(言い換えれば、熱伝導部材がハウジング20又は放熱部材30の一部である)形態を含むものではない。
The heat conducting members (first
また、第1熱伝導部材50及び第2熱伝導部材51は、両方設けられることが必須の構成ではなく、少なくとも一方が設けられていればよい。例えば、図6に示す変形例では、熱発電装置100は、第2熱伝導部材51を備える一方で、上記実施形態のような第1熱伝導部材50を備えておらず、熱電素子15は、接着剤55によってハウジング20に直接取り付けられる。また、図示は省略するが、熱発電装置100は、第1熱伝導部材50を備える一方で、第2熱伝導部材51を備えていないものでもよい。
In addition, it is not essential that both the first
また、連結部材52及び樹脂ねじ72は、必須の構成ではなく、ハウジング20と放熱部材30との連結にその他の手段が用いられてもよい。
In addition, the connecting
また、上記実施形態では、熱発電装置100は、油圧シリンダ1で生じる油漏れを検知するセンサ装置101に利用される。これに対し、熱発電装置100は、センサ装置101に限定されず、その他の装置に利用されるものでもよい。
In addition, in the above embodiment, the thermoelectric
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 The configuration, operation, and effects of the embodiment of the present invention are summarized below.
熱発電装置100は、互いに異なる金属からなるハウジング20及び放熱部材30と、ハウジング20及び放熱部材30のそれぞれに熱的に接続されハウジング20と放熱部材30との温度差に応じて起電力を生じる熱電素子15と、ハウジング20及び放熱部材30の一方に設けられ熱電素子15を支持する熱伝導部材(第1熱伝導部材50,第2熱伝導部材51)と、を備え、熱伝導部材は、当該熱伝導部材が設けられるハウジング20及び放熱部材30の一方と同じ金属からなる。
The thermoelectric
また、熱発電装置100は、互いに異なる金属からなるハウジング20及び放熱部材30と、ハウジング20及び放熱部材30のそれぞれに熱的に接続されハウジング20と放熱部材30との温度差に応じて起電力を生じる熱電素子15と、ハウジング20に取り付けられ熱電素子15を支持する第1熱伝導部材50と、放熱部材30に取り付けられ第1熱伝導部材50と共に熱電素子15を支持する第2熱伝導部材51と、を備え、第1熱伝導部材50は、ハウジング20と同じ金属からなり、第2熱伝導部材51は、放熱部材30と同じ金属からなる。
The thermoelectric
これらの構成では、熱伝導部材は、ハウジング20に取り付けられる場合にはハウジング20と同じ材質とされ、放熱部材30に取り付けられる場合には放熱部材30と同じ材質とされる。このため、ハウジング20又は放熱部材30と熱伝導部材との間での電蝕の発生が抑制される。したがって、熱発電装置100の耐久性が向上する。
In these configurations, when the heat conducting member is attached to the
また、熱発電装置100では、ハウジング20及び第1熱伝導部材50は、鋼材によって形成され、放熱部材30及び第2熱伝導部材51は、アルミニウム系又は銅系材料によって形成され、ハウジング20は、発熱源(油圧シリンダ1)に取り付けられ、放熱部材30は、放熱部材30の熱を大気に放熱するためのヒートシンクとして構成され、第1熱伝導部材50と第2熱伝導部材51とは、棒状に形成され、第2熱伝導部材51の長さL2は、第1熱伝導部材50の長さL1よりも長い。
In the thermal
この構成では、相対的に熱伝導率に優れる第2熱伝導部材51を第1熱伝導部材50よりも長くなるように構成することで、熱発電装置100の発電効率を高めることができる。
In this configuration, the second
また、熱発電装置100は、筒状に形成されハウジング20と放熱部材30とによって挟まれて設けられる樹脂製のスペーサ40をさらに備え、ハウジング20と放熱部材30とは、ハウジング20と放熱部材30とを断熱する樹脂製のスペーサ40を介して互いに連結される。
The
この構成では、スペーサ40によってハウジング20と放熱部材30とが断熱される共に、両者の直接の接触が回避されて電蝕の発生が防止される。
In this configuration, the
また、熱発電装置100は、ハウジング20及び放熱部材30の一方に設けられ雌ねじが形成される連結部材52と、連結部材52に螺合する雄ねじが形成され、ハウジング20及び放熱部材30の他方を挿通してハウジング20と放熱部材30とを連結する樹脂製の樹脂ねじ72と、をさらに備え、連結部材52と放熱部材30との間には隙間が形成され、互いに接触せずに離間している。
The
この構成では、樹脂製の樹脂ねじ72によってハウジング20と放熱部材30とが連結されるため、金属製のねじ部材を利用することによる電蝕の発生が防止される。また、連結部材52と放熱部材30との接触による電蝕の発生が防止される。
In this configuration, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments merely show some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments.
1…油圧シリンダ(発熱源)、15…熱電変換素子、20…ハウジング(第1部材)、30…放熱部材(第2部材)、40…スペーサ(断熱部材)、50…第1熱伝導部材(熱伝導部材)、51…第2熱伝導部材(熱伝導部材)、52…連結部材(第1ねじ部材)、72…樹脂ねじ(第2ねじ部材)、100…熱発電装置 1...hydraulic cylinder (heat source), 15...thermoelectric conversion element, 20...housing (first member), 30...heat dissipation member (second member), 40...spacer (insulating member), 50...first heat conductive member (heat conductive member), 51...second heat conductive member (heat conductive member), 52...connecting member (first screw member), 72...plastic screw (second screw member), 100...thermoelectric power generation device
Claims (5)
前記第1部材及び前記第2部材のそれぞれに熱的に接続され前記第1部材と前記第2部材との温度差を電力に変換する熱電変換素子と、
前記第1部材に設けられ前記熱電変換素子を支持する第1熱伝導部材と、
前記第2部材に設けられ前記第1熱伝導部材と共に前記熱電変換素子を支持する第2熱伝導部材と、を備え、
前記第1熱伝導部材は、前記第1部材と同じ金属からなり、
前記第2熱伝導部材は、前記第2部材と同じ金属からなり、
前記第1熱伝導部材と前記第2熱伝導部材とは、棒状に形成され、それぞれの端部において前記熱電変換素子を支持することを特徴とする熱発電装置。 A first member and a second member made of different metals;
a thermoelectric conversion element thermally connected to each of the first member and the second member, the thermoelectric conversion element converting a temperature difference between the first member and the second member into electric power;
a first thermal conductive member provided on the first member and supporting the thermoelectric conversion element;
a second heat conducting member provided on the second member and supporting the thermoelectric conversion element together with the first heat conducting member,
the first thermally conductive member is made of the same metal as the first member;
the second thermally conductive member is made of the same metal as the second member;
A thermoelectric power generating device, characterized in that the first heat conducting member and the second heat conducting member are formed in a rod shape and support the thermoelectric conversion element at their respective ends .
前記第2部材は、前記第2部材の熱を大気に放熱するためのヒートシンクとして構成され、
前記第2部材及び前記第2熱伝導部材は、前記第1熱伝導部材よりも熱伝導率が高い材料によって形成され、
前記第2熱伝導部材の長さは、前記第1熱伝導部材の長さよりも長いことを特徴とする請求項1に記載の熱発電装置。 The first member is attached to a heat source,
The second member is configured as a heat sink for dissipating heat of the second member to the atmosphere,
the second member and the second thermal conductive member are formed of a material having a higher thermal conductivity than the first thermal conductive member,
The thermoelectric power generating device according to claim 1 , wherein the second heat conducting member is longer in length than the first heat conducting member.
前記第2部材及び前記第2熱伝導部材は、アルミニウム系又は銅系材料によって形成され、
前記第1部材は、発熱源に取り付けられ、
前記第2部材は、前記第2部材の熱を大気に放熱するためのヒートシンクとして構成され、
前記第2熱伝導部材の長さは、前記第1熱伝導部材の長さよりも長いことを特徴とする請求項1に記載の熱発電装置。 the first member and the first thermal conductive member are formed of a steel material,
the second member and the second thermal conductive member are formed of an aluminum-based or copper-based material,
The first member is attached to a heat source,
The second member is configured as a heat sink for dissipating heat of the second member to the atmosphere,
The thermoelectric power generating device according to claim 1 , wherein the second heat conducting member is longer in length than the first heat conducting member.
前記第1部材と前記第2部材とは、前記断熱部材を介して互いに連結されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の熱発電装置。 a resin heat insulating member formed in a cylindrical shape and sandwiched between the first member and the second member;
4. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the first member and the second member are connected to each other via the heat insulating member.
前記第1ねじ部材の前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成され、前記第1部材及び前記第2部材の他方を挿通して前記第1ねじ部材に螺合することで前記第1部材と前記第2部材とを連結する樹脂製の第2ねじ部材と、をさらに備え、
前記第1ねじ部材と前記第1部材及び前記第2部材の他方との間には隙間が形成され、互いに接触せずに離間していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の熱発電装置。 a first threaded member provided on one of the first member and the second member and having a female thread;
a second screw member made of resin, the second screw member having a male thread that screws into the female thread of the first screw member, and the second screw member being inserted through the other of the first member and the second member and screwed into the first screw member to connect the first member and the second member;
A thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a gap is formed between the first screw member and the other of the first member and the second member, and the first screw member and the second member are spaced apart without contacting each other.
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