特開 2024-157638 熱電併給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157638

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】熱電併給装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20241031BHJP

   H10N 10/17 20230101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02N11/00 A

H10N10/17 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072097

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 国男

(72)【発明者】

【氏名】竹内 正佳

(72)【発明者】

【氏名】木村 豪

(57)【要約】      （修正有）

【課題】発電量を多くできる熱電併給装置を提供する。
【解決手段】熱電併給装置１０ａは、外部から熱を吸収する蒸発部２２１と蒸発部２２１において吸収した熱を外部に放出する凝縮部２２２とを備えるヒートパイプ２２と、厚さ方向の両面に温度差が存在すると発電するように構成され一方の面がヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面の一部を覆うように配置される熱電変換モジュール３０ａと、内部に水を貯留可能に構成されヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面のうちの熱電変換モジュール３０ａが装着されない部分の少なくとも一部に直接に接触しており凝縮部２２２が発する熱を内部に貯留された水に伝達するように構成される挿入部４１１ａが設けられるタンク本体４１とを備える。
【選択図】図２B

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から熱を吸収する蒸発部と前記蒸発部において吸収した熱を外部に放出する凝縮部とを備えるヒートパイプと、
厚さ方向の両面に温度差が存在すると発電するように構成され、一方の面が前記ヒートパイプの前記凝縮部の外周面の一部を覆うように配置される熱電変換モジュールと、
内部に水を貯留又は流通可能に構成され、内部の水に前記凝縮部が放出する熱を伝達することができるように前記ヒートパイプが取り付けられた貯水部と、
を備える、熱電併給装置。

【請求項2】

請求項１に記載の熱電併給装置であって、
前記貯水部は、前記ヒートパイプの前記凝縮部の外周面のうちの前記熱電変換モジュールが接触しない部分の少なくとも一部に直接に接触しており前記凝縮部が発する熱を内部に貯留された水に伝達するように構成される受熱部を備える、熱電併給装置。

【請求項3】

請求項１またはは２に記載の熱電併給装置であって、
前記ヒートパイプの前記凝縮部の前記一部と前記熱電変換モジュールとの間に介在するように配置されており、前記ヒートパイプの前記凝縮部の前記一部に直接に接触する面と、前記熱電変換モジュールの前記一方の面に直接に接触する面と、を備える伝熱部材を備える、
熱電併給装置。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の熱電併給装置であって、
前記熱電変換モジュールの前記一方の面とは反対側の面に接触するように配置されており、前記熱電変換モジュールを冷却する冷却部材を備える、
熱電併給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電併給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示される熱電併給装置は、ヒートパイプ式の真空集熱器により高温熱源からの輻射熱を不凍液に蓄熱し、蓄熱した不凍液を熱電変換部の高温側に循環させるとともに、冷水を熱電変換部の低温側に供給する。これにより熱電変換部での発電を行いつつ、熱電変換部の高温側から低温側に通過した熱と冷水との熱交換を行って湯を作り出すように構成される。このような熱電併給装置によれば、発電および湯の供給が可能になる。

【0003】

しかしながら、特許文献１に開示される構成では、熱電変換部の高温側に供給された熱のうち発電に供しない熱が冷水と熱交換することにより冷水が加熱されるため、熱交換器の効率が低くなる。すなわち、給湯性能が低下する。また、不凍液と水（湯）との温度差により発電する構成であるので、熱電変換部の高温側と低温側との温度差を大きくできないため、発電量を大きくできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－９０５２６号公報

【発明の概要】

【0005】

（発明が解決しようとする課題）
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、給湯性能の低下を防止または抑制しつつ、発電量の増加を図ることができる熱電併給装置を提供することである。

【0006】

（課題を解決するための手段）
前記目的を達成するため、本発明に係る熱電併給装置は、
外部から熱を吸収する蒸発部と前記蒸発部において吸収した熱を外部に放出する凝縮部とを備えるヒートパイプと、
厚さ方向の両面に温度差が存在すると発電するように構成され、一方の面が前記ヒートパイプの前記凝縮部の外周面の一部を覆うように配置される熱電変換モジュールと、
内部に水を貯留可能に構成され、
前記ヒートパイプの前記凝縮部の外周面のうちの前記熱電変換モジュールが接触しない部分の少なくとも一部に直接に接触しており前記凝縮部が発する熱を内部に貯留された水に伝達するように構成される受熱部が設けられる貯水部と、
を備える。

【0007】

本発明によれば、ヒートパイプの凝縮部には熱電変換モジュールが装着されない部分が設けられるとともに、当該部分は貯水部の受熱部に直接に接触している。このため、ヒートパイプの凝縮部の当該部分から放出される熱は、熱電変換モジュールを経ずに貯水部の内部に貯留される（または貯水部の内部を流通する）水に伝達される。したがって、給湯性能の低下を防止または抑制できる（もしくは給湯性能の向上を図ることができる）。また、ヒートパイプの凝縮部の一部には熱電変換モジュールが装着される。このため、熱電変換モジュールはヒートパイプの凝縮部から放出される熱により発電する。このような構成によれば、貯水部に貯留される水（湯）の熱により発電する構成に比較して、発電量を増加させることができる。このように、本発明によれば、給湯性能の低下を防止または抑制しつつ、発電量の増加を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】図１Ａは、第一実施形態に係る熱電併給装置の要部の構成を模式的に示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、第一実施形態に係る熱電併給装置の要部の構成を模式的に示す分解斜視図である。

【図2A】図２Ａは、第一実施形態に係る熱電併給装置における集熱器の取り付け構造を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、第一実施形態に係る熱電併給装置における集熱器の取り付け構造を示す断面図である。

【図3】図３は、第二実施形態に係る熱電併給装置の要部の構成を模式的に示す斜視図である。

【図4A】図４Aは、第二実施形態に係る熱電併給装置の集熱器の取り付け構造を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、第二実施形態に係る熱電併給装置の集熱器の取り付け構造を示す図である。

【図5】図５は、第三実施形態に係る熱電併給装置の要部の構成を模式的に示す斜視図である。

【図6】図６は、第三実施形態に係る熱電併給装置の集熱器の取り付け構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜第一実施形態＞
図１Ａは、第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａの要部の構成を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａの要部の構成を模式的に示す分解斜視図である。図２Ａおよび図２Ｂは、第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａにおける集熱器２１の取り付け構造を示す図である。これらの図に示すように、第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａは、複数の集熱器２１と、複数の熱電変換モジュール３０ａと、１基の貯湯タンク４０とを備える。

【0010】

集熱器２１には、真空管ヒートパイプ式の集熱器（ヒートパイプ真空管と称されることもある）が適用される。集熱器２１は、ヒートパイプ２２と断熱容器２３とを備える（図２Ｂ参照）。ヒートパイプ２２は、内部に作動液が封入された長尺の筒状の部材であり、長尺方向の一方の端部側に蒸発部２２１が設けられ、他方の端部側に凝縮部２２２が設けられる。ヒートパイプ２２は、蒸発部２２１における作動液の気化と凝縮部２２２における作動液の液化とのサイクルにより、蒸発部２２１が外部から受けた熱を凝縮部２２２に移動させ、凝縮部２２２から外部に熱を放出するように構成される。断熱容器２３は、一端側が閉塞し他端側が開口する有底の筒状の構成を備える部材である。断熱容器２３は、外管とこの外管の内部に収容された内管とを備える二重管構造を有する。外管と内管との間の空間は略真空に保たれる。内管には図略の選択吸収膜が設けられる。選択吸収膜は、所定の波長域の電磁波の吸収率が高く、他の所定の波長域の電磁波の吸収率が低い（具体的には、可視～近赤外域で高い吸収率を持ち、赤外域で低い放射率を有する）膜である。このほか、断熱容器２３の内部には、選択吸収膜が発する熱をヒートパイプ２２に伝達するための伝熱フィン２４が収容される。また、断熱容器２３の開口部には、例えばシリコンなどにより形成されたプラグ２５が装着される。そして、ヒートパイプ２２は、蒸発部２２１が断熱容器２３の内部に収容され、凝縮部２２２が断熱容器２３の開口側の端部から断熱容器２３の外部に突出するように配置される。

【0011】

熱電変換モジュール３０ａは、シート状の機器である。そして、熱電変換モジュール３０ａは、厚さ方向の両面に温度差が与えられると発電するように構成される。例えば、熱電変換モジュール３０ａは、シート状の基材と、基材の表面に並べて設けられる複数の熱電素子とを備える。熱電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる素子であり、例えばペルチェ素子が適用される。熱電変換モジュール３０ａは、複数の熱電素子が発電した電力を外部に出力できるように、図略の電気配線に接続される。

【0012】

熱電変換モジュール３０ａは、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面の一部に面接触する状態で装着できるように（貼り付けられるように、ということもできる）、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面の形状に応じた形状を備える。例えば、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２が所定の半径を有する円筒状の形状を備える場合には、熱電変換モジュール３０ａの形状には、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２を挿通可能な円筒状の形状、または、所定の半径を有する円弧状の形状が適用される。図２Ａおよび図２Ｂにおいては、熱電変換モジュール３０ａが円筒状の形状を備える例を示すが、熱電変換モジュール３０ａが断面略円弧状の形状を備えてもよい。熱電変換モジュール３０が断面略円弧状の形状を備える場合には、複数の熱電変換モジュール３０ａは、例えばヒートパイプ２２の凝縮部２２２の円周方向に並ぶように装着される。

【0013】

また、図２Ｂに示すように、熱電変換モジュール３０ａは、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２に装着された状態で、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向の一部の外周面を覆い、残りの部分を覆わないように構成される。具体的には、前記のように熱電変換モジュール３０ａが略円筒状を備える場合には、熱電変換モジュール３０ａの軸線に平行な方向の寸法は、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向寸法よりも小さい寸法に設定される。同様に、熱電変換モジュール３０ａが断面略円弧状の形状を備える場合には、熱電変換モジュール３０ａの円弧の曲率の中心線方向の寸法は、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向寸法よりも小さい寸法に設定される。

【0014】

なお、第一実施形態では、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２のうちの熱電変換モジュール３０ａが装着される部分を被着部２２３と記し、凝縮部２２２のうちの熱電変換モジュール３０ａが装着されない部分を露出部２２４と記すことがある。被着部２２３は、凝縮部２２２のうちの軸線方向に関して蒸発部２２１に近い側の部分（軸線方向の一部）である。また、露出部２２４は、凝縮部２２２のうちの軸線方向に関して蒸発部２２１から遠い側の部分（軸線方向の一部）である。なお、被着部２２３と露出部２２４の寸法の比は特に限定されない。

【0015】

貯湯タンク４０は、タンク本体４１と、保温材４２と、タンクカバー４３とを備える。タンク本体４１は、本発明の貯水部の例である。タンク本体４１は、内部に水（湯）を貯留可能に構成される箱状または筒状の部材であり、例えばステンレス鋼板などにより形成される。タンク本体４１には、複数の（具体的には、集熱器２１と同数の）挿入部４１１ａが設けられる。挿入部４１１ａは、本発明の受熱部の例である。第一実施形態では、１つの挿入部４１１ａは、１つの集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２、および当該１つの集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２に装着された１つまたは複数の熱電変換モジュール３０ａを挿入可能に構成される。

【0016】

具体的には、挿入部４１１ａは、タンク本体４１の外側が開口し内側が閉塞する有底の筒状（または一方が開口する箱状ということもできる）の部分であり、タンク本体４１の内部に向かって突出するように構成される（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。より具体的には、挿入部４１１ａは、第一の部分４１２ａと第二の部分４１３ａとを備える。第一の部分４１２ａは、熱電変換モジュール３０ａを挿入可能に構成される部分である。第二の部分４１３ａは、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４を挿入可能に構成される部分である。前記のとおり、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２が略円筒状の形状を備え、熱電変換モジュール３０ａが略円筒状の形状または断面略円弧状の形状を備える場合、挿入部４１１ａの第一の部分４１２ａと第二の部分４１３ａとは互いに異径の断面略円形の有底の筒状の構成が適用される。

【0017】

タンク本体４１には、受水経路４４および出水経路４５が接続される。受水経路４４は、外部の水供給源から水の供給を受けるための経路（管材）であり、例えば上水道に接続される。出水経路４５は貯湯タンク４０の水（湯）を外部に供給するための経路（管材）であり、熱電併給装置１０ａが使用される設備（例えば家屋）の屋内配管に接続される。

【0018】

保温材４２は、タンク本体４１を覆う部材である。保温材４２は、発泡樹脂などのタンク本体４１よりも熱伝達率の低い材料により形成される。タンクカバー４３は、タンク本体４１および保温材４２を覆う殻状の部材である。

【0019】

図２Ｂに示すように、熱電変換モジュール３０ａおよび集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２は、タンク本体４１に設けられる挿入部４１１ａに挿入される。この状態では、熱電変換モジュール３０ａの内周面はヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３の外周面に面接触し、熱電変換モジュール３０ａの外周面は、挿入部４１１ａの第一の部分４１２ａの内周面に面接触する。また、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４の外周面は、挿入部４１１ａの第二の部分４１３ａの内周面に直接に面接触する。なお、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３の外周面は、熱電変換モジュール３０ａの内周面に直接に面接触し、挿入部４１１ａの内周面に直接に面接触しない。このように、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２は、タンク本体４１の挿入部４１１ａの内周面に直接に接触する部分である露出部２２４と、熱電変換モジュール３０ａに直接に接触する部分である被着部２２３とを備える。そして、第一実施形態では、軸線方向に関し露出部２２４は蒸発部２２１から遠い側に設けられ、装着部２２３は蒸発部２２１に近い側に設けられる。

【0020】

集熱器２１が外部から輻射熱（たとえば太陽光による輻射熱）を受けると、輻射熱によって選択吸収膜が加熱される。選択吸収膜が発する熱は伝熱フィン２４を通じてヒートパイプ２２の蒸発部２２１に伝達される。ヒートパイプ２２の蒸発部２２１における作動液の気化とヒートパイプ２２の凝縮部２２２による作動液の液化とのサイクルにより、蒸発部２２１が受けた熱は凝縮部２２２に移動する。そして、凝縮部２２２が発する熱のうちの一部は、凝縮部２２２の被着部２２３から熱電変換モジュール３０ａおよびタンク本体４１の挿入部４１１ａを通じてタンク本体４１の内部に貯留される水に伝達される。この際、熱電変換モジュール３０ａにおいて発電される。また、凝縮部２２２が発する残りの熱は、凝縮部２２２の露出部２２４から直接的に（すなわち熱電変換モジュール３０ａを経ずに）タンク本体４１の挿入部４１１ａに伝達され、さらにタンク本体４１の内部に貯留される水に伝達される。そして、タンク本体４１の内部に貯留される水が加熱されて湯が作り出される。

【0021】

第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａによれば、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の一部である露出部２２４には熱電変換モジュール３０ａが装着されていないため（熱電変換モジュール３０ａに覆われていないため、と言こともできる）、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４から放出される熱は、熱電変換モジュール３０ａを経ることなく（換言すると、発電に用いられることなく）、タンク本体４１の内部の水（湯）に伝達される。このため、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の全体に熱電変換モジュール３０ａが装着される構成と比較すると、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２からタンク本体４１の内部に貯留される水（湯）までの熱の伝達経路に介在する物体が少ない部分を形成できる。したがってヒートパイプ２２の凝縮部２２２の全体に熱電変換モジュール３０ａが装着される構成と比較して、湯を作り出すための熱量を大きくできる（換言すると、給湯性能の向上を図ることができる）。

【0022】

また、第一実施形態によれば、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の温度は２００℃以上に達することがある一方で、タンク本体４１の内部に貯留される水（湯）の温度は１００℃超にならないため、熱電変換モジュール３０ａの表裏の温度差を大きくできる。例えば、特開２０１９－１９８１６５号公報に開示されるような、不凍液と水（湯）との温度差により発電する構成に比較して、熱電変換モジュール３０ａの表裏の温度差を大きくできる。したがって、第一実施形態によれば、前記文献に開示される構成に比較して、給湯性能の低下を防止または抑制しつつ、発電量の増加を図ることができる。または、前記文献に開示される構成に比較して、給湯性能の向上を図りつつ、発電量の増加を図ることができる。

【0023】

なお、第一実施形態では、集熱器２１および熱電変換モジュール３０ａが貯湯タンク４０のタンク本体４１に取り付けられる構成を示したが、集熱器２１および熱電変換モジュール３０ａは給湯経路に取り付けられてもよい。要は、集熱器２１は、水を加熱できるように、水（湯）を貯留できる部材、水（湯）が通過する部材、水（湯）が通過可能でかつ一時的に貯留できる部材のいずれかに取付けられればよい。

【0024】

また、前記実施形態では、挿入部４１１ａが第一の部分４１２ａと第二の部分４１３ａとを備える構成を示したが、第二の部分４１３ａを備えない構成であってもよい。そして、この場合、挿入部４１１ａの底部に貫通孔が設けられ（換言すると、挿入部４１１ａが、軸線方向の両端が開口する筒状の構成を備え）、この貫通孔を通じてヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４が、タンク本体４１の内部に突出する構成が適用される。すなわち、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４が、タンク本体４１の内部に貯留される水に直接に接触する構成であってもよい。

【0025】

また、集熱器２１の数は特に限定されない。また、第一実施形態では、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２が円柱状（円筒状）の形状を備え、熱電変換モジュール３０ａが略円筒状の形状を備える構成を示したが、このような構成に限定されない。例えばヒートパイプ２２の凝縮部２２２が断面多角形の筒状の形状を備えていてもよい。そして、熱電変換モジュール３０ａは、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の形状に応じた形状、より具体的には、厚さ方向の一方の面を凝縮部２２２に面接触させることができる形状を備えればよい。また、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２と熱電変換モジュール３０ａとの間、もしくは、熱電変換モジュール３０ａとタンク本体４１の挿入部４１１ａの内周面との間の熱伝達の効率を上げるため、もしくは、熱電モジュール３０ａの固定の為、熱伝達率が高いグリスや接着性を有する高熱伝導シートなどが充填されてもよい。

【0026】

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂについて説明する。図３は、第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂの要部の構成を模式的に示す斜視図である。図４Ａおよび図４Ｂは、第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂの集熱器２１の取り付け構造を示す図である。

【0027】

これらの図に示すように、第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂは、複数の集熱器２１と、複数の伝熱部材５０と、複数の熱電変換モジュール３０ｂと、１基の貯湯タンク４０とを備える。貯湯タンク４０の挿入部４１１ｂの形状および寸法は、第一実施形態と相違する。また、熱電変換モジュール３０ｂは、略平板状の形状を備える。それ以外は、第一実施形態と共通の構成が適用できる。

【0028】

伝熱部材５０は、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２と熱電変換モジュール３０ｂとの間に介在するように配置される部材である。そして、伝熱部材５０は、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２から熱電変換モジュール３０ｂに熱を伝達するように構成される。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、伝熱部材５０には、挿通孔５０１および装着面５０２が設けられる。挿通孔５０１は、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２を挿通可能に構成される貫通孔である。装着面５０２は、熱電変換モジュール３０ｂを面接触するように装着可能に構成される面である。伝熱部材５０の材料は特に限定されるものではないが、熱伝達率が高い材料であることが好ましい。例えば、伝熱部材５０の材料としては、銅などの熱伝達率が高い金属材料が好適である。

【0029】

伝熱部材５０の形状は特に限定されないが、ここでは略直方体である例を示す。この場合、挿通孔５０１は、伝熱部材５０の６つの外周面（平面）のうちの互いに反対側に位置する２つの面を連通するように設けられる。また、伝熱部材５０の６つの外周面のうち、挿通孔５０１の開口が設けられない４つの外周面（平面）が装着面５０２である。伝熱部材５０は、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２が挿通孔５０１に挿通された状態で、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向の一部を覆い、前記一部以外の部分を覆わない（露出させる）ように構成される。具体的には、伝熱部材５０の挿通孔５０１の中心線に平行な方向の寸法は、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向寸法よりも小さい。なお、第二実施形態では、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２のうちの伝熱部材５０が装着される部分（伝熱部材５０に覆われる部分）を被着部２２３と記し、伝熱部材５０が装着されない部分を露出部２２４と記すことがある。

【0030】

タンク本体４１の挿入部４１１ｂは、伝熱部材５０およびヒートパイプ２２の凝縮部２２２を、タンク本体４１の外側から挿通可能に構成される。タンク本体４１の挿入部４１１ｂは、第一の部分４１２ｂと第二の部分４１３ｂとを含む。第一の部分４１２ｂは、熱電変換モジュール３０ｂが装着された伝熱部材５０を挿入可能で、かつ、挿入された状態で熱電変換モジュール３０ｂの表面（具体的には、熱電変換モジュール３０ｂの厚さ方向の両面のうちの伝熱部材５０に接触する側とは反対側の面）に面接触可能に構成される。第二の部分４１３ｂは、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４を挿入可能で、かつ、挿入された露出部２２４に面接触するように構成される。このため、伝熱部材５０が略直方体状の形状を備え、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２が略円筒状の形状を備える場合には、挿入部４１１ｂは、タンク本体４１の外周側から見て、断面略四辺形の凹部（第一の部分４１２ｂ）と、この凹部の底面に設けられる断面略円形の凹部（第二の部分４１３ｂ）とを含む。

【0031】

熱電変換モジュール３０ｂが装着された伝熱部材５０は、タンク本体４１に設けられる挿入部４１１ｂの第一の部分４１２ｂに収容される。この状態で、熱電変換モジュール３０ｂの厚さ方向の一方の面であって伝熱部材５０に接する面とは反対側の面は、挿入部４１１ｂの第一の部分４１２ｂの内周面に面接触する。集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３は伝熱部材５０の挿通孔５０１の内部に収容される。そして、凝縮部２２２の被着部２２３の外周面は、伝熱部材５０の挿通孔５０１の内周面に面接触する。また、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４は伝熱部材５０の挿通孔５０１から突出している（伝熱部材５０に覆われない）。そして、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４は、挿入部４１１ｂの第二の部分４１３の内周面に面接触している。

【0032】

このように、凝縮部２２２の一部（被着部２２３）には伝熱部材５０が装着される。換言すると、凝縮部２２２と熱電変換モジュール３０ｂと間に伝熱部材５０が介在する。このような構成であると、凝縮部２２２の被着部２２３から伝熱部材５０を介して熱電変換モジュール３０ｂに熱が伝達され、さらに熱電変換モジュール３０ｂおよびタンク本体４１の挿入部４１１ｂを通じてタンク本体４１の内部に貯留される水に伝達される。この際、熱電変換モジュール３０ｂにおいて発電される。また、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の他の一部（露出部２２４）には伝熱部材５０が装着されておらず（伝熱部材５０に覆われておらず）、タンク本体４１の挿入部４１１ｂの第二の部分４１３ｂの内周面に直接的に面接触している。このため、凝縮部２２２の露出部２２４から放出された熱は、熱電変換モジュール３０ｂを経ずに、直接的に挿入部４１１ｂを通じてタンク本体４１の内部に貯留される水に伝達される。そして、タンク本体４１の内部に貯留される水が加熱されて湯が作り出される。

【0033】

第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂによれば、第一実施形態に係る熱電併給装置１０ａと同様の効果を奏することができる。さらに、第二実施形態によれば、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面の形状と異なる形状を備える熱電変換モジュール３０ｂを適用できる。なお、「内周面の形状を『ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の外周面の形状と略同じ形状』に成形できない（変形させることができない）熱電変換モジュール３０ｂを適用できる」ということもできる。したがって、適用できる熱電変換モジュール３０ｂの制限が少なくなる。また、第二実施形態によれば、熱電変換モジュール３０ｂに熱を伝達できる面積が大きくなるから、１つのヒートパイプ２２から伝達される熱により発電する熱電変換モジュール３０ｂの面積を大きくできる。したがって、発電量を増加させることができる。

【0034】

＜第三実施形態＞
次に、第三実施形態に係る熱電併給装置１０ｃについて説明する。図５は、第三実施形態に係る熱電併給装置１０ｃの要部の構成を示す分解斜視図である。図６は、第三実施形態に係る熱電併給装置における集熱器２１の取り付け構造を示す図である。なお、第一実施形態または第二実施形態と共通の構成には、第一実施形態または第二実施形態と同じ符号を付し、説明を省略することがある。

【0035】

第三実施形態に係る熱電併給装置１０ｃは、複数の集熱器２１と、複数の伝熱部材５０と、複数の熱電変換モジュール３０ｃと、所定の数の冷却部材６０と、１基の貯湯タンク４０とを備える。貯湯タンク４０の挿入部４１１ｃの形状および寸法は、第一実施形態および第二実施形態と相違する。また、熱電変換モジュール３０ｃは、第二実施形態と同様に略平板状の形状を備える。それ以外は、第一実施形態と共通の構成が適用できる。

【0036】

伝熱部材５０は、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２から熱電変換モジュール３０ｃに熱を伝達するように構成される部材である。伝熱部材５０の構成は、第二実施形態と略同じ構成が適用できる。ただし、第二実施形態では、６面のうちの４面が装着面５０２であるのに対し、第三実施形態では、６面のうちの互いに反対側に位置する２面が装着面５０２である。具体的には、直列に並ぶ複数の集熱器２１の配列方向に平行な方向に延伸する面が装着面５０２である

【0037】

冷却部材６０は、伝熱部材５０に装着された熱電変換モジュール３０ｃを冷却できるように構成される。伝熱部材５０の内部には、水（冷媒）が流通可能な経路（空洞）である冷媒経路６０１が設けられる。さらに、冷却部材６０は、伝熱部材５０に装着された熱電変換モジュール３０ｃに面接触できるように構成される冷却面６０２を備える。図５では、伝熱部材５０が長尺の棒状の形状を備える例を示す。この場合、伝熱部材５０の少なくとも1つの側面が略平面に形成される。そして、この1つの側面が冷却面６０２である。

【0038】

タンク本体４１の挿入部４１１ｃは、熱電変換モジュール３０ｃが装着された伝熱部材５０、所定の数の冷却部材６０、およびヒートパイプ２２の凝縮部２２２を、タンク本体４１の外側から挿通可能に構成される。具体的には、挿入部４１１ｃは、１つの第一の部分４１２ｃと複数の第二の部分４１３ｃとを備える。第一の部分４１２ｃは、複数の集熱器２１の配列方向に平行な方向に延伸する長尺の溝状の形状を備える部分である。ここでは、第一の部分４１２ｃの長尺方向に直角な平面での断面形状が略四辺形である例を示す。第二の部分４１３ｃは、第一の部分４１２ｃの底面に設けられる部分であり、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４を挿入可能に構成される（ヒートパイプ２２の凝縮部２２２と略同じ形状に形成される）。そして、複数の第二の部分４１３ｃは、第一の部分４１２ｃの長尺方向に直列に並ぶように設けられる。

【0039】

熱電変換モジュール３０ｃが装着された伝熱部材５０は、タンク本体４１の挿入部４１１ｃに直列に並べられた状態で収容される（図５参照）。さらに、２つの冷却部材６０のそれぞれが、直列に配列される複数の伝熱部材５０と挿入部４１１ｃの第一の部分４１２ｃの内周面との間に収容される。この状態で、冷却部材６０の冷却面６０２は、複数の伝熱部材５０のそれぞれの装着面５０２に装着された熱電変換モジュール３０ｃに面接触する。

【0040】

ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３は、伝熱部材５０の挿通孔５０１の内部に収容される。そして、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３の外周面は、伝熱部材５０の挿通孔５０１の内周面に面接触する。また、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４は伝熱部材５０の挿通孔５０１から突出している。そして、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４の外周面は、挿入部４１１ｃの第二の部分４１３ｃの内周面に面接触している。このように、集熱器２１のヒートパイプ２２の凝縮部２２２の軸線方向の一部である被着部２２３に伝熱部材５０が装着され、残りの一部である露出部２２４には伝熱部材５０は装着されない。

【0041】

冷却部材６０に設けられる冷媒経路６０１の一方の端部は、水供給源に接続され、他方の端部はタンク本体４１の内部に連通する。このため、水供給源から供給された水は、冷却部材６０の冷媒経路６０１を流れ、その間に熱電変換モジュール３０ｃを冷却する（熱電変換モジュール３０ｃから熱を奪う）。そして、冷却部材６０の冷媒経路６０１を流れた水は、その後、タンク本体４１の内部に流入する。なお、２つの冷却部材６０の冷媒経路６０１の一方の端部どうしが互いに接続される構成であってもよい。この場合、１つの冷却部材６０の冷媒経路６０１の他方の端部が水供給源に接続され、もう１つの冷却部材６０の冷媒経路の他方の端部がタンク本体４１の内部に連通するようにタンク本体４１に接続される、という構成が適用できる。要は、外部の水供給源から供給された水が、所定の数の冷却部材６０を通過した後、タンク本体４１の内部に流入するように構成されればよい。

【0042】

また、冷却部材６０の冷媒経路６０１に、水以外の冷媒が流通する構成であってもよい。この場合、例えば、冷却部材６０の両端部は冷媒供給源に接続され、冷媒供給源と冷却部材６０とを冷媒が循環するように構成されてもよい。

【0043】

第三実施形態では、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の被着部２２３には伝熱部材５０が装着されている。このため、凝縮部２２２の被着部２２３が発する熱は、伝熱部材５０を介して熱電変換モジュール３０ｃに伝達され、さらに熱電変換モジュール３０ｃおよび冷却部材６０を通じて冷却部材６０の冷媒経路６０１を流通する水（冷媒）に伝達される。この際、熱電変換モジュール３０ｃにおいて発電される。また、ヒートパイプ２２の凝縮部２２２の露出部２２４には伝熱部材５０が装着されておらず（伝熱部材５０に覆われておらず）、タンク本体４１の挿入部４１１ｃの内周面に接触している。このため、凝縮部２２２の露出部２２４から放出された熱は、直接的に挿入部４１１ｃを通じてタンク本体４１の内部に貯留される水に伝達される。そして、タンク本体４１の内部に貯留される水が加熱されて湯が作り出される。

【0044】

第三実施形態に係る熱電併給装置１０ｃによれば、第二実施形態に係る熱電併給装置１０ｂと同様の効果を奏することができる。さらに、第三実施形態によれば、第一実施形態および第二実施形態に比較して、熱電変換モジュール３０ｃの表裏の温度さを大きくできるから、熱電変換モジュール３０ｃによる発電量を増加させることができる。

【0045】

なお、前記説明では、熱電併給装置１０ｃが集熱器２１と同数の伝熱部材５０を備え、１つの集熱器２１に１つの伝熱部材５０が装着される構成を示したが、このような構成に限定されない。例えば、熱電併給装置１０ｃが集熱器２１よりも少ない数（単数も含む）伝熱部材５０を備える構成であってもよい。この場合、１つまたは複数の伝熱部材５０は長尺棒状の形状を備えるとともに、複数の挿通孔５０１が設けられる。

【0046】

また、前記説明では、熱電併給装置１０ｃが２つの冷却部材６０を備える構成を示したが、冷却部材６０の数は限定されない。例えば、熱電併給装置１０ｃが、略Ｕ字状の１つの伝熱部材５０を備える構成であってもよい。この場合、１つの冷却部材６０の互いに対向する面が冷却面６０２である。そして、複数の伝熱部材５０が当該１つの冷却部材６０に挟まれ、かつ、伝熱部材５０に装着される熱電変換モジュール３０ｃの表面に冷却部材６０の冷却面６０２が接触するように配置される。

【0047】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能である。

【0048】

例えば、集熱器２１の数は特に限定されない。また、前記実施形態では、集熱器２１が貯湯タンク４０に取付けられる構成を示したが、集熱器２１が取り付けられる部材は貯湯タンク４０に限定されない。集熱器２１は、外部の水供給源から供給される水の経路または水と熱交換する熱媒体経路に取付けられてもよい。要は、外部から供給される水または熱媒体を加熱できる部材に取付けられる構成であればよい。

【0049】

また、前記各実施形態において、「ヒートパイプの凝縮部がタンク本体の挿入部の内周面に直接に接触する」とは、「ヒートパイプの凝縮部とタンク本体の挿入部の内周面との間に他の部材が介在しない」ことをいう。ただし、ヒートパイプの凝縮部とタンク本体の挿入部との間の熱伝達の効率を上げるため、ヒートパイプの凝縮部の外周面とタンク本体の挿入部の内周面との間に、熱伝達率が高いグリスなどが充填されてもよい。このような構成であっても、「ヒートパイプの凝縮部がタンク本体の挿入部の内周面に直接に接触する」という構成に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…熱電併給装置、２２…ヒートパイプ、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…熱電変換モジュール、４０…貯湯タンク、４１…タンク本体、４１１ａ，４１１ｂ，４１１ｃ…挿入部、５０…伝熱部材、６０…冷却部材、２２１…ヒートパイプの蒸発部、２２２…ヒートパイプの凝縮部、２２３…ヒートパイプの凝縮部の被着部、２２４…ヒートパイプの凝縮部の露出部

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】