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技術 熱電発電装置の取付装置

出願人 日立造船株式会社
発明者 荒井浩成北村幸嗣
出願日 2017年9月21日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-180771
公開日 2019年4月11日 (1年8ヶ月経過) 公開番号 2019-057607
状態 未査定
技術分野 熱電素子 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 加圧突起 皺くちゃ 多孔質金属部材 受圧ローラ 加圧ボルト 横断位置 頭部付きボルト 波状面
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

度差に起因する熱発電モジュールに接する伝熱面の隙間の発生を抑制して、出力電圧の低下を防止する。

解決手段

炉側壁12の表面に、ベース板14と熱電変換モジュール15と冷却ユニット16とを順に面接触して配置し、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16を互いに積み重ねて保持する取付ボルトナット17と、冷却ユニット16の熱電変換モジュール15に対応する部分を、炉側壁12の表面に向かって加圧する加圧具18を設けた。

概要

背景

ゼーベック効果を利用して、金属内部に温度差があると起電力を生じる熱電変換モジュールには、P形半導体N形半導体とを交互に連続的に接続したぺルチェ素子がある。このぺルチェ素子の発電効率を向上させるには、温度差を維持する(熱伝導による温度低下を防ぐ)こと、内部抵抗が低く電流が流れやすい(導電性がよい)ことが挙げられる。しかし、伝熱特性熱流)は電子振動に依存するため、伝熱係数が上がれば電気伝導率上がり、温度差を維持しかつ内部抵抗を低くして発電性能を上げることは困難である。

特許文献1では、熱電変換モジュールの周囲に配置された複数のボルトナットを使用して、高温側に取り付けられたベース板冷却ユニットとで、熱電変換モジュールを高圧力で挟持することにより、高温側と低温側の伝熱性能を向上させている。

概要

温度差に起因する熱発電モジュールに接する伝熱面の隙間の発生を抑制して、出力電圧の低下を防止する。炉側壁12の表面に、ベース板14と熱電変換モジュール15と冷却ユニット16とを順に面接触して配置し、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16を互いに積み重ねて保持する取付ボルト・ナット17と、冷却ユニット16の熱電変換モジュール15に対応する部分を、炉側壁12の表面に向かって加圧する加圧具18を設けた。

目的

本発明は、上記問題点を解決して、温度差に起因する熱電変換モジュールに接する伝熱面に生じる隙間の発生を抑制して、温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を防止することができる熱電発電装置取付装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

発熱体の表面に、伝熱用ベース板熱電変換モジュール冷却ユニットとを順に面接触して配置した熱電発電装置取付装置であって、前記ベース板、前記熱電変換モジュールおよび前記冷却ユニットを積み重なった状態で保持する保持具と、前記冷却ユニットの前記熱電変換モジュールに対応する部分を、前記発熱体の表面に向かって加圧する加圧具を設けたことを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項2

請求項1記載の熱電発電装置の取付装置において、前記加圧具は、前記発熱体の表面に立設された少なくとも2本の脚体、およびこれら脚体間で前記冷却ユニットの表面側に掛け渡された連結梁を有する門型フレームと、前記連結梁に前記発熱体の表面に向かって出退自在に支持された加圧ロッドと、を有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項3

請求項2記載の熱電発電装置の取付装置において、前記加圧具は、前記連結梁を反力受けとして前記加圧ロッドを前記発熱体の表面に向かって付勢する付勢部材を有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項4

請求項1記載の熱電発電装置の取付装置において、前記加圧具は、前記発熱体の表面に立設された少なくとも2本の脚柱と、これら脚柱間に掛け渡されて前記発熱体の表面に向かって付勢する板ばねと、を有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項5

請求項1記載の熱電発電装置の取付装置において、前記加圧具は、加圧ロッドと、前記発熱体または前記熱電発電装置以外の固定部材に設けられた少なくとも2個の固定具と、これら固定具間に連結されて緊張され前記加圧ロッドを前記発熱体の表面に向かって押し付け索体と、を有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項6

請求項1記載の熱電発電装置の取付装置において、前記保持具は、前記ベース板および前記熱電変換モジュールならびに前記冷却ユニットを積み重ねた状態で前記発熱体の表面に取り付ける保持部材を備え、前記加圧具は、前記発熱体または前記熱電発電装置以外の固定部材に設けられた少なくとも2個の固定具、または前記保持部材または熱電発電装置の構成部材に取り付けられた少なくとも2個の連結具と、前記固定具間または前記連結具間に連結されて緊張され加圧部材を前記発熱体の表面に向かって付勢する索体と、を有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

請求項7

請求項6記載の熱電発電装置の取付装置において、前記加圧部材は、前記受圧部材側に出退自在な伸縮ロッドと、前記索体を反力受けとして前記伸縮ロッドを前記発熱体の表面に向かって進展する付勢部材とを有することを特徴とする熱電発電装置の取付装置。

技術分野

0001

本発明は、熱電変換モジュール高温発熱体に取り付ける熱電発電装置取付装置に関する。

背景技術

0002

ゼーベック効果を利用して、金属内部に温度差があると起電力を生じる熱電変換モジュールには、P形半導体N形半導体とを交互に連続的に接続したぺルチェ素子がある。このぺルチェ素子の発電効率を向上させるには、温度差を維持する(熱伝導による温度低下を防ぐ)こと、内部抵抗が低く電流が流れやすい(導電性がよい)ことが挙げられる。しかし、伝熱特性熱流)は電子振動に依存するため、伝熱係数が上がれば電気伝導率上がり、温度差を維持しかつ内部抵抗を低くして発電性能を上げることは困難である。

0003

特許文献1では、熱電変換モジュールの周囲に配置された複数のボルトナットを使用して、高温側に取り付けられたベース板冷却ユニットとで、熱電変換モジュールを高圧力で挟持することにより、高温側と低温側の伝熱性能を向上させている。

先行技術

0004

特開2000−252527号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、図19に示す熱電変換モジュールは、熱電変換モジュール90の周囲で加熱面92に植設した4本の締結用ボルト・ナット91により、発熱体の加熱面92に(伝熱グリースなどを介して)面接触されたベース板93と、冷却ユニット94との間に熱電変換モジュール90を大きい加圧力で挟み込んで組み立てる。この熱電発電装置で出力試験をすると、図20に示すように、一点鎖線で示す熱電変換モジュール90の予測出力に比較して、加熱面が約200℃前後から熱電変換モジュール90の出力電圧伸びが鈍化する傾向にあることがわかった。

0006

これは、熱電変換モジュール90の周辺部が締結ボルト・ナット91により大きい加圧力で拘束されていたとしても、ベース板93は、表面が熱電変換モジュール90に接触して低温で収縮され、裏面が加熱面92に接触して高温で外周部外方に伸びるため、中央が下方に膨らむ凸状に変形しようとする。また熱電変換モジュール90も、裏面がベース板93に接触して高温で、表面が冷却ユニット94に接触して低温であるため、中央が下方に膨らむ凸状に変形しやすい。さらに冷却ユニット94も、表面に比較して、熱電変換モジュール90に接触する裏面が高温で外周部が外方に伸びる傾向にあり、中央が下方に膨らむ凸状に変形しやすい。そして、ベース板93および熱電変換モジュール90ならびに冷却ユニット94はそれぞれ材質も温度差も異なるため、変形量も異なってくる。このため、出力電圧の伸びが鈍化する原因は、加熱面92とベース板93の伝熱面、ベース板93と熱電変換モジュール90の伝熱面、熱電変換モジュール90と冷却ユニット94の伝熱面に生じるわずかな凹凸の隙間に存在する空気が伝熱抵抗となり、熱伝達を妨げていると考えられる。

0007

本発明は、上記問題点を解決して、温度差に起因する熱電変換モジュールに接する伝熱面に生じる隙間の発生を抑制して、温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を防止することができる熱電発電装置の取付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

0008

本発明は、発熱体の表面に、伝熱用のベース板と熱電変換モジュールと冷却ユニットとを順に面接触して配置した熱電発電装置の取付装置であって、前記ベース板、前記熱電変換モジュールおよび前記冷却ユニットを積み重なった状態で保持する保持具と、前記冷却ユニットの前記熱電変換モジュールに対応する部分を、前記発熱体の表面に向かって加圧する加圧具を設けたことを特徴とする。

0009

また上記構成において、前記加圧具は、前記発熱体の表面に立設された少なくとも2本の脚体、およびこれら脚体間で前記冷却ユニットの表面側に掛け渡された連結梁を有する門型フレームと、前記連結梁に前記発熱体の表面に向かって出退自在に支持された加圧ロッドと、を有することが好ましい。

0010

さらに上記構成において、前記加圧具は、前記連結梁を反力受けとして前記加圧ロッドを前記発熱体の表面に向かって付勢する付勢部材を有することが好ましい。上記構成によれば、付勢部材により、発熱体に振動が生じる場合であっても、安定した加圧力を付与することができる。

0011

さらにまた上記構成において、前記加圧具は、前記発熱体の表面に立設された少なくとも2本の脚柱と、これら脚体間に掛け渡されて前記発熱体の表面に向かって付勢する板ばねと、を有することが好ましい。上記構成によれば、板ばねにより加圧ロッドを付勢するので、発熱体に振動が生じる場合であっても、安定した加圧力を付与することができる。

0012

また上記構成において、前記加圧具は、加圧ロッドと、前記発熱体または前記熱電発電装置以外の固定部材に設けられた少なくとも2個の固定具と、これら固定具間に緊張されて前記加圧ロッドを前記発熱体の表面に向かって押し付け索体と、を有することが好ましい。

0013

さらに上記構成において、前記保持具は、前記ベース板および前記熱電変換モジュールならびに前記冷却ユニットを積み重ねた状態で前記発熱体の表面に取り付ける保持部材を備え、前記加圧具は、前記保持部材または熱電発電装置に取り付けられた少なくとも2個の固定具と、前記固定具に連結されて緊張され加圧部材を前記受圧部材側に付勢する索体であることが好ましい。上記構成によれば、索体により加圧部材を付勢するので、発熱体に振動が生じる場合であっても、安定した加圧力を付与することができる。

0014

さらにまた上記構成において、前記加圧部材は、前記受圧部材側に出退自在な伸縮ロッドと、前記索体を反力受けとして前記伸縮ロッドを前記発熱体の表面に向かって進展する付勢部材とを有することが好ましい。上記構成によれば、付勢部材により伸縮ロッドを付勢するので、発熱体に振動が生じる場合であっても、安定した加圧力を付与することができる。

発明の効果

0015

本発明によれば、温度差に起因する熱電変換モジュールに接する伝熱面に生じる隙間の発生を抑制して、温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を防止することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例1を示す横断面図である。
実施例1の取付装置を示す縦断面図である。
実施例1の取付装置を示す平面図である。
発熱体とベース板の間に介在された伝熱材を示す分解斜視図である。
伝熱材の圧縮を説明する模式図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例2を示す横断面図である。
実施例2の取付装置を示す平面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例3を示す横断面図である。
実施例3の取付装置を示す平面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例4を示す縦断面図である。
実施例4の取付装置を示す平面図である。
実施例4の取付装置を示す横断面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例5を示す横断面図である。
実施例5の取付装置を示す平面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例6を示す横断面図である。
実施例6の取付装置を示す平面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例7を示す横断面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例8を示す横断面図である。
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例9を示す横断面図である。
従来の熱電発電装置の取付装置を示す縦断面図である。
従来の熱電発電装置の取付装置における実験例で、発熱体表面温度と出力電圧の関係を示すグラフである。

実施例

0017

[実施例1]
本発明に係る熱電発電装置の取付装置の実施例1を、図1図4Bを参照して説明する。

0018

この熱電発電装置11は、たとえばストーカ式ごみ焼却炉燃焼室炉側壁(発熱体)12の表面に設置されるものである。そして熱電発電装置の取付装置は、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16を積み重ねられた状態で互いに密着されて保持する保持具10と、冷却ユニット16の熱電変換モジュール15に対応する部分を、炉側壁12の表面に向かって加圧する加圧具18とを具備している。なお、以下の実施例では、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16の順に上方向に積み重ねた状態で図示し説明しているが、左右(横)方向や斜め方向、下方向に積み重ねた状態であってもよい。

0019

前記保持具10は、たとえばベース板14の四隅位置に設けられた4本の取付ボルト・ナット(保持部材)17で、ベース板14に植設されたボルト部17aと、ボルト部17aの上端部に嵌合されて締め付けられたナット17bとを具備し、ボルト部17aが熱電変換モジュール15、冷却ユニット16の各貫通穴挿通されている。そして加圧具18により、熱電発電装置11が、熱電発電モジュール15に対応する部分を所定の加圧力により密着状態で加圧されるとともに、炉側壁12にベース板14との間に後述する伝熱材13を介して位置決め固定される。

0020

(伝熱材)
伝熱材13は、たとえばアルミニウムなど延伸性および熱伝導性に優れた金属箔を使用し、不規則な凹凸が連なった状態に加工されて使用される。そして、伝熱材13は、加圧具18により所定以上の加圧力で炉側壁12の表面とベース板14の間で加圧圧縮されている。

0021

ところで、面と面とが接する伝熱面(以下、伝熱面という)が、完全な平坦面や平滑面でない場合、熱伝導性能が低い。この対策として、たとえば特開2003−179273号公報には、モジュール本体と熱伝導体との伝熱面に熱伝導グリースを塗布するものが提案されている。また特開2012−195441号公報には、モジュール本体と熱伝導体との間に多孔質金属部材を挟み込むものが提案されている。

0022

しかしながら、本発明者は下記の点を見出した。すなわち、1.熱伝導グリースは、シリコン樹脂を含有するものも見られ、熱伝導性能があまり良好でなく、また耐熱性が低く、高温の発熱体には適さないこと。2.多孔質金属部材を挟み込む場合、加圧圧縮されても微細な凹凸の隙間や変化の激しい凹凸に密着して追従することができず、空孔部分が生じて伝熱経路遮断するおそれがあり、良好な熱伝導が期待できないこと。

0023

このため、熱伝導グリースや多孔質金属部材に替えて、より高熱伝導の伝熱材として、高熱伝導性の箔状金属を用い、箔状金属に不規則な多数の皺を人為的に形成した皺状金属箔を、単数または複数枚重ねて、熱電変換モジュールに取り付けられたベース板14と炉側壁12との間に挟み込み、加圧して圧縮した皺状金属箔を伝熱材13として使用した。この伝熱材13は、皺状金属箔がベース板14や炉側壁12の伝熱面の微細な凹凸や面の変化に追従して密着し、かつ多数の皺間にできる空隙を無くして多数の伝熱経路が形成される。これにより、皺状金属箔がきわめて良好な伝熱材料となることがわかった。

0024

伝熱材13は、たとえばアルミニウム箔を手で皺くちゃに圧縮した後、再度引き延ばして、ほぼ均一な厚みを有する伸縮性板状に形成することで高伝熱性の伝熱材13を得ることができる。ここで金属箔は、たとえば0.006mm〜0.5mmの厚みで、展伸性の高く柔軟性、可撓性を有して塑性変形するものが好適である。また図4Bに示すように、厚み:0.05mmのアルミニウム箔の場合、平面視でたとえば一辺:500mmの正方形のものを、手で圧縮して多数の凹凸状の襞や皺を形成した後に再度延ばし、一辺が50mm〜150mm程度で厚み(山谷の高さ)が5mm〜15mmの矩形板状に成形し、これを加圧圧縮して伝熱材13として使用する。ここで成形される皺は、均等に並ぶものより、縦横に交差して不均一に形成されるものが好ましい。また発熱体である炉側壁12の表面性状により、皺状金属箔の厚みや重ね枚数が選択される。たとえばほぼ平坦な表面で微細の加工痕程度の炉側壁12であれば、単数の皺状金属箔でもよいが、平坦な表面に傷跡溶接線、小さい段部があるような場合には皺状金属箔を複数枚、2〜4枚程度を重ねればよい。また平坦な表面でなく、凹凸部や段差が大きかったり、湾曲面や波状面などの場合には、皺状金属箔を5枚以上重ねることにより、十分な伝熱性能を確保することができる。

0025

さらに皺状金属箔の材質として、熱伝導率が150W/m・K以上のたとえば銀やアルミニウム、銅、その合金などの金属箔が最適であるが、熱伝導率が80W/m・K以上のジュラルミン銅合金黄銅など)、亜鉛タングステンモリブデンマグネシウムやその合金などの金属箔も好適である。また、熱伝導グリースが最大300℃の耐熱温度であるのに対して、これら皺状金属箔、たとえばアルミニウムでは600℃の耐熱温度で十分な耐熱性が得られるため、焼却炉の炉側壁12や排ガスダクトなど、高温の発熱体にも適している。

0026

(熱電変換モジュール)
熱電変換モジュール15は所定の厚みを有する略正方形に形成される。また図示しないが、交互に配置されたP型半導体素子N型半導体素子の厚み方向の裏面が高温の炉側壁12側に配置され、厚み方向の表面が低温の冷却ユニット16側に配置される。そして、温度差を利用したゼーベック効果により、熱エネルギ電気エネルギに変換して取り出し、排熱エネルギの有効利用を図ることができる。

0027

(冷却ユニット)
この冷却ユニット16は、ブロック本体21の一側部に冷却水導入管24iが接続され、ブロック本体21の他側部に冷却水排出管24oが接続される。またブロック本体21の一側部に冷却水導入管24iが連通される入口マニホールド22iが形成され、他側部に冷却水排出管24oが連通される出口マニホールド22oが形成されている。さらに、入口マニホールド22iと出口マニホールド22oとが互いに平行な複数の冷却通路23により接続され、複数の冷却通路23によりブロック本体21が均一に冷却される。またこの冷却ユニット16において、所定の表面部分を加圧した加圧力は、この表面部分に対向する裏面部分に良好に伝達される。

0028

(加圧具)
加圧具18は、冷却ユニット16の熱電変換モジュール15に対応する部分を、炉側壁12の表面に向かって加圧する。すなわち、炉側壁12の表面で熱電発電装置11の両側に固定手段30(ボルト・ナットや溶接など)により立設固定された一対の脚体31aと、これら脚体31aの上端部間に炉側壁12の表面に平行に掛け渡された連結梁31bと、からなる門型フレーム31が熱電変換モジュール15の上方を横断するように設置されている。そして連結梁31bに、熱電変換モジュール15の中央部に対応して雌ねじ穴32が形成され、この雌ねじ穴32に加圧ボルト(加圧ロッド)33が螺合されている。また冷却ユニット16の表面(図では上面)の熱電変換モジュール15の上方にあたる部分に、円形の受圧部材34が配置されている。そして、受圧部材34に形成された有底の受圧穴34aに加圧ボルト33の先端部が嵌合されている。この受圧部材34は、略正方形の熱電変換モジュール15の外形に略内接する円形で、図では外周部の厚みが薄いお椀形に形成されている。そして加圧ボルト33の頭部に、回転駆動用六角穴33aが形成されている(頭部付きボルトでもよい)。また加圧ボルト33には、雌ねじ穴32との間で緩み止めする緩み止め用ばね36またはばね座金を介して固定ナット35が装着されている。

0029

なお、上記実施例において、この熱電発電装置11は炉側壁(発熱体)12の温度が常温の状態で設置される。そして炉での焼却が開始され、炉側壁(発熱体)12の温度が熱電発電装置11の運用温度に達した後、加圧具18を用いて加圧される。このような加圧は1回で行ってもよいが、炉側壁(発熱体)12の温度上昇に伴うように複数回に分けて行ってもよい。

0030

(実施例1の効果)
上記実施例1において、加圧ボルト33を回転させて受圧部材34側に突出させる。そして門型フレーム31の連結梁31bを反力受けとして、加圧ボルト33を締め付けて受圧部材34を所定の加圧力で加圧する。そして、互いに面接触された、冷却ユニット16と熱電変換モジュール15の伝熱面、熱電変換モジュール15とベース板14との伝熱面、およびベース板14、伝熱材13、炉側壁12の伝熱面を、十分な加圧力で加圧して互いに密着させる。これにより、冷却ユニット16、熱電変換モジュール15、ベース板14の熱変形により生じる隙間を効果的に抑制することができる。したがって、熱電変換モジュールと高温側および低温側に設けられた部材との密着性が高まり、従来よりも熱出力電圧予測電圧に沿って上昇させることができる。

0031

[実施例2]
図5および図6を参照して、熱電発電装置の取付装置の実施例2を説明する。なお、実施例1と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0032

実施例2は、実施例1における加圧具18の門型フレーム31に替えて、鋼製加圧用ワイヤ(索体)41を使用したものである
保持具10は、4本の取付ボルト・ナット(保持部材)47により構成されている。これら取付ボルト・ナット47の基端部は、炉側壁12に植設されており、これら取付ボルト・ナット47によりそれぞれ貫通穴を介して伝熱材13、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16が互いに密着されて積み重なった状態で保持されるとともに、炉側壁12の表面に位置決め固定されている。

0033

加圧具40は、対角位置の取付ボルト・ナット47のボルト頂部にそれぞれ取り付けられた連結環連結具)42と、受圧部材34と、受圧部材34の受圧穴34aに先端部が嵌合されて立設された加圧ロッド43と、加圧ロッド43の基端部に取り付けられたワイヤ受部材である受圧ローラ44と、両端部が取付環42にそれぞれ連結されて受圧ローラ44に係合された加圧用ワイヤ41と、加圧用ワイヤ41に介在されて加圧用ワイヤ41を伸縮可能な緊張具ターンバックル)45と、を具備している。

0034

なお、加圧用ワイヤ41を連結する連結環42を取付ボルト・ナット47の頂部に取り付けたが、図5仮想線で示すように、複数の連結具48を冷却ユニット16やベース板14などの熱電発電装置11の構成部材に設置してもよい。

0035

上記実施例2において、緊張具45により加圧用ワイヤ41を緊張させ、受圧ローラ44を介して加圧ロッド43を下方に押し込み受圧部材34を押圧する。そして、冷却ユニット16と熱電変換モジュール15の伝熱面、熱電変換モジュール15とベース板14との伝熱面、およびベース板14と伝熱材13と炉側壁12の伝熱面をそれぞれ所定の加圧力で加圧して互いに密着させる。これにより冷却ユニット16、熱電変換モジュール15、ベース板14および炉側壁12で生じる隙間を効果的に抑制して、熱電変換モジュール15における温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を抑制することができる。また、加圧用ワイヤ41を、熱電発電装置11に設けた連結環42や連結具48に連結したので、熱電発電装置の取付装置をコンパクトに構成することができる。したがって、周辺部が他の部材に囲まれた狭い炉側壁12であっても熱電発電装置11を取り付けることができる。

0036

なお、鋼製の加圧用ワイヤ41は、一例として記載したものであり、一般に用いられているワイヤであればよい。実施する環境下で使用できる材質であれば材質は問わないし、鋼線でもあっても撚り線構造であってもよい。

0037

また、加圧ロッド43のワイヤ受部材として受圧ローラ44を設けたが、これは緊張時に滑りを良くして加圧用ワイヤ41をスムーズに締め付け、加圧ロッド43を安定して押し下げるものである。この受圧ローラ44に替えて、加圧ロッド43の基端部に加圧用ワイヤ41がスライド可能に係合する受圧用の溝部や、加圧用ワイヤ41が挿通可能なリング状の受圧環(実施例8、図17に示す)を設けて、緊張時に加圧用ワイヤ41の滑りを良くしてもよい。

0038

さらに加圧用ワイヤ41を対角方向に張設したが、図6に仮想線で示すように、横断位置(または縦断位置)に取付環42を有する取付ボルト・ナット47を設けたり、固定具48を横断位置や縦断位置に配置し、加圧用ワイヤ41を横断方向(または縦断方向)に張設することもできる。

0039

[実施例3]
図7および図8を参照して熱電発電装置の取付装置の実施例3を説明する。なお、実施例1,2と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0040

実施例3は、実施例2における加圧具40′は、加圧用ワイヤ41の両端部を、炉側壁12に直接固定した固定具46に連結したものである。ここで熱電発電装置11を保持する4本の取付ボルト・ナット17は、ベース板14に植設されている。

0041

固定具46は、炉側壁12の表面に形成されたねじ穴に装着される雄ねじ軸46aと、雄ねじ軸46aの基端部に設けられて加圧用ワイヤ41を連結する環状部46bと、を具備している。そして一対の固定具46の環状部46bに連結された加圧用ワイヤ41が加圧ロッド43の受圧ローラ44に係合される。

0042

なお、図7に仮想線で示すように、熱電発電装置11および炉側壁12以外で、その周辺部に設置された周辺固定部材19に固定具46を取り付け、加圧用ワイヤ41の両端部を連結してもよい。

0043

実施例3によれば、実施例2と同様の作用効果を奏することができる。

0044

[実施例4]
発熱体が燃焼室の炉側壁12の場合、燃焼状態の変動やガス流などにより炉側壁12に振動が生じて加圧具18,40,40′に緩みが生じ、加圧力が変動、減少するおそれがある。このため、以下の実施例4〜9は、炉側壁12の振動に対処可能な加圧具50,60,60′,70,70′,70″を具備したものである。

0045

図9図11を参照して、熱電発電装置の取付装置の実施例4を説明する。実施例4は、たとえば4個の熱電変換モジュール15を並設した熱電発電装置11で、各熱電変換モジュール15に対応して加圧具50が設けられている。なお、実施例1〜3と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0046

4個の熱電変換モジュール15は、隣接する辺が一定の間隔を開けて、表面視で正方形を成す位置に配置されている。

0047

加圧具50は、反力受けとなる門型フレーム31と、この門型フレーム31の連結梁31b、各熱電変換モジュール15の中央部にそれぞれ対応して形成された貫通穴51と、これら貫通穴51に出退自在に嵌合された加圧ボルト(加圧ロッド)33と、加圧ボルト33の各貫通穴51より先端側に嵌合された受ナット(受部材)52と、連結梁31bと受ナット52の間で加圧ボルト33に外嵌された加圧用コイルばね(付勢部材)53と、加圧ボルト33の各貫通穴51より基端側に嵌合された固定ナット35および緩み止め用ばね(又はばね座金)36と、を具備している。加圧ボルト33の先端部は、受圧部材34の受圧穴34aに嵌合されている。また加圧ボルト33は、加圧用コイルばね53により受圧部材34側に所定の加圧力で付勢されている。したがって、炉側壁12が振動しても、加圧用コイルばね53により各部材の伝熱面を均等な加圧力で安定して加圧することができる。

0048

実施例4によれば、加圧具50において加圧用コイルばね53により加圧ボルト33を炉側壁12に向かって加圧するようにしたので、炉側壁12に振動が発生しても、冷却ユニット16、熱電変換モジュール15、ベース板14、伝熱材13および炉側壁12の各伝熱面をそれぞれ均等な加圧力で密着させることができる。これにより冷却ユニット16、熱電変換モジュール15およびベース板14の部分的な温度差による熱変形で各伝熱面に生じる隙間を効果的に抑制することができ、熱電変換モジュール15における温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を防止することができる。また炉側壁12が振動することがあっても、加圧用コイルばね53のばね力により振動に追従して十分な加圧力を安定して付与することができる。

0049

[実施例5]
図12および図13を参照して実施例5を説明する。実施例5は、加圧具の付勢部材として板ばねを使用したものである。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0050

加圧具60は、熱電発電装置11の両側の炉側壁12に、左右一対で2組の脚柱62が立設固定されている。この板ばね61は、正面視で中央部が下方に突出する凸状部61cが形成されている。また板ばね61の長さ方向の両側に貫通穴61aがそれぞれ形成されており、板ばね61は貫通穴61aを介して脚柱62の雄ねじ部62aに昇降可能に嵌合されている。雄ねじ部62aには、板ばね61の上面を押圧するダブルナット式の押さえナット63が嵌合されており、これら押さえナット63により板ばね61が下方の炉側壁12に向かって押圧された状態で支持されている。また熱電変換モジュール15に対応して、板ばね61の凸状部61cの裏面に、板ばね61の長さ方向に直交する幅方向に沿って加圧突起61bが突出されている。一方、冷却ユニット16の表面に配置された円板状の受圧部材64に、加圧突起61bが係合可能な受圧溝64aが形成されている。

0051

上記構成において、押さえナット63により板ばね61を下方に押し込み、加圧突起61bから受圧部材64に付与される加圧力を調整することができる。また加圧力の調整による加圧突起61bの変位は、受圧溝64aの幅および長さにより許容される。

0052

上記構成によれば、押さえナット63を締め付けて板ばね61の両端側を下方に押し込むことで、加圧突起61bにより受圧部材64を押圧し、熱電変換モジュール15に対応する冷却ユニット16、熱電変換モジュール15、ベース板14および炉側壁12を十分な加圧力で加圧することができる。

0053

これにより、ベース板14、熱電変換モジュール15および冷却ユニット16の部分的な温度差による熱変形で、各部材の伝熱面を効果的に加圧して隙間を効果的に抑制することができ、熱電変換モジュール15における温度差の増大による出力電圧の伸びの鈍化を防止することができる。また炉側壁12が振動することがあっても、板ばね61のばね力により振動に追従して十分な加圧力を安定して付与することができる。

0054

[実施例6]
図14および図15を参照して実施例6を説明する。この実施例6は、実施例5において、一定の間隔を開けて表面視で正方形を成す位置に配置された4個の熱電変換モジュール15を具備したものである。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0055

加圧具60′は、4個の熱電変換モジュール15に対応して一対の板ばね65が配置されている。各板ばね65は、隣接する熱電変換モジュール15の間隔に対応して下方に突出する2つの凸状部65cが形成され、1枚の板ばね65により2個の熱電変換モジュール15に対応してそれぞれ加圧する。各凸状部65cの裏面に加圧突起65bがそれぞれ突設されている。そして板ばね65は、長さ方向の両側に形成された貫通穴65aを介して脚柱62に嵌合され、押さえナット63により炉側壁12に向かって押圧されて加圧力を調整自在に保持されている。

0056

この実施例6によれば、実施例5と同様の作用効果を奏することができる。

0057

[実施例7]
図16を参照して実施例7を説明する。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。この実施例7の加圧具70は、加圧ロッド71を伸縮自在に構成するとともに、進展方向に付勢する加圧用コイルばね76を設けたものである。

0058

加圧ロッド71は、受圧部材34の受圧穴34aに嵌合されて立設された遊底受圧筒72と、受圧筒72の穴部スライド自在に嵌合されて伸縮自在な可動ロッド73と、受圧筒72の外周部に取り付けられた受圧鍔部74と、可動ロッド73の上端部外周に取り付けられた加圧鍔部75と、を具備している。そして、受圧鍔部74と加圧鍔部75の間に加圧用コイルばね76が介在され、加圧用コイルばね76は加圧ロッド71に外嵌されている。そして、加圧ロッド71の上端部に取り付けられた受圧環77と、一対の取付ボルト・ナット47の上端の取付環42との間に、緊張具45が介在された加圧用ワイヤ41が緊張されて構成されている。ここで熱電発電装置11の保持具10である取付ボルト・ナット47は、炉側壁12に植設されている。

0059

したがって、緊張具45により加圧用ワイヤ41を引っ張って緊張させ、可動ロッド73を下方に押し込んで加圧ロッド71を収縮させ、加圧鍔部75により加圧用コイルばね76を圧縮し、受圧鍔部74、受圧筒72を介して受圧部材34を炉側壁12に向かって押圧することができる。

0060

なお、加圧用ワイヤ41を連結する連結環42を取付ボルト・ナット47の頂部に取り付けたが、図5に仮想線で示すように、複数の連結具48を冷却ユニット16やベース板14などの熱電発電装置11の構成部材に設置してもよい。

0061

実施例7によれば、実施例2の作用効果に加えて、炉側壁12を介して熱電発電装置11が振動することがあっても、加圧用コイルばね76のばね力により振動に追従して十分な加圧力を安定して付与することができる。
また、加圧用ワイヤ41を、熱電発電装置11に設けた連結環42や連結具48に連結したので、熱電発電装置の取付装置をコンパクトに構成することができる。したがって、周辺部が他の部材に囲まれた狭い炉側壁12であっても熱電発電装置11を取り付けることができる。

0062

[実施例8]
図17を参照して実施例8を説明する。実施例8は、実施例7において、熱電変換モジュール15を4個配置した固定具70′を具備したものである。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0063

4個の熱電変換モジュール15は、一定の間隔をあけて表面視で正方形を成す位置に配置される。加圧具70′は、加圧用ワイヤ41が、加圧ロッド71の受圧環77と連結環42との間、および隣接する受圧環77の間にそれぞれ連結され、緊張具45によりそれぞれ緊張される。もちろん、連結環42に替えて連結具48であってもよい。

0064

実施例8によれば、実施例7と同様の作用効果を奏することができる。

0065

[実施例9]
図18を参照して実施例9を説明する。実施例9は、実施例7において、加圧用ワイヤ41の両端部が連結される取付ボルト・ナット47に替えて、炉側壁12に直接固定した固定具46を有するものである。なお、先の実施例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

0066

固定具70″は、加圧ロッド72の受圧環77と固定具46との間に、緊張具45が介在された加圧用ワイヤ41が連結されている。ここで保持具10である取付ボルト・ナット17は、ベース板14に植設されている。

0067

なお、図18に仮想線で示すように、熱電発電装置11および炉側壁12以外で、その周辺部に設置された周辺固定部材19に固定具46を取り付け、加圧用ワイヤ41の両端部を連結してもよい。

0068

実施例9によれば、実施例7と同様の作用効果を奏することができる。

0069

10保持具
11熱電発電装置
12炉側壁(発熱体)
13伝熱材
14ベース板(熱伝導体)
15熱電変換モジュール
16冷却ユニット
17取付ボルト・ナット(保持部材)
18加圧具
30 固定手段
31門型フレーム
33加圧ボルト(加圧ロッド)
34受圧部材
35固定ナット
40,40′ 加圧具
41加圧用ワイヤ
45緊張具
47 取付ボルト・ナット(保持部材)
50 加圧具
53 加圧用コイルばね
60,60′ 加圧具
61板ばね
62脚柱(脚体)
64 受圧部材
65 板ばね
66 加圧具
70,70′,70″ 加圧具
71 加圧ロッド
76 加圧用コイルばね

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