(57)【要約】【課題】流体抵抗の増大及び集熱部材における温度斑を低減しつつ高温の流体から熱を効率的に受け取って熱回収効率を高めることができる受熱ユニットを提供する。【解決手段】本発明に係る受熱ユニットは、内部に流体が流れる流路を画定する筒状の筐体と複数のフィンからなる集熱部を備えるヒートシンクとを含む。集熱部は流路に露出し且つ筐体の外部と熱伝導可能に構成されている。下流側へ進むほど筐体の内側に向かってより大きく突出する座面が筐体の壁面に形成され、当該座面の内側に集熱部が配設されている。流路全体としての流体の流れの向きに直交する平面である法平面と集熱部の頂面とがなす４つの角のうち集熱部の頂面よりも上流側であり且つ法平面よりも下流側である領域に位置する角であるヒートシンク角は鋭角とする。好ましくは、ヒートシンク角は６０°以上であり且つ８０°以下である。【選択図】図２
2018206881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる流路を画定する筒状の筐体と、複数のフィンからなる集熱部を備えるヒートシンクと、を含み、前記集熱部が前記流路に露出し且つ前記筐体の外部と熱伝導可能であるように構成されている、受熱ユニットであって、
前記流路全体としての前記流体の流れの向きである主流方向において下流側へ進むほど前記筐体の内側に向かってより大きく突出するように傾斜した座面が前記筐体の壁面の少なくとも一部に形成されており、
前記集熱部は前記座面の内側に配設されており、
前記複数のフィンの前記座面とは反対側の先端を全て含む平面又はこれらの先端に対する近似平面である集熱部先端面と前記主流方向に直交する平面である法平面とがなす４つの角のうち前記集熱部先端面よりも前記主流方向において上流側であり且つ前記法平面よりも前記主流方向において下流側である領域に位置する角であるヒートシンク角が鋭角となるように、前記ヒートシンクが配設されている、
受熱ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の受熱ユニットであって、
前記ヒートシンク角が６０°以上であり且つ８０°以下であるように、前記ヒートシンクが配設されている、
受熱ユニット。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の受熱ユニットであって、
前記集熱部が、前記主流方向に平行ではない方向に延在する柱状の形状を有するピン型フィンによって構成されているか、前記主流方向に平行な板状の形状を有するプレート型フィンによって構成されているか、又は前記集熱部先端面に沿って前記主流方向に延在する折り目と前記集熱部先端面に平行な他の平面に沿って前記主流方向に延在する折り目とに沿って交互に繰り返し折り曲げられた板状部材によって形成された蛇腹状の形状を有する蛇腹型フィンである、
受熱ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の受熱ユニットであって、
前記ヒートシンクが、前記集熱部の前記座面側の端部と熱伝導可能に接合された板状の部材からなるベース部を更に備え且つ前記ベース部を介して前記筐体に熱伝導可能に固定されている、
受熱ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の受熱ユニットであって、
前記筐体の内部と外部とを連通する開口が前記座面に穿設されており、
前記集熱部が前記開口を介して前記流路に露出しており、
前記ベース部が前記筐体の外壁面の前記開口の周縁部に気密に固定されている、
受熱ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の受熱ユニットであって、
前記主流方向及び／又は前記主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数の前記ヒートシンクを含み、
複数の前記ヒートシンクの集熱部の先端同士がオーバーラップしないように構成されている、
受熱ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の受熱ユニットであって、
前記筐体の前記壁面の前記座面よりも前記主流方向において下流側の領域に、前記法平面による前記流路の断面積が前記主流方向において下流側へ進むほど徐々に増大するように構成されたディフューザ部が形成されている、
受熱ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の受熱ユニットと、
前記筐体の外部に前記集熱部と熱伝導可能に固定された熱電発電モジュールと、
を含む、熱電発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の熱電発電装置であって、
前記熱電発電モジュールの前記筐体とは反対側の主面に熱伝導可能に固定された冷却ユニットを更に含む、熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱回収装置等において高温の流体から熱を受け取るための機構として使用される受熱ユニットに関する。更に、本発明は、当該受熱ユニットを含む熱電発電装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野においては、省エネルギーの観点から、例えば廃熱を回収して再利用する熱回収装置が盛んに利用されるようになってきている。このような熱回収装置の具体例としては、例えば、内燃機関の排気ガスから熱を回収して発電を行う熱電発電装置並びにボイラーの排気ガスから熱を回収してボイラーに供給される水及び空気を暖める給水予熱器及び空気予熱器等を挙げることができる。このような熱回収装置は、例えば集熱部材としてのヒートシンクのフィンを高温の流体に接触させて当該流体から熱を効率的に受け取るための機構である受熱ユニットを備える。
【０００３】
例えば、複数のピン型フィンからなる集熱部とベース部とを備える剣山状のヒートシンクを内燃機関の排気管の管壁に穿設された開口に固定し、集熱部を排気流路に露出させることにより、熱電発電装置用の受熱ユニットを構成することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
更に、上流側から下流側へと進むに従って段階的又はテーパ状に縮径する排気管の上面及び下面に互いに対向するように配設された上記のようなヒートシンクの集熱部の先端部同士がオーバーラップする程度が上流側から下流側へと進むに従って大きくなるように配置することも知られている（例えば、特許文献２を参照）。このような受熱ユニットにおいては、排気ガスの流れを乱す（乱流を惹起する）ことにより集熱部への排気ガスの接触頻度を高め、結果として受熱効率を高めることを目的として、上記のような構成を採用している。
【０００５】
しかしながら、上記のように多数のピン型フィンが密集してなる集熱部は排気ガスの乱流を惹起して流れの抵抗（排気抵抗）を増大させ、排気ガスの流れを阻害して背圧の増加を招く虞が高い。その結果、例えば排気管の上流側に存在する内燃機関の運転効率の低下に繋がる虞がある。
【０００６】
更に、個々のピン型フィンの下流側の半面においては排ガスの流れが剥離するため熱回収への寄与が小さく、受熱ユニット全体としての受熱効率が低い。加えて、上流側に他のピン型フィンが存在するピン型フィンは、その上流側の他のピン型フィンにより排気ガスの流れが遮られて当該ピン型フィンが排気ガスと接触し難い。その結果、受熱ユニット全体としての受熱効率もまた低い。
【０００７】
上記課題に対する対策として、ピン型フィンの代わりにプレート型フィンを集熱部として採用することが考えられる。具体的には、例えば、内部に流体（排気ガス）が流れる流路を画定する筐体の壁面の一部に形成された流体の流れ方向（筐体の軸方向）に平行な平面状の座面に開口を穿設し、当該開口に複数のプレート型フィンからなる集熱部とベース部とを備えるヒートシンクのベース部を気密に固定し且つ当該開口を介して当該集熱部を流路に露出させることにより、熱電発電装置用の受熱ユニットを構成することができる（例えば、後述する図１３乃至図１５を参照）。
【０００８】
上記受熱ユニットにおいては流体の流れ方向に沿って配置された複数のプレート型フィンによって集熱部が構成されるため、受熱効率の向上が期待された。しかしながら、発明者による検証によれば、集熱部の上流側の端部に衝突する流体により、その下流側に境界層が形成され、隣接するプレート型フィン同士の間へと流体が入り込むことが困難であった。その結果、集熱部の上流側の端部には高温の流体が接触するものの、下流側の部分には高温の流体が接触し難く、集熱部の上流側と下流側との間の温度差が大きくなり、受熱ユニット全体としての受熱効率が向上せず、熱電発電装置全体としての熱回収効率も向上しなかった（詳しくは、後述する実施例を参照）。熱電発電装置全体としての熱回収効率の向上のためには、集熱部材としてのヒートシンクの上流側と下流側との間における温度差（即ち、集熱部材における温度斑）をより小さくすることもまた必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９７６
【特許文献２】特開２０１５−１４０７１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、当該技術分野においては、流体抵抗の増大及び集熱部材における温度斑を低減しつつ高温の流体から熱を効率的に受け取って熱回収効率を高めることができる受熱ユニットが求められている。本発明は、このような要求に応えるために為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記に鑑みて、本発明に係る受熱ユニット（以降、「本発明ユニット」と称される場合がある。）は、内部に流体が流れる流路を画定する筒状の筐体と、複数のフィンからなる集熱部を備えるヒートシンクと、を含む。集熱部は流路に露出し且つ筐体の外部と熱伝導可能であるように構成されている。
【００１２】
筐体の壁面の少なくとも一部には、流路全体としての流体の流れの向きである主流方向において下流側へ進むほど筐体の内側に向かってより大きく突出するように傾斜した座面が形成されており、上記集熱部は当該座面の内側に配設されている。
【００１３】
本発明ユニットにおいて、ヒートシンクもまた上記主流方向に対して傾斜するように配設されている。具体的には、ヒートシンクは、ヒートシンク角が鋭角となるように配設されている。ヒートシンク角とは、集熱部の座面とは反対側の先端を全て含む平面又はこれらの先端に対する近似平面である集熱部先端面と上記主流方向に直交する平面である法平面とがなす角である。このような角は全部で４つあるが、それら４つの角のうち、上記集熱部先端面よりも主流方向において上流側であり且つ法平面よりも主流方向において下流側である領域に位置する角がヒートシンク角である。好ましくは、ヒートシンク角は６０°以上であり且つ８０°以下である。
【００１４】
本発明ユニットにおいて集熱部を構成するフィンとしては、主流方向に平行ではない方向に延在する柱状の形状を有するピン型フィン又は主流方向に平行な板状の形状を有するプレート型フィンを採用することができる。或いは、集熱部先端面に沿って主流方向に延在する折り目と集熱部先端面に平行な他の平面に沿って主流方向に延在する折り目とに沿って交互に繰り返し折り曲げられた板状部材によって形成された蛇腹状の形状を有する蛇腹型フィンを採用してもよい。
【００１５】
また、本発明ユニットにおいて、ヒートシンクは、集熱部の座面側の端部と熱伝導可能に接合された板状の部材からなるベース部を更に備えていてもよい。この場合、ヒートシンクは、ベース部を介して筐体に熱伝導可能に固定されていてもよい。
【００１６】
更に、本発明ユニットにおいて、筐体の内部と外部とを連通する開口が座面に穿設されており、当該開口を介して集熱部が流路に露出しており、且つ筐体の外壁面の開口の周縁部にベース部が気密に固定されていてもよい。
【００１７】
加えて、本発明ユニットは、主流方向及び／又は主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数のヒートシンクを含むことができる。この場合、複数のヒートシンクは、それぞれの集熱部の先端同士がオーバーラップしないように構成される。
【００１８】
更に、本発明ユニットにおいて、筐体の壁面の座面よりも主流方向において下流側の領域に、上記法平面による流路の断面積が主流方向において下流側へ進むほど徐々に増大するように構成されたディフューザ部が形成されていてもよい。
【００１９】
一方、本発明に係る熱電発電装置（以降、「本発明装置」と称される場合がある。）は、上述した本発明ユニットと、本発明ユニットの筐体の外部に前記集熱部と熱伝導可能に固定された熱電発電モジュールと、を含む、熱電発電装置である。本発明装置は、熱電発電モジュールの本発明ユニットの筐体とは反対側の主面に熱伝導可能に固定された冷却ユニットを更に含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流体抵抗の増大及び集熱部材における温度斑を低減しつつ高温の流体から熱を効率的に受け取って熱回収効率を高めることができる受熱ユニット及び当該受熱ユニットを含む熱電発電装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、本発明の各実施形態についての以下の説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る受熱ユニット（第１ユニット）に含まれる筐体の構成の一例を示す模式図である。
【図２】第１ユニットの構成の一例を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る受熱ユニット（第２ユニット）の構成の一例に関する説明にも用いられる。
【図３】本発明の第３実施形態に係る受熱ユニット（第３ユニット）に含まれるヒートシンクが備える集熱部の構成の１つの例を示す模式図である。
【図４】第３ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部の構成のもう１つの例を示す模式図である。
【図５】第３ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部の構成の更なる例を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る受熱ユニット（第４ユニット）に含まれるヒートシンクの構成の一例を示す模式図である。
【図７】第４ユニットの構成の例を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る受熱ユニット（第５ユニット）に含まれる筐体の構成の一例を示す模式図である。
【図９】第５ユニットの構成の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る受熱ユニット（第６ユニット）の構成の例を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る受熱ユニット（第７ユニット）の構成の例について第５ユニットと比較しながら説明するための模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置（第８装置）の構成の例を示す模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係る熱電発電装置（第９装置）の構成の例を示す模式的な断面図である。
【図１４】は本発明の実施例１に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置（第１実施例装置）の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。
【図１５】第１実施例装置の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。
【図１６】（ａ）は、図１５の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された第１実施例装置を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。（ｂ）は、図１５の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された第１実施例装置を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。
【図１７】比較例に係る受熱ユニット（比較例ユニット）を含む熱電発電装置（比較例装置）の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。
【図１８】比較例装置の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。
【図１９】（ａ）は、図１８の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された比較例装置を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。（ｂ）は、図１８の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された比較例装置を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。
【図２０】筐体の内部に画定された流路における流体の流れにつき、第１実施例装置（ａ）と比較例装置（ｂ）とを比較する模式図である。
【図２１】本発明の実施例２に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置（第２実施例装置）の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。
【図２２】第２実施例装置の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。
【図２３】（ａ）は、図２２の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された第２実施例装置を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。（ｂ）は、図２２の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された第２実施例装置を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第１ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。尚、第１ユニット及び第１ユニットの構成要素の構成を示す各図は、あくまでも例示を目的とする模式図であり、それぞれの図における縮尺及び縦横比等は必ずしも同じではない。
【００２４】
〈構成〉
第１ユニットは、筐体とヒートシンクとを含む受熱ユニットである。筐体は、筒状の形状を有し、その内部に流体が流れる流路を画定する。図１は、第１ユニットに含まれる筐体１１０の構成の一例を示す模式図である。（ａ）は、流路全体としての流体の流れの向きである主流方向（白抜きの矢印）の右側から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な側面図である。（ｂ）は、上側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｕの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な平面図である。（ｃ）は、上流側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｆの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な正面図である。（ｄ）は、下流側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｂの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な背面図である。
【００２５】
図１の（ａ）に示すように、筐体１１０の壁面の少なくとも一部には、上述した主流方向（白抜きの矢印）において下流側へ進むほど筐体１１０の内側に向かってより大きく突出するように傾斜した座面１１０ａが形成されている。図１に示した例においては座面１１０ａが平面状に形成されているが、座面１１０ａは必ずしも平面状である必要は無く、例えば第１ユニットが組み込まれる装置の構造及び座面１１０ａの内側に配設されるヒートシンク（の集熱部）の形状等に応じて好適な形状とすることができる。
【００２６】
尚、図１に示した筐体１１０は概ね円筒状の形状を有しているが、その内部に流体が流れる流路を画定する筒状の形状を有する限り、筐体１１０の形状は特に限定されない。筐体１１０を構成する材料及び構造は、例えば第１ユニットの使用時に筐体１１０の内部の流路に流れる流体の温度及び圧力並びに筐体１１０に作用する応力及び振動等に耐え得る限り、特に限定されない。筐体１１０の一例としては、例えば、プレス加工によって成形されたステンレス鋼製の部材を溶接によって接合することによって得ることができる所謂「プレスモナカ構造」を有する構造体を挙げることができる。
【００２７】
ヒートシンクは、複数のフィンからなる集熱部を備える。集熱部は座面１１０ａの内側に配設され、筐体１１０によって画定される流体の流路に露出し且つ筐体１１０の外部と熱伝導可能であるように構成されている。例えば、複数のフィンを座面１１０ａの内側に直接的に接合してもよく、或いは、良好な熱伝導性を有する（即ち、高い熱導電率を有する）材料からなる部材（例えば、後述するベース部等）を介して複数のフィンを座面１１０ａの内側に間接的に接合してもよい。
【００２８】
集熱部を構成するフィンの形状は特に限定されず、様々な形状を有するフィンを採用することができる。具体的には、例えば、柱状の形状を有するピン型フィン又は板状の形状を有するプレート型フィンを使用することができる。或いは、薄い金属板（例えば、ステンレス鋼板等）を繰り返し折り曲げて板状の形状を有する複数のプレート型フィンを形成してもよく、薄い金属板を繰り返し折り曲げて蛇腹状の形状とした蛇腹型フィンを複数のプレート型フィンの代わりに使用してもよい。集熱部を構成するフィンの形状については後に詳述する。
【００２９】
ヒートシンクを構成する材料もまた、例えば第１ユニットの使用時に筐体１１０の内部の流路に流れる流体の温度及び圧力等に耐え得る限り、特に限定されない。ヒートシンクを構成する材料の具体例としては、例えば、ステンレス鋼、銅、及びアルミニウム等を含む各種金属材料を始めとする、高い熱導電率を有する材料を挙げることができる。
【００３０】
図２は、第１ユニットの構成の一例を示す模式図である。（ａ）は、主流方向（白抜きの矢印）の右側から第１ユニット１００を観察した場合における第１ユニット１００の模式的な側面図である。（ｂ）は、上側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｕの方向）から第１ユニット１００を観察した場合における第１ユニット１００の模式的な平面図である。（ｃ）は、（ｂ）に示す線Ｓ−Ｓによって表される平面（筐体１１０の軸を通り且つ矢印Ｕの方向に平行な平面）による第１ユニット１００の模式的な断面図である。
【００３１】
上述したように、筐体１１０の壁面の少なくとも一部には、主流方向（白抜きの矢印）において下流側へ進むほど筐体１１０の内側に向かってより大きく突出するように傾斜した（本例においては平面状の）座面１１０ａが形成されている。ヒートシンク１２０（を構成する集熱部１２０ａ）は、流路に露出するように座面１１０ａの内側に配設されている。
【００３２】
複数のフィンからなる集熱部１２０ａを筐体１１０に形成された座面１１０ａの内側に接合する方法は、第１ユニット１００の使用時に筐体１１０の内部の流路に流れる流体の温度及び圧力等に耐え且つ筐体１１０の外部と集熱部１２０ａとの間の熱伝導を過度に妨げない限り、特に限定されない。集熱部１２０ａを座面１１０ａの内側に接合する方法の具体例としては、ブレージング（ロウ付け）、かしめ、及び溶接等を挙げることができる。
【００３３】
第１ユニット１００において、ヒートシンク１２０もまた上記主流方向に対して傾斜するように配設されている。具体的には、ヒートシンク１２０は、（ｃ）に示すように、ヒートシンク角θが鋭角（０°＜θ＜９０°）となるように配設されている。ヒートシンク角θとは、集熱部１２０ａの座面１１０ａとは反対側の先端を全て含む平面又はこれらの先端に対する近似平面である集熱部先端面（線Ｌｔによって表される）と上記主流方向に直交する平面である法平面（線Ｌｎによって表される）とがなす角である。
【００３４】
ここでいう「近似平面」とは、例えば、集熱部１２０ａを構成する複数のフィンの座面１１０ａとは反対側の先端の最も近傍を通る平面として定義することができる。このような平面は、例えば、最小自乗法等、当業者に周知の手法によって特定することができる。このような集熱部先端面（Ｌｔ）と法平面（Ｌｎ）とがなす角は全部で４つあるが、それら４つの角のうち集熱部先端面（Ｌｔ）よりも主流方向において上流側であり且つ法平面（Ｌｎ）よりも主流方向において下流側である領域に位置する角がヒートシンク角θである。
【００３５】
〈効果〉
第１ユニット１００によれば、上記のように、集熱部１２０ａが流路に露出し且つヒートシンク角θが鋭角となるようにヒートシンク１２０が配設されている。従って、ヒートシンク１２０によって流路における流体の流れが過度に妨げられないので、流体抵抗の増大を低減することができる。更に、流路を流れる流体が集熱部１２０ａの上流側の端部のみならず集熱部先端面（Ｌｔ）にも衝突するので、集熱部１２０ａの上流側の端部の下流側に境界層が形成され難い。その結果、集熱部材としてのヒートシンク１２０の上流側と下流側との間における温度斑を低減することができる。また、隣接するプレート型フィン同士の間へと流体が容易に入り込むことができる。
【００３６】
加えて、筐体１１０の壁面の少なくとも一部には主流方向において下流側へ進むほど筐体１１０の内側に向かってより大きく突出するように傾斜した座面１１０ａが形成されている。この座面１１０ａの傾斜に沿って下流側に進むほど、上述した法平面による流路の断面は徐々に小さくなり、流路を流れる流体の圧力は徐々に高くなる。これにより、集熱部１２０ａを構成するフィン同士の間へと流体が入り込むことが更に容易になる。上記の結果、流体抵抗の増大を極力抑えると共に集熱部材としてのヒートシンク１２０における温度斑を低減しつつ、高温の流体から熱を効率的に受け取って受熱効率を高めることができる。
【００３７】
尚、第１ユニット１００において、主流方向において下流側へ進むほど断面積が徐々に減少するように成形された縮径部が、筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において上流側に形成されていてもよい。このような縮径部を構成する具体的な手法は特に限定されない。例えば、縮径部は、筐体１１０を構成する筒状の構造体を塑性加工等の手法により変形させることによって形成することができる。或いは、縮径部は、主流方向において下流側へ進むほど断面積が徐々に減少するように成形された別個の筒状の構造体を、例えば溶接等の手法により、筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において上流側に接合することによって形成することもできる。
【００３８】
第１ユニット１００が縮径部を更に備えることにより、ヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａに到達する流体の圧力が更に高まり、集熱部１２０ａを構成するフィン同士の間へと流体が入り込むことが更に容易になる。その結果、流体抵抗の増大及び集熱部材としてのヒートシンク１２０における温度斑を更に低減しつつ、高温の流体から熱をより効率的に受け取って、受熱効率を更に高めることができる。
【００３９】
《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第２ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００４０】
〈構成〉
第２ユニットは、ヒートシンク角θが６０°以上であり且つ８０°以下であるあるようにヒートシンクが配設されている点を除き、上述した第１ユニット１００と同様の構成を有する。従って、以下の説明においては、図２を参照しながら第２ユニットについて説明する。
【００４１】
ヒートシンク角θが過度に小さくなる（０°に近づく）と、集熱部先端面（Ｌｔ）と法平面（Ｌｎ）とが平行な状態に近づき、流路全体としての流体の流れの向きである主流方向（白抜きの矢印）に対する集熱部先端面（Ｌｔ）の角度が垂直に近づく。その結果、ヒートシンク１２０により流路における流体の流れが著しく妨げられ、流体抵抗が過度に増大する虞が高まる。
【００４２】
一方、ヒートシンク角θが過度に大きくなる（９０°に近づく）と、集熱部先端面（Ｌｔ）と法平面（Ｌｎ）とが垂直な状態に近づき、主流方向（白抜きの矢印）と集熱部先端面（Ｌｔ）とが平行な状態に近づく。このような状態においては、前述したように、集熱部１２０ａの上流側の端部に衝突する流体により、その下流側に境界層が形成され、隣接するフィン同士の間へと流体が入り込むことが困難となる虞がある。その結果、集熱部１２０ａの上流側の端部には高温の流体が接触するものの、下流側の部分には高温の流体が接触し難く、集熱部１２０ａの上流側と下流側との間の温度差が大きくなり、受熱ユニット全体としての受熱効率が低下する虞がある。
【００４３】
このような観点から、第２ユニットにおいては、ヒートシンク角θが６０°以上であり且つ８０°以下である（６０°≦θ≦８０°）ようにヒートシンク１２０が配設されている。
【００４４】
〈効果〉
第２ユニットによれば、流体抵抗の増大及び集熱部材としてのヒートシンク１２０における温度斑をより確実に低減しつつ、高温の流体から熱を効率的に受け取って受熱効率をより確実に高めることができる。
【００４５】
《第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第３ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。前述したように、ヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａを構成するフィンの形状は特に限定されず、様々な形状を有するフィンを採用することができる。
【００４６】
〈構成〉
第３ユニットは、基本的には、上述した第１ユニット及び第２ユニットと同様の構成を有する。第３ユニットにおいて、集熱部１２０ａを構成するフィンは、以下に列挙する（１）乃至（３）の何れかである。
（１）主流方向に平行ではない方向に延在する柱状の形状を有するピン型フィン、
（２）主流方向に平行な板状の形状を有するプレート型フィン、又は
（３）集熱部先端面（Ｌｔ）に沿って主流方向に延在する折り目と集熱部先端面（Ｌｔ）に平行な他の平面に沿って主流方向に延在する折り目とに沿って交互に繰り返し折り曲げられた板状部材によって形成された蛇腹状の形状を有する蛇腹型フィン。
【００４７】
図３の（ａ）は、ピン型フィンからなる集熱部１２０ａを備えるヒートシンク１２０を集熱部先端面（Ｌｔ）が水平な底面となるように配置した状態において上述した主流方向の右側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な側面図である。（ｂ）は、集熱部先端面（Ｌｔ）を水平な底面となるように配置した状態において当該ヒートシンク１２０を上流側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な正面図又は下流側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な背面図である。（ｃ）は、当該ヒートシンク１２０を集熱部先端面（Ｌｔ）側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な底面図である。
【００４８】
即ち、図３の（ａ）乃至（ｃ）は上記（１）に示すフィンの構成の一例である。個々のピン型フィンの径及び長さ、ピン型フィンの配設される密度等については、例えば、達成されるべき受熱効率及び流体抵抗等を考慮して、適宜定めることができる。また、図３においては複数のピン型フィンの先端が同一平面内に存在する（即ち、全てのピン型フィンの先端を通る平面と集熱部先端面とが一致する）構成を例示したが、複数のピン型フィンの先端の位置が不揃いであって、これらの先端を通る平面が存在しない構成を採用してもよい。
【００４９】
更に、図３においては、格子状に配置された複数のピン型フィンによって構成された集熱部を例示したが、千鳥状に配置された複数のピン型フィンによって集熱部を構成してもよい。この場合、主流方向において前後（上流側及び下流側）に隣接するピン型フィンの行において、それぞれの行を構成するピン型フィンの位置が主流方向に直交する方向にずれる。従って、上流側のピン型フィンにより流体の流れが遮られて下流側のピン型フィンと流体との接触が妨げられて受熱ユニット全体としての受熱効率が低下する虞を低減することができる。
【００５０】
一方、図４の（ａ）は、集熱部先端面（Ｌｔ）を水平な底面となるように配置した状態において、プレート型フィンからなる集熱部１２０ａを備えるヒートシンク１２０を上述した主流方向の右側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な側面図である。（ｂ）は、集熱部先端面（Ｌｔ）を水平な底面となるように配置した状態において当該ヒートシンク１２０を上流側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な正面図又は下流側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な背面図である。（ｃ）は、当該ヒートシンク１２０を集熱部先端面（Ｌｔ）側から観察した場合における当該ヒートシンク１２０の模式的な底面図である。
【００５１】
即ち、図４の（ａ）乃至（ｃ）は上記（２）に示すフィンの構成の一例である。個々のプレート型フィンの厚み及び高さ、プレート型フィンの配設される間隔等については、例えば、達成されるべき受熱効率及び流体抵抗等を考慮して、適宜定めることができる。また、図４においては複数のプレート型フィンの先端が同一平面内に存在する（即ち、全てのプレート型フィンの先端を通る平面と集熱部先端面とが一致する）構成を例示したが、複数のプレート型フィンの先端の位置が不揃いであり、これらの先端を通る平面が存在しない構成を採用してもよい。
【００５２】
或いは、図５の（ａ）に示すように、薄い金属板（例えば、ステンレス鋼板等）を繰り返し折り曲げて板状の形状を有する複数のプレート型フィンを形成してもよい。即ち、図５の（ａ）もまた上記（２）に示すフィンの構成のもう１つの例である。個々のプレート型フィンの厚み及び高さ、プレート型フィンの配設される間隔等については、例えば、達成されるべき受熱効率及び流体抵抗等を考慮して、適宜定めることができる。
【００５３】
更には、図５の（ｂ）に示すように、薄い金属板を交互に繰り返し折り曲げて蛇腹状の形状とした蛇腹型フィンを複数のプレート型フィンの代わりに使用してもよい。即ち、図５の（ｂ）は上記（３）に示すフィンの構成の一例である。蛇腹状の形状を構成する板状部材の厚み並びに個々の折り返し部の間隔及び高さ等については、例えば、達成されるべき受熱効率及び流体抵抗等を考慮して、適宜定めることができる。
【００５４】
加えて、上述したプレート型フィン及び蛇腹型フィンの表面に例えばエンボス加工等の表面加工を施して流体との接触面積を増やし、受熱効率を高めてもよい。
【００５５】
〈効果〉
上述したフィンは何れもヒートシンクが備えるフィンとして広く採用されているものである。従って、第３ユニットによれば、当該技術分野において広く採用されている部材を用いて本発明ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部を構成することができる。その結果、例えば、第３ユニットの製造コストの削減等、製造効率面における利益を享受することができる。
【００５６】
《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第４ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００５７】
〈構成〉
第４ユニットは、ヒートシンクが、集熱部の座面側の端部と熱伝導可能に接合された板状の部材からなるベース部を更に備え且つ当該ベース部を介して筐体に熱伝導可能に固定されている点を除き、上述した第１ユニット乃至第３ユニットと同様の構成を有する。
【００５８】
図６は、第４ユニットに含まれるヒートシンクの構成の例を示す模式図である。第４ユニットにおいて、ヒートシンク１２０は、集熱部１２０ａ（斜線部）の座面側の端部と熱伝導可能に接合された板状の部材からなるベース部１２０ｂを更に備える。更に、ヒートシンク１２０は、ベース部１２０ｂを介して筐体１１０に熱伝導可能に固定されている。
【００５９】
ベース部１２０ｂを構成する材料は、例えば第４ユニットの使用時に筐体１１０の内部の流路に流れる流体の温度及び圧力等に耐え得る限り、特に限定されない。ヒートシンクを構成する材料の具体例としては、例えば、ステンレス鋼、銅、及びアルミニウム等を含む各種金属材料を始めとする、高い熱導電率を有する材料を挙げることができる。
【００６０】
尚、図６に示した例においては、ベース部１２０ｂが平板状の部材からなる。しかしながら、ベース部１２０ｂは必ずしも平板状の部材からなる必要は無く、例えば、筐体１１０のベース部１２０ｂが固定される領域の形状に合わせて、様々な形状（例えば、曲面状等）を有する部材によってベース部１２０ｂを構成することができる。
【００６１】
また、図６に示した例においては、集熱部先端面（Ｌｔ）に平行な平面による断面において、集熱部１２０ａよりもベース部１２０ｂの方が大きい。しかしながら、上記断面において、必ずしも集熱部１２０ａよりもベース部１２０ｂの方が大きい必要は無く、集熱部１２０ａとベース部１２０ｂとが同じ大きさであってもよく、或いは集熱部１２０ａよりもベース部１２０ｂの方が小さくてもよい。具体的には、例えば、集熱部１２０ａによって高温の流体から受け取った熱を提供する対象の大きさ及び配置等に応じて、ベース部１２０ｂの大きさを適宜定めることができる。
【００６２】
更に、複数のフィンからなる集熱部１２０ａを板状の部材からなるベース部１２０ｂに接合する方法は、集熱部１２０ａとベース部１２０ｂとの間の熱伝導を過度に妨げない限り、特に限定されない。複数のフィン１２０ａをベース部１２０ｂに接合する方法の具体例としては、例えば、ブレージング（ロウ付け）、かしめ、及び溶接等を挙げることができる。或いは、例えば鍛造及び押出し等の方法により、集熱部１２０ａ及びベース部１２０ｂを一体的に成形してもよい。
【００６３】
図７は第４ユニット４００の構成の例を示す模式図であり、第１ユニット１００を示す図２の（ｃ）と同様に、筐体１１０の軸を通り且つ矢印Ｕの方向に平行な平面による第４ユニット４００の模式的な断面図である。図７に示すように、第４ユニット４００においては、ヒートシンク１２０がベース部１２０ｂを介して筐体１１０に固定されている。即ち、ヒートシンク１２０は間接的に筐体１１０に固定されている。
【００６４】
〈効果〉
上述したように第４ユニット４００が含むヒートシンク１２０においては、集熱部１２０ａの座面側の端部がベース部１２０ｂに接合されている。即ち、ヒートシンク１２０は集熱部１２０ａ及びベース部１２０ｂを含む一体物として構成されている。従って、第４ユニット４００の製造工程においては、集熱部１２０ａを構成する複数のフィンを個々に筐体１１０に固定する必要は無く、一体物として構成されているヒートシンク１２０のベース部１２０ｂを筐体１１０に固定すればよい。その結果、例えば、第４ユニット４００の製造コストの削減等、製造効率面における利益を享受することができる。
【００６５】
《第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第５ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００６６】
〈構成〉
第５ユニットは、筐体の内部と外部とを連通する開口が座面に穿設されており、集熱部が開口を介して流路に露出しており、ベース部が筐体の外壁面の開口の周縁部に気密に固定されている点を除き、上述した第１ユニット乃至第４ユニットと同様の構成を有する。
【００６７】
図８は、第５ユニットに含まれる筐体１１０の構成の一例を示す模式図である。（ａ）は、流路全体としての流体の流れの向きである主流方向（白抜きの矢印）の右側から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な側面図である。（ｂ）は、上側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｕの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な平面図である。（ｃ）は、上流側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｆの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な正面図である。（ｄ）は、下流側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｂの方向）から筐体１１０を観察した場合における筐体１１０の模式的な背面図である。
【００６８】
図８に示すように、筐体１１０の内部と外部とを連通する開口１１０ｂが座面１１０ａに穿設されている。尚、図８に示した例においては、座面１１０ａの中央部に正方形の開口１１０ｂが穿設されている。但し、開口１１０ｂの形状及び大きさは、例えば開口１１０ｂを介して流体の流路に露出する集熱部１２０ａの形状及び大きさ等に応じて、適宜定めることができる。
【００６９】
図９は、第５ユニットの構成の一例を示す模式図である。（ａ）は、主流方向（白抜きの矢印）の右側から第５ユニット５００を観察した場合における第５ユニット５００の模式的な側面図である。（ｂ）は、上側（（ａ）に示す黒塗りの矢印Ｕの方向）から第５ユニット５００を観察した場合における第５ユニット５００の模式的な平面図である。（ｃ）は、（ｂ）に示す線Ｓ−Ｓによって表される平面（筐体１１０の軸を通り且つ矢印Ｕの方向に平行な平面）による第５ユニット５００の模式的な断面図である。
【００７０】
図９に示すように、集熱部１２０ａが開口１１０ｂを介して流路に露出しており、ベース部１２０ｂが筐体１１０の外壁面の開口１１０ｂの周縁部に気密に固定されている。
【００７１】
ベース部１２０ｂを筐体１１０に固定する方法は、第５ユニット５００の使用時に筐体１１０の内部の流路に流れる流体の温度及び圧力等に耐え且つ気密を保持し得る限り、特に限定されない。ベース部１２０ｂを筐体１１０に固定する方法の具体例としては、例えば、ベース部１２０ｂの周縁部又はベース部１２０ｂの周囲に形成されたフランジ部（図示せず）を溶接によって開口１１０ｂの周縁部近傍に接合する方法等を挙げることができる。
【００７２】
或いは、ベース部１２０ｂの周縁部（例えば角部等）に穿設された貫通孔にボルトを通し、開口１１０ｂの周囲又は開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、ベース部１２０ｂを筐体１１０に固定してもよい。或いは、ベース部１２０ｂよりも薄いフランジ部をベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側寄りの周囲に形成し（図示せず）、結果として相対的に厚い中央部となるベース部１２０ｂを開口１１０ｂに嵌合させると共に、上記フランジ部に穿設された貫通孔にボルトを通し、開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、ベース部１２０ｂを筐体１１０に固定してもよい。これらの方法のようにボルト締めによってベース部１２０ｂを筐体１１０に固定する場合、開口１１０ｂの周縁部近傍とベース部１２０ｂの周縁部又はフランジ部との間にガスケット等のシール材を介在させて気密性を高めてもよい。
【００７３】
〈効果〉
上述したように、第５ユニット５００においては、筐体１１０の内部と外部とを連通する開口１１０ｂが座面１１０ａに穿設されており、集熱部１２０ａが開口１１０ｂを介して流路に露出しており、ベース部１２０ｂが筐体１１０の外壁面の開口１１０ｂの周縁部に気密に固定されている。このような構造により、第５ユニット５００の製造時には、別途完成された筐体１１０の外部からヒートシンク１２０を容易に取り付けることができる。また、例えば破損等の理由によりヒートシンク１２０を交換する必要が生じた場合においても、ヒートシンク１２０を容易に交換することができる。即ち、第５ユニット５００によれば、受熱ユニットの製造及びメンテナンスに要する労力及びコストを有効に低減することができる。
【００７４】
《第６実施形態》
以下、本発明の第６実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第６ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００７５】
〈構成〉
第６ユニットは、主流方向及び／又は主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数のヒートシンクを含み、且つ、複数のヒートシンクの集熱部の先端同士がオーバーラップしないように構成されている点を除き、上述した第１ユニット乃至第５ユニットと同様の構成を有する。
【００７６】
図１０は第６ユニット６００の構成の例を示す模式図であり、第１ユニット１００を示す図２の（ｃ）と同様に、筐体１１０の軸を通り且つ矢印Ｕの方向に平行な平面による第６ユニット６００の模式的な断面図である。図１０の（ａ）は、１つの平面状の座面１１０ａに２つのヒートシンク１２０が主流方向に沿って（上流側及び下流側に直列に）配設されている構成を例示している。この構成においては、当然のことながら、２つのヒートシンク１２０の集熱部１２０ａの先端同士はオーバーラップしない。
【００７７】
図１０の（ｂ）は、対向する２つの平面状の座面１１０ａにそれぞれ１つのヒートシンク１２０が配設されている構成を例示している。この構成においては、２つのヒートシンク１２０の集熱部１２０ａもまた互いに対向するが、２つの集熱部１２０ａが最も近接する部分においても、両者の先端同士は間隔（Ｄ）を空けて離れており、オーバーラップしない。但し、第６ユニット６００の構成はこれらに限定されず、主流方向及び／又は主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数のヒートシンクを含み且つ複数のヒートシンクの集熱部の先端同士がオーバーラップしない限り、如何なる構成であってもよい。
【００７８】
例えば、図１０の（ａ）に例示したように１つの座面１１０ａが筐体１１０に形成されており、当該座面１１０ａに３つ以上のヒートシンク１２０が配設されていてもよい。また、これら複数のヒートシンク１２０は、上記のように当該座面１１０ａにおいて上流側及び下流側に直列に配設されていてもよく、主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に（並列に）配設されていてもよく、又は主流方向及び主流方向を軸とする円周方向の両方向において異なる位置に配設されていてもよい。
【００７９】
また、図１０の（ｂ）に例示した構成においては対向する２つの平面状の座面１１０ａにそれぞれ１つのヒートシンク１２０が配設されている。しかしながら、３つ以上の座面１１０ａが筐体１１０に形成されていてもよく、これら複数の座面１１０ａは、主流方向において異なる位置に（直列に）配設されていてもよく、主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に（並列に）配設されていてもよく、又は主流方向及び主流方向を軸とする円周方向の両方向において異なる位置に配設されていてもよい。
【００８０】
更に、それぞれの座面１１０ａには、１つのヒートシンク１２０が配設されていてもよく、又は複数のヒートシンク１２０が配設されていてもよい。後者の場合、これら複数のヒートシンク１２０は、主流方向において異なる位置に（直列に）配設されていてもよく、主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に（並列に）配設されていてもよく、又は主流方向及び主流方向を軸とする円周方向の両方向において異なる位置に配設されていてもよい。尚、何れの構成においても、それぞれのヒートシンク１２０は、集熱部１２０ａの先端同士がオーバーラップしないように配設される。
【００８１】
〈効果〉
上述したように、第６ユニット６００は、主流方向及び／又は主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数のヒートシンク１２０を含む。これにより、受熱ユニット全体としての受熱効率を高めることができる。更に、第６ユニット６００においては、複数のヒートシンク１２０の集熱部１２０ａの先端同士がオーバーラップしないように構成されている。従って、流体抵抗の過度の増大を招くこと無く、受熱ユニット全体としての受熱効率を高めることができる。
【００８２】
《第７実施形態》
以下、本発明の第７実施形態に係る受熱ユニット（以降、「第７ユニット」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００８３】
〈構成〉
図１１は、前述した第５ユニット５００と比較しながら、第７ユニット７００の構成について説明するための模式的な断面図である。図１１の（ａ）は、筐体１１０の軸を通り且つ矢印Ｕの方向に平行な平面による第５ユニット５００の模式的な断面図であり、図９の（ｃ）と同じである。第５ユニット５００においては、筐体１１０に形成された座面１１０ａの直ぐ下流側において、上述した法平面による流路の断面積が急激に大きくなっている。その結果、破線の曲線によって描かれた矢印によって表されているような渦巻き状の乱流が生じ、流体抵抗（圧力損失）の増大を招く虞がある。
【００８４】
そこで、第７ユニット７００においては、筐体の壁面の座面よりも主流方向において下流側の領域に、上述した法平面による流路の断面積が主流方向において下流側へ進むほど徐々に増大するように構成されたディフューザ部（拡径部）が形成されている。この点を除き、第７ユニット７００は、上述した第１ユニット１００乃至第６ユニット６００と同様の構成を有する。
【００８５】
例えば、図１１の（ｂ）に示す第７ユニット７００は、基本的には、図９の（ｃ）及び図１１の（ａ）に示した第５ユニット５００と同様の構成を有する場合の例である。しかしながら、この第７ユニット７００においては、上述した法平面による流路の断面積が主流方向において下流側へ進むほど徐々に増大するように構成されたディフューザ部１１０ｃが、筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において下流側の領域に形成されている。
【００８６】
また、図１１の（ｃ）に示す第７ユニット７００は、基本的には、図１０の（ｂ）に示した第６ユニット６００と同様の構成を有する場合の例である。しかしながら、この第７ユニット７００においても、上述した法平面による流路の断面積が主流方向において下流側へ進むほど徐々に増大するように構成されたディフューザ部１１０ｃが、筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において下流側の２つの領域にそれぞれ形成されている。
【００８７】
尚、ディフューザ部１１０ｃを構成する具体的な手法は特に限定されない。例えば、ディフューザ部１１０ｃは、筐体１１０を構成する筒状の構造体を塑性加工等の手法により変形させることによって形成することができる。或いは、ディフューザ部１１０ｃは、主流方向において下流側へ進むほど断面積が徐々に増大するように成形された別個の筒状の構造体を、例えば溶接等の手法により、筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において下流側に接合することによって形成することもできる。
【００８８】
〈効果〉
上記ディフューザ部１１０ｃにより、第７ユニット７００においては、傾斜した座面１１０の内壁に沿って流れつつヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａと接触して熱交換した流体が筐体１１０の内壁面から剥離すること無く、流路の拡大に伴う流体の流れを円滑にすることができる。即ち、第７ユニット７００によれば、座面１１０ａの下流側における渦巻き状の乱流の発生を低減して、流体抵抗（圧力損失）の増大を低減することができる。また、ディフューザ部１１０ｃによる所謂「吸い出し効果」により、流体の流れを更に円滑にすることができる。
【００８９】
《第８実施形態》
ところで、上述した第１ユニット１００乃至第７ユニット７００を始めとする本発明の種々の実施形態に係る受熱ユニットは、例えば、内燃機関の排気ガスから熱を回収して発電を行う熱電発電装置並びにボイラーの排気ガスから熱を回収してボイラーに供給される水及び空気を暖める給水予熱器及び空気予熱器等、様々な熱回収装置に含まれる受熱ユニットとして採用することができる。即ち、本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、熱回収装置等において高温の流体から熱を受け取るための機構として使用される受熱ユニットのみならず、当該受熱ユニットを含む熱電発電装置にも関する。
【００９０】
以下、本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第８装置」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【００９１】
〈構成〉
第８装置は、上述した第１ユニット１００乃至第７ユニット７００の何れか１つに該当する受熱ユニットと、当該受熱ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部と熱伝導可能な状態において筐体の外部に固定された熱電発電モジュールと、を含む、熱電発電装置である。
【００９２】
一般に、「熱電発電モジュール」は、複数の熱電発電素子、これら複数の熱電発電素子を互いに電気的に接続する配線、及びこれら複数の熱電発電素子から出力される電気エネルギーを外部に取り出すための端子等を含む。熱電発電素子（「熱電変換素子」と称される場合がある）とは、互いに接合された異なる２種類の金属又は半導体の両端に温度差を生じさせると起電力が生ずる所謂「ゼーベック効果」を利用して熱エネルギーを電気エネルギーへと変換する素子である。熱電発電素子の詳細については当業者に周知であるので、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００９３】
第８装置においては、上記のように、受熱ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部と熱伝導可能な状態において筐体の外部に熱電発電モジュールが固定されている。例えば、図１２の（ａ）に示す第８装置８００は、図１１の（ｂ）に示した第７ユニット７００と、第７ユニット７００に含まれるヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａと熱伝導可能な状態において筐体１１０の外部に固定された熱電発電モジュール１３０と、を含む、熱電発電装置である。本例においては、熱電発電モジュール１３０は、第７ユニット７００に含まれるヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面に熱伝導可能に固定されている。
【００９４】
また、図１２の（ｂ）に示す第８装置８００は、図１１の（ｃ）に示した第７ユニット７００と、第７ユニット７００に含まれる２つのヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａと熱伝導可能な状態において筐体１１０の外部にそれぞれ固定された２つの熱電発電モジュール１３０と、を含む、熱電発電装置である。本例においては、熱電発電モジュール１３０は、第７ユニット７００に含まれるヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面に熱伝導可能に固定されている。尚、何れの図においても、熱電発電モジュール１３０は黒塗りの四角形として描かれている。
【００９５】
ヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面に熱電発電モジュール１３０を固定する方法は、第８装置８００の使用環境（例えば、応力、振動、温度及び圧力等）に耐え且つベース部１２０ｂと熱電発電モジュール１３０との間における良好な熱伝導が可能である限り、特に限定されない。
【００９６】
熱電発電モジュール１３０をヒートシンク１２０に固定する方法の具体例としては、例えば、熱電発電モジュール１３０の周縁部（例えば角部等）又は熱電発電モジュール１３０の周囲に形成されたフランジ部（図示せず）に貫通孔を穿設し、熱電発電モジュール１３０と筐体１１０の座面１１０ａとの間にヒートシンク１２０が挟まれた状態において当該貫通孔にボルトを通して開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０とを筐体１１０に固定してもよい。この場合、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の両方又は熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の両方のフランジ部に貫通孔を穿設して、これらの貫通孔にボルトを通して共締めすることにより筐体１１０に固定してもよい。
【００９７】
或いは、熱電発電モジュール１３０のヒートシンク１２０とは反対側に例えば冷却ユニット（詳しくは後述する）及び固定用部材等の他の構成要素（図示せず）が配設される場合は、当該構成要素又は当該構成要素の周囲に形成されたフランジ部（図示せず）に貫通孔を穿設し、当該構成要素と筐体１１０の座面１１０ａとの間に熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０（のベース部１２０ｂ）が挟まれた状態において当該貫通孔にボルトを通して開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、当該構成要素と熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０とを筐体１１０に固定してもよい。この場合、当該構成要素、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全て又は当該構成要素、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全てのフランジ部に貫通孔を穿設して、これらの貫通孔にボルトを通して共締めすることにより筐体１１０に固定してもよい。
【００９８】
上記のようにボルト締めによって熱電発電モジュール１３０をヒートシンク１２０に固定する場合、熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０のベース部１２０ｂとの間に緩衝材を介在させてもよい。これにより、熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０のベース部１２０ｂとの間の密着性を高めたり、両者の熱膨張係数の違いに起因して発生する熱応力を緩和したりすることができる。このような緩衝材としては、例えば、シリコンシート等の樹脂系高熱伝導シート、グラファイトシート、及びＢＮ（窒化ホウ素）ペースト等を挙げることができる。
【００９９】
尚、上記説明においては、ヒートシンク１２０が集熱部１２０ａ及びベース部１２０ｂを備え、筐体１１０に形成された座面１１０ａに穿設された開口１１０ｂを介して集熱部１２０ａが流体の流路に露出され且つベース部１２０ｂが筐体１１０の外部に固定されている構成を有する第７ユニット７００（例えば、図１１の（ｂ）及び（ｃ）を参照）を受熱ユニットとして採用する場合について説明してきた。
【０１００】
しかしながら、例えば図２（ｃ）及び図７にそれぞれ示した第１ユニット１００及び第４ユニット４００のように、ヒートシンク１２０が筐体１１０の外部に露出していない受熱ユニットを採用してもよい。
【０１０１】
上記の場合においても、集熱部１２０ａが流路に露出し且つ筐体１１０の外部と（筐体１１０の壁面を介して）熱伝導可能であるように構成されているので、例えば、熱電発電モジュール１３０を筐体１１０の外壁面に固定することにより第８装置を構成することができる。この場合、熱伝導効率を高める観点から、筐体１１０の内部に配設されたヒートシンク１２０と熱電発電モジュール１３０とが筐体１１０の壁面を挟んで互いに対向するように構成されるのが一般的である。しかしながら、必要とされる熱量を十分な速度にて取り出すことが可能である限り、ヒートシンク１２０と熱電発電モジュール１３０との位置関係は上記に限定されない。例えば、ヒートシンク１２０と熱電発電モジュール１３０とは筐体１１０の壁面を挟んで部分的に重なっていてもよく、或いは全く重なっていなくてもよい。
【０１０２】
〈効果〉
上述したように、第８装置８００においては、第１ユニット１００乃至第７ユニット７００を始めとする本発明の種々の実施形態の何れかに係る受熱ユニット（本発明ユニット）と、当該受熱ユニットに含まれるヒートシンクが備える集熱部と熱伝導可能な状態において筐体１１０の外部に固定された熱電発電モジュール１３０と、を含む。従って、筐体１１０によって画定される流路を流れる高温の流体から高い受熱効率にて熱を受け取り、その熱を熱電発電モジュール１３０に伝導することができる。
【０１０３】
更に、本発明ユニットによれば、集熱部材としてのヒートシンク１２０の上流側と下流側との間における温度斑を低減することができる。その結果、第８装置８００によれば、従来技術に係る受熱ユニットを採用する熱電発電装置に比べて、発電効率を向上させることができる。加えて、熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０のベース部１２０ｂとの間に緩衝材を介在させる場合、ヒートシンク１２０の上流側と下流側との間における温度斑に起因する熱応力により緩衝材等が変形したり破損したりする虞も低減することができる。
【０１０４】
《第９実施形態》
ところで、当業者に周知であるように、熱電発電素子は、異なる２種類の金属又は半導体の接合点の一方を高熱源に接触させ且つ他方を低熱源に接触させることにより電位差を生じさせて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。また、熱電発電素子は、基本的には、高熱源と低熱源との間の温度差が大きいほど、より大きい電位差を生じ、より大きい電気エネルギーを発生させることができる。
【０１０５】
従って、上述した第８装置８００において、熱電発電モジュール１３０の外側（即ち、本発明ユニットに接している側とは反対側）を積極的に冷却すれば、熱電発電モジュール１３０の内側（即ち、本発明ユニットに接している側）と外側との間の温度差がより大きくなり、より大きい電位差を生じ、より大きい電気エネルギーを発生させることができる。
【０１０６】
以下、本発明の第９実施形態に係る熱電発電装置（以降、「第９装置」と称される場合がある。）について詳しく説明する。
【０１０７】
〈構成〉
第９装置は、熱電発電モジュールの筐体とは反対側の主面に熱伝導可能に固定された冷却ユニットを更に含む点を除き、上述した第８装置８００と同様の構成を有する。冷却ユニットは、対象物を冷却することが可能である限り、特に限定されない。冷却ユニットの具体例としては、例えば、ヒートシンク、強制空冷式及び水冷式のヒートシンク、及び冷却ジャケット（例えば、ウォータージャケット等）等を挙げることができる。
【０１０８】
例えば、図１３の（ａ）に示す第９装置９００は、図１２の（ａ）に示した第８装置８００に含まれる熱電発電モジュール１３０のヒートシンク１２０のベース部１２０ｂに接している側とは反対側の主面に冷却ユニット１４０が熱伝導可能に固定されている。また、図１３の（ｂ）に示す第９装置９００は、図１２の（ｂ）に示した第８装置８００に含まれる２つの熱電発電モジュール１３０のヒートシンク１２０のベース部１２０ｂに接している側とは反対側の主面に２つの冷却ユニット１４０が熱伝導可能に固定されている。何れの図においても、冷却ユニット１４０は格子柄を有する四角形として描かれている。
【０１０９】
熱電発電モジュール１３０のヒートシンク１２０のベース部１２０ｂに接している側とは反対側の主面に冷却ユニット１４０を固定する方法は、第７装置７００の使用環境（例えば、応力、振動、温度及び圧力等）に耐え且つ熱電発電モジュール１３０と冷却ユニット１４０との間における良好な熱伝導が可能である限り、特に限定されない。
【０１１０】
冷却ユニット１４０を熱電発電モジュール１３０に固定する方法の具体例としては、例えば、冷却ユニット１４０の周縁部（例えば角部等）又は冷却ユニット１４０の周囲に形成されたフランジ部（図示せず）に貫通孔を穿設し、冷却ユニット１４０と筐体１１０の座面１１０ａとの間に熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０が挟まれた状態において当該貫通孔にボルトを通して開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、冷却ユニット１４０と熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０とを筐体１１０に固定してもよい。この場合、冷却ユニット１４０、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全て又は冷却ユニット１４０、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全てのフランジ部に貫通孔を穿設して、これらの貫通孔にボルトを通して共締めすることにより筐体１１０に固定してもよい。
【０１１１】
或いは、冷却ユニット１４０の熱電発電モジュール１３０とは反対側に例えば固定用部材等の他の構成要素（図示せず）が配設される場合は、当該構成要素又は当該構成要素の周囲に形成されたフランジ部（図示せず）に貫通孔を穿設し、当該構成要素と筐体１１０の座面１１０ａとの間に冷却ユニット１４０と熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０とが挟まれた状態において当該貫通孔にボルトを通して開口１１０ｂの周囲に溶接された取り付け座（図示せず）に締め付けることにより、当該構成要素と冷却ユニット１４０と熱電発電モジュール１３０とヒートシンク１２０とを筐体１１０に固定してもよい。この場合、当該構成要素、冷却ユニット１４０、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全て又は当該構成要素、冷却ユニット１４０、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０の全てのフランジ部に貫通孔を穿設して、これらの貫通孔にボルトを通して共締めすることにより筐体１１０に固定してもよい。
【０１１２】
上記のようにボルト締めによって冷却ユニット１４０を熱電発電モジュール１３０に固定する場合、冷却ユニット１４０と熱電発電モジュール１３０との間に緩衝材を介在させてもよい。これにより、冷却ユニット１４０と熱電発電モジュール１３０との間の密着性を高めたり、両者の熱膨張係数の違いに起因して発生する熱応力を緩和したりすることができる。
【０１１３】
〈効果〉
上述したように、第９装置９００においては、熱電発電モジュール１３０の筐体１１０とは反対側の主面に熱伝導可能に固定された冷却ユニット１４０を更に含む。従って、熱電発電モジュール１３０の低熱源側（即ち、ヒートシンク１２０の筐体１１０側とは反対側）を積極的に冷却することができる。その結果、第９装置によれば、熱電発電モジュール１３０の内側（即ち、筐体１１０側）と外側（即ち、冷却ユニット１４０側）との間の温度差をより大きくして、より大きい電位差を生じ、より大きい電気エネルギーを発生させることができる。
【０１１４】
このような熱電発電装置は、熱源となる流体の流路を有する装置（例えば、自動車等）中の様々な箇所に配設して電源として機能させることができる。従って、従来のようにバッテリーからの給電のための配線（例えば、ハーネス等）を敷設すること無く、例えばセンサ等のデバイスを、その近傍に配設された熱電発電装置によって作動させることができる。
【実施例１】
【０１１５】
以上、本発明の種々の実施形態に係る受熱ユニット及び熱電発電装置について説明してきたが、本発明の代表的な実施例に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置につき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【０１１６】
〈構成〉
図１４、は本発明の実施例１に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置（以降、「第１実施例装置」と称される場合がある。）１０００の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。図１５は、第１実施例装置１０００の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。図１６の（ａ）は、図１５の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された第１実施例装置１０００を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。図１６の（ｂ）は、図１５の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された第１実施例装置１０００を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。
【０１１７】
尚、図１４乃至図１６に示す第１実施例装置１０００は、図１１の（ｂ）を参照しながら説明した第７ユニット７００に該当する受熱ユニットを含み、図１３の（ａ）を参照しながら説明した第９装置９００に該当する。具体的には、第１実施例装置１０００は、第７ユニット７００と、当該受熱ユニットに含まれるヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面に熱伝導可能に固定された熱電発電モジュール１３０と、熱電発電モジュール１３０のヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂとは反対側の主面に熱伝導可能に固定された冷却ユニット１４０と、を含む熱電発電装置である。
【０１１８】
より詳しくは、筐体１１０は、プレスモナカ構造を有するステンレス鋼製の筒状の構造体であり、その内部に流体が流れる流路が画定されている。更に、筐体１１０の壁面の一部に傾斜した平面状の座面１１０ａが形成されており（図１５の（ｂ）を参照）、この座面１１０ａの中央部分に開口１１０ｂが穿設されている（図１６の（ａ）を参照）。筐体１１０において、座面１１０ａよりも上流側及び下流側には、縮径部１１０ｄ及びディフューザ部（拡径部）１１０ｃが形成されている。第１実施例装置１０００においては、ステンレス鋼製のパイプを変形加工することによって縮径部１１０ｄ及びディフューザ部１１０ｃをそれぞれ別個の構造体として形成し、これらを筐体１１０の壁面の座面１１０ａよりも主流方向において上流側及び下流側にそれぞれ溶接によって固定した。
【０１１９】
尚、流路全体としての流体の流れの向きである主流方向（図１６の（ａ）において白抜きの矢印によって示す筐体１１０の軸方向）に直交する平面である法平面に対する座面１１０ａの角度もまた上述したヒートシンク角と同様に概ね６０°から８０°の範囲であることが好ましく、第１実施例装置８００においては７１．６°とした。また、開口１１０ｂの周囲には、ステンレス鋼材からの削り出しによって形成された取り付け座１５０が溶接によって固定されている。後述するように、この取り付け座１５０を使用して冷却ユニット１４０が筐体１１０に固定される。
【０１２０】
ヒートシンク１２０が備える集熱部１２０ａとしては、図５の（ａ）に示したように、薄いステンレス鋼板を繰り返し折り曲げて、板状の形状を有する複数のプレート型フィンを形成した。このようにして形成された集熱部１２０ａを、平板状のベース部１２０ｂにロウ付けによって固定することにより、ヒートシンク１２０を構成した。また、ヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側寄りの周囲には、ベース部１２０ｂよりも薄いフランジ部を形成し、当該フランジ部の四隅に貫通孔を穿設した。
【０１２１】
フランジ部よりも厚いベース部１２０ｂを開口１１０ｂに嵌合させ且つフランジ部を開口１１０ｂの周縁の座面１１０ａに重ねた状態において上記貫通孔にボルトを通して締め付けることにより、ヒートシンク１２０を筐体１１０に気密に固定した。これにより、集熱部１２０ａのベース部１２０ｂとは反対側の先端を含む平面である集熱部先端面の主流方向（白抜きの矢印）に対する角度もまた１８．４°とした。即ち、第１実施例装置１０００においては、ヒートシンク角（即ち、主流方向に直交する平面である法平面と集熱部先端面とがなす４つの角のうち集熱部先端面よりも主流方向において上流側であり且つ法平面よりも主流方向において下流側である領域に位置する角）が７１．６°（＝９０°−１８．４°）である。
【０１２２】
ヒートシンク１２０のベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面には、緩衝材を挟んで、熱電発電モジュール１３０を熱伝導可能に固定した。熱電発電モジュール１３０は、複数の熱電発電素子、これら複数の熱電発電素子を互いに電気的に接続する配線、及びこれら複数の熱電発電素子から出力される電気エネルギーを外部に取り出すための端子（何れも図示せず）等を含む発電装置である。
【０１２３】
更に、熱電発電モジュール１３０のベース部１２０ｂとは反対側の主面には、緩衝材を挟んで、冷却ユニット１４０を熱伝導可能に固定した。冷却ユニット１４０としては、導入管１４０ａから内部に流入し導出管１４０ｂから排出される冷却媒体（水）によって熱電発電モジュールからの熱を奪うことができるウォータージャケットを採用した。
【０１２４】
冷却ユニット１４０の周縁にはフランジ部を形成し、当該フランジ部の四隅に穿設された貫通孔（ネジ孔）にボルト１５０ａ及びブッシュ１５０ｂを挿通し、ボルト１５０ａを取り付け座１５０に締め込んだ。これにより、ブッシュを介してフランジ部を押し下げ、結果として、冷却ユニット１４０、熱電発電モジュール１３０及びヒートシンク１２０（が備えるベース部１２０ｂ）を強く密着させた。その結果、これらの構成要素の間における熱抵抗が低減され、良好な熱伝導が達成される。
【０１２５】
〈効果〉
上述した構成を有する第１実施例装置１０００において、高温の流体（ガス）は、図１６の（ａ）において白抜きの矢印によって示すように、図面に向かって左方から流れ込み、流路内に配設された複数のプレート型フィンに接触する。これら複数のフィンの先端を含む平面である集熱部先端面はガスの流れ方向（主流方向）に対して傾斜しているので、上流側のフィンのみならず下流側のフィンを含む集熱部１２０ａの全体がガスに接触することができる。加えて、座面１１０の上流側に配設された縮径部１１０ｄによる縮径及び座面１１０の傾斜による断面積の減少により、ガスの圧力が高まり、プレート型フィン同士の間にガスが押し込まれ易くなるので、集熱部１２０ａは高い受熱効率にてガスから集熱することができる。
【０１２６】
加えて、座面１１０の下流側に配設されたディフューザ部１１０ｃにより、集熱部１２０ａと接触して熱交換したガスを筐体１１０の内壁面から剥離させること無く、流路の拡大に伴うガスの流れを円滑にすることができる。従って、第１実施例装置１０００においては、座面１１０ａの下流側における渦巻き状の乱流の発生を低減して、流体抵抗（圧力損失）の増大を低減することができる。また、ディフューザ部１１０ｃによる吸い出し効果により、流体の流れを更に円滑にすることができる。その結果、第１実施例装置１０００によれば、高い熱回収効率にて発電することができる。
【０１２７】
《従来技術との比較》
ここで、従来技術に係る熱電発電装置を比較例として第１実施例装置によって達成される上記効果を評価した結果につき、以下に詳しく説明する。
【０１２８】
〈比較例ユニットの構成〉
図１７は、比較例に係る受熱ユニット（比較例ユニット）１１００を含む熱電発電装置（比較例装置）１２００の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。また、図１８は、比較例装置１２００の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。更に、図１９の（ａ）は、図１８の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された比較例装置を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。図１９の（ｂ）は、図１８の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された比較例装置を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。これらの図において、上述した本発明の各種実施形態及び実施例に係る受熱ユニット及び熱電発電装置と共通する構成要素については、本発明の各種実施形態及び実施例に係る受熱ユニット及び熱電発電装置の構成要素と同じ符号がそれぞれ付されている。
【０１２９】
比較例ユニット１１００は、内部に流体が流れる流路を画定する筒状の筐体１１０の壁面の一部に、流体の流れ方向（筐体１１０の軸方向）（図１９の（ａ）に示す白抜きの矢印によって表される主流方向）に平行な座面１１０ａを形成し、複数のプレート型フィン１２０ａからなる集熱部１２０ａとベース部１２０ｂとを備えるヒートシンク１２０を座面１１０ａに穿設された開口１１０ｂに固定し且つ集熱部１２０ａを流路に露出させることにより構成した。即ち、比較例ユニット１１００におけるヒートシンク角（集熱部１２０ａのベース部１２０ｂとは反対側の先端を含む平面である集熱部先端面と上記主流方向に直交する平面である法平面とがなす角）は９０°である。
【０１３０】
更に、第１実施例装置１０００と同様に、ヒートシンク１２０のベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面に緩衝材を挟んで熱電発電モジュール１３０を熱伝導可能に固定し、熱電発電モジュール１３０のベース部１２０ｂとは反対側の主面に緩衝材を挟んで冷却ユニット１４０（ウォータージャケット）を熱伝導可能に固定することにより、比較例装置１２００を構成した。
【０１３１】
〈流路における流体の流れ及び発電電力の比較〉
図２０は、筐体の内部に画定された流路における流体の流れにつき、第１実施例装置１０００（ａ）と比較例装置１２００（ｂ）とを比較する模式図である。尚、第１実施例装置１０００及び比較例装置１２００の構成については既に説明したので、図２０においては、これらの構成要素の説明のための符号を付与しない。第１実施例装置１０００及び比較例装置１２００の何れにおいても、８．５ｇ／秒の流量にて５２０℃のガスを流路に流し、１０Ｌ／分の流量にて８０℃の冷却水を冷却ユニット１４０（ウォータージャケット）に流した。
【０１３２】
図２０の（ｂ）における破線で囲まれた領域によって示すように、比較例装置１２００においては、集熱部１２０ａの上流側の端部に衝突する流体（ガス）により、その下流側に集熱部先端面を覆う境界層が形成され、隣接するプレート型フィン同士の間へとガスが入り込むことが困難であった。このため、集熱部１２０ａの上流側の端部には高温のガスが接触するものの、下流側の部分には高温のガスが接触し難く、集熱部１２０ａの上流側と下流側との間の温度差が大きくなり、受熱ユニット全体として高い受熱効率を達成することができなかった。その結果、比較例装置１２００全体として高い熱回収効率を達成することができなかった。
【０１３３】
一方、第１実施例装置１０００においては、上述したようにヒートシンク１２０がガスの流れ方向（主流方向）に対して傾斜している。従って、図２０の（ａ）における破線で囲まれた領域によって示すように集熱部先端面を覆う境界層が形成され難く、上流側のフィンのみならず下流側のフィンを含む集熱部１２０ａの全体が高温のガスに接触することができる。加えて、座面１１０の上流側に配設された縮径部１１０ｄによる縮径及び座面１１０の傾斜による断面積の減少により、ガスの圧力が高まり、プレート型フィン同士の間にガスが押し込まれ易くなるので、集熱部１２０ａは高い受熱効率にてガスから集熱することができる。
【０１３４】
加えて、座面１１０の下流側に配設されたディフューザ部１１０ｃにより、集熱部１２０ａと接触して熱交換したガスを筐体１１０の内壁面から剥離させること無く、流路の拡大に伴うガスの流れを円滑にすることができる。その結果、第１実施例装置１０００においては、座面１１０ａの下流側における渦巻き状の乱流の発生を低減して、流体抵抗（圧力損失）の増大を低減することができる。また、ディフューザ部１１０ｃによる吸い出し効果により、流体の流れを更に円滑にすることができる。
【０１３５】
上記の結果、第１実施例装置１０００全体として高い熱回収効率を達成することができ、貫通熱量が増大し、比較例装置１２００と比較して、発電電力が２３％向上した。
【０１３６】
〈纏め〉
以上のように、本発明に係る受熱ユニット及び当該受熱ユニットを含む熱電発電装置によれば、流体抵抗の増大及び集熱部材における温度斑を低減しつつ高温の流体から熱を効率的に受け取って熱回収効率を高めることができることが確認された。
【実施例２】
【０１３７】
ところで、本発明の第６実施形態に係る受熱ユニット（第６ユニット６００）について既に説明したように、本発明ユニットは、主流方向及び／又は主流方向を軸とする円周方向において異なる位置に配設された複数のヒートシンクを含むことができる。この場合、複数のヒートシンクの集熱部の先端同士がオーバーラップしないように構成される。
【０１３８】
そこで、複数のヒートシンクを備える本発明の代表的な実施例に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置につき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【０１３９】
〈構成〉
図２１は、本発明の実施例２に係る受熱ユニットを含む熱電発電装置（以降、「第２実施例装置」と称される場合がある。）１３００の外観を示す模式的なアイソメ図（等角投影図）である。図２２は、第２実施例装置１３００の模式的な正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。図２３の（ａ）は、図２２の（ｃ）において線Ａ−Ａによって示される平面によって切断された第２実施例装置１３００を切断面側（主流方向の右側）から観察した場合の模式図である。図２３の（ｂ）は、図２２の（ｂ）において線Ｂ−Ｂによって示される平面によって切断された第２実施例装置１３００を切断面側（主流方向における下流側）から観察した場合の模式図である。
【０１４０】
尚、図２１乃至図２３に示す第２実施例装置１３００は、図１１の（ｃ）を参照しながら説明した第７ユニット７００に該当する受熱ユニットを含み、図１３の（ｂ）を参照しながら説明した第９装置９００に該当する。具体的には、第２実施例装置１３００に含まれる第７ユニット７００は、主流方向を軸とする円周方向において１８０°離れた位置に配設された２つのヒートシンク１２０を含む。加えて、これら２つのヒートシンク１２０の集熱部１２０ａの先端同士は互いにオーバーラップしないように構成されている。
【０１４１】
更に、第７ユニット７００に含まれる２つのヒートシンク１２０が備えるベース部１２０ｂの集熱部１２０ａとは反対側の主面には２つの熱電発電モジュール１３０がそれぞれ熱伝導可能に固定されている。加えて、これら２つ熱電発電モジュール１３０のベース部１２０ｂとは反対側の主面には２つの冷却ユニット１４０がそれぞれ熱伝導可能に固定されている。
【０１４２】
これらの図において、上述した本発明の各種実施形態及び実施例に係る受熱ユニット及び熱電発電装置と共通する構成要素については、本発明の各種実施形態及び実施例に係る受熱ユニット及び熱電発電装置の構成要素と同じ符号がそれぞれ付されている。
【０１４３】
〈効果〉
上述した構成を有する第２実施例装置１３００に含まれる受熱ユニット（第７ユニット７００）は、筐体１１０の軸を挟んで互いに対向する２つのヒートシンク１２０を含む。これにより、受熱ユニット全体としての受熱効率を高めることができる。更に、当該受熱ユニットにおいては、２つのヒートシンク１２０の集熱部１２０ａの先端同士がオーバーラップしないように構成されている。従って、流体抵抗の過度の増大を招くこと無く、受熱ユニット全体としての受熱効率を高めることができる。その結果、第２実施例装置１３００によれば、より高い熱回収効率にて発電することができる
【０１４４】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【０１４５】
１１０…筐体、１１０ａ…座面、１１０ｂ…開口、１１０ｃ…ディフューザ部、１１０ｄ…縮径部、１２０…ヒートシンク、１２０ａ…集熱部、１２０ｂ…ベース部、１３０…熱電発電モジュール、１４０…冷却ユニット、１４０ａ…（冷却水）導入管、１４０ｂ…（冷却水）導出管、１５０…取り付け座、１５０ａ…ボルト、１５０ｂ…ブッシュ、１００、４００、５００、６００及び７００…受熱ユニット（本発明）、８００及び９００…熱電発電装置（本発明）、１０００及び１３００…熱電発電装置（実施例）、１１００…受熱ユニット（比較例）、１２００…熱電発電装置（比較例）。
【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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