(57)【要約】【課題】  加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく組み立てることができる熱発電装置、及び熱発電装置の製造方法を得る。【解決手段】  排気熱発電装置１０は、高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子２４、熱発電素子２４の低温側に接触する低温側熱交換器２２を、熱発電素子２４の高温側に接触する高温側熱交換部１２に対し非接触の締め付けバンド５６と、該高温側熱交換部１２との間に挟みこんで構成している。低温側熱交換器２２は、締め付けバンド５６によって高温側熱交換部１２に保持される前に、高温側熱交換部１２の仮止め用ねじ孔７０に螺合する仮止め用ねじ７２によって、該高温側熱交換部１２に仮保持される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子と、
前記熱発電素子の高温側に接触する加熱部と、
前記熱発電素子の低温側に接触する冷却部と、
前記加熱部に対する非接触状態で、該加熱部との間に前記冷却部を保持する保持手段と、
前記加熱部に設けられ、仮止め部材を介して前記冷却部を該加熱部に仮保持させるための仮保持部と、
を備えた熱発電装置。
【請求項２】
前記冷却部及び熱発電素子は、それぞれ前記加熱部の周方向に沿って複数設けられており、
前記保持手段は、前記加熱部との間に前記複数の冷却部を保持する環状部材である請求項１記載の熱発電装置。
【請求項３】
前記仮止め部材は、おねじ部を有するねじ部材であり、
前記仮保持部は、前記ねじ部材のおねじ部が螺合可能なめねじ部である請求項１又は請求項２記載の熱発電装置。
【請求項４】
高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子と、
前記熱発電素子の高温側に接触する加熱部と、
前記熱発電素子の低温側に接触する冷却部と、
前記加熱部に対する非接触状態で、該加熱部との間に前記冷却部を保持する保持手段と、
前記加熱部に設けられ、仮止め部材を介して前記冷却部を該加熱部に仮保持させるための仮保持部と、
を備えた熱発電装置の製造方法であって、
前記冷却部を、前記加熱部との間に前記熱発電素子を挟み込んだ状態で、該加熱部に前記仮止め部材を介して仮保持する第１工程と、
前記加熱部に仮保持された前記冷却部を、前記保持手段を用いて前記加熱部に保持する第２工程と、
前記保持手段によって前記冷却部を保持した前記加熱部の前記仮保持部から、前記仮止め部材を取り外す第３工程と、
を含む熱発電装置の製造方法。
【請求項５】
前記冷却部及び熱発電素子は、それぞれ前記加熱部の周方向に沿って複数設けられており、かつ前記保持手段は、前記加熱部との間に前記複数の冷却部を保持する環状部材であり、
前記第１工程では、前記加熱部の周方向に沿って配置される複数の冷却部を、それぞれ前記加熱部との間に前記熱発電素子を挟み込んだ状態で、該加熱部に前記仮止め部材を介して仮保持させ、
前記第２工程では、前記加熱部の周方向に沿って仮保持された複数の冷却部を、共通の前記環状部材によって前記加熱部に保持させる請求項４記載の熱発電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気等の高温流体が有する熱を利用して発電を行なう熱発電装置、及びこのような熱発電装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両において、エンジンの排気熱を利用して発電を行なう熱発電装置を搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、排気管（筒体）の上下にそれぞれ複数配置された熱発電素子を、排気管にボルト止めされる高温側部材と低温側部材との間に挟み込んで熱発電装置を構成している。熱発電素子は、高温側部材及び低温側部材に、それぞれ低温はんだ付け、ロー付け、又は接着などの方法で固着されてユニット化され、この状態で高温側部材が排気管にボルト止めされる。
【特許文献１】特開２００２−３２５４７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、熱発電素子、高温側部材及び低温側部材の三者をロー付け等の方法によって一体化する工程が必要であるため、熱発電装置の製造コストが高くなる問題があった。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮して、加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく組み立てることができる熱発電装置、及び熱発電装置の製造方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る熱発電装置は、高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子と、前記熱発電素子の高温側に接触する加熱部と、前記熱発電素子の低温側に接触する冷却部と、前記加熱部に対する非接触状態で、該加熱部との間に前記冷却部を保持する保持手段と前記加熱部に設けられ、仮止め部材を介して前記冷却部を該加熱部に仮保持させるための仮保持部と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の熱発電装置では、熱発電素子は、高温側（吸熱側）が加熱部によって加熱されると共に低温（冷却側）側が冷却部によって冷却されることによる、該高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる。この熱発電装置では、加熱部に仮保持部が設けられているため、仮止め部材を介して加熱部に冷却部及びこれらの間に挟み込まれた熱発電素子を仮保持した状態で、加熱部とは非接触の保持部材によって冷却部を加熱部に保持させることができる。すなわち、冷却部、熱発電素子、加熱部をロー付け等の接合手段によって固着しなくても、熱発電装置を容易に組み立てることができる。
【０００７】
このように、請求項１記載の熱発電装置では、加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく組み立てることができる。そして、保持部材が加熱部とは非接触であるため、保持部材による冷却部の加熱部への保持後に、該加熱部から仮止め部材を取り外せば、仮止め部材を介して加熱部から冷却部に熱が伝わることはなく、熱発電装置は所要の性能を得ることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１記載の熱発電装置において、前記冷却部及び熱発電素子は、それぞれ前記加熱部の周方向に沿って複数設けられており、前記保持手段は、前記加熱部との間に前記複数の冷却部を保持する環状部材である。
【０００９】
請求項２記載の熱発電装置では、加熱部の周方向に沿って複数の冷却部及び熱発電素子が仮保持された状態で、各冷却部の外側から共通の環状部材を装着することで、各冷却部及び熱発電素子が環状部材と加熱部との間に保持される。加熱部の周方向に沿って配置された各冷却部は該加熱部に仮保持されて脱落が防止されるので、共通の環状部材による保持作業が容易である。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１又は請求項２記載の熱発電装置において、前記仮止め部材は、おねじ部を有するねじ部材であり、前記仮保持部は、前記ねじ部材のおねじ部が螺合可能なめねじ部である。
【００１１】
請求項３記載の熱発電装置では、加熱部との間に熱発電素子を挟み込んだ冷却部を貫通したねじ部材のおねじ部を、加熱部のめねじ部に螺合することで、冷却部が加熱部に仮保持される。このため、仮保持作業、及び仮止め部材の取り外し作業が容易である。
【００１２】
請求項４記載の発明に係る熱発電装置の製造方法は、高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子と、前記熱発電素子の高温側に接触する加熱部と、前記熱発電素子の低温側に接触する冷却部と、前記加熱部に対する非接触状態で、該加熱部に前記冷却部を保持させる保持手段と、前記加熱部に設けられ、仮止め部材を介して前記冷却部を該加熱部に仮保持させるための仮保持部と、を備えた熱発電装置の製造方法であって、前記冷却部を、前記加熱部との間に前記熱発電素子を挟み込んだ状態で、該加熱部に前記仮止め部材を介して仮保持する第１工程と、前記加熱部に仮保持された前記冷却部を、前記保持手段を用いて前記加熱部に保持する第２工程と、前記保持手段によって前記冷却部を保持した前記加熱部の前記仮保持部から、前記仮止め部材を取り外す第３工程と、を含む。
【００１３】
請求項４記載の熱発電装置の製造方法では、先ず第１工程において、加熱部との間に熱発電素子を挟み込んだ冷却部を、仮止め部材を介して加熱部に仮保持する。このとき、加熱部と冷却部との間に挟み込まれている熱発電素子は加熱部に対し仮保持される。次いで第２工程において、加熱部に仮止めされている冷却部を、加熱部に対し非接触の保持部材と該加熱部との間に保持する（第２工程）。そして、冷却部が保持部材によって加熱部に保持された後、仮止め部材を加熱部から取り外す。
【００１４】
このように、請求項４記載の熱発電装置の製造方法では、加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく熱発電装置を組み立てることができる。すなわち、冷却部、熱発電素子、加熱部をロー付け等の接合手段によって固着しなくても、熱発電装置を容易に組み立てることができる。そして、保持部材が加熱部とは非接触であるため、保持部材による冷却部の加熱部への保持後に、該加熱部から仮止め部材を取り外せば、仮止め部材を介して加熱部から冷却部に熱が伝わることはなく、所要の性能を得る熱発電装置を製造することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明に係る熱発電装置の製造方法は、請求項４記載の熱発電装置の製造方法において、前記冷却部及び熱発電素子は、それぞれ前記加熱部の周方向に沿って複数設けられており、かつ前記保持手段は、前記加熱部との間に前記複数の冷却部を保持する環状部材であり、前記第１工程では、前記加熱部の周方向に沿って配置される複数の冷却部を、それぞれ前記加熱部との間に前記熱発電素子を挟み込んだ状態で、該加熱部に前記仮止め部材を介して仮保持させ、前記第２工程では、前記加熱部の周方向に沿って仮保持された複数の冷却部を、共通の前記環状部材によって前記加熱部に保持させる。
【００１６】
請求項５記載の熱発電装置の製造方法では、第１工程で、加熱部の周方向に沿って複数の冷却部をそれぞれ仮止め部材を介して加熱部に仮保持する。これにより、各冷却部と加熱部との間に挟み込まれた熱発電素子は加熱部に仮保持される。次いで第２工程で、加熱部に仮保持された各冷却部の外側から該各冷却部に共通の環状部材を装着することで、各冷却部を環状部材と加熱部との間に保持する。各冷却部は加熱部に仮保持されて脱落が防止されているので、共通の環状部材による保持作業が容易である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明に係る熱発電装置は、加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく組み立てることができるという優れた効果を有する。また、本発明に係る熱発電装置に製造方法は、加熱部、熱発電素子、及び冷却部を固着することなく熱発電装置を組み立てることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る熱発電装置である排気熱発電装置１０について、図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１９】
図２には、排気熱発電装置１０の概略全体構成が側面図にて示されており、図３には図２の３−３線に沿う断面図が示されている。これらの図に示される如く、排気熱発電装置１０は、加熱部としての高温側熱交換部１２を構成する高温側ハウジング１４の外側に、複数の発電ユニット１６が配置されて構成されている。この実施形態では、高温側ハウジング１４の周方向に沿って等間隔で４つの発電ユニット１６が配置されており、この４つの発電ユニット１６が発電ユニット群１８を構成している。また、この実施形態では、図２に示される如く高温側ハウジング１４の軸線方向（長手方向）に沿って４つの発電ユニット群１８が並列して配置されている。
【００２０】
排気熱発電装置１０は、自動車に適用され、内燃機関エンジンの排気ガスを高温側熱交換部１２の熱媒とする構成とされている。そして、各発電ユニット１６は、高温側熱交換部１２を構成する集熱部材２０と、エンジン冷却水を冷媒とする冷却部としての低温側熱交換器２２との間に熱発電素子２４を挟み込んで構成されており、この熱発電素子２４が高温側と低温側との温度差によって起電力を生じるようになっている。以下、具体的に説明する。
【００２１】
図３及び図４（発電ユニット１６については１つ分のみ示す分解斜視図）にて示される如く、高温側ハウジング１４は、略正方形筒状に形成されており、その四隅にはそれぞれ略正方形筒状に形成された角パイプ２６が配設されている。高温側ハウジング１４における上下方向又は左右方向に隣り合う角パイプ２６間には、それぞれ略正方形状とされた貫通孔１４Ａが形成されている。また、貫通孔１４Ａは、高温側ハウジング１４の軸線方向には４つずつ設けられている。したがって、貫通孔１４Ａは、発電ユニット１６に対応して、高温側ハウジング１４の周方向に４つずつ、高温側ハウジング１４の軸線方向に４つずつ、計１６個設けられている。また、高温側ハウジング１４の４つの外面には、各貫通孔１４Ａの孔縁を補強するように、それぞれ保護プレート２８が固着されている。
【００２２】
図２に示される如く、高温側ハウジング１４の軸心部には、該高温側ハウジング１４の軸線方向に長手方向を一致させた高温ガス導入パイプ（排気管）２４が配設されている。高温ガス導入パイプ３０は、そのパイプ壁に連通孔３０Ａが設けられており、図示しない内燃機関エンジンから導入された高温の排気ガスを高温側ハウジング１４内に導出するようになっている。連通孔３０Ａは、各貫通孔１４Ａ（から装着される後述の集熱部材２０）側を向けて放射状に、高温ガス導入パイプ３０の周方向に沿う複数箇所（この実施形態では４箇所）に設けられている。この高温側ハウジング１４内における高温ガス導入パイプ３０及び各角パイプ２６の外側の空間は、熱交換室１４Ｂとされている。
【００２３】
以上説明した高温側ハウジング１４に、各発電ユニット１６を構成する集熱部材２０を固定することで、加熱部としての高温側熱交換部１２が構成されている。集熱部材２０は、熱発電素子２４の高温側に熱を伝える伝熱板２０Ａと、伝熱板２０Ａから立設された複数の集熱フィン２０Ｂとを有し構成されている。各集熱部材２０の集熱フィン２０Ｂは、対応する貫通孔１４Ａから熱交換室１４Ｂ内に入り込んでおり、熱交換室１４Ｂを通過する排気ガスから熱を受け取るようになっている。
【００２４】
一方、伝熱板２０Ａは、貫通孔１４Ａよりも大きい略正方形板状に形成されており、その四隅には透孔３２が設けられている。そして、保護プレート２８には、透孔３２に対応する位置にねじ孔３４が設けられており、伝熱板２０Ａすなわち集熱部材２０は、各透孔３２を貫通すると共にねじ孔３４に螺合する集熱部材締結ねじ３６によって、高温側ハウジング１４に固定されている。なお、伝熱板２０Ａには、透孔３２に隣接して仮止め用ねじ孔７０が設けられているが、これについては後述する。
【００２５】
また、保護プレート２８と伝熱板２０Ａとの間には、熱抵抗を低減するための略矩形環状とされたカーボンシート３８が介在している。さらに、伝熱板２０Ａの外面（集熱フィン２０Ｂ立設側とは反対側の面）は、カーボンシート４０にて全面に亘り被覆されており、このカーボンシート４０が熱発電素子２４の高温（吸熱）側の面に全面に亘り接触するようになっている。図４に示される如く、カーボンシート４０には、集熱部材締結ねじ３６を貫通させる透孔４０Ａ、ねじ孔７０に螺合する仮止め用ねじ７２（後述）を貫通させる透孔４０Ｂが設けられている。
【００２６】
以上の如く構成された高温側熱交換部１２では、高温ガス導入パイプ３０から熱交換室１４Ｂに導入された排気ガスが各集熱部材２０（発電ユニット１６）の集熱フィン２０Ｂと熱交換を行ない、この熱交換後の排気ガスは、各発電ユニット１６毎又は発電ユニット群１８毎に仕切られた（図示省略）熱交換室１４Ｂを通過した後に、角パイプ２６の内部を通って装置外（自動車のマフラー装置等）に排出されるようになっている。
【００２７】
熱発電素子２４は、図４に示される如く略矩形（正方形）平板状に形成されており、例えばゼーベック効果等によって、高温側（排気ガス）と低温側（エンジン冷却水）との温度差に基づく起電力を生じる構成とされている。
【００２８】
図４に示される如く、低温側熱交換器２２は、シェル４２内に放熱フィン４４を配設して構成されている。具体的には、シェル４２は、熱発電素子２４側の略半分を構成するインナシェル４２Ａと、残余の部分を構成するアウタシェル４２Ｂとを接合して、全体として（外観が）直方体状に構成されている。放熱フィン４４は、インナシェル４２Ａに一体化されている。アウタシェル４２Ｂには、冷却水入口４２Ｃ及び冷却水出口（図示省略）が設けられている。
【００２９】
また、アウタシェル４２Ｂの前後端における高温側ハウジング１４の軸船方向に沿う中心線に対し対象となる各２箇所には、それぞれ透孔４６が設けられており、インナシェル４２Ａにおける透孔４６に対応する位置には、ねじ孔４８が設けられている。各ねじ孔４８は、内面にめねじを有する貫通孔とされている。シェル４２すなわち低温側熱交換器２２は、各透孔４６を貫通すると共にねじ孔４８に螺合したシェル締結ねじ５０がインナシェル４２Ａとアウタシェル４２Ｂとを締結により接合することで構成されている。
【００３０】
さらに、インナシェル４２Ａとアウタシェル４２Ｂとの間には、シール部材としてのパッキン５２が挟み込まれている。図５に拡大して示される如く、各低温側熱交換器２２は、そのインナシェル４２Ａにおけるアウタシェル４２Ｂとは反対側の面が、熱発電素子２４の低温（冷却）側の面を全面に亘り被覆したカーボンシート５４に、全面に亘って接触している。
【００３１】
以上説明した低温側熱交換器２２は、図３に示される如く、発電ユニット群１８毎に、保持部材としての共通の締め付けバンド５６によって、高温側熱交換部１２との間に熱発電素子２４を挟み込んだ状態で、該高温側熱交換部１２に保持されるようになっている。締め付けバンド５６は、略半円弧状に形成された一対のハーフバンド５８と、一対のハーフバンド５８を連結する連結部材６０とを備え、全体として高温側熱交換部１２との非接触状態で各低温側熱交換器２２（後述するバンド受け６８）に巻き掛けられる環状に形成されている。
【００３２】
具体的には、図４に示される如く、各低温側熱交換器２２のアウタシェル４２Ｂの外面からは、環状壁６２が突設されており、この環状壁６２内には座金６４を介在させて皿ばね６６が配設されている。また、皿ばね６６と締め付けバンド５６との間にはバンド受け６８が配設されている。図３に示される如く、締め付けバンド５６は、それぞれ発電ユニット群１８を構成する各発電ユニット１６の周方向に隣り合う２つのバンド受け６８に巻き掛けられたハーフバンド５８の各両端が、連結部材６０にて連結されている。各連結部材６０は、ボルト６０Ａとナット６０Ｂとで構成されており、各ハーフバンド５８の端部に形成され互いに対向するフランジ５８Ａを貫通したボルト６０Ａをナット６０Ｂに螺合することで、それぞれ一対のハーフバンド５８の異なる端部を連結している。
【００３３】
締め付けバンド５６は、各皿ばね６６が弾性変形して各低温側熱交換器２２が適度な力で高温側熱交換部１２側に押し付けられる程度に、ボルト６０Ａがナット６０Ｂに螺合されている。これにより、排気熱発電装置１０では、低温側熱交換器２２と熱発電素子２４とが、高温側熱交換部１２とは非接触の締め付けバンド５６にて、該高温側熱交換部１２に保持されている。また、皿ばね６６は、高温側熱交換部１２と低温側熱交換器２２側との熱膨張差を吸収するようになっている。
【００３４】
さらに、各バンド受け６８には、締め付けバンド５６の幅方向への位置ずれを規制する一対の規制壁６８Ａが設けられている。また、図示は省略するが、バンド受け６８からは、環状壁６２にて位置決めされた皿ばね６６の内側に入り込む脚が突設されている。これらにより、締め付けバンド５６が各低温側熱交換器２２に対し幅方向に位置ずれすることが防止されるようになっている。
【００３５】
そして、排気熱発電装置１０は、締め付けバンド５６にて高温側熱交換部１２に保持させる前の各低温側熱交換器２２を、該高温側熱交換部１２に仮保持するための仮保持構造を備えている。具体的に説明すると、高温側熱交換部１２を構成する各集熱部材２０の伝熱板２０Ａは、共通の発電ユニット１６を構成する低温側熱交換器２２の透孔４６（ねじ孔４８）に対応する位置に設けられた仮保持部又はめねじ部としての仮止め用ねじ孔７０を備えている。図１に示される如く、仮止め用ねじ孔７０は、ねじ孔４８よりも小径とされており、該ねじ孔４８の山径（最小径）よりも山径（最大径）が小である仮止め部材としての仮止め用ねじ７２が螺合するようになっている。
【００３６】
したがって、排気熱発電装置１０は、低温側熱交換器２２の各透孔４６及びねじ孔４８を共に貫通した各仮止め用ねじ７２がそれぞれ対応する仮止め用ねじ孔７０に螺合することで、低温側熱交換器２２が高温側熱交換部１２に仮保持される構成である。また、この仮保持状態では、高温側熱交換部１２（集熱部材２０）と低温側熱交換器２２との間に挟み込まれた熱発電素子２４が高温側熱交換部１２に仮保持されるようになっている。
【００３７】
また、排気熱発電装置１０は、以上説明した各低温側熱交換器２２に冷媒としてのエンジン冷却水を分配する構造を備えている。具体的には、図２に示される如く、それぞれ異なる発電ユニット群１８に属し高温側ハウジング１４の軸線方向に沿って直線状に配置された複数（この実施形態では４つ）の低温側熱交換器２２は、冷却水入口４２Ｃと冷却水出口とが連通パイプ７４を介して直列的に連通している。これら直列的に連通された４つの低温側熱交換器２２のうちエンジン冷却水流れ方向の最上流（図２の左端）に位置する各低温側熱交換器２２は、それぞれ分岐管７６を介して冷却水入口ヘッダ７８に接続されている。一方、上記直列的に連通された４つの低温側熱交換器２２のうちエンジン冷却水流れ方向の最下流に位置する各低温側熱交換器２２は、それぞれ合流管８０を介して冷却水出口ヘッダ８２に接続されている。
【００３８】
これにより、排気熱発電装置１０では、冷却水入口ヘッダ７８に導入されたエンジン冷却水が４つの各分岐管７６に分配されて各低温側熱交換器２２を直線的に通過し、このエンジン冷却水が４つの合流管８０を経由して冷却水出口ヘッダ８２で合流して系外（ラジエータ等）に排出されるようになっている。この冷却水の流れによって、各発電ユニット１６において低温側熱交換器２２が熱発電素子２４を冷却する構成である。
【００３９】
次に、実施形態の作用を説明する。
【００４０】
上記構成の排気熱発電装置１０では、自動車のエンジンが始動すると、エンジンの排気ガスが高温ガス導入パイプ３０を通じて熱交換室１４Ｂ内、すなわち高温側熱交換部１２に導入される。この排気ガスは、集熱フィン２０Ｂと接触しつつ伝熱板２０Ａに熱を与える（熱交換する）。これにより、各発電ユニット１６において、熱発電素子２４の高温側が加熱される。上記熱交換によって冷却されつつ高温側熱交換部１２を通過した排気ガスは、角パイプ２６内を通じて装置外に排出される。一方、エンジン冷却水は、エンジンのウォータポンプの作動によって、例えば各発電ユニット１６の低温側熱交換器２２、エンジン、ラジエータの順に循環し、各低温側熱交換器２２を介して熱発電素子２４の低温側を冷却する。
【００４１】
以上のように、各発電ユニット１６を構成する熱発電素子２４の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電素子２４の低温側が冷却水にて冷却されることで、各熱発電素子２４の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電素子２４は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、各発電ユニット１６では、熱発電素子２４が発電を行なう。発電された電力は、例えば自動車に搭載された蓄電池であるバッテリ等に蓄えられる（バッテリを充電する）。
【００４２】
この排気熱発電装置１０を組み立てるに当たっては、先ず、集熱部材２０の集熱フィン２０Ｂを高温側ハウジング１４の熱交換室１４Ｂに外側から貫通孔１４Ａを通じて挿入し、保護プレート２８との間にカーボンシート３８を挟み込んだ伝熱板２０Ａを、集熱部材締結ねじ３６によって高温側ハウジング１４に固定する。すなわち、各カーボンシート４０の透孔４０Ａ、各伝熱板２０Ａの透孔３２をそれぞれ貫通したシェル締結ねじ３６を、高温側ハウジング１２のねじ孔３４に螺合する。これにより、カーボンシート４０も伝熱板２０Ａに固定される。
【００４３】
各集熱部材２０を全て取り付けた後、上向きにした４つのカーボンシート４０上にそれぞれ熱発電素子２４を載置し、これらの熱発電素子２４上にさらにカーボンシート５４を載置する。次いで、低温側熱交換器２２のインナシェル４２Ａをカーボンシート５４上に載置し、このインナシェル４２Ａとの間にパッキン５２を挟むように、アウタシェル４２Ｂをインナシェル４２Ａに嵌め合わせる。この状態から、仮止め用ねじ７２を用いて低温側熱交換器２２、熱発電素子２４を高温側熱交換部１２に仮保持する。
【００４４】
具体的には、図１に示される如く、各仮止め用ねじ７２を、対応するカーボンシート４０の透孔４０Ｂ、低温側熱交換器２２の透孔４６、ねじ孔４８を貫通させると共に、高温側ハウジング１４に固定されている集熱部材２０の仮止め用ねじ孔７０に螺合する。このとき、高温側ハウジング１４の軸線方向に沿う直線状に配置される各アウタシェル４２Ｂを、予め連通パイプ７４で連通しておいても良い。次いで、高温側熱交換部１２の上向き面を変更し、上記の場合と同様に、熱発電素子２４、低温側熱交換器２２を仮保持する。この工程が本発明における第１工程に相当する。
【００４５】
全ての発電ユニット１６で、熱発電素子２４、低温側熱交換器２２の仮保持が完了した後、締め付けバンド５６を用いて、熱発電素子２４、低温側熱交換器２２を高温側熱交換部１２に保持させる。すなわち、共通の発電ユニット群１８を構成する各発電ユニット１６のばね受け６８に巻き掛けたハーフバンド５８の両端で互いに対向するフランジ５８Ａにボルト６０Ａを通してナット６０Ｂに螺合する。この動作を発電ユニット群１８の数だけ行なう。この工程が本発明における第２工程に相当する。
【００４６】
この後、各発電ユニット１６の仮止め用ねじ７２を取り除く。この工程が本発明における第３工程に相当する。そして、図５に示される如く、各発電ユニット１６の低温側熱交換器２２のインナシェル４２Ａとアウタシェル４２Ｂとをシェル締結ねじ５０を用いて締結する。すなわち、各アウタシェル４２Ｂの透孔４６を貫通したシェル締結ねじ５０を、各インナシェル４２Ａのねじ孔４８に螺合する。
【００４７】
これらの工程の前後あるいは途中に、高温ガス導入パイプ３０、冷却水入口ヘッダ７８、冷却水出口ヘッダ８２、その他の部品を組み付けることで、排気熱発電装置１０の組立が完了する。
【００４８】
ここで、排気熱発電装置１０では、高温側熱交換部１２を構成する集熱部材２０の伝熱板２０Ａに、仮止め用ねじ７２によって低温側熱交換器２２を高温側熱交換部１２に仮止めするための仮止め用ねじ孔７０を設けたため、各低温側熱交換器２２（共通の発電ユニット群を構成する４つの低温側熱交換器２２）を、締め付けバンド５６による保持前に、熱発電素子２４と共に仮止め用ねじ７２によって高温側熱交換部１２に対し仮保持させることができる。このため、高温側熱交換部１２に仮保持された各低温側熱交換器２２に、環状に形成され高温側熱交換部１２に対し非接触である締め付けバンド５６を容易に装着することができ、この装着によって各低温側熱交換器２２が高温側熱交換部１２に対し、効果的にかつ確実に保持される。
【００４９】
特に、排気熱発電装置１０では、３つ以上（この実施形態では、発電ユニット群１８を構成する４つ）の低温側熱交換器２２を共通の締め付けバンド５６によって共に高温側熱交換部１２に保持させる構成であるため、締め付けバンド５６の装着過程で各低温側熱交換器２２を高温側熱交換部１２に仮保持して該高温側熱交換部１２からの脱落を防止することで、締め付けバンド５６の装着作業性が著しく向上する。
【００５０】
このように、本実施形態に係る排気熱発電装置１０、及び排気熱発電装置１０の製造方法では、高温側熱交換部１２、熱発電素子２４、及び低温側熱交換器２２をロー付け等によって固着することなく組み立てることができる。そして、締め付けバンド５６が高温側熱交換部１２とは非接触であるため、締め付けバンド５６による各低温側熱交換器２２の高温側熱交換部１２への保持後に、該高温側熱交換部１２の仮止め用ねじ孔７０から仮止め用ねじ７２を取り外せば、仮止め用ねじ７２を介して高温側熱交換部１２から低温側熱交換器２２に熱が伝わることはなくなる。このため、排気熱発電装置１０は所要の性能を得ることができる。
【００５１】
また、締め付けバンド５６による保持前に仮止め、すなわち位置決めされるため、仮止めを行なわない構成では締め付けバンド５６の装着作業中に生じ得る、高温側熱交換部１２に対する熱発電素子２４・低温側熱交換器２２の位置ずれが防止される。すなわち、高温側熱交換部１２に対する熱発電素子２４、低温側熱交換器２２の組付精度が向上する（組立ばらつきが抑制される）。これにより、熱発電素子２４の伝熱板２０Ａ、低温側熱交換器２２に対する密着性が向上し、その結果、各熱発電素子２４に熱が均一に伝わるようになり（熱が吸収されて）、発電効率が向上する。
【００５２】
さらに、排気熱発電装置１０では、仮止め用ねじ７２を仮止め用ねじ孔７０に螺合することで低温側熱交換器２２を高温側熱交換部１２に仮保持する構成であるため、この仮保持作業、及び仮保持解除の作業が容易である。
【００５３】
なお、上記実施形態では、仮止め用ねじ７２を取り外した後、透孔４６を貫通したシェル締結ねじ５０をねじ孔４８に螺合する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、シェル締結ねじ５０によってインナシェル４２Ａとアウタシェル４２Ｂとを締め付けない構成としても良い。この場合は、ねじ孔４８を、仮止め用ねじ７２を貫通させ得る透孔にすることができる。また、シェル締結ねじ５０によるインナシェル４２Ａとアウタシェル４２Ｂとの締結が必要な構成において、該シェル締結ねじ５０用の透孔４６、ねじ孔４８の他に仮止め用ねじ７２を貫通する孔をインナシェル４２Ａ及びアウタシェル４２Ｂの少なくとも一方に設け、該孔に対応して高温側熱交換部１２に仮止め用ねじ孔７０を設けても良い。
【００５４】
また、上記実施形態では、保持手段として一対のハーフバンド５８を有する締め付けバンド５６を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、両端に互いに対向するフランジが形成された略Ｃ字状のバンド部と、該バンド部のフランジ同士を連結する連結部材６０とで環状部材である保持手段を構成しても良い。さらに、この連結部材６０とフランジとの間、又は締め付けバンド５６におけるフランジ５８Ａと連結部材６０との間に皿ばねを配置して、低温側熱交換器２２とバンド部又はハーフバンドとの間に皿ばね６６を設けない構成とすることも可能である。
【００５５】
さらに、上記実施形態では、高温側ハウジング１４に固定された集熱部材２０に、熱発電素子２４と共に低温側熱交換器２２を仮止めする例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、仮止め用ねじ７２によって集熱部材２０、熱発電素子２４、及び低温側熱交換器を一体化した発電ユニット１６を構成しておき、各発電ユニット１６を高温側ハウジング１４に固定して締め付けバンド５６を装着した後に、仮止め用ねじ７２を取り外すようにしても良い。この場合、ねじ孔３４の位置を工具による集熱部材締結ねじ３６の操作可能位置に配置すれば良い。
【００５６】
さらにまた、上記実施形態では、各発電ユニット群１８が高温側ハウジング１４の周方向に等間隔で配置された４つの発電ユニット１６（すなわち低温側熱交換器２２）を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、各発電ユニット群１８が２つ、３つ又は５つ以上の発電ユニット１６を有して構成されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る排気熱発電装置における低温側熱交換器の仮保持状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気熱発電装置の外観を示す側面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る排気熱発電装置における発電ユニット１つ分を含む分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係る排気熱発電装置を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    排気熱発電装置（熱発電装置）
１２    高温側熱交換部（加熱部）
２０    集熱部材（加熱部）
２２    低温側熱交換器（冷却部）
２４    熱発電素子
５６    締め付けバンド（保持手段、環状部材）
７０    仮止め用ねじ孔（仮保持部、めねじ部）
７２    仮止め用ねじ（仮止め部材）
【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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