特許 5794885 熱電発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5794885

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】熱電発電装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/30 20060101AFI20150928BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/30

   H02N11/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-221377(P2011-221377)

(22)【出願日】2011年10月5日

(65)【公開番号】特開2013-80883(P2013-80883A)

(43)【公開日】2013年5月2日

【審査請求日】2014年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】590000835

【氏名又は名称】株式会社ＫＥＬＫ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】牧野 一也

(72)【発明者】

【氏名】海部 宏昌

(72)【発明者】

【氏名】八馬 弘邦

【審査官】 羽鳥 友哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１０７６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／３０

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受熱する受熱板と、
前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、
前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、
前記受熱板および前記冷却板の間には、前記熱電モジュールの外側を囲む第１のＯリングが設けられ、
前記受熱板および前記冷却板は、前記第１のＯリングの外側の位置で互いに第１のボルトにより連結され、
前記第１のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第１の付勢部材が設けられ、
前記受熱板および前記冷却板は、前記第１のＯリングの内側の位置で互いに、複数の第２のボルトにより連結され、
前記第２のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第２の付勢部材が設けられ、
前記第１のＯリングは各角部にＲ形状を有する四角形とされ、
前記第１のボルトは前記第１のＯリングの角部に対応して設けられ、
前記第１の付勢部材は、前記第１のＯリングの角部を前記受熱板および前記冷却板に当接させ、
前記第２のボルトは前記第１のＯリングの直線部分に対応して設けられ、
前記第２の付勢部材は、前記第１のＯリングの直線部分を前記受熱板および前記冷却板に当接させる
ことを特徴とする熱電発電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱電発電装置において、
前記第１のＯリングの内側の前記第２の付勢部材の付勢力は、前記第１の付勢部材の付勢力よりも大きい
ことを特徴とする熱電発電装置。

【請求項3】

請求項２に記載の熱電発電装置において、
前記受熱板および前記冷却板の間には、前記第１のＯリングの内側の前記複数の第２のボルトに貫挿された複数の第２のＯリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。

【請求項4】

請求項３に記載の熱電発電装置において、
前記熱電モジュールを囲う前記第１のＯリング、および前記第１のＯリングの内側の前記複数の第２のボルトに貫挿された前記複数の第２のＯリングは、フッ素系のゴム製である
ことを特徴とする熱電発電装置。

【請求項5】

請求項４に記載した熱電発電装置において、
前記受熱板、前記冷却板、および複数の前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、
前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、
当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、
前記第１の付勢部材および前記第２の付勢部材はコイルばねである
ことを特徴とする熱電発電装置。

【請求項6】

請求項５に記載した熱電発電装置において、
前記遮蔽カバーは、
前記受熱板の長辺側に取り付けられる一対の長辺側下部遮蔽板と、
前記一対の長辺側下部遮蔽板の上縁に取り付けられる一対の長辺側上部遮蔽板と、
前記受熱板の短辺側に取り付けられる一対の短辺側遮蔽板とを備え、
前記長辺側下部遮蔽板は鉛直な第１側面部を有し、
前記長辺側上部遮蔽板は鉛直な第２側面部を有し、前記長辺側上部遮蔽板の上部には、水平方向に折曲した第１上面部が形成され、
前記短辺側遮蔽板は鉛直な第３側面部を有し、前記短辺側遮蔽板の上部には、水平方向に折曲した第２上面部が形成されており、
前記第１側面部、前記第２側面部および前記第３側面部では、鉛直な端縁どうしが突き合わされ、
前記第１上面部の端縁と、前記第２上面部の端縁とが突き合わされる
ことを特徴とする熱電発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電発電装置に係り、特に複数の熱電モジュールを受熱板と冷却板との間の同一面内に介装させた熱電発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ゼーベック効果を利用した熱電変換回路を２枚の金属製の熱変換板に挟み込んだ熱電発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような熱電発電装置では、熱電変換回路を囲うようにＯリングが配置されており、このＯリングによって熱交換板間の気密を確保して、熱電変換回路が介装されている部分への水分（湿気）の浸入を防止している。

【0003】

ところで、特許文献１によれば、熱変換板同士は、それらの外縁部分や中央部分の複数箇所がボルトによって互い近づく方向へ締め付けられ、この締付力によってＯリングが適度に押し潰されて熱交換板に密着し、十分なシール性能が得られるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１４７８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の熱電発電装置では、高温側の熱変換板に熱変形が生じた場合など、熱交換板とＯリングとの密着状態を確保できず、熱交換板間に介装される熱電モジュールのシール性能を維持できないという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、熱交換板の変形を吸収することでＯリングとの密着を良好に維持し、シール性能を向上させることができる熱電発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１発明に係る熱電発電装置は、受熱する受熱板と、前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、前記受熱板および前記冷却板の間には、前記熱電モジュールの外側を囲む第１のＯリングが設けられ、前記受熱板および前記冷却板は、前記第１のＯリングの外側の位置で互いに第１のボルトにより連結され、前記第１のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第１の付勢部材が設けられていることを特徴とする。

【0008】

第２発明に係る熱電発電装置では、前記受熱板および前記冷却板は、前記第１のＯリングの内側の位置で互いに第２のボルトにより連結され、前記第２のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する弾性を有した第２の付勢部材が設けられ、前記第１のＯリングの内側の第２の付勢部材の付勢力は、第１の付勢部材の付勢力よりも大きいことを特徴とする。

【0009】

第３発明に係る熱電発電装置では、前記受熱板および前記冷却板の間には、前記第１のＯリングの内側の第２のボルトに貫挿された第２のＯリングが介装されていることを特徴とする。

【0010】

第４発明に係る熱電発電装置では、前記熱電モジュールを囲う前記第１のＯリング、および前記内側の第２のボルトに貫挿された第２のＯリングは、フッ素系のゴム製であることを特徴とする。

【0011】

第５発明に係る熱電発電装置では、前記受熱板、前記冷却板、および複数の前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、前記受熱板および前記冷却板は、前記熱電モジュールを囲う前記第１のＯリングの外側の位置および内側の位置で互いに前記第１および前記第２のボルトにより連結され、これらの前記第１および前記第２のボルトには、前記受熱板および前記冷却板を互いに近づける方向に付勢する前記第１および前記第２の付勢部材が設けられ、前記第１のＯリングの内側の前記第２の付勢部材の付勢力は、前記第１のＯリングの外側の第１の付勢部材の付勢力よりも大きく、前記受熱板および前記冷却板の間には、前記第１のＯリングの内側の第２のボルトに貫挿された第２のＯリングが介装され、前記第１のＯリングは各角部にＲ形状を有する四角形とされ、前記第１のＯリングの外側の位置にある第１のボルトは、前記第１のＯリングの角部に対応して設けられ、前記第１の付勢部材および前記第２の付勢部材はコイルばねであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

第１発明によれば、受熱板と冷却板とを連結する第１のボルトには、互いを近づける方向に付勢する第１の付勢部材が設けられているので、受熱板が熱によって変形した場合でも、この変形を第１の付勢部材の弾性変形により吸収しつつ、受熱板と冷却板との連結状態を良好に維持でき、従って、受熱板および低温板と第１のＯリングとの密着状態を確保でき、気密性能を向上させることができる。

【0013】

第２発明によれば、第１のＯリングの内側でも、第２の付勢部材によって受熱板および冷却板が付勢されるので、それらの間に介装される熱電モジュールの水冷板との密着性を良好に保持でき、熱電モジュールに応力が生じるのを抑制して信頼性を向上させることができる。

【0014】

第３発明によれば、内側の第２のボルト周りも第２のＯリングで封止されるので、そのような第２のボルトが挿通される挿通孔から水分が浸入した場合でも、受熱板と冷却板との間で広がるおそれがなく、気密性をより良好にできる。

【0015】

第４発明によれば、第１、第２のＯリングがフッ素系のゴム製であるから、良好な耐熱性を付与でき、熱源からの熱を受けて発電を行う熱電発電装置に好適に利用できる。

【0016】

第５発明によれば、四角形とされた受熱板および冷却板間を四隅の角部がＲ形状を有する四角形のＯリングでシールした場合に好適であり、特に熱変形が生じ易い四隅の部分の連結状態や気密性を確実に維持できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱電発電装置を熱処理炉のバーナ燃焼部分に適用した例を示す模式図。

【図2】熱電発電装置を一部分解して示す全体斜視図。

【図3】熱電発電装置の熱電発電ユニットを一部断面視して示す全体斜視図。

【図4】熱電発電ユニットの平面図。

【図5】熱電発電ユニットの側面図。

【図6】図４のVI−VI線断面図。

【図7】冷却板の裏面図。

【図8】熱電モジュールの支持構造を示す平面図（Ａ）、および熱電モジュールの要部の断面図（Ｂ）。

【図9】熱電発電ユニットのターミナルブロック周りを示す断面図。

【図10】ターミナルブロック周りを示す分解斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１を熱処理炉１００のバーナ燃焼部分に適用した例を示すものである。熱処理炉１００で使用済みのガスを排気するにあたり、このガスを燃料としてガスバーナ３にて燃焼させ、燃焼後の排気ガスを排気ダクト２を通して排気している。排気ダクト２の下方には燃焼用ガスバーナ３が設けられ、ガスバーナ３の火炎が届く位置に熱電発電装置１が配置されている。ガスバーナ３からの火炎で炙られることで、ガス燃焼時の熱エネルギを熱電発電装置１によって電気に変換している。
ただし、本発明の熱電発電装置は、高温に曝される個所に設けられればよく、熱処理炉１００に適用される場合に限らない。

【0019】

〔熱電発電装置の全体説明〕
図２は、熱電発電装置１を示す斜視図である。
熱電発電装置１は、熱電変換を行う熱電発電ユニット４と、この熱電発電ユニット４を覆う遮蔽カバー５と、熱電発電ユニット４を排気ダクト２に固定するための固定ブラケット６とを備え、この固定ブラケット６が排気ダクト２に固定される。

【0020】

〔熱電発電ユニットの概略〕
熱電発電ユニット４は、詳細には図３以降に基づいて後述するが、図中下側の受熱板１０と、上側の冷却板２０と、これら受熱板１０および冷却板２０との間に介装された熱電モジュールとを備えている。受熱板１０の下面がバーナ３の火炎で下方から加熱される一方、冷却板２０が冷却水にて冷却され、これらの間に介装された発電ジュールにて受熱板１０と冷却板２０との温度差によるゼーベック効果が生じ、発電する。

【0021】

〔遮蔽カバーの詳細〕
遮蔽カバー５は、下方から回り込んで来るバーナ３の火炎から熱電発電ユニット４を保護するために用いられる。具体的に遮蔽カバー５は、平面視で矩形板状とされた受熱板１０の長辺側の側面にボルト止めされる一対の長辺側下部遮蔽板７，７と、これら長辺側下部遮蔽板７，７の上縁にボルト止めされる長辺側上部遮蔽板８，８と、受熱板１０の短辺側の側面にボルト止めされる一対の短辺側遮蔽板９，９とで構成されている。各遮蔽板７〜９は、例えばステンレス製である。冷却板２０の外径寸法は受熱板１０の外径寸法よりも僅かに小さく、遮蔽カバー５が受熱板１０に取り付けられた時、遮蔽カバー５と冷却板２０との間には空間が形成される。

【0022】

長辺側下部遮蔽板７は、略固定ブラケット６までの高さ寸法を有している。つまり、熱電発電ユニット４の長辺側は、固定ブラケット６の高さ位置で上下に２分割される遮蔽板７，８にて覆われている。そのため、長辺側下部遮蔽板７の上部側および長辺側上部遮蔽板８の下部側には、固定ブラケット６に対応した位置にスリット７Ａ，８Ａが設けられ、熱膨張が生じても固定ブラケット６と干渉しないようになっている。また、一方の長辺側上部遮蔽板８には、スリット８Ａ，８Ａ間に開口部８Ｂが設けられている。開口部８Ｂは、熱電発電ユニット４からの電気配線や冷却水用ホースを通すために設けられる。

【0023】

各遮蔽板７〜９は、鉛直な側面部７１，８１，９１を有しており、長辺側の上下の遮蔽板７，８の側面部７１，８１、およびこれに近接する短辺側遮蔽板９の側面部９１では、鉛直な端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の側方全周が覆われる。また、長辺側上部遮蔽板８および短辺側遮蔽板９の上部には、平面方向に折曲した台形形状の上面部８２および三角形状の上面部９２が形成され、これらの上面部８２，９２の端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の上方全域が覆われる。

【0024】

そして、各遮蔽板７〜９において、側面部７１，８１，９１同士や、上面部８２，９２同士は、互いに接合されておらず、各遮蔽板７〜９で生じる熱伸縮量の違いは、各端縁の境界部分がずれることで吸収される。従って、遮蔽カバー５全体では、熱応力が生じ難く、遮蔽板７，９が固定される熱電発電ユニット４の特に受熱板１０に影響を及ぼす心配がない。また逆に、受熱板１０に熱伸縮が生じても、この熱伸縮に追従して各遮蔽板７〜９の境界部分がずれるため、やはり遮蔽カバー５での応力を生じ難くでき、受熱板１０へのガスバーナ３から発生する火炎による影響を抑制する。

【0025】

〔固定ブラケットの詳細〕
固定ブラケット６は、断面Ｌ字形状の金属形鋼を略井型形状に接合した支持枠６１を有している。すなわち支持枠６１は、両端が遮蔽カバー５から突出する一対の平行な支持枠材６２と、遮蔽カバー５内において、支持枠材６２間に跨って架け渡される一対の平行な架設枠材６３とで構成される。

【0026】

支持枠材６２の両端にはボルト孔６２Ａが設けられ、このボルト孔６２Ａに挿通されるボルトにより、固定ブラケット６が送風ダクト２に固定される。
架設枠材６３の下面には、長手方向に間隔を空けて一対の金属製の固定ブロック６４が溶着されている。固定ブロック６４は、冷却板２０に対して支持枠６１を所定の高さ位置に配置するための部材であり、支持枠６１としては、架設枠材６３を固定ブロック６４ごと貫通するボルトにより、冷却板２０の上面に固定されている。

【0027】

また、架設枠材６３間には、金属製の冷却水ブロック６５が架設されている。冷却水ブロック６５には、冷却水を外部から供給する供給ホースおよび外部へ戻す戻しホースが、長辺側上部遮蔽板８の開口部８Ｂを通して接続され、また、冷却板２０に設けられた流入口に冷却水を供給する供給ホースおよび排出口から冷却水を戻す戻しホースが接続される。つまり、温度調整された外部からの冷却水は、冷却水ブロック６５を介しいて冷却板２０の冷却水回路に供給され、冷却水回路を流れた後に、冷却板２０から冷却水ブロック６５を介して外部へ戻される。

【0028】

〔熱電発電ユニットの詳細〕
図３は、熱電発電ユニット４の全体斜視図、図４はその平面図、図５はその側面図、図６は図４のVI−VI線断面図である。図７は、熱電発電ユニット４の冷却板２０の裏面図である。

【0029】

図３ないし図５において、熱電発電ユニット４は、銅製で全面に黒色無電解ニッケルメッキにより表面処理された矩形板状の受熱板１０と、銅製で受熱板１０よりも外形寸法が僅かに小さい矩形板状の冷却板２０と、受熱板１０および冷却板２０の間に介装された複数の熱電モジュール３０とを備えている。

【0030】

受熱板１０および冷却板２０は、四隅の４本のボルト１１と、長辺側に平行に４列および短辺側に平行に３列に位置した１２本のボルト１２とにより互いに締結されている。従って、受熱板１０には、それらのボルト１１，１２が螺入されるボルト穴１３，１４が設けられ、冷却板２０にはボルト１１，１２が挿通される挿通孔（後述）が設けられる。

【0031】

〔コイルばねの機能〕
ボルト１１には円板状の座金１１Ａが貫挿されており、座金１１Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１１に挿通された状態でコイルばね１５（第１の付勢部材）が介装されている。また、ボルト１２には座金１２Ａが貫挿されており、座金１２Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１２に挿通された状態でコイルばね１６（第２の付勢部材）が介装されている。コイルばね１６の線径および外径はそれぞれ、コイルばね１５よりも大きく、コイルばね１６のばね力はコイルばね１５のばね力よりも大きい。これらのコイルばね１５，１６のばね力により、受熱板１０および冷却板２０は互いに近づく方向へ付勢されている。

【0032】

ここで、受熱板１０と冷却板２０との間には、四隅の角部にＲ形状を有する四角形状のＯリング１７（第１のＯリング）が受熱板１０および冷却板２０の周縁に沿って介装されている。Ｏリング１７は、熱電モジュール３０の周囲を囲っており、外部からの水分（湿気）の浸入を防止して、熱電モジュール３０を水分から保護している。四隅のボルト１１は、Ｏリング１７の外側に位置してコーナー部分に近接し、他の１２本のボルト１２は、Ｏリング１７の内側に位置している。

【0033】

ボルト１２がＯリング１７の内側に位置して冷却板２０を貫通していることから、図６にも示すように、この貫通部分に対応して小さな円形のＯリング１８（第２のＯリング）が配置されている。全てのＯリング１８は、Ｏリング１７の内側に配置され、ボルト１２の周りがＯリング１８でシールされることで、貫通部分から浸入する水分から熱電モジュール３０を保護している。Ｏリング１７，１８の材質としては、耐熱性に優れたフッ素系のゴムが採用されている。

【0034】

ボルト１１に挿通されたコイルばね１５は、熱変形により離間し易い受熱板１０および冷却板２０の四隅を付勢しており、Ｏリング１７のコーナー部分を確実に押圧し、Ｏリング１７と受熱板１０および冷却板２０との密着状態を良好に維持させている。これに対してボルト１２に挿通されたコイルばね１６は、受熱板１０および冷却板２０を付勢することで、熱電モジュール３０を確実に挟持するとともに、受熱板１０および冷却板２０とＯリング１７の直線部分との密着状態、およびＯリング１８との密着状態を維持するように機能する。また、それらのコイルばね１５，１６により、受熱板１０の熱による反り等が確実に抑制されるようになっている。

【0035】

〔冷却板の構造〕
図３、図７に示すように、冷却板２０の内部には、冷却水を流す冷却水回路２１が設けられている。詳細な図示を省略するが、冷却板２０は２層構造であり、一方の層を形成する板材には、一連の溝が長辺に対して略平行で、かつ短辺側の辺縁近くで折り返されて蛇行するように設けられ、この溝を他方の層を形成する板材で覆うことで、両板材の間、すなわち冷却板２０の内部に冷却水回路２１が設けられる。両板材は、外周部分でろう付けされて一体に固着される。

【0036】

冷却板２０の上面には、冷却水回路２１の一端に対応した位置に流入口２２が立設され、他端に対応した位置に排出口２３（図４、図５に図示）が立設されている。流入口２２および排出口２３にはそれぞれ、冷却水ブロック６５からの図示しない供給ホースおよび戻しホースが接続される。

【0037】

冷却板２０の裏面を示す図７において、冷却板２０の四隅には、前述したボルト１１が挿通される挿通孔２４が設けられ、冷却板２０の内部側の１２箇所には、ボルト１２が挿通される挿通孔２５が設けられている。また、冷却板２０の裏面には、四隅の挿通孔２４の内側に近接させて位置決めピン２６が突設され、長辺側の辺縁には４本の位置決めピン２７が、短辺側の辺縁の中央位置には位置決めピン２７がそれぞれ突設されている。これらの位置決めピン２６，２７の外側を通るようにＯリング１７が配置される。

【0038】

加えて、冷却板２０の裏面側には、熱電モジュール３０用の多数の位置決めピン２８が突設されている。図８に示すように、平面視で略正方形とされた板状の熱電モジュール３０は、その３辺の中央部分がそれぞれ位置決めピン２８に当接され、位置決めされる。

【0039】

以上に説明した位置決めピン２６〜２８が冷却板２０側に設けられるのは、冷却板２０が熱による伸縮が殆どなく、Ｏリング１７，１８や熱電モジュール３０の位置決め状態を良好に維持できるからである。
また、冷却板２０の外周端面には、図示しない帯状の金属板が設けられ、この金属板により受熱板１０と冷却板２０との間の隙間を覆い、Ｏリング１７への熱影響を軽減させている。

【0040】

〔熱電モジュール〕
図８（Ａ）、（Ｂ）において、熱電モジュール３０は、複数の熱電素子３６をそれぞれ板状の受熱面部３７および冷却面部３８で挟持した構造である。すなわち、熱電モジュール３０では、受熱面部３７の内側面に受熱側電極３７Ａが配置され、冷却面部３８の内側面に冷却側電極３８Ａが配置されており、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの受熱面部３７側の端面が受熱側電極３７Ａに接続され、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの冷却面部３８側の端面が冷却側電極３８Ａに接続されている。Ｐ型の熱電素子３６ＡとＮ型の熱電素子３６Ｂとが交互に受熱側電極３７Ａおよび冷却側電極３８Ａを介して電気的に直列接続されることにより、熱電モジュール３０が構成されている。

【0041】

このような熱電モジュール３０は、受熱板１０および冷却板２０の長辺に対して平行に４列、短辺に対して平行に４列の合計１６枚が同一平面内に配置されている。短辺に対して平行な４枚の熱電モジュール３０のうち、隣接する２枚の熱電モジュール３０同士が近接配置されている（図４も参照のこと）。熱電モジュール３０が、表裏に塗布されたグリースを介して受熱板１０および冷却板２０と接触している。受熱板１０が高熱になる時、熱電モジュール３０の受熱側電極３７Aが熱膨張する。受熱側電極３７Aと冷却側電極３８Aとの温度差で熱電モジュール３０が反り返りを起こす。

【0042】

また、短辺に対して平行であり、図４中の左側の辺縁に沿って配置された４枚の熱電モジュール３０（３１１，３１２，３１３，３１４）を代表して説明すると、隣接する一対の熱電モジュール３１１，３１２（および３１３，３１４）間では、一方の熱電モジュール３１１（３１３）の負極の接続端子と、他方の熱電モジュール３１２（３１４）の正極の接続端子とがリード線３３で導通されている。熱電モジュール３１２，３１３間でも同じである。両端の熱電モジュール３１１，３１４では、一方の熱電モジュール３１４の正極にリード線３４が接続され、他方の熱電モジュール３１１の負極にリード線３５が接続されている。つまり、熱電モジュール３１１〜３１４は、電気的に直列に接続されている。短辺に対して平行に配置された他の４枚の熱電モジュール３０でも同様である。

【0043】

この結果、図４に示す第１列第４行目の熱電モジュール３１４では、正極からのリード線３４は、冷却板２０の上面に設けられた図中左端の第１ターミナルブロック３６に接続され、第２列第４行目の熱電モジュール３２４では、リード線３４が第２ターミナルブロック３７に接続され、第３列第１行目の熱電モジュール３３１では、リード線３４が第３ターミナルブロック３８に接続され、第４列第１行目の熱電モジュール３４１では、リード線３４が右端の第４ターミナルブロック３９に接続される。これに対して、第１、第２列第１行目の熱電モジュール３１１，３２１、および第３、第４列第４行目の熱伝モジュール３３４，３４４の負極からの各リード線３５は、互いに導通されて１本にされ、中央の第５ターミナルブロック４１に接続される。

【0044】

〔ターミナルブロックの構造〕
以下には、図９、図１０に基づき第１〜第４ターミナルブロック３６〜３９，４１について説明する。
図９、図１０において、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、第５ターミナルブロック４１を中心として、冷却板２０の長辺に平行な中心軸線上で中央に集約されており、それぞれスペーサ４３、ターミナル４４、および樹脂カバー４５を備えている。

【0045】

冷却板２０には、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１に対応した位置に貫通孔４２が設けられ、この貫通孔４２を通して熱電モジュール３０からのリード線３４，３５が上面に引き出される。

【0046】

冷却板２０の上面には、貫通孔４２を囲うようにフッ素樹脂製で円筒形状のスペーサ４３が配置されている。スペーサ４３の上部には、導電性を有するステンレス等の金属製で円柱状のターミナル４４が設けられている。スペーサ４３およびターミナル４４は、耐熱性を有する例えばポリイミド樹脂製の樹脂カバー４５で覆われている。

【0047】

そして、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、冷却板２０に直に固定されたアルミ等の金属カバー４６で覆われている。樹脂カバー４５および金属カバー４６はそれぞれ筒状とされ、外周の一部に上部から切り欠かれた切欠開口４５Ａ，４６Ａを有している。また、各カバー４５，４６の上部側の開口部分は円板状の蓋４７，４８で塞がれている。樹脂カバー４５は、３本のボルト４９により蓋４７を共締めした状態で冷却板２０に固定され、金属カバー４６は、２本のボルト５１により蓋４８を共締めした状態で冷却板２０に固定される。

【0048】

ターミナル４４の下面には、リード線３４，３５の先端の端子５２がスクリュー５３にて固定され、ターミナル４４の上面には、外部からの電力線５４の端子５５がスクリュー５６にて結線されている。電力線５４は、各カバー４５，４６の切欠開口部４５Ａ，４６Ａを通して配線される。

【0049】

ここで、冷却板２０の上面とスペーサ４３の下面との間にはＯリング５７が介装され、スペーサ４３とターミナル４４との間にはＯリング５８が介装され、スペーサ４３と樹脂カバー４５との間にはＯリング５９が介装されている。冷却板２０と各カバー４５，４６との間から浸入する水分や、各カバー４５，４６の切欠開口４５Ａ，４６Ａから浸入する水分は、それらのＯリング５７〜５９で封止され、スペーサ４３内に位置する貫通孔４２から熱電モジュール３０側へ水分が浸入するのを防いでいる。

【0050】

また、樹脂カバー４５やＯリング５７〜５９は、金属カバー４６で覆われることで、外部からの熱影響、特に遮蔽カバー５からの輻射熱の影響を受けることがない。このように、Ｏリング５７〜５９の変形等を防止することで、気密性能を良好に維持できるという効果がある。

【0051】

加えて、金属カバー４６が冷却板２０の上面に接触していることで冷却されため、金属カバー４６自身が輻射熱によって過度に高温になる心配がない。さらに、以上に説明した第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１が冷却板２０の中央寄りの中心軸線上に集約されていることで、遮蔽カバー５からの距離を稼いで輻射熱の影響を少なくしている。

【0052】

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。
例えば、前記実施形態では、熱電発電装置１が熱処理炉１００に適用されていたが、これに限定されるものではなく、熱源を有する任意の箇所に本発明の熱電発電装置を適用してよい。

【0053】

前記実施形態では、冷却板２０には冷却水回路２１が設けられ、冷却水にて積極的に冷却されていたが、冷却板は受熱板に対して低温に維持されればよく、冷却水回路等の積極的な冷却手段がない場合でも本発明に含まれる。

【0054】

前記実施形態では、本発明に係る付勢部材としてコイルばねを用いたが、任意のエラストマ材からなる弾性体を用いてもよい。
また、本発明に係るＯリングの材質はフッ素系に限定されず、例えば、さほど耐熱性が要求されなない場合には、ニトリルゴムやブチルゴム等の一般的な材質であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、熱源からの熱を受けて発電を行う熱電発電装置に関して、種々の工業用設備やエンジンにて駆動される自動車、建設機械、鉄道車両などに利用できる。

【符号の説明】

【0056】

１…熱電発電装置、４…熱電発電ユニット、５…遮蔽カバー、６…固定ブラケット、１０…受熱板、１１，１２…ボルト、１５，１６…付勢部材であるコイルばね、１７…第１のＯリング、１８…第２のＯリング、２０…冷却板、３０…熱電モジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】