(57)【要約】【課題】熱電発電装置の性能の低下を抑制すること。【解決手段】熱電発電装置は、受熱部と、放熱部と、受熱部と放熱部との間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に接続される第１接続部と受熱部及び放熱部の少なくとも一方に接続される第２接続部とを有し、少なくとも一部が弾性変形する伝熱機構と、を備える。【選択図】図１
2020089211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱部と、
放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間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に接続される第１接続部と前記受熱部及び前記放熱部の少なくとも一方に接続される第２接続部とを有し、少なくとも一部が弾性変形する伝熱機構と、
を備える熱電発電装置。
【請求項２】
前記伝熱機構は、
前記第１接続部を有する第１伝熱部材と、
前記第２接続部を有し、前記第１伝熱部材と前記受熱部及び前記放熱部の少なくとも一方との間に配置される弾性部と、を含む、
請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記伝熱機構は、
前記第１接続部を有する第１伝熱部材と、
前記第１伝熱部材と前記受熱部及び前記放熱部の少なくとも一方との間に配置される弾性部と、
前記第２接続部を有し、前記第１伝熱部材をガイドする第２伝熱部材と、を含む、
請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記第１伝熱部材は、棒状部材であり、
前記第２伝熱部材は、前記第１伝熱部材の周囲に配置される筒状部材である、
請求項３に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記第１伝熱部材は、筒状部材であり、
前記第２伝熱部材は、前記第１伝熱部材の内側に配置される棒状部材である、
請求項３に記載の熱電発電装置。
【請求項６】
前記伝熱機構は、
前記第１接続部を有する第１伝熱部材と、
前記第２接続部を有し、前記第１伝熱部材をガイドする第２伝熱部材と、
前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材との間に配置される弾性部と、を含む、
請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項７】
前記第１伝熱部材と前記第２伝熱部材の少なくとも一部とは接触する、
請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項８】
前記第１接続部は、伝熱シートを介して、前記熱電発電モジュールに接続される、
請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項９】
前記受熱部の周縁部と前記放熱部の周縁部との間に配置され、前記受熱部と前記放熱部とを連結する周壁部材を備え、
前記伝熱機構の少なくとも一部は、前記受熱部と前記放熱部と前記周壁部材とによって規定される内部空間に配置される、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項１０】
前記熱電発電モジュールが発生する電力により駆動する電子部品を備え、
前記電子部品の少なくとも一部は、前記内部空間に配置される、
請求項９に記載の熱電発電装置。
【請求項１１】
前記電子部品は、センサ及び前記センサの検出データを送信する送信機を含む、
請求項１０に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼーベック効果を利用して電力を発生する熱電発電モジュールを備える熱電発電装置が知られている。熱電発電モジュールの一方の端面と他方の端面との間に温度差が与えられることによって、熱電発電モジュールは電力を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５７３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱電発電モジュールとの伝熱のために熱電発電モジュールに伝熱部材が接続される場合がある。伝熱部材が熱変形すると、熱電発電モジュールに過度な外力が作用したり、熱電発電モジュールと伝熱部材とが離れたりする可能性がある。その結果、熱電発電装置の性能が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明の態様は、熱電発電装置の性能の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様に従えば、受熱部と、放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間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に接続される第１接続部と前記受熱部及び前記放熱部の少なくとも一方に接続される第２接続部とを有し、少なくとも一部が弾性変形する伝熱機構と、を備える熱電発電装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の態様によれば、熱電発電装置の性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る熱電発電装置を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る熱電発電装置の一部を拡大した断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る熱電発電モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、第５実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、第６実施形態に係る伝熱機構の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１０】
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向、所定面内においてＸ軸と直交するＹ軸と平行な方向をＹ軸方向、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は、所定面と平行である。
【００１１】
［第１実施形態］
＜熱電発電装置＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１の一例を示す断面図である。図２は、本実施形態に係る熱電発電装置１の一部を拡大した断面図である。図１及び図２に示すように、熱電発電装置１は、受熱部２と、放熱部３と、受熱部２の周縁部と放熱部３の周縁部との間に配置される周壁部材４と、受熱部２と放熱部３との間に配置される熱電発電モジュール５と、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する複数の電子部品６と、電子部品の少なくとも一部を支持する基板７とを備える。
【００１２】
また、熱電発電装置１は、少なくとも一部が熱電発電モジュール５に接続される伝熱機構１０を備える。
【００１３】
受熱部２は、物体Ｂに設置される。受熱部２は、プレート状の部材である。受熱部２は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。物体Ｂは、熱源として機能する。受熱部２は、物体Ｂからの熱を受ける。受熱部２の熱は、伝熱機構１０を介して、熱電発電モジュール５に伝達される。
【００１４】
放熱部３は、間隙を介して受熱部２に対向する。放熱部３は、プレート状の部材である。放熱部３は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。放熱部３は、熱電発電モジュール５からの熱を受ける。放熱部３の熱は、熱電発電装置１の周囲の大気空間に放出される。
【００１５】
受熱部２は、物体Ｂの表面に対向する受熱面２Ａと、受熱面２Ａの反対方向を向く内面２Ｂとを有する。受熱面２Ａは、−Ｚ方向を向く。内面２Ｂは、＋Ｚ方向を向く。受熱面２Ａ及び内面２Ｂのそれぞれは、平坦である。受熱面２Ａ及び内面２Ｂのそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、受熱部２の外形は、実質的に四角形である。
【００１６】
放熱部３は、大気空間に面する放熱面３Ａと、放熱面３Ａの反対方向を向く内面３Ｂとを有する。放熱面３Ａは、＋Ｚ方向を向く。内面３Ｂは、−Ｚ方向を向く。放熱面３Ａ及び内面３Ｂのそれぞれは、平坦である。放熱面３Ａ及び内面３Ｂのそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、放熱部３の外形は、実質的に四角形である。
【００１７】
ＸＹ平面内において、受熱部２の外形及び寸法と、放熱部３の外形及び寸法とは、実質的に等しい。
【００１８】
周壁部材４は、受熱部２の内面２Ｂの周縁部と、放熱部３の内面３Ｂの周縁部との間に配置される。周壁部材４は、受熱部２と放熱部３とを連結する。周壁部材４は、合成樹脂製である。
【００１９】
ＸＹ平面内において、周壁部材４は、環状である。ＸＹ平面内において、周壁部材４の外形は、実質的に四角形である。受熱部２と放熱部３と周壁部材４とによって、熱電発電装置１の内部空間８が規定される。周壁部材４は、内部空間８に面する内面４Ｂを有する。受熱部２の内面２Ｂは、内部空間８に面する。放熱部３の内面３Ｂは、内部空間８に面する。熱電発電装置１の周囲の大気空間は、熱電発電装置１の外部空間である。
【００２０】
受熱部２の内面２Ｂの周縁部と周壁部材４の−Ｚ側の端面との間にシール部材９Ａが配置される。放熱部３の内面３Ｂの周縁部と周壁部材４の＋Ｚ側の端面との間にシール部材９Ｂが配置される。シール部材９Ａ及びシール部材９Ｂのそれぞれは、例えばＯリングを含む。シール部材９Ａは、内面２Ｂの周縁部に設けられた凹部２ＢＴに配置される。シール部材９Ｂは、内面３Ｂの周縁部に設けられた凹部３ＢＴに配置される。シール部材９Ａ及びシール部材９Ｂにより、熱電発電装置１の外部空間の異物が内部空間８に侵入することが抑制される。
【００２１】
熱電発電モジュール５は、ゼーベック効果を利用して電力を発生する。熱電発電モジュール５の−Ｚ側の端面５１が加熱され、熱電発電モジュール５の−Ｚ側の端面５１と＋Ｚ側の端面５２との間に温度差が与えられることによって、熱電発電モジュール５は電力を発生する。
【００２２】
端面５１は、−Ｚ方向を向く。端面５２は、＋Ｚ方向を向く。端面５１及び端面５２のそれぞれは、平坦である。端面５１及び端面５２のそれぞれは、ＸＹ平面と平行である。ＸＹ平面内において、熱電発電モジュール５の外形は、実質的に四角形である。
【００２３】
端面５２は、放熱部３の内面３Ｂに対向する。放熱部３の内面３Ｂに凹部３ＢＵが形成される。熱電発電モジュール５の少なくとも一部は、凹部３ＢＵに配置される。熱電発電モジュール５は、放熱部３に固定される。放熱部３と熱電発電モジュール５とは、例えば接着剤により接着される。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る熱電発電モジュール５を模式的に示す斜視図である。熱電発電モジュール５は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐと、ｎ型熱電半導体素子５Ｎと、第１電極５３と、第２電極５４と、第１基板５１Ｓと、第２基板５２Ｓとを有する。ＸＹ平面内において、ｐ型熱電半導体素子５Ｐとｎ型熱電半導体素子５Ｎとは、交互に配置される。第１電極５３は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれに接続される。第２電極５４は、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの下面及びｎ型熱電半導体素子５Ｎの下面は、第１電極５３に接続される。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの上面及びｎ型熱電半導体素子５Ｎの上面は、第２電極５４に接続される。第１電極５３は、第１基板５１Ｓに接続される。第２電極５４は、第２基板５２Ｓに接続される。
【００２５】
ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれは、例えばＢｉＴｅ系熱電材料を含む。第１基板５１Ｓ及び第２基板５２Ｓのそれぞれは、セラミックス又はポリイミドのような電気絶縁材料によって形成される。
【００２６】
第１基板５１Ｓは、端面５１を有する。第２基板５２Ｓは、端面５２を有する。第１基板５１Ｓが加熱されることによって、ｐ型熱電半導体素子５Ｐ及びｎ型熱電半導体素子５Ｎのそれぞれの＋Ｚ側の端部と−Ｚ側の端部との間に温度差が与えられる。ｐ型熱電半導体素子５Ｐの＋Ｚ側の端部と−Ｚ側の端部との間に温度差が与えられると、ｐ型熱電半導体素子５Ｐにおいて正孔が移動する。ｎ型熱電半導体素子５Ｎの＋Ｚ側の端部と−Ｚ側の端部との間に温度差が与えられると、ｎ型熱電半導体素子５Ｎにおいて電子が移動する。ｐ型熱電半導体素子５Ｐとｎ型熱電半導体素子５Ｎとは第１電極５３及び第２電極５４を介して接続される。正孔と電子とによって第１電極５３と第２電極５４との間に電位差が発生する。第１電極５３と第２電極５４との間に電位差が発生することにより、熱電発電モジュール５は電力を発生する。第１電極５３にリード線５５が接続される。熱電発電モジュール５は、リード線５５を介して電力を出力する。
【００２７】
電子部品６は、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する。熱電発電装置１は、複数の電子部品６を有する。電子部品６の少なくとも一部は、内部空間８に配置される。
【００２８】
本実施形態において、電子部品６は、センサ６Ａと、センサ６Ａの検出データを送信する送信機６Ｂとを含む。また、電子部品６は、センサ６Ａの検出データを増幅するアンプ６Ｃと、センサ６Ａ、送信機６Ｂ、及びアンプ６Ｃのそれぞれを制御するマイクロコンピュータ６Ｄとを含む。
【００２９】
基板７は、電子部品６の少なくとも一部を支持する制御基板を含む。基板７は、内部空間８に配置される。基板７は、支持部材７Ａを介して受熱部２に接続される。基板７は、支持部材７Ｂを介して放熱部３に接続される。基板７は、受熱部２及び放熱部３のそれぞれから離れるように、支持部材７Ａ及び支持部材７Ｂに支持される。
【００３０】
センサ６Ａは、例えば温度センサを含む。本実施形態において、センサ６Ａは、３つ配置される。センサ６Ａは、受熱部２、放熱部３、及び基板７のそれぞれに配置される。センサ６Ａの検出データは、アンプ６Ｃにより増幅された後、送信機６Ｂにより、熱電発電装置１の外部に存在する管理装置に送信される。
【００３１】
＜伝熱機構＞
図４は、本実施形態に係る伝熱機構１０の一例を示す模式図である。伝熱機構１０は、受熱部２からの熱を受けて、熱電発電モジュール５に伝達する。
【００３２】
図１、図２、及び図４に示すように、伝熱機構１０は、熱電発電モジュール５に接続される第１接続部１１と、受熱部２に接続される第２接続部１２とを有する。伝熱機構１０の少なくとも一部は、弾性変形する。伝熱機構１０の少なくとも一部は、内部空間８に配置される。
【００３３】
本実施形態において、伝熱機構１０は、第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３と、第１伝熱部材１３と受熱部２との間に配置される弾性部１５と、第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３をガイドする第２伝熱部材１４と、を含む。
【００３４】
第１伝熱部材１３は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。第１伝熱部材１３は、Ｚ軸方向に長い棒状部材である。本実施形態において、第１伝熱部材１３は、円柱状部材である。
【００３５】
第１接続部１１は、第１伝熱部材１３の＋Ｚ側の端部を含む。第１伝熱部材１３は、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。本実施形態において、第１接続部１１は、伝熱シート１６を介して、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。伝熱シート１６は、可撓性である。伝熱シート１６は、例えばカーボン製である。なお、図４において、伝熱シート１６の図示は省略されている。
【００３６】
第２伝熱部材１４は、アルミニウム又は銅のような金属材料によって形成される。第２伝熱部材１４は、第１伝熱部材１３の周囲に配置される筒状部材である。本実施形態において、第２伝熱部材１４は、円筒状部材である。
【００３７】
第２接続部１２は、第２伝熱部材１４の−Ｚ側の端部を含む。第２伝熱部材１４は、受熱部２に固定される。第１伝熱部材１３は、Ｚ軸方向に移動可能である。第２伝熱部材１４は、第１伝熱部材１３をＺ軸方向にガイドする。
【００３８】
弾性部１５は、Ｚ軸方向に弾性変形する。本実施形態において、弾性部１５は、コイルばねのような弾性部材を含む。弾性部１５は、第１伝熱部材１３の−Ｚ側の端部と受熱部２の内面２Ｂとの間に配置される。弾性部１５の＋Ｚ側の端部は、第１伝熱部材１３の−Ｚ側の端部に接続される。図１及び図２に示すように、受熱部２の内面２Ｂに凹部２ＢＵが形成される。弾性部１５の少なくとも一部は、凹部２ＢＵに配置される。弾性部１５の−Ｚ側の端部は、凹部２ＢＵの底面に接続される。
【００３９】
弾性部１５は、圧縮された状態で、第１伝熱部材１３と受熱部２との間に配置される。弾性部１５は、第１伝熱部材１３と受熱部２との間に配置されている状態で、第１伝熱部材１３を＋Ｚ方向に移動させる弾性力を発生する。
【００４０】
第１伝熱部材１３がＺ軸方向に熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に伸縮する。例えば、第１伝熱部材１３がＺ軸方向に伸びるように熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に縮む。第１伝熱部材１３がＺ軸方向に縮むように熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に伸びる。第２伝熱部材１４は、Ｚ軸方向に熱変形する第１伝熱部材１３をガイドする。
【００４１】
第１伝熱部材１３と第２伝熱部材１４の少なくとも一部とは接触する。本実施形態において、第１伝熱部材１３の外周面と１４の内周面の少なくとも一部とが接触する。第１伝熱部材１３は、第２伝熱部材１４の内周面に接触しながら、Ｚ軸方向に移動する。第１伝熱部材１３の外周面と第２伝熱部材１４の内周面とが接触するので、第１伝熱部材１３と第２伝熱部材１４とは、十分に熱伝達することができる。なお、第１伝熱部材１３の外周面と第２伝熱部材１４の内周面との間に、熱伝導グリスのような、伝熱性を有する潤滑剤が設けられてもよい。
【００４２】
＜動作＞
次に、本実施形態に係る熱電発電装置１の動作の一例について説明する。熱電発電装置１は、例えば工場のような産業施設に設けられている物体Ｂに設置される。物体Ｂは、産業施設に設けられている機器又は機械を含む。熱電発電装置１のセンサ６Ａが温度センサである場合、熱電発電装置１は、センサ６Ａを用いて、物体Ｂの温度を検出する。
【００４３】
物体Ｂは発熱する。物体Ｂの熱は、受熱部２及び伝熱機構１０を介して熱電発電モジュール５に伝達される。第２伝熱部材１４の第２接続部１２は、受熱部２に接触する。第２伝熱部材１４と第１伝熱部材１３とは接触する。第１伝熱部材１３の第１接続部１１は、熱電発電モジュール５に接触する。したがって、物体Ｂの熱は、受熱部２、第１伝熱部材１３、及び第２伝熱部材１４を介して、熱電発電モジュール５に十分に伝達される。
【００４４】
熱を受けた熱電発電モジュール５は、発電する。電子部品６は、熱電発電モジュール５が発生する電力により駆動する。上述のように、本実施形態において、電子部品６は、センサ６Ａ、送信機６Ｂ、アンプ６Ｃ、及びマイクロコンピュータ６Ｄを含む。センサ６Ａは、物体Ｂの温度を検出する。マイクロコンピュータ６Ｄは、センサ６Ａの検出データをアンプ６Ｃで増幅した後、送信機６Ｂを介して、熱電発電装置１の外部に存在する産業施設の管理装置に送信する。熱電発電装置１は、産業施設の複数の物体Ｂのそれぞれに設置される。管理装置は、複数の熱電発電装置１のそれぞれから送信された検出データに基づいて、複数のＢの状態を監視及び管理することができる。
【００４５】
物体Ｂからの熱により、伝熱機構１０の少なくとも一部がＺ軸方向に熱変形する可能性がある。例えば第１伝熱部材１３がＺ軸方向に熱変形すると、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３とが離れたりする可能性がある。第１伝熱部材１３がＺ軸方向に伸びるように熱変形すると、熱電発電モジュール５は、第１伝熱部材１３と放熱部３との間において押し潰され、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用する可能性がある。第１伝熱部材１３がＺ軸方向に縮むように熱変形すると、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３とが離れ、熱電発電モジュール５と受熱部２との間の熱伝達が不十分になる可能性がある。
【００４６】
本実施形態においては、伝熱機構１０の少なくとも一部は、第１接続部１１と放熱部３の内面３ＢとのＺ軸方向の距離が維持されるように弾性変形する。したがって、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と伝熱機構１０とが離れたりすることが抑制される。
【００４７】
第１伝熱部材１３がＺ軸方向に伸びるように熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に縮むように弾性変形する。第２伝熱部材１４は、Ｚ軸方向に伸びるように熱変形する第１伝熱部材１３をガイドする。弾性部１５がＺ軸方向に縮むように弾性変形することにより、第１伝熱部材１３の−Ｚ側の端部のＺ軸方向の位置は変化するものの、放熱部３の内面３Ｂと第１伝熱部材１３の＋Ｚ側の端部である第１接続部１１とのＺ軸方向の距離の変化は抑制される。
【００４８】
第１伝熱部材１３がＺ軸方向に縮むように熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に伸びるように弾性変形する。弾性部１５は、圧縮された状態で、第１伝熱部材１３と受熱部２との間に配置される。そのため、第１伝熱部材１３がＺ軸方向に縮むように熱変形すると、弾性部１５はＺ軸方向に伸びるように弾性変形することができる。第２伝熱部材１４は、Ｚ軸方向に縮むように熱変形する第１伝熱部材１３をガイドする。弾性部１５がＺ軸方向に伸びるように弾性変形することにより、第１伝熱部材１３の−Ｚ側の端部のＺ軸方向の位置は変化するものの、放熱部３の内面３Ｂと第１伝熱部材１３の＋Ｚ側の端部である第１接続部１１とのＺ軸方向の距離の変化は抑制される。
【００４９】
このように、Ｚ軸方向に弾性変形可能な弾性部１５が設けられているので、第１伝熱部材１３がＺ軸方向に熱変形しても、放熱部３の内面３Ｂと第１伝熱部材１３の第１接続部１１とのＺ軸方向の距離の変化が抑制される。これにより、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５の端面５１と第１伝熱部材１３の第１接続部１１とが離れたりすることが抑制される。
【００５０】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、熱電発電モジュール５に接続される第１接続部１１と受熱部２に接続される第２接続部１２とを有する伝熱機構１０が設けられる。これにより、受熱部２の熱は、伝熱機構１０を介して、熱電発電モジュール５に十分に伝達される。そのため、熱電発電モジュール５の端面５１と端面５２との間に十分な温度差が与えられる。したがって、熱電発電装置１は、電力を十分に発生することができる。
【００５１】
熱電発電モジュール５との伝熱のために熱電発電モジュール５に第１伝熱部材１３が接続される場合において、第１伝熱部材１３が熱変形する可能性がある。本実施形態において、伝熱機構１０は、弾性変形可能な弾性部１５を有する。したがって、第１伝熱部材１３が熱変形しても、弾性部１５が弾性変形することにより、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３とが離れたりすることが抑制される。そのため、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００５２】
周壁部材４は、合成樹脂製である。周壁部材４は、断熱性である。したがって、受熱部２の熱が周壁部材４を介して放熱部３に伝達されることが抑制される。受熱部２の熱は、専ら内部空間８に設けられている伝熱機構１０を介して熱電発電モジュール５に伝達される。これにより、受熱部２から熱電発電モジュール５に伝達される熱の損失が抑制される。
【００５３】
第１伝熱部材１３は、アルミニウム又は銅のような金属製であり、周壁部材４は、合成樹脂製である。周壁部材４の熱膨張係数は、第１伝熱部材１３の熱膨張係数よりも大きい。そのため、周壁部材４がＺ軸方向に熱変形すると、受熱部２と放熱部３とのＺ軸方向の距離が変化する可能性がある。本実施形態においては、第１伝熱部材１３が弾性部１５に支持されているので、受熱部２と放熱部３とのＺ軸方向の距離が変化しても、放熱部３の内面３Ｂと第１伝熱部材１３の第１接続部１１とのＺ軸方向の距離の変化は抑制される。したがって、放熱部３と第１伝熱部材１３との間に配置されている熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３とが離れたりすることが抑制される。
【００５４】
第１伝熱部材１３は、第２伝熱部材１４にガイドされる。第２伝熱部材１４は、第１伝熱部材１３が専ら熱変形する方向に第１伝熱部材１３をガイドする。本実施形態において、第１伝熱部材１３が熱変形する方向は、Ｚ軸方向である。第２伝熱部材１４のガイド方向は、Ｚ軸方向である。これにより、第１伝熱部材１３は、Ｚ軸方向に円滑に移動することができる。
【００５５】
第１伝熱部材１３と第２伝熱部材１４の少なくとも一部とは接触する。したがって、物体Ｂの熱は、受熱部２、第１伝熱部材１３、及び第２伝熱部材１４を介して、熱電発電モジュール５に十分に伝達される。
【００５６】
第１接続部１１は、可撓性の伝熱シート１６を介して、熱電発電モジュール５に接続される。これにより、例えば第１伝熱部材１３がＺ軸に対して傾斜する方向に熱変形した場合でも、伝熱シート１６によって、熱電発電モジュール５に局所的な外力が作用することが抑制される。
【００５７】
伝熱機構１０の少なくとも一部は、受熱部２と放熱部３と周壁部材４とによって規定される内部空間８に配置される。これにより、伝熱機構１０は、受熱部２、放熱部３、及び周壁部材４によって保護される。伝熱機構１０が内部空間８に配置されることにより、伝熱機構１０に異物が付着することが抑制される。したがって、第１伝熱部材１３と第２伝熱部材１４とは円滑に相対移動することができる。
【００５８】
電子部品６の少なくとも一部は、受熱部２と放熱部３と周壁部材４とによって規定される内部空間８に配置される。これにより、電子部品６は、受熱部２、放熱部３、及び周壁部材４によって保護される。電子部品６が内部空間８に配置されることにより、電子部品６に異物が付着することが抑制される。
【００５９】
電子部品６は、センサ６Ａ及びセンサ６Ａの検出データを送信する送信機６Ｂを含む。これにより、熱電発電装置１の外部に存在する管理装置は、センサ６Ａの検出データを円滑に取得することができる。熱電発電装置１が産業施設の複数の物体Ｂのそれぞれに設置される場合、管理装置は、複数の熱電発電装置１のそれぞれから送信されたセンサ６Ａの検出データに基づいて、複数のＢの状態を監視及び管理することができる。
【００６０】
［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【００６１】
図５は、本実施形態に係る伝熱機構１０Ｂの一例を示す模式図である。図５に示すように、伝熱機構１０Ｂは、熱電発電モジュール５に接続される第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３Ｂと、第１伝熱部材１３Ｂと受熱部２との間に配置される弾性部１５Ｂと、受熱部２に接続される第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３Ｂをガイドする第２伝熱部材１４Ｂと、を含む。
【００６２】
第１伝熱部材１３Ｂは、天板部を有する筒状部材である。第１接続部１１は、第１伝熱部材１３Ｂの＋Ｚ側の端部を含む。第１伝熱部材１３Ｂは、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。
【００６３】
第２伝熱部材１４Ｂは、第１伝熱部材１３Ｂの内側に配置される棒状部材である。第２接続部１２は、第２伝熱部材１４Ｂの−Ｚ側の端部を含む。第２伝熱部材１４Ｂは、受熱部２に固定される。第１伝熱部材１３Ｂと第２伝熱部材１４Ｂとは、Ｚ軸方向に相対移動可能である。第２伝熱部材１４Ｂは、第１伝熱部材１３ＢをＺ軸方向にガイドする。
【００６４】
弾性部１５Ｂは、Ｚ軸方向に弾性変形する。弾性部１５Ｂは、コイルばねのような弾性部材を含む。弾性部１５Ｂは、第１伝熱部材１３Ｂの−Ｚ側の端部と受熱部２の内面２Ｂとの間に配置される。弾性部１５Ｂの＋Ｚ側の端部は、第１伝熱部材１３Ｂの−Ｚ側の端部に接続される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態においても、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３Ｂとが離れたりすることが抑制される。したがって、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００６６】
［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。図６は、本実施形態に係る伝熱機構１０Ｃの一例を示す模式図である。図６に示すように、伝熱機構１０Ｃは、第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３Ｃと、第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３Ｃをガイドする第２伝熱部材１４Ｃと、第１伝熱部材１３Ｃと第２伝熱部材１４Ｃとの間に配置される弾性部１５Ｃと、を含む。
【００６７】
第１伝熱部材１３Ｃは、棒状部材である。第１接続部１１は、第１伝熱部材１３Ｃの＋Ｚ側の端部を含む。第１伝熱部材１３Ｃは、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。
【００６８】
第２伝熱部材１４Ｃは、底板部を有する筒状部材である。第２接続部１２は、第２伝熱部材１４Ｃの−Ｚ側の端部を含む。第２伝熱部材１４Ｃは、受熱部２に固定される。第１伝熱部材１３Ｃと第２伝熱部材１４Ｃとは、Ｚ軸方向に相対移動可能である。第２伝熱部材１４Ｃは、第１伝熱部材１３ＣをＺ軸方向にガイドする。
【００６９】
弾性部１５Ｃは、Ｚ軸方向に弾性変形する。弾性部１５Ｃは、コイルばねのような弾性部材を含む。弾性部１５Ｃは、第１伝熱部材１３Ｃの−Ｚ側の端部と第２伝熱部材１４Ｃの底板部との間に配置される。弾性部１５Ｂの＋Ｚ側の端部は、第１伝熱部材１３Ｃの−Ｚ側の端部に接続される。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態においても、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３Ｃとが離れたりすることが抑制される。したがって、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００７１】
［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る伝熱機構１０Ｄの一例を示す模式図である。図７に示すように、伝熱機構１０Ｄは、第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３Ｄと、第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３Ｄをガイドする第２伝熱部材１４Ｄと、第１伝熱部材１３Ｄと第２伝熱部材１４Ｄとの間に配置される弾性部１５Ｄと、を含む。
【００７２】
第１伝熱部材１３Ｄは、棒状部材である。第１接続部１１は、第１伝熱部材１３Ｄの＋Ｚ側の端部を含む。第１伝熱部材１３Ｄは、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。
【００７３】
第２伝熱部材１４Ｄは、底板部を有する筒状部材である。第２接続部１２は、第２伝熱部材１４Ｄの−Ｚ側の端部を含む。第２伝熱部材１４Ｄは、受熱部２に固定される。第１伝熱部材１３Ｄと第２伝熱部材１４Ｄとは、Ｚ軸方向に相対移動可能である。第２伝熱部材１４Ｄは、第１伝熱部材１３ＤをＺ軸方向にガイドする。
【００７４】
弾性部１５Ｄは、Ｚ軸方向に弾性変形する。弾性部１５Ｄは、気体のような圧縮性流体を含む。弾性部１５Ｄは、第１伝熱部材１３Ｄの−Ｚ側の端部と第２伝熱部材１４Ｄの底板部との間に配置される。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態においても、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３Ｄとが離れたりすることが抑制される。したがって、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００７６】
［第５実施形態］
第５実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る伝熱機構１０Ｅの一例を示す模式図である。図８に示すように、伝熱機構１０Ｅは、第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３Ｅと、第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３Ｅと受熱部２との間に配置される弾性部１５Ｅと、を含む。
【００７７】
第１伝熱部材１３Ｅは、棒状部材である。第１接続部１１は、第１伝熱部材１３Ｅの＋Ｚ側の端部を含む。第１伝熱部材１３Ｅは、熱電発電モジュール５の端面５１に接続される。
【００７８】
弾性部１５Ｅは、Ｚ軸方向に弾性変形する。第２接続部１２は、弾性部１５Ｅの−Ｚ側の端部を含む。弾性部１５Ｅの−Ｚ側の端部は、受熱部２に固定される。弾性部１５Ｅは、第１伝熱部材１３Ｅの−Ｚ側の端部と受熱部２との間に配置される。第１伝熱部材１３Ｅは、弾性部１５Ｅに支持される。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態においても、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３Ｄとが離れたりすることが抑制される。したがって、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００８０】
なお、本実施形態において、弾性部１５Ｅが第１伝熱部材１３Ｅと放熱部３との間に配置され、熱電発電モジュール５が第１伝熱部材１３Ｅと受熱部２との間に配置されてもよい。この場合、弾性部１５Ｅが、放熱部３に接続される第１接続部１１を有し、第１伝熱部材１３Ｅが、受熱部２に接続される第２接続部１２を有する。
【００８１】
［第６実施形態］
第６実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る伝熱機構１０Ｆの一例を示す模式図である。図６に示すように、伝熱機構１０Ｆは、熱電発電モジュール５に接続される第１接続部１１を有する第１伝熱部材１３Ｆと、第１伝熱部材１３Ｆと放熱部３との間に配置される弾性部１５Ｆと、放熱部３に接続される第２接続部１２を有し、第１伝熱部材１３Ｆをガイドする第２伝熱部材１４Ｆと、を含む。
【００８２】
第１伝熱部材１３Ｆは、棒状部材である。第１接続部１１は、第１伝熱部材１３Ｆの−Ｚ側の端部を含む。熱電発電モジュール５は、第１伝熱部材１３Ｆの第１接続部１１と受熱部２との間に配置される。
【００８３】
第２伝熱部材１４Ｆは、第１伝熱部材１３Ｆの周囲に配置される筒状部材である。第２接続部１２は、第２伝熱部材１４Ｆの＋Ｚ側の端部を含む。第２伝熱部材１４Ｆは、放熱部３に固定される。第１伝熱部材１３Ｆと第２伝熱部材１４Ｆとは、Ｚ軸方向に相対移動可能である。第２伝熱部材１４Ｆは、第１伝熱部材１３ＦをＺ軸方向にガイドする。
【００８４】
弾性部１５Ｆは、Ｚ軸方向に弾性変形する。弾性部１５Ｆは、コイルばねのような弾性部材を含む。弾性部１５Ｆは、第１伝熱部材１３Ｆの＋Ｚ側の端部と放熱部３との間に配置される。弾性部１５Ｆの＋Ｚ側の端部は、放熱部３に接続される。弾性部５Ｆの−Ｚ側の端部は、第１伝熱部材１３Ｆに固定される。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態においても、熱電発電モジュール５に過度な外力が作用したり、熱電発電モジュール５と第１伝熱部材１３Ｆとが離れたりすることが抑制される。したがって、熱電発電装置１の性能の低下が抑制される。
【００８６】
［その他の実施形態］
上述の実施形態において、弾性部１５（１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｅ，１５Ｆ）は、コイルばねでなくてもよい。弾性部１５は、板ばね、皿ばね、樹脂ばね、及びぜんまいばねの少なくとも一つでもよい。
【００８７】
上述の実施形態において、弾性部１５（１５Ｄ）は、圧縮性の気体でなくてもよく、液体でもよい。
【００８８】
上述の実施形態において、弾性部１５（１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ）は、ばねでなくてもよく、ゴムのような弾性部材でもよい。
【００８９】
上述の実施形態において、伝熱シート１６は省略されてもよい。
【００９０】
上述の実施形態において、センサ６Ａは、温度センサに限定されない。センサ６Ａは、例えば振動センサでもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１…熱電発電装置、２…受熱部、２Ａ…受熱面、２Ｂ…内面、２ＢＴ…凹部、２ＢＵ…凹部、３…放熱部、３Ａ…放熱面、３Ｂ…内面、３ＢＴ…凹部、３ＢＵ…凹部、４…周壁部材、４Ｂ…内面、５…熱電発電モジュール、５Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、５Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、６…電子部品、６Ａ…センサ、６Ｂ…送信機、６Ｃ…アンプ、６Ｄ…マイクロコンピュータ、７…基板、７Ａ…支持部材、７Ｂ…支持部材、８…内部空間、９Ａ…シール部材、９Ｂ…シール部材、１０…伝熱機構、１０Ｂ…伝熱機構、１０Ｃ…伝熱機構、１０Ｄ…伝熱機構、１０Ｅ…伝熱機構、１０Ｆ…伝熱機構、１１…第１接続部、１２…第２接続部、１３…第１伝熱部材、１３Ｂ…第１伝熱部材、１３Ｃ…第１伝熱部材、１３Ｄ…第１伝熱部材、１３Ｅ…第１伝熱部材、１３Ｆ…第１伝熱部材、１４…第２伝熱部材、１４Ｂ…第２伝熱部材、１４Ｃ…第２伝熱部材、１４Ｄ…第２伝熱部材、１４Ｆ…第２伝熱部材、１５…弾性部、１５Ｂ…弾性部、１５Ｃ…弾性部、１５Ｄ…弾性部、１５Ｅ…弾性部、１５Ｆ…弾性部、１６…伝熱シート、５１…端面、５１Ｓ…第１基板、５２…端面、５２Ｓ…第２基板、５３…第１電極、５４…第２電極、５５…リード線、Ｂ…物体。
【図１】
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【図２】
2020089211.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020089211.tif 000008
【図７】
2020089211.tif 000009
【図８】
2020089211.tif 000010
【図９】
2020089211.tif 000011