(57)【要約】【課題】熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供する。【解決手段】高温側の伝熱板３２ａおよび低温側の伝熱板４５ａと、それぞれ高温側の伝熱板３２ａに接触する吸熱側の伝熱面４３ａおよび低温側の伝熱板４５ａに接触する放熱側の伝熱面４３ｂを有する複数の熱電素子４３とを備え、熱電素子４３によりその吸放熱面間の温度差に応じて発電する熱電発電装置であって、高温側の伝熱板３２ａおよび低温側の伝熱板４５ａのうち少なくとも一方の伝熱板４５ａは、熱電素子４３に接する接触領域Ｒ１と熱電素子に接しない非接触領域Ｒ２とを有し、接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１は、非接触領域Ｒ２の壁面部分４５ａ２より剛性が低くなっている。【選択図】図２
2014086454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側の伝熱板および低温側の伝熱板と、それぞれ前記高温側の伝熱板に接触する吸熱面および前記低温側の伝熱板に接触する放熱面を有する複数の熱電素子と、を備え、
前記熱電素子により前記吸熱面および前記放熱面の間の温度差に応じて発電する熱電発電装置であって、
前記高温側の伝熱板および前記低温側の伝熱板のうち少なくとも一方の伝熱板は、前記熱電素子に接する接触領域と前記熱電素子に接しない非接触領域とを有し、前記接触領域の壁面部分は、前記非接触領域の壁面部分より剛性が低くなっていることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記高温側の伝熱板および前記低温側の伝熱板の間に前記熱電素子を設置する閉じた設置空間が形成されており、前記設置空間の内部の圧力が大気圧より低い圧力に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記一方の伝熱板が、前記高温側の伝熱板を介して前記熱電素子に吸熱させる高温側の熱媒体と前記低温側の伝熱板を介して前記熱電素子から放熱させる低温側の熱媒体とのうちいずれか一方の熱媒体を通す配管の管壁によって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記一方の伝熱板が、前記高温側の伝熱板に熱を吸収させる高温側の熱媒体と前記低温側の伝熱板から熱を放出させる低温側の熱媒体とのうちいずれか一方の熱媒体を通す配管の管壁と、一面側で前記配管の管壁に接触するとともに他面側で前記熱電素子に接触する熱伝導性電気絶縁基板とによって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記複数の熱電素子が、前記熱伝導性電気絶縁基板の前記他面側に互いに間隔を隔てて配置されており、
前記熱伝導性電気絶縁基板が、前記複数の熱電素子との非接触部に、板厚方向に貫通する貫通穴を有していることを特徴とする請求項４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、熱電発電装置に関し、特に電気的に直列接続される複数の熱電素子を高温側の伝熱板と低温側の伝熱板との間に熱的に並列に配置する熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱電素子の両側の温度差に応じて発電する熱電発電装置として、例えば熱電素子の設置空間を真空ラミネータ等により真空にして密閉することで、吸放熱効率の向上と、結露に伴うモジュールの破損の回避を図ったものが知られている（例えば、特許文献１の段落００５２、００５７等参照）。
【０００３】
また、バンドを用いた保持機構により複数の熱電素子を保持することで、熱膨張差が生じる高温側と低温側との間で熱歪みを吸収しつつ複数の熱電素子を適正に保持できるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、熱電変換モジュールの両端側の絶縁層と高温側および低温側の伝熱板との間にそれぞれ軟金属層を介在させて両者の接触面凹凸を吸収させ、接触面積の増加により熱伝達効率を向上させることで、発電出力を高めるものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７３５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１０９５３９号公報
【特許文献３】特開２０００−２３２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来の熱電発電装置にあっては、複数の熱電素子の伝熱面の安定接触状態を確保するために装置構成の複雑化を招き易くなり、装置構成を簡素にすると、熱歪み等に伴う接触面積の低下により熱電発電効率が低下してしまい易くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電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】
【０００８】
本発明に係る熱電発電装置は、上記目的達成のため、（１）高温側の伝熱板および低温側の伝熱板と、それぞれ前記高温側の伝熱板に接触する吸熱面および前記低温側の伝熱板に接触する放熱面を有する複数の熱電素子と、を備え、前記熱電素子により前記吸熱面および前記放熱面の間の温度差に応じて発電する熱電発電装置であって、前記高温側の伝熱板および前記低温側の伝熱板のうち少なくとも一方の伝熱板は、前記熱電素子に接する接触領域と前記熱電素子に接しない非接触領域とを有し、前記接触領域の壁面部分は、前記非接触領域の壁面部分より剛性が低くなっていることを特徴とする。
【０００９】
この熱電発電装置では、熱電素子に接触する少なくとも一方の伝熱板における接触領域の壁面部分が、その伝熱板における非接触領域の壁面部分より低剛性となっていることから、非接触領域で所要の支持剛性を持つ少なくとも一方の伝熱板にあって部分的に低剛性となる接触領域の壁面部分に、複数の熱電素子の吸熱面および放熱面のうち少なくとも一方の面が低支持剛性で支持できることになる。したがって、複数の熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との間で、熱歪みや接触面凹凸が吸収され易くなり、熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との安定接触状態を確保できる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置となる。なお、少なくとも一方の伝熱板であるから、高温側か低温側かいずれか一方の伝熱板の接触領域の壁面部分のみを低剛性とすることができる。その場合、一方の伝熱板の接触領域の壁面部分を他方の伝熱板の接触領域の壁面部分より低剛性としてもよい。
【００１０】
本発明の熱電発電装置は、好ましくは、（２）前記高温側の伝熱板および前記低温側の伝熱板の間に前記熱電素子を設置する閉じた設置空間が形成されており、前記設置空間の内部の圧力が大気圧より低い圧力に保持されているものである。
【００１１】
この構成により、熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との接触状態がより安定するとともに、設置空間内での空気による熱伝達が抑制され、熱電素子の周囲の高温側の伝熱板と低温側の伝熱板の間に効果的な断熱層が形成された状態で、熱電素子による吸熱と放熱が効果的に行われることになる。したがって、高発電効率の熱電発電装置となる。
【００１２】
なお、複数の熱電素子を設置する設置空間は、少なくとも一方の伝熱板によって形成されることになり、設置空間が一方の伝熱板の内方に形成される場合、一方の伝熱板は閉止可能なケース状のものとなる。
【００１３】
上記（２）の構成を有する熱電発電装置においては、（３）前記一方の伝熱板が、前記高温側の伝熱板を介して前記熱電素子に吸熱させる高温側の熱媒体と前記低温側の伝熱板を介して前記熱電素子から放熱させる低温側の熱媒体とのうちいずれか一方の熱媒体を通す配管の管壁によって構成されていてもよい。
【００１４】
この場合、一方の熱媒体を通す配管の管壁が、非接触領域と接触領域を有することになり、その接触領域の壁面部分に、複数の熱電素子が伝熱面を接触させつつ低支持剛性で支持される。したがって、接触領域の壁面部分となる一部でのみ低剛性となる配管に複数の熱電素子を直接的に支持させることができ、構成が非常に簡素な熱電発電装置となる。
【００１５】
上記（１）または（２）の構成を有する熱電発電装置においては、（４）前記一方の伝熱板が、前記高温側の伝熱板に熱を吸収させる高温側の熱媒体と前記低温側の伝熱板から熱を放出させる低温側の熱媒体とのうちいずれか一方の熱媒体を通す配管の管壁と、一面側で前記配管の管壁に接触するとともに他面側で前記熱電素子に接触する熱伝導性電気絶縁基板とによって構成されていてもよい。
【００１６】
この場合、一方の熱媒体を通す配管の管壁とその管壁に接触する熱伝導性電気絶縁基板とによって構成される一方の伝熱板が非接触領域と接触領域を有し、その接触領域の壁面部分を構成する熱伝導性電気絶縁基板に対し、複数の熱電素子が伝熱面を接触させつつ低支持剛性で支持されることになる。したがって、複数の熱電素子の伝熱面を、熱伝導性電気絶縁基板の一部を含み低剛性部となる一方の伝熱板の接触領域の壁面部分に安定接触させることができる。
【００１７】
上記（４）の構成を有する熱電発電装置においては、（５）前記複数の熱電素子が、前記熱伝導性電気絶縁基板の前記他面側に互いに間隔を隔てて配置されており、前記熱伝導性電気絶縁基板が、前記複数の熱電素子との非接触部に、板厚方向に貫通する貫通穴を有していてもよい。
【００１８】
この場合、熱伝導性電気絶縁基板とその一面側の管壁との密着時に、両者間の空気を貫通穴を通して容易に排出させることができ、残存空気により熱伝導性電気絶縁基板と管壁との密着性が低下することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱電素子に接触する一方の伝熱板の接触領域の壁面部分を非接触領域の壁面部分より低剛性として、複数の熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との間で、熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くしているので、熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置を備えた内燃機関の排気熱回収システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置を排気通路上のバルブをバイパスするバイパス通路上に配置した態様を示すその排気熱回収システムの要部概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置における複数の熱電素子とそれらの素子を電気的に直列接続する電極との配置説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１〜図３に、本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置およびその装置を備えた内燃機関の排気熱回収システムを示している。
【００２３】
本実施形態の排気熱回収システムは、自動車（車両）に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジンに装備されている。勿論、本発明に係る熱電発電装置およびこれを備えた排気熱回収システムは、燃料が異なる他のエンジンに装備されるものであってもよい。また、本発明の熱電発電装置が内燃機関の排気熱回収システム以外にも使用できることはいうまでもなく、熱電素子による高温側熱源からの吸熱と低温側熱源への放熱が可能なものであれば、熱源も限定されるものではない。もっとも、本発明は、複数の熱電素子（熱電変換素子）を用いて２つの熱媒体間で熱交換させつつ発電させる熱電発電装置に好適である。
【００２４】
まず、本実施形態の構成について説明する。
【００２５】
図１に示すように、エンジン１は、その本体ブロック１１の各気筒１１ｃ内に往復動可能なピストン２を収納して燃焼室３を形成しており、ピストン２は、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト５に連結されている。燃焼室３の上部には、図示しない動弁機構によりクランクシャフト５の回転に応じて開閉される吸気弁６および排気弁７と、燃焼室３内に火花点火可能に露出する点火プラグ８とが設けられている。吸気弁６は、その開弁時に燃焼室３を吸気管２１Ｐの内部通路を含む吸気通路２１に連通させ、排気弁７は、その開弁時に燃焼室３を排気管３１Ｐの内部通路を含む排気通路３１に連通させるようになっている。そして、吸気弁６の開弁により燃焼室３が吸気通路２１に連通した状態でピストン２が下降するとき、燃焼室３は、吸気通路２１を通して空気を吸入することができる。また、排気弁７の開弁により燃焼室３が排気通路３１に連通した状態でピストン２が上昇するとき、燃焼室３は、排気通路３１を通し排気ガスを排出することができる。
【００２６】
吸気通路２１は、図示しないエアクリーナを通して空気を導入可能であるとともに、スロットル弁２２の開度に応じて吸入空気量が調節可能であり、エアフローメータ２３によってその吸入空気量が検出されるようになっている。また、スロットル弁２２より下流側には、吸気通路２１内の圧力脈動を緩和するサージタンク２４が設けられており、そのサージタンク２４より下流側で各気筒１１ｃに分岐する吸気ポート部分２１ｃには、吸気通路２１内に燃料を噴射して吸入空気中に燃料を混合させるインジェクタ２５が設けられている。なお、点火プラグ８、スロットル弁２２およびインジェクタ２５は、それぞれ車載用の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０によって、その点火時期、スロットル開度および噴射量（噴射時間）を制御されるようになっている。各気筒１１ｃに対応する各インジェクタ２５は、図示しない燃料ポンプからの燃料を蓄圧・貯留するデリバリパイプ２６に接続されており、デリバリパイプ２６から分配される所定燃圧の燃料を燃焼室３内に噴射するよう開弁するとともに、その噴射量を開弁時間のデューティ制御によって制御できるようになっている。
【００２７】
一方、エンジン１の各気筒１１ｃを形成するシリンダブロックおよびシリンダヘッドの内部には、冷却水を通すウォータジャケット１１ｗが形成されている。詳細は図示しないが、ウォータジャケット１１ｗを通過した冷却水は、エンジン１のシリンダヘッドに形成された冷却水出口から流出するようになっており、エンジン１から流出した冷却水は、ラジエータ１２によって外部の空気との熱交換により冷却されるようになっている。また、エンジン１のウォータジャケット１１ｗの上流側にはウォータポンプ１５が配置されており、そのウォータポンプ１５の吸入側に冷却水の温度に感応して開弁および閉弁するサーモスタット１４が配置されている。
【００２８】
エンジン１から流出した冷却水は、車室内の暖房等のために冷却水と空気との間の熱交換を行う図示しないヒータコア等にも供給されるようになっている。そして、そのヒータコア等を通過したエンジン冷却水は、冷却水通路１９の分岐通路１９ａ，１９ｂを通して、ＥＧＲクーラ１８と、排気熱再循環および熱電発電装置４０とに、それぞれ供給されるようになっている。エンジン１から流出する冷却水は、また、吸気通路の一部を形成するとともにスロットルバルブの一部を構成する図示しないスロットルボデーにも通水されるようになっている。
【００２９】
排気熱再循環および熱電発電装置４０（以下、単に熱電発電装置４０という）は、エンジン１の排気管中を通る排気ガスとエンジン冷却水との間の熱交換により排気熱を回収することで前述のヒータコアやエンジン１の暖機性能を向上させることができるようになっている。
【００３０】
この熱電発電装置４０には、冷却水通路１９に接続されたサーモスタットタイプの排気ガス制御アクチュエータ４１が設けられており、この排気ガス制御アクチュエータ４１は、排気通路３１の一部を絞ることができる弁体４１ａを有している。
【００３１】
より具体的には、図３に示すように、熱電発電装置４０の弁体４１ａは排気通路３１の主通路部分３１ａに装着されており、熱電発電装置４０の本体部４０Ｍは弁体４１ａをバイパスするよう排気通路３１の主通路部分３１ａに並列に接続するバイパス通路部分３１ｂに装着されている。そして、弁体４１ａにより排気通路３１の主通路部分３１ａが絞られるとき、熱電発電装置４０の本体部４０Ｍが装着されたバイパス通路部分３１ｂの内部を通過する排気ガスの流量が増加するようになっている。
【００３２】
また、図２に示すように、排気通路３１のバイパス通路部分３１ｂは、排気管３１Ｐに接続されたバイパス配管３２によって形成されており、そのバイパス配管３２の内周面３２ｉ側には、複数の吸熱フィン部３３ｆおよび一対の集熱壁部３３ｓを有する吸熱部材３３が設けられている。複数の吸熱フィン部３３ｆは、バイパス配管３２内を通る排気ガスからの熱伝達面を大きくして吸熱し易くしたものである。また、集熱壁部３３ｓは、複数の吸熱フィン部３３ｆと一体に形成され、複数の吸熱フィン部３３ｆに吸熱された熱をバイパス配管３２の内周面３２ｉ側に移動させる高熱伝導率の部材である。
【００３３】
一方、バイパス配管３２の外周側には、Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子の対（ペルチェ素子）を複数含んで構成され、少なくとも１つ例えば複数の熱電発電モジュールを形成する複数の熱電素子４３と、これら複数の熱電素子４３およびバイパス配管３２の偏平な中間部分を取り囲むように、筒状の冷却水配管４５が設けられている。
【００３４】
これらバイパス配管３２、複数の熱電素子４３および冷却水配管４５は、熱電発電装置４０の主要部を構成しており、排気ガス制御アクチュエータ４１によってバイパス配管３２の内部を通過する排気ガスの流量が増量されるとき、複数の熱電素子４３によって発電するようになっている。
【００３５】
具体的には、バイパス配管３２は、少なくともその通路延在方向の中間部分で偏平管形状をなしており、その一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂと、これら平坦管壁部３２ａ，３２ｂを連結してバイパス通路部分３１ｂの一部を形成する両側壁部３２ｃ，３２ｄと、によって構成されている。
【００３６】
バイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂは、バイパス配管３２の内周面３２ｉ側では、吸熱部材３３の一対の集熱壁部３３ｓに広範囲に接触している。また、これら一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂは、バイパス配管３２の外周面側では、複数の熱電素子４３に接触している。
【００３７】
バイパス配管３２の一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂは、高温の排気ガスから吸熱する吸熱部材３３によって高温に加熱されるときに複数の熱電素子４３に吸熱させることができる高温側の伝熱板となっている。
【００３８】
複数の熱電素子４３は、筒状の冷却水配管４５とバイパス配管３２との間に熱的には並列に配置されるとともに電気的には直列に接続されている。
【００３９】
また、各熱電素子４３は、バイパス配管３２の一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂに接触する平坦な高温側の端面部４３ａ（吸熱面）と、高温側の端面部４３ａに対し平行な低温側の端面部４３ｂ（放熱面）とを有している。
【００４０】
これら複数の熱電素子４３は、それぞれのペルチェ素子に高温側および低温側の端面部４３ａ，４３ｂの温度差に応じたゼーベック効果（Ｎ型半導体素子内での電子の低温側への移動およびＰ型半導体素子内での正孔の低温側への移動）を生じさせることで、発電することができるようになっている。また、複数の熱電素子４３は、直列に接続された複数個を１組の熱電素子４３とするとき、少なくとも１組の熱電素子４３によって発電できるようにも構成されている。すなわち、熱電発電装置４０は、複数の熱電素子４３により、それらの両端面部４３ａ，４３ｂの温度差に応じて発電する機能を有している。
【００４１】
冷却水配管４５は、複数の熱電素子４３の低温側の平坦な端面部４３ｂに接触する内管壁部４５ａ（一方の伝熱板）と、この内管壁部４５ａを内部の定位置に収納保持しつつ内管壁部４５ａとの間に冷却水通路４５ｃを形成する筒状の外管壁部４５ｂと、バイパス配管３２の軸線方向における内管壁部４５ａおよび外管壁部４５ｂの両端側で冷却水通路４５ｃを閉止する両端側壁部４５ｄとによって構成されている。
【００４２】
この冷却水配管４５の内管壁部４５ａは、冷却水通路４５ｃ内を通るエンジン冷却水により冷却されるときに複数の熱電素子４３から放熱させることができる低温側の伝熱板となっている。
【００４３】
また、冷却水配管４５の内管壁部４５ａは、電気的に直列に接続された複数の熱電素子４３の伝熱面群、例えば同一平面上に等間隔に配置された複数の端面部４３ｂの島状の集まりに接する接触領域Ｒ１と、複数の熱電素子４３の伝熱面群に接しない非接触領域Ｒ２とを有している。そして、内管壁部４５ａの内周面４５ｉ（片面）側における図２中の上下両側の接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１は、内管壁部４５ａにおける非接触領域Ｒ２の壁面部分４５ａ２より薄肉（厚さが相対的に小さい壁部）に形成され、非接触領域Ｒ２の壁面部分４５ａ２に対して相対的に剛性（ここでは加わる力に耐えて変形を抑制する剛さの意で、例えば曲げ剛性を含むものである）が低くなっている。ここにいう薄肉化の程度は、例えば内管壁部４５ａの接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１が冷却水通路４５ｃを通る冷却水の圧力と設置空間４６内の圧力とに応じて容易に弾性変形し、各熱電素子４３の端面部４３ｂと接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１との密着性が高まる程度の薄肉化である。
【００４４】
この冷却水配管４５の内管壁部４５ａは、バイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂを介して複数の熱電素子４３に吸熱させる排気ガス（高温側の熱媒体）とこの冷却水配管４５の内管壁部４５ａを介して複数の熱電素子４３から放熱させるエンジン冷却水（低温側の熱媒体）とのうちいずれか一方の熱媒体、例えばエンジン冷却水を通す配管の管壁となっている。
【００４５】
なお、複数の熱電素子４３は、それぞれ複数個の素子を一体化した複数の熱電発電モジュール４３Ｍ（図２参照）として構成される場合、各壁面部分４５ａ１の面積は、１つの熱電発電モジュールを構成する各熱電発電チップの端面の面積と同じ面積であるかまたはそれより広くなっており、例えば各熱電発電モジュールの端面の面積よりわずかに広くなっている。また、冷却水配管４５の冷却水通路４５ｃは、その通路形状が限定されるものではないが、例えば図１に示すように、冷却水通路４５ｃの冷却水導入口位置が冷却水通路４５ｃの冷却水排出口位置よりも排気方向における下流側に位置するように設定されている。
【００４６】
バイパス配管３２と内管壁部４５ａの間、少なくともバイパス配管３２の一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂと冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの間には、複数の熱電素子４３を設置する閉じた設置空間４６が形成されている。そして、この設置空間４６の内部の圧力は、大気圧より低い圧力に保持されている。
【００４７】
具体的には、冷却水配管４５は、バイパス配管３２の周囲を取り囲むとともに、その内管壁部４５ａおよび外管壁部４５ｂが、両者間に設置空間４６を画成するように互いに接続されている。
【００４８】
この設置空間４６は、公知の一方向弁（逆止弁）４７が装着された減圧配管４８を通してサージタンク２４の内部に連通可能であり、サージタンク２４内の圧力が設置空間４６内の圧力より低圧となるとき、一方向弁４７が開弁して設置空間４６の内部がサージタンク２４内の吸気負圧（例えば、スロットル弁２２の開度が低開度に絞られた状態で燃焼室３内に空気が吸入されるときの吸気管内の圧力）により減圧されるようになっている。すなわち、サージタンク２４、一方向弁４７および減圧配管４８は、エンジン１の吸気負圧（吸気管内の負圧）を設置空間４６に導入して設置空間４６の内部を減圧することができる減圧機構４９を構成している。この減圧機構４９は、一方向弁４７の閉弁時に減圧配管４８と協働して設置空間４６の内部の圧力を所定の減圧状態に保持することができる減圧状態保持機構となっている。
【００４９】
より具体的には、一方向弁４７は、サージタンク２４内に吸気負圧が発生してその一方向弁４７の前後差圧が所定値に達した状態下で、設置空間４６の内部の圧力が減圧機構４９によって減圧されるのを許容するように開弁し、サージタンク２４内に吸気負圧が低下してその前後差圧が所定値を下回った状態下で、設置空間４６の内部の圧力を保持するよう閉弁状態を保持することができるようになっている。
【００５０】
また、ここでの設置空間４６は、バイパス配管３２の軸線方向における内管壁部４５ａの両端部をバイパス配管３２側に接近させるように、内管壁部４５ａの両端部およびその近傍のバイパス配管３２のうち少なくとも一方の管径を変化させ、バイパス配管３２と内管壁部４５ａの両端部とによって複数の熱電素子４３を設置可能な筒状の閉じた空間としたものである。
【００５１】
勿論、設置空間４６は、複数の熱電素子４３の配列パターンや排気管３１Ｐおよび冷却水配管４５の形状等に応じて、任意の断面形状を採り得るとともに、排気管３１Ｐまたはそのバイパス配管３２の周方向に隣り合う複数の平行な設置空間（筒状空間を複数の略短冊状空間に分割した形状等）となってもよいし、排気管３１Ｐまたはそのバイパス配管３２の軸線方向に隣り合う複数の筒状空間となっていてもよい。また、冷却水通路４５ｃの内部に１つの仕切り板や放熱フィンを設けてもよい。
【００５２】
なお、設置空間４６は、高温側および低温側の伝熱板のうち少なくとも一方の伝熱板によって形成されることになり、設置空間４６が一方の伝熱板の内方に形成される場合、一方の伝熱板は閉止可能なケース状のものとなる。
【００５３】
次に、作用について説明する。
【００５４】
上述のように構成された本実施形態の熱電発電装置を備えた排気熱回収システムにおいては、冷却水通路１９を通る冷却水の温度が閾値温度以下で、冷却水への熱回収を優先すべき条件が成立すると、ＥＣＵ５０が排気ガス制御アクチュエータ４１を作動させ、排気通路３１の主通路部分３１ａを閉塞するよう、弁体４１ａを閉弁位置側に変位させる。
【００５５】
このとき、高温の排気ガスが排気通路３１のバイパス通路部分３１ｂに入り、この排気ガスからバイパス配管３２内の吸熱部材３３への熱伝達によって、排気ガスの熱が吸熱部材３３を介して複数の熱電素子４３の高温側の端面部４３ａに吸熱され、その端面部４３ａの温度が上昇する。また、冷却水配管４５の冷却水通路４５ｃにエンジン冷却水が流れることで、複数の熱電素子４３の低温側の端面部４３ｂから冷却水配管４５内の冷却水に内管壁部４５ａを介して放熱され、複数の熱電素子４３の低温側の端面部４３ｂの温度が低下する。
【００５６】
したがって、各熱電素子４３を構成するＮ型半導体素子内での電子の低温側への移動とＰ型半導体素子内での正孔の低温側への移動とが生じるとともに、排気通路３１を通る排気ガスの持つ熱の一部が複数の熱電素子４３を介し冷却水配管４５側に伝熱されて冷却水に回収される。その結果、エンジン１の冷却水の温度が上昇し、例えば冷間始動時におけるエンジン１の暖機が促進されるとともに、複数の熱電素子４３による発電出力が得られることになる。
【００５７】
一方、冷却水通路４５ｃを通る冷却水の温度が閾値温度を超えると、ＥＣＵ５０が排気ガス制御アクチュエータ４１を作動させ、排気通路３１の主通路部分３１ａを開放するよう、弁体４１ａを開弁位置側に復帰させる。このとき、排気通路３１内の排気ガスは主通路部分３１ａを通して抵抗なく下流側に通過することができるので、エンジン１の出力優先の運転が可能となる。
【００５８】
ところで、本実施形態の熱電発電装置では、複数の熱電素子４３に接触する冷却水配管４５の内管壁部４５ａにおいて、接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１が非接触領域Ｒ２の壁面部分４５ａ２よりも薄肉に形成されて低剛性となっている。
【００５９】
したがって、非接触領域Ｒ２で所要の大きな支持剛性を持つ冷却水配管４５の内管壁部４５ａにあって部分的に低剛性となる接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１に、複数の熱電素子４３の伝熱面である放熱面側の端面部４３ｂが低支持剛性で支持されることになる。
【００６０】
そして、複数の熱電素子４３の端面部４３ｂと冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの間、さらには、複数の熱電素子４３の他の端面部４３ａとバイパス配管３２の一面側および他面側の平坦管壁部３２ａ，３２ｂとの間で、熱歪みや接触面凹凸が吸収され易くなる。その結果、熱電素子４３の端面部４３ａ，４３ｂと高温側のバイパス配管３２および低温側の冷却水配管４５との間に、空気溜まりのない安定した密着接触状態を確保することができ、伝熱面接触状態が安定した構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置となる。
【００６１】
また、本実施形態では、高温側の伝熱板であるバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂと低温側の伝熱板である冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの間に熱電素子４３を設置する閉じた設置空間４６が形成され、その設置空間の内部の圧力が大気圧より低い圧力に保持されている。
【００６２】
したがって、熱電素子４３の端面部４３ａ，４３ｂと高温側のバイパス配管３２および低温側の冷却水配管４５との接触状態が設置空間４６内の負圧により安定することに加えて、設置空間４６内での空気による熱伝達が抑制され、バイパス配管３２と冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの間の熱電素子４３の周囲に効果的な断熱層が形成される。その結果、複数の熱電素子４３によるバイパス配管３２からの吸熱と冷却水配管４５への放熱とが効果的に行われることになり、排気熱再循環および熱電発電装置４０が高発電効率となる。
【００６３】
加えて、部分的に低剛性となる伝熱板が、低温側の熱媒体であるエンジン冷却水を通す冷却水配管４５の内管壁部４５ａによって構成されているので、エンジン冷却水を通す冷却水配管４５の内管壁部４５ａが、剛性の高い非接触領域Ｒ２と剛性の低い接触領域Ｒ１とのうち低剛性の接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１に、複数の熱電素子４３の低温側の端面部４３ｂを接触させつつ低支持剛性で支持させることができる。
【００６４】
その結果、本実施形態では、接触領域Ｒ１の壁面部分４５ａ１となる一部でのみ低剛性となる冷却水配管４５の内管壁部４５ａに複数の熱電素子４３を直接的に支持させることができ、構成が非常に簡素な熱電発電装置となる。
【００６５】
（第２実施形態）
図４および図５に、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置の要部を示している。
【００６６】
なお、本実施形態は、熱電発電装置の一部の構成が上述の第１実施形態とは相違するものの、内燃機関の配管構成等とった周辺の構成は第１実施形態と類似するものである。したがって、上述の第１実施形態と同一または類似の構成要素については、図１〜図３中の対応する構成要素と同一の符号を用いつつ、以下に第１実施形態との相違点について説明する。
【００６７】
図４および図５に示すように、本実施形態においては、高温側の熱媒体である排気ガスを通すバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂ（管壁）と、一面側でバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂに接触する一対の高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａとによって、複数の熱電素子４３の吸熱に関与する一対の高温側の伝熱板６１が構成されている。各々の高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの他面側は、高温側の回路用電極部４２ａを介して複数の熱電素子４３に接合されている。
【００６８】
また、低温側の熱媒体であるエンジン冷却水を通す冷却水配管４５の内管壁部４５ａと、それぞれ一面側で冷却水配管４５の内管壁部４５ａ（管壁）に接触する一対の低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂとによって、複数の熱電素子４３の放熱に関与する一対の低温側の伝熱板６２が構成されている。各々の低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの他面側は、低温側の回路用電極部４２ｂを介して複数の熱電素子４３に接合されている。そして、複数の熱電素子４３は、高温側の回路用電極部４２ａおよび低温側の回路用電極部４２ｂにより電気的に直列に接続されている。
【００６９】
より具体的には、図５に示すように、複数の熱電素子４３は、互いに図５中の上下および左右方向に所定の空間を隔てて、例えば等間隔に離間した状態で配置されており、図４に示すように、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの他面上において高温側の回路用電極部４２ａに電気的に接続され、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの他面上において低温側の回路用電極部４２ｂに電気的に接続されている。これにより、複数の熱電素子４３は、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａおよび低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの間に熱的に並列に配置されつつ、高温側の回路用電極部４２ａおよび低温側の回路用電極部４２ｂを介して直列に接続されている。また、直列に接続された１組の複数の熱電素子４３が、一対の接続端子４２ｃを介して図外の電気負荷の正負端子に接続されるようになっている。
【００７０】
低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂは、低温側の回路用電極部４２ｂを介して複数の熱電素子４３に熱伝導可能に接触する複数の接触部４４ｅ，４４ｆと、それら複数の接触部４４ｅ，４４ｆの間にあって複数の熱電素子４３に接触しない非接触部４４ｇとを有している。さらに、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの非接触部４４ｇには、各接触部４４ｅ，４４ｆの四隅の近傍に位置するよう、熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの板厚方向を深さ方向とする複数の円形の貫通孔４４ｈが形成されている。これらの貫通孔４４ｈは、各熱電発電材料チップ４３ｃに対応する接触部４４ｅや図５中のクロスハッチング部分の周囲で低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂを板厚方向として貫通するのと同時に、低温側の回路用電極部４２ｂを介して各一対の熱電発電材料チップ４３ｃ（Ｐ型およびＮ型半導体素子の対）に接触する接触部４４ｆの周囲でも低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂを板厚方向に貫通している。
【００７１】
図４および図５においては、複数の熱電素子４３は、Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子の対を相互に電気接続するとともに少なくとも１組の熱電素子４３を直列に接続した状態を示しており、図示の便宜上、複数の熱電素子４３の数を制限して図示している。すなわち、両図中に示す各熱電素子４３は、熱電発電モジュールの一部を構成する熱電発電材料チップ４３ｃ（Ｐ型半導体素子またはＮ型半導体素子）に相当するものであり、モジュール化されたものではない。
【００７２】
低温側の伝熱板６２を構成する冷却水配管４５の内管壁部４５ａおよび低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂのうち少なくとも一方は、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの複数の接触部４４ｅ，４４ｆの近傍の部分において、非接触部４４ｇの近傍の部分より低剛性となっており、複数の熱電素子４３の低温側の端面部４３ｂ（伝熱面）を接触させつつ低支持剛性で支持させることができるようになっている。例えば、図４に示すように、冷却水配管４５の内管壁部４５ａは、接触領域Ｒ１の各壁面部分４５ａ１において薄肉とされ得るし、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの複数の接触部４４ｅ，４４ｆは、非接触部４４ｇより薄肉に形成されるか非接触部４４ｇより低剛性の素材で形成され得る。前者の場合、接触領域Ｒ１の各壁面部分４５ａ１は、接触部４４ｅ，４４ｆのうちいずれか１つの面積と略同一面積かそれよりわずかに広くなっており、あるいは、複数の接触部４４ｅ，４４ｆのうち対応する一部の複数の接触部４４ｅ，４４ｆあるいは対応する一部の複数の接触部４４ｆの面積の総和より広い面積を有している。ここで、接触領域Ｒ１の各壁面部分４５ａ１の広さは、１つの熱電発電モジュールの接触領域より広くなってもよいが、複数の壁面部分４５ａ１の間および各壁面部分４５ａ１の周囲に非接触領域Ｒ２の壁面部分４５ａ２が配置される。
【００７３】
高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａには、複数の貫通孔４４ｈが形成されていない。
【００７４】
なお、複数の貫通孔４４ｈは、非円形形状でもよい。また、複数の貫通孔４４ｈに代えて、少なくとも１本の溝形状の貫通穴としてもよい。複数の貫通孔４４ｈを設けると、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂと冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの密着時に、両者間の空気を複数の貫通穴である貫通孔４４ｈを通して各接合部４４ｅの周囲から排出させることができ、残存空気により低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂと冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの密着性が低下することも抑制することができる。
【００７５】
本実施形態の熱電発電装置においては、低温側の伝熱板６２が、冷却水配管４５の内管壁部４５ａとこれに接触する低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂとによって構成され、その接触領域Ｒ１の壁面部分を構成する低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの複数の接触部４４ｅ，４４ｆに、複数の熱電素子４３の低温側の端面部４３ｂ（伝熱面）を接触させつつ低支持剛性で支持させることができる。したがって、複数の熱電素子４３の伝熱面を、低温側の伝熱板６２の接触領域Ｒ１の壁面部分に密着状態で安定接触させることができる。
【００７６】
しかも、本実施形態では、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの接触部４４ｅ，４４ｆの周囲に位置する非接触部４４ｇに複数の貫通孔４４ｈを形成しているので、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂと冷却水配管４５の内管壁部４５ａとの密着性が低下することによる発電量の低下を有効に防止することができる。
【００７７】
このように、本実施形態においても、複数の熱電素子４３に接触する一方の伝熱板６２の接触領域Ｒ１の壁面部分を、非接触領域Ｒ２の壁面部分より低剛性として、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との間で、熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くできる。その結果、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
図６に、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置の要部を示している。
【００７９】
なお、前述の第２実施形態が低温側の伝熱板６２の複数の熱電素子４３との接触領域Ｒ１の壁面部分の一部を構成する低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂに部分的な低剛性部を設けていたのに対して、本実施形態は、高温側の伝熱板６１の複数の熱電素子４３との接触領域Ｒ３の壁面部分を構成する高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａに部分的な低剛性部を設けたものである。したがって、上述の第１、第２実施形態と同一または類似の構成要素については、図１〜図５中の対応する構成要素と同一の符号を用いつつ、以下に第２実施形態との相違点について説明する。
【００８０】
図６に示すように、本実施形態においては、複数の熱電素子４３の吸熱に関与する一対の高温側の伝熱板６１が、排気ガスを通すバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂと、それぞれ一面側でバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂに接触するとともに他面側で高温側の回路用電極部４２ａを介して複数の熱電素子４３に接合された一対の高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａとによって構成されている。このように配管の管壁部と伝熱板とで構成される点は、第２実施形態と同様である。
【００８１】
しかし、本実施形態では、高温側の伝熱板６１を構成するバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂおよび高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａのうち少なくとも一方が、低剛性となっている。
【００８２】
具体的には、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａは、高温側の回路用電極部４２ａを介して複数の熱電素子４３に熱伝導可能に接触する複数の接触部と、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの複数の熱電素子４３との非接触部とを有している。なお、説明の便宜上、ここでは、第２実施形態についての図５中の符号を用いて、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの複数の接触部を接触部４４ｅ，４４ｆといい、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの非接触部を非接触部４４ｇという。
【００８３】
そして、高温側の伝熱板６１を構成するバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂおよび高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａのうち少なくとも一方は、複数の接触部４４ｅ，４４ｆの近傍の部分において非接触部４４ｇの近傍の部分より低剛性となっており、複数の熱電素子４３の高温側の端面部４３ａ（伝熱面）を接触させつつ低支持剛性で支持させることができるようになっている。
【００８４】
例えば、バイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂは、接触領域Ｒ３の壁面部分のうち高温側の回路用電極部４２ａに近接する部分で薄肉とされ得るし、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの複数の接触部４４ｅ，４４ｆは、非接触部４４ｇより薄肉に形成されるか非接触部４４ｇより低剛性の素材で形成され得る。
【００８５】
本実施形態では、また、第２実施形態における低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂと同様に、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの複数の熱電素子４３との非接触部４４ｇに、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの板厚方向を深さ方向とする複数の円形の貫通孔４４ｈが所定間隔で形成されている。そして、この高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの他面側（図６中で上面側）において、複数の熱電素子４３は、等間隔に離間しつつ高温側の回路用電極部４２ａを介して相互に直列に接続され、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａおよびバイパス配管３２に対して熱的に並列に接合されている。勿論、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａに形成される複数の貫通孔４４ｈは、非円形形状でよいし、少なくとも１本の溝形状の貫通穴として形成されてもよい。
【００８６】
一方、本実施形態における低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂは、第２実施形態における高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａと同様に、複数の貫通孔４４ｈが形成されておらず、接触領域Ｒ１の全域で一様な剛性を有している。
【００８７】
前述の接触領域Ｒ３は、電気的に直列に接続された複数の熱電素子４３の伝熱面群、例えば同一平面上に等間隔に配置された複数の端面部４３ａの島状の集まりに接する領域であり、バイパス配管３２の図６中の上下両側に形成される。
【００８８】
また、高温側の伝熱板６１を構成するバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂおよび高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａのうち少なくとも一方は、高温側の伝熱板６１の接触領域Ｒ３における外周側の伝熱壁面部分を、低温側の伝熱板６２の内周側の壁面部分である低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの伝熱壁面部分よりも低剛性にする機能を併有している。
【００８９】
本実施形態においても、高温側の伝熱板６１が、排気管３１Ｐの一部であるバイパス配管３２とこれに接触する高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａとによって構成され、その伝熱板６１の接触領域Ｒ３の壁面部分に、複数の熱電素子４３の高温側の端面部４３ｂ（伝熱面）を接触させつつ低支持剛性で支持させることができる。よって、複数の熱電素子４３の伝熱面を、高温側の伝熱板６１の接触領域Ｒ３の壁面部分に安定接触させることができる。
【００９０】
しかも、本実施形態では、複数の熱電素子４３の高温側の端面部４３ｂに傾きや段差が生じていても、そのような高温側の端面部４３ｂの接触面ずれをバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂおよび高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａのうち少なくとも一方で吸収させることができ、複数の熱電素子４３の伝熱面を高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの表面に安定接触させることができる。その結果、複数の熱電素子４３の高温側および低温側の端面部４３ａ，４３ｂが、高温側および低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａ，４４Ｂの表面にそれぞれに安定接触可能となり、複数の熱電素子４３の発電効率が向上する。
【００９１】
さらに、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの非接触部４４ｇに複数の貫通穴４４ｈが形成されているので、複数の熱電素子４３の高温側の端面部４３ｂを高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの表面に接触させる作業やそれらをバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂに接触させる作業を容易かつ確実化できる。
【００９２】
このように、本実施形態においても、複数の熱電素子４３に接触する一方の伝熱板６１の片面側における接触領域Ｒ３の壁面部分を、その片面側における非接触領域Ｒ４の壁面部分より低剛性として、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との間で、熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くできる。その結果、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。
【００９３】
（第４実施形態）
図７に、本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置の要部を示している。
【００９４】
なお、前述の第２、第３実施形態が高温側の伝熱板６１および低温側の伝熱板６２のうちいずれか一方にのみ低剛性部を設けていたのに対して、本実施形態は、高温側および低温側の伝熱板６１，６２の双方に、低剛性部を設けたものである。したがって、上述の第２、第３実施形態と同一または類似の構成要素については、図１〜図６中の対応する構成要素と同一の符号を用いつつ、以下に第２、第３実施形態との相違点について説明する。
【００９５】
図７に示すように、本実施形態においては、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａおよび低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂが、第２実施形態における低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂおよび第３実施形態における高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａと同様に構成されている。すなわち、低温側の伝熱板６２を構成する冷却水配管４５の内管壁部４５ａおよび低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂのうち少なくとも一方が、低温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ｂの複数の接触部４４ｅ，４４ｆの近傍の部分において、非接触部４４ｇの近傍の部分より低剛性となっている。また、高温側の伝熱板６１を構成するバイパス配管３２の平坦管壁部３２ａ，３２ｂおよび高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａのうち少なくとも一方が、高温側の熱伝導性電気絶縁基板４４Ａの複数の接触部４４ｅ，４４ｆの近傍の部分において、非接触部４４ｇの近傍の部分より低剛性となっている。そして、各熱伝導性電気絶縁基板４４Ａ，４４Ｂには、その板厚方向を深さ方向とする複数の円形の貫通孔４４ｈが所定間隔で形成されている。
【００９６】
したがって、本実施形態においても、複数の熱電素子４３に接触する一方および他方の伝熱板６１，６２の対向する接触領域Ｒ１，Ｒ３の壁面部分を、非接触領域Ｒ２，Ｒ４の壁面部分より低剛性として、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との間で、熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くできる。その結果、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板６１，６２との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。
【００９７】
（第５実施形態）
図８に、本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置の要部を示している。
【００９８】
前述の第１実施形態が冷却水配管４５の内管壁部４５ａ（低温側の伝熱板）の複数の熱電素子４３との接触領域Ｒ１における壁面部分４５ａ１のみを薄肉にしていたのに対して、本実施形態では、その冷却水配管４５の構成に加え、高温側の伝熱板６１を構成する上下の偏平な排気管３２Ｕ，３２Ｌの複数の熱電素子４３との接触領域Ｒ３を非接触部Ｒ４よりも薄肉にして吸熱側の接触壁面剛性をも低剛性化したものである。したがって、上述の第１実施形態と同一または類似の構成要素については、図１〜図３中の対応する構成要素と同一の符号を用いつつ、以下に第１実施形態との相違点について説明する。
【００９９】
図８に示すように、本実施形態においては、冷却水配管４５の内管壁部４５ａの内部に収納されつつ片面側で互いに接触する上下の偏平な排気管３２Ｕ，３２Ｌの内部に、それぞれ複数の吸熱フィン部８３ｆおよび複数の集熱壁部８３ｓを有する吸熱部材８３が設けられている。
【０１００】
排気管３２Ｕ，３２Ｌは、第１実施形態におけるバイパス配管３２に代えて接触領域Ｒ３の管壁を薄肉にするとともに、第１実施形態の吸熱部材３３より低剛性の吸熱部材８３をそれぞれに収納したものである。ここにいう薄肉化の程度は、例えば排気管３２Ｕ，３２Ｌの接触領域Ｒ３の壁面部分である平坦管壁部３２ａ，３２ｂが排気管３２Ｕ，３２Ｌ内を通る排気ガスの圧力と設置空間４６内の圧力とに応じて容易に弾性変形し、各熱電素子４３の端面部４３ａと接触領域Ｒ３の平坦管壁部３２ａ，３２ｂとの密着性が高まる程度の薄肉化である。
【０１０１】
また、本実施形態においては、各熱電素子４３は、例えば電極板や冷却板で複数個の熱電発電材料チップを一体化した熱電発電モジュール４３Ｍとして構成されている。
【０１０２】
したがって、本実施形態においても、複数の熱電素子４３に接触する冷却水配管４５およびバイパス配管３２（一方および他方の伝熱板）における接触領域Ｒ１，Ｒ３の壁面部分（壁面部分４５ａ１等）を、非接触領域Ｒ２，Ｒ４の壁面部分より低剛性として、複数の熱電素子４３の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板となる冷却水配管４５およびバイパス配管３２との間で、熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くできる。その結果、複数の熱電素子４３の伝熱面の安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。
【０１０３】
なお、上述の実施形態におけるように肉厚を小さくしたり素材を低剛性にしたりして接触領域Ｒ１，Ｒ３内に部分的な低剛性部を形成する方法だけでなく、リブや曲げ、補強部材の貼り合わせ等によって部分的に高剛性化し、そのような高剛性化がされない低剛性部を形成することも考えられる。
【０１０４】
さらに、設置空間４６の内部は、大気圧より低い圧力状態、例えば吸気負圧により一方向弁４７を介して減圧されるものとしたが、設置空間４６を真空引きした後に完全に封止することや、他の負圧源に接続することも考えられる。また、複数の熱電素子４３や冷却水通路４５ｃ等を多層に積層する構成を採用できるのはいうまでもない。
【０１０５】
以上説明したように、本発明は、熱電素子に接触する伝熱板に低剛性部を設けて、複数の熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との間における熱歪みや接触面凹凸を吸収し易くしているので、熱電素子の伝熱面と高温側および低温側の伝熱板との安定接触状態を確保することができる構成の簡素な高発電効率の熱電発電装置を提供することができる。このような本発明は、電気的に直列接続される複数の熱電素子を高温側の伝熱板と低温側の伝熱板との間に熱的に並列に配置する熱電発電装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１…エンジン（内燃機関）、１１…本体ブロック、１１ｃ…気筒、１１ｗ…ウォータジャケット、１２…ラジエータ、１４…サーモスタット、１５…ウォータポンプ、１８…ＥＧＲクーラ、１９…冷却水通路、１９ａ，１９ｂ…分岐通路、２４…サージタンク、３１…排気通路、３１ａ…主通路部分、３１ｂ…バイパス通路部分、３２…バイパス配管、３２ａ，３２ｂ…平坦管壁部（高温側の伝熱板、接触領域の壁面部分）、３２ｃ，３２ｄ…側壁部（非接触領域の壁面部分）、３２ｉ…内周面、３２Ｕ，３２Ｌ…排気管、３３，８３…吸熱部材、３３ｆ，８３ｆ…吸熱フィン部、３３ｓ，８３ｓ…集熱壁部、４０…熱電発電装置（排気熱再循環および熱電発電装置、熱電変換装置）、４１…排気ガス制御アクチュエータ、４１ａ…弁体、４２ａ，４２ｂ…回路用電極部、４３…熱電素子、４３ａ，４３ｂ…端面部（伝熱面）、４３ｃ…熱電発電材料チップ、４３Ｍ…熱電発電モジュール、４４Ａ…高温側の熱伝導性電気絶縁基板、４４Ｂ…低温側の熱伝導性電気絶縁基板（一方の伝熱板の壁面部分）、４４ｅ，４４ｆ…接触部、４４ｇ…非接触部、４４ｈ…貫通穴、４５…冷却水配管、４５ａ…内管壁部（低温側の伝熱板、一方の伝熱板の壁面部分）、４５ａ１…壁面部分（接触領域の壁面部分）、４５ａ２…壁面部分（非接触領域の壁面部分）、４５ｂ…外管壁部、４５ｃ…冷却水通路、４５ｄ…両端側壁部、４５ｉ…内周面（片面）、４６…設置空間、４７…一方向弁（逆止弁）、４９…減圧機構、６１…高温側の伝熱板、６２…低温側の伝熱板、Ｒ１，Ｒ３…接触領域、Ｒ２，Ｒ４…非接触領域
【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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