図面 (/)

技術 熱電発電装置

出願人 株式会社東芝
発明者 後藤功一佐々木恵一堀川大介田中明
出願日 2013年9月10日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2013-187696
公開日 2015年3月23日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2015-056929
状態 特許登録済
技術分野 熱電素子 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 着脱板 貫通棒 均等荷重 締め付け治具 締め付け箇所 低温チャンバ チャンバ幅 チャージコントローラ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年3月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

全ての熱電変換モジュールにおいて締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加できるようにすること。

解決手段

両面の温度差により発電する熱電変換モジュール13と、熱電変換モジュール13を挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bを具備する熱電変換装置において、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bを合わせて2個以上、流体の流れ方向と垂直な方向に積層して積層チャンバ製作し、積層チャンバを積層方向に両側から所定の部材で押さえつけることにより、高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bの熱電変換モジュール13に対する締め付けを実施したことを特徴とする。

概要

背景

熱電発電装置は、熱電変換モジュールの両面に温度差をつけることで生じる電力を取り出す、非化石燃料による環境に優しい発電機である。工場排水温泉などの熱源からエネルギ回収し、独立電源として現場照明機器電力供給しており、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行なったりする用途に用いることができる。従来技術の一例として特許文献1に示される熱電発電装置を、図18〜図24を用いて説明する。

図18に示す熱電発電装置1は高温熱流体を流す直方体型高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとを交互に複数台配置し、熱電変換モジュール収納部(スロット)12に収納される熱電変換モジュール(図18には図示せず)を隣接するチャンバ間にそれぞれ挟んだ構造を有する。高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bを合わせてチャンバ11と称する。図18中の矢印は熱電発電装置1内を流れる熱流体流れの向きを示している。図18に示したように、高温チャンバ11A内を高温熱流体が流れる方向と、低温チャンバ11B内を低温熱流体が流れる方向とは、対向流を成している。各チャンバ11の片方の端部には、熱流体を取り込むための配管が設けられ、当該チャンバ11のもう片方の端部には、熱流体を排出するための配管が設けられる。隣接するチャンバ11内の熱流体の流れが対向流を構成していることから、熱電変換モジュール13の両面の温度差が熱流体の供給側から排出側まで長手方向で極力均一になるようにすることができ、発電性能を向上させることができる。切替装置2は、所望の電流及び電圧が得られるように熱電変換モジュール13の各々を電気的に直列接続及び並列接続する組合せの切り替えを行うためのリレー回路である。直列接続する熱電変換モジュール13の数と並列接続する熱電変換モジュール13の数とを切り替えることにより、出力される電流及び電圧を変更することができる。制御装置3は、切替装置2を通じて得られる電力の蓄電及び直流交流変換を行うための制御盤である。この制御装置3は、蓄電装置としてのバッテリや、バッテリに対する電力の充放電の制御を行うチャージコントローラ直流から交流への変換を行うインバータ等を備えている。制御装置3の出力は、例えばテレビ装置4、照明機器5、表示装置6等の負荷に供給される。

図19は、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとの間に設けられる複数の熱電変換モジュールの配置の一例を示す図である。図19に示されるように、高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bの壁面には、複数の熱電変換モジュール13が所定の間隔で貼り付けられている。熱電変換モジュール13は配線14により、例えばチャンバ長手方向へ電気的に直列接続される。

図20は、1つの熱電変換モジュール13の詳細な断面形状を示す図である。熱電変換モジュール13は、例えば一辺が1mm以上の直方体ないし立方体形状をしたP型半導体素子熱電変換材料)22aとN型半導体素子(熱電変換材料)22bとが、第1の電極導電体)20aもしくは第2の電極(導電体)20bを介して直列に接続された構造を有する。第1の電極20aは第1の絶縁板アルミナ等)21aで覆われており、第2の電極20bは第2の絶縁板(アルミナ等)21bで覆われている。熱電変換モジュールの材料として、例えばBiTe系もしくはFe2VAl系ホイスラー合金が使用される。熱電変換材料間接合や熱電変換材料と絶縁板との接合には、例えばはんだ材が使用される。また、直列接続構造の両端部にある2つの電極には、図示しない配線もしくはリード線を接続するための電極取出し口23a,23bが設けられている。このような構成において、熱電変換モジュール13の第1の絶縁板21aの表面が熱源からの熱により高温となり、第2の絶縁板21bの表面が配管11bを流れる媒体などにより低温になると、熱電変換モジュール13の両面において温度差を生じ、双方の流体熱交換する過程半導体素子群21,22において熱電変換が起こり、発電が行なわれるようになっている。

高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bは図21のように配置され、後述する複数の締め付け用治具50(図21には図示せず)が取り付けられている。当該締め付け用治具50によって、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとが熱電変換モジュール13を両側から圧接し、密着状態が保たれる。図21に示すように高熱伝導性材料15を挟み込むことにより、熱電変換モジュール13とチャンバ11A、11Bとの密着性を高めて、接触熱抵抗を低減させることもできる。高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bは、例えば、炭素鋼ステンレスチタン、銅、アルミなどの金属から成る。一般的な熱流体は、高温熱流体としてはお湯、低温熱流体としては水であるが、これに限られるものではない。

次に図22〜図24を参照して、熱電変換装置1の詳細な構成について説明する。図22は熱電発電装置1の全体構成を示す斜視図である。また、図23は熱電発電装置1を熱流体の流れ方向に垂直な方向から水平に見た時の構成を示す図である。図24は熱電発電装置1を上側から見た時の構成を示す図である。なお、各図においては、図面を見易いものとするため、幾つかの要素(配線など)の図示を省略している部分がある。熱電発電装置1は、前述した高温チャンバ11A、低温チャンバ11B、熱電変換モジュール収納部(スロット)12、熱電変換モジュール13、配線14を備えるほか、シャーシ10、高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温供給用ヘッダ32A、低温供給用ヘッダ32B、高温供給用配管接合部33A、低温供給用配管接合部33B、高温供給用ヘッダ接合部34A、低温供給用ヘッダ接合部34B、高温供給用配管41A、低温排出用配管41B、高温排出用ヘッダ42A、低温排出用ヘッダ42B、高温排出用配管整合部43A、低温排出用配管接合部43B、高温排出用ヘッダ接合分44A、低温排出用ヘッダ接合部44B、締め付け用治具50などを備えている。そのほか、図示はされていないが、各チャンバにはチャンバ内に滞留する空気を抜くための空気抜き弁や、装置停止時にチャンバ内の液体混入した不要物を抜くためのドレン弁などが備えられている。図22〜図24の例では、高温チャンバ11A、低温チャンバ11Bはそれぞれ4個で、チャンバは計9個である。また隣接するチャンバ1組が挟んでいる熱電モジュール13は、チャンバ1組に対して、チャンバ長手方向に17個、上下方向に2個で合計34個である。各部品の詳細な説明は、特許文献1の「発明を実施するための形態」の欄に記述されている。

さて、締め付け用治具50によって、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとが熱電変換モジュール13を両側から圧接し、密着状態が保たれ、接触熱抵抗が低減され伝熱量が増える。締め付け用治具50は、隣接する2つのチャンバの熱電変換モジュール13に対する締め付け圧を調節可能にする物であり、金具51のほか、金具51同士を引き寄せて締め付けるためのネジ機構、即ちボルト52、53、バネ54や、ナット座金などを用いて実現される。金具51は、各チャンバの上面と下面の双方に、チャンバ長手方向に一定の間隔をおいて、溶接等により複数取り付けられる。この金具51は、3つの開口部を有する。ボルト52は、9個のチャンバのチャンバ長手方向の位置ずれ補正するものであり、チャンバ幅方向に配列される9個の金具51の中央に位置する開口部の全てに通される。ボルト53やバネ54は、隣接する2つのチャンバの間の熱電変換モジュール13を適度な締め付け圧で締め付けるとともに、当該熱電変換モジュール13に対する締め付け圧を調節可能とするものである。ボルト53は、隣接する2つのチャンバの各金具51の両端に位置する2つの開口部の内の一方の開口部を通され、さらにバネ54に通される。なお、ボルト53を通すための開口部は、図22や図24に示されるようにチャンバ単位で交互に替えることが望ましい。これにより、チャンバ幅方向に隣接するボルト53同士が当たらないようにすることができるとともに、締め付け圧の偏りをある程度防ぐことができる。

図22〜図24に示した形態とは異なる従来の熱電発電装置1を図25を用いて説明する。図18はチャンバ11の長手方向に垂直な断面を示している。2個と高温チャンバ11Aと2個の低温チャンバ11Bが互い違いになって積まれている。高温チャンバ11Aの左右方向の隣も、上下方向の隣も低温チャンバ11Bであり、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bの間には、熱電変換モジュール13が挟まれている。他は図22〜図24で説明した従来の熱電発電装置1と同じである。

概要

全ての熱電変換モジュールにおいて締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加できるようにすること。 両面の温度差により発電する熱電変換モジュール13と、熱電変換モジュール13を挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bを具備する熱電変換装置において、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bを合わせて2個以上、流体の流れ方向と垂直な方向に積層して積層チャンバを製作し、積層チャンバを積層方向に両側から所定の部材で押さえつけることにより、高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bの熱電変換モジュール13に対する締め付けを実施したことを特徴とする。

目的

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、全ての熱電変換モジュール13において締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列に配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加させることが可能な熱電発電装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

両面の温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールを挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ及び低温チャンバとを具備する熱電変換装置において、前記高温チャンバと前記低温チャンバを合わせて2個以上、流体の流れ方向と垂直な方向に積層して積層チャンバ製作し、前記積層チャンバを積層方向に両側から所定の部材で押さえつけることにより、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする熱電発電装置

請求項2

両面の温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールを挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ及び低温チャンバとを具備する熱電変換装置において、前記高温チャンバと前記低温チャンバを合わせて第1の方向に2個以上積層して製作した積層チャンバを、積層した方向と異なる第2の方向にさらに2組以上積層することにより、2方向に積層した2方向積層チャンバを製作し、前記2方向積層チャンバを、第1の積層方向に両側から所定の部材で押さえつけた後、第2の積層方向に両側から所定の部材で押さえることにより、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする熱電発電装置。

請求項3

両面の温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールを挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ及び低温チャンバとを具備する熱電変換装置において、前記高温チャンバまたは前記低温チャンバと前記熱電変換モジュールとの接合面が複数あり、平行とならない接合面の組み合わせを含むように設けられた積層チャンバを、その一方向の両側を所定の部材で拘束しながら前記一方向とは異なる方向に両側から所定の部材で押さえつけることにより、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする熱電発電装置。

請求項4

積層チャンバを押さえつける方向と垂直な方向へのずれあるいは変形を所定の部材で抑えながら当該積層チャンバを押さえつけることで前記締め付けを実施した後に、前記部材の全部あるいは一部を取り外せる構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱電発電装置。

請求項5

両面の温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールを挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ及び低温チャンバとを具備する熱電変換装置において、前記高温チャンバの全部あるいは一部、または前記低温チャンバの全部あるいは一部のいずれかに、前記高温チャンバまたは前記低温チャンバと前記熱電変換モジュールとの接合面と平行でない外面から外向きに突出する突起を設け、前記突起同士を所定の部材で引き寄せることにより、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする熱電発電装置。

請求項6

前記高温チャンバと前記低温チャンバを合わせて第1の方向に2個以上積層した部分と、前記第1の方向と異なる第2の方向に積層した部分とを具備し、前記第1の方向と前記第2の方向のいずれに関しても、高温チャンバと低温チャンバのそれぞれに設けられた突起同士を引き寄せることにより、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする請求項5に記載の熱電発電装置。

請求項7

前記高温チャンバまたは前記低温チャンバの全部あるいは一部のチャンバにおいて、当該チャンバの内部を前記突起が貫通していることを特徴とする請求項5又は6に記載の熱電発電装置。

請求項8

前記高温チャンバの全部あるいは一部、または前記低温チャンバの全部あるいは一部のいずれかの内部に、前記熱電変換モジュールとの接合面の変形を抑制させる支持部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の熱電発電装置。

技術分野

0001

本発明は、温度差により発電する熱電変換モジュールを備えた熱電発電装置に関する。

背景技術

0002

熱電発電装置は、熱電変換モジュールの両面に温度差をつけることで生じる電力を取り出す、非化石燃料による環境に優しい発電機である。工場排水温泉などの熱源からエネルギ回収し、独立電源として現場照明機器電力供給しており、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行なったりする用途に用いることができる。従来技術の一例として特許文献1に示される熱電発電装置を、図18図24を用いて説明する。

0003

図18に示す熱電発電装置1は高温熱流体を流す直方体型高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとを交互に複数台配置し、熱電変換モジュール収納部(スロット)12に収納される熱電変換モジュール(図18には図示せず)を隣接するチャンバ間にそれぞれ挟んだ構造を有する。高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bを合わせてチャンバ11と称する。図18中の矢印は熱電発電装置1内を流れる熱流体流れの向きを示している。図18に示したように、高温チャンバ11A内を高温熱流体が流れる方向と、低温チャンバ11B内を低温熱流体が流れる方向とは、対向流を成している。各チャンバ11の片方の端部には、熱流体を取り込むための配管が設けられ、当該チャンバ11のもう片方の端部には、熱流体を排出するための配管が設けられる。隣接するチャンバ11内の熱流体の流れが対向流を構成していることから、熱電変換モジュール13の両面の温度差が熱流体の供給側から排出側まで長手方向で極力均一になるようにすることができ、発電性能を向上させることができる。切替装置2は、所望の電流及び電圧が得られるように熱電変換モジュール13の各々を電気的に直列接続及び並列接続する組合せの切り替えを行うためのリレー回路である。直列接続する熱電変換モジュール13の数と並列接続する熱電変換モジュール13の数とを切り替えることにより、出力される電流及び電圧を変更することができる。制御装置3は、切替装置2を通じて得られる電力の蓄電及び直流交流変換を行うための制御盤である。この制御装置3は、蓄電装置としてのバッテリや、バッテリに対する電力の充放電の制御を行うチャージコントローラ直流から交流への変換を行うインバータ等を備えている。制御装置3の出力は、例えばテレビ装置4、照明機器5、表示装置6等の負荷に供給される。

0004

図19は、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとの間に設けられる複数の熱電変換モジュールの配置の一例を示す図である。図19に示されるように、高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bの壁面には、複数の熱電変換モジュール13が所定の間隔で貼り付けられている。熱電変換モジュール13は配線14により、例えばチャンバ長手方向へ電気的に直列接続される。

0005

図20は、1つの熱電変換モジュール13の詳細な断面形状を示す図である。熱電変換モジュール13は、例えば一辺が1mm以上の直方体ないし立方体形状をしたP型半導体素子熱電変換材料)22aとN型半導体素子(熱電変換材料)22bとが、第1の電極導電体)20aもしくは第2の電極(導電体)20bを介して直列に接続された構造を有する。第1の電極20aは第1の絶縁板アルミナ等)21aで覆われており、第2の電極20bは第2の絶縁板(アルミナ等)21bで覆われている。熱電変換モジュールの材料として、例えばBiTe系もしくはFe2VAl系ホイスラー合金が使用される。熱電変換材料間接合や熱電変換材料と絶縁板との接合には、例えばはんだ材が使用される。また、直列接続構造の両端部にある2つの電極には、図示しない配線もしくはリード線を接続するための電極取出し口23a,23bが設けられている。このような構成において、熱電変換モジュール13の第1の絶縁板21aの表面が熱源からの熱により高温となり、第2の絶縁板21bの表面が配管11bを流れる媒体などにより低温になると、熱電変換モジュール13の両面において温度差を生じ、双方の流体熱交換する過程半導体素子群21,22において熱電変換が起こり、発電が行なわれるようになっている。

0006

高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bは図21のように配置され、後述する複数の締め付け用治具50(図21には図示せず)が取り付けられている。当該締め付け用治具50によって、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとが熱電変換モジュール13を両側から圧接し、密着状態が保たれる。図21に示すように高熱伝導性材料15を挟み込むことにより、熱電変換モジュール13とチャンバ11A、11Bとの密着性を高めて、接触熱抵抗を低減させることもできる。高温チャンバ11A及び低温チャンバ11Bは、例えば、炭素鋼ステンレスチタン、銅、アルミなどの金属から成る。一般的な熱流体は、高温熱流体としてはお湯、低温熱流体としては水であるが、これに限られるものではない。

0007

次に図22図24を参照して、熱電変換装置1の詳細な構成について説明する。図22は熱電発電装置1の全体構成を示す斜視図である。また、図23は熱電発電装置1を熱流体の流れ方向に垂直な方向から水平に見た時の構成を示す図である。図24は熱電発電装置1を上側から見た時の構成を示す図である。なお、各図においては、図面を見易いものとするため、幾つかの要素(配線など)の図示を省略している部分がある。熱電発電装置1は、前述した高温チャンバ11A、低温チャンバ11B、熱電変換モジュール収納部(スロット)12、熱電変換モジュール13、配線14を備えるほか、シャーシ10、高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温供給用ヘッダ32A、低温供給用ヘッダ32B、高温供給用配管接合部33A、低温供給用配管接合部33B、高温供給用ヘッダ接合部34A、低温供給用ヘッダ接合部34B、高温供給用配管41A、低温排出用配管41B、高温排出用ヘッダ42A、低温排出用ヘッダ42B、高温排出用配管整合部43A、低温排出用配管接合部43B、高温排出用ヘッダ接合分44A、低温排出用ヘッダ接合部44B、締め付け用治具50などを備えている。そのほか、図示はされていないが、各チャンバにはチャンバ内に滞留する空気を抜くための空気抜き弁や、装置停止時にチャンバ内の液体混入した不要物を抜くためのドレン弁などが備えられている。図22図24の例では、高温チャンバ11A、低温チャンバ11Bはそれぞれ4個で、チャンバは計9個である。また隣接するチャンバ1組が挟んでいる熱電モジュール13は、チャンバ1組に対して、チャンバ長手方向に17個、上下方向に2個で合計34個である。各部品の詳細な説明は、特許文献1の「発明を実施するための形態」の欄に記述されている。

0008

さて、締め付け用治具50によって、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bとが熱電変換モジュール13を両側から圧接し、密着状態が保たれ、接触熱抵抗が低減され伝熱量が増える。締め付け用治具50は、隣接する2つのチャンバの熱電変換モジュール13に対する締め付け圧を調節可能にする物であり、金具51のほか、金具51同士を引き寄せて締め付けるためのネジ機構、即ちボルト52、53、バネ54や、ナット座金などを用いて実現される。金具51は、各チャンバの上面と下面の双方に、チャンバ長手方向に一定の間隔をおいて、溶接等により複数取り付けられる。この金具51は、3つの開口部を有する。ボルト52は、9個のチャンバのチャンバ長手方向の位置ずれ補正するものであり、チャンバ幅方向に配列される9個の金具51の中央に位置する開口部の全てに通される。ボルト53やバネ54は、隣接する2つのチャンバの間の熱電変換モジュール13を適度な締め付け圧で締め付けるとともに、当該熱電変換モジュール13に対する締め付け圧を調節可能とするものである。ボルト53は、隣接する2つのチャンバの各金具51の両端に位置する2つの開口部の内の一方の開口部を通され、さらにバネ54に通される。なお、ボルト53を通すための開口部は、図22図24に示されるようにチャンバ単位で交互に替えることが望ましい。これにより、チャンバ幅方向に隣接するボルト53同士が当たらないようにすることができるとともに、締め付け圧の偏りをある程度防ぐことができる。

0009

図22図24に示した形態とは異なる従来の熱電発電装置1を図25を用いて説明する。図18はチャンバ11の長手方向に垂直な断面を示している。2個と高温チャンバ11Aと2個の低温チャンバ11Bが互い違いになって積まれている。高温チャンバ11Aの左右方向の隣も、上下方向の隣も低温チャンバ11Bであり、高温チャンバ11Aと低温チャンバ11Bの間には、熱電変換モジュール13が挟まれている。他は図22図24で説明した従来の熱電発電装置1と同じである。

先行技術

0010

特許第4945649号公報
特許第3564274号公報
特開平10−190073号公報
特開2009−247050号公報
特開2012−80761号公報

発明が解決しようとする課題

0011

前述の熱電発電装置1には以下のような課題がある。

0012

熱電変換モジュール13とチャンバとを密着させようとする締め付け圧は、チャンバ長手方向にばらつきが生じ、締め付け治具50の近くでは大きく、締め付け治具50と隣の締め付け治具50との中間位置では小さくなる。締め付け圧がある程度の値に達するまでは、締め付け圧が大きいほど、接触熱抵抗は小さくなる。それにより、熱電変換モジュール13の内、高温チャンバ11Aに接している面はより高温になり、低温チャンバ11Bに接している面はより低温になるため、両面の温度差はより大きくなり発電量は増加する。よって、締め付け圧にばらつきがあると、発電量にもばらつきが生じる。図22図24では、熱電変換モジュール13を挟んで隣接する1組のチャンバについて、締め付け箇所はチャンバ長手方向に4箇所であり、チャンバ長手方向に17個である熱電変換モジュール13の発電量にばらつきが生じる。なお図22図24における締め付け箇所はチャンバ上下方向に2箇所であるが、隣接するチャンバ1組が挟んでいる熱電変換モジュール13は、チャンバ1組について上下方向に2個なので、上下に並ぶ熱電変換モジュール13の締め付け圧は等しくなり発電量のばらつきはない。ただし、チャンバ1組に対して上下方向に例えば3個あれば、上下方向に3個である熱電変換モジュール13についても発電量にばらつきが生じる。

0013

熱電変換モジュール13は電流の増大に対して電圧が直線的に低下するという特性を持ち、電流と電圧の積である電力出力は、電流に対して上に凸の放物線になるため、適当な電流値において電力出力は最大値になる。温度差が大きいほど、同一電流値に対する電圧が大きく電力出力も大きく、また最大電力出力も大きい。仮に1個のみで発電するとなると最大発電量、即ち取り出すことのできる最大電力負荷の時は、電流は前記適当な電流値になるのだが、熱電変換モジュール13を直列に配線接続した場合、どの熱電変換モジュール13にも同じ値の電流が流れる。熱電変換モジュール13に締め付け圧のばらつきがある場合、モジュール別に前記適当な電流値が異なり、直列接続時に流れる電流値からずれるため、各モジュールにて最大電力出力が実現できない。

0014

このように締め付け圧にばらつきのあるモジュールが複数ある場合の最大電力出力値は、熱電変換モジュール13それぞれの最大電力出力の合計値よりも小さい。そのため、直列に配線接続した熱電変換モジュール13の合計の発電量は、各モジュールの発電能力の単純合計値より充分に小さくなる。また、熱電変換モジュール13を並列に配線接続した場合、どの熱電変換モジュール13にも同じ電圧差になっているので、似たような状況となり、並列に配線接続した熱電変換モジュール13の合計の発電量は、各モジュールの発電能力の単純合計値より充分に小さくなる。

0015

そこで、全ての熱電変換モジュール13において締め付け圧を均等に強くしたいが、従来技術の方法では、締め付け用治具50を大量に設けることになる上、仮に上下方向に3個以上並べるとなるとこの3個以上の締め付け圧を均等にすることはできない。

0016

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、全ての熱電変換モジュール13において締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列に配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加させることが可能な熱電発電装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

一実施形態による熱電発電装置は、両面の温度差により発電する熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールを挟むように設けられ、互いに温度が異なる流体を流す高温チャンバ及び低温チャンバとを具備する熱電変換装置において、前記高温チャンバと前記低温チャンバを合わせて2個以上、流体の流れ方向と垂直な方向に積層して積層チャンバを製作し、前記積層チャンバを積層方向に両側から所定の部材で押さえつけることで、前記高温チャンバ及び前記低温チャンバの前記熱電変換モジュールに対する締め付けを実施したことを特徴とする。

発明の効果

0018

本発明によれば、全ての熱電変換モジュールにおいて締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列に配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加させることができる。

図面の簡単な説明

0019

第1の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第2の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
図2に示される熱電発電装置の構成部品外観形状を示す斜視図。
第3の実施形態の熱電発電装置の構成部品の外観形状を示す斜視図。
第4の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
図5に示される熱電発電装置の構成部品の外観形状を示す斜視図。
第5の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第6の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第7の実施形態に対応する従来技術の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第7の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第8の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第9の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第10の実施形態の熱電発電装置の構成部品の外観形状を示す斜視図。
同実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第11の実施形態の熱電発電装置の一部の概略構成を示す縦断面図。
同実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
第12の実施形態の熱電発電装置の概略構成を示す縦断面図。
従来の熱電発電システムの概略構成を示す概念図。
従来の熱電変換モジュールの配置の一例を示す図。
従来の熱電変換モジュールの断面形状を示す図。
従来のチャンバ構成を示す図。
従来の熱電発電装置の全体構成を示す斜視図。
従来の熱電発電装置を熱流体の流れ方向に垂直な方向から水平に見た時の構成を示す図。
従来の熱電発電装置を上側から見た時の構成を示す図。
図22図24とは異なる従来の熱電発電装置の概略構成を示す概略図。

実施例

0020

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

0021

<第1の実施形態> (請求項1に対応)
第1の実施形態を図1を用いて説明する。

0022

図1は第1の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。この図においては、図面を見易いものとするため、幾つかの要素の図示を省略している部分がある。ここでは、従来技術と同じ要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。以下、従来技術と異なる部分のみ説明する。

0023

図1に示すように、2個以上のチャンバ11を、隣接するチャンバ11との間に熱電変換モジュール13を挟みながら積層して、積層チャンバ75を製作し、製作した積層チャンバ75の積層方向における両側を、1枚ずつの第1の押し付け板7で挟む。各チャンバ11内の流路26を流れる流体は、チャンバ長手方向に流れる。また第1の板7に多数の孔を設け、多数のボルト8を通し、1本ずつナット9で均等に締める。即ち、積層チャンバ75を積層方向に両側から第1の押し付け板7で押さえつけ、ボルト8及びナット9で各チャンバ11の熱電変換モジュール13に対する締め付けを実施する。

0024

第1の実施形態によれば、ボルト8の頭は左側の第1の板7の左側にあり、ナット9は右側の第1の板7の右側にあるので、各チャンバ11同士を近づける方向(図1においては左右方向)に、積層チャンバ75に圧力がかかる。全てのチャンバ11において、図1における左面と右面が押し付けられるが、どのチャンバ面にも同じ圧力がかかっており、またチャンバ長手方向にも圧力のばらつきはない。即ち、締め付け圧を均等に強くできる。接触熱抵抗が均等に低減されるので、各々の熱電変換モジュール13の両端温度差にムラがなくなる。そのため、熱電変換装置1の発電量が増える。

0025

また、第1の押し付け板7で平面状に圧力を課しているので、強度上、チャンバ11の肉厚を薄くすることができ、薄肉化により肉厚方向における熱抵抗が小さくなるので、チャンバ11と熱電変換モジュール13との伝熱量も増えかつ同じ伝熱量に対する両端温度差が大きくなる。これによっても発電量が増える。

0026

<第2の実施形態> (請求項1、4に対応)
第2の実施形態を図2及び図3を用いて説明する。

0027

図2は、第2の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。図3は、図2に示される熱電発電装置1の構成部品の外観形状を示す斜視図である。ここでは、従来技術及び第1の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、各図においては、ネジに関する図示を、破線もしくは矢印付きの破線により簡略的に表現しているところがある(後述する他の実施形態の各図も同様)。

0028

図2図3に示すように、2個以上のチャンバ11を、隣接するチャンバ11間に熱電変換モジュール13を挟みながら積層して、積層チャンバ75を製作し、製作した積層チャンバ75を第1の着脱板16付きの第1の収納部72に収納する。この時、第1の着脱板16は、第1のネジ10及び第14のネジ73により第1の収納部72の上下に1枚ずつ取り付けられている。なお、第1のネジ10と第14のネジ73はどちらもボルトとナットの組合せである。図2図3の例では、右側から左側に積層チャンバ75を第1の着脱板16付きの第1の収納部72に入れ込むことになる。そして第1の押し付け板7、ボルト8、ナット9を第1の実施形態と同様に取り付ける。即ち、積層チャンバ75を押し付ける方向(押し付け方向)と垂直な方向へのずれや変形を第1の着脱板16や第1の収納部72の一部で抑えながら、積層チャンバ75を第1の押し付け板7で押さえつけ、ボルト8及びナット9で締め付けを実施する。なお、図2では第1の着脱板16の右端と第1の押し付け板7との間に充分な隙間があるように描いてあるが、実際は極めてわずかな隙間があればよい。多数のボルト8を1本ずつナット9で均等に締めることによって、第1の実施形態と同様に発電量を増やすことができる。

0029

締め付け作業後は、2枚の第1の着脱板16を、第1のネジ10及び第14のネジ73をほどくことで取り外す。これにより、チャンバ11の上下面に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを接続したり上下側空間に空気抜き弁を開閉する作業や配線14のメンテナンスの作業を実施する領域を確保することができる。

0030

第2の実施形態によれば、第1の実施形態と異なり、図3のような第1の着脱板16付きの第1の収納部72が存在するため、全てのチャンバ11が押し付け方向と垂直な方向にずれることなく整然と積層できるとともに、押し付け時に、押し付け方向と垂直な4面が外側(凸側)に曲がることがなく、どの接合面でも均等に強く押し付けられるので、より発電量が増える。また、締め付け作業後に、2枚の第1の着脱板16を、第1のネジ10及び第14のネジ73をほどくことで取り外すことができるので、配管の接続ができ、また空気抜き弁の開閉作業や、配線のメンテナンスの作業ができる。

0031

<第3の実施形態> (請求項1、4に対応)
第3の実施形態を図4を用いて説明する。

0032

図4は、第3の実施形態の熱電発電装置1の構成部品の外観形状を示す斜視図である。ここでは、従来技術及び第1,第2の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0033

第3の実施形態では、第2の実施形態の熱電発電装置1における第1の着脱板16(図3参照)を、図4のように孔74が設けられた第4の着脱板56に替える。積層チャンバ75を第1の収納部72に収納する作業時は、第4の着脱板56を第1の収納部72から取り外しておき、積層チャンバ75を収納し終わってから、第4の着脱板56を第1の収納部72に取り付け、第14のネジ73を締める。その取り付け作業の際、第4の着脱板56に設けた孔74に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを通す。なお、孔74は、前述の空気抜き弁の場所や配線14のメンテナンスの作業に必要な空間に対応する位置に設けられる。図4では孔74が1個である場合を例示しているが、必要に応じて複数個設けてもよく、また、適当な場所であれば、図示している場所に限らず図示していない場所も含め、どこでもよい。

0034

第3の実施形態によれば、第4の着脱板56を第1の収納部72に取り付ける際に孔74を通じてチャンバ11に配管を接続することができるので、締め付け作業後に第4の着脱板56を取り外す必要がなく、締め付け作業後にチャンバ11に配管の接続作業等をする第2の実施形態と比べて作業がしやすい。

0035

<第4の実施形態> (請求項1、4に対応)
第4の実施形態を図5図6を用いて説明する。

0036

図5は、第4の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。図6は、図5に示される熱電発電装置1の構成部品の外観形状を示す斜視図である。なお、図6にて矢印で示す方向25は、図5に示される積層チャンバ75の積層方向に相当する。ここでは、従来技術及び第1〜第3の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0037

図5図6に示すように、2個以上のチャンバ11を、隣接するチャンバ11間に熱電変換モジュール13を挟みながら積層して、積層チャンバ75を製作し、製作した積層チャンバ75を第2の着脱板18付きの第2の収納部17に収納する。この時、第2の着脱板18は、第2のネジ24により第2の収納部17の上下に1枚ずつ取り付けられている。図5図6の例では、右側から左側に積層チャンバ75を第2の着脱板18付きの第2の収納部17に入れ込むことになる。そして第2の押し付け板19、ボルト8、ナット9を取り付ける。なお、図5では第2の収納部17の右端と第2の押し付け板19との間に充分な隙間があるように描いてあるが、実際は極めてわずかな隙間があればよい。多数のボルト8を1本ずつナット9で均等に締めることによって、第1〜第3の実施形態と同様に発電量を増やすことができる。

0038

締め付け作業後は、2枚の第2の着脱板18を、第2のネジ24をほどくことで取り外す。これにより、チャンバ11の上下面に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを接続したり上下側空間に空気抜き弁を開閉する作業や配線14のメンテナンスの作業を実施する領域を確保することができる。

0039

第4の実施形態によれば、第1,第2の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、ボルト8がより短いため、ボルト8が斜めになりにくく締め付けが均等になりやすい上、作業の困難度が減る。また、締め付け作業後に、2枚の第2の着脱板18を、第2のネジ24をほどくことで取り外すことができるので、配管の接続ができ、また空気抜き弁の開閉作業や、配線のメンテナンスの作業を行いやすい。

0040

<第5の実施形態> (請求項1、4に対応)
第5の実施形態を図7を用いて説明する。

0041

図7は、第5の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第4の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0042

図7に示すように、2個以上のチャンバ11を、隣接するチャンバ11間に熱電変換モジュール13を挟みながら積層して、積層チャンバ75を製作し、製作した積層チャンバ75を第2の着脱板18付きの第2の収納部17に収納する。この時、第2の着脱板18は、第2のネジ24により第2の収納部17の上下に1枚ずつ取り付けられている。図7の例では、右側から左側に積層チャンバ75を第2の着脱板18付きの第2の収納部17に入れ込むことになる。そして第3の押し付け板27を第1の押し付け方向29に押していく。例えば、図7における右方向が鉛直上方になるように全体を配置して、第3の押し付け板27の上におもり等を置いて均等荷重をかける。そして第2の収納部17と第3の押し付け板27とにそれぞれ設けた孔を通して第3のネジ28を締める。なお、第2のネジ24と第3のネジ28はどちらもボルトとナットの組合せである。

0043

締め付け作業後は、2枚の第2の着脱板18を、第2のネジ24をほどくことで取り外す。これにより、チャンバ11の上下面に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを接続したり上下側空間に空気抜き弁を開閉する作業や配線14のメンテナンスの作業を実施する領域を確保することができる。

0044

第5の実施形態によれば、第1,第2の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、第3のネジ28が第2の収納部17と第3の押し付け板27とにそれぞれ設けた孔を同時に通過した状況では、第3の押し付け板27が均等に押されることになるため、どの場所においても圧力を均等にすることを容易に実現できる。また、第1〜第4の実施形態ではボルト8とナット9が仮に緩むと締め付け圧力が弱くなるが、第5の実施形態では第3のネジ28が仮に緩くなっても、第3の押し付け板27の位置は変化しないので締め付け圧力は弱くならない。

0045

<第6の実施形態> (請求項2に対応)
第6の実施形態を図8を用いて説明する。

0046

図8は、第6の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第5の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0047

図25にて説明した従来の熱電発電装置1に対し、第6の実施形態では熱電発電装置1を以下のように構成する。即ち、図8に示すように、例えば2×2個のチャンバ11を第3の着脱板46付き且つ第5の着脱板37付きの第4の収納部30に収納する。この時、第3の着脱板46と第5の着脱板37が、第4の収納部30に取り付けられている。第3の着脱板46は、チャンバ長手方向の端の面(紙面と平行な面)にくりぬくように設けられている。但し、第3の着脱板46の着脱に用いるネジの図示は省略している。図8の例では、右側から左側に4個のチャンバ11を第4の収納部30に入れ込むことになる。そして第4の押し付け板35を第2の押し付け方向40の方向に押していく。例えば、図8における右方向が鉛直上方になるように全体を配置して、第4の押し付け板35の上におもり等を置いて均等荷重をかける。そして第4の収納部30と第4の押し付け板35とにそれぞれ設けた孔を通して第4のネジ38を締める。その後、第5の押し付け板37を第3の押し付け方向45の方向に押していく。例えば、図8における上方向を鉛直上方になるように全体を配置して、第5の押し付け板37の上におもり等を置いて均等荷重をかける。そして第4の収納部30と第5の押し付け板37とにそれぞれ設けた孔を通して第5のネジ39を締める。なお、第4のネジ38と第5のネジ39はどちらもボルトとナットの組合せである。

0048

締め付け作業後は、第3の着脱板46を第4の収納部30から取り外す。これにより、チャンバ11の長手方向端部面に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを接続したり端部側空間にて空気抜き弁を開閉する作業や配線14のメンテナンスの作業を実施する領域を確保することができる。

0049

第6の実施形態によれば、熱電発電装置1の2方向それぞれにおいては、どのチャンバ面にも同じ圧力がかかっており、またチャンバ長手方向にも圧力のばらつきはない。即ち、締め付け圧を均等に強くできる。接触熱抵抗が均等に低減されるので、各々の熱電変換モジュール13の両端温度差にムラがなくなる。そのため、熱電変換装置1の発電量が増える。また、第4の押し付け板35、第5の押し付け板37それぞれで平面状に圧力を課しているので、強度上、チャンバ11の肉厚を薄くすることができ、薄肉化により肉厚方向における熱抵抗が小さくなるので、チャンバ11と熱電変換モジュール13との伝熱量も増えかつ同じ伝熱量に対する両端温度差が大きくなる。これによっても発電量が増える。

0050

<第7の実施形態> (請求項3に対応)
第7の実施形態を図9図10を用いて説明する。

0051

図9は、第7の実施形態に対応する従来技術の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。図10は、第7の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第6の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0052

第7の実施形態に対応する従来技術の熱電発電装置1を図9を用いて説明する。4個の二等辺三角形断面の三角形チャンバ48を、正方形断面の中央チャンバ47の長手方向の4面を囲むように熱電変換モジュール13を挟みながら配置する。例えば中央チャンバ47は高温チャンバ11aであり、その内部は高温流体流路26aであり、三角形チャンバ48は低温チャンバ11bであり、その内部は低温流体流路26bである。

0053

この従来技術の熱電発電装置1に対し、第7の実施形態では熱電発電装置1を図10のように構成する。即ち、中央チャンバ47及び三角形チャンバ48を組み上げた状態にて第5の収納部49に収納する。図10の例では上側から下側に中央チャンバ47及び三角形チャンバ48を第5の収納部49に入れ込むことになる。この時、第3の着脱板46は、第5の収納部49に取り付けられている。第3の着脱板46は、チャンバ長手方向の端の面(紙面と平行な面)にくりぬくように設けられている。但し、第3の着脱板46の着脱に用いるネジの図示は省略している。そして第6の押し付け板55、ボルト8、ナット9を取り付ける。なお、図10では第5の収納部49の上端と第6の押し付け板55との間に充分な隙間があるように描いてあるが、実際は極めてわずかな隙間があればよい。多数のボルト8を1本ずつナット9で均等に締めることによって、独立した2方向の熱電変換モジュール13について締め付けが遂行され、第1〜第4の実施形態と同様に発電量を増やすことができる。

0054

締め付け作業後は、第3の着脱板46を第5の収納部49から取り外す。これにより、チャンバ11の長手方向端部面に、前述の高温供給用配管31A、低温供給用配管31B、高温排出用配管41A、低温排出用配管41Bを接続したり端部側空間にて空気抜き弁を開閉する作業や配線14のメンテナンス作業を実施する領域を確保することができる。

0055

前述の第6の実施形態では、一方向に締め付けた後で他方向に締め付けるため、1回目の締め付け時に、チャンバ11の外壁と第4の収納部30の内壁とが固着してしまっていて2回目の締め付け時に締め付けにくいのに対し、第7の実施形態では、独立した2方向の締め付けを1回で実施するため、より締め付けやすい。なお、締め付け方向に対して各熱電変換モジュール13が斜めに配置されているため各熱電変換モジュール13にせん断力が加わるが、少量であり、問題ない。

0056

<第8の実施形態> (請求項8に対応)
第8の実施形態を図11を用いて説明する。

0057

図11は、第8の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第7の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0058

第8の実施形態では、第1〜第5の実施形態の長方形断面のチャンバ11の全部あるいは一部の内部に、熱電変換モジュール13と接合しているチャンバ11の接触面の変形を抑制させるように図11に示す第1の挿入物57を支持部材として挿入する。その際、接合面の裏面を覆わないようにして、熱電変換モジュール13への伝熱阻害しないようにする。

0059

第8の実施形態によれば、支持構造があることで撓みや歪みを減らすことができ、チャンバ11の薄肉化が図られる。そしてこの薄肉化により肉厚方向における熱抵抗が小さくなるので、熱電変換モジュール13の両端温度差が大きくなる。また撓みや歪みが減ることによって密着度が上がることでも両端温度差が大きくなる。このように両端温度差が大きくなることで、発電量が増加する。また撓みや歪みが減ることで接触熱抵抗のばらつきが減り、そのことで直列接続あるいは並列接続された熱電変換モジュール13の合計発電量が増加する。

0060

<第9の実施形態> (請求項8に対応)
第9の実施形態を図12を用いて説明する。

0061

図12は、第9の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第8の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0062

第9の実施形態では、正方形断面のチャンバ11の全部あるいは一部の内部に、熱電変換モジュール13と接合しているチャンバ11の接触面の変形を抑制させるように図12に示す第2の挿入物58を支持部材として挿入する。その際、接合面の裏面を覆わないようにして、熱電変換モジュール13への伝熱を阻害しないようにする。

0063

第9の実施形態によれば、第8の実施形態と同様の効果が得られる。なお、チャンバ11は、正方形断面ではなくて、正方形ではない長方形断面をなすものであってもよい。

0064

<第10の実施形態> (請求項5、6、7に対応)
第10の実施形態を図13図14を用いて説明する。

0065

図13は、第10の実施形態の熱電発電装置1の構成部品の外観形状を示す斜視図である。図14は、同実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第9の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0066

第10の実施形態では、図13図14に示すように、正方形断面のチャンバ11の長手方向端面(図14では紙面に平行な面)から外向きに突出するように、断面がL字状である第1の突起66を設ける。図14において左右に隣接するチャンバ11に設けた第1の突起66同士を、第1の突起66に設けた孔(図示せず)を通した第10のネジ64を締め付けることで引き寄せる。また、図14において上下に隣接するチャンバ11に設けた第1の突起66同士を、第1の突起66に設けた孔(図示せず)を通した第11のネジ65を締め付けることで引き寄せる。なお、第10のネジ64と第11のネジ65はどちらもボルトとナットの組合せである。第10のネジ64や第11のネジ65によって引き寄せるチャンバ11は、隣接するチャンバでなくて例えば隣の隣のチャンバ11でもよいが、その場合はネジの長手方向位置をずらす。

0067

第10の実施形態によれば、チャンバ11同士の締め付けを均等に強くできる。また、図22図24で説明した従来技術の熱電発電装置1の締め付け方法では、独立した2方向に積層されたチャンバ11を締め付けることができないのに対し、第10の実施形態ではそのような締め付けを行うことができる上、独立した2方向の積層数が多い場合でも締め付けを行うことができる。なお、第1の突起66はチャンバ11内部を長手方向に貫通する棒状であることが望ましい。そうであれば、長手方向の両端2箇所にて第1の突起66が引っ張られる際、長手方向に関して第1の突起66の撓みが低減され、より均等に締め付けられる。なお、チャンバ11は、正方形断面ではなくて、正方形ではない長方形断面をなすものであってもよい。

0068

<第11の実施形態> (請求項5、6、7、8に対応)
第11の実施形態を図15図16を用いて説明する。

0069

図15は、第11の実施形態の熱電発電装置1の一部の概略構成を示す縦断面図である。図16は、同実施形態の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第10の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0070

第11の実施形態では、図15に示すように、正方形断面のチャンバ11の長手方向端面(図15では紙面に平行な面)から外向きに突出するように、断面が十字状である第2の突起59を設ける。また、第9の実施形態と同様にチャンバ11の内部に第2の挿入物58を、接合面の裏面を覆わないようにして熱電変換モジュール13への伝熱を阻害しないように設置する。第2の挿入物58は長手方向に貫通しており、第2の突起59とはチャンバ11の端面を介して一体化している。そして図16に示すように、左右に隣接するチャンバ11に設けた第2の突起59同士を、第2の突起59に設けた孔(図示せず)を通した第8のネジ62や第9のネジ63を締め付けることで引き寄せる。また、上下に隣接するチャンバ11に設けた第2の突起59同士を、第2の突起59に設けた孔(図示せず)を通した第6のネジ60や第7のネジ61を締め付けることで引き寄せる。第8のネジ62や第9のネジ63によって引き寄せるチャンバ11は、隣接するチャンバでなくて例えば隣の隣のチャンバ11でもよいが、その場合はネジの長手方向位置をずらす。なお、第8のネジ62や第9のネジ63はどちらもボルトとナットの組合せである。

0071

第11の実施形態によれば、チャンバ11同士の締め付けを均等に強くできる。また、図22図24で説明した従来技術の熱電発電装置1の締め付け方法では、独立した2方向に積層されたチャンバ11を締め付けることができないのに対し、第11の実施形態ではそのような締め付けを行うことができる上、独立した2方向の積層数が多い場合でも締め付けを行うことができる。第2の突起59はチャンバ11内部を長手方向に貫通する第2の挿入物58と一体化しているので、長手方向の両端2箇所にて第2の突起59が引っ張られる際、長手方向に関して第2の突起59の撓みが低減され、より均等に締め付けられる。また、第2の挿入物59の存在により支持構造があることでチャンバ11の撓みや歪みを減らすことができ、チャンバ11の薄肉化が図られる。そしてこの薄肉化により肉厚方向における熱抵抗が小さくなるので、熱電変換モジュール13の両端温度差が大きくなる。また撓みや歪みが減ることによって密着度が上がることでも両端温度差が大きくなる。両端温度差が大きくなることで、発電量が増加する。また撓みや歪みが減ることで接触熱抵抗のばらつきが減り、そのことで直列接続あるいは並列接続された熱電変換モジュール13の合計発電量が増加する。なお、チャンバ11は、正方形断面ではなくて、正方形ではない長方形断面をなすものであってもよい。

0072

<第12の実施形態> (請求項5、6、7、8に対応)
第12の実施形態を図17を用いて説明する。

0073

図17は、第12の実施形態の熱電発電装置1の概略構成を示す縦断面図である。ここでは、従来技術及び第1〜第11の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0074

第12の実施形態では、図17に示すように、正方形断面のチャンバ11の長手方向端面(図17では紙面に平行な面)から外向きに突出するように、断面が正方形状である第3の突起68を4個設ける。また、チャンバ11の内部に第3の挿入物67を、接合面の裏面を覆わないようにして熱電変換モジュール13への伝熱を阻害しないように設置する。第3の挿入物67は、第9,第11の実施形態における第2の挿入物58と貫通棒71を一体化した形状をしている。第3の挿入物67は長手方向に貫通しており、第3の突起68とはチャンバ11の端面を介して一体化している。左右に隣接するチャンバ11に設けた第3の突起68同士を、第3の突起68に設けた孔(図示せず)を通した第12のネジ69を締め付けることで引き寄せる。また、上下に隣接するチャンバ11に設けた第3の突起68同士を、第3の突起68に設けた孔(図示せず)を通した第13のネジ70を締め付けることで引き寄せる。なお、第12のネジ69と第13のネジ70はどちらもボルトとナットの組合せである。

0075

第12のネジ69や第13のネジ70によって引き寄せるチャンバ11は、隣接するチャンバでなくて例えば隣の隣のチャンバ11でもよいが、その場合はネジの長手方向位置をずらす。

0076

第12の実施形態によれば、チャンバ11同士の締め付けを均等に強くできる。また、図22図24で説明した従来技術の熱電発電装置1の締め付け方法では、独立した2方向に積層されたチャンバ11を締め付けることができないのに対し、第12の実施形態ではそのような締め付けを行うことができる上、独立した2方向の積層数が多い場合でも締め付けを行うことができる。第3の突起68はチャンバ11内部を長手方向に貫通する第3の挿入物67と一体化しているので、長手方向の両端2箇所にて第3の突起68が引っ張られる際、長手方向に関して第3の突起68の撓みが低減され、より均等に締め付けられ、第11の実施形態と同じ効果が得られる。なお、チャンバ11は、正方形断面ではなくて、正方形ではない長方形断面をなすものであってもよい。

0077

以上詳述したように、各実施形態によれば、全ての熱電変換モジュール13において締め付け圧を充分に強くし、さらに締め付け状態が均等になるように締め付けることができ、直列あるいは並列に配線接続したモジュールにおける合計発電量を増加させることができる。

0078

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0079

1…熱電発電装置、2…切替装置、3…制御装置、4…テレビ装置、5…照明機器、6…表示機器、7…第1の押し付け板、8…ボルト、9…ナット、10…第1のネジ、11…チャンバ、11A…高温チャンバ、11B…低温チャンバ、12…熱電変換モジュール収納部(スロット)、13…熱電変換モジュール、14…配線、15…高熱伝導材料、16…第1の着脱板、17…第2の収納部、18…第2の着脱板、19…第2の押し付け板、20a、20b…電極、21a、21b…絶縁板、22a、22b…半導体素子、23a、23b…電極取出し口、24…第2のネジ、25…チャンバ積層方向、26…流路、26a…高温流体流路、26b…低温流体流路、27…第3の押し付け板、28…第3のネジ、29…第1の押し付け方向、30…第4の収納部、31A…高温供給用配管、31B…低温供給用配管、32A…高温供給用ヘッダ、32B…低温供給用ヘッダ、33A…高温供給用配管接合部、33B…低温供給用配管接合部、34A…高温供給用ヘッダ接合部、34B…低温供給用ヘッダ接合部、35…第4の押し付け板、37…第5の押し付け板、38…第4のネジ、39…第5のネジ、40…第2の押し付け方向、41A…高温排出用配管、41B…低温排出用配管、42A…高温排出用ヘッダ、42B…低温排出用ヘッダ、43A…高温排出用配管接合部、43B…低温排出用配管接合部、44A…高温排出用ヘッダ接合部、44B…低温排出用ヘッダ接合部、45…第3の押し付け方向、46…第3の着脱板、47…中央チャンバ、48…三角形チャンバ、49…第5の収納部、50…締め付け用治具、51…金具、52,53…ボルト、54…バネ、55…第6の押し付け板、56…第4の着脱板、57…第1の挿入物、58…第2の挿入物、59…第2の突起、60…第6のネジ、61…第7のネジ、62…第8のネジ、63…第9のネジ、64…第10のネジ、65…第11のネジ、66…第1の突起、67…第3の挿入物、68…第3の突起、69…第12のネジ、70…第13のネジ、71…貫通棒、72…第1の収納部、73…第14のネジ、74…孔、75…積層チャンバ。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ