JPH11312829A

JPH11312829A - 熱電発電装置

Info

Publication number: JPH11312829A
Application number: JP10119287A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kobayashi; 林正和小; Keiko Kushibiki; 引圭子櫛; Kazuhiko Shinohara; 原和彦篠; Kenji Furuya; 谷健司古
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】吸熱・放熱効率をより一層向上させることが
でき、吸熱構造体−熱電素子−放熱構造体からなる積層
構造を容易に多段にすることができる高い熱−電気変換
効率を有する熱電発電装置を提供する。【解決手段】互いに電気的に絶縁されるとともに高温
熱源２および低温熱源３の熱源隔壁２Ｗ，３Ｗをそれぞ
れ貫通してそれぞれの熱源２，３の内部で露出しかつ前
記熱源隔壁２Ｗ，３Ｗをさらに貫通してその外部にも露
出した電極４Ｅ，５Ｅを具備した吸熱構造体４および放
熱構造体５と、前記吸熱構造体４と放熱構造体５との間
に設けた熱電素子６あるいは前記熱電素子６を複数配列
した熱電モジュールコア７を備え、前記吸熱構造体４お
よび放熱構造体５ならびに前記熱電素子６あるいは熱電
モジュールコア７を交互に積層することによりｐ，ｎ熱
電素子対が吸熱構造体４および放熱構造体５を介して直
線的にかつ電気的に直列に接続されてなる熱電発電装置
１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼーベック効果を
利用して電力を得る熱電発電装置に係わり、ゼーベック
素子同士を接続する電極に熱交換機能を持たせることに
より、吸熱・放熱効率を向上させるとともに、吸熱構造
体−熱電素子−放熱構造体からなる積層構造を容易に多
段にすることが可能である高い熱−電気変換効率を有す
る熱電発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゼーベック効果を利用して電力を得る熱
電発電装置としては、従来から様々な構造のものが考案
されている。

【０００３】例えば、排気ガス管の表面に溝を設け、そ
の溝に熱電素子対の高温端接合部を電気絶縁性の無機充
填材を用いて固定し、隣合う熱電素子対のｐ足とｎ足を
電極金属で結線するとともに、シリコンゴム製の冷却水
配管で固定する熱電発電装置が考案されている（特開平
３−１７７０８２号公報）。

【０００４】また、ｐ，ｎ型熱電素子と金属製の吸熱・
放熱フィンを直線状に交互に積層するとともに、吸熱フ
ィン同士、放熱フィン同士を揃えて、前記積層体から別
々の方向に引出した上で、積層体の全体を積層方向に加
圧締結したサーモモジュールが考案されている（特開平
３−９１２７２号公報、特開平４−１１４４８５号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
熱電発電装置の場合、組み立て工程が複雑でコストアッ
プの要因となる上、メンテナンス性が悪く、また、低温
側の放熱効率はもとより、高温熱源と素子端部との間に
電気絶縁材が介在することによる吸熱効率の低下は避け
られず、高い熱−電気変換効率を得ることが難しいとい
う欠点があった。

【０００６】また、後者のサーモモジュールの場合、電
極が吸熱・放熱フィンを兼ねるため、ある程度熱交換効
率を高くすることができるが、このような構造にした場
合、熱電素子が高温熱源および低温熱源に直にさらされ
るのを避けるため、熱電素子の熱源と接する面に断熱被
覆を施さねばならないため、吸熱・放熱フィンの熱源と
接する部分が、熱電素子と吸熱・放熱フィンとの接合部
から離れることになり、熱交換効率がそれ程上がらない
という欠点があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記したような問題に鑑みて
なされたものであり、ゼーベック効果を利用して電力を
得る熱電発電装置において、ゼーベック素子同士を接続
する電極に熱交換機能をも持たせることにより、吸熱・
放熱効率をより一層向上させるとともに、吸熱構造体−
熱電素子−放熱構造体からなる積層構造を容易に多段に
することが可能である高い熱−電気変換効率を有する熱
電発電装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱電発電
装置は、請求項１に記載しているように、熱電素子の高
温端側と低温端側にそれぞれ電極をそなえ、前記電極を
介して多数のｐ，ｎ熱電素子対を電気的に直列に接続し
てなる熱電発電装置において、前記高温端側に設けた吸
熱側電極を高温熱源の熱源隔壁を貫通させてその内部で
露出させると共に前記低温端側に設けた放熱側電極を低
温熱源の熱源隔壁を貫通させてその内部で露出させて、
前記吸熱側電極および放熱側電極にそれぞれ熱交換機能
をも具備させてなるものとしたことを特徴としている。

【０００９】そして、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項２に記載しているように、互
いに電気的に絶縁されるとともに高温熱源および低温熱
源の熱源隔壁をそれぞれ貫通してそれぞれの熱源の内部
で露出しかつ前記熱源隔壁をさらに貫通してその外部に
も露出した電極を具備した吸熱構造体および放熱構造体
と、前記吸熱構造体と放熱構造体との間に設けた熱電素
子あるいは前記熱電素子を複数配列した熱電モジュール
コアを備え、前記吸熱構造体および放熱構造体ならびに
前記熱電素子あるいは熱電モジュールコアを交互に積層
することによりｐ，ｎ熱電素子対が吸熱構造体および放
熱構造体を介して直線的にかつ電気的に直列に接続され
てなるものとすることができる。

【００１０】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項３に記載しているように、熱
源の内部で露出する電極の前記熱源の内部での配列にお
いて、少なくとも近接した電極同士が、熱源流の流れ方
向に関し並列あるいはオフセットした位置に配置されて
なるものとすることができる。

【００１１】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項４に記載しているように、熱
源の内部で露出する電極群の前記熱源の内部での配列に
おいて、少なくとも近接した電極群同士が、熱源流の流
れ方向に関し並列あるいはオフセットした位置に配置さ
れてなるものとすることができる。

【００１２】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項５に記載しているように、熱
交換機能をも有する電極の熱電素子との接合部の断面積
Ｓ_Ｅと熱電素子の電極との接合部の断面積Ｓ_Ｔとの関係
において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_Ｔであり且つ前記熱電素子の電極と
の接合部のすべてが前記電極の熱電素子との接合部に接
触している関係にあるものとすることができる。

【００１３】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項６に記載しているように、熱
交換機能をも有する電極の熱電素子との接合部の断面積
Ｓ_Ｅと電極の熱源の内部で露出する部分の断面積Ｓ_ＥＡ
との関係において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_ＥＡの関係にあるものとす
ることができる。

【００１４】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項７に記載しているように、熱
交換機能をも有する電極のうち熱源の内部で露出した部
分の表面に、熱源流体との熱交換を促進する凹凸部分が
設けられているものとすることができる。

【００１５】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項８に記載しているように、熱
交換機能をも有する電極のうち少なくとも熱源の内部で
露出した部分の表面に、耐酸化性、耐摩耗性等に優れた
被膜が形成されているものとすることができる。

【００１６】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項９に記載しているように、最
も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各々最外側端部の電極
同士が熱源の内部で電気的に相互に接続されているもの
とすることができる。

【００１７】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項１０に記載しているように、
最も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各々最外側端部の電
極同士が熱源の外部で電気的に相互に接続されているも
のとすることができる。

【００１８】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項１１に記載しているように、
隣接する電極同士が電気絶縁材およびフレキシブル材を
介して相対変位可能に設けられているものとすることが
できる。

【００１９】同じく、本発明に係わる熱電発電装置の実
施態様においては、請求項１２に記載しているように、
熱源隔壁と電極との接合部において、熱源隔壁それ自体
もしくはその接合の表面部分、熱源隔壁と電極との間に
封止材ないしは接合材が設けられる場合の封止材ないし
は接合材、および電極表面部分のうち少なくともいずれ
かを電気絶縁性としているものとすることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明による熱電発電装置では、請求項
１に記載しているように、熱電素子の高温端側と低温端
側にそれぞれ電極をそなえ、前記電極を介して多数の
ｐ，ｎ熱電素子対を電気的に直列に接続してなる熱電発
電装置において、前記高温端側に設けた吸熱側電極を高
温熱源の熱源隔壁を貫通させてその内部で露出させると
共に前記低温端側に設けた放熱側電極を低温熱源の熱源
隔壁を貫通させてその内部で露出させて、前記吸熱側電
極および放熱側電極にそれぞれ熱交換機能をも具備させ
てなるものとしたから、吸熱・放熱効率をより一層向上
したものにできることから熱−電気変換効率をさらに高
めることが可能であり、熱電素子を熱源にさらすことが
ないため断熱・耐久被覆などの保護手段を施す必要性が
なく、かなりコンパクトな熱−電気変換効率の高い熱電
発電装置を提供することが可能であるという著大なる効
果がもたされる。

【００２１】そして、請求項２に記載しているように、
互いに電気的に絶縁されるとともに高温熱源および低温
熱源の熱源隔壁をそれぞれ貫通してそれぞれの熱源の内
部で露出しかつ前記熱源隔壁をさらに貫通してその外部
にも露出した電極を具備した吸熱構造体および放熱構造
体と、前記吸熱構造体と放熱構造体との間に設けた熱電
素子あるいは前記熱電素子を複数配列した熱電モジュー
ルコアを備え、前記吸熱構造体および放熱構造体ならび
に前記熱電素子あるいは熱電モジュールコアを交互に積
層することによりｐ，ｎ熱電素子対が吸熱構造体および
放熱構造体を介して直線的にかつ電気的に直列に接続さ
れてなるものとすることによって、吸熱・放熱効率がよ
り一層向上したものにできるとともに、多段式熱電発電
装置が容易に構成できるため、熱−電気変換効率をさら
に高いものにすることができ、また、熱電素子あるいは
熱電モジュールコアの吸熱・放熱部を電気的絶縁材料で
覆う必要がないため、省工程・省部材によるコストダウ
ンが図れるとともに、熱電発電装置の全体を薄形化でき
て熱電発電装置の電力密度を向上させることができると
いう著大なる効果がもたされる。

【００２２】そしてまた、請求項３に記載しているよう
に、熱源の内部で露出する電極の前記熱源の内部での配
列において、少なくとも近接した電極同士が、熱源流の
流れ方向に関し並列あるいはオフセットした位置に配置
されてなるものとすることによって、熱源流の流れ方向
に関し、各電極が並列あるいはオフセットした配置とな
るため、吸熱・放熱効率がより一層向上し、熱−電気変
換効率をさらに高めた熱電発電装置を提供することがで
きるという著大なる効果がもたされる。

【００２３】そしてまた、請求項４に記載しているよう
に、熱源の内部で露出する電極群の前記熱源の内部での
配列において、少なくとも近接した電極群同士が、熱源
流の流れ方向に関し並列あるいはオフセットした位置に
配置されてなるものとすることによって、熱源流の流れ
方向に関し、各電極群が並列あるいはオフセットした配
置となるため、吸熱・放熱効率がより一層向上し、熱−
電気変換効率をさらに高めた熱電発電装置を提供するこ
とができるという著大なる効果がもたされる。

【００２４】さらに、請求項５に記載しているように、
熱交換機能をも有する電極の熱電素子との接合部の断面
積Ｓ_Ｅと熱電素子の電極との接合部の断面積Ｓ_Ｔとの関
係において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_Ｔであり且つ前記熱電素子の電極
との接合部のすべてが前記電極の熱電素子との接合部に
接触している関係にあるものとすることによって、熱電
発電装置を構成する際に、熱電素子あるいは熱電モジュ
ールコアの組み付け精度を緩和することができるため、
製造歩留りを向上させることが可能で、コストダウンを
図ることができるという著大なる効果がもたされる。

【００２５】さらにまた、請求項６に記載しているよう
に、熱交換機能をも有する電極の熱電素子との接合部の
断面積Ｓ_Ｅと電極の熱源の内部で露出する部分の断面積
Ｓ_Ｅ _Ａとの関係において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_ＥＡの関係にあるも
のとすることによって、素子と素子との間隔を小さくで
きて素子の実装密度を向上させることができるととも
に、熱源流の圧力損失を少なくし、さらに高い吸熱・放
熱効率を得ることができて、熱−電気変換効率をさらに
高めた熱電発電装置を提供することができるという著大
なる効果がもたされる。

【００２６】さらにまた、請求項７に記載しているよう
に、熱交換機能をも有する電極のうち熱源の内部で露出
した部分の表面に、熱源流体との熱交換を促進する凹凸
部分が設けられているものとすることによって、熱源流
体との熱交換が促進されて、熱電発電装置の熱−電気変
換効率をさらに向上させることができるという著大なる
効果がもたされる。

【００２７】さらにまた、請求項８に記載しているよう
に、熱交換機能をも有する電極のうち少なくとも熱源の
内部で露出した部分の表面に、耐酸化性、耐摩耗性等に
優れた被膜が形成されているものとすることによって、
熱源流体との接触による電極の酸化・摩耗等の劣化が抑
制されて、熱電発電装置の信頼性・耐久性をより一層向
上させることができるという著大なる効果がもたされ
る。

【００２８】さらにまた、請求項９に記載しているよう
に、最も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各々最外側端部
の電極同士が熱源の内部で電気的に相互に接続されてい
るものとしたり、請求項１０に記載しているように、最
も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各々最外側端部の電極
同士が熱源の外部で電気的に相互に接続されているもの
としたりすることによって、熱源内部を貫通して直線的
かつ電気的に直列に接続された熱電素子対は、さらに最
外側で電気的に直列あるいは並列に接続されることとな
り、吸熱構造体および放熱構造体と熱電素子あるいは熱
電モジュールコアとの積層順序に関し、最外側を放熱構
造体である構成とすることも可能なため、この最外側に
おける電気的な接続が容易になるとともに、熱電発電装
置の全体を上記した吸熱構造体および放熱構造体と熱電
素子あるいは熱電モジュールコアの積層方向に機械的に
締結する機構を付加することが容易となるため、上記し
た吸熱構造体および放熱構造体と熱電素子あるいは熱電
モジュールコアとの接触が良好になり、熱電発電装置の
熱−電気変換効率をさらに向上させることができるよう
になるという著大なる効果がもたされる。

【００２９】またさらに、熱源流の流れ方向にそって大
きな温度分布がある場合等には、熱源内部を貫通して直
線的にかつ電気的に直列に配列された熱電素子対を最外
側で電気的に接続する際に、熱源の下流になるに従っ
て、電気的な並列接続数を増やす構成とすることで、熱
電発電装置の熱−電気変換効率をさらに向上させること
が可能になるという著大なる効果がもたされる。

【００３０】さらにまた、請求項１１に記載しているよ
うに、隣接する電極同士が電気絶縁材およびフレキシブ
ル材を介して相対変位可能に設けられているものとする
ことによって、電極相互の相対変位が可能となるため吸
熱構造体および発熱構造体ならびに熱電素子あるいは熱
電モジュールコアの加工精度を緩和することが可能であ
るという著大なる効果がもたされる。

【００３１】さらにまた、請求項１２に記載しているよ
うに、熱源隔壁と電極との接合部において、熱源隔壁そ
れ自体もしくはその接合の表面部分、熱源隔壁と電極と
の間に封止材ないしは接合材が設けられる場合の封止材
ないしは接合材、および電極表面部分のうち少なくとも
いずれかを電気絶縁性とするようになすことによって、
各々の電極を互いに電気的に絶縁した状態とすることが
容易に可能であるという著大なる効果がもたされる。

【００３２】

【実施例】図１は本発明による熱電発電装置の一実施例
における基本構成を示す断面説明図であって、この熱電
発電装置１は、互いに電気的に絶縁されるとともに、高
温熱源２および低温熱源３の各熱源隔壁２Ｗ，３Ｗを貫
通して熱源２，３の内部および外部で露出するように設
置された吸熱側電極４Ｅおよび放熱側電極５Ｅをそれぞ
れそなえた吸熱構造体４および放熱構造体５と、熱電素
子６およびこの熱電素子６を複数そなえた熱電モジュー
ルコア７を交互に配列することにより、ｐ，ｎ熱電素子
対が直線的にかつ電気的に直列に接続された構成をなす
ものとなっている。

【００３３】図２は図１に示した熱電発電装置１におい
て熱電素子６を配列した部分を斜視図にて示したもので
あり、また、図３は図１に示した熱電発電装置１におい
て配列したハニカム７Ｈで熱電素子６を保持した熱電モ
ジュールコア７を斜視図にて示したものであるが、この
ような構成のもののみに限定されないことはいうまでも
ない。

【００３４】図４は本発明による熱電発電装置１におい
て吸熱構造体４および放熱構造体５にそれぞれそなえる
電極４Ｅおよび電極５Ｅの熱源２，３の内部での基本的
な配置を示す説明図であって、ある電極４Ｅ，５Ｅの回
りの近接電極ＮＥが、熱源流の流れ方向に関して、並列
あるいはオフセットした位置に配置される構成となって
いるものとすることによって、高い熱交換率を得ること
ができるものとなる。

【００３５】図５は本発明による熱電発電装置１におい
て熱源２，３の内部に電極群４Ｅｓ，５Ｅｓが配置され
る場合における当該電極群４Ｅｓ，５Ｅｓの基本的な配
置を示す説明図であって、各電極群４Ｅｓ，５Ｅｓの間
隔を適当に設けることにより、吸熱構造体４および放熱
構造体５を通過する熱源流の圧力損失を少なくすること
ができ、ある電極群の回りの近接電極群ＮＥｓが、熱源
流の流れ方向に関して、並列あるいはオフセットした位
置に配置される構成となっているものとすることによっ
て、高い熱交換率を得ることができるものとなる。

【００３６】図６は本発明による熱電発電装置１におい
て電極（４，５）Ｅあるいは電極群（４，５）Ｅｓの熱
源２，３の内部での配置の一例を示す説明図であり、図
７は本発明による熱電発電装置１において電極（４，
５）Ｅあるいは電極群（４，５）Ｅｓの熱源２，３の内
部での配置の別の例を示す説明図であり、図８は本発明
による熱電発電装置１において電極（４，５）Ｅあるい
は電極群（４，５）Ｅｓの熱源２，３の内部で配置のさ
らに別の例を示す説明図であって、このような種々の配
置とすることにより、各電極が熱源流の流れ方向に関し
てオフセットした配置となるため、高い熱交換率を得る
ことができるようになる。

【００３７】図９は本発明による熱電発電装置１におい
て電極（４，５）Ｅあるいは電極群（４，５）Ｅｓの熱
源２，３の内部での配置のさらに別の例を示す説明図で
あって、このように熱源流の流れ方向に沿って、熱源
２，３の内部での単位体積当たりの電極（４，５）Ｅあ
るいは電極群（４，５）Ｅｓの配置数を変えることによ
って、高い熱交換率を維持したまま、熱源２，３の内部
での単位体積当たりの通過熱量を熱源流の上流と下流と
で均一にすることができ、スタック全体の性能を上げる
ことが可能となる。

【００３８】図１０は本発明による熱電発電装置１にお
いて熱電素子６と電極４Ｅ，５Ｅの接触部における面積
の大小関係の一例を示す説明図であって、電極４Ｅ，５
Ｅの断面積Ｓ_Ｅが熱電素子６の断面積Ｓ_Ｔ以上（すなわ
ち、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_Ｔ）の関係とすれば、吸熱構造体４および
放熱構造体５と熱電素子６あるいは熱電モジュールコア
７とを接続して熱電発電装置１を構成する際の組み付け
精度を緩和することが可能である。このとき、電極４
Ｅ，５Ｅの断面積Ｓ_Ｅが、熱電素子６の断面積Ｓ_Ｔに対
して、前記したごとくＳ_Ｅ≧Ｓ_Ｔの関係であれば良く、
特に断面形状を特定するものではない。

【００３９】図１１は本発明による熱電発電装置１にお
いて電極４Ｅ，５Ｅのうち熱電素子６との接触部の断面
積Ｓ_Ｅと熱源２，３の内部を貫通する部分の断面積Ｓ
_ＥＡとの大小関係の一例を示す説明図であって、電極４
Ｅ，５Ｅは熱電素子６よりも一般的に電気伝導度および
熱伝導度の大きな金属材料で構成されることが多いた
め、このような接触部の断面積Ｓ_Ｅ≧内部の断面積Ｓ
_ＥＡの関係とすることが可能であり、電極間の距離をで
きる限り近づけて熱電素子６の実装密度を上げた構成と
した場合でも、電極間を通過する熱源流体の流れを妨げ
るのを阻止することができ、従って、高い熱−電気変換
効率を得ることができる。このとき、接触部の断面積Ｓ
_Ｅ≧内部の断面積Ｓ_ＥＡの関係であれば良く、特に断面
形状を特定するものではない。

【００４０】図１２は本発明による熱電発電装置１にお
いて吸熱構造体４および放熱構造体５を構成する電極４
Ｅ，５Ｅの表面にフィン４Ｆ，５Ｆを形成して凹凸形状
とした一例を示す説明図であって、このように熱変換促
進用のフィン４Ｆ，５Ｆ等の凹凸形成部分を熱源流体の
通過を著しく妨げない範囲で電極４Ｅ，５Ｅの表面に設
ける構成とすることによって、熱交換率をさらに向上さ
せることができ、高い熱−電気変換効率を得ることがで
きる。

【００４１】図１３は本発明による熱電発電装置１にお
いて吸熱構造体４および放熱構造体５を構成する電極４
Ｅ，５Ｅの表面に耐酸化性・耐摩耗性被膜４Ｈ，５Ｈを
形成した一例を示す説明図であって、このように、電極
４Ｅ，５Ｅのうち少なくとも熱源２，３の内部を貫通す
る部分の表面に、耐酸化性・耐摩耗性等に優れた被膜４
Ｈ，５Ｈが形成されているものとすることで、熱源流体
との接触による電極４Ｅ，５Ｅの酸化・摩耗等の劣化が
抑制されて、熱電発電装置の信頼性・耐久性をより一層
向上させることができる。そして、このような表面被膜
４Ｈ，５Ｈの例として、ＳｉＣなどを挙げることができ
る。

【００４２】図１４は本発明による熱電発電装置１にお
いて最も外側の部分の構成の一例を示す説明図であっ
て、最も外側の電極５Ｅは熱源３の内部でコ字型形状を
なすものとしている。このように、最も外側の部分にお
いて熱源３の内部で適当に電極５Ｅがコ字型形状に接合
された放熱構造体５とすることで、両端の放熱構造体５
の外側から機械的に締結することが容易となり、よっ
て、熱電素子６と吸熱構造体４および放熱構造体５の接
触を良好なものとすることができ、高い熱−電気変換効
率を得ることができる。

【００４３】図１５は本発明による熱電発電装置１にお
いても最も外側の部分の構成の別の例を示す説明図であ
って、最も外側の電極５Ｅは熱源３の外部でコ字型形状
をなすものとしている。このように、最も外側の部分に
おいて熱源３の外部で適当に電極５Ｅがコ字型形状に接
合された放熱構造体５とすることで、両端の放熱構造体
５を機械的に締結するに際し、電気絶縁性の基板等を介
する必要があるものの、最外側専用の放熱構造体５を別
途用意する必要が無く、また、最外側に露出した電極５
Ｅの電気的な配線を組み替えるのが容易になる等の利点
が得られる。

【００４４】図１６は本発明による熱電発電装置１にお
いて放熱構造体５の電極５Ｅ近傍における構成の一例を
示す説明図であって、このように、電気絶縁材８により
互いに電気的に絶縁された電極５Ｅ間をフレキシブルな
材料９で連結することにより、電極相互の相対変位が可
能となるため、吸熱構造体４および放熱構造体５ならび
に熱電素子６あるいは熱電モジュールコア７の加工精度
を緩和することができるようになる。

【００４５】図１７ないし図２０は互いに電気的に絶縁
されるとともに熱源２，３の内部を貫通して熱源隔壁２
Ｗ，３Ｗの外部に端部が露出するように電極４Ｅ，５Ｅ
を設置する際（あるいは電極４Ｅ，５Ｅが熱源隔壁２
Ｗ，３Ｗの片側のみを貫通してその端部が熱源２，３の
内部に位置するように電極４Ｅ，５Ｅを設置する際）の
電極４Ｅ，５Ｅと熱源隔壁２Ｗ，３Ｗとの組み合わせの
いくつかの例を示す説明図であって、電極同士を電気的
に絶縁する手法には種々の組み合わせがある。

【００４６】まず、図１７および図１８は熱源隔壁２
Ｗ，３Ｗとしてセラミックス等の電気絶縁性の材料を使
用する場合を示すものであって、このような場合には、
電極４Ｅ，５Ｅと熱源隔壁２Ｗ，３Ｗとの固定に、図１
７に示すように金属製のガスケット１１を使用したり、
図１８に示すように電極４Ｅ，５Ｅと熱源隔壁２Ｗ，３
Ｗをろう付け接合部１２により直接接合したりしたもの
とすることができる。

【００４７】一方、図１９および図２０は熱源隔壁２
Ｗ，３Ｗとして金属製の材料を用いた場合を示すもので
あって、このような場合には、図１９に示すように電気
絶縁性のガスケット１３を用いて電極４Ｅ，５Ｅを固定
したり、図２０にに示すように電極４Ｅ，５Ｅの少なく
とも熱源隔壁２Ｗ，３Ｗとの接合部に電気絶縁性の被覆
１４を施して熱源隔壁２Ｗ，３Ｗと電極４Ｅ，５Ｅをろ
う付け接合部１２により直接接合したりしたものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱電発電装置の一実施例における
基本構成を示す断面説明図である。

【図２】本発明による熱電発電装置において熱電素子を
配列した部分を示す斜面説明図である。

【図３】本発明による熱電発電装置において配列した熱
電モジュールコアの斜面説明図である。

【図４】本発明による熱電発電装置において熱源内部で
の電極の基本的な配置を示す説明図である。

【図５】本発明による熱電発電装置において熱源の内部
での電極群の基本的な配置を示す説明図である。

【図６】本発明による熱電発電装置において電極あるい
は電極群の熱源内部での配置の一例を示す説明図であ
る。

【図７】本発明による熱電発電装置において電極あるい
は電極群の熱源内部での配置の別の例を示す説明図であ
る。

【図８】本発明による熱電発電装置において電極あるい
は電極群の熱源内部での配置のさらに別の例を示す説明
図である。

【図９】本発明による熱電発電装置において電極あるい
は電極群の熱源内部での配置のさらに別の例を示す説明
図である。

【図１０】本発明による熱電発電装置において熱電素子
と電極との接触部における面積の大小関係を例示する説
明図である。

【図１１】本発明による熱電発電装置において電極の熱
電素子との接触部の断面積と熱源内部を貫通する部分の
大小関係を例示する説明図である。

【図１２】本発明による熱電発電装置において電極の表
面にフィンを設けて凹凸表面に形成した例を示す説明図
である。

【図１３】本発明による熱電発電装置において電極の表
面に耐酸化性・耐摩耗性被膜を形成した例を示す説明図
である。

【図１４】本発明による熱電発電装置において最も外側
の部分の構成の一例を示す説明図である。

【図１５】本発明による熱電発電装置において最も外側
の部分の構成の別の例を示す説明図である。

【図１６】本発明による熱電発電装置において放熱構造
体の電極近傍における構成の一例を示す説明図である。

【図１７】本発明による熱電発電装置において熱源の内
部を貫通する電極と熱源隔壁との接合部における構造の
一例を示す説明図である。

【図１８】本発明による熱電発電装置において熱源の内
部を貫通する電極と熱源隔壁との接合部における構造の
別の例を示す説明図である。

【図１９】本発明による熱電発電装置において熱源の内
部を貫通する電極と熱源隔壁との接合部における構造の
さらに別の例を示す説明図である。

【図２０】本発明による熱電発電装置において熱源の内
部を貫通する電極と熱源隔壁との接合部における構造の
さらに別の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１熱電発電装置２高温熱源２Ｗ高温熱源の熱源隔壁３低温熱源３Ｗ低温熱源の熱源隔壁４吸熱構造体４Ｅ吸熱構造体の電極（吸熱側電極）４Ｅｓ吸熱側電極群５放熱構造体５Ｅ放熱構造体の電極（放熱側電極）５Ｅｓ放熱側電極群６熱電素子７熱電モジュールコア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古谷健司神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱電素子の高温端側と低温端側にそれぞ
れ電極をそなえ、前記電極を介して多数のｐ，ｎ熱電素
子対を電気的に直列に接続してなる熱電発電装置におい
て、前記高温端側に設けた吸熱側電極を高温熱源の熱源
隔壁を貫通させてその内部で露出させると共に前記低温
端側に設けた放熱側電極を低温熱源の熱源隔壁を貫通さ
せてその内部で露出させて、前記吸熱側電極および放熱
側電極にそれぞれ熱交換機能をも具備させてなることを
特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】互いに電気的に絶縁されるとともに高温
熱源および低温熱源の熱源隔壁をそれぞれ貫通してそれ
ぞれの熱源の内部で露出しかつ前記熱源隔壁をさらに貫
通してその外部にも露出した電極を具備した吸熱構造体
および放熱構造体と、前記吸熱構造体と放熱構造体との
間に設けた熱電素子あるいは前記熱電素子を複数配列し
た熱電モジュールコアを備え、前記吸熱構造体および放
熱構造体ならびに前記熱電素子あるいは熱電モジュール
コアを交互に積層することによりｐ，ｎ熱電素子対が吸
熱構造体および放熱構造体を介して直線的にかつ電気的
に直列に接続されてなる請求項１に記載の熱電発電装
置。
【請求項３】熱源の内部で露出する電極の前記熱源の
内部での配列において、少なくとも近接した電極同士
が、熱源流の流れ方向に関し並列あるいはオフセットし
た位置に配置されてなる請求項１または２に記載の熱電
発電装置。
【請求項４】熱源の内部で露出する電極群の前記熱源
の内部での配列において、少なくとも近接した電極群同
士が、熱源流の流れ方向に関し並列あるいはオフセット
した位置に配置されてなる請求項１または２に記載の熱
電発電装置。
【請求項５】熱交換機能をも有する電極の熱電素子と
の接合部の断面積Ｓ_Ｅと熱電素子の電極との接合部の断
面積Ｓ_Ｔとの関係において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_Ｔであり且つ前記
熱電素子の電極との接合部のすべてが前記電極の熱電素
子との接合部に接触している関係にある請求項１ないし
４のいずれかに記載の熱電発電装置。
【請求項６】熱交換機能をも有する電極の熱電素子と
の接合部の断面積Ｓ_Ｅと電極の熱源の内部で露出する部
分の断面積Ｓ_ＥＡとの関係において、Ｓ_Ｅ≧Ｓ_ＥＡの関
係にある請求項１ないし５のいずれかに記載の熱電発電
装置。
【請求項７】熱交換機能をも有する電極のうち熱源の
内部で露出した部分の表面に、熱源流体との熱交換を促
進する凹凸部分が設けられている請求項１ないし６のい
ずれかに記載の熱電発電装置。
【請求項８】熱交換機能をも有する電極のうち少なく
とも熱源の内部で露出した部分の表面に、耐酸化性、耐
摩耗性等に優れた被膜が形成されている請求項１ないし
７のいずれかに記載の熱電発電装置。
【請求項９】最も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各々
最外側端部の電極同士が熱源の内部で電気的に相互に接
続されている請求項１ないし８のいずれかに記載の熱電
発電装置。
【請求項１０】最も外側にあるｐ，ｎ熱電素子対の各
々最外側端部の電極同士が熱源の外部で電気的に相互に
接続されている請求項１ないし８のいずれかに記載の熱
電発電装置。
【請求項１１】隣接する電極同士が電気絶縁材および
フレキシブル材を介して相対変位可能に設けられている
請求項１ないし１０のいずれかに記載の熱電発電装置。
【請求項１２】熱源隔壁と電極との接合部において、
熱源隔壁それ自体もしくはその接合の表面部分、熱源隔
壁と電極との間に封止材ないしは接合材が設けられる場
合の封止材ないしは接合材、および電極表面部分のうち
少なくともいずれかを電気絶縁性としている請求項１な
いし１１のいずれかに記載の熱電発電装置。