(57)【要約】【課題】低コストで熱電変換装置を長期的、かつ、安定的に運用することが可能な技術の提供。【解決手段】非平面の接触面を有する構造体の当該接触面に取り付けられる第１熱交換部と、前記第１熱交換部に対して着脱可能な第２熱交換部と、前記第２熱交換部に取り付けられた熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールに取り付けられた第３熱交換部と、によって熱電変換装置を構成する。【選択図】図１
2014090061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平面の接触面を有する構造体の当該接触面に取り付けられる第１熱交換部と、
前記第１熱交換部に対して着脱可能な第２熱交換部と、
前記第２熱交換部に取り付けられた熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールに取り付けられた第３熱交換部と、
を備える熱電変換装置。
【請求項２】
前記第１熱交換部は、前記構造体としての管体に取り付けた状態において、前記管体の外周を被覆する被覆材の外周面よりも突出する大きさである、
請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記第３熱交換部は、前記熱電変換モジュールに対して着脱可能である熱交換部材と前記熱交換部材に取り付けられた複数のフィンを備える部材とを備える、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記第２熱交換部と前記第１熱交換部との着脱は、構成要素の追加を伴わずに実行可能である、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記第１熱交換部は、本体と当該本体に取り付けられた可撓性のある板状の部材を備え、
前記板状の部材は、前記本体から前記構造体の前記接触面に沿って延在する、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の構造体とその周囲とにおける温度差を利用して熱電変換を行う熱電変換装置が知られている。例えば、特許文献１においては、柔軟な熱界面材上に熱交換部や熱電変換モジュールを取り付け、当該熱界面材を管体に対して巻き付けることにより、管体と管体の周囲との温度差を利用した熱電変換を行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５３２５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術においては、交換部品の交換が困難であり、長期的に安定運用するために多くのコストが必要であった。すなわち、熱交換部として使用される複数のフィンを備える部材や熱電変換モジュールは時間の経過に伴って破損や性能の低下が発生し、交換が必要となることがある。従来の技術においては、特定の部品を交換する必要が生じた場合であっても熱電変換装置の全体を交換する必要があるため、交換のための労力および費用が多大なコストとなってしまう。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、低コストで熱電変換装置を長期的、かつ、安定的に運用することが可能な技術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】
【０００５】
前記目的を達成するため本発明においては、非平面の接触面を有する構造体の当該接触面に取り付けられる第１熱交換部と、前記第１熱交換部に対して着脱可能な第２熱交換部と、前記第２熱交換部に取り付けられた熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールに取り付けられた第３熱交換部とを備える熱電変換装置を構成する。すなわち、第２熱交換部は第１熱交換部に対して着脱可能であるため、第１熱交換部を構造体に取り付けた状態において、容易に、第２熱交換部を第１熱交換部に取り付け、また、第１熱交換部から第２熱交換部を取り外すことが可能である。
【０００６】
従って、第２熱交換部が第１熱交換部に取り付けられた、熱電変換装置を運用可能な状態と、第２熱交換部が第１熱交換部から取り外された、熱電変換装置のメンテナンスが可能な状態とを容易に実現することが可能である。このため、低コストで熱電変換装置を長期的、かつ、安定的に運用することが可能である。
【０００７】
ここで、第１熱交換部は、非平面の接触面を有する構造体の当該接触面に取り付けられる部材であり、当該第１熱交換部によって構造体と第２熱交換部との間の熱伝導が可能になるように構成されていれば良い。従って、第１熱交換部は、熱伝導率が比較的高い材料（例えば、同、アルミニウム等の金属等）で構成されていれば良い。構造体の接触面に接触させる第１熱交換部の面は、当該構造体の接触面と同形状（密着する形状）であっても、平面であっても良い。むろん、後者の場合、接触面と第１熱交換部との隙間に熱伝導率が高い材料（例えば、熱伝導率の高いシート"熱伝導シート"、シリコン樹脂等のグリスや接着剤等）が存在することが好ましい。
【０００８】
なお、第１熱交換部を構造体の接触面に取り付ける場合に、第１熱交換部と構造体とが着脱可能に取り付けられていても良いし、第１熱交換部と構造体とが取り付けられた後には、一方を破壊することなく取り外しができないように構成されていても良い。前者としては、ネジによる取り付け、弾性体（バネやゴム等）の弾力を作用させることによる取り付け、紐状の部材で縛り付けることによる取り付け、面ファスナー等を利用した取り付け、接着剤を利用した取り付け等が挙げられる。後者としては、溶接等を利用した取り付けや構造体の一部として第１熱交換部が形成されている構成等が挙げられる。
【０００９】
第２熱交換部は、第１熱交換部に対して着脱可能であることにより、第２熱交換部を第１熱交換部に取り付けた状態において第１熱交換部と第２熱交換部との間に熱伝導が可能になるように構成されていれば良い。従って、第２熱交換部は、熱伝導率が比較的高い材料（例えば、同、アルミニウム等の金属等）で構成されていれば良い。また、第１熱交換部に第２熱交換部を取り付ける際に両者が接する面は、同形状（密着する形状、例えば平面）であっても良いし、異なる形状であってもよい。むろん、後者の場合、両者が接する面の隙間に熱伝導率が高い材料（例えば、熱伝導率の高いシート"熱伝導シート"、シリコン樹脂等のグリスや接着剤等）が存在することが好ましい。
【００１０】
また、ここでは、第２熱交換部が第１熱交換部に対して着脱可能であることにより、熱電変換装置を第１熱交換部と当該第１熱交換部以外の部位（第２熱交換部と熱電変換モジュールと第３熱交換部）とに分離することができ、また、第１熱交換部と当該第１熱交換部以外の部位とを一体化することができればよい。従って、ネジによる取り付け、弾性体（バネやゴム等）の弾力を作用させることによる取り付け、紐状の部材で縛り付けることによる取り付け、面ファスナー等を利用した取り付け、接着剤を利用した取り付け等によって着脱可能に構成可能である。なお、着脱作業の容易性を確保するためには、可逆性のある方式で着脱することが好ましく、可逆性のある方式としては、構成要素の追加を伴わずに着脱を実行可能にする方式が挙げられる。構成要素としては、例えば、ネジや弾性体等が挙げられる。すなわち、ネジによる着脱では着脱に伴ってネジ等の構成要素を追加する必要はない。
【００１１】
熱電変換モジュールは、第２熱交換部および第３熱交換部に取り付けられ、第２熱交換部と第３熱交換部との温度差を利用して熱電変換を実行可能であればよい。従って、例えば、２枚の基板に複数個の熱電素子を配置してｎ型熱電素子とｐ型熱電素子が直列になるように配線することによって熱電変換モジュールを構成する例等が挙げられる。熱電変換モジュールを第２熱交換部に取り付ける場合に、熱電変換モジュールと第２熱交換部とが着脱可能に取り付けられていても良いし、熱電変換モジュールと第２熱交換部とが取り付けられた後には、一方を破壊することなく取り外しができないように構成されていても良い。前者としては、ネジによる取り付け、弾性体（バネやゴム等）の弾力を作用させることによる取り付け、紐状の部材で縛り付けることによる取り付け、面ファスナー等を利用した取り付け、接着剤を利用した取り付け等が挙げられる。後者としては、溶接等を利用した取り付けや熱電変換モジュールの一部として第２熱交換部が形成されている構成等が挙げられる。
【００１２】
第３熱交換部は、熱電変換モジュールに取り付けられることにより、第３熱交換部を熱電変換モジュールに取り付けた状態において熱電変換モジュールと第３熱交換部との間に熱伝導が可能になるように構成されていれば良い。従って、第３熱交換部は、熱伝導率が比較的高い材料（例えば、同、アルミニウム等の金属等）で構成されていれば良い。また、熱電変換モジュールに第３熱交換部を取り付ける際に両者が接する面は、同形状（密着する形状、例えば平面）であっても良いし、異なる形状であってもよい。むろん、後者の場合、両者が接する面の隙間に熱伝導率が高い材料（例えば、熱伝導率の高いシート"熱伝導シート"、シリコン樹脂等のグリスや接着剤等）が存在することが好ましい。
【００１３】
第３熱交換部を熱電変換モジュールに取り付ける場合に、第３熱交換部と熱電変換モジュールとが着脱可能に取り付けられていても良いし、第３熱交換部と熱電変換モジュールとが取り付けられた後には、一方を破壊することなく取り外しができないように構成されていても良い。前者としては、ネジによる取り付け、弾性体（バネやゴム等）の弾力を作用させることによる取り付け、接着剤を利用した取り付け等が挙げられる。後者としては、溶接等を利用した取り付けや熱電変換モジュールの一部として第３熱交換部が形成されている構成等が挙げられる。
【００１４】
なお、熱電変換装置が取り付けられる構造体としては種々の構造体が想定可能であり、非平面である接触面の形状も種々の形状が想定可能である。例えば、高温または低温の流体が流れる管体が当該構造体となった場合、管体の外周は非平面であり、当該非平面の外周面が第１熱交換部との接触面となる。また、複雑な外周形状を有する構造体や断面が波状、三角波状等の形状である構造体であって、非平面の部位に熱電変換装置が取り付けられる場合には、当該構造体が本発明の適用対象となり得る。
【００１５】
また、低温の流体が流れる管体が本発明の適応対象となる場合、管体の外周状の結露を防止するために被覆材によって管体を被覆する場合がある。この場合、第１熱交換部を管体に取り付けた状態において、被覆材の外周面よりも第１熱交換部が突出するように第１熱交換部の大きさを決定することが好ましい。すなわち、第１熱交換部を管体に取り付けた状態において、管体の径方向における第１熱交換部の長さが管体の径方向における被覆材の長さ（被覆材の厚さ）よりも長くなるように構成する。この構成によれば、第１熱交換部と第２熱交換部との接触面を被覆材の外部に露出させることができ、容易に第１熱交換部に対する第２熱交換部の着脱作業をすることができる。
【００１６】
さらに、第１熱交換部は、熱電変換装置を構造体に接触させるための接触部となるため、構造体と第１熱交換部との間の熱伝導効率を高めるような構成を備えていても良い。例えば、可撓性のある板状の部材であって構造体の接触面に沿って曲げられることによって接触面に接する板状熱交換部を、第１熱交換部が備えるように構成しても良い。すなわち、第１熱交換部が取り付けられる構造体上の接触面は非平面であるため、当該接触面に対して、例えば、平面状の部位を接触させても高い熱伝導率を確保することができない。また、非平面の形状に対して密着するバルク状の部位を第１熱交換部に形成すると第１熱交換部の汎用性が低下する。そこで、可撓性のある板状の部材によって板状熱交換部を構成して第１熱交換部の一部とすれば、非平面の接触面に合わせて板状熱交換部の形状を変化させて熱的接触面積を確保しながら構造体に取り付けることが可能な第１熱交換部を提供することができる。なお、板状熱交換部の厚さは、非平面の形状に合わせて板状熱交換部の形状を変化させることが可能な可撓性を確保するとともに、板状熱交換部を通じて伝達する熱量が有意な熱量となるように設計されていれば良い。
【００１７】
さらに、第３熱交換部は、構造体と温度差が生じる部分に触れている部位になり、一般的には気体等の流体に触れていることが多い。すなわち、熱電変換装置は、高温部あるいは低温部の少なくとも一方が気体等の流体に晒された状態で運用される場合が多い。そこで、このような場合に好適な構成例として、第３熱交換部の一部を複数のフィンを備える部材によって構成する例が挙げられる。すなわち、金属などの熱伝導率が比較的高い素材によって第３熱交換部を構成するとしても、当該第３熱交換部の周囲が気体等の流体に囲まれた状態である場合、第３熱交換部と周囲の気体等の流体との間での熱交換効率を高めることは一般に困難であるため、このような場合、一般には第３熱交換部の表面積を多くすることによって熱交換効率を高める複数のフィンを備える部材が採用される。
【００１８】
そして、第３熱交換部の一部として複数のフィンを備える部材を構成する場合において、当該複数のフィンを備える部材を熱交換部材に取り付ける構成とし、熱電変換モジュールに対して熱電交換部材を着脱可能であるように構成する。すなわち、複数のフィンを備える部材と熱電変換モジュールの耐用年数や破損原因は異なるため、熱交換部材と熱電変換モジュールとを着脱可能とすることにより、熱電変換モジュールと第３熱交換部（複数のフィンを備える部材と熱交換部材）とを分離できるように構成する。この構成により、熱電変換装置の運用過程において、第３熱交換部（複数のフィンを備える部材）と熱電変換モジュールとのいずれか一方を交換して再運用を行うことが可能になり、交換の際の費用を抑制することができる。なお、ここでも、熱電変換モジュールに対して熱交換部材を着脱可能にするための構成は種々の構成が採用可能であり、ネジによる取り付け、弾性体（バネやゴム等）の弾力を作用させることによる取り付け、接着剤を利用した取り付け等によって構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（１Ａ）は管体に取り付けられた熱電変換装置を管体の軸に垂直な方向から見た図、（１Ｂ）は管体に取り付けられた熱電変換装置を管体の軸に平行な方向から見た図である。
【図２】（２Ａ）は熱電変換装置の各部を示す図、（２Ｂ）は複数のフィンを備える部材と熱交換部材とを分離した状態で示す図、（２Ｃ）は第１熱交換部の例を示す図である。
【図３】（３Ａ）〜（３Ｆ）は、板状熱交換部が接着によって第１熱交換部に取り付けられる場合の例を示す図である。
【図４】（４Ａ）〜（４Ｄ）は、第１熱交換部に対して第２熱交換部を着脱可能にするための構成が異なる種々の例を示す図である。
【図５】（５Ａ）〜（５Ｄ）は、弾性体の弾性力を利用して第１熱交換部に対して第２熱交換部を固定する構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）熱電変換装置：
（１−１）第１熱交換部：
（１−２）第２熱交換部：
（１−３）熱電変換モジュール：
（１−４）第３熱交換部：
（２）他の実施形態：
【００２１】
（１）熱電変換装置：
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱電変換装置を示す図であり、図１Ａは管体１に取り付けられた熱電変換装置を管体１の軸Ａｘに垂直な方向から見た図、図１Ｂは管体１に取り付けられた熱電変換装置を管体１の軸Ａｘに平行な方向から見た図である。なお、本実施形態において、金属製の管体１には周囲の気体よりも低温の流体が流れる。そこで、管体１の外周が結露することを防止するために、当該管体１の外周はグラスウールによって構成される被覆材２によって被覆されている。図１Ｂにおいては、図１Ａに示すＡ−Ａ直線において管体１および被覆材２を切断した状態を示している。なお、本実施形態においては、図１Ａに示すように管体１に熱電変換装置が２台取り付けられている。
【００２２】
本実施形態にかかる熱電変換装置は、第１熱交換部１０と、第２熱交換部２０と、熱電変換モジュール４０と、第３熱交換部３０とを備えている。第１熱交換部１０は、管体１の外周上の任意の位置を接触面とし、当該接触面に対して取り付けることが可能である。第２熱交換部２０は、第１熱交換部に対して着脱可能であり、図１Ａ，１Ｂにおいては、第２熱交換部２０を第１熱交換部１０に取り付けた状態を示している。熱電変換モジュール４０は、熱伝導率が高い接着剤によって第２熱交換部２０に取り付けられる。第３熱交換部３０は、熱伝導率が高い接着剤によって熱電変換モジュール４０に対して取り付けられる。
【００２３】
（１−１）第１熱交換部：
図２Ａにおいては、熱電変換装置の各部を抜き出し、第１熱交換部１０と第２熱交換部２０とが分離された状態で各部を示している。第１熱交換部１０は、直方体状の本体１１とフランジ状のフランジ部１２とが接合した形状の金属部材（例えば、銅やアルミニウム等）である。本実施形態においては、直方体状の本体１１における対向する一対の平面の一方の面に管体１が取り付けられ、他方の面に第２熱交換部２０が着脱可能である。ここでは、管体１が取り付けられる平面を管体接触面１１ａと呼び、第２熱交換部２０が取り付けられる平面を取付平面１１ｂと呼ぶ。
【００２４】
また、本体１１においては、管体接触面１１ａに対して平行な貫通穴１３が形成されている。当該貫通穴１３は、第１熱交換部１０を管体１に接触させた状態で保持するためのバンド３を通すための穴である。すなわち、図１Ａ，１Ｂに示すように、バンド３を貫通穴１３に通すとともにバンド３が管体１の外周を少なくとも１周するように構成することによってバンド３が第１熱交換部１０に対して管体１に近づくような力が作用した状態とする。この結果、第１熱交換部１０は、管体１の接触面に接触した状態で保持される。なお、バンド３は、第１熱交換部１０が管体１に接触した状態で保持されるように構成することができれば良く、弾性のある樹脂やバネ等によって形成可能である。
【００２５】
本実施形態においては、管体１内を通る流体が低温であり、第３熱交換部３０の周囲の気体が高温であることを利用して熱電変換を行うことを想定しており、熱電変換効率を高めるためには第１熱交換部１０から管体１に効率的に熱が伝達されることが好ましい。そこで、本実施形態においては、管体１と第１熱交換部１０との間に熱電導シートを配設し、又は、熱伝導率が高いグリス４（例えばシリコン樹脂）が塗布される。従って、平面である管体接触面１１ａを曲面である管体１の接触面に対して接触させて保持させても、高効率で第１熱交換部１０から管体１へ熱を伝導させることができる。また、管体接触面１１ａの形状を管体１の外周の形状に合わせて加工する必要がないため、任意の径の管体１に対して第１熱交換部１０を取り付けることが可能である。
【００２６】
フランジ部１２は、第２熱交換部２０の取付平面１１ｂの延長上に一面を有するように形成されており、図２Ａに示すように、取付平面１１ｂに対して垂直な方向にネジ穴１２ａが形成されている。当該ネジ穴１２ａは、第１熱交換部１０に対して第２熱交換部２０を取り付ける際に利用されるネジ５が挿入される穴である。そこで、本実施形態においては、当該フランジ部１２が常に被覆材２の外側に露出しているように構成されている。具体的には、図１Ａに示すように、第１熱交換部１０が管体１に取り付けられた状態において、第１熱交換部１０の本体１１の管体１の径方向における長さＬ1が、被覆材２の管体１の径方向における長さＬ2よりも長くなるように構成され、取付平面１１ｂが被覆材２の外側に常に露出した状態となっている。
【００２７】
従って、被覆材２を取り外すことなく第２熱交換部２０を第１熱交換部１０に接触させ、取り付けることが可能である。なお、本実施形態においては、長さＬ1−フランジ部１２の厚さＬfが長さＬ2よりもわずかに長くなるように構成されており、フランジ部１２も被覆材２の外側に露出するように構成されているが、フランジ部１２が被覆材２の外部に完全に露出していなくてもネジによる取付は可能であるため、フランジ部１２が被覆材２の外周の内側に埋め込まれている構成であってもよい。
【００２８】
（１−２）第２熱交換部：
次に、第２熱交換部２０について説明する。図１Ａ，１Ｂ、図２Ａに示すように、第２熱交換部２０は、直方体状の本体２１と当該本体２１より小さい直方体状のネジ取付部２２とが接合した形状の金属部材（例えば、銅やアルミニウム等）である。本実施形態においては、直方体状の本体２１における対向する一対の平面の一方に第１熱交換部１０がネジによって取り付けられ、他方に熱電変換モジュール４０が熱伝導率の高い接着剤によって取り付けられる。ここでは、第１熱交換部１０が取り付けられる平面を第１熱交換部１０の取付平面２１ａ、熱電変換モジュール４０が取り付けられる平面を熱電変換モジュール４０の取付平面２１ｂと呼ぶ。
【００２９】
ネジ取付部２２は、取付平面２１ａ，２１ｂの各面の延長上に存在する面を有するように形成されており、図２Ａに示すように、取付平面２１ａ，２１ｂに対して垂直な方向にネジ穴２２ａが形成されている。当該ネジ穴２２ａは、第１熱交換部１０に対して第２熱交換部２０を取り付ける際に利用されるネジ５が挿入される穴である。すなわち、ネジ穴２２ａは、第１熱交換部１０のフランジ部１２に形成されたネジ穴１２ａに対応する位置に形成されており、取付平面２１ａと取付平面１１ｂとを向かい合わせて接触させた状態でネジ５をネジ穴２２ａに挿入すると、ネジ穴２２ａを貫通したネジ５がネジ穴１２ａに到達する。従って、ネジ５によって第２熱交換部２０を第１熱交換部１０に対して取り付けることができる。また、ネジ５を取り外すことによって、図２Ａに示すように、第２熱交換部２０と第１熱交換部１０とを分離させることができる。
【００３０】
（１−３）熱電変換モジュール：
次に、熱電変換モジュール４０について説明する。熱電変換モジュール４０は、図示しない２枚の基板と複数個の熱電素子とを備えている。当該複数個の熱電素子は、同数個のｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とによって構成されている。また、複数個の熱電素子は、２枚の基板の間に配置され、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とが直列に接続されるように基板上の配線が形成されている。この結果、一方の基板を高温部、他方の基板を低温部とした熱電変換を行うことができるように構成されている。本実施形態においては、管体１に接触される第１熱交換部１０が低温部、複数のフィンを備える部材（後述）を備える第３熱交換部３０が高温部であり、熱電変換モジュール４０は温度差を利用した発電を行うように構成されている。なお、熱電変換モジュール４０の外部に延びる配線は図示していない。
【００３１】
（１−４）第３熱交換部：
次に、第３熱交換部３０について説明する。図１Ａ，１Ｂに示すように、第３熱交換部３０は、熱交換部材３１と複数のフィンを備える部材３２とを備えている。熱交換部材３１は、直方体状の金属部材（例えば、銅やアルミニウム等）であり、複数のフィンを備える部材３２は、直方体状の部位に複数個のフィンが接合された形状であり、金属（例えば、銅やアルミニウム等）によって形成されている。本実施形態においては、直方体状の熱交換部材３１における対向する一対の平面の一方に熱電変換モジュール４０が熱伝導率の高い接着剤によって取り付けられ、他方に複数のフィンを備える部材３２が着脱可能に構成されている。
【００３２】
なお、図２Ａは複数のフィンを備える部材３２を熱交換部材３１に対して取り付けた状態、図２Ｂは複数のフィンを備える部材３２と熱交換部材３１とを分離した状態を示している。また、ここでは、図２Ｂに示すように、熱交換部材３１に熱電変換モジュール４０が取り付けられる平面を熱電変換モジュール４０の取付平面３１ａ、複数のフィンを備える部材３２がり付けられる平面を複数のフィンを備える部材３２の取付平面３１ｂと呼ぶ。なお、複数のフィンを備える部材３２の直方体状の部位は熱交換部材３１と略同形状であり、取付平面３１ｂに接触される平面を取付平面３２ａと呼ぶ。
【００３３】
本実施形態においては、ネジ６によって複数のフィンを備える部材３２を熱交換部材３１に対して取り付けられるように構成している。すなわち、複数のフィンを備える部材３２の直方体状の部位には、ネジ穴３２ｂが形成されており、熱交換部材３１においてネジ穴３２ｂに対応する位置にはネジ穴３１ｃが形成されている。従って、取付平面３１ｂと取付平面３２ａとを向かい合わせて接触させた状態でネジ６をネジ穴３２ｂに挿入すると、ネジ穴３２ｂを貫通したネジ６がネジ穴３１ｃに到達する。従って、ネジ６によって、図２Ａに示すように、複数のフィンを備える部材３２を熱交換部材３１に対して取り付けることができる。また、ネジ６を取り外すことによって、図２Ｂに示すように、複数のフィンを備える部材３２と熱交換部材３１とを分離させることができる。
【００３４】
以上の構成によれば、第１熱交換部１０と第２熱交換部２０と熱電変換モジュール４０と第３熱交換部３０とから構成される熱電変換装置を、図１Ａ，１Ｂに示すように管体１に取り付け、管体１と周囲の気体との温度差を利用した熱電変換（本例では発電）を行うことができる。このような熱電変換装置の運用過程においては、熱電素子の破損等によって熱電変換モジュール４０を交換する必要が生じる場合がある。また、複数のフィンを備える部材３２は外気に露出した状態であるため、劣化や他部材の接触による破損等によって交換する必要が生じる場合がある。
【００３５】
本実施形態においては、上述のように、第２熱交換部２０が第１熱交換部１０に対して着脱可能であるため、熱電変換モジュール４０を交換する必要が生じた場合、第２熱交換部２０を第１熱交換部１０から取り外して熱電変換モジュール４０を交換することができる。なお、本実施形態においては、複数のフィンを備える部材３２が熱交換部材３１に対して着脱可能であるため、熱交換部材３１と熱電変換モジュール４０と第２熱交換部２０とを交換し、複数のフィンを備える部材３２を利用し続けることで交換のための費用を抑制することができる。また、複数のフィンを備える部材３２を交換する必要が生じた場合、複数のフィンを備える部材３２を熱交換部材３１から取り外して交換し、熱交換部材３１と熱電変換モジュール４０と第２熱交換部２０とを利用し続けることで交換のための費用を抑制することができる。
【００３６】
むろん、熱電変換モジュール４０を交換する場合、第２熱交換部２０や熱交換部材３１を再利用しても良い。この場合、第２熱交換部２０および熱交換部材３１に接着された熱電変換モジュール４０を取り外し、接着剤を除去した後に新たな熱電変換モジュール４０を第２熱交換部２０および熱交換部材３１に接着することになる。なお、仮に第１熱交換部１０を取り外して再度取り付ける場合、第１熱交換部１０を取り外した後にグリス４を除去し、再度塗布した後に第１熱交換部１０を取り付けることになる。そして、被覆材２によって被覆された管体１上でグリス４の除去や塗布を行うためには被覆材２も取り外す必要があり、作業負担は大きくなる。しかし、本実施形態においては、第１熱交換部１０と第２熱交換部２０とを分離することが可能であり、また、第１熱交換部１０は金属塊であって故障がほとんど発生しないため、グリス４を塗布して第１熱交換部１０を管体１に取り付けるとともに被覆材２で管体１を被覆した後には、第１熱交換部１０を取り外す必要がほとんど生じない。従って、熱電変換装置が故障した際における故障部品の交換作業を容易に実行することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態において熱電変換モジュール４０は、熱交換部材３１と第２熱交換部２０とに挟まれる。従って、第１熱交換部１０と第１熱交換部１０以外の部位（第２熱交換部２０と熱電変換モジュール４０と第３熱交換部３０）とを分離する作業の過程で、第２熱交換部２０に各種の力が作用し得るが、熱電変換モジュール４０に対して直接的に力が作用することはない。また、複数のフィンを備える部材３２と熱交換部材３１とを分離する作業を行う場合も同様に、分離する作業の過程で力が熱交換部材３１に作用し得るが、その力が熱電変換モジュール４０に対して直接的に作用することはない。従って、一般的に脆い素材によって構成される熱電素子を多数含む熱電変換モジュール４０を破壊することなく容易に第２熱交換部２０や複数のフィンを備える部材３２の取り外し作業を行うことが可能である。
【００３８】
（２）他の実施形態：
本発明においては、第２熱交換部２０が第１熱交換部１０に対して着脱可能であれば良く、他にも種々の構成を採用可能である。例えば、第３熱交換部３０において、複数のフィンを備える部材３２と熱交換部材３１とが一体的に構成されていても良い。
【００３９】
また、第１熱交換部１０が、管体１との熱伝導効率が高くなるような形状を備えるように構成しても良い。図２Ｃは、管体１との接触面積を大きくするための部位を備えた第１熱交換部１００を示す図である。同図２Ｃは、管体１に第１熱交換部１００を取り付けて管体１の軸方向（図１Ｂと同方向）から見た図であり、同図２Ｃに示すように、第１熱交換部１００は第１熱交換部１０と同様の本体１１とフランジ部１２とを備えているが、本体１１にはさらに板状熱交換部１０１が備えられている。
【００４０】
板状熱交換部１０１は、板状の部材を本体１１に接合した形状として形成され、本体１１の管体接触面１１ａを構成する平面を延長した面を有している。板状熱交換部１０１は、本体１１と同一の材料で形成され、薄板状であることにより可撓性を有している。従って、第１熱交換部１００の管体接触面１１ａを管体１に接触させた状態で板状熱交換部１０１を破線の矢印方向に曲げることにより、管体１の外周に沿って板状熱交換部１０１を曲げることができる。そこで、板状熱交換部１０１を管体１の外周に接触させた状態で第１熱交換部１００をバンド３等によって管体１に固定し、管体１を被覆材２で被覆すれば、第１熱交換部１００と管体１との間でより多くの熱を伝達することができる。むろん、板状熱交換部１０１と管体１との間にグリス等を塗布しても良い。また、板状熱交換部１０１は、図２Ｃに示すように第１熱交換部１００と一体的に構成されていてもよいし、ネジや接着等によって板状の部材が本体１１に取り付けられることによって構成されても良い。
【００４１】
図３Ａ〜３Ｆは、板状熱交換部が接着によって第１熱交換部に取り付けられる場合の例を示している。図３Ａ，３Ｃ，３Ｅは熱電変換装置を管体１に取り付けた状態において管体１の軸に垂直な方向から眺めた状態、図３Ｂ，３Ｄは図３Ａ，３Ｃで使用される板状熱交換部の形状、図３Ｆは図３Ｅで使用される板状熱交換部を管体１に取り付けるための部材の形状を示す図である。これらの例において第１熱交換部、第２熱交換部、熱電変換モジュール、第３熱交換部は、図１Ａ，１Ｂに示す熱電変換装置の各要素とほぼ同様であり、同一の構成については同一の符号を示している。第１熱交換部１１０の形状は、図１Ａ，１Ｂに示す第１熱交換部１０とほぼ同様であるが大きさが異なっている。図３Ａ〜３Ｆに示す例において、管体１の径方向の長さは第１熱交換部１１０の方が第１熱交換部１０よりも短くなっている。すなわち、図３Ａ〜３Ｆに示す例は、被覆材２を使用しない例について示しており、被覆材２を使用しないことに応じて第１熱交換部１１０の径方向の長さを短く構成している。
【００４２】
図３Ａ，３Ｂに示す板状熱交換部１１１は矩形板状の金属によって構成されている。この例において、第１熱交換部１１０は、板状熱交換部１１１の中央に接着剤によって接着される。また、板状熱交換部１１１において第１熱交換部１１０が接着されていない面を管体１に接触させ、板状熱交換部１１１を管体１の外周に沿って曲げた状態でバンド３１０によって板状熱交換部１１１が管体１に対して取り付けられる。むろん、管体１と板状熱交換部１１１との間に熱伝導率が高いグリスを塗布しても良い。図３Ａ，３Ｂに示す例においては、さらに、第１熱交換部１１０がバンド３によって管体１に取り付けられる。この構成によれば、第１熱交換部１１０と管体１との間に大きい熱的な接触面積を確保しながら熱電変換装置を管体１に取り付けることができる。
【００４３】
図３Ｃ，３Ｄに示す板状熱交換部１１２は矩形板状の金属の一部を切断して形成される形状である。すなわち、図３Ｂに示す矩形から破線の矩形を切断したような形状となるように金属によって板状熱交換部１１２を構成する。すなわち、本体１１２ａと腕部１１２ｂとによって構成される略Ｈ型の形状となるように板状熱交換部１１２を構成する。この例においても、第１熱交換部１１０は、板状熱交換部１１２の本体１１２ａに接着剤によって接着される。また、板状熱交換部１１２において第１熱交換部１１０が接着されていない面を管体１に接触させ、腕部１１２ｂを管体１の外周に沿って曲げた状態でバンド３１０によって板状熱交換部１１２が管体１に対して取り付けられる。むろん、管体１と板状熱交換部１１２との間に熱伝導性のグリスを塗布しても良い。図３Ｃ，３Ｄに示す例においては、さらに、第１熱交換部１１０がバンド３によって管体１に取り付けられる。この構成によれば、板状熱交換部１１２の剛性が高く曲げるのが困難な場合であってもバンド３１０によって腕部１１２ｂを管体１に密着させることができ、板状熱交換部１１２と管体１とを確実に密着させることができる。
【００４４】
図３Ｅにおいては、図３Ｂと同様の板状熱交換部１１１を利用して第１熱交換部１１０と管体１との熱的接触を確保するが、板状熱交換部１１１を管体１に固定する手法が図３Ｂと異なっている。すなわち、図３Ｅに示す例においては、図３Ｆに示すシート部材３１３を使用して板状熱交換部１１１を管体１に取り付ける。シート部材３１３は柔軟性のある素材で構成された矩形のシート状の部材であり、中央に穴３１３ａが形成され、短辺に平行に延びる矩形状の面ファスナー３１３ｂ、３１３ｃのそれぞれが表裏のそれぞれに取り付けられている。
【００４５】
穴３１３ａは、第１熱交換部１１０の外周よりもわずかに大きい穴であり、当該穴３１３ａに第１熱交換部１１０を通すことができる。面ファスナー３１３ｂ，３１３ｃは重ねることによって両者を貼り付け、また、分離することが可能である。本例においては、第１熱交換部１１０に接着剤を塗布しておき、板状熱交換部１１１とシート部材３１３とを互いの長辺を平行に配向させて重ねた状態で、穴３１３ａ側から板状熱交換部１１１の中央に第１熱交換部１１０を接着する。また、板状熱交換部１１１において第１熱交換部１１０が接着されていない面を管体１に接触させ、板状熱交換部１１１およびシート部材３１３を管体１の外周に沿って曲げた状態でシート部材３１３の面ファスナー３１３ｂ、３１３ｃを貼り付ける。この結果、板状熱交換部１１１が管体１に対して取り付けられる。むろん、管体１と板状熱交換部１１１との間に熱伝導性のグリスを塗布しても良い。図３Ｅに示す例においては、さらに、第１熱交換部１１０がバンド３によって管体１に取り付けられる。この構成によれば、板状熱交換部１１１を管体１に対して容易に取り付けることができる。
【００４６】
さらに、第１熱交換部１０に対して第２熱交換部２０を着脱可能にするための構成としては、上述の構成以外にも種々の構成を採用可能である。図４Ａ〜４Ｄは、第１熱交換部に対して第２熱交換部を着脱可能にするための構成が異なる種々の例を示す図であり、図１Ｂと同様の方向から熱電変換装置を眺めた状態において、第１熱交換部と第２熱交換部とを分離した状態を示している。
【００４７】
図４Ａに示す第１熱交換部１２０は、直方体状の外形を有する金属部材であり、一面（第２熱交換部の取付面）に円柱状の穴１２０ａが形成されている。第２熱交換部２２０は、円柱状の金属部材であるとともに、円形の面の一方に熱電変換モジュール４２０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４２０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３２０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４２０を囲むように樹脂製のカバー３２１が取り付けられており、熱電変換モジュール４２０が湿度や破損から保護されている。本例において、第２熱交換部２２０が形成する円柱の外周径は、第１熱交換部１２０に形成された円柱の内周径よりもわずかに小さくなっており、第２熱交換部２２０を穴１２０ａに挿入することができる。
【００４８】
以上の構成によれば、穴１２０ａを利用して第２熱交換部２２０を第１熱交換部１２０に対して着脱することが可能である。また、第２熱交換部２２０および穴１２０ａの形状は円柱状であるため、円柱の軸を回転軸として第２熱交換部２２０を回転させることが可能である。このため、当該回転を利用して第３熱交換部３２０の向きを所望の向きに調整することが可能である。むろん、本例において、第２熱交換部２２０と穴１２０ａとの間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良い。また、第２熱交換部２２０の外周と穴１２０ａの内周にネジ溝を形成し、第２熱交換部２２０を回転させることによって穴１２０ａに着脱するように構成しても良い。また、第２熱交換部２２０および穴１２０ａの形状は円柱状に限定されず、多角柱状であってもよい。この構成によれば、第３熱交換部３２０を特定の向きに配向させることが容易になる。
【００４９】
図４Ｂに示す第１熱交換部１３０は、直方体状の外形を有する金属部材であり、一面（第２熱交換部の取付面）に深さおよび幅が一定の溝１３０ａが形成されている。第２熱交換部２３０は、直方体状の金属部材であるとともに、直方体の一面に熱電変換モジュール４３０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４３０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３３０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４３０を囲むように樹脂製のカバー３３１が取り付けられており、熱電変換モジュール４３０が湿度や破損から保護されている。本例において、第２熱交換部２３０が形成する直方体の幅Ｗ2は、第１熱交換部１３０に形成された溝１３０ａの幅Ｗ1よりもわずかに小さくなっており、第２熱交換部２３０を溝１３０ａに挿入することができる。
【００５０】
以上の構成によれば、溝１３０ａを利用して第２熱交換部２３０を第１熱交換部１３０に対して着脱することが可能である。また、第２熱交換部２３０の形状は直方体状であり、溝１３０ａの深さおよび幅は一定であるため、第２熱交換部２３０を溝１３０ａ内でスライドさせることが可能である。このため、第２熱交換部２３０の可動範囲内で当該第２熱交換部２３０の位置を所望の位置に設定することが可能である。むろん、本例において、第２熱交換部２３０と溝１３０ａとの間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良い。また、第２熱交換部２３０の形状と溝１３０ａの形状は、第２熱交換部２３０を溝１３０ａに嵌めることが可能な形状であればよく、種々の形状を採用可能である。
【００５１】
図４Ｃに示す第１熱交換部１４０は、直方体状の部位１４０ａと、当該部位１４０ａより小さい直方体状の部位１４０ｂとを接合したような外形を有する金属部材であり、部位１４０ｂの一面にはネジ穴１４０ｃが形成されている。第２熱交換部２４０は、直方体状の金属部材であるとともに、直方体の一面に熱電変換モジュール４４０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４４０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３４０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４４０を囲むように樹脂製のカバー３４１が取り付けられており、熱電変換モジュール４４０が湿度や破損から保護されている。
【００５２】
本例においては、第２熱交換部２４０のネジ穴１４０ｃに対応する位置にネジ穴２４０ａが形成されている。従って、ネジ穴２４０ａとネジ穴１４０ｃとにネジを挿入して締め付けることによって第２熱交換部２４０を第１熱交換部１４０に対して着脱することが可能である。この構成によれば、容易に第２熱交換部２４０を第１熱交換部１４０に対して着脱することができる。むろん、本例において、第２熱交換部２４０と第１熱交換部１４０の間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良く、本例においては、第２熱交換部２４０と第１熱交換部１４０とを分離した際に、当該グリス等を容易に掃除することが可能である。
【００５３】
図４Ｄに示す第１熱交換部１５０は、直方体状の外形を有する金属部材であるとともに、一面に当該面に垂直な非貫通穴１５０ａが複数個形成されている。第２熱交換部２５０は、直方体状の部位２５０ａと複数の突起２５０ｂとを含む金属部材であり、突起２５０ｂは部位２５０ａの一面に対して当該面に垂直な方向に延びるように形成されている。また、部位２５０ａの突起２５０ｂが形成された面に対向する面には熱電変換モジュール４５０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４５０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３５０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４５０を囲むように樹脂製のカバー３５１が取り付けられており、熱電変換モジュール４５０が湿度や破損から保護されている。
【００５４】
本例において、突起２５０ｂが延びる方向に垂直な方向の断面は非貫通穴１５０ａが延びる方向に垂直な方向の断面よりもわずかに小さく、突起２５０ｂを非貫通穴１５０ａに対して嵌合することができる。従って、突起２５０ｂを非貫通穴１５０ａに対して差し込み、また、引き抜くことで第２熱交換部２５０を第１熱交換部１５０に対して着脱することが可能である。この構成によれば、容易に第２熱交換部２５０を第１熱交換部１５０に対して着脱することができ、第２熱交換部２５０と第１熱交換部１５０との接触面積が大きいため、効率的に熱伝導を行わせることができる。むろん、本例において、第２熱交換部２５０と第１熱交換部１５０の間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良い。図４Ａ，４Ｂ，４Ｄ等のように第２熱交換部の着脱が、第１熱交換部の上方からの作業（管体の逆側からの作業）のみで可能な場合、第１熱交換部は必ずしも被覆材の外周面より突出していなくても良い。この場合、少なくとも複数のフィンを備える部材のフィンの一部が被覆材の外周面から突出するように構成すれば良い。この構成によれば、被覆材からの突出物を最小限にすることができるため、複数のフィンを備える部材を含む熱電変換装置を接触によって破壊する可能性を低減することができる。
【００５５】
図５Ａ〜５Ｄは、弾性体（図においてはコイルバネ）の弾性力を利用して第１熱交換部に対して第２熱交換部を固定する構成例を示している。図５Ａ，５Ｂ，５Ｄは、図１Ｂと同様の方向から熱電変換装置を眺めた状態において、第１熱交換部と第２熱交換部とを分離した状態を示している。図５Ｃは第３熱交換部側から図５Ｂに示す熱電変換装置を眺めた図であり、図５Ｂを正面図とした場合の平面図に相当する。
【００５６】
図５Ａに示す第１熱交換部１６０は、直方体状の外形を有する金属部材であり、対向する２面を貫通する穴１６０ａが形成されている。第２熱交換部２６０は、直方体状の外形を有する金属部材であるとともに、一面に熱電変換モジュール４６０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４６０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３６０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４６０を囲むように樹脂製のカバー３６１が取り付けられており、熱電変換モジュール４６０が湿度や破損から保護されている。
【００５７】
本例において、第１熱交換部１６０に形成された穴１６０ａには、棒状部材１６０ｂを挿入して固定することができる。棒状部材１６０ｂの一端にはバネ１６０ｄの一端が取り付けられており、バネ１６０ｄの他端には棒状部材１６０ｃが取り付けられている。本例において、棒状部材１６０ｂおよびバネ１６０ｄは２個用意され、各バネ１６０ｄの一端と各棒状部材１６０ｂの一端とが取り付けられる。また、各バネ１６０ｄの他端が棒状部材１６０ｃの一方端および他方端に取り付けられる。
【００５８】
従って、各棒状部材１６０ｂを穴１６０ａに挿入すると、棒状部材１６０ｂと棒状部材１６０ｃとの間にバネ１６０ｄが存在するようになり、図５Ａに示すように、棒状部材１６０ｂと棒状部材１６０ｃとの間に第２熱交換部２６０、第３熱交換部３６０、熱電変換モジュール４６０が一体化されたユニットを挟むことにより、第２熱交換部２６０を第１熱交換部１６０に対して容易に取り付けることができる。むろん、本例において、第２熱交換部２６０と第１熱交換部１６０との間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良い。また、穴１６０ａをネジ穴とし、棒状部材１６０ｂをボルトとしても良いし、棒状部材１６０ｃが第３熱交換部３６０に取り付けられるように構成されていても良い。
【００５９】
さらに、図５Ａに示す例において、複数のフィンを備える部材のフィンの間にバネを固定できるように構成することで、棒状部材１６０ｃを省略する構成としても良い。図５Ｂは棒状部材１６０ｃを省略するように構成した例を示しており、図５Ａと同様の構成については同じ符号で示している。同図５Ｂに示す例においては、第３熱交換部３６０ａを構成する複数のフィンを備える部材のフィンは薄い板状の部材であり、図５Ｃに示すように、複数枚のフィン３６０ｂが所定間隔で並べられている。本例にかかるバネ１６０ｅはコイルバネであるとともに、その直径がフィン３６０ｂの間隔よりもわずかに狭くなっており、フィン３６０ｂの間にバネ１６０ｅを挟むことが可能である。従って、各棒状部材１６０ｂを穴１６０ａに挿入し、バネ１６０ｅをフィン３６０ｂの間にはめ込み、棒状部材１６０ｂとバネ１６０ｅとの間に第２熱交換部２６０、第３熱交換部３６０ａ、熱電変換モジュール４６０が一体化されたユニットを挟むことにより、第２熱交換部２６０を第１熱交換部１６０に対して容易に取り付けることができる。
【００６０】
さらに、棒状部材を第１熱交換部と第２熱交換部に取り付けられるように構成しても良い。図５Ｄに示す第１熱交換部１７０は、直方体状の外形を有する金属部材であり、対向する２面を貫通する穴１７０ａが形成されている。第２熱交換部２７０は、直方体状の外形を有する金属部材であるとともに、対向する２面を貫通する穴２７０ａが形成されている。また、第２熱交換部２７０の一面には熱電変換モジュール４７０の一方の面が接着されている。熱電変換モジュール４７０の他方の面には複数のフィンを備える部材からなる第３熱交換部３７０が接着されている。なお、本実施形態においては、熱電変換モジュール４７０を囲むように樹脂製のカバー３７１が取り付けられており、熱電変換モジュール４７０が湿度や破損から保護されている。
【００６１】
本例において、第１熱交換部１７０に形成された穴１７０ａには、棒状部材１７０ｂを挿入して固定することができ、第２熱交換部２７０に形成された穴２７０ａには、棒状部材２７０ｂを挿入して固定することができる。棒状部材１７０ｂおよび棒状部材２７０ｂの一端にはバネ１７０ｃの一端が取り付けられ、棒状部材１７０ｂ，２７０ｂ、バネ１７０ｃの組み合わせが予め２組構成される。従って、穴１７０ａおよび穴２７０ａのそれぞれの開口端に棒状部材１７０ｂおよび棒状部材２７０ｂを挿入すると、バネ１７０ｃの弾性力によって第１熱交換部１７０と第２熱交換部２７０とが引き合うようになり、第２熱交換部２７０を第１熱交換部１７０に対して容易に取り付けることができる。むろん、本例において、第２熱交換部２７０と第１熱交換部１７０との間にグリスや接着剤、潤滑油等を塗布する構成としても良い。また、穴１７０ａおよび穴２７０ａをネジ穴とし、棒状部材１７０ｂおよび棒状部材２７０ｂをボルトとしても良い。なお、バネ１７０ｃは熱伝導率が高い素材であることが好ましい。
【００６２】
さらに、管体接触面１１ａは、管体１の外周に沿って接触できるような形状であっても良い。そうすることによって、管体接触面１１ａと管体の外周との接触面積を物理的に増やし、熱交換効率を向上することが可能となる。また、熱伝導性の高いシート状の部材を配置する場合には、管体接触面１１ａが当該シート状の部材を管体１の外周に沿うように押さえつけることが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…第１熱交換部、１１…本体、１１ａ…管体接触面、１１ｂ…取付平面、１２…フランジ部、１２ａ…ネジ穴、１３…貫通穴、２０…第２熱交換部、２１…本体、２１ａ，２１ｂ…取付平面、２２…ネジ取付部、２２ａ…ネジ穴、３０…第３熱交換部、３１…熱交換部材、３１ａ…取付平面、３１ｂ…取付平面、３１ｃ…ネジ穴、３２…複数のフィンを備える部材、３２ａ…取付平面、３２ｂ…ネジ穴、４０…熱電変換モジュール
【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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