WO2018193734A1 - 熱電発電装置 - Google Patents

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WO2018193734A1
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thermoelectric power
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一也 牧野
弘邦 八馬
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株式会社Kelk
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric generator.
  • thermoelectric power generation apparatus configured by interposing a thermoelectric power generation module between a heat receiving plate and a cooling plate
  • the heat receiving plate receives radiant heat and circulates cooling water in the cooling plate, thereby generating a temperature difference between the heat receiving plate and the cooling plate, and the thermoelectric power generation module generates power by this temperature difference.
  • the conventional heat receiving plate is black-coated on the entire heat receiving surface in order to improve the absorption rate of radiant heat.
  • the size of the thermoelectric power generation module is set smaller than the size of the heat receiving plate in a plan view because of the sealing structure and the like.
  • the end portion is overheated, the thermal stress at the end portion of the thermoelectric power generation module is increased, and there is a problem that the solder joint portion of the thermoelectric power generation element at the end portion is peeled off or disconnected.
  • An object of the present invention is to provide a thermoelectric generator that does not cause damage to the outer peripheral end of a thermoelectric generator module even when the heat receiving plate is heated by radiant heat.
  • the thermoelectric power generation apparatus of the present invention includes a heat receiving plate having a heat receiving surface that receives radiant heat, a thermoelectric power generation module that is disposed on a surface opposite to the heat receiving surface in an area smaller than the area of the heat receiving plate, and the thermoelectric generator.
  • a cooling plate disposed on a surface opposite to a surface on which the heat receiving plate of the power generation module is disposed; and a heat equalizing unit provided on the heat receiving plate and configured to equalize the heat receiving surface. It is characterized by that.
  • the provision of the soaking means prevents the outer peripheral end of the thermoelectric power generation module from being heated more than necessary by the radiant heat. Therefore, since the thermal stress at the end of the thermoelectric power generation module does not increase, damage due to overheating of the joint portion of the thermoelectric element at the outer peripheral end of the thermoelectric power generation module can be prevented.
  • the disassembled perspective view which shows the structure of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the thermoelectric generator in the said embodiment.
  • the disassembled perspective view which shows the structure of the thermoelectric power generation module in the said embodiment.
  • the principal part disassembled perspective view which shows the structure of the thermoelectric power generation module in the said embodiment.
  • the top view which shows the temperature distribution of the heat receiving surface of the conventional heat receiving plate.
  • the top view which shows the damaged part which arose in the conventional thermoelectric power generation module.
  • the top view which shows the structure of the heat receiving plate in the said embodiment.
  • the graph which shows the change of the area ratio of the temperature equalization means in the said embodiment, and the temperature variation of a heat receiving plate.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of the thermoelectric generator 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric generator 1.
  • the thermoelectric generator 1 includes a heat receiving plate 2, a cooling plate 3, a thermoelectric power generation module 4, and a carbon sheet 5.
  • the thermoelectric generator 1 receives radiant heat from the heat receiving plate 2 and converts thermal energy into electrical energy by the thermoelectric power generation module 4 due to a temperature difference from the cooling plate 3.
  • the heat receiving plate 2 is made of, for example, a rectangular plate made of iron, copper, or aluminum, and the lower surface side is a heat receiving surface 2A, and is heated to about 280 ° C. by radiant heat. As shown in FIG. 2, a plurality of female screw holes 2 ⁇ / b> B and 2 ⁇ / b> C are formed on the surface of the heat receiving plate 2 opposite to the heat receiving surface 2 ⁇ / b> A.
  • the cooling plate 3 is made of, for example, a rectangular thick plate plate made of aluminum, and as shown in FIG. 2, a cooling circuit 3A in which a cooling liquid such as cooling water flows is formed. When the cooling water flows through the cooling circuit 3A, the entire cooling plate 3 is kept cooled to about 20 to 40 ° C.
  • a cooling water supply pipe 3B and a return pipe 3C are connected to the cooling circuit 3A. Cooling water is supplied from the supply pipe 3B, and after cooling the cooling plate 3 by the cooling circuit 3A, the return pipe It is discharged from the road 3C.
  • the cooling plate 3 is formed with five holes 3D penetrating the front and back surfaces at approximately the center and four holes 3E at the outer peripheral end.
  • the thermoelectric power generation module 4 is disposed between the heat receiving plate 2 and the cooling plate 3. As shown in FIG. 3, the thermoelectric power generation module 4 includes a high temperature side substrate 4A and a low temperature side substrate 4B.
  • the high temperature side substrate 4A and the low temperature side substrate 4B have a configuration in which electrodes are formed on the surface of a polyimide film, and are arranged with the surfaces on which the electrode surfaces 4C and 4D (see FIG. 2) are formed facing each other.
  • thermoelectric elements 4P and 4N are alternately arranged. These thermoelectric elements 4P and 4N electrically connect the electrode surface 4C of the high temperature side substrate 4A and the electrode surface 4D of the low temperature side substrate 4B.
  • the electrode surface 4C of the high temperature side substrate 4A and the electrode surface 4D of the low temperature side substrate 4B are joined to the end surfaces of the thermoelectric elements 4P and 4N by soldering.
  • five holes 4E are formed at the center of the high temperature side substrate 4A and the low temperature side substrate 4B, and four holes 4F are formed at the outer peripheral end.
  • a ring-shaped inner sealing frame 6 is provided around each hole 4E, and a rectangular outer peripheral sealing frame 7 is provided around the low temperature side substrate 4B.
  • the inner sealing frame 6 and the outer sealing frame 7 are made of a metal material such as iron, copper, or aluminum.
  • the carbon sheet 5 is interposed between the heat receiving plate 2 and the high temperature side substrate 4A, the cooling plate 3 and the low temperature side substrate 4B, respectively, and the heat received by the heat receiving plate 2 is the high temperature side substrate. It functions as a heat transfer layer that transfers heat to 4A and transfers the heat of the low temperature side substrate 4B to the cooling plate 3.
  • the carbon sheet 5 is configured as a rectangular plate-like sheet material having an inner periphery of the outer peripheral sealing frame 7 as an outer periphery, and is maintained in a non-contact state with the high temperature side substrate 4A corresponding to the outer peripheral sealing frame 7. That is, the air layer between the high temperature side substrate 4A corresponding to the outer peripheral sealing frame 7 functions as a heat insulating layer.
  • each hole is larger than the outer shape of the ring-shaped inner sealing frame 6, and is maintained in a non-contact state with the high-temperature side substrate 4A corresponding to the inner sealing frame 6, and the air layer therebetween is a heat insulating layer. Function as.
  • the heat receiving plate 2, the cooling plate 3, the thermoelectric power generation module 4, and the carbon sheet 5 having such a configuration are integrated by five first fastening members 8 and eight second fastening members 9.
  • the first fastening member 8 includes a bolt 8A, a receiving member 8B, and a coil spring 8C.
  • the bolt 8A is sequentially inserted into the hole 3D of the cooling plate 3, the hole 4E of the thermoelectric power generation module, and the hole of the carbon sheet 5, and is screwed into the female screw hole 2B of the heat receiving plate 2.
  • the receiving member 8B is configured as a metal cylindrical body inserted through the bolt 8A, and has a flange formed at one end.
  • the coil spring 8C is inserted into the outer peripheral portion of the receiving member 8B, and when the bolt 8A is screwed into the female screw hole 2B of the heat receiving plate 2, it is compressed in the inserting direction by the flange of the receiving member 8B, and the cooling plate 3 is compressed. Energize 2 sides.
  • the second fastening member 9 is a member that fastens the heat receiving plate 2 and the cooling plate 3 at the outer peripheral end, and has substantially the same configuration as the first fastening member 8, and includes the bolt 9A, the receiving member 9B, and the coil spring 9C. Prepare.
  • FIG. 5 shows the temperature distribution of the heat-receiving plate 2 heated uniformly by radiant heat.
  • the heat receiving surface 2A of the heat receiving plate 2 is black-coated on the entire surface.
  • the heat receiving surface 2 ⁇ / b> A has the lowest temperature at the substantially central portion where the thermoelectric power generation module 4 that actively conducts heat is disposed, and the temperature increases toward the periphery.
  • the corner of the 2A rectangle has the highest temperature.
  • FIG. 7 Configuration of soaking means
  • the central region 21 of the heat receiving plate 2 is painted black to increase the radiant heat absorption rate, and the outer peripheral region 22 is coated.
  • the heat receiving surface 2A was soaked by reducing the radiant heat absorption rate as an alumite color or the like not applied. That is, by controlling the absorption rate distribution of the radiant heat between the central region 21 and the outer peripheral region 22 of the heat receiving plate 2, a soaking means is configured.
  • the absorption ratio of the radiant heat of the central region 21 painted black is 96%
  • the absorption ratio of the radiant heat of the outer peripheral region 22 of the anodized color is 15% to 20%.
  • region 21 of a center part is arbitrary, and it can form arbitrarily with respect to the square heat receiving plate 2, such as a rectangular shape and a circular shape.
  • the central region 21 may be painted with another color instead of black coating, and the outer peripheral region 22 may be painted with white.
  • the area ratio of the central region 21 to the area of the thermoelectric power generation module 4 is such that the temperature variation between the outer peripheral region 22 and the central region 21 is within 10 ° C. Is preferred.
  • the area ratio of the black painted central region 21 to the thermoelectric power generation module 4 was as shown in Table 1 and FIG.
  • the area of the thermoelectric power generation module 4, the area of 48400mm 2 (220mm ⁇ 220mm), the heat receiving plate 2 was 80556mm 2 (284mm ⁇ 284mm).
  • the temperature difference can be less than 10 ° C. in the area ratio of 0.53 or more and 0.84 or less.
  • the upper limit temperature of the heat receiving plate 2 is 290 ° C. for durability
  • the maximum temperature of the outer peripheral region 22 is 290 ° C. as shown in FIG.
  • the minimum temperature of the central region 21 was 257 ° C.
  • the average temperature of the heat receiving plate 2 was 273.5 ° C.
  • black coating is applied to the central region 21 of 175 mm ⁇ and the outer peripheral region 22 is an alumite color that is a bullion color, as shown in FIG. 10
  • the minimum temperature of the central region 21 was 282 ° C.
  • the average temperature of the heat receiving plate 2 was 286 ° C.
  • the power generation output of the thermoelectric power generation module 4 can be improved by increasing the temperature difference between the heat receiving plate 2 and the cooling plate 3. Specifically, the overall temperature of the heat receiving plate 2 is raised by bringing the heat receiving plate 2 closer to the radiant heat source.
  • the power generation output by the thermoelectric power generation module 4 stops at 250 W, as indicated by a point P1 in FIG.
  • the power generation output by the thermoelectric power generation module 4 is improved to 280 W, as indicated by a point P2 in FIG.
  • thermoelectric generator 1 since the thermoelectric generator 1 includes the soaking means, the outer peripheral end of the thermoelectric generator module 4 is not heated more than necessary by the radiant heat. Accordingly, since the thermal stress at the end of the thermoelectric power generation module does not increase, damage due to overheating of the thermoelectric elements 4P and 4N at the outer peripheral end of the thermoelectric power generation module 4 and the electrode surface 4C joint of the high temperature side substrate 4A is prevented. Can do. Moreover, since the thermoelectric generator 1 is provided with a soaking means, the average temperature of the heat receiving plate 2 can be raised, so that the power generation output by the thermoelectric generator module 4 can be improved.
  • the heat receiving surface 10A of the heat receiving plate 10 receives heat so that the incident angle of the radiant heat in the central region 11 is 0 deg and the incident angle of the outer peripheral region 12 is larger than that.
  • the shape of the surface 10A itself may be changed. In this case, since the incident angle of the radiant heat is larger in the outer peripheral region having a larger incident angle, it becomes difficult to absorb the radiant heat, and the temperature can be equalized as in the above-described embodiment.
  • the heat equalization means was comprised by controlling the heat reception of the radiant heat of 2 A of heat receiving surfaces of the heat receiving plate 2, this invention is not limited to this.
  • the heat equalizing means may be configured by forming heat radiation fins 15 or the like in the outer peripheral region 14 on the back surface of the heat receiving plate 13 and improving the heat radiation efficiency.
  • region 21 was painted black and the outer peripheral area
  • region 22 was alumite color, this invention is not limited to this.
  • a reflective coating may be applied to the rectangular corners of the heat receiving plate 16, or a reflective region 16 ⁇ / b> A may be formed in which the reflective plates are joined.
  • region 21 was painted black and the outer peripheral area
  • this invention is not limited to this.
  • an intermediate region 17 ⁇ / b> A may be formed between the central region 21 and the outer peripheral region 22 of the heat receiving plate 17.
  • region 21 was made into the black coating surface, this invention is not limited to this.
  • uneven processing such as texture processing may be formed in the central region 18 ⁇ / b> A of the heat receiving plate 18.
  • the present invention may employ other structures or the like as long as the object of the present invention can be achieved.
  • periphery sealing frame 8 ... first fastening member, 8A ... bolt, 8B ... receiving member, 8C ... coil spring, 9 ... second Fastening member, 9A ... bolt, 9B ... receiving member, 9C ... coil spring, 10 ... heat receiving plate, 10A ... heat receiving surface, 11 ... central region, 12 ... outer peripheral region, 13 ... heat receiving plate, 14 ... outer peripheral region, 15 ... heat dissipation Fins, 16 ... heat receiving plate, 16A ... reflection region, 17 ... heat receiving plate, 17A ... intermediate region, 1 ... receiving plate, 18A ... central region, 21 ... central region, 22 ... outer circumferential region.

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Abstract

熱電発電装置は、輻射熱を受ける受熱面（２Ａ）を有する受熱板（２）と、受熱面（２Ａ）とは反対側の面に、受熱板（２）の面積よりも小さな面積に配置される熱電発電モジュールと、熱電発電モジュールの受熱板（２）が配置される面とは反対側の面に配置される冷却板と、受熱板（２）に設けられ、受熱面（２Ａ）を均熱化する均熱化手段（２２）と、を備えている。

Description

熱電発電装置
　本発明は、熱電発電装置に関する。
　従来、受熱板と冷却板との間に熱電発電モジュールを介装して構成された熱電発電装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
　このような熱電発電装置では、受熱板で輻射熱を受け、冷却板中に冷却水を循環させることにより、受熱板および冷却板の間に温度差を生じさせ、この温度差により熱電発電モジュールが発電を行う。
　ここで、従来の受熱板は、輻射熱の吸収率を向上するために、受熱面全体に黒色塗装等が施されている。
特開２０１６－９７８７号公報
　しかしながら、前記特許文献１に記載の技術では、封止構造等の関係から、平面視で受熱板の大きさに対して、熱電発電モジュールの大きさの方が小さく設定されており、受熱板の端部が過熱されてしまい、熱電発電モジュールの端部の熱応力が大きくなり、端部の熱電発電素子の半田接合部が剥離したり、断線するという課題がある。
　本発明の目的は、輻射熱によって受熱板が加熱されても、熱電発電モジュールの外周端部に損傷の生じることのない熱電発電装置を提供することにある。
　本発明の熱電発電装置は、輻射熱を受ける受熱面を有する受熱板と、前記受熱面とは反対側の面に、前記受熱板の面積よりも小さな面積に配置される熱電発電モジュールと、前記熱電発電モジュールの前記受熱板が配置される面とは反対側の面に配置される冷却板と、前記受熱板に設けられ、前記受熱面を均熱化する均熱化手段と、を備えていることを特徴とする。
　本発明によれば、均熱化手段を備えていることにより、熱電発電モジュールの外周端部が輻射熱によって必要以上に加熱されることがない。したがって、熱電発電モジュールの端部の熱応力が大きくならないので、熱電発電モジュールの外周端部の熱電素子の接合部の過熱による損傷を防止することができる。
本発明の実施形態に係る熱電発電装置の構造を示す分解斜視図。 前記実施形態における熱電発電装置の構造を示す断面図。 前記実施形態における熱電発電モジュールの構造を示す分解斜視図。 前記実施形態における熱電発電モジュールの構造を示す要部分解斜視図。 従来の受熱板の受熱面の温度分布を示す平面図。 従来の熱電発電モジュールに生じた損傷部を示す平面図。 前記実施形態における受熱板の構造を示す平面図。 前記実施形態における均熱化手段の面積比と受熱板の温度ばらつきの変化を示すグラフ。 従来の受熱板の受熱面の温度分布を示す平面図。 前記実施形態の受熱板の受熱面の温度分布を示す平面図。 前記実施形態および従来の受熱板による平均温度と発電出力の関係を示すグラフ。 実施形態の変形となる均熱化手段の構造を示す側面図。 実施形態の変形となる均熱化手段の構造を示す側面図。 実施形態の変形となる均熱化手段の構造を示す平面図。 実施形態の変形となる均熱化手段の構造を示す平面図。 実施形態の変形となる均熱化手段の構造を示す側面図。
　［１］熱電発電装置１の構成
　図１には、熱電発電装置１の分解斜視図、図２には、熱電発電装置１の断面図が示されている。熱電発電装置１は、受熱板２、冷却板３、熱電発電モジュール４、およびカーボンシート５を備える。熱電発電装置１は、受熱板２により輻射熱を受け、冷却板３との温度差により、熱電発電モジュール４で熱エネルギを電気エネルギに変換する。
　受熱板２は、たとえば鉄、銅、アルミニウム製の矩形板状体から構成され、下面側が受熱面２Ａとされ、輻射熱により約２８０℃程度に加熱される。図２に示すように、受熱板２の受熱面２Ａとは反対側の面には、複数の雌ねじ孔２Ｂ、２Ｃが形成されている。
　冷却板３は、たとえばアルミニウム製の矩形厚板板状体から構成され、図２に示すように、内部に冷却水等の冷却液が流通する冷却回路３Ａが形成されている。冷却回路３Ａ内に冷却水が流通すると、冷却板３は、全体が２０℃から４０℃程度に冷却維持される。
　冷却回路３Ａには、冷却水の供給管路３Ｂ、および戻し管路３Ｃが接続され、供給管路３Ｂから冷却水が供給され、冷却回路３Ａで冷却板３の冷却を行った後、戻し管路３Ｃから排出される。
　また、冷却板３には、表裏面を貫通する孔３Ｄが略中央に５箇所形成され、外周端部に孔３Ｅが４箇所形成されている。
　熱電発電モジュール４は、受熱板２および冷却板３の間に配置されている。熱電発電モジュール４は、図３に示すように、高温側基板４Ａおよび低温側基板４Ｂを備えている。高温側基板４Ａおよび低温側基板４Ｂは、ポリイミド製のフィルムの表面に電極が形成された構成であり、電極面４Ｃ、４Ｄ（図２参照）を形成した面を対向させて配置される。
　高温側基板４Ａおよび低温側基板４Ｂの間には、図２および図４に示すように、複数のＰ型熱電素子４Ｐ、Ｎ型熱電素子４Ｎが交互に配列されている。これらの熱電素子４Ｐ、４Ｎは、高温側基板４Ａの電極面４Ｃと、低温側基板４Ｂの電極面４Ｄとを電気的に導通させている。高温側基板４Ａの電極面４Ｃおよび低温側基板４Ｂの電極面４Ｄと、熱電素子４Ｐ、４Ｎの端面とは、半田によって接合されている。
　高温側基板４Ａおよび低温側基板４Ｂの中央には、図３に示すように、孔４Ｅが５箇所形成され、外周端部には、孔４Ｆが４箇所形成されている。各孔４Ｅの周りには、リング状の内部封止枠６が設けられ、低温側基板４Ｂの周囲には、矩形状の外周封止枠７が設けられている。内部封止枠６および外周封止枠７は、鉄、銅、アルミニウム等の金属材料から構成されている。
　カーボンシート５は、図１に示すように、受熱板２および高温側基板４Ａと、冷却板３および低温側基板４Ｂとの間にそれぞれ介装され、受熱板２で受熱した熱を高温側基板４Ａに伝熱し、低温側基板４Ｂの熱を冷却板３に伝熱する伝熱層として機能する。
　カーボンシート５は、外周封止枠７の内側を外周とする矩形板状のシート材として構成され、外周封止枠７に対応した高温側基板４Ａと、非接触の状態で維持される。つまり、外周封止枠７に対応した高温側基板４Ａとの間の空気層は、断熱層として機能する。
　また、カーボンシート５の中央部分には、内部封止枠６の配置に応じて孔が５箇所形成されている。各孔は、リング状の内部封止枠６の外形よりも大きくなっていて、内部封止枠６に対応した高温側基板４Ａと、非接触の状態で維持され、この間の空気層が断熱層として機能する。
　このような構成の受熱板２、冷却板３、熱電発電モジュール４、およびカーボンシート５は、５つの第１締結部材８および８つの第２締結部材９によって一体化されている。
　第１締結部材８は、図２に示すように、ボルト８Ａ、受け部材８Ｂおよびコイルばね８Ｃを備える。ボルト８Ａは、冷却板３の孔３Ｄ、熱電発電モジュールの孔４Ｅ、およびカーボンシート５の孔に順次挿入され、受熱板２の雌ねじ孔２Ｂに螺合する。
　受け部材８Ｂは、ボルト８Ａに挿通される金属製の筒状体として構成され、一端にフランジが形成されている。
　コイルばね８Ｃは、受け部材８Ｂの外周部分に挿通され、ボルト８Ａが受熱板２の雌ねじ孔２Ｂに螺合したときに、受け部材８Ｂのフランジによって挿入方向に圧縮され、冷却板３を受熱板２側に付勢する。
　第２締結部材９は、受熱板２および冷却板３を外周端部で締結する部材であり、第１締結部材８と略同様の構成とされ、ボルト９Ａ、受け部材９Ｂ、およびコイルばね９Ｃを備える。
　［２］従来の受熱板２の温度分布
　図５には、輻射熱によって均一に加熱された受熱板２の温度分布が示されている。なお、受熱板２の受熱面２Ａは、全面に黒色塗装が施されている。図５からわかるように、受熱面２Ａは、伝熱を積極的に行う熱電発電モジュール４が配置された略中央部分が最も低温となり、周囲に向かうにしたがって、温度が高くなっており、受熱面２Ａの矩形の角隅部分が最も高温となっている。
　このような温度ばらつきがあると、受熱板２の外周端部の温度が先に上昇し、図６に示すように、熱電発電モジュール４の端部の熱電素子４Ｐ、４Ｎに損傷が生じる。これは、熱電素子４Ｐ、４Ｎと、高温側基板４Ａとを接合する半田部分が剥離し、断線してしまうために生じる。
　［３］均熱化手段の構成
　そこで、本実施形態では、図７に示すように、受熱板２の中央領域２１を黒色塗装して、輻射熱吸収率を高くし、外周領域２２を、塗装を施さないアルマイト色等として、輻射熱吸収率を低くすることにより、受熱面２Ａの均熱化を図った。つまり、受熱板２の中央領域２１と、外周領域２２との輻射熱の吸収率分布を制御することにより、均熱化手段を構成している。
　黒色塗装された中央領域２１の輻射熱の吸収率は９６％であり、アルマイト色の外周領域２２の輻射熱の吸収率は、１５％から２０％である。なお、中央部の中央領域２１の形状は任意であり、正方形の受熱板２に対して、長方形状や、円形状等任意に形成することができる。また、中央領域２１は黒色塗装ではなく、他の色で塗装してもよく、外周領域２２も、白色塗装等を施してもよい。
　また、中央領域２１を黒色塗装、外周領域２２をアルマイト色とした場合、熱電発電モジュール４の面積に対する中央領域２１の面積比は、外周領域２２と中央領域２１の温度ばらつきを１０℃以内とするのが好ましい。
　具体的に測定したところ、熱電発電モジュール４に対する黒色塗装された中央領域２１の面積比は、表１および図８のようになった。なお、熱電発電モジュール４の面積は、４８４００ｍｍ２（２２０ｍｍ×２２０ｍｍ）、受熱板２の面積は、８０５５６ｍｍ２（２８４ｍｍ×２８４ｍｍ）であった。
　表１および図８からわかるように、温度差を１０℃未満とすることができるのは、面積比で０．５３以上、０．８４以下である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、耐久性上、受熱板２の温度は２９０℃が上限温度であるため、受熱面２Ａの全面に黒色塗装を施した場合、図９に示すように、外周領域２２の最高温度が２９０℃のときに、中央領域２１の最低温度は２５７℃であり、受熱板２の平均温度は、２７３．５℃であった。
　これに対して、１７５ｍｍ□の中央領域２１に黒色塗装を施し、外周領域２２を地金色であるアルマイト色とした場合、図１０に示すように、外周領域２２の温度が最高温度２９０℃のときに、中央領域２１の最低温度は２８２℃であり、受熱板２の平均温度は２８６℃であった。
　このことは、受熱板２の平均温度を上昇させることができることを意味し、その分、受熱板２と、冷却板３との温度差を大きくすることができることとなる。したがって、受熱板２と冷却板３との温度差を大きくすることにより、熱電発電モジュール４の発電出力を向上させることができることとなる。具体的には、受熱板２を輻射熱源に接近させることにより、受熱板２の全体の温度を上昇させる。
　図９に示される受熱板２の平均温度が２７３．５℃の場合、図１１の点Ｐ１に示すように、熱電発電モジュール４による発電出力が２５０Ｗに止まる。
　一方、図１０に示される受熱板２の平均温度が２８６℃の場合、図１１の点Ｐ２に示すように、熱電発電モジュール４による発電出力が２８０Ｗに向上する。
　本実施形態によれば、熱電発電装置１が均熱化手段を備えていることにより、熱電発電モジュール４の外周端部が輻射熱によって必要以上に加熱されることがない。したがって、熱電発電モジュールの端部の熱応力が大きくならないので、熱電発電モジュール４の外周端部の熱電素子４Ｐ、４Ｎと、高温側基板４Ａの電極面４Ｃ接合部の過熱による損傷を防止することができる。
　また、熱電発電装置１が均熱化手段を備えていることにより、受熱板２の平均温度を上げることができるため、熱電発電モジュール４による発電出力を向上することができる。
　［４］実施形態の変形
　なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　前記実施形態では、受熱板２の受熱面２Ａの中央領域２１を黒色塗装とし、外周領域２２を地金の色であるアルマイト色とすることにより、均熱化手段を構成していたが、本発明はこれに限られない。
　たとえば、図１２に示すように、受熱板１０の受熱面１０Ａにおいて、中央領域１１の輻射熱の入射角を０ｄｅｇとなるようにし、外周領域１２の入射角をそれ以上の角度となるように、受熱面１０Ａの形状自体を変更してもよい。この場合、入射角の大きな外周領域の方が、輻射熱の入射角が大きくなるため、輻射熱を吸収しにくくなり、前述した実施形態と同様に、均熱化を図ることができる。
　また、前記実施形態では、受熱板２の受熱面２Ａの輻射熱の受熱を制御することにより、均熱化手段を構成していたが、本発明はこれに限られない。
　たとえば、図１３に示すように受熱板１３の裏面の外周領域１４に放熱フィン１５等を形成し、放熱効率を向上させることにより、均熱化手段を構成してもよい。
　さらに、前記実施形態では、中央領域２１を黒色塗装し、外周領域２２をアルマイト色としていたが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１４に示すように、受熱板１６の矩形の角隅部に反射塗装を施したり、反射板を接合した反射領域１６Ａを形成してもよい。
　また、前記実施形態では、中央領域２１を黒色塗装し、外周領域２２をアルマイト色としていたが、本発明は、これに限られない。たとえば、図１５に示すように、受熱板１７の中央領域２１および外周領域２２の間に中間色、たとえば、茶色等の塗装を施した中間領域１７Ａを形成してもよい。
　さらに、前記実施形態では、中央領域２１を黒色塗装面としていたが、本発明は、これに限られない。たとえば、図１６に示すように、受熱板１８の中央領域１８Ａに、テクスチャ加工等の凹凸加工を形成してもよい。
　その他、本発明は、本発明の目的を達成できる範囲で、他の構造等を採用してもよい。
　１…熱電発電装置、２…受熱板、２Ａ…受熱面、２Ｂ…雌ねじ孔、２Ｃ…雌ねじ孔、３…冷却板、３Ａ…冷却回路、３Ｂ…供給管路、３Ｃ…戻し管路、３Ｄ…孔、３Ｅ…孔、４…熱電発電モジュール、４Ａ…高温側基板、４Ｂ…低温側基板、４Ｃ…電極面、４Ｄ…電極面、４Ｅ…孔、４Ｆ…孔、４Ｎ…Ｎ型熱電素子、４Ｐ…Ｐ型熱電素子、５…カーボンシート、６…内部封止枠、７…外周封止枠、８…第１締結部材、８Ａ…ボルト、８Ｂ…受け部材、８Ｃ…コイルばね、９…第２締結部材、９Ａ…ボルト、９Ｂ…受け部材、９Ｃ…コイルばね、１０…受熱板、１０Ａ…受熱面、１１…中央領域、１２…外周領域、１３…受熱板、１４…外周領域、１５…放熱フィン、１６…受熱板、１６Ａ…反射領域、１７…受熱板、１７Ａ…中間領域、１８…受熱板、１８Ａ…中央領域、２１…中央領域、２２…外周領域。

Claims (4)

  1. 　輻射熱を受ける受熱面を有する受熱板と、
    　前記受熱面とは反対側の面に、前記受熱板の面積よりも小さな面積に配置される熱電発電モジュールと、
    　前記熱電発電モジュールの前記受熱板が配置される面とは反対側の面に配置される冷却板と、
    　前記受熱板に設けられ、前記受熱面を均熱化する均熱化手段と、
    を備えていることを特徴とする熱電発電装置。
  2. 　請求項１に記載の熱電発電装置において、
    　前記均熱化手段は、前記受熱面の輻射熱の吸収率分布を制御することにより、前記受熱板を均熱化することを特徴とする熱電発電装置。
  3. 　請求項２に記載の熱電発電装置において、
    　前記均熱化手段は、前記熱電発電モジュールの配置に応じた前記受熱面の輻射熱吸収率よりも、前記熱電発電モジュールが配置されていない前記受熱面の輻射熱吸収率が低くなっていることを特徴とする熱電発電装置。
  4. 　請求項２に記載の熱電発電装置において、
    　前記均熱化手段は、前記熱電発電モジュールの配置に応じた前記受熱面における輻射熱の入射角よりも、前記熱電発電モジュールが配置されていない前記受熱面における輻射熱の入射角が大きくなるように形成されていることを特徴とする熱電発電装置。
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