KR20240017142A - 열전 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
열전 발전 장치는 수열부와, 방열부와, 수열부와 방열부 사이에 배치되는 열전 발전 모듈과, 열전 발전 모듈에 접속되는 제 1 접속부와 수열부 및 방열부 중 적어도 일방에 접속되는 제 2 접속부를 갖고, 적어도 일부가 탄성 변형하는 전열 기구를 구비한다.
Description
본 발명은 열전 발전 장치에 관한 것이다.
제베크 효과를 이용해서 전력을 발생하는 열전 발전 모듈을 구비하는 열전 발전 장치가 알려져 있다. 열전 발전 모듈의 일방의 끝면과 타방의 끝면 사이에 온도차가 부여됨으로써, 열전 발전 모듈은 전력을 발생한다.
열전 발전 모듈과의 전열을 위해서 열전 발전 모듈에 전열 부재가 접속될 경우가 있다. 전열 부재가 열변형하면, 열전 발전 모듈에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈과 전열 부재가 떨어지거나 할 가능성이 있다. 그 결과, 열전 발전 장치의 성능이 저하될 가능성이 있다.
본 발명의 형태는 열전 발전 장치의 성능의 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 형태에 따르면, 수열부와, 방열부와, 상기 수열부와 상기 방열부 사이에 배치되는 열전 발전 모듈과, 상기 열전 발전 모듈에 접속되는 제 1 접속부와 상기 수열부 및 상기 방열부 중 적어도 일방에 접속되는 제 2 접속부를 갖고, 적어도 일부가 탄성 변형하는 전열 기구를 구비하는 열전 발전 장치가 제공된다.
본 발명의 형태에 의하면, 열전 발전 장치의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 제１실시형태에 따른 열전 발전 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 제１실시형태에 따른 열전 발전 장치의 일부를 확대한 단면도이다.
도 3은 제１실시형태에 따른 열전 발전 모듈을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 제１실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은 제 4 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 8은 제 5 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 9는 제 6 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 제１실시형태에 따른 열전 발전 장치의 일부를 확대한 단면도이다.
도 3은 제１실시형태에 따른 열전 발전 모듈을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 제１실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은 제 4 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 8은 제 5 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 9는 제 6 실시형태에 따른 전열 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시형태의 구성 요소는 적당히 조합시킬 수 있다. 또한, 일부의 구성 요소를 사용하지 않을 경우도 있다.
이하의 설명에 있어서는, XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다. 소정 면내의 X축과 평행인 방향을 X축 방향, 소정 면내에 있어서 X축과 직교하는 Y축과 평행인 방향을 Y축 방향, 소정 면과 직교하는 Z축과 평행인 방향을 Z축 방향으로 한다. X축 및 Y축을 포함하는 XY 평면은 소정 면과 평행하다.
[제１실시형태]
<열전 발전 장치>
제１실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 열전 발전 장치(1)의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 실시형태에 따른 열전 발전 장치(1)의 일부를 확대한 단면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 열전 발전 장치(1)는 수열부(2)와, 방열부(3)와, 수열부(2)의 둘레 가장자리부와 방열부(3)의 둘레 가장자리부 사이에 배치되는 둘레벽 부재(4)와, 수열부(2)와 방열부(3) 사이에 배치되는 열전 발전 모듈(5)과, 열전 발전 모듈(5)이 발생하는 전력에 의해 구동하는 복수의 전자 부품(6)과, 전자 부품의 적어도 일부를 지지하는 기판(7)을 구비한다.
또한, 열전 발전 장치(1)는 적어도 일부가 열전 발전 모듈(5)에 접속되는 전열 기구(10)를 구비한다.
수열부(2)는 물체(B)에 설치된다. 수열부(2)는 플레이트 형상의 부재이다. 수열부(2)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 재료에 의해 형성된다. 물체(B)는 열원으로서 기능한다. 수열부(2)는 물체(B)로부터의 열을 받는다. 수열부(2)의 열은 전열 기구(10)를 통해 열전 발전 모듈(5)에 전달된다.
방열부(3)는 간극을 개재하여 수열부(2)에 대향한다. 방열부(3)는 플레이트 형상의 부재이다. 방열부(3)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 재료에 의해 형성된다. 방열부(3)는 열전 발전 모듈(5)로부터의 열을 받는다. 방열부(3)의 열은 열전 발전 장치(1)의 주위의 대기 공간에 방출된다.
수열부(2)는, 물체(B)의 표면에 대향하는 수열면(2A)과, 수열면(2A)의 반대 방향을 향하는 내면(2B)을 갖는다. 수열면(2A)은 -Z 방향을 향한다. 내면(2B)은 +Z 방향을 향한다. 수열면(2A) 및 내면(2B)의 각각은 평탄하다. 수열면(2A) 및 내면(2B)의 각각은 XY 평면과 평행하다. XY 평면 내에 있어서, 수열부(2)의 외형은 실질적으로 사각형이다.
방열부(3)는, 대기 공간에 면하는 방열면(3A)과, 방열면(3A)의 반대 방향을 향하는 내면(3B)을 갖는다. 방열면(3A)은 +Z 방향을 향한다. 내면(3B)은 -Z 방향을 향한다. 방열면(3A) 및 내면(3B)의 각각은 평탄하다. 방열면(3A) 및 내면(3B)의 각각은 XY 평면과 평행하다. XY 평면 내에 있어서, 방열부(3)의 외형은 실질적으로 사각형이다.
XY 평면 내에 있어서, 수열부(2)의 외형 및 치수와, 방열부(3)의 외형 및 치수는 실질적으로 동등하다.
둘레벽 부재(4)는, 수열부(2)의 내면(2B)의 둘레 가장자리부와, 방열부(3)의 내면(3B)의 둘레 가장자리부 사이에 배치된다. 둘레벽 부재(4)는 수열부(2)와 방열부(3)를 연결한다. 둘레벽 부재(4)는 합성 수지제이다.
XY 평면 내에 있어서, 둘레벽 부재(4)는 환상이다. XY 평면 내에 있어서, 둘레벽 부재(4)의 외형은 실질적으로 사각형이다. 수열부(2)와 방열부(3)와 둘레벽 부재(4)에 의해, 열전 발전 장치(1)의 내부 공간(8)이 규정된다. 둘레벽 부재(4)는 내부 공간(8)에 면하는 내면(4B)을 갖는다. 수열부(2)의 내면(2B)은 내부 공간(8)에 면한다. 방열부(3)의 내면(3B)은 내부 공간(8)에 면한다. 열전 발전 장치(1)의 주위의 대기 공간은 열전 발전 장치(1)의 외부 공간이다.
수열부(2)의 내면(2B)의 둘레 가장자리부와 둘레벽 부재(4)의 -Z측의 끝면 사이에 밀봉 부재(9A)가 배치된다. 방열부(3)의 내면(3B)의 둘레 가장자리부와 둘레벽 부재(4)의 +Z측의 끝면 사이에 밀봉 부재(9B)가 배치된다. 밀봉 부재(9A) 및 밀봉 부재(9B)의 각각은, 예를 들면 O링을 포함한다. 밀봉 부재(9A)는 내면(2B)의 둘레 가장자리부에 형성된 오목부(2BT)에 배치된다. 밀봉 부재(9B)는 내면(3B)의 둘레 가장자리부에 형성된 오목부(3BT)에 배치된다. 밀봉 부재(9A) 및 밀봉 부재(9B)에 의해, 열전 발전 장치(1)의 외부 공간의 이물이 내부 공간(8)에 침입하는 것이 억제된다.
열전 발전 모듈(5)은 제베크 효과를 이용해서 전력을 발생한다. 열전 발전 모듈(5)의 -Z측의 끝면(51)이 가열되고, 열전 발전 모듈(5)의 -Z측의 끝면(51)과 +Z측의 끝면(52) 사이에 온도차가 부여됨으로써, 열전 발전 모듈(5)은 전력을 발생한다.
끝면(51)은 -Z 방향을 향한다. 끝면(52)은 +Z 방향을 향한다. 끝면(51) 및 끝면(52)의 각각은 평탄하다. 끝면(51) 및 끝면(52)의 각각은 XY 평면과 평행하다. XY 평면 내에 있어서, 열전 발전 모듈(5)의 외형은 실질적으로 사각형이다.
끝면(52)은 방열부(3)의 내면(3B)에 대향한다. 방열부(3)의 내면(3B)에 오목부(3BU)가 형성된다. 열전 발전 모듈(5)의 적어도 일부는 오목부(3BU)에 배치된다. 열전 발전 모듈(5)은 방열부(3)에 고정된다. 방열부(3)와 열전 발전 모듈(5)은, 예를 들면 접착제에 의해 접착된다.
도 3은 본 실시형태에 따른 열전 발전 모듈(5)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 열전 발전 모듈(5)은, p형 열전 반도체 소자(5P)와, n형 열전 반도체 소자(5N)와, 제 1 전극(53)과, 제 2 전극(54)과, 제 1 기판(51S)과, 제 2 기판(52S)을 갖는다. XY 평면 내에 있어서, p형 열전 반도체 소자(5P)와 n형 열전 반도체 소자(5N)는 교대로 배치된다. 제 1 전극(53)은 p형 열전 반도체 소자(5P) 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 각각에 접속된다. 제 2 전극(54)은 p형 열전 반도체 소자(5P) 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 각각에 접속된다. p형 열전 반도체 소자(5P)의 하면 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 하면은 제 1 전극(53)에 접속된다. p형 열전 반도체 소자(5P)의 상면 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 상면은 제 2 전극(54)에 접속된다. 제 1 전극(53)은 제 1 기판(51S)에 접속된다. 제 2 전극(54)은 제 2 기판(52S)에 접속된다.
p형 열전 반도체 소자(5P) 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 각각은, 예를 들면 BiTe계 열전 재료를 포함한다. 제 1 기판(51S) 및 제 2 기판(52S)의 각각은, 세라믹스 또는 폴리이미드와 같은 전기 절연 재료에 의해 형성된다.
제 1 기판(51S)은 끝면(51)을 갖는다. 제 2 기판(52S)은 끝면(52)을 갖는다. 제 1 기판(51S)이 가열됨으로써, p형 열전 반도체 소자(5P) 및 n형 열전 반도체 소자(5N)의 각각의 +Z측의 단부와 -Z측의 단부 사이에 온도차가 부여된다. p형 열전 반도체 소자(5P)의 +Z측의 단부와 -Z측의 단부 사이에 온도차가 부여되면, p형 열전 반도체 소자(5P)에 있어서 정공이 이동한다. n형 열전 반도체 소자(5N)의 +Z측의 단부와 -Z측의 단부 사이에 온도차가 부여되면, n형 열전 반도체 소자(5N)에 있어서 전자가 이동한다. p형 열전 반도체 소자(5P)와 n형 열전 반도체 소자(5N)는 제 1 전극(53) 및 제 2 전극(54)을 통해서 접속된다. 정공과 전자에 의하여 제 1 전극(53)과 제 2 전극(54) 사이에 전위차가 발생한다. 제 1 전극(53)과 제 2 전극(54) 사이에 전위차가 발생함으로써, 열전 발전 모듈(5)은 전력을 발생한다. 제 1 전극(53)에 리드선(55)이 접속된다. 열전 발전 모듈(5)은 리드선(55)을 통해서 전력을 출력한다.
전자 부품(6)은, 열전 발전 모듈(5)이 발생하는 전력에 의해 구동한다. 열전 발전 장치(1)는 복수의 전자 부품(6)을 갖는다. 전자 부품(6)의 적어도 일부는 내부 공간(8)에 배치된다.
본 실시형태에 있어서, 전자 부품(6)은 센서(6A)와, 센서(6A)의 검출 데이터를 송신하는 송신기(6B)를 포함한다. 또한, 전자 부품(6)은 센서(6A)의 검출 데이터를 증폭하는 앰프(6C)와, 센서(6A), 송신기(6B), 및 앰프(6C)의 각각을 제어하는 마이크로 컴퓨터(6D)를 포함한다.
기판(7)은 전자 부품(6)의 적어도 일부를 지지하는 제어 기판을 포함한다. 기판(7)은 내부 공간(8)에 배치된다. 기판(7)은 지지 부재(7A)를 개재하여 수열부(2)에 접속된다. 기판(7)은 지지 부재(7B)를 개재하여 방열부(3)에 접속된다. 기판(7)은, 수열부(2) 및 방열부(3)의 각각으로부터 떨어지도록, 지지 부재(7A) 및 지지 부재(7B)에 지지된다.
센서(6A)는, 예를 들면 온도 센서를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 센서(6A)는 3개 배치된다. 센서(6A)는 수열부(2), 방열부(3), 및 기판(7)의 각각에 배치된다. 센서(6A)의 검출 데이터는, 앰프(6C)에 의해 증폭된 후, 송신기(6B)에 의해, 열전 발전 장치(1)의 외부에 존재하는 관리 장치에 송신된다.
<전열 기구>
도 4는 본 실시형태에 따른 전열 기구(10)의 일례를 나타내는 모식도이다. 전열 기구(10)는 수열부(2)로부터의 열을 받아, 열전 발전 모듈(5)에 전달한다.
도 1, 도 2, 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10)는, 열전 발전 모듈(5)에 접속되는 제 1 접속부(11)와, 수열부(2)에 접속되는 제 2 접속부(12)를 갖는다. 전열 기구(10)의 적어도 일부는 탄성 변형한다. 전열 기구(10)의 적어도 일부는 내부 공간(8)에 배치된다.
본 실시형태에 있어서, 전열 기구(10)는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13)와, 제 1 전열 부재(13)와 수열부(2) 사이에 배치되는 탄성부(15)와, 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13)를 가이드하는 제 2 전열 부재(14)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 재료에 의해 형성된다. 제 1 전열 부재(13)는 Z축 방향으로 긴 막대 형상 부재이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전열 부재(13)는 원기둥 형상 부재이다.
제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 1 전열 부재(13)는 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 접속부(11)는 전열 시트(16)를 개재하고, 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다. 전열 시트(16)는 가요성이다. 전열 시트(16)는, 예를 들면 카본제이다. 또한, 도 4에 있어서, 전열 시트(16)의 도시는 생략되어 있다.
제 2 전열 부재(14)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 재료에 의해 형성된다. 제 2 전열 부재(14)는 제 1 전열 부재(13)의 주위에 배치되는 통 형상 부재이다. 본 실시형태에 있어서, 제 2 전열 부재(14)는 원통 형상 부재이다.
제 2 접속부(12)는 제 2 전열 부재(14)의 -Z측의 단부를 포함한다. 제 2 전열 부재(14)는 수열부(2)에 고정된다. 제 1 전열 부재(13)는 Z축 방향으로 이동 가능하다. 제 2 전열 부재(14)는 제 1 전열 부재(13)를 Z축 방향으로 가이드한다.
탄성부(15)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 본 실시형태에 있어서, 탄성부(15)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재를 포함한다. 탄성부(15)는 제 1 전열 부재(13)의 -Z측의 단부와 수열부(2)의 내면(2B) 사이에 배치된다. 탄성부(15)의 +Z측의 단부는 제 1 전열 부재(13)의 -Z측의 단부에 접속된다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 수열부(2)의 내면(2B)에 오목부(2BU)가 형성된다. 탄성부(15)의 적어도 일부는 오목부(2BU)에 배치된다. 탄성부(15)의 -Z측의 단부는 오목부(2BU)의 저면에 접속된다.
탄성부(15)는 압축된 상태에서 제 1 전열 부재(13)와 수열부(2) 사이에 배치된다. 탄성부(15)는, 제 1 전열 부재(13)와 수열부(2) 사이에 배치되어 있는 상태에서, 제 1 전열 부재(13)를 +Z 방향으로 이동시키는 탄성력을 발생한다.
제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 신축된다. 예를 들면, 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 신장되도록 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 줄어든다. 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 줄어들도록 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 신장된다. 제 2 전열 부재(14)는 Z축 방향으로 열변형하는 제 1 전열 부재(13)를 가이드한다.
제 1 전열 부재(13)와 제 2 전열 부재(14)의 적어도 일부는 접촉한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전열 부재(13)의 외주면과 제 2 전열 부재(14)의 내주면의 적어도 일부가 접촉한다. 제 1 전열 부재(13)는 제 2 전열 부재(14)의 내주면에 접촉하면서 Z축 방향으로 이동한다. 제 1 전열 부재(13)의 외주면과 제 2 전열 부재(14)의 내주면이 접촉하므로, 제 1 전열 부재(13)와 제 2 전열 부재(14)는 충분히 열전달할 수 있다. 또한, 제 1 전열 부재(13)의 외주면과 제 2 전열 부재(14)의 내주면 사이에, 열전도 그리스와 같은, 전열성을 갖는 윤활제가 형성되면 좋다.
<동작>
이어서, 본 실시형태에 따른 열전 발전 장치(1)의 동작의 일례에 대하여 설명한다. 열전 발전 장치(1)는, 예를 들면 공장과 같은 산업 시설에 설치되어 있는 물체(B)에 설치된다. 물체(B)는 산업 시설에 설치되어 있는 기기 또는 기계를 포함한다. 열전 발전 장치(1)의 센서(6A)가 온도 센서일 경우, 열전 발전 장치(1)는 센서(6A)를 사용하여 물체(B)의 온도를 검출한다.
물체(B)는 발열한다. 물체(B)의 열은 수열부(2) 및 전열 기구(10)를 통해 열전 발전 모듈(5)에 전달된다. 제 2 전열 부재(14)의 제 2 접속부(12)는 수열부(2)에 접촉한다. 제 2 전열 부재(14)와 제 1 전열 부재(13)는 접촉한다. 제 1 전열 부재(13)의 제 1 접속부(11)는 열전 발전 모듈(5)에 접촉한다. 따라서, 물체(B)의 열은 수열부(2), 제 1 전열 부재(13), 및 제 2 전열 부재(14)를 통해 열전 발전 모듈(5)에 충분히 전달된다.
열을 받은 열전 발전 모듈(5)은 발전한다. 전자 부품(6)은 열전 발전 모듈(5)이 발생하는 전력에 의해 구동한다. 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 전자 부품(6)은 센서(6A), 송신기(6B), 앰프(6C), 및 마이크로 컴퓨터(6D)를 포함한다. 센서(6A)는 물체(B)의 온도를 검출한다. 마이크로 컴퓨터(6D)는, 센서(6A)의 검출 데이터를 앰프(6C)로 증폭한 후, 송신기(6B)를 통해서, 열전 발전 장치(1)의 외부에 존재하는 산업 시설의 관리 장치에 송신한다. 열전 발전 장치(1)는 산업 시설의 복수의 물체(B)의 각각에 설치된다. 관리 장치는, 복수의 열전 발전 장치(1)의 각각으로부터 송신된 검출 데이터에 의거하여, 복수의 B의 상태를 감시 및 관리할 수 있다.
물체(B)로부터의 열에 의해, 전열 기구(10)의 적어도 일부가 Z축 방향으로 열변형할 가능성이 있다. 예를 들면, 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 열변형하면, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13)가 떨어지거나 할 가능성이 있다. 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 신장되도록 열변형하면, 열전 발전 모듈(5)은, 제 1 전열 부재(13)와 방열부(3) 사이에 있어서 눌러 찌부러뜨려져, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용할 가능성이 있다. 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 줄어들도록 열변형하면, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13)가 떨어져, 열전 발전 모듈(5)과 수열부(2) 사이의 열전달이 불충분해질 가능성이 있다.
본 실시형태에 있어서는, 전열 기구(10)의 적어도 일부는, 제 1 접속부(11)와 방열부(3)의 내면(3B)의 Z축 방향의 거리가 유지되도록 탄성 변형한다. 따라서, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 전열 기구(10)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다.
제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 신장되도록 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 줄어들도록 탄성 변형한다. 제 2 전열 부재(14)는 Z축 방향으로 신장되도록 열변형하는 제 1 전열 부재(13)를 가이드한다. 탄성부(15)가 Z축 방향으로 줄어들도록 탄성 변형함으로써, 제 1 전열 부재(13)의 -Z측의 단부의 Z축 방향의 위치는 변화되지만, 방열부(3)의 내면(3B)과 제 1 전열 부재(13)의 +Z측의 단부인 제 1 접속부(11)의 Z축 방향의 거리의 변화는 억제된다.
제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 줄어들도록 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 신장되도록 탄성 변형한다. 탄성부(15)는 압축된 상태에서 제 1 전열 부재(13)와 수열부(2) 사이에 배치된다. 그 때문에, 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 줄어들도록 열변형하면, 탄성부(15)는 Z축 방향으로 신장되도록 탄성 변형 할 수 있다. 제 2 전열 부재(14)는, Z축 방향으로 줄어들도록 열변형하는 제 1 전열 부재(13)를 가이드한다. 탄성부(15)가 Z축 방향으로 신장되도록 탄성 변형함으로써, 제 1 전열 부재(13)의 -Z측의 단부의 Z축 방향의 위치는 변화되지만, 방열부(3)의 내면(3B)과 제 1 전열 부재(13)의 +Z측의 단부인 제 1 접속부(11)의 Z축 방향의 거리의 변화는 억제된다.
이와 같이, Z축 방향으로 탄성 변형 가능한 탄성부(15)가 설치되어 있기 때문에, 제 1 전열 부재(13)가 Z축 방향으로 열변형해도, 방열부(3)의 내면(3B)과 제 1 전열 부재(13)의 제 1 접속부(11)의 Z축 방향의 거리의 변화가 억제된다. 이것에 의해, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)과 제 1 전열 부재(13)의 제 1 접속부(11)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다.
<효과>
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 열전 발전 모듈(5)에 접속되는 제 1 접속부(11)와 수열부(2)에 접속되는 제 2 접속부(12)를 갖는 전열 기구(10)가 설치된다. 이것에 의해, 수열부(2)의 열은 전열 기구(10)를 통해서, 열전 발전 모듈(5)에 충분히 전달된다. 그 때문에, 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)과 끝면(52) 사이에 충분한 온도차가 부여된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)는 전력을 충분히 발생할 수 있다.
열전 발전 모듈(5)과의 전열을 위해 열전 발전 모듈(5)에 제 1 전열 부재(13)가 접속될 경우에 있어서, 제 1 전열 부재(13)가 열변형할 가능성이 있다. 본 실시형태에 있어서, 전열 기구(10)는 탄성 변형 가능한 탄성부(15)를 갖는다. 따라서, 제 1 전열 부재(13)가 열변형해도, 탄성부(15)가 탄성 변형함으로써, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 그 때문에, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
둘레벽 부재(4)는 합성 수지제이다. 둘레벽 부재(4)는 단열성이다. 따라서, 수열부(2)의 열이 둘레벽 부재(4)를 통해 방열부(3)에 전달되는 것이 억제된다. 수열부(2)의 열은, 오로지 내부 공간(8)에 설치되어 있는 전열 기구(10)를 통해서 열전 발전 모듈(5)에 전달된다. 이것에 의해, 수열부(2)로부터 열전 발전 모듈(5)에 전달되는 열의 손실이 억제된다.
제 1 전열 부재(13)는 알루미늄 또는 구리와 같은 금속제이며, 둘레벽 부재(4)는 합성 수지제이다. 둘레벽 부재(4)의 열팽창 계수는 제 1 전열 부재(13)의 열팽창 계수보다 크다. 그 때문에, 둘레벽 부재(4)가 Z축 방향으로 열변형하면, 수열부(2)와 방열부(3)의 Z축 방향의 거리가 변화될 가능성이 있다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 전열 부재(13)가 탄성부(15)에 지지되어 있으므로, 수열부(2)와 방열부(3)의 Z축 방향의 거리가 변화되어도, 방열부(3)의 내면(3B)과 제 1 전열 부재(13)의 제 1 접속부(11)의 Z축 방향의 거리의 변화는 억제된다. 따라서, 방열부(3)와 제 1 전열 부재(13) 사이에 배치되어 있는 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다.
제 1 전열 부재(13)는 제 2 전열 부재(14)에 가이드된다. 제 2 전열 부재(14)는, 제 1 전열 부재(13)가 오로지 열변형하는 방향으로 제 1 전열 부재(13)를 가이드한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전열 부재(13)가 열변형하는 방향은 Z축 방향이다. 제 2 전열 부재(14)의 가이드 방향은 Z축 방향이다. 이것에 의해, 제 1 전열 부재(13)는 Z축 방향으로 원활히 이동할 수 있다.
제 1 전열 부재(13)와 제 2 전열 부재(14)의 적어도 일부는 접촉한다. 따라서, 물체(B)의 열은 수열부(2), 제 1 전열 부재(13), 및 제 2 전열 부재(14)를 통해서 열전 발전 모듈(5)에 충분히 전달된다.
제 1 접속부(11)는 가요성의 전열 시트(16)를 개재하여 열전 발전 모듈(5)에 접속된다. 이것에 의해, 예를 들면 제 1 전열 부재(13)가 Z축에 대하여 경사지는 방향으로 열변형한 경우에도, 전열 시트(16)에 의해, 열전 발전 모듈(5)에 국소적인 외력이 작용하는 것이 억제된다.
전열 기구(10)의 적어도 일부는 수열부(2)와 방열부(3)와 둘레벽 부재(4)에 의해 규정되는 내부 공간(8)에 배치된다. 이것에 의해, 전열 기구(10)는 수열부(2), 방열부(3), 및 둘레벽 부재(4)에 의해 보호된다. 전열 기구(10)가 내부 공간(8)에 배치됨으로써, 전열 기구(10)에 이물이 부착되는 것이 억제된다. 따라서, 제 1 전열 부재(13)와 제 2 전열 부재(14)는 원활히 상대 이동할 수 있다.
전자 부품(6)의 적어도 일부는 수열부(2)와 방열부(3)와 둘레벽 부재(4)에 의해 규정되는 내부 공간(8)에 배치된다. 이것에 의해, 전자 부품(6)은 수열부(2), 방열부(3), 및 둘레벽 부재(4)에 의해 보호된다. 전자 부품(6)이 내부 공간(8)에 배치됨으로써 전자 부품(6)에 이물이 부착되는 것이 억제된다.
전자 부품(6)은 센서(6A) 및 센서(6A)의 검출 데이터를 송신하는 송신기(6B)를 포함한다. 이것에 의해, 열전 발전 장치(1)의 외부에 존재하는 관리 장치는, 센서(6A)의 검출 데이터를 원활히 취득할 수 있다. 열전 발전 장치(1)가 산업 시설의 복수의 물체(B)의 각각에 설치될 경우, 관리 장치는, 복수의 열전 발전 장치(1)의 각각으로부터 송신된 센서(6A)의 검출 데이터에 의거하여, 복수의 B의 상태를 감시 및 관리할 수 있다.
[제 2 실시형태]
제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상술의 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략또는 생략한다.
도 5는 본 실시형태에 따른 전열 기구(10B)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10B)는, 열전 발전 모듈(5)에 접속되는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13B)와, 제 1 전열 부재(13B)와 수열부(2) 사이에 배치되는 탄성부(15B)와, 수열부(2)에 접속되는 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13B)를 가이드하는 제 2 전열 부재(14B)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13B)는 천판부를 갖는 통 형상 부재이다. 제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13B)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 1 전열 부재(13B)는 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다.
제 2 전열 부재(14B)는 제 1 전열 부재(13B)의 내측에 배치되는 막대 형상 부재이다. 제 2 접속부(12)는 제 2 전열 부재(14B)의 -Z측의 단부를 포함한다. 제 2 전열 부재(14B)는 수열부(2)에 고정된다. 제 1 전열 부재(13B)와 제 2 전열 부재(14B)는 Z축 방향으로 상대 이동 가능하다. 제 2 전열 부재(14B)는 제 1 전열 부재(13B)를 Z축 방향으로 가이드한다.
탄성부(15B)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 탄성부(15B)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재를 포함한다. 탄성부(15B)는 제 1 전열 부재(13B)의 -Z측의 단부와 수열부(2)의 내면(2B) 사이에 배치된다. 탄성부(15B)의 +Z측의 단부는 제 1 전열 부재(13B)의 -Z측의 단부에 접속된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서도, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13B)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
[제 3 실시형태]
제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 따른 전열 기구(10C)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10C)는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13C)와, 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13C)를 가이드하는 제 2 전열 부재(14C)와, 제 1 전열 부재(13C)와 제 2 전열 부재(14C) 사이에 배치되는 탄성부(15C)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13C)는 막대 형상 부재이다. 제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13C)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 1 전열 부재(13C)는 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다.
제 2 전열 부재(14C)는 저판부를 갖는 통 형상 부재이다. 제 2 접속부(12)는 제 2 전열 부재(14C)의 -Z측의 단부를 포함한다. 제 2 전열 부재(14C)는 수열부(2)에 고정된다. 제 1 전열 부재(13C)와 제 2 전열 부재(14C)는 Z축 방향으로 상대 이동 가능하다. 제 2 전열 부재(14C)는 제 1 전열 부재(13C)를 Z축 방향으로 가이드한다.
탄성부(15C)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 탄성부(15C)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재를 포함한다. 탄성부(15C)는 제 1 전열 부재(13C)의 -Z측의 단부와 제 2 전열 부재(14C)의 저판부 사이에 배치된다. 탄성부(15B)의 +Z측의 단부는 제 1 전열 부재(13C)의 -Z측의 단부에 접속된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서도, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13C)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
[제 4 실시형태]
제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시형태에 따른 전열 기구(10D)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10D)는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13D)와, 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13D)를 가이드하는 제 2 전열 부재(14D)와, 제 1 전열 부재(13D)와 제 2 전열 부재(14D) 사이에 배치되는 탄성부(15D)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13D)는 막대 형상 부재이다. 제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13D)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 1 전열 부재(13D)는 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다.
제 2 전열 부재(14D)는 저판부를 갖는 통 형상 부재이다. 제 2 접속부(12)는 제 2 전열 부재(14D)의 -Z측의 단부를 포함한다. 제 2 전열 부재(14D)는 수열부(2)에 고정된다. 제 1 전열 부재(13D)와 제 2 전열 부재(14D)는 Z축 방향으로 상대 이동 가능하다. 제 2 전열 부재(14D)는 제 1 전열 부재(13D)를 Z축 방향으로 가이드한다.
탄성부(15D)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 탄성부(15D)는 기체와 같은 압축성 유체를 포함한다. 탄성부(15D)는 제 1 전열 부재(13D)의 -Z측의 단부와 제 2 전열 부재(14D)의 저판부 사이에 배치된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서도, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13D)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
[제 5 실시형태]
제 5 실시형태에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시형태에 따른 전열 기구(10E)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10E)는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13E)와, 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13E)와 수열부(2) 사이에 배치되는 탄성부(15E)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13E)는 막대 형상 부재이다. 제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13E)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 1 전열 부재(13E)는 열전 발전 모듈(5)의 끝면(51)에 접속된다.
탄성부(15E)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 제 2 접속부(12)는 탄성부(15E)의 -Z측의 단부를 포함한다. 탄성부(15E)의 -Z측의 단부는 수열부(2)에 고정된다. 탄성부(15E)는 제 1 전열 부재(13E)의 -Z측의 단부와 수열부(2) 사이에 배치된다. 제 1 전열 부재(13E)는 탄성부(15E)에 지지된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서도, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13D)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 탄성부(15E)가 제 1 전열 부재(13E)와 방열부(3) 사이에 배치되고, 열전 발전 모듈(5)이 제 1 전열 부재(13E)와 수열부(2) 사이에 배치되어도 좋다. 이 경우, 탄성부(15E)가 방열부(3)에 접속되는 제 1 접속부(11)를 갖고, 제 1 전열 부재(13E)가 수열부(2)에 접속되는 제 2 접속부(12)를 갖는다.
[제 6 실시형태]
제 6 실시형태에 대하여 설명한다. 도 9는 본 실시형태에 따른 전열 기구(10F)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 전열 기구(10F)는, 열전 발전 모듈(5)에 접속되는 제 1 접속부(11)를 갖는 제 1 전열 부재(13F)와, 제 1 전열 부재(13F)와 방열부(3) 사이에 배치되는 탄성부(15F)와, 방열부(3)에 접속되는 제 2 접속부(12)를 갖고, 제 1 전열 부재(13F)를 가이드하는 제 2 전열 부재(14F)를 포함한다.
제 1 전열 부재(13F)는 막대 형상 부재이다. 제 1 접속부(11)는 제 1 전열 부재(13F)의 -Z측의 단부를 포함한다. 열전 발전 모듈(5)은 제 1 전열 부재(13F)의 제 1 접속부(11)와 수열부(2) 사이에 배치된다.
제 2 전열 부재(14F)는 제 1 전열 부재(13F)의 주위에 배치되는 통 형상 부재이다. 제 2 접속부(12)는 제 2 전열 부재(14F)의 +Z측의 단부를 포함한다. 제 2 전열 부재(14F)는 방열부(3)에 고정된다. 제 1 전열 부재(13F)와 제 2 전열 부재(14F)는 Z축 방향으로 상대 이동 가능하다. 제 2 전열 부재(14F)는 제 1 전열 부재(13F)를 Z축 방향으로 가이드한다.
탄성부(15F)는 Z축 방향으로 탄성 변형한다. 탄성부(15F)는 코일 스프링과 같은 탄성 부재를 포함한다. 탄성부(15F)는 제 1 전열 부재(13F)의 +Z측의 단부와 방열부(3) 사이에 배치된다. 탄성부(15F)의 +Z측의 단부는 방열부(3)에 접속된다. 탄성부(15F)의 -Z측의 단부는 제 1 전열 부재(13F)에 고정된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서도, 열전 발전 모듈(5)에 과도한 외력이 작용하거나, 열전 발전 모듈(5)과 제 1 전열 부재(13F)가 떨어지거나 하는 것이 억제된다. 따라서, 열전 발전 장치(1)의 성능의 저하가 억제된다.
[그 밖의 실시형태]
상술의 실시형태에 있어서, 탄성부(15)(15B, 15C, 15E, 15F)는 코일 스프링이 아니어도 좋다. 탄성부(15)는 판 스프링, 접시 스프링, 수지 스프링, 및 태엽 스프링 중 적어도 하나라도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 탄성부(15)(15D)는 압축성의 기체가 아니어도 좋고, 액체라도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 탄성부(15)(15B, 15C, 15D, 15E, 15F)는 스프링이 아니어도 좋고, 고무와 같은 탄성 부재라도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 전열 시트(16)는 생략되어도 좋다.
상술의 실시형태에 있어서, 센서(6A)는 온도 센서에 한정되지 않는다. 센서(6A)는, 예를 들면 진동 센서라도 좋다.
1…열전 발전 장치, 2…수열부, 2A…수열면, 2B…내면, 2BT…오목부, 2BU…오목부, 3…방열부, 3A…방열면, 3B…내면, 3BT…오목부, 3BU…오목부, 4…둘레벽부재, 4B…내면, 5…열전 발전 모듈, 5P…p형 열전 반도체 소자, 5N…n형 열전 반도체 소자, 6…전자 부품, 6A…센서, 6B…송신기, 6C…앰프, 6D…마이크로 컴퓨터, 7…기판, 7A…지지 부재, 7B…지지 부재, 8…내부 공간, 9A…밀봉 부재, 9B…밀봉 부재, 10…전열 기구, 10B…전열 기구, 10C…전열 기구, 10D…전열 기구, 10E…전열 기구, 10F…전열 기구, 11…제 1 접속부, 12…제 2 접속부, 13…제 1 전열 부재, 13B…제 1 전열 부재, 13C…제 1 전열 부재, 13D…제 1 전열 부재, 13E…제 1 전열 부재, 13F…제 1 전열 부재, 14…제 2 전열 부재, 14B…제 2 전열 부재, 14C…제 2 전열 부재, 14D…제 2 전열 부재, 14F…제 2 전열 부재, 15…탄성부, 15B…탄성부, 15C…탄성부, 15D…탄성부, 15E…탄성부, 15F…탄성부, 16…전열 시트, 51…끝면, 51S…제 1 기판, 52…끝면, 52S…제 2 기판, 53…제 1 전극, 54…제 2 전극, 55…리드선, B…물체.
Claims (5)
- 수열부와,
방열부와,
상기 수열부와 상기 방열부 사이에 배치되고, 상기 수열부 및 상기 방열부의 일방에 당접되는 제 1 끝면을 갖는 열전 발전 모듈과,
상기 수열부와 상기 방열부 사이에 배치되고, 상기 열전 발전 모듈의 제 2 끝면에 당접되는 제 1 접속부를 갖는 제 1 전열 부재와,
상기 제 1 전열 부재와 상기 수열부 및 상기 방열부의 적어도 일방과의 사이에 배치되는 탄성부와,
상기 수열부 및 상기 방열부의 적어도 일방에 접속되는 제 2 접속부를 갖고,
상기 제 1 접속부를 갖는 제 1 전열 부재와, 상기 제 1 전열 부재를 가이드하는 제 2 전열 부재를 포함하며,
상기 제 2 전열 부재의 내주면과 상기 제 1 전열 부재의 외주면 사이에 열전도 그리스를 배치하는 열전 발전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전열 부재는 통 형상 부재이며,
상기 제 2 전열 부재는, 상기 제 1 전열 부재의 내측에 배치되는 막대 형상 부재인 열전 발전 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 수열부의 둘레 가장자리부와 상기 방열부의 둘레 가장자리부 사이에 배치되고, 상기 수열부와 상기 방열부를 연결하는 둘레벽 부재를 구비하고,
상기 전열 기구의 적어도 일부는, 상기 수열부와 상기 방열부와 상기 둘레벽 부재에 의하여 규정되는 내부 공간에 배치되는 열전 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 열전 발전 모듈이 발생하는 전력에 의해 구동하는 전자 부품을 구비하고,
상기 전자 부품의 적어도 일부는 상기 내부 공간에 배치되는 열전 발전 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 전자 부품은 센서 및 상기 센서의 검출 데이터를 송신하는 송신기를 포함하는 열전 발전 장치.
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