(57)【要約】【課題】部材の構造と材質を工夫することで装置のコストを効果的に低減するとともに、装置内部の伝熱ロスと装置外部への放熱ロスとを抑制すること。【解決手段】実施形態の温度差発電装置は、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュール２１と、各熱電変換モジュール２１を挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板２３と、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に成型材２４を挟むことで形成された、熱媒を流す第１の流路５１と、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に成型材２４を挟むことで形成された、冷媒を流す第２の流路５２とを具備する。【選択図】図１
2015012173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、
各熱電変換モジュールを挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に成型材を挟むことで形成された、熱媒を流す第１の流路と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に成型材を挟むことで形成された、冷媒を流す第２の流路と
を具備することを特徴とする温度差発電装置。
【請求項２】
各成型材は断熱性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の温度差発電装置。
【請求項３】
各成型材と当該成型材の両側の高熱伝導性板とをネジで締めることにより各流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度差発電装置。
【請求項４】
各成型材と当該成型材の両側の高熱伝導性板とを接着剤もしくは溶接で接合することにより各流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度差発電装置。
【請求項５】
各成型材は、各流路の内部が透視可能な透明の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項６】
両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、
各熱電変換モジュールを挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に弾性材を挟むことで形成された、熱媒を流す第１の流路と、
熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に弾性材を挟むことで形成された、冷媒を流す第２の流路と
を具備することを特徴とする温度差発電装置。
【請求項７】
前記複数の高熱伝導性板の各熱電変換モジュールに対する締め付け圧を調節可能に各熱電変換モジュールを締め付ける締め付け用治具をさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の温度差発電装置。
【請求項８】
熱電変換モジュールを挟んで隣接する２枚の高熱伝導性板の間を断熱性のネジで締めてモジュール面圧を均等化することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項９】
熱電変換モジュールを挟んで隣接する２枚の高熱伝導性板と当該熱電変換モジュールとの間を蝋材もしくははんだで接合して接触熱抵抗を低減させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１０】
前記第１の流路および前記第２の流路の各々は交互に配置され、冷媒を流す前記第２の流路が最外側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１１】
前記第１の流路内を熱媒が流れる方向と、前記第２の流路内を冷媒が流れる方向とが、対向していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１２】
前記第１の流路の上側を通じて冷媒を供給する第１の供給用配管と、前記第２の流路の下側を通じて熱媒を供給する第２の供給用配管と、前記第１の流路の下側を通じて冷媒を排出する第１の排出用配管と、前記第２の流路の上側を通じて熱媒を排出する第２の排出用配管とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１３】
前記第１の流路又は前記第２の流路を形成する２枚の高熱伝導性板の少なくとも流体接触面に防食処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの熱電変換モジュールは、同種もしくは異種のモジュールを積層させた構造を有することを特徴とする請求項１又乃至１３のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１５】
各熱電変換モジュールの両面に設けられた高熱伝導性材料をさらに具備し、
前記複数の高熱伝導性板が前記高熱伝導性材料を介して各熱電変換モジュールを挟むように設けられていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【請求項１６】
前記高熱伝導性材料は、シリコーン樹脂ベースの高熱伝導シート、熱伝導グリース、蝋材のいずれかであることを特徴とする請求項１５に記載の温度差発電装置。
【請求項１７】
前記高熱伝導性板は、炭素鋼、ステンレス、チタン、銅、アルミのいずれかからなり、表面に波板構造、フィン構造、突起構造、ポーラスナノ微細構造のいずれかの伝熱促進構造を有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の温度差発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、温度差により発電する熱電変換モジュールを備えた温度差発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度差発電装置は、熱電変換モジュールの両面に温度差をつけることで生じる電力を取り出す、非化石燃料による環境に優しい発電機である。この温度差発電装置は、工場排水や温水などの熱源からエネルギーを回収し、独立電源として現場の照明や機器へ電力を供給したり、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行ったりする用途に用いることができる。ところで、温度差発電装置の実用化のためには、素子性能向上のための材料技能、モジュール化技術、システム内の伝熱性能向上のための熱交換技術等が重要とされている。
【０００３】
図４は、従来の温度差発電システムの概略的な構成を示す概念図である。  
温度差発電システムは、例えば温泉地やごみ焼却設備など、温度差発電に好適な熱流体を得られる場所に設置されるものであり、基本的な要素として温度差発電装置１と切替装置２と制御装置３とを有する。温度差発電装置１は、熱媒を流す直方体形の高温チャンバー１ａと冷媒を流す直方体形の低温チャンバー１ｂとを交互に複数台配置し、熱電変換モジュール収納部（スロット）９に収納される熱電変換モジュール（図示せず）を隣接するチャンバー間にそれぞれ挟んだ構造を有する。熱媒が流れる方向と冷媒が流れる方向とは、対向流を成している。低温チャンバー１ｂは、外気に触れる面積の大きい最外側に配置される。各流路の片方の端部下側には、熱流体を取り込むための配管７が設けられ、当該流路のもう片方の端部上側には、熱流体を排出するための配管８が設けられる。なお、図４中の矢印は、温度差発電装置１内を流れる熱流体の流れの向きを示している。
【０００４】
切替装置２は、所望の電流および電圧が得られるように熱電変換モジュールの各々を電気的に直列接続および並列接続する組合せの切り替えを行うためのリレー回路である。直接接続する熱電変換モジュールの数と並列接続する熱電変換モジュールの数とを切り替えることにより、出力される電流および電圧を変更することができる。
【０００５】
制御装置３は、切替装置２を通じて得られる電力の蓄電および直流／交流変換を行うための制御盤である。この制御装置３は、蓄電装置としてのバッテリや、バッテリに対する電力の充放電の制御を行うチャージコントローラ、直流から交流への変換を行うインバータなどを備えている。制御装置３の出力は、例えばテレビ装置、照明機器、表示装置などの負荷に供給される。このような構成により、温度差発電システムは、独立した電源として現場の照明や機器へ電力供給したり、停電時に備えたバックアップ電源への蓄電を行ったりする用途に用いることが可能となる。
【０００６】
制御装置３には、温度差発電システムから出力される電力を使用する機器として、例えば液晶テレビ４、ＬＥＤランプ５、および総発電量，消費電力，ＣＯ２削減量を表示する表示装置としての電光掲示板６が接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−８０７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、温度差発電装置は、受注毎に製作するインデントな製品が多く、熱源の規模や形態に合わせて、その都度、設計しなければならないため、時間やコストが増大する傾向がある。例えば、熱電変換モジュールの伝熱のばらつきは、温度差発電システムの発電性能の低下を招くため、その対策のために多大な時間や費用がかかっている。また、熱電変換モジュールに温度差を与える熱源形式としては、熱流体を流すチャンバー（角配管）方式が主流であるが、この方式では、コスト低減と性能向上を図るために複雑な工夫を必要とする。
【０００９】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、部材の構造と材質を工夫することで装置のコストを効果的に低減するとともに、装置内部の伝熱ロスと装置外部への放熱ロスとを抑制し得る温度差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】
【００１０】
実施形態の温度差発電装置は、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュールと、各熱電変換モジュールを挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板と、熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に成型材を挟むことで形成された、熱媒を流す第１の流路と、熱電変換モジュールを挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板の間に成型材を挟むことで形成された、冷媒を流す第２の流路とを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
部材の構造と材質を工夫することで装置のコストを効果的に低減するとともに、装置内部の伝熱ロスと装置外部への放熱ロスとを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る温度差発電装置の成形材と高熱伝導性板の接合方法の説明図。
【図２】同実施形態に係る温度差発電装置の概念図。
【図３】成形材の代わりに弾性材を用いる場合の構成を示す概念図。
【図４】従来の熱電発電システムの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態に係る温度差発電装置について詳述する。
【００１４】
図１は、実施形態に係る温度差発電装置の成形材と高熱伝導性板の接合方法の説明図である。この場合において、図１の（ａ）は成型材と高熱伝導性板とをビス止めする場合の例を示しており、（ｂ）は成型材と高熱伝導性板とを接着剤で接着する場合の例を示している。図２は、同実施形態に係る温度差発電装置の概念図である。この場合において、図２の（ａ）は温度差発電装置の外観図を示し、（ｂ）は一部のユニットの縦断面図を示し、（ｃ）は同ユニットの横断面図を示している。
【００１５】
（基本事項）
本実施形態に係る温度差発電装置は、図１および図２に示されるように、両面の温度差により発電する複数の熱電変換モジュール２１と、各熱電変換モジュール２１の両面に設けられた高熱伝導性材料２２と、各熱電変換モジュール２１を高熱伝導性材料２２を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板２３と、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に成型材２４を挟むことで形成された、熱媒を流す第１の流路５１と、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に成型材２４を挟むことで形成された、冷媒を流す第２の流路５２とを具備する。但し、この構成に限るものではない。例えば、高熱伝導性材料２２は必ずしも必要とされるものではない。また、例えば、上記成型材２４を後述するように弾性体に代えてもよい。
【００１６】
少なくとも１つの熱電変換モジュール２１は、同種もしくは異種のモジュールを積層させた構造を有していてもよい。高熱伝導性材料２２としては、例えばシリコーン樹脂ベースの高熱伝導シートが適用される。高熱伝導性板２３としては、例えば炭素鋼、ステンレス、チタン、銅、アルミなどからなる金属平板が適用される。成型材２４としては、例えば、断熱性樹脂で構成された断熱性樹脂枠が適用される。断熱性樹脂として例えば流路内部を透視可能な透明なアクリル等を使用してもよく、このような透明なアクリル等は、流路内部を透視できることから、流路内に溜った土砂などの堆積物を目視で確認することができ、清掃もしくはメンテナンスの要否を簡単に判断することができる。
【００１７】
温度差発電装置を構成する個々のユニット２６は、例えば図２に示すように、複数の熱電変換モジュール２１と、これらの両面に設けられた複数の高熱伝導性材料２２と、これらを介して複数の熱電変換モジュール２１を挟むように設けられた２枚の高熱伝導性板２３と、流路を構成する２枚の高熱伝導性板２３間に設けられた成型材２４とを含む。
【００１８】
ユニット２６の一方の主面側の高熱伝導性板２３側には熱媒としてのお湯が流れ、ユニット２６の他方の主面側の高熱伝導性板２３には冷媒としての水が流れるようになっている。
【００１９】
熱電変換モジュール２１の直列と並列の組合せは、接続する蓄電器の仕様や電気負荷の容量に応じて、必要な電圧がとれる枚数を直列接続させ、同じ枚数ずつの直列回路を並列に接続する。この際、経年使用によるモジュールの故障などに備えて多数の個数を組み込んでおくと、分解せずに故障モジュールを除いてジャンパーさせるだけでシステムを復旧することができる。
【００２０】
製作の際には、高温側の高熱伝導性板２３と低温側の高熱伝導性板２３とで熱電変換モジュール２１を両側から挟み、熱源流体からの熱を熱電変換モジュール２１に通過させるようにする。高温側の高熱伝導性板２３と低温側の高熱伝導性板２３とで熱電変換モジュール２１を挟み付ける方法としては、例えばモジュール面圧が均等化するように複数の断熱性のボルト（もしくはビス）で高熱伝導性板２３間をネジ止めするのが簡単である。このような圧接構造のものでは、熱電変換モジュール２１の厚みにばらつきがあると、伝熱の低下を招く可能性がある。そのため、これを抑えるために熱電変換モジュール２１と高熱伝導性板２３との間に高熱伝導性材料２２を挟み込むことが望ましい。
【００２１】
高熱伝導性材料２２を熱電変換モジュール２１と高熱伝導性板２３との間に挟み込むことにより、熱電変換モジュール２１と高熱伝導性板２３との密着性を高めて、接触熱抵抗を低減させることができる。高熱伝導性材料２２としては、シリコーン樹脂ベースの高熱伝導シートのほか、熱伝導グリース、蝋材などが挙げられる。モジュール表面がアルミナ板などで絶縁されている場合には、ビスやボルトでの締め付け構造をなくして、蝋材もしくははんだで高熱伝導性板２３と熱電変換モジュール２１とを接合して接触熱抵抗を低減させるようにしてもよい。このような高熱伝導性材料２２を設けることにより、熱電変換モジュール２１の厚みのばらつきを緩和し、装置のモジュールに対する熱抵抗を極力均一にかつ小さくすることができ、伝熱を向上させることが可能となる。
【００２２】
上記高熱伝導性板２３の材料としては、例えば、炭素鋼、ステンレス、チタン、銅、アルミなどの金属が挙げられる。流体と高熱伝導性板２３との熱伝達を促進するために、高熱伝導性板２３の流体と接する側の面に、ナノ構造伝熱層を設けることが望ましい。ナノ構造伝熱層を作製する方法としては、例えば、浸漬塗布法が挙げられる。これは、金属酸化物ナノ粒子およびポリスチレンラテックス粒子を溶媒中に分散させた溶液に金属材料基板を浸漬し、基板を一定速度で引き上げる際の溶媒の流れや毛細管現象、表面張力による自己集積現象を利用し、ナノ粒子を金属板上に堆積させる方法である。これを焼成させることにより、金属板表面上に微小スケールの多孔質を形成する。また、スラリー塗布法によっても、サブミクロンから百ナノメートル程度ナノ多孔質形状の伝熱層を作製できる。現状では長尺ものの構造物に対する加工は難しいが、理論的には、イオンビーム照射でナノ構造伝熱層を作製することも可能である。
【００２３】
ナノ構造伝熱層のほかには、高熱伝導性板２３表面に熱流体の流れの向きに対して垂直ないし斜めの方向を向いたフィンを備えて乱流を生じさせる方法や、高熱伝導性板２３表面に金属アルコキシドを塗布して焼付け、熱流体と内壁面の接触親和性を高めるなどにより、伝熱促進の効果を得ることができる。また、腐食性の流体を流す場合や炭素鋼を用いる場合などは、高熱伝導性板２３の少なくとも流体接触面に亜鉛めっきなどの防食処理を施すことが望ましい。
【００２４】
高熱伝導性板２３は、挟み込む熱電変換モジュール２１の位置取り、支持、あるいは電気配線を担う電気的配線が形成された基板パターンを有することが望ましい。これにより、従来、モジュール同士の接続を結線により行なっていた手間を省くことができる。
【００２５】
高熱伝導性板２３は、一般に、表面に波板構造、フィン構造、突起構造、ポーラスナノ微細構造のいずれかの伝熱促進構造を有し、熱流体からの熱を熱電変換モジュール２１に伝わりやすくすることが望ましい。
【００２６】
（流路の形成）
流路の形成は、図１（ａ）（ｂ）に示されるように、熱電変換モジュール２１を挟まない隣接した２枚の高熱伝導性板２３の間に、例えば流路の内部を透視可能な透明のアクリル等の断熱性樹脂で構成された透明断熱性樹脂枠としての成型材２４、もしくはゴムなどの弾性材（図１には図示せず）を配置することで行なう。
【００２７】
成型材２４で流路を形成する場合には、例えば図１（ａ）に示すように、高熱伝導性板２３と成型材２４の接合面にシートパッキン６１を介してビス止めすることで成型材２４の側面方向への熱ロスを抑えることが可能な流路を形成できる。あるいは、図１（ｂ）に示すように、高熱伝導性板２３と成型材２４の接合面（接着剤塗布面）６２に接着剤を塗布し、ネジ止めをせずに接着してもよい。また可能なら溶接で両者を接合させて流路を形成してもよい。
【００２８】
熱電変換モジュール２１を挟む高熱伝導性板２３の一方の側には高温熱流体（熱媒）が流れ、他方の側には低温熱流体（冷媒）が流れる。ここで、熱媒としては例えばお湯、冷媒としては例えば水が挙げられるが、これに限られるものではない。また、高温側の高熱伝導性板２３の表面温度が２００℃以下のケースでは、熱電変換モジュール２１としてＢｉＴｅ系を採用すると、効率と出力を高めることができる。更に、近年では、ＢｉＴｅ系と同様の低温排熱の温度環境で熱電変換性能が良く、環境に優しい熱電変換材料としてＦｅ２ＶＡｌ系のホイスラー合金やＭｇ２Ｓｉ系が注目されており、これを使用してもよい。
【００２９】
熱電変換モジュール２１は、熱流体の温度帯域に応じて異なる材料を採用するようにしてもよい。例えば、熱流体の温度帯域に合わせて、２種類以上の材料系の素子ないしモジュールを、高熱伝導性材料２２を介して重ね合わせ、該当する温度帯域にて熱電変換性能が高まる素材を形成し、それぞれの素子ないしモジュールにおいて温度差を適度に配分することで出力を高めるようにしてもよい。
【００３０】
第１の流路５１および第２の流路５２の各々は、流体が鉛直方向（上下方向）に流れるように設置されていることが望ましい。このように流体を鉛直方向に流すことにより、流路面積を効果的に増やすことができる。この際、第１の流路５１および第２の流路５２は、パッキンシート６１を介して高熱伝導性板２３と成型材２４とを接合して形成することにより、溶接レスにて流体シールが可能となり、また、容易に分解が可能でメンテナンス性のよい温度差発電装置が得られる。
【００３１】
また、第１の流路５１内を流体が流れる方向と、第２の流路５２内を流体が流れる方向とが対向するように構成することもできる。こうした構成にすることにより、複数の熱電変換モジュール２１の各々の両面の温度差が熱流体の供給側から排出側まで長手方向で極力均一になるようにすることができ、発電性能を向上させることができる。対向流を成す構成の場合、第１の流路５１の上側を通じて第１の流体（熱媒）を供給する第１の供給用配管と、第２の流路５２の下側を通じて第２の流体（冷媒）を供給する第２の供給用配管と、第１の流路５１の下側を通じて第１の流体を排出する第１の排出用配管と、第２の流路５２の上側を通じて第２の流体を排出する第２の排出用配管とを具備することが望ましい。
【００３２】
第１の流路５１および第２の流路５２の各々は交互に配置され、冷媒が流れる第２の流路５２は最外側に配置されていることが望ましい。この理由は、最外側の流路は外気に触れる面積が大きいので、流路を流れる冷媒の温度の変動を小さくできるためである。
【００３３】
第１の流路５１や第１の流路５２に腐食性の流体を流す場合や高熱伝導性板２３の材質が炭素鋼である場合には、第１の流路５１や第１の流路５２を形成するために使用される高熱伝導性板２３の少なくとも流体接触面に亜鉛めっきなどの防食処理が施されていることが望ましい。これにより、流体が流れる高熱伝導性板２３の腐食を回避することができる。
【００３４】
（全体構成）
温度差発電装置を夫々構成する、熱電変換モジュール２１が挟まれた高温側の高熱伝導性板２３，低温側の高熱伝導性板２３等は図示しないシャーシ（筐体）により覆われ、この状態でスペーサ等の各構成部材が締め付け用治具によって締め付けられて圧接される。締め付け用冶具は、温度差発電装置を収容する筐体の厚い板に対する締め付け圧を調節可能にするものであり、金具のほか、金具同士を引き寄せて締め付けるためのねじ機構、すなわち、断熱性のボルト、ばね、ナット、座金などを用いて実現される。これにより、高熱伝導性板２３の積層方向に強力に締付けるとともに、高熱伝導性板２３の幅方向や高さ方向における締め付け圧の偏りを防ぐことができる。
【００３５】
例えば図２に示されるように、熱媒（高温熱流体）が供給される高温側の高熱伝導性板２３間の成型材２４に対応するように装置下側には断熱素材の熱媒供給用ヘッダ３１Ｈが配置され、この熱媒供給用ヘッダ３１Ｈには熱媒供給用配管３１が接続されている。ここで、熱媒供給用ヘッダ３１Ｈは、高温側の高熱伝導性板２３等により形成される流路の各々に熱媒を均等に供給するもので、高温側の高熱伝導性板２３とパッキンなどの積層により形成されている。熱媒供給用配管３１は、熱媒供給用ヘッダ３１Ｈへ熱媒を供給するものである。熱媒供給用ヘッダ３１Ｈと熱媒供給用配管３１とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。
【００３６】
同様に、冷媒（低温熱流体）が供給される低温側の高熱伝導性板２３間の成型材２４に対応するように装置上側には断熱素材の冷媒供給用ヘッダ３２Ｈが配置され、この冷媒供給用ヘッダ３２Ｈには冷媒供給用配管３２が接続されている。ここで、冷媒供給用ヘッダ３２Ｈは、低温側の高熱伝導性板２３等により形成される流路の各々に冷媒を均等に供給するもので、低温側の高熱伝導性板２３とパッキンなどの積層により形成されるものである。冷媒供給用配管３２は、冷媒供給用ヘッダ３２Ｈへ冷媒を供給するものである。冷媒供給用ヘッダ３２Ｈと冷媒供給用配管３２とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。
【００３７】
熱媒が排出される高温側の高熱伝導性板２３間の成型材２４に対応するように装置上側には断熱素材の熱媒排出用ヘッダ４１Ｈが配置され、この熱媒排出用ヘッダ４１Ｈには熱媒排出用配管４１が接続されている。ここで、熱媒排出用ヘッダ４１Ｈは、高温側の高熱伝導性板２３等により形成される流路の各々から排出される熱媒をまとめて排出するものである。熱媒排出用配管４１は、熱媒排出用ヘッダ４１Ｈでまとめられた熱媒を受け入れて装置外部の配管へ送り出すものである。熱媒排出用ヘッダ４１Ｈと熱媒排出用配管４１とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。
【００３８】
同様に、冷媒が排出される低温側の高熱伝導性板２３間の成型材２４に対応するように装置下側には断熱素材の冷媒排出用ヘッダ４２Ｈが配置され、この冷媒排出用ヘッダ４２Ｈには冷媒排出用配管４２が接続されている。ここで、冷媒排出用ヘッダ４２Ｈは、低温側の高熱伝導性板２３等により形成される流路の各々から排出される冷媒をまとめて排出するものである。冷媒排出用配管４２は、冷媒排出用ヘッダ４２Ｈでまとめられた冷媒を受け入れて装置外部の配管へ送り出すものである。冷媒排出用ヘッダ４２Ｈと冷媒排出用配管４２とは、フランジ、パッキン、ボルトなどを用いて接合されている。
【００３９】
その他、図示されていないが、熱媒供給用配管３１、冷媒供給用配管３２などの各配管には、配管内に滞留する空気を抜くための空気抜き弁や、装置停止時に配管内の液体や不要物を抜くためのドレン弁などが取付けられている。
【００４０】
（成形材の代わりに弾性材を用いる場合）
図３は、成形材の代わりに弾性材を用いる場合の構成を示す概念図である。
【００４１】
成形材２４の代わりに弾性材７３，７４を用いた場合の例を、図３を参照して説明する。
【００４２】
温度差発電装置が、複数の熱電変換モジュール２１と、各熱電変換モジュール２１の両面に設けられた高熱伝導性材料２２と、各熱電変換モジュール２１を高熱伝導性材料２２を介して挟むように設けられるとともに、互いに温度が異なる流体に接する複数の高熱伝導性板２３とを具備する点は変わらない。
【００４３】
ここでは、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に、成形材２４ではなくて弾性材７３を挟むことにより第１の流路５１が形成される。同様に、熱電変換モジュール２１を挟まずに隣接する２枚の高熱伝導性板２３の間に、成形材２４ではなくて弾性材７４を挟むことにより第２の流路５２が形成される。この場合、弾性材７３，７４がそれぞれ各種ヘッダに通じる給排水用スリーブ７２を挟むことにより流体シールがなされる。弾性材７３，７４としては、例えばゴムが適用される。また、熱電変換モジュール２１を挟んで隣接する２枚の高熱伝導性板２３の上下端部間には、断熱スペーサ７１が設けられる。装置の両側に位置する高熱伝導性板２３には、それぞれ押え板８１が設けられる。
【００４４】
この状態で、締め付け用治具を用いて、複数の高熱伝導性板２３の各熱電変換モジュール２１に対する締め付け圧を調節可能に各熱電変換モジュール２１を締め付ける。すなわち、断熱性のボルト、ばね、ナット、座金などを含むねじ機構８２により、押え板８１同士を引き寄せて締め付ける。これにより、断熱スペーサ７１、給排水用スリーブ７２、弾性材７３，７４、及び高熱伝導性板２３が積層方向に強力に締付けるとともに、高熱伝導性板２３の幅方向や高さ方向における締め付け圧の偏りを防ぐことができる。
【００４５】
このように弾性材７３，７４を用いた場合においても、成形材２４を用いた場合と同様な効果を得ることができる。
【００４６】
（動作）
次に、上述した構成の温度差熱電装置の動作について説明する。  
温度差発電装置の稼動時には、例えば図２に示されるように、熱媒がシステム外部の配管から熱媒供給用ヘッダ３１Ｈへ送られ、一方、冷媒がシステム外部の配管から冷媒供給用ヘッダ３２Ｈへ送られる。熱媒供給用ヘッダ３１Ｈに送られた熱媒は、高温側の高熱伝導性板２３で構成される熱媒流路の各々に均等に供給される。一方、冷媒供給用ヘッダ３２Ｈに送られた冷媒は、低温側の高熱伝導性板２３で構成される冷媒流路の各々に均等に供給される。
【００４７】
熱媒が熱媒用流路内を通り、冷媒が冷媒流路内を通ると、熱電変換モジュール２１に温度差が生じ、電力が発生する。このとき、図示しない筐体と締め付け用冶具によって個々の熱電変換モジュール２１における伝熱のばらつきは最小限に抑えられているため、装置全体として最大限の電力が引き出されている。熱媒流路内を通り終えた熱媒は、熱媒排出用ヘッダ４１Ｈへ送られ、さらにシステム外部の配管へと送られる。一方、冷媒用流路内を通り終えた冷媒は、冷媒排出用ヘッダ４２Ｈへ送られ、さらにシステム外部の配管へと送られる。各熱電変換モジュール２１において発生した電力は、配線もしくは配線パターンを通じて図４で述べたような切替装置へ送られ、所定の電圧・電流で制御装置へ送られ、蓄電や直流／交流変換がなされた後、各種の負荷により使用される。
【００４８】
本実施形態によれば、各熱電変換モジュールの伝熱のばらつきが抑えられるため、伝熱性能が向上するとともに、信頼性が向上し、発電性能を向上させることが可能となる。また、時間やコストを抑えつつ発電性能が高い温度差発電装置やこの温度差発電装置を用いた温度差発電システムを実現することができる。加えて、総括伝熱係数向上に適した設計が可能で、コンパクトに量産が可能で、耐圧性能も確保しやく、溶接構造がなくパッキンもしくは弾性材の挟み込みで流路形成をしているため、分解が容易でメンテナンス性が良く、高熱伝導性板と熱電変換素子プレートの枚数を変えるだけで発電容量も容易に変更できる、といったメリットがある。
【００４９】
なお、上記実施形態では、複数の流路を鉛直方向に設置しているが、さらに水平方向に設置するようにしてもよい。設置スペースの都合に合わせて流路の向きを構成し、流路と、高熱伝導性板，スペーサおよびプレートの枚数を調整することで、設置面積あたりの出力と発電量を容易に変更することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、複数の流路を鉛直方向に設置しているが、さらに水平方向に設置するようにしてもよい。設置スペースの都合に合わせて流路の向きを構成し、流路と、高熱伝導性板，スペーサおよびプレートの枚数を調整することで、設置面積あたりの出力と発電量を容易に変更することができる。
【００５１】
上記実施形態の変形例としては、次のものが挙げられる。即ち、上記実施形態では複数の流路を鉛直方向に設置しているが、さらに水平方向にも設置するようにしてもよい。設置スペースの都合に合わせて流路の向きを構成し、流路と、高熱伝導性板，スペーサおよびプレートの枚数を調整することで、設置面積あたりの出力と発電量を容易に変更することができる。
【００５２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
２１…熱電変換モジュール、２２…高熱伝導材料、２３…高熱伝導性板、２４…成型材、２６…ユニット、３１…熱媒供給用配管、３１Ｈ…熱媒供給用ヘッダ、３２…冷媒供給用配管、３２Ｈ…冷媒供給用ヘッダ、４１…熱媒排出用配管、４１Ｈ…熱媒排出用ヘッダ、４２…冷媒排出用配管、４２Ｈ…冷媒排出用ヘッダ、５１…第１の流路、５２…第２の流路、６１…シートパッキン、６２…接着剤塗布面、７１…断熱スペーサ、７２…給排水用スリーブ、７３，７４…弾性材、８１…押え板、８２…ネジ機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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