(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の温度層と、第２の温度層とが積層され、各層を貫通するように設けられた筒状の貫通孔を有する筐体と、
電流方向が一方向となるように熱電材料を積層し、前記熱電材料それぞれの両端が前記第１の温度層と前記第２の温度層に位置するように前記貫通孔内に設けられている発電部材と、
を有する熱電モジュール。
【請求項２】
前記熱電材料はｐ型半導体またはｎ型半導体である請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項３】
前記第１及び第２の温度層間に断熱層を設けた請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項４】
前記熱電材料同士の間に配置された導電性の均熱部材を有する請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項５】
前記熱電材料それぞれと、前記第１の温度層及び、または前記第２の温度層との間に熱伝導部材を有する請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項６】
前記筐体が導電性部材で構成されている場合、前記発電部材と前記筐体とは電気的に絶縁されている請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項７】
前記貫通孔及び前記発電部材は同じテーパを有する請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項８】
前記筐体の最外層は、低温層で構成されている請求項１記載の熱電もジュール。
【請求項９】
前記第１或いは第２の温度層の内部を流体が流れる場合、前記流体の流れを前記貫通孔側に向ける整流板を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の熱電モジュール。
【請求項１０】
前記筐体は複数の前記貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に設けられた前記発電部材は直列及び、または並列に接続されている請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱電モジュールを有する発電装置において、
前記熱電モジュールから電力を取り出す端子を有し、
前記貫通孔は気密に封止されている発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに、電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する熱電モジュール及び発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱電デバイスは、互いに対向する２つの電極と、この間に挿入される熱電材料（一例として第１の熱電材料及び第２の熱電材料の対）とから構成される。そして、熱電デバイスは、熱電材料が有するトムソン効果、ペルチェ効果、又はゼーベック効果等の熱電効果を利用することにより、熱エネルギーを電気エネルギーに、また電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する。また、実用的には、熱電デバイスを並列配置することにより構成した熱電モジュールが利用されている。
【０００３】
このような熱電デバイス又は熱電モジュールの一例が、非特許文献１に記載されている。非特許文献１には、高温部材、熱電材料、低温部材、熱電材料、高温部材の順の繰り返しで直線的に配置した構成の熱電モジュールについて開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Diller, R. W., Bell, L. E., “Experimental Results Confirming Improved Efficiency of Thermoelectric Power Generation System with Alternate Thermodynamic Cycles,” Proceedings of the 22nd International Conference on Thermoelectrics, Herault, France, August 2003.［平成２２年１月１９日検索］インターネット＜ＵＲＬ：http://www.bsst.com/pdfs/Confirming-Results-TE-Power-Gen-Systems.pdf＞
【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、非特許文献１に開示されている熱電モジュールは、高温部材及び低温部材が熱電材料の間に配置されている。そのため、熱電材料を大気にさらした状態で熱電モジュールを使用することになり、熱電材料は酸化、窒化などを起こして劣化する。また、熱電材料は、水によっても劣化する。
【０００６】
したがって、本発明は、熱電材料の劣化を防ぐ熱電モジュール及び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】
【０００７】
この発明に係る熱電モジュールは、第１の温度層と、第２の温度層とが積層され、各層を貫通するように設けられた筒状の貫通孔を有する筐体と、電流方向が一方向となるように熱電材料を積層し、前記熱電材料それぞれの両端が前記第１の温度層と前記第２の温度層に位置するように前記貫通孔内に設けられている発電部材とを有する。
【０００８】
この発明に係る発電装置は、高温媒体が流入する第１の温度層と、低温媒体が流入する第２の温度層とが積層され、各層を貫通するように設けられた筒状の貫通孔を有する筐体と、電流方向が一方向となるように熱電材料を積層し、前記熱電材料それぞれの両端が前記第１の温度層と前記第２の温度層に位置するように前記貫通孔内に設けられている発電部材と、前記熱電モジュールから電力を取り出す端子を有し、前記貫通孔は気密に封止されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る熱電モジュール及び発電装置は、熱電部材が外気と遮断されているため、発電効率の低下を防ぐことができると共に、熱電部材の劣化も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図２】第１の実施形態に係る筐体の概観図。
【図３】第１の実施形態に係る筐体のＢ−Ｂ断面の概観図。
【図４】第１の実施形態に係る筐体のＣ−Ｃ断面の概観図。
【図５】第１の実施形態に係る発電部材の概観図。
【図６】第１の実施形態に係る熱電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図７】第２の実施形態に係る熱電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図８】第３の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図９】第３の実施形態に係る熱電モジュールのＤ−Ｄ断面の概観図。
【図１０】第３の実施形態に係る熱電モジュールの分離図。
【図１１】第４の実施形態に係る熱電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図１２】第５の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図１３】第６の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図１４】第６の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図１５】第６の実施形態に係る熱電モジュールの概観図。
【図１６】第７の実施形態に係る発電装置の概観図。
【図１７】第７の実施形態に係る発電装置のＥ−Ｅ断面図。
【図１８】第８の実施形態に係る発電装置の概観図。
【図１９】第８の実施形態に係る発電装置のＦ−Ｆ断面図。
【図２０】第８の実施形態に係る封止部材の概観図。
【図２１】第８の実施形態に係る発電装置の断面図。
【図２２】第９の実施形態に係るリング部材の概観図。
【図２３】第９の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図２４】第９の実施形態に係る発電部材の概観図。
【図２５】第９の実施形態に係る発電部材のＨ−Ｈ断面図。
【図２６】第９の実施形態に係る熱電モジュールのＡ−Ａ断面の分離図。
【図２７】第９の実施形態に係る熱電モジュールのＡ−Ａ断面図。
【図２８】第１０の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図２９Ａ】第１１の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図２９Ｂ】第１１の実施形態の他の例に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３０Ａ】第１２の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３０Ｂ】第１２の実施形態の他の例に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３０Ｃ】第１２の実施形態の他の例に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３１】第１３の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３２】第１４の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３３】第１５の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【図３４】第１６の実施形態に係るリング部材のＧ−Ｇ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本実施形態を詳細に説明する。図面は、実施形態に係る熱電モジュール１を模式的に示しているに過ぎない。そのため、厚さと平面寸法との関係や各部材の厚さの比率等が、現実の設計通りに現されているとは限らないことに留意すべきである。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る熱電モジュール１の構成を概略的に示す斜視図である。熱電モジュール１は、筐体１０及び発電部材２０で構成されている。図２は、筐体１０の構成を概略的に示す斜視図である。図３は、図２に示す筐体１０のＢ−Ｂ断面の概観図である。図４は、図２に示す筐体１０のＣ−Ｃ断面の概観図である。筐体１０は、低温層１０１、断熱層１０２、高温層１０３、筒状部１０４を備える。筐体１０は、一端側の層から低温層１０１、断熱層１０２、高温層１０３、断熱層１０２、低温層１０１の順の５層構造である。
【００１３】
筐体１０は、一端側の層から低温層１０１、断熱層１０２、高温層１０３、断熱層１０２、低温層１０１、…の順を繰り返す階層構造であれば階層数は問わない。また、筐体１０は、一端側の層から高温層１０３、断熱層１０２、低温層１０１、断熱層１０２、高温層１０３、…の順であってもよい。
【００１４】
低温層（第２の温度層）１０１は、低温の媒体（例えば水）により層全体を低温にする層である。低温層１０１は、矢印αで示すように、図２の手前側に設けられた吸入口１０１ａから水を吸入し、層全体に水を循環させて図２の奥側に設けられた排出口１０１ｂから排出することで、層全体を低温にする。低温媒体が低温層１０１に流入、低温層１０１から流出する方向、位置、角度及び、低温層１０１内部での流れは問わない。
【００１５】
低温層１０１とは、後述する高温層１０３との相対的な温度差によって定義されている。ここでは、低温層１０１は、水流によって低温にしているが、他の液体、気体などの流体を循環させる層であってもよい。また、低温層１０１は、外部機器により低温に冷却される媒体であってもよい。
【００１６】
断熱層１０２は、その内部空間を減圧雰囲気にすることで、低温層１０１と高温層１０３の間を断熱する。断熱層１０２は、断熱効果を有する媒体であってもよい。断熱層１０２が低温層１０１と高温層１０３の間に配置されているため、高温層１０３から低温層１０１に熱が直接逃げることはない。
【００１７】
高温層（第１の温度層）１０３は、高温の媒体（例えばガス）で層全体を高温にする層である。高温層１０３は、矢印βで示すように、図２の右側に設けられた吸入口１０３ａからガスを吸入し、層全体にガスを循環させて図２の左側に設けられた排出口１０３ｂから排出することで、層全体を高温にする。高温媒体が高温層１０３に流入、高温層１０３から流出する方向、位置、角度及び、高温層１０３内部での流れは問わない。
【００１８】
ここでは、高温層１０３は、ガスによって高温にしているが他の気体、液体などの流体を循環させる層であってもよい。また、高温層１０３は、外部機器により高温に加熱される媒体であってもよい。
【００１９】
筒状部（貫通孔）１０４は、低温層１０１、断熱層１０２、高温層１０３で構成される階層構造のうち一端側の層の外面から他端側の層の外面に対して貫通している。筒状部１０４は、貫通孔を内部に有する円筒状である。
【００２０】
筐体１０は、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌなどの金属或いはそれらをベースとする合金、または窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミ、アルミナなどを材料とするセラミックス材料で構成されている。
【００２１】
図５は、発電部材２０の構成を概略的に示す斜視図である。発電部材２０は、一端を高温、他端を低温にして発電させた際に、電流方向が異なる第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４、均熱板２０５で構成されている。
【００２２】
第１の熱電材料２０１は、一例として熱電効果を有する材料で構成されたｐ型半導体である。第２の熱電材料２０２は、一例として熱電効果を有する材料で構成されたｎ型半導体である。第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２は、その両端に温度差が生じると発電する。第１の熱電材料２０１は、温度の高い側から温度の低い側に向かって電流が流れる。逆に第２の熱電材料２０２は、温度の低い側から温度の高い側に向かって電流が流れる。従って、第1の熱電材料２０１と第２の熱電材料２０２は、発電したときの電流方向が同じになるように積層されている。
【００２３】
第１の電極２０３及び第２の電極２０４は、発電部材２０の両端に設けられており、熱電モジュール１と外部回路との間で電気エネルギーを授受するために用いられる。
【００２４】
均熱板２０５は、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２へ効率的に熱を伝える。均熱板２０５は、積層された際に隣接する第１の熱電材料２０１と第２の熱電材料２０２との間に設けられている。図５に示す例では、均熱板２０５は、第１の電極２０３と第１の熱電材料２０１との間、第２の電極２０４と第２の熱電材料２０２との間にも設けられているが、これらの位置には均熱板２０５を設けなくてもよい。均熱板２０５は、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２よりも電気抵抗率が低く（導電性が高く）かつ高熱伝導率の材料で構成されている。均熱板２０５は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｔｉ，Ｎｉ、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｚｒ、Ｔａ、Ｗなどの材料の一つ或いは複数で構成されている。
【００２５】
発電部材２０は、筒状部１０４の内径よりも小さい径の円柱状である。したがって、発電部材２０は、筒状部１０４に収納される。このようにして、図１に示す熱電モジュール１が形成される。
【００２６】
図６は、図１に示す熱電モジュール１のＡ−Ａ断面図である。図６は、発電部材２０が筒状部１０４に収納された状態を示している。発電部材２０は、筐体１０に対して次のような位置関係である。
【００２７】
第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２は、第２の電極２０４から第１の電極２０３に向かって一定方向に電流が流れるように配置されている。第１の熱電材料２０１は、第１の電極側２０３側の一端が低温層１０１の領域に位置し、第２の電極２０４側の他端が高温層２０２の領域に位置するように配置されている。同様に、第２の熱電材料２０２は、第１の電極２０３側の一端が高温層２０２の領域に位置し、第２の電極２０４側の他端が低温層１０１の領域に位置するように配置されている。
【００２８】
第１の電極２０３及び第２の電極２０４は、筒状部１０４の両端を封止するように設けられていてもよい。第１の実施形態では、第２の電極２０４から第１の電極２０３に向かって電流が流れる。
【００２９】
第１の実施形態では、熱伝導部材２０６を筐体１０と発電部材２０との間に設けている。熱伝導部材２０６は、発電部材２０と高温層１０３及び低温層１０１の間に設けられており、発電部材２０と断熱層１０２との間には、断熱するための空間或いは断熱部材が配置されている。
【００３０】
熱伝導部材２０６は、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２に対して低温層１０１または高温層１０３から熱を伝播する。また、熱伝導部材２０６は、発電部材２０と筐体１０における筒状部１０４とを電気的に絶縁する。熱伝導部材２０６は、例えばＭｇＯ、アルミナ、窒化アルミ、セラミック、マイカなどの材料、または絶縁加工された金属などの熱伝導率の良い材料で構成されることが好ましい。なお、熱伝導部材２０６は、絶縁加工されていない材料で作成されてもよい。この場合、熱伝導部材２０６は、熱伝導部材２０６と接する筐体１０、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、均熱板２０５との間を絶縁する必要がある。
【００３１】
ここで、熱伝導部材２０６は、第１の熱電材料２０１または第２の熱電材料２０２の両端部に配置されている。熱伝導部材２０６は、断熱層１０２の領域と、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２との間には配置されていない。つまり、第１の熱電材料２０１と断熱層１０２の領域との間、第２の熱電材料２０２と断熱層１０２の領域との間には、空間が存在する。これは、第１の熱電材料２０１または第２の熱電材料２０２と筐体１０との絶縁を保ちつつ、第１の熱電材料２０１または第２の熱電材料２０２の両端の温度差を確保するためである。筐体１０と発電部材２０との間の空間によって、低温層１０１と高温層１０３との熱パスを減らすことができる。そのため、第１の熱電材料２０１または第２の熱電材料２０２の両端の温度差が小さくなることによる、発電効率の低下が防止される。
【００３２】
上記説明したように、熱電モジュール１には筐体１０と発電部材２０との間に空間が設けられているが、この空間を埋めるように熱伝導性の悪いリング状の断熱部材を配置してもよい。
【００３３】
なお、熱電モジュール１は高温層１０１と低温層１０３との間に断熱層１０２を配置した方が熱−電気変換効率を高められるが、断熱層１０２を配置しなくても第１の実施形態の効果は奏しうる。
【００３４】
また、第１の熱電材料２０１と第２の熱電材料２０２の大きさは、必ずしも同一でなくても良い。また、発電部材２０に複数の第１の熱電材料２０１と複数の第２の熱電材料２０２が設けられている場合、第１の熱電材料２０１同士の大きさ、種類、第２の熱電材料２０２同士の大きさ、種類は必ずしも同一でなくても良い。さらに、第１の熱電材料２０１は、複数の第１の熱電材料の積層構造であってもよい。第２の熱電材料２０２についても同様である。
【００３５】
なお、筐体１０が導体で構成されている場合、熱電モジュール１は、筐体１０と発電部材２０を絶縁するために、上記説明したような熱伝導部材２０６を必要とする。一方、筐体１０が絶縁体で構成されている場合は、上記説明したような熱伝導部材２０６を必要としない。
【００３６】
また、熱伝導部材２０６は、発電部材２０の外周面、或いは筒状部１０４の内周面の少なくともいずれか一方に設けられていればよく、組み付けられた際に両者間に位置すればよい。
【００３７】
次に、第２の実施形態について説明する。図７は、図１に示す熱電モジュール１のＡ−Ａ断面図である。第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した熱伝導部材２０６の代わりに絶縁層２０７を筐体１０と発電部材２０との間に配置した構成である。絶縁層２０７は筒状であり、筐体１０と発電部材２０が直接接触しないように配置されている。筒状部１０４の内部は、発電部材２０及び絶縁層２０７で埋められているため空間が存在しない。絶縁層２０７は、１つの材料で構成されていなくてもよい。
【００３８】
ここで、絶縁層２０７は、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２と、高温層１０３及び低温層１０１間における熱パスとなる。したがって、絶縁層２０７は、熱伝導性の悪い材料で構成されることが望ましい。この場合、絶縁層２０７の厚みが薄ければ、発電部材２０の鉛直方向の熱パスは少なくなり、径方向の熱パスは確保できる。
【００３９】
絶縁層２０７は、発電部材２０の外周面、筒状部１０４の内周面の少なくともいずれか一方に設けられていればよい。なお、筐体１０が絶縁体で構成されている場合は、絶縁層２０７を必要としない。
【００４０】
次に、第３の実施形態について説明する。図８は、第３の実施形態に係る熱電モジュール１の構成を概略的に示す斜視図である。図９は、図８に示す熱電モジュール１のＤ−Ｄ断面図である。図１０は、図９に示す状態において、熱電モジュール１から筒状部１０４に収納された発電部材２０を分離した状態を示す図である。第２の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第３の実施形態は、筐体１０に設けられる筒状部１０４がテーパを有する形状に設けている。絶縁層２０７及びこれに収納された発電部材２０は、筒状部１０４が有するテーパと同じテーパを有して構成されている。
【００４１】
したがって、第３の実施形態によれば、発電部材２０を筒状部１０４に圧入するだけで、筐体１０に対する発電部材２０の位置決めが容易となる。
【００４２】
絶縁層２０７は、発電部材２０の外周面、筒状部１０４の内周面の少なくともいずれか一方に設けられていればよい。なお、筐体１０が絶縁体で構成されている場合、熱電モジュール１は、筐体１０と発電部材２０とが絶縁されているため、絶縁層２０７を必要としない。
【００４３】
次に、第４の実施形態について説明する。図１１は、図１に示す熱電モジュール１のＡ−Ａ断面図である。第２の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第４の実施形態では、発電部材２０に熱伝導部材２０８が設けられている。熱伝導部材２０８は、第１の熱電材料２０１と第２の熱電材料２０２の間であって高温層１０３の領域に位置する。第１の熱電材料２０１の端部及び第２の熱電材料２０２の端部は、高温層１０３の領域に位置した状態が維持されている。図１１では、第１の熱電材料２０１と熱伝導部材２０８の間、第２の熱電材料２０２と熱伝導部材２０８の間には、均熱板２０５が設けられている例を示しているが、均熱板２０５は設けられていなくてもよい。また、熱伝導部材２０８に相当する部材を、低温層１０１の領域に設ける構成であっても構わない。
【００４４】
熱伝導部材２０８は、均熱板２０５と同様の群から選ばれる少なくとも一つの材料により構成されている。発電部材２０に熱伝導部材２０８が設けられており、発電部材２０の全体の長さは変わらないため、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２の体積は、第１の実施形態に比べて小さくなる。これにより、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２は、高温層１０３の領域に位置する部分が小さくなるが、熱伝導部材２０８によって温度差が保持されるため、発電効率を損なうことなく、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２の材料の節約ができる。
【００４５】
ここでは、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２の積層部分が高温層１０３に位置する場合に、熱伝導部材２０８を配置する例を示したが、第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２の積層部分が低温層１０１に位置する場合も同様である。
【００４６】
次に、第５の実施形態について説明する。図１２は、熱電モジュール１の概略を示す斜視図である。第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第５の実施形態では、低温層１０１及び高温層１０３の内部に整流板３０が設けられている。整流板３０は、低温層１０１であれば、水などが筒状部１０４に向かって流れるように配置されている。同様に、整流板３０は、高温層１０３であれば、ガスなどが筒状部１０４に向かって流れるように配置されている。
【００４７】
第５の実施形態によれば、筒状部１０４に収納された発電部材２０の第１の熱電材料２０１及び第２の熱電材料２０２に効率よく熱を伝播することができる。ここでは、整流板３０は、低温層１０１及び高温層１０３双方の内部に配置した例を説明したが、いずれか一つの層に配置した場合も同様の効果を奏する。
【００４８】
次に、第６の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。図１３は、熱電モジュール１の概略を示す斜視図である。熱電モジュール１には、複数の筒状部１０４が設けられ、それぞれに発電部材２０が収納されている。
【００４９】
また、図１４は、第６の実施形態の他の例の熱電モジュール１の概略を示す斜視図である。熱電モジュール１には、開孔の形状が矩形状の筒状部１０４が設けられている。したがって、発電部材２０も四角柱状である。また、図１５は、第６の実施形態の他の例の熱電モジュール１の概略を示す斜視図である。熱電モジュール１には、開孔の形状が三角形状の筒状部１０４が設けられている。したがって、発電部材２０も三角柱状である。
【００５０】
第６の実施形態によれば、熱電モジュール１に複数の発電部材２０を設けることができるので、その数に応じて発電量も増加する。また、筒状部１０４と直交する面における発電部材２０の断面形状は、どのような形状であってもよい。
【００５１】
上記第１の実施形態から第６の実施形態を適宜組み合わせることで、発電効率の高い熱電モジュール１を提供し得る。
【００５２】
次に、第７の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第７の実施形態は、図１に示す第１の実施形態で説明した熱電モジュール１を用いた発電装置２についてである。図１６は、第７の実施形態に係る発電装置２の構成を概略的に示す斜視図である。図１７は、図１６に示す発電装置２のＥ−Ｅ断面図である。
【００５３】
発電装置２は、熱電モジュール１、封止部材４０１、封止部材４０２を有している。熱電モジュール１は、第１の実施形態で説明した構成と同様であり、発電部材２０が１つ設けられている。
【００５４】
封止部材４０１は、端子４０１ａと絶縁部材４０１ｂと封止枠４０１ｃから構成されている。絶縁部材４０１ｂは、セラミックなどの絶縁材料から構成されている。この絶縁部材４０１ｂには貫通孔が形成されており、両面に設けられる電極端子を電気的に接続して端子４０１ａを構成している。端子４０１ａと絶縁部材４０１ｂをセラミック基板などの一体構造としても良い。封止枠４０１ｃは、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌなどの金属あるいはそれらをベースとする合金で構成されている。封止部材４０１は、封止枠４０１ｃを介して筐体１０に溶接やろう付けなどで固定され、貫通孔１０４の第１の電極２０３側を気密に封止している。端子４０１ａは、発電部材２０で発電した電力を取り出すために機能する。端子４０１ａは、はんだや導電性ペーストなどの接合材５０１で第１の電極２０３と接合される。
【００５５】
同様に、封止部材４０２は、端子４０２ａと絶縁部材４０２ｂと封止枠４０２ｃから構成されている。絶縁部材４０２ｂは、セラミックなどの絶縁材料から構成されている。この絶縁部材４０２ｂには貫通孔が形成されており、両面に設けられる電極端子を電気的に接続して端子４０２ａを構成している。端子４０２ａと絶縁部材４０２ｂをセラミック基板などの一体構造としても良い。封止枠４０２ｃは、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌなどの金属あるいはそれらをベースとする合金で構成されている。封止部材４０２は、封止枠４０２ｃを介して筐体１０に溶接やろう付けなどで固定され、貫通孔１０４の第２の電極２０４側を気密に封止している。端子４０２ａは、発電部材２０で発電した電力を取り出すために機能する。端子４０２ａは、はんだや導電性ペーストなどの接合材５０２で第２の電極２０４と接合される。
【００５６】
封止部材４０１は、熱電モジュール１の階層構造のうち一端側の層から、筒状部１０４を覆うように接続される。同様に、封止部材４０２は、熱電モジュール１の他端側の層から、筒状部１０４を覆うように接続される。したがって、発電部材２０を収納した筒状部１０４の内部は、封止部材４０１と封止部材４０２によって気密性が保たれる。筒状部１０４の内部は、減圧雰囲気に保たれていても、Ａｒなどの不活性ガスが充填されていてもよい。
【００５７】
第７の実施形態によれば、発電装置２は、発電部材２０を収納する筒状部１０４内部が封止されているため、発電装置２の使用環境に関わらず、発電部材２０の劣化を防止できる。
【００５８】
次に、第８の実施形態について説明する。第１の実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第８の実施形態は、図１４に示すような複数の発電部材２０が設けられた熱電モジュール１を用いた発電装置２についてである。さらに、第８の実施形態は、熱電モジュール１に設けられた複数の発電部材２０を直列接続する場合である。
【００５９】
図１８は、第８の実施形態に係る発電装置２の構成を概略的に示す斜視図である。図１９は、図１８に示す発電装置２のＦ−Ｆ断面図である。図２０は、封止部材４０４の構成を概略的に示す斜視図である。
【００６０】
発電装置２は、熱電モジュール１、封止部材４０３、封止部材４０４を有している。熱電モジュール１は、２つの筒状部１０４と、それぞれに収納された発電部材２０を有する。
【００６１】
２つの発電部材２０は、電流の方向が互いに異なる方向となるように、２つの筒状部材１０４にそれぞれ収納されている。つまり、熱電モジュール１の一端側の層に第１の電極２０３が位置する並びの発電部材２０と第２の電極が位置する並びの発電部材２０が熱電モジュール１に設けられている。
【００６２】
封止部材４０３には、端子４０３ａ、端子４０３ｂ、絶縁部材４０３ｃ、封止枠４０３ｄから構成されている。絶縁部材４０３ｃは、セラミックなどの絶縁材料から構成されている。この絶縁部材４０３ｃには複数本（本実施の形態では２本）の貫通孔が形成されており、それぞれ両面に設けられる電極端子を電気的に接続して端子４０３ａ，４０３ｂを構成している。端子４０３ａと端子４０３ｂと絶縁部材４０３ｃをセラミック基板などの一体構造としても良い。封止枠４０３ｄは、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ａｌなどの金属あるいはそれらをベースとする合金で構成されている。封止部材４０３は、封止枠４０３ｄを介して筐体１０に溶接やろう付けなどで固定され、貫通孔１０４の一方の側を気密に封止している。端子４０３ａ及び端子４０３ｂは、発電部材２０で発電した電力を取り出すために機能する。端子４０３ａは、はんだや導電性ペーストなどの接合材５０１で第１の電極２０３と接合される。同様に端子４０３ｂは第２の電極２０４と接合される。
【００６３】
封止部材４０４は、配線４０４ａ、絶縁部材４０４ｂ、封止枠４０４ｃを有する。例えば、絶縁部材４０４ｂは、セラミックなどの絶縁材料から構成されている。この絶縁部材４０４ｂの一方の面には、一方の発電部材２０の第２の電極と他方の発電部材２０の第１の電極２０３とを、電気的に接続するための配線４０４ａが設けられている。配線４０４ａと絶縁部材４０４ｂをセラミック基板などの一体構造としても良い。封止枠４０４ｃは、筐体１０と同様の材料群から選ばれる少なくとも一つの材料から構成されている。封止部材４０４は、封止枠４０４ｃを介して筐体１０に溶接やろう付けなどで固定され、貫通孔１０４の他方の側を気密に封止している。
【００６４】
封止部材４０３は、熱電モジュール１の階層構造のうち一端側の層から、２つの筒状部１０４を覆うように接続される。同様に、封止部材４０４は、熱電モジュール１の他端側の層から、２つの筒状部１０４を覆うように接続される。
【００６５】
したがって、発電部材２０を収納した筒状部１０４の内部は、封止部材４０３と封止部材４０４によって封止される。筒状部１０４の内部は、減圧雰囲気に保たれていても、Ａｒなどの不活性ガスが充填されていてもよい。また、封止部材４０３及び封止部材４０４によって、複数の発電部材２０は直列接続される。したがって、発電装置２は、直列接続された複数の発電部材２０によって発電された電力を出力することができる。
【００６６】
ここでは、発電装置２に設けられた２つの発電部材２０を直列接続する例を示したが、発電装置２に設けられた３つ以上の発電部材２を直列接続する場合も同様である。つまり、熱電モジュール１に設けられている発電部材２０のそれぞれの電流の流れる方向、封止部材４０３及び封止部材４０４に設ける端子、配線を適宜調整すればよい。
【００６７】
また、図１３に示したように熱電モジュール１に複数の筒状部１０４が設けられている場合、それぞれの筒状部１０４に封止部材４０３と封止部材４０４を１組としてそれぞれ設けることができる。他にも、１組の封止部材４０３と封止部材４０４で複数の筒状部材１０４を覆うようにしてもよい。
【００６８】
ここでは、発電装置２に設けられた２つ以上の発電部材２０を並列接続する場合について説明する。図２１は、図１８，１９で示した発電装置２において、封止部材４０３の代わりに封止部材４０５、封止部材４０４の代わりに封止部材４０６を設けた例である。さらに、複数の発電部材２０は、電流方向が同じとなるように、熱電モジュール１に設けられている。つまり、熱電モジュール１の階層構造のうち一端側の層に第１の電極２０３が位置する並びで全ての発電部材２０が熱電モジュール１に設けられている。
【００６９】
封止部材４０５は、端子４０５ａ、配線４０５ｂ、絶縁部材４０５ｃ、封止枠４０５ｄを有する。例えば、絶縁部材４０５ｃは、セラミックなどの絶縁材料から構成されている。この絶縁部材４０５ｃの一方の面には、複数の発電部材２０の第１の電極２０３を、電気的に接続するための配線４０５ｂが設けられている。また、絶縁材料４０５ｃの他方の面には、絶縁材料４０５ｃに設けられた貫通孔を介して電気的に接続されている端子４０５ａが設けられており、発電部材２０で発電した電力を取り出すために機能している。端子４０５ａと配線４０５ｂと絶縁部材４０５ｃをセラミック基板などの一体構造としても良い。また、配線４０５ｂは、ハンダや導電性ペーストなどの接合材５０１により、複数の第１の電極２０３と接合される。封止枠４０５ｄは、筐体１０と同様の材料群から選ばれる少なくとも一つの材料から構成されている。封止部材４０５は、封止枠４０５ｄを介して筐体１０に溶接やろう付けなどで固定され、貫通孔１０４の一方の側を気密に封止している。
【００７０】
同様に、封止部材４０６は、端子４０６ａ、配線４０６ｂ、絶縁部材４０６ｃ、封止枠４０６ｄを有する。端子４０６ａは、発電部材２０で発電した電力を取り出すために機能する。配線４０６ｂは、複数の発電部材２０の第２の電極２０４同士を接続する。配線４０６ｂは、はんだや導電性ペーストなどの接合材５０１で複数の第２の電極２０４と接合される。したがって、発電装置２は、並列接続された複数の発電部材２０によって発電された電力を出力することができる。
【００７１】
次に、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、筐体１０に対する発電部材２０及び熱伝導部材２０６の位置決め及び固定を正確にすることに関する。上記のように、熱電モジュール１は、発電部材２０と低温層１０１及び高温層１０３との熱パスを確保し、発電部材２０と断熱層１０２との熱パスをなくすために、筒状部１０４内に中空構造を有する。この中空構造は、筐体１０に対する発電部材２０及び熱伝導部材２０６の正確な位置決め及び固定によって実現する。しかしながら、筐体１０に対する発電部材２０及び熱伝導部材２０６の位置決め及び固定は、容易ではない。
【００７２】
図２２は、第９の実施形態にかかるリング部材２０９の構成を概略的に示す斜視図である。図２３は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。リング部材２０９は、上記した熱伝導部材２０６と均熱板（均熱部材）２０５を組み合わせたものを指す。熱伝導部材２０６は、筐体１０の筒状部１０４に嵌るように、筒状部１０４の内径とほぼ同じ内径の円筒状である。なお、熱伝導部材２０６の形状は、第６の実施形態で説明したような筒状部１０４の形状に応じて可変である。熱伝導部材２０６は、高さ方向に亘って均一の内径の貫通孔を内部に有する。熱伝導部材２０６の高さ方向のサイズは、高温層１０３及び低温層１０１の高さ方向のサイズとほぼ同じである。ここでは、高温層１０３及び低温層１０１の積層方向を高さ方向と定義する。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の高さ方向の中間部分に位置する。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔の内径と同じ外径の板状部材である。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６に対して固定されている。なお、熱伝導部材２０６に対する均熱板２０５の固定方法は、いかなる方法であってもよく、限定されるものではない。
【００７３】
図２４は、第９の実施形態にかかるリング部材２０９、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４が連結した発電部材２０の構成を概略的に示す斜視図である。図２５は、図２４に示すリング部材２０９によって連結された発電部材２０のＨ−Ｈ断面の概観図である。第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、リング部材２０９の貫通孔の内径と同じ外径の円柱状である。第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、発電部材２０の組み立て時には、均熱板２０５と接する位置までリング部材２０９を圧入する。第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、リング部材２０９によって互いに連結されるため、熱伝導部材２０６が連結した発電部材２０は、容易に組み立てることができる。
【００７４】
図２６は、図１に示す熱電モジュール１のＡ−Ａ断面図であって、筐体１０に対してリング部材２０９が連結した発電部材２０を圧入する前の状態を示す図である。図２７は、図２６に示す状態から筐体１０に対してリング部材２０９が連結した発電部材２０を圧入した後の状態を示す図である。熱伝導部材２０６が連結した発電部材２０は、リング部材２０９が高温層１０３または低温層１０１と対向する位置まで筒状部１０４に圧入される。その後、リング部材２０９が連結した発電部材２０は、筐体１０に対して位置決め及び固定される。なお、筐体１０とリング部材２０９との固定方法は、いかなる方法であってもよく、限定されるものではない。
【００７５】
次に、筐体１０とリング部材２０９との固定方法の一例を説明する。図１０を用いて説明した第３の実施形態と同様に、筒状部１０４は高さ方向にテーパを有する形状であり、リング部材２０９及び発電部材２０も筒状部１０４が有するテーパと同じテーパを有する形状である。さらに、各リング部材２０９は、所望の位置（具体的には、高温層１０３または低温層１０１と対向する位置）で筒状部１０４に嵌るような大きさである。したがって、リング部材２０９が連結した発電部材２０は、筒状部１０４に圧入されるだけで、筐体１０に対する位置決め及び固定が容易となる。
【００７６】
筐体１０とリング部材２０９との固定方法の他の例を説明する。筐体１０は、熱伝導部材２０６及び発電部材２０の少なくとも一方よりも熱膨張の小さい材料を用いて作成される。発電装置２の使用時には、熱伝導部材２０６及び発電部材２０は膨張するため、熱伝導部材２０６は、筐体１０に対して密着する。したがって、発電部材２０及び熱伝導部材２０６は、筐体１０に対して固定される。熱膨張の小さい材料で作成された筐体１０は、熱抵抗を下げる効果を有する。そのため、発電装置２は、発電効率を高められる。なお、筐体１０に用いる熱膨張の小さい材料は、例えば、インバー合金（Ｆｅ−３６.５Ｎｉなど）、スーパーインバー合金（Ｆｅ−３２Ｎｉ−５Ｃｏ）、熱収縮材料などである。
【００７７】
次に、第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図２８は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。熱伝導部材２０６がセラミックなどの絶縁材料で構成される場合、熱伝導部材２０６の外周面は、薄膜２１０で覆われる。薄膜２１０は、Ｃｕなどの熱伝導率の良い導体材料である。熱伝導部材２０６と筐体１０との間の熱抵抗は、熱伝導部材２０６が薄膜２１０で覆われていない場合に比べて下げることができる。したがって、発電装置２は、発電効率を高められる。
【００７８】
次に、第１１の実施形態について説明する。第１１の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図２９Ａ及び２９Ｂは、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。熱伝導部材２０６が金属などの導体で構成される場合、図２９Ａに示すように、熱伝導部材２０６の外周面は、薄膜２１１で覆われる。薄膜２１１は、絶縁材料である。同様に、熱伝導部材２０６が金属などの導体で構成される場合、図２９Ｂに示すように、熱伝導部材２０６の貫通孔の内周面は、薄膜２１１で覆われる。熱伝導部材２０６と筐体１０との間の熱抵抗は、熱伝導部材２０６が薄膜２１１で覆われていない場合に比べて下げることができる。したがって、発電装置２は、発電効率を高められる。
【００７９】
次に、第１２の実施形態について説明する。第１２の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃは、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。図３０Ａに示す例では、熱伝導部材２０６は、高さ方向の第１面（図３０Ａの上側）から第２面（図３０Ａの下側）にかけてテーパを有する貫通孔を有する。均熱板２０５も熱伝導部材２０６の貫通孔が有するテーパと同じテーパを有する形状である。均熱板２０５は、所望の位置（具体的には、熱伝導部材２０６の高さ方向の中間部分）で熱伝導部材２０６に嵌るような大きさである。
【００８０】
図３０Ｂに示す例では、熱伝導部材２０６の貫通孔の形状は、均熱板２０５が嵌められる中間部分、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４の内いずれか１つが第１面（図３０Ｂの上側）の開孔から嵌められる第１部分、第２面（図３０Ｂの下側）の開孔から嵌められる第２部分に分離して説明する。熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分は、均熱板２０５の厚み分だけ第１面から第２面にかけてテーパを有する形状である。熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分は、第１面から中間部分にかけて同一の内径を有する形状である。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分と中間部分の接続箇所の形状は、同一である。熱伝導部材２０６の貫通孔における第２部分は、第２面から中間部分にかけてテーパを有する形状である。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における第２部分と中間部分の接続箇所の形状は、同一である。また、熱伝導部材２０６の第２面における貫通孔の開孔の大きさは、第１面における開孔の大きさと同じであってもよい。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分が有するテーパと同じテーパを有する形状である。さらに、均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分で熱伝導部材２０６に嵌るような大きさである。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズと同一またはそれ以上の厚みを有しても良い。
【００８１】
図３０Ｃに示す例では、熱伝導部材２０６の貫通孔の形状は、図３０Ｂに関して説明したように、中間部分、第１部分、第２部分に分離して説明する。熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分は、高さ方向の均熱板２０５の厚み分だけ第１面から第２面にかけてテーパを有する形状である。熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分は、第１面から中間部分にかけて同一の内径を有する形状である。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分と中間部分の接続箇所の形状は、同一である。熱伝導部材２０６の貫通孔における第２部分は、中間部分から第２面にかけて同一の内径を有する形状である。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における第２部分と中間部分の接続箇所の形状は、同一である。したがって、熱伝導部材２０６の第２面における貫通孔の開孔の大きさは、第１面における開孔の大きさよりも小さい。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分が有するテーパと同じテーパを有する形状である。さらに、均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分で熱伝導部材２０６に嵌るような大きさである。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズと同一またはそれ以上の厚みを有しても良い。
【００８２】
第１２の実施形態では、図３０Ａ、３０Ｂ及び３０Ｃを用いて説明したように、熱伝導部材２０６の貫通孔の形状は、少なくとも均熱板２０５が嵌る部分にテーパを有していればよい。したがって、第１２の実施形態によれば、熱伝導部材２０６に対する均熱板２０５の固定は容易となる。
【００８３】
次に、第１３の実施形態について説明する。第１３の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図３１は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第１３の実施形態では、熱伝導部材２０６の貫通孔の形状は、図３０Ｂに関して説明したように、中間部分、第１部分、第２部分に分離して説明する。熱伝導部材２０６は、均熱板２０５が嵌められる中間部分を除いて、高さ方向に亘って均一の内径の貫通孔を内部に有する。熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズは、均熱板２０５の厚み分のサイズと同じである。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズよりも均熱板２０５が厚くてもよい。熱伝導部材206は、貫通孔における中間部分（均熱板２０５と接する位置）に、内周面から突出する突起部２１２を有する。突起部２１２は、熱伝導部材２０６の内周面の周方向に亘って連続的に設けられていても、非連続的に設けられていてもよい。つまり、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分は、第１部分及び第２部分の内径よりも小さい内径を有する。
【００８４】
熱伝導部材２０６は、突起部２１２により、第１部分と中間部分の接続箇所に段差を有する。同様に、熱伝導部材２０６は、突起部２１２により、第２部分と中間部分の接続箇所に段差を有する。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分に固定される。第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、発電部材２０の組み立て時には、熱伝導部材２０６の貫通孔における段差で引っかかる。言い換えると、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、熱伝導部材２０６における適切な位置まで挿入された時点で、それ以上の挿入を阻害される。したがって、熱伝導部材２０６に対する第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれの位置決めは容易となる。
【００８５】
次に、第１４の実施形態について説明する。第１４の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図３２は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第１４の実施形態における熱伝導部材２０６及び均熱板２０５の構成は、図３１を用いて説明した第１３の実施形態と同様である。
【００８６】
第１４の実施形態では、リング部材２０９は、さらに均熱板２１３及び均熱板２１４を有する。均熱板２１３及び均熱板２１４は、熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分（または第２部分）の内径と同じ内径を有する形状である。均熱板２１３及び均熱板２１４は、均熱板２０５と同様の材料で構成される。均熱板２１３及び均熱板２１４は、均熱板２０５を高さ方向に両側から挟む。均熱板２１３は、突起部２１２（第１部分と中間部分の接続箇所の段差）及び均熱板２０５と接する。均熱板２１４は、突起部２１２（第２部分と中間部分の接続箇所の段差）及び均熱板２０５と接する。均熱板２０５、均熱板２１３、均熱板２１４は、溶接などにより、熱伝導部材２０６に対して位置決め及び固定をすることができる。なお、固定方法は限定されないが、例として、拡散接合や抵抗溶接などの溶接があげられる。固定は、少なくとも均熱板２１３、均熱板２１４それぞれと接する熱伝導部材２０６の全体に対してであっても、一部に対してであってもよい。第１４の実施形態によれば、熱伝導部材２０６に対する均熱板２０５の固定は容易となる。なお、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズよりも均熱板２０５が厚くてもよい。
【００８７】
次に、第１５の実施形態について説明する。第１５の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図３３は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第１５の実施形態では、熱伝導部材２０６の貫通孔の形状は、図３０Ｂに関して説明したように、中間部分、第１部分、第２部分に分離して説明する。熱伝導部材２０６は、均熱板２０５が嵌められる中間部分を除いて、高さ方向に亘って均一の内径の貫通孔を内部に有する。熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分の高さ方向のサイズは、均熱板２０５の厚み分のサイズ以上である。熱伝導部材２０６は、貫通孔における中間部分に、内周面から窪む溝部２１５を有する。溝部２１５は、熱伝導部材２０６の内周面の周方向に亘って連続的に設けられている。つまり、熱伝導部材２０６の貫通孔における中間部分は、第１部分及び第２部分の内径以上の内径を有する。均熱板２０５は、熱伝導部材２０６の貫通孔における第１部分（または第２部分）の内径よりも大きい内径であって、中間部分の内径よりも小さい内径を有する形状である。均熱板２０５は、発電部材２０の組み立て時には、溝部２１５に圧入される。したがって、熱伝導部材２０６に対する均熱板２０５の固定は容易となる。
【００８８】
次に、第１６の実施形態について説明する。第１６の実施形態は、リング部材２０９の構成に関する。図３４は、図２２に示すリング部材２０９のＧ−Ｇ断面の概観図であって、一例として第１の電極２０３をリング部材２０９に圧入した状態を示す図である。上記した各実施形態と同様の構成は、同一符号を付して説明を省略する。第１６の実施形態では、リング部材２０９は、熱伝導部材２０６及び均熱膜２１６を組み合わせたものを指す。均熱膜２１６は、均熱板２０５と同様の材料で構成される。均熱膜２１６は、弾性を有する金属箔である。均熱膜２１６の大きさは、熱伝導部材２０６における貫通孔の開孔の大きさよりも大きい。第１の電極２０３は、発電部材２０の組み立て時には、熱伝導部材２０６に対して圧入される側が均熱膜２１６で覆われた状態で、熱伝導部材２０６に対して均熱膜２１６と共に圧入される。均熱膜２１６は、熱伝導部材２０６に対する第１の電極２０３の圧入により、熱伝導部材２０６の貫通孔の所望の位置まで圧入される。さらに、均熱膜２１６は、第１の電極２０３と熱伝導部材２０６の内周面との間に挟まれているので、熱伝導部材２０６に対して固定が容易となる。
【００８９】
なお、熱伝導部材２０６の高さ方向の第１面側から均熱膜２１６が第１の電極２０３によって圧入された場合、熱伝導部材２０６の高さ方向の第２面側から第１の熱電材料２０１と共に別の均熱膜が圧入されなくてもよい。また、均熱膜２１６は、熱伝導部材２０６に対する第１の電極２０３の圧入が完了したときに熱伝導部材２０６から外部にはみ出る大きさであっても良い。つまり、均熱膜２１６は、第１の電極２０３が第１の熱電材料２０１と直接接しないように覆い、第１の電極２０３と熱伝導部材２０６の内周面との間に一部が挟まれるような大きさであればよい。なお、熱伝導部材２０６に対して均熱膜２１６と共に、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２、第２の電極２０４のいずれかを圧入する場合も同様である。
【００９０】
上記各実施形態によれば、均熱板２０５を熱伝導部材２０６に対して固定したリング部材２０９を用いることで、発電部材２０の組み立ては容易となり、筐体１０に対する発電部材２０及び熱伝導部材２０６の位置決め及び固定も容易となる。したがって、上記各実施形態によれば、熱電モジュール１及びこれを用いた発電装置２は、発電部材２０に対する熱パスの制御を容易にできる。その結果、熱電モジュール１及びこれを用いた発電装置２は、効率よく発電できる。
【００９１】
なお、上記各実施形態では、筐体１０と熱伝導部材２０６が別体として説明したが、筐体１０及び熱伝導部材２０６が同一材料である場合、筐体１０及び熱伝導部材２０６は、一体として作成されてもよい。この場合、均熱板２０５は、各実施形態のうちのいずれかの構成によって熱伝導部材２０６に固定される。したがって、筐体１０に対する発電部材２０の位置決め精度は向上する。
【００９２】
次に第１７の実施形態について説明する。筐体１０は、図1に示されるように、いずれの最外層も低温層１０１で構成される。筐体１０の最外層が低温層１０１で構成されていると、次のような効果を有する。例えば、高温層１０３内を６００度程度のガスが循環し、低温層１０１内を冷却水が循環する場合、発電装置２の使用時には、筐体１０の外周付近の温度は、１５０度程度と低い。これは一例であり、発電装置２は低温層１０１と高温層１０３に温度差が生じる環境下で使用されればよい。したがって、例えば、高温層１０３内を１５０度程度のガスが循環し、低温層１０１内を６０度程度の液体が循環する場合もありえ、筐体１０の外周付近の温度が１５０度程度となる場合に限られるものではない。第１の熱電材料２０１と第１の電極２０３、第２の熱電材料２０２と第２の電極２０４それぞれの間では、金属拡散、酸化による劣化の影響を抑えることができる。したがって、第１の電極２０３と第２の電極２０４の材料の選定自由度が上がる。図１６に示すように、筐体１０の最外層に封止部材４０１、封止部材４０２を設ける場合も、それらの形成は容易となる。同様に、端子４０１ａと第１の電極２０３、端子４０１ａと第２の電極２０４との間のはんだ付けも容易となる。
【００９３】
比較例として、筐体１０がいずれの最外層も高温層１０３で構成される場合について説明する。筐体１０の最外層が高温層１０３で構成されていると、次のような課題を有する。発電装置２の使用時には、第１の電極２０３及び第２の電極２０４は、高温層１０３によって高温になる。その結果、第１の電極２０３、第２の電極２０４それぞれは、第１の熱電材料２０１、第２の熱電材料２０２との間の金属拡散、酸化の影響を考慮した材料を選択する必要がある。図１６に示すように、筐体１０の最外層に封止部材４０１、封止部材４０２を設ける場合も、封止部材４０１、封止部材４０２は、耐久性を考慮した材料を選択する必要がある。同様に、端子４０１ａと第１の電極２０３、端子４０１ａと第２の電極２０４との間のはんだ付けも容易ではない。したがって、筐体１０の最外層が低温層１０１で構成されていることは効果的である。
【００９４】
なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の実施形態を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。
【符号の説明】
【００９５】
１…熱電モジュール、２…発電装置、１０…筐体、２０…発電部材、３０…整流板、１０１…低温層、１０２…断熱層、１０３…高温層、１０４…筒状部、２０１…第１の熱電材料、２０２…第２の熱電材料、２０３…第１の電極、２０４…第２の電極、２０５…均熱板、２０６…熱伝導部材、２０７…絶縁層、２０８…熱伝導部材、２０９・・リング部材・、２１０・・・薄膜、２１１・・・薄膜、２１２・・・突起部、２１３・・・均熱板、２１４・・・均熱板、２１５・・・溝部、２１６・・・均熱膜、３０１…封止部材、３０２…封止部材、４０１…封止部材、４０２…封止部材、４０３…封止部材、４０４…封止部材、４０５…封止部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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