(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、外周面および内周面と、前記内周面によって区画される流路とを有し、前記内周面と前記外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、
前記複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、前記内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、
前記複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材と、
前記流体入口と前記複数の熱発電チューブとの間に設けられた緩衝部材と、
を備え、
前記緩衝部材は、前記流体入口から前記容器内に流入してきた前記流体の流れ方向を変える、熱発電ユニット。
【請求項２】
前記緩衝部材は、前記容器の内部において前記複数の熱発電チューブの少なくとも１つを覆うように配置されている、請求項１に記載の熱発電ユニット。
【請求項３】
前記緩衝部材は、前記流体入口から前記容器内に流入してきた前記流体から前記複数の熱発電チューブを遮蔽する形状を有する、請求項１または２に記載の熱発電ユニット。
【請求項４】
前記複数の熱発電チューブの前記軸方向に垂直な面内における前記緩衝部材の断面形状は、前記流体入口に向かって突出した形状である、請求項１から３のいずれかに記載の熱発電ユニット。
【請求項５】
各々が、外周面および内周面と、前記内周面によって区画される流路とを有し、前記内周面と前記外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、
前記複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、前記内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、
一端が前記流体入口に接続された導管と、
前記複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材と、
を備え、
前記容器は、前記複数の熱発電チューブを取り囲む胴部を有し、
前記導管は、前記導管の中心軸の延長線が前記複数の熱発電チューブと前記胴部の内壁との間を通るように配置されている、熱発電ユニット。
【請求項６】
前記導管の内壁と前記胴部の内壁とが滑らかに接続されている、請求項５に記載の熱発電ユニット。
【請求項７】
前記導管は、前記流体入口から前記容器内に流入してきた前記流体が前記胴部の内壁に沿って流れるように前記流体入口に接続されている、請求項５または６に記載の熱発電ユニット。
【請求項８】
各々が、外周面および内周面と、前記内周面によって区画される流路とを有し、前記内周面と前記外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、
前記複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、前記内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、
前記複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材と、
を備え、
前記容器は、
前記複数の熱発電チューブを取り囲む胴部と、
前記複数の熱発電チューブと前記胴部との間に配置された内部隔壁と、
を有する、熱発電ユニット。
【請求項９】
前記内部隔壁は、前記複数の熱発電チューブを取り囲み、かつ複数の孔部を有する、請求項８に記載の熱発電ユニット。
【請求項１０】
前記流体入口は、前記流体が前記複数の孔部を介して前記内部隔壁の内側の空間に流入するように配置されている、請求項９に記載の熱発電ユニット。
【請求項１１】
前記容器は、前記胴部と前記内部隔壁との間の空間を第１および第２の空間に分離する仕切り板を更に有する、請求項８から１０のいずれかに記載の熱発電ユニット。
【請求項１２】
前記容器は、
前記複数の開口部が設けられた一対のプレートであって、前記複数の導電性部材を収容するチャネルが前記複数の開口部の少なくとも２つを相互に連結するように形成された一対のプレートを有し、
各プレートの前記複数の開口部には、それぞれ、各熱発電チューブの端部が挿入されており、前記プレートにおける前記チャネルには、前記複数の導電性部材が収容されている、請求項１から１１のいずれかに記載の熱発電ユニット。
【請求項１３】
前記複数の導電性部材は、前記複数の熱発電チューブを電気的に直列に接続している、請求項１から１２のいずれかに記載の熱発電ユニット。
【請求項１４】
第１の熱発電ユニットおよび第２の熱発電ユニットを含む複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムであって、
前記第１および第２の熱発電ユニットの各々は、請求項１から１３のいずれかに記載の熱発電ユニットであり、
前記第１熱発電ユニットにおける前記複数の熱発電チューブの前記流路に連通する複数の第１開口部と、前記第２熱発電ユニットにおける前記複数の熱発電チューブの前記流路に連通する複数の第２開口部とを有する、熱発電システム。
【請求項１５】
前記第１の熱発電ユニットにおける前記容器の前記流体入口および前記流体出口、並びに、前記第２の熱発電ユニットにおける前記容器の前記流体入口および前記流体出口に連通した第１媒体路と、
前記第１および第２の熱発電ユニットにおける前記複数の熱発電チューブの前記流路に連通した第２媒体路と、
を備える、請求項１４に記載の熱発電システム。
【請求項１６】
前記第２媒体路は、前記複数の熱発電チューブの前記流路を同一方向に流体が流れるように構成されている、請求項１５に記載の熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、熱を電力に変換する熱電変換素子を備える熱発電ユニットに関する。また、本開示は、複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムにも関している。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ）は、熱を電力に、あるいは電力を熱に変換することができる素子である。ゼーベック効果を示す熱電材料から形成した熱電変換素子は、比較的低温（例えば２００℃以下）の熱源から熱エネルギーを得て電力に変換することができる。このような熱電変換素子を利用した熱発電技術によれば、従来、蒸気、温水、排気ガスなどの形態で未利用のまま周囲環境に捨てられていた熱エネルギーを回収して有効に活用することが可能になる。【０００３】
以下、熱電材料から形成した熱電変換素子を「熱発電素子（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と称する。一般の熱発電素子は、キャリアの電気的極性が互いに異なるｐ型半導体およびｎ型半導体が組み合わされた、いわゆる「π型構造」を有する（例えば、特許文献１）。「π型構造」の熱発電素子では、ｐ型半導体とｎ型半導体とが電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続される。「π型構造」では、温度勾配の方向と電流の流れる方向とは互いに平行または反平行である。このため、高温熱源側または低温熱源側の電極に出力端子を設ける必要がある。したがって、各々が「π型構造」を有する複数の熱発電素子を電気的に直列に接続するためには、複雑な配線構造が必要になる。【０００４】
特許文献２は、互いに対向する第１電極および第２電極の間に、ビスマス層と、ビスマスとは異なる金属からなる金属層とが交互に積層された積層体を有する熱発電素子を開示している。特許文献２に開示される熱発電素子では、第１電極と第２電極とを結ぶ直線の方向に対して積層面が傾斜している。また、特許文献３ならびに非特許文献１および２は、チューブ型熱発電素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０１６６８５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０５６４６６号
【特許文献３】国際公開第２０１２／０１４３６６号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】菅野他、第７２回応用物理学会学術講演会  講演予稿集、３０ａ−Ａ−１４「非対角熱電効果を用いたチューブ型発電デバイス」  （２０１１）
【非特許文献２】Ａ．Ｓａｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ  ２０１２  “Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｕｂｕｌａｒ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  （ＴＴＥＧ）”  （２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱発電技術を利用した実用的な熱発電ユニットおよびシステムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のある実施形態による熱発電ユニットは、各々が、外周面および内周面と、内周面によって区画される流路とを有し、内周面と外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材と、流体入口と複数の熱発電チューブとの間に設けられた緩衝部材とを備え、緩衝部材は、流体入口から容器内に流入してきた流体の流れ方向を変える。【０００９】
本開示の他の実施形態による熱発電ユニットは、各々が、外周面および内周面と、内周面によって区画される流路とを有し、内周面と外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、一端が流体入口に接続された導管と、複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材とを備え、容器は、複数の熱発電チューブを取り囲む胴部を有し、導管は、導管の中心軸の延長線が複数の熱発電チューブと胴部の内壁との間を通るように配置されている。【００１０】
本開示の更に他の実施形態による熱発電ユニットは、各々が、外周面および内周面と、内周面によって区画される流路とを有し、内周面と外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている、複数の熱発電チューブと、複数の熱発電チューブを内部に収容する容器であって、内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する容器と、複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材とを備え、容器は、複数の熱発電チューブを取り囲む胴部と、複数の熱発電チューブと胴部との間に配置された内部隔壁とを有する。【００１１】
本開示の熱発電システムは、第１の熱発電ユニットおよび第２の熱発電ユニットを含む複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムであって、第１および第２の熱発電ユニットの各々は、上記のいずれかに記載の熱発電ユニットであり、第１熱発電ユニットにおける複数の熱発電チューブの流路に連通する複数の第１開口部と、第２熱発電ユニットにおける複数の熱発電チューブの流路に連通する複数の第２開口部とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の熱発電ユニットおよびシステムによれば、熱発電の実用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】熱発電素子１０の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの熱発電素子１０の上面図である。
【図２】熱発電素子１０の上面１０ａに高温熱源１２０を接触させ、かつ、下面１０ｂに低温熱源１４０を接触させた状態を示す図である。
【図３Ａ】本開示による例示的な熱発電ユニットに使用され得る熱発電チューブＴの概略構成を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本開示による例示的な熱発電ユニット１００の概略構成を示す斜視図である。
【図４】本開示による熱発電チューブＴの外周面と内周面との間に温度差を与えるための構成の例を示すブロック図である。
【図５】熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の電気的接続の例を模式的に示す図である。
【図６Ａ】熱発電システム１００が備える熱発電チューブＴのうちの１つ（ここでは熱発電チューブＴ１）を示す斜視図である。
【図６Ｂ】熱発電チューブＴ１の軸（中心軸）を含む平面に沿って熱発電チューブＴ１を切断したときの断面を示す図である。
【図７】本開示の実施形態による熱発電ユニットを示す正面図である。
【図８】熱発電ユニットに導入された温熱媒体および冷熱媒体の流れ方向の例を模式的に示す図である。
【図９】図７および図８に示す熱発電ユニット１００Ａの模式的な断面図である。
【図１０】熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの模式的な断面図である。
【図１１】緩衝部材７０の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１２】緩衝部材７０の更に他の例を示す模式的な断面図である。
【図１３】緩衝部材７０の更に他の例を示す模式的な断面図である。
【図１４】緩衝部材７０の更に他の例を示す斜視図である。
【図１５】緩衝部材７０の更に他の例を示す斜視図である。
【図１６】本開示の他の実施形態による熱発電ユニットを示す正面図である。
【図１７】図１６に示される熱発電ユニット１００Ｂの左側面図である。
【図１８】熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの模式的な断面図である。
【図１９】流体入口３８ａに対する第１の導管７２ａの他の接続の態様を示す断面図である。
【図２０】流体入口３８ａに対する第１の導管７２ａの更に他の接続の態様を示す断面図である。
【図２１】本開示の更に他の実施形態による熱発電ユニットの模式的な断面図である。
【図２２】熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの模式的な断面図である。
【図２３】熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第２の導管７２ｂを切断したときの模式的な断面図である。
【図２４】内部隔壁の変形例を示す模式的な断面図である。
【図２５】図７に示す熱発電ユニット１００Ａの側面のうちの一つを示す図（ここでは右側面図）である。
【図２６】（ａ）は、プレート３６の一部の断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）において矢印Ｖ１で示す方向から見たときの導電性部材Ｊ１の外観を示す図である。
【図２７Ａ】導電性部材Ｊ１を収容するチャネルＣ６１近傍の分解斜視図である。
【図２７Ｂ】第２プレート部分３６ｂのシール面（第１プレート部分３６ａと対向する面）のうち、開口部Ａ６１およびＡ６２に対応する部分を示す斜視図である。
【図２８Ａ】導電性リング状部材５６の１つの例示的な形状を示す斜視図である。
【図２８Ｂ】導電性リング状部材５６の他の例の形状を示す斜視図である。
【図２９Ａ】導電性リング状部材５６および熱発電チューブＴ１を示す断面図である。
【図２９Ｂ】導電性リング状部材５６に熱発電チューブＴ１の端部が挿入された状態を示す断面図である。
【図２９Ｃ】導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１に熱発電チューブＴ１の端部が挿入された状態を示す断面図である。
【図３０Ａ】導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１の一部を示す断面図である。
【図３０Ｂ】導電性部材Ｊ１の貫通孔Ｊｈ１に導電性リング状部材５６の弾性部５６ｒが挿入された状態を示す断面図である。
【図３１】端部に面取り部Ｃｍを有する熱発電チューブＴの断面図である。
【図３２Ａ】電気的に直列に接続された熱発電チューブＴを流れる電流を模式的に示す図である。
【図３２Ｂ】電気的に直列に接続された熱発電チューブＴを流れる電流を模式的に示す図である。
【図３３】２個の開口部Ａ６１、Ａ６２およびその近傍における電流の向きを模式的に示す図である。
【図３４Ａ】電極に極性の表示を有する熱発電チューブを示す斜視図である。
【図３４Ｂ】電極に極性の表示を有する熱発電チューブを示す斜視図である。
【図３５】図７に示される熱発電ユニット１００Ａの側面のうちの他の一つを示す図（左側面図）である。
【図３６】（ａ）は、プレート３４の一部の断面を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）において矢印Ｖ２で示す方向から見たときの導電性部材Ｋ１の外観を示す図である。
【図３７】導電性部材Ｋ１を収容するチャネルＣ４１近傍の分解斜視図である。
【図３８】熱発電チューブＴの外周面に接する媒体と、各熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内周面に接する媒体とが混ざり合わないように分離するための構造の例を示す断面図である。
【図３９Ａ】温熱媒体と冷熱媒体との分離および熱発電チューブと導電性部材との間の電気的接続を実現するための構造の他の例を示す断面図である。
【図３９Ｂ】温熱媒体と冷熱媒体との分離および熱発電チューブと導電性部材との間の電気的接続を実現するための構造の他の例を示す断面図である。
【図４０Ａ】複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの構成例を示す図である。
【図４０Ｂ】複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの構成例を示す図である。
【図４０Ｃ】複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの構成例を示す図である。
【図４１Ａ】複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの他の構成例を示す図である。
【図４１Ｂ】複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの他の構成例を示す図である。
【図４２】本開示による熱発電システムが備える電気回路の構成例を示すブロック図である。
【図４３】本開示による熱発電システムが使用される形態の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の限定的ではない例示的なある熱発電ユニットの一態様は、複数の熱発電チューブを備えており、各熱発電チューブは、外周面および内周面と、内周面によって区画される流路とを有している。各熱発電チューブは、内周面と外周面との間の温度差によって各熱発電チューブの軸方向に起電力を発生するように構成されている。
【００１５】
この熱発電ユニットは、複数の熱発電チューブを内部に収容する容器と、複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材を更に備えている。容器は、その内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有している。
【００１６】
ある態様では、容器の流体入口と複数の熱発電チューブとの間に緩衝部材が設けられている。この緩衝部材は、流体入口から容器内に流入してきた流体の流れ方向を変える。他の態様では、熱発電ユニットは、一端が流体入口に接続された導管を備えている。また、容器は、複数の熱発電チューブを取り囲む胴部を有しており、流体入口に接続された導管は、導管の中心軸の延長線が複数の熱発電チューブと胴部の内壁との間を通るように配置されている。更に他の態様では、容器は、複数の熱発電チューブを取り囲む胴部と、複数の熱発電チューブと胴部との間に配置された内部隔壁とを有している。
【００１７】
詳細については後述するように、ある実施形態による熱発電ユニットは、複数の熱発電チューブを備えている。各熱発電チューブの内周面と外周面との間に温度差が与えられると、各熱発電チューブの軸方向に起電力が発生する。例えば冷熱媒体（例えば冷水）で満たされた容器内に各熱発電チューブを収容し、各熱発電チューブの内周面によって区画される流路に温熱媒体（例えば温水）を供給することによって、各熱発電チューブに発電を行わせることができる。このとき、冷熱媒体と温熱媒体との間の熱交換も同時に行われる。なお、本明細書では、「温熱媒体」または「冷熱媒体」における「温熱」および「冷熱」の語は、それぞれの媒体の具体的な温度の高低ではなく、これらの間の相対的な温度に差があることを表す。また、「媒体」は、典型的には、気体、液体、またはこれらの混合体からなる流体である。「媒体」は、流体中に分散した粉末などの固体を含んでいても良い。
【００１８】
熱発電ユニットの動作時、各熱発電チューブを収容する容器の内部は、典型的には、温水または冷水などの液体によって満たされている。一方、熱発電ユニットのメンテナンス時など、容器の内部から液体が排出されることによって、容器が空の状態となることがある。また、熱発電ユニットを導入した直後などにおいては、容器は液体によって満たされておらず、空の状態である。なお、本明細書において「空の状態」という場合には、容器の内部に液体がほとんど存在しない状態だけでなく、少なくとも１つの熱発電チューブの一部が液体から露出されているような状態も含む。
【００１９】
例えばメンテナンスのために熱発電ユニットの容器を空の状態とした場合を想定する。メンテナンスの終了後、熱発電ユニットの動作を再開するために、容器の内部に温水または冷水などの液体を導入する。このとき、容器を液体によって満たすには、容器内部の空気を排出する必要がある。容器内部の空気の排出は、典型的には、比較的高い圧力をもって液体を容器の内部に導入することにより行われる。すなわち、熱発電ユニットの動作再開時に容器の内部に導入される液体の流速は比較的大きい。特に、複数の熱発電ユニットを連結した場合には、各熱発電ユニットの容器内部の空気を排出する必要がある。そのため、各熱発電ユニットの容器の内部に導入される液体の流速は、熱発電ユニット単体の場合よりも大きい。
【００２０】
容器が空の状態において、容器の内部に液体を導入した場合、容器の内部に流入する液体の圧力が高いと、流入した液体によって熱発電チューブが損傷する可能性がある。したがって、容器の内部に流入する液体によって熱発電チューブが損傷を受けないようにすると有益である。これにより、例えばメンテナンス後の熱発電ユニットの動作再開時に、熱発電チューブの損傷に起因する不具合の発生を防止でき、熱発電の実用性が向上する。
【００２１】
＜熱発電素子の基本構成と動作原理＞
本開示による熱発電ユニットの実施形態を説明する前に、この熱発電ユニットに使用される熱発電素子の基本構成と動作原理を説明する。後述するように、本開示の熱発電ユニットではチューブ状の熱発電素子が使用される。しかし、チューブ状の熱発電素子の動作原理は、より単純な形状を有する熱発電素子について説明することが可能であり、その方が理解しやすい。
【００２２】
まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照する。図１Ａは、概略的に直方体の形状を有する熱発電素子１０の断面図であり、図１Ｂは熱発電素子１０の上面図である。参考のため、図１Ａおよび図１Ｂには、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が示されている。図示されている熱発電素子１０は、金属層２０と熱電材料層２２とが傾斜した状態で交互に積層された構造（積層体）を有している。この例において、積層体の形状は直方体であるが、他の形状であっても動作原理は同じである。
【００２３】
図示されている熱発電素子１０では、上記の積層体を左右から挟み込むように第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２が設けられている。図１Ａに示される断面において、積層面はＺ軸方向に対して角度θ（０＜θ＜πラジアン）だけ傾斜している。
【００２４】
このような構成を有する熱発電素子１０では、上面１０ａと下面１０ｂとの間に温度差が与えられると、熱電材料層２２よりも熱伝導性の高い金属層２０を優先的に熱が伝達するため、各熱電材料層２２の温度勾配にＺ軸方向成分が生じる。このため、各熱電材料層２２にはゼーベック効果によってＺ軸方向の起電力が発生し、起電力が積層体内で直列的に重畳される結果、全体として第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に大きな電位差が発生する。図１Ａおよび図１Ｂに示される積層体を有する熱発電素子は、特許文献２に開示されている。特許文献２の開示内容の全体を本願に援用する。
【００２５】
図２は、熱発電素子１０の上面１０ａに高温熱源１２０を接触させ、かつ、下面１０ｂに低温熱源１４０を接触させた状態を示している。この状態では、高温熱源１２０から低温熱源１４０に熱発電素子１０を介して熱Ｑが流れ、熱発電素子１０から第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を介して電力Ｐを取り出すことができる。大局的に見た場合、熱発電素子１０では、温度勾配の方向（Ｙ軸方向）と電流の方向（Ｚ軸方向）とは直交しており、電力を取り出すための一対の電極Ｅ１、Ｅ２間に温度差を与える必要がない。なお、図２に示す例では、図の左側から右側に向かって電力Ｐが流れる様子を模式的に示している。しかしながら、これはあくまでも例示である。例えば、使用される熱電材料の種類が変更されることによって、電力Ｐの流れ方向が図２とは反対になることもある。
【００２６】
簡単のため、熱発電素子１０の積層体の形状が直方体である場合を説明したが、以下の実施形態では、積層体がチューブ形状を有する熱発電素子を用いる。このようなチューブ状の熱発電素子を本明細書では「熱発電チューブ（Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と称する。なお、本明細書において、「チューブ」の用語は「パイプ」の用語とは区別されず、「チューブ」および「パイプ」の両方を含むように解釈される。
【００２７】
＜熱発電ユニットの概要＞
以下、本開示による熱発電ユニットの概要を説明する。
【００２８】
まず、図３Ａおよび図３Ｂを参照する。図３Ａは、熱発電チューブＴの一例を示す斜視図である。熱発電チューブＴは、中央に貫通孔を有する金属層２０および熱電材料層２２が傾斜した状態で交互に積層されたチューブ本体Ｔｂと、一対の電極Ｅ１、Ｅ２とを備えている。このような熱発電チューブＴを製造する方法は、例えば特許文献３に開示されている。特許文献３に開示されている方法によれば、底部に孔を有する金属カップと、同様に底部に孔を有する熱電材料カップとを交互に重ね合わせ、その状態でプラズマ焼結を行うことにより、両者を結合する。特許文献３の開示内容の全体を本願に援用する。
【００２９】
図３Ａの熱発電チューブＴは、その内周面によって規定される内部の流路（以下、「内部流路」と称することがある。）を、例えば温熱媒体が流れるように配管に接続される。その場合、熱発電チューブＴの外周面は冷熱媒体に接触させられる。こうして、熱発電チューブＴの内周面と外周面との間に温度差が与えられることにより、一対の電極Ｅ１、Ｅ２の間に電位差が発生し、電力を取り出すことが可能になる。
【００３０】
熱発電チューブＴの形状は、チューブ状であれば良く、円筒に限定されない。言い換えると、熱発電チューブＴの軸に対して垂直な面で熱発電チューブＴを切断したとき、「外周面」および「内周面」の切断面上における形状は円である必要は無く、楕円、多角形などの閉曲線であれば良い。また、熱発電チューブＴの軸は、典型的には直線であるが、直線に限定されない。これらのことは、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照しながら説明した熱発電の原理から明らかである。
【００３１】
図３Ｂは、本開示による例示的な熱発電ユニット１００の概略構成を示す斜視図である。図３Ｂに示される熱発電ユニット１００は、複数の熱発電チューブＴと、これらの熱発電チューブＴを内部に収容する容器３０と、熱発電チューブＴを電気的に接続する複数の導電性部材Ｊとを備えている。図３Ｂに示す例では、容器３０の内側に１０本の熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０が収められている。１０本の熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０は、典型的には、互いに略平行に配置されるが、配置の態様はこれに限定されない。
【００３２】
熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々は、前述したように、外周面および内周面と、内周面によって区画される内部流路とを有する。熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々は、内周面と外周面との間の温度差によってそれぞれの軸方向に起電力を発生するように構成されている。すなわち、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々において、外周面と内周面との間に温度差を与えることにより、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０から電力が取り出される。例えば、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々における内部流路に温熱媒体を接触させ、かつ、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々の外周面に冷熱媒体を接触させることにより、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０から電力を取り出すことができる。また、逆に、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々における内周面に冷熱媒体を接触させ、かつ、外周面に温熱媒体を接触させても良い。
【００３３】
図３Ｂに示す例では、容器３０の内部において熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の外周面に接する媒体と、各熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内部流路において各熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内周面に接する媒体とは、それぞれ別々の配管（不図示）を介して供給され、混ざり合わないように分離されている。
【００３４】
図４は、熱発電チューブＴの外周面と内周面との間に温度差を与えるための構成の例を示すブロック図である。図４に破線で示す矢印Ｈは、温熱媒体の流れを模式的に示し、実線で示す矢印Ｌは、冷熱媒体の流れを模式的に示している。図４に示す例では、温熱媒体および冷熱媒体が、ポンプＰ１およびＰ２によってそれぞれ循環する。例えば、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々の内部流路に温熱媒体が供給され、容器３０の内部に冷熱媒体が供給される。図４では記載が省略されているが、温熱媒体には不図示の高温熱源（例えば熱交換器）から熱が供給され、冷熱媒体からは不図示の低温熱源に熱が供給される。高温熱源としては、従来、未利用のまま周囲環境に捨てられていた比較的低温（例えば２００℃以下）の蒸気、温水、排気ガスなどを使用することができる。もちろん、より高温の熱源を用いても良い。
【００３５】
図４に示す例では、温熱媒体および冷熱媒体が、それぞれ、ポンプＰ１およびＰ２によって循環しているが、本開示の熱発電ユニットは、そのような例に限定されない。温熱媒体および冷熱媒体の一方または両方が、循環系を構成することなく、各々の熱源から周囲環境に捨てられても良い。例えば、地中から湧き出した高温の温泉水が温熱媒体として熱発電ユニット１００に与えられ、その後、温度が低下した温泉水として発電以外の用途に利用されたり、そのまま捨てられたりしても良い。冷熱媒体についても、地下水、川の水、海水が汲み上げられて熱発電ユニット１００に与えられても良い。これらは、冷熱媒体として利用された後、必要に応じて適当な温度に低下され、元の水源に返されたり、周囲環境に捨てられたりしても良い。
【００３６】
再び図３Ｂを参照する。本開示における熱発電ユニット１００では、導電性部材Ｊを介して複数の熱発電チューブＴが電気的に接続される。図３Ｂに示す例では、隣接して配置されている２本の熱発電チューブＴが個々の導電性部材Ｊによって接続されている。全体として、複数の熱発電チューブＴは電気的に直列に接続されている。例えば、図３Ｂにおいて最も手前に見える２本の熱発電チューブＴ３および熱発電チューブＴ４の右端部は、導電性部材Ｊ３によって相互に接続されている。一方、これら２本の熱発電チューブＴ３、Ｔ４の左端部は、それぞれ、導電性部材Ｊ２、Ｊ４によって他の熱発電チューブＴ２、Ｔ５に接続されている。
【００３７】
図５は、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の電気的接続の例を模式的に示している。図５に示すように、導電性部材Ｊ１〜Ｊ９の各々は、２本の熱発電チューブを電気的に接続している。導電性部材Ｊ１〜Ｊ９は、全体として熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０を電気的に直列に接続するように配列されている。この例では、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０および導電性部材Ｊ１〜Ｊ９から形成される回路は、一筆書き（ｔｒａｖｅｒｓａｂｌｅ）である。この回路は、一部に並列的に接続された熱発電チューブを含んでいて良く、回路が一筆書きであることは必須ではない。
【００３８】
図５に示す例では、例えば熱発電チューブＴ１から熱発電チューブＴ１０に電流が流れる。電流は、熱発電チューブＴ１０から熱発電チューブＴ１に流れても良い。この電流の向きは、熱発電チューブＴに使用する熱電材料の種類、熱発電チューブＴの内周面と外周面との間で生じる熱流の向き、熱発電チューブＴにおける積層面の傾斜の方向などに依存して決まる。熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の接続は、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々で生じた起電力が相殺されず、重畳されるように決定される。
【００３９】
なお、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０を流れる電流の向きと、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内部流路を流れる媒体（温熱媒体または冷熱媒体）の流れ方向とは、相互に無関係である。例えば、図５に示す例では、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内部流路を流れる媒体の流れ方向は、全てに共通して例えば図中の左側から右側であっても良い。
【００４０】
＜熱発電チューブＴの構成の詳細＞
次に、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、熱発電チューブＴの構成の詳細を説明する。図６Ａは、熱発電システム１００が備える熱発電チューブＴのうちの１つ（ここでは熱発電チューブＴ１）を示す斜視図である。熱発電チューブＴ１は、チューブ本体Ｔｂ１と、チューブ本体Ｔｂ１の両端にそれぞれ設けられた第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２とを有する。チューブ本体Ｔｂ１は、金属層２０と熱電材料層２２とが交互に積層された構成を有する。本明細書では、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２とを結ぶ直線の方向を「積層方向」と称する場合がある。この「積層方向」は熱発電チューブの軸方向に一致している。
【００４１】
図６Ｂは、熱発電チューブＴ１の軸（中心軸）を含む平面に沿って熱発電チューブＴ１を切断したときの断面を示す。図６Ｂに示されるように、熱発電チューブＴ１は、外周面２４および内周面２６を有する。内周面２６によって区画される領域が流路Ｆ１を形成している。図示されている例では、外周面２４および内周面２６は、それぞれ、軸方向に垂直な断面の形状が円であるが、これらの形状は前述したように、円に限定されず、楕円または多角形であっても良い。軸方向に垂直な面で切断したときの流路の断面積の大きさは、特に限定されない。熱発電チューブＴの内部流路に供給される媒体の流量に応じて、流路の断面積または熱発電チューブの本数が適宜設定されれば良い。
【００４２】
図示されている例において、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、それぞれ、円筒形状を有しているが、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の形状はこれに限定されない。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、それぞれ、チューブ本体Ｔｂ１の両端またはその近傍において、金属層２０および熱電材料層２２の少なくとも一方に電気的に接続され、かつ、流路Ｆ１を閉塞しない任意の形状を有し得る。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の外周面がチューブ本体Ｔｂ１の外周面２４に整合しているが、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の外周面とチューブ本体Ｔｂ１の外周面２４とが整合している必要はない。例えば、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の外周面の直径（外径）がチューブ本体Ｔｂ１の外周面２４の直径（外径）よりも大きくても良いし、小さくても良い。また、軸方向に垂直な平面で切った第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の断面形状が、軸方向に垂直な平面で切ったチューブ本体Ｔｂ１の外周面２４の断面形状と異なっていても良い。
【００４３】
第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、導電性を有する材料、典型的には金属から形成される。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、チューブ本体Ｔｂ１の両端またはその近傍に位置する１個または複数の金属層２０から構成されていても良い。その場合、チューブ本体Ｔｂ１の一部が第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２として機能する。あるいは、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、チューブ本体Ｔｂ１の外周面の一部を覆うように設けられた金属層または輪帯状金属部材から形成されていても良いし、チューブ本体Ｔｂ１の内周面と接触するようにチューブ本体Ｔｂ１の両端から流路Ｆ１内に部分的に嵌め込まれた一対の円筒状金属部材であっても良い。
【００４４】
金属層２０および熱電材料層２２は、図６Ｂに示されるように、傾斜した状態で交互に積層されている。このような構成を有する熱発電チューブは、基本的には、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照しながら説明した原理と同様の原理で動作する。したがって、熱発電チューブＴ１の外周面２４と、熱発電チューブＴ１の内周面２６との間に温度差を与えると、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電位差が生じる。このときの温度勾配の概略的な方向は、熱発電チューブＴ１の半径方向（積層方向に垂直な方向）である。
【００４５】
チューブ本体Ｔｂ１における積層面の傾斜角度（以下、単に「傾斜角度」と称する。）θは、例えば、５°以上６０°以下の範囲内に設定され得る。傾斜角度θは、２０°以上４５°以下であっても良い。傾斜角度θの適切な範囲は、金属層２０を構成する材料と熱電材料層２２を構成する熱電材料との組み合わせに依存して異なる。
【００４６】
チューブ本体Ｔｂ１における金属層２０の厚さと熱電材料層２２の厚さとの比（以下、単に「積層比」と称する。）は、例えば、２０：１〜１：９の範囲に設定され得る。ここで、金属層２０の厚さは、積層面に垂直な方向における厚さ（図６Ｂ中、矢印Ｔｈで示す厚さ）を意味する。同様に、熱電材料層２２の厚さは、積層面に垂直な方向における厚さを意味する。なお、金属層２０および熱電材料層２２の積層の総数は適宜設定され得る。
【００４７】
金属層２０は、任意の金属材料から形成され得、例えばニッケルまたはコバルトから形成され得る。ニッケルおよびコバルトは、高い熱発電特性を示す金属材料の例である。金属層２０は、銀または金を含んでいても良い。金属層２０は、これらの例示された金属材料を単独で含んでいても良いし、合金として含んでいても良い。金属層２０が合金から形成される場合、この合金が、銅、クロムまたはアルミニウムを含んでいても良い。このような合金の例は、コンスタンタン、クロメルまたはアルメルである。
【００４８】
熱電材料層２２は、使用温度に応じて任意の熱電材料から形成され得る。熱電材料層２２に使用され得る熱電材料の例は、ビスマス、アンチモンなどの単元素からなる熱電材料、ＢｉＴｅ系、ＰｂＴｅ系、ＳｉＧｅ系などの合金系熱電材料、ＣａxＣｏＯ2、ＮａxＣｏＯ2、ＳｒＴｉＯ3などの酸化物系熱電材料を含む。本明細書における「熱電材料」とは、絶対値が３０μＶ／Ｋ以上のゼーベック係数を有し、かつ、電気抵抗率が１０ｍΩｃｍ以下の材料を意味する。このような熱電材料は、結晶でも、非晶質でも良い。温熱媒体の温度が２００℃程度またはそれ以下である場合、熱電材料層２２は、例えばビスマスアンチモンテルルの緻密体から形成され得る。ビスマスアンチモンテルルの代表的な化学組成は、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3であるが、これに限定されない。ビスマスアンチモンテルルはセレンなどのドーパントを含んでいても良い。ビスマスとアンチモンの組成比は、適宜調整され得る。
【００４９】
熱電材料層２２を構成する熱電材料の他の例としては、テルル化ビスマス、テルル化鉛などが挙げられる。熱電材料層２２がテルル化ビスマスから構成される場合、テルル化ビスマスの化学組成をＢｉ2ＴｅXと表記したとき、２＜Ｘ＜４であれば良い。代表的な化学組成は、Ｂｉ2Ｔｅ3である。Ｂｉ2Ｔｅ3は、アンチモンまたはセレンを含有し得る。アンチモンを含有するテルル化ビスマスの化学組成は（Ｂｉ1-YＳｂY）2ＴｅXのように表される。このとき、０＜Ｙ＜１であれば良く、０．６＜Ｙ＜０．９であるとより好ましい。
【００５０】
第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を構成する材料は、導電性に優れる材料であれば任意である。第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、銅、銀、モリブデン、タングステン、アルミニウム、チタン、クロム、金、白金、インジウムなどの金属から形成され得る。あるいは、窒化チタン（ＴｉＮ）、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）などの窒化物または酸化物から形成されても良い。ハンダ、銀ロウ、導電性ペーストなどから第１電極Ｅ１または第２電極Ｅ２を形成しても良い。なお、チューブ本体Ｔｂ１の両端が金属層２０である場合、前述したように、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２は、金属層２０で代用され得る。
【００５１】
本明細書では、熱発電チューブの典型例として、金属層と熱発電材料層とが交互に積層された構成を備える素子を説明したが、本開示に使用され得る熱発電チューブの構造は、このような例に限定されない。相対的にゼーベック係数が低く熱伝導率が高い第１の材料から形成された第１の層と、相対的にゼーベック係数が高く熱伝導率が低い第２の材料から形成された第２の層とを積層すれば、上述した熱発電は可能である。金属層２０および熱電材料層２２は、それぞれ、上記の第１の層および第２の層の例である。
【００５２】
＜熱発電ユニットの実施形態＞
次に、図７を参照する。図７は、本開示の実施形態による熱発電ユニットを示す正面図である。図７に示されるように、この態様における熱発電ユニット１００Ａは、複数の熱発電チューブＴと、複数の熱発電チューブＴを内部に収容する容器３０とを備えている。このような構造は、一見したところ、熱交換器の「シェル・アンド・チューブ構造」に似ている。しかしながら、熱交換器では、複数のチューブは単に流体を流す管路として機能するだけであり、電気的接続は不要である。本開示の熱発電ユニットでは、実用上、熱交換器には要求されないチューブ相互間の安定した電気的接続を達成することが求められる。
【００５３】
図４を参照しながら説明したように、熱発電ユニット１００Ａには、温熱媒体および冷熱媒体が供給される。例えば、複数の開口部Ａを介して、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々の内部流路に温熱媒体が供給される。一方、容器３０の内部には、後述する流体入口を介して冷熱媒体が供給される。これにより、熱発電チューブＴの外周面と内周面との間に温度差が与えられる。このとき、熱発電ユニット１００Ａにおいて、温熱媒体と冷熱媒体との間の熱交換が行われるとともに、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々において、それぞれの軸方向に起電力が発生する。
【００５４】
図７に示されている例において、容器３０は、熱発電チューブＴを取り囲む筒状の胴部（シェル）３２と、胴部３２の開放された両端を塞ぐように設けられた一対のプレート３４、３６とを有している。図７に示す例では、プレート３４は胴部３２の左端に固定され、プレート３６は胴部３２の右端に固定されている。プレート３４および３６には、各熱発電チューブＴが挿入される複数の開口部Ａが設けられており、プレート３４、３６の対応する一対の開口部Ａには、それぞれ、熱発電チューブＴの両端部が挿入されている。
【００５５】
このプレート３４、３６は、シェル・アンド・チューブ型熱交換器における管板（チューブシート）と同様に、複数のチューブ（熱発電チューブＴ）を空間的に分離した状態で支持する機能を有している。複数の熱発電チューブＴは、典型的には、容器３０内において平行に配置される。複数の熱発電チューブＴは平行の関係にある必要はなく、「非平行」または「ねじれ」の関係にあっても良いが、ここでは、複数の熱発電チューブＴは、容器３０内において平行に配置されている場合を例示する。プレート３４、３６は、後に詳しく説明するように、熱交換器の管板には無い電気的接続機能を更に有している。
【００５６】
図７に示されている例において、プレート３４は、胴部３２に固定された第１プレート部分３４ａと、第１プレート部分３４ａに対して脱着可能に取り付けられた第２プレート部分３４ｂとを有している。同様に、プレート３６は、胴部３２に固定された第１プレート部分３６ａと、第１プレート部分３６ａに対して脱着可能に取り付けられた第２プレート部分３６ｂを有している。プレート３４および３６に設けられた開口部Ａは、それぞれ、第１プレート部分３４ａ、３６ａおよび第２プレート部分３４ｂ、３６ｂを貫通し、各熱発電チューブＴの流路を容器３０の外部に開放している。
【００５７】
容器３０を構成する材料の例は、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）などの金属である。容器３０を構成する材料の他の例は、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などである。胴部３２およびプレート３４、３６は、同一の材料から形成されていても良いし、異なる材料から形成されていても良い。胴部３２および第１プレート部分３４ａ、３６ａが金属から形成されている場合、第１プレート部分３４ａ、３６ａは、例えば溶接により胴部３２に固定される。胴部３２の両端にフランジが設けられている場合、このフランジに第１プレート部分３４ａ、３６ａが固定されていても良い。
【００５８】
動作時、容器３０の内部には流体（冷熱媒体または温熱媒体）が導入されるため、容器３０の内部は気密または水密が保たれる必要がある。後述するように、プレート３４、３６の開口部Ａでは、熱発電チューブＴの端部が挿入された状態で気密または水密を保つためのシールが実現される。胴部３２とプレート３４、３６との間で隙間はなく、動作時には気密または水密が保たれる構造が実現される。
【００５９】
図８に示されるように、容器３０は、その内部に流体を流すための流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂを有している。熱発電ユニット１００Ａでは、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂが、容器３０の上部に配置されている。流体入口３８ａの配置は、容器３０の上部に限定されず、流体入口３８ａが、例えば容器３０の下部に配置されても良い。流体出口３８ｂも同様である。流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂのそれぞれは、例えば、容器３０の胴部３２の側面に設けられた開口部であり得る。図示する例では、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂに、それぞれ、第１の導管７２ａおよび第２の導管７２ｂが接続されている。
【００６０】
図７および図８に示されるように、容器３０の内部には、緩衝部材７０が設けられている。この緩衝部材７０は、流体入口３８ａと複数の熱発電チューブＴとの間に配置されている。後に詳しく説明するように、緩衝部材７０は、容器３０の内部に流入してきた流体の流れ方向を変えるように構成されている。なお、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂは、それぞれ、流体の入口および出口として固定して使用される必要はなく、流体の入口および出口が定期的または不定期的に反転して用いられても良い。流体の流れ方向が固定されている必要はない。したがって、流体出口３８ｂと複数の熱発電チューブＴとの間に更に他の緩衝部材が配置されることもある。また、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂの各々の個数は１個に限定されず、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂの一方または両方が複数であっても良い。この場合は、複数の緩衝部材が容器３０の内部に配置され得る。
【００６１】
図８は、熱発電ユニット１００Ａに導入された温熱媒体および冷熱媒体の流れ方向の例を模式的に示す図である。図８に示す例では、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々の内部流路に温熱媒体ＨＭが供給されており、容器３０の内部に冷熱媒体ＬＭが供給されている。図示する例では、プレート３４に設けられた開口部Ａを介して、各熱発電チューブの内部流路に温熱媒体ＨＭが導入される。各熱発電チューブの内部流路に導入された温熱媒体ＨＭは、各熱発電チューブの内周面と接触する。一方、流体入口３８ａから容器３０の内部に冷熱媒体ＬＭが導入される。容器３０の内部に導入された冷熱媒体ＬＭは、各熱発電チューブの外周面と接触する。
【００６２】
図８に示す例では、温熱媒体ＨＭは、各熱発電チューブの内部流路を流れる間に、冷熱媒体ＬＭと熱の交換を行う。冷熱媒体ＬＭと熱の交換を行い、温度の低下した温熱媒体ＨＭは、プレート３６に設けられた開口部Ａを介して熱発電ユニット１００Ａの外部に排出される。一方、冷熱媒体ＬＭは、容器３０の内部を流れる間に、温熱媒体ＨＭと熱の交換を行う。温熱媒体ＨＭと熱の交換を行い、温度の上昇した冷熱媒体ＬＭは、流体出口３８ｂから熱発電ユニット１００Ａの外部に排出される。なお、図８に示す温熱媒体ＨＭの流れ方向および冷熱媒体ＬＭの流れ方向は、あくまでも例である。温熱媒体ＨＭおよび冷熱媒体ＬＭのいずれか一方またはこれらの両方が、図の右側から左側に向かって流れていても良い。
【００６３】
ある態様では、熱発電チューブＴの流路に温熱媒体ＨＭ（例えば温水）を導入し、かつ、流体入口３８ａから冷熱媒体ＬＭ（例えば冷却水）を導入して容器３０の内部を冷熱媒体ＬＭで満たすことができる。逆に、熱発電チューブＴの流路には冷熱媒体ＬＭ（例えば冷却水）を導入し、かつ、流体入口３８ａから温熱媒体ＨＭ（例えば温水）を導入して容器３０の内部を温熱媒体ＨＭで満たしても良い。こうして、熱発電チューブＴの各々における外周面２４と内周面２６との間に発電に必要な温度差を与えることができる。
【００６４】
＜緩衝部材＞
図９は、図７および図８に示す熱発電ユニット１００Ａの模式的な断面を示す。図９は、例えば円筒状に形成された胴部３２の中心軸を含み、かつ水平面に対して垂直な平面で切断したときの断面を模式的に示している。図９に示されるように、緩衝部材７０は、流体入口３８ａと複数の熱発電チューブＴとの間に位置するように、例えば容器３０の内壁に固定されている。そのため、容器３０の内部が流体で満たされていない状態においては、流体入口３８ａから流れ込んだ流体は、まず緩衝部材７０に衝突し、その後、容器３０の底部に向かう。これにより、流体入口３８ａから流れ込んだ流体が熱発電チューブＴに直接に衝突することを防止できる。
【００６５】
上述したように、各熱発電チューブＴは、プレート３４、３６の対応する一対の開口部Ａに両端部が挿入されることにより、容器３０内において支持されている。すなわち、図７〜図９に示す例では、各熱発電チューブＴは、その両端部のみが支持されている。そのため、容器３０の内部が流体で満たされていない状態において熱発電チューブＴに流体が直接に衝突すると、チューブ本体Ｔｂに機械的な負荷がかかり、チューブ本体Ｔｂの破断、外周面の摩耗などが発生しやすくなる。特に、流体入口３８ａの近くに配置された熱発電チューブＴにおいて、このような不具合の発生が想定される。なお、容器３０の内部が流体によってほぼ満たされている状態においては、容器３０内の流体がクッションの役割を果たす。そのため、熱発電ユニット１００Ａの連続動作時においては、容器３０内に流体を導入することに起因して熱発電チューブＴが損傷する可能性は低い。
【００６６】
本実施形態では、容器３０の内部に流入してきた流体の流れ方向を緩衝部材７０が変えることにより、熱発電チューブＴに与られる衝撃が緩和される。緩衝部材７０は、流体入口３８ａから流れ込んだ流体がもつ運動量を低減させることができれば良い。
【００６７】
図１０は、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの断面を模式的に示す。図１０に示す断面は、図９のＡ−Ａ断面に対応する。図１０では、流体の流れ方向が、破線の矢印で模式的に示されている。以下の説明においても、特に断りのない限り、破線の矢印で流体の流れ方向を模式的に示す。
【００６８】
図１０に示す例では、流体入口３８ａと、流体入口３８ａの直下に配置された熱発電チューブＴ２との間に、平板状の緩衝部材７０ａが配置されている。この緩衝部材７０ａは、容器３０の内部において熱発電チューブＴ２の少なくとも一部を覆うように配置されている。図１０に示す例では、第１の導管７２ａ内の流体は、鉛直方向に沿って図の下向きに流れ、流体入口３８ａを介して容器３０の内部に流入する。容器３０の内部に流入してきた流体は、緩衝部材７０ａに衝突し、緩衝部材７０ａによって流れ方向が変えられる。すなわち、緩衝部材７０ａに衝突した流体は、跳ね返り分を除き、緩衝部材７０ａの表面に沿って流れる。例えば、容器３０の内部に流入してきた流体のうちの一部の流れ方向は、鉛直方向に沿った方向から図の左右方向（水平方向）に変化する。これにより、流体入口３８ａの下方に配置されている熱発電チューブＴに、容器３０の内部に流入してきた流体が直接に衝突することが防止される。
【００６９】
ここで、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な断面において、流体入口３８ａにおける流体の流れ方向に垂直な方向を「幅方向」と呼ぶことにする。以下では、幅方向における長さを単に「幅」と称することがある。緩衝部材７０ａの幅（図１０中、矢印Ｗ１で示す長さ）は、典型的には、熱発電チューブＴの外径よりも大きい。したがって、図示する例では、緩衝部材７０ａは、容器３０の内部に流入してきた流体が、緩衝部材７０ａの下方に配置された熱発電チューブＴ（ここでは熱発電チューブＴ２）に直接に衝突することを防止する。
【００７０】
緩衝部材７０ａは、熱発電チューブＴの軸方向において、所定の長さを有している。熱発電チューブＴの軸方向における緩衝部材７０ａの長さ（図９中、矢印Ｌ１で示す長さ）は、例えば、熱発電チューブＴの軸方向における胴部３２の長さ（図９中、矢印Ｌ２で示す長さ）と等しく設定され得る。容器３０の内部に流入してきた流体のうちの一部は、緩衝部材７０ａに衝突した後、熱発電チューブＴの軸方向に沿って緩衝部材７０ａ上を流れ、熱発電チューブＴの軸方向における、緩衝部材７０ａの端部から流れ落ちる。長さＬ１が、長さＬ２とほぼ等しく設定されることにより、緩衝部材７０ａに衝突した後、熱発電チューブＴの軸方向における、緩衝部材７０ａの端部から流れ落ちた流体が、緩衝部材７０ａの下方に配置された熱発電チューブＴ（ここでは熱発電チューブＴ２）に衝突することを防止できる。このように、ある態様では、緩衝部材７０は、容器３０の内部において熱発電チューブＴの少なくとも１つを覆うように配置される。
【００７１】
図１１は、緩衝部材７０の他の例を示す模式的な断面図である。図１１に示されるように、緩衝部材７０が、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体から複数の熱発電チューブＴを遮蔽する形状を有していても良い。なお、本明細書における「遮蔽」には、熱発電チューブＴの軸方向における緩衝部材の長さ（図９中、矢印Ｌ１で示す長さ）が、熱発電チューブＴの軸方向における胴部３２の長さ（図９中、矢印Ｌ２で示す長さ）より短い場合も含まれる。
【００７２】
図示する例では、３本の熱発電チューブＴ１、Ｔ２およびＴ３の組、４本の熱発電チューブＴ１０、Ｔ８、Ｔ６およびＴ４の組および３本の熱発電チューブＴ９、Ｔ７およびＴ５の組が、空間的に分離した状態で図の上下方向に沿って配置されている。また、それぞれの組においても、熱発電チューブ同士は、空間的に分離して配置されている。図１１に示す例では、緩衝部材７０ｂの幅は、熱発電チューブＴが配置されている領域の幅方向における最大の長さ（図１１中、矢印Ｗ３で示す長さ）よりも大きい。この場合、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な断面において、緩衝部材７０ｂの端部における流体の流れ方向の延長線上に、いずれの熱発電チューブＴも配置されていないので、緩衝部材７０ｂに衝突した流体が熱発電チューブＴに向かって流れることを防止できる。したがって、緩衝部材７０ｂに衝突した後、流れ方向が変えられた流体が熱発電チューブＴに衝突することによる損傷の発生を防止できる。
【００７３】
図１２および図１３は、それぞれ、緩衝部材７０の更に他の例を示す模式的な断面図である。図１２に示す緩衝部材７０ｃは、その中央において折れ曲がっており、中央部分が流体入口３８ａに向かって突出している。図１３に示す緩衝部材７０ｄは、半円筒形状に形成されており、中央部分が流体入口３８ａに向かって突出している。すなわち、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な面内における緩衝部材７０ｃおよび緩衝部材７０ｄの断面形状は、流体入口３８ａに向かって突出した形状である。なお、緩衝部材７０ｃおよび緩衝部材７０ｄは、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体から複数の熱発電チューブＴを遮蔽する形状を有している。すなわち、図示する例において、Ｗ１＞Ｗ３の関係が満たされている。
【００７４】
図１２および図１３に示すように、緩衝部材７０が、流体入口３８ａに向かって突出した形状であっても良い。緩衝部材７０が、流体入口３８ａに向かって突出した形状に形成されることにより、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体をより効果的に分散させることができる。また、緩衝部材７０自身に対する機械的な負荷が低減される。
【００７５】
図１２および図１３に示す例では、緩衝部材７０ｃおよび緩衝部材７０ｄのいずれも、流体入口３８ａとは反対側が開放されている。しかしながらこれはあくまで例示であり、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な面内における緩衝部材７０ｃおよび緩衝部材７０ｄの断面形状が、複数の熱発電チューブＴを取り囲むような形状であっても良い。この場合、例えば、Ｌ１＜Ｌ２の関係が満たされるようにすれば（図９参照）、流体入口３８ａから導入される流体によって容器３０の内部を満たすことができる。
【００７６】
図１４および図１５は、それぞれ、緩衝部材７０の更に他の例を示す斜視図である。なお、図１４および図１５では、複雑さを避けるため、緩衝部材７０の下方に１本の熱発電チューブＴが配置されている場合を示している。しかしながら、これはあくまで例示であり、緩衝部材７０の下方に複数の熱発電チューブＴが配置されていても良い。
【００７７】
図１４に示す緩衝部材７０ｅは、矩形状の平板部７０ｐと、平板部７０ｐから垂直に立ち上がった２つの壁部７０ｓとを有している。平板部７０ｐの外縁のうち、２つの外縁は熱発電チューブＴの軸方向と平行であり、残りの２つの外縁は、熱発電チューブＴの軸方向と垂直である。２つの壁部７０ｓは、平板部７０ｐの外縁のうち、熱発電チューブＴの軸方向と垂直な外縁から上方に向かって延びている。壁部７０ｓは、緩衝部材７０ｅに衝突後の流体の流れを熱発電チューブＴの軸方向と垂直な方向に誘導する。したがって、緩衝部材７０ｅに衝突した流体が熱発電チューブＴの軸方向に流れ落ちることを防止できる。
【００７８】
図１５に示す緩衝部材７０ｆは、鞍状の形状を有し、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な面内における断面形状が、流体入口３８ａに向かって突出した形状となるように配置されている。この場合も、緩衝部材７０ｆに衝突した流体が熱発電チューブＴの軸方向に流れ落ちることを防止できる。
【００７９】
このように、緩衝部材７０の形状および大きさは、任意に設定し得る。緩衝部材７０の形状は、例えば、板状、棒状、円錐状、椀状、すのこ状またはメッシュ状であり得る。緩衝部材７０は、その一部が湾曲していても良く、例えば、緩衝部材７０の形状は、半円筒状やプロペラ状であり得る。緩衝部材７０が可動部を有していても良い。緩衝部材７０の流体入口３８ａ側の表面は平坦面でなくとも良く、緩衝部材７０の表面に溝部やフィンなどが形成されていても良い。緩衝部材７０は、多孔質体であっても良いし、孔部を有していても良い。なお、所定の強度を得られる限りにおいて、緩衝部材７０を形成するための材料も任意に選択可能である。
【００８０】
＜熱発電ユニットの他の実施形態＞
次に、図１６を参照する。図１６は、本開示の他の実施形態による熱発電ユニットを示す正面図である。この態様における熱発電ユニット１００Ｂは、上述の熱発電ユニット１００Ａと同様に、複数の熱発電チューブＴと、複数の熱発電チューブＴを内部に収容する容器３０とを備えている。以下では、熱発電ユニット１００Ａについて説明した構成および動作と共通する構成および動作の説明は繰り返さない。
【００８１】
図１７は、図１６に示される熱発電ユニット１００Ｂの左側面図を示す。図１７では、プレート３４の第２プレート部分３４ｂの図示が省略されている。図１７および図１６に示す例では、流体入口３８ａは、熱発電ユニット１００Ｂの背面側に設けられており、流体入口３８ａには、第１の導管７２ａが接続されている。一方、流体出口３８ｂは、熱発電ユニット１００Ｂの正面側に設けられており、流体出口３８ｂには、第２の導管７２ｂが接続されている。しかしながらこれはあくまでも例示であり、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂの各々は、熱発電ユニット１００Ａと同様に、例えば容器３０の上部に配置されても良い。
【００８２】
熱発電ユニット１００Ｂでは、流体入口３８ａにおける流体の流れ方向が、複数の熱発電チューブＴではなく、胴部３２の内壁に向くように第１の導管７２ａが配置されている。より詳細には、第１の導管７２ａは、第１の導管７２ａの中心軸の延長線が複数の熱発電チューブＴと胴部３２の内壁との間を通るように配置されている。これにより、流体入口３８ａを介して容器３０の内部に流入してきた流体のうち、熱発電チューブＴに直接に衝突する流体の割合を低減することができる。したがって、熱発電チューブＴに流体が直接に衝突することに起因する熱発電チューブＴの損傷の発生を抑制することができる。なお、図１７に示すように、第２の導管７２ｂは、第２の導管７２ｂの中心軸の延長線が複数の熱発電チューブＴと胴部３２の内壁との間を通るように配置されても良い。
【００８３】
図１８を参照しながら、熱発電ユニット１００Ｂの構成をより詳細に説明する。図１８は、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの断面を模式的に示す。図１８に示す断面は、図１６のＢ−Ｂ断面に対応する。
【００８４】
図１８に例示する構成において、第１の導管７２ａは、第１の導管７２ａの中心軸の延長線（図１８中、破線ＣＡで示す）が複数の熱発電チューブＴと胴部３２の内壁との間を通るように配置されている。図１８に示す例では、第１の導管７２ａの中心軸の延長線は、容器３０に収容された複数の熱発電チューブＴのうち、最も左側に位置する熱発電チューブＴ１０の外周面よりも左側を通っている。ここで、第１の導管７２ａの中心軸は、流体入口３８ａにおける第１の導管７２ａの中心軸を意味する。上記の延長線は、第１の導管７２ａの中心軸に垂直な平面で第１の導管７２ａを切断したときに、第１の導管７２ａの内壁の輪郭線が閉曲線となる断面のうち、流体入口３８ａに最も近いもの（ここでは図１８のＣ−Ｃ断面）に垂直な直線と平行である。流体入口３８ａを介して容器３０の内部に流入してきた流体の、流体入口３８ａにおける流れ方向は、第１の導管７２ａの中心軸の延長線にほぼ平行な方向であると考えて良い。したがって、流体入口３８ａを介して容器３０の内部に流入してきた流体のほとんどは、容器３０内において、胴部３２の内壁に最初に衝突する。
【００８５】
図１８に例示する構成では、第１の導管７２ａの内壁と円筒状に形成された胴部３２の内壁とがこれらの接続部分ｔｇにおいて滑らかに接続されるように、第１の導管７２ａが、流体入口３８ａに接続されている。これにより、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体を胴部３２の内壁に沿って流すことができ、容器３０内に流入してきた流体のうち、胴部３２の内壁において跳ね返った後、熱発電チューブＴに衝突する流体の割合を低減することができる。
【００８６】
なお、第１の導管７２ａの内壁と、例えば円筒状に形成された胴部３２の内壁とが滑らかに接続されていることは必須ではない。図１９は、流体入口３８ａに対する第１の導管７２ａの他の接続の態様を示す。図１９に例示する構成において、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な面内における、胴部３２ｂの断面形状は、多角形状である。図１９に示す例においても、第１の導管７２ａは、第１の導管７２ａの中心軸の延長線ＣＡが複数の熱発電チューブＴと胴部３２ｂの内壁との間を通るように配置されている。図１９に示す例では、流体入口３８ａを介して容器３０内に流入してきた流体は、胴部３２ｂの内壁面のうち、熱発電チューブＴの下方に位置する傾斜面ＬＰに最初に衝突する。傾斜面ＬＰに衝突した流体の多くは、傾斜面ＬＰに沿って流れる。
【００８７】
図２０は、流体入口３８ａに対する第１の導管７２ａの更に他の接続の態様を示す。図２０に示す例においても、第１の導管７２ａは、第１の導管７２ａの中心軸の延長線ＣＡが複数の熱発電チューブＴと胴部３２の内壁との間を通るように配置されている。図２０に示す例では、第１の導管７２ａの中心軸の延長線ＣＡは、容器３０に収容された複数の熱発電チューブＴのうち、最も下方に位置する熱発電チューブＴ９、Ｔ７およびＴ５の外周面よりも下側を通っている。流体入口３８ａを介して容器３０内に流入する流体の流速によっては、このような接続の態様も採用し得る。
【００８８】
なお、複数の熱発電チューブＴと胴部３２の内壁との間の空間が十分に確保できない場合には、流体入口３８ａと複数の熱発電チューブＴとの間に、上述したような緩衝部材７０を配置しても良い。
【００８９】
＜熱発電ユニットの更に他の実施形態＞
次に、図２１を参照する。図２１は、本開示の更に他の実施形態による熱発電ユニットの模式的な断面図である。図２１は、例えば円筒状に形成された胴部３２の中心軸を含み、かつ水平面に対して垂直な平面で切断したときの断面を模式的に示している。この態様における熱発電ユニット１００Ｃは、上述の熱発電ユニット１００Ａおよび熱発電ユニット１００Ｂと同様に、複数の熱発電チューブＴと、複数の熱発電チューブＴを内部に収容する容器３０とを備えている。以下では、熱発電ユニット１００Ａまたは熱発電ユニット１００Ｂについて説明した構成および動作と共通する構成および動作の説明は繰り返さない。
【００９０】
図２１に例示する構成において、容器３０は、内部隔壁３３ａを有している。この内部隔壁３３ａは、容器３０の内側において、複数の熱発電チューブＴと、複数の熱発電チューブＴを取り囲む胴部３２との間に配置されている。図示する例では、内部隔壁３３ａは、複数の熱発電チューブＴを取り囲むように配置されている。すなわち、容器３０内部の空間は、内部隔壁３３ａによって２つの空間に分離されている。２つの空間のうちの一方は、内部隔壁３３ａの内側の空間であり、他方は、内部隔壁３３ａと胴部３２の内壁との間に形成された空間である。
【００９１】
図２１に示されるように、流体入口３８ａは、内部隔壁３３ａと胴部３２の内壁との間に形成された空間に連通している。本実施形態では、流体入口３８ａを介して容器３０の内部に流入してきた流体は、まず内部隔壁３３ａに衝突する。これにより、流体入口３８ａから流れ込んだ流体が熱発電チューブＴに直接に衝突することを防止できる。したがって、熱発電チューブＴに流体が直接に衝突することに起因する熱発電チューブＴの損傷の発生が抑制される。
【００９２】
図示する例では、内部隔壁３３ａは、複数の孔部ｆａを有している。したがって、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体は、複数の孔部ｆａを介して、内部隔壁３３ａの内側の空間に流入する。このように、流体入口３８ａは、流体が複数の孔部ｆａを介して内部隔壁３３ａの内側の空間に流入するように配置されている。これにより、容器３０内部への流体の導入時における、各熱発電チューブＴに対する機械的な負荷を低減させることができる。複数の孔部ｆａの大きさ、数および配置は、例えば流体入口３８ａから容器３０内に導入される流体の流量に応じて適宜設定され得る。
【００９３】
図２１に例示する構成において、容器３０は、仕切り板Ｓ１２を有している。仕切り板Ｓ１２は、胴部３２と内部隔壁３３ａとの間の空間を第１の空間ＣＥ１および第２の空間ＣＥ２に分離している。図２１に例示する構成において、第１の空間ＣＥ１は、プレート３４の第１プレート部分３４ａ、内部隔壁３３ａ、胴部３２の内壁および仕切り板Ｓ１２によって囲まれた空間である。また、第２の空間ＣＥ２は、プレート３６の第１プレート部分３６ａ、内部隔壁３３ａ、胴部３２の内壁および仕切り板Ｓ１２によって囲まれた空間である。
【００９４】
図２２は、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第１の導管７２ａを切断したときの断面を模式的に示す。また、図２３は、熱発電チューブＴの軸方向に垂直な平面で容器３０の胴部３２および第２の導管７２ｂを切断したときの断面を模式的に示す。図２２に示す断面および図２３に示す断面は、それぞれ、図２１のＤ−Ｄ断面およびＥ−Ｅ断面に対応する。
【００９５】
熱発電ユニット１００Ｃの動作時、内部隔壁３３ａによって分離された２つの空間は、いずれも、流体入口３８ａから導入された流体によって満たされる。図２２および図２３にそれぞれ示されるように、流体入口３８ａおよび流体出口３８ｂは、それぞれ、第１の空間ＣＥ１および第２の空間ＣＥ２に連通している。したがって、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体は、複数の孔部ｆａを介して、第１の空間ＣＥ１から内部隔壁３３ａの内側の空間に流入する。これにより、各熱発電チューブＴの外周面に、流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体（例えば冷熱媒体）を接触させることができる。内部隔壁３３ａの内側の空間に流入した流体は、複数の孔部ｆａを介して、内部隔壁３３ａの内側の空間から第２の空間ＣＥ２に流入し、流体出口３８ｂを介して熱発電ユニット１００Ｃの外部に排出される。
【００９６】
図２４は、内部隔壁の変形例を示す。図２４に示す断面は、図２１のＤ−Ｄ断面に対応する。図２４に例示する構成において、内部隔壁３３ｂの断面形状は、六角形状である。このように、熱発電チューブＴの軸に対して垂直な平面で内部隔壁を切断したときの断面形状は、円に限られず、楕円、多角形等であっても良い。例えば、複数（ここでは６枚）の平板状の部材を容器３０の内部に配置して、これらの平板状の部材の組を内部隔壁３３ｂとして利用しても良い。このとき、互いに隣接する部材間に隙間を設けても良い。この場合、内部隔壁３３ｂの角部にスリットｆｓが形成される。流体入口３８ａから容器３０内に流入してきた流体は、スリットｆｓを介して、第１の空間ＣＥ１から内部隔壁３３ａの内側の空間に流入する。このように、内部隔壁は、複数の孔部に代えて、１以上のスリットを有していても良い。なお、平板状の部材は、複数の孔部を有していても良い。
【００９７】
＜流体に対するシールおよび熱発電チューブ間の電気的接続の態様＞
図２５は、図７に示す熱発電ユニット１００Ａの側面のうちの一つを示す図（ここでは右側面図）である。なお、流体に対するシールおよび熱発電チューブＴ間の電気的接続の態様は、上述した熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂおよび熱発電ユニット１００Ｃに共通である。以下では、説明の重複を避けるため、熱発電ユニット１００Ａについて、流体に対するシールおよび熱発電チューブＴ間の電気的接続の態様を説明する。
【００９８】
図２５に示されるように、プレート３６には１０個の開口部Ａが設けられている。同様に、プレート３４にも１０個の開口部Ａが設けられている。図７に示す例において、プレート３４の開口部Ａとプレート３６の開口部Ａとは鏡面対称の配置関係にあり、対応する一対の開口部Ａの中心点を結ぶ１０本の直線は互いに平行である。このような構成によれば、対応する一対の開口部Ａによって各熱発電チューブＴが平行に支持され得る。
【００９９】
プレート３６は、図２５に示されるように、プレート３６に設けられた開口部Ａのうちの少なくとも２つを相互に連結するように形成されたチャネル（以下、「連結溝」と称することがある）Ｃを有する。図２５に示す例では、チャネルＣ６１は、開口部Ａ６１と開口部Ａ６２とを相互に連結している。他のチャネルＣ６２〜Ｃ６５についても同様に、プレート３６に設けられた開口部Ａのうちの２つを相互に連結している。後述するように、チャネルＣ６１〜Ｃ６５の各々には、導電性部材が収容される。
【０１００】
図２６（ａ）は、プレート３６の一部の断面を示す図である。図２６（ａ）は、熱発電チューブＴ１および熱発電チューブＴ２の両方の中心軸を含む平面で切断したときの断面を模式的に示している。図２６（ａ）には、プレート３６が有する複数の開口部Ａのうち、２個の開口部Ａ６１、Ａ６２およびその近傍の構造が示されている。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）において矢印Ｖ１で示す方向から見たときの導電性部材Ｊ１の外観を示す。この導電性部材Ｊ１は、２つの貫通孔Ｊｈ１、Ｊｈ２を有している。より詳細には、導電性部材Ｊ１は、貫通孔Ｊｈ１を有する第１リング部分Ｊｒ１と、貫通孔Ｊｈ２を有する第２リング部分Ｊｒ２と、これらのリング部分Ｊｒ１、Ｊｒ２とを接続する連結部Ｊｃとを有している。
【０１０１】
プレート３６の開口部Ａ６１には、図２６（ａ）に示されるように、熱発電チューブＴ１の端部（第２電極側）が挿入されており、開口部Ａ６２には、熱発電チューブＴ２の端部（第１電極側）が挿入されている。この状態において、導電性部材Ｊ１の貫通孔Ｊｈ１およびＪｈ２には、それぞれ、熱発電チューブＴ１の端部および熱発電チューブＴ２の端部が挿入されている。熱発電チューブＴ１の端部（第２電極側）と熱発電チューブＴ２（第１電極側）とは、この導電性部材Ｊ１によって電気的に接続される。本明細書では、２本の熱発電チューブを電気的に接続する導電性部材を「連結プレート」と称する場合がある。
【０１０２】
なお、第１リング部分Ｊｒ１および第２リング部分Ｊｒ２の形状は、円環形状に限定されない。熱発電チューブとの間の電気的接続が確保できれば、貫通孔Ｊｈ１またはＪｈ２の形状は、円、楕円または多角形であっても良い。例えば、貫通孔Ｊｈ１またはＪｈ２の形状が、軸方向に垂直な平面で切断したときの第１電極Ｅ１または第２電極Ｅ２の断面形状と異なっていても良い。本明細書において、「リング」という場合には、円環状以外の形状も含まれる。
【０１０３】
図２６（ａ）に示す例において、第１プレート部分３６ａには、開口部Ａ６１、Ａ６２に対応して凹部Ｒ３６が設けられている。この凹部Ｒ３６は、開口部Ａ６１と開口部Ａ６２との間を連結する溝部分Ｒ３６ｃを含んでいる。この溝部分Ｒ３６ｃには、導電性部材Ｊ１の連結部Ｊｃが位置している。一方、第２プレート部分３６ｂには、開口部Ａ６１に対応した凹部Ｒ６１と開口部Ａ６２に対応した凹部Ｒ６２とが設けられる。この例では、凹部Ｒ３６と凹部Ｒ６１、Ｒ６２とによって形成された空間の内部に、シールおよび電気的接続を実現するための各種の部材が配置されている。当該空間は、導電性部材Ｊ１を収容するチャネルＣ６１を形成しており、チャネルＣ６１によって開口部Ａ６１と開口部Ａ６２とが連結されている。
【０１０４】
図２６（ａ）に示す例では、導電性部材Ｊ１の他に、第１のＯリング５２ａ、座金５４、導電性リング状部材５６、第２のＯリング５２ｂがチャネルＣ６１に収容されており、各熱発電チューブＴ１、熱発電チューブＴ２の端部が、これらの部材の孔を貫いている。容器３０の胴部３２に近い側に配置された第１のＯリング５２ａは、第１プレート部分３６ａに形成された座面Ｂｓａと接し、胴部３２の内部に供給された流体がチャネルＣ６１の内部に進入しないようにシールを実現している。一方、容器３０の胴部３２から遠い側に配置された第２のＯリング５２ｂは、第２プレート部分３６ｂに形成された座面Ｂｓｂと接しており、第２プレート部分３６ｂの外側に存在する流体がチャネルＣ６１の内部に進入しないようにシールを実現している。
【０１０５】
Ｏリング５２ａ、５２ｂは、断面がＯ形（円形）の環型のシール部品である。Ｏリング５２ａ、５２ｂは、ゴム、金属、プラスティックなどから形成され、部品同士の隙間からの流体の流出または流入を防ぐ機能を有している。図２６（ａ）において、第２プレート部分３６ｂの右側には、各熱発電チューブＴの流路と連通する空間が位置し、その空間内には温熱媒体または冷熱媒体を構成する流体が存在している。例えば図２６に示す部材を用いることにより、熱発電チューブＴの電気的接続と、温熱媒体および冷熱媒体を構成する流体に対するシールとを実現することができる。なお、導電性リング状部材５６の構造と機能の詳細については後述する。
【０１０６】
プレート３６について説明した構成と同様の構成がプレート３４にも設けられている。前述したように、プレート３４の開口部Ａとプレート３６の開口部Ａとの関係は鏡面対称にあるが、プレート３４とプレート３６とにおいて、２つの開口部Ａを連結する溝部が形成されている位置は鏡面対称ではない。もしプレート３４において熱発電チューブＴを電気的に接続する導電性部材の配列パターンと、プレート３６において熱発電チューブＴを電気的に接続する導電性部材の配列パターンとが鏡面対称であれば、複数の熱発電チューブＴを直列的に接続できない。
【０１０７】
胴部３２に固定されたプレート（例えばプレート３６）が、第１プレート部分（３６ａ）と第２プレート部分（３６ｂ）とを含む場合、第１プレート部分（３６ａ）における複数の開口部Ａの各々は、第１のＯリング５２ａを受ける第１の座面（Ｂｓａ）を有し、第２プレート部分（３６ｂ）における複数の開口部Ａの各々は、第２のＯリングを受ける第２の座面（Ｂｓｂ）を有する。しかし、プレート３４、３６は、図２６に示されるような構成を有している必要はなく、例えばプレート３６は、第１プレート部分３６ａと第２プレート部分３６ｂとに分かれている必要もない。第２プレート部分３６ｂの代わりに他の部材によって導電性部材Ｊ１を押圧すれば、第１のＯリング５２ａが第１の座面（Ｂｓａ）を押圧してシールが実現され得る。
【０１０８】
なお、図２６（ａ）に示す例では、熱発電チューブＴ１と導電性部材Ｊ１との間に導電性リング状部材５６が介在している。同様に、熱発電チューブＴ２と導電性部材Ｊ１との間にも、もう１つの導電性リング状部材５６が介在している。
【０１０９】
導電性部材Ｊ１は、典型的には、金属から形成される。導電性部材Ｊ１を構成する材料の例は、銅（無酸素銅）、真鍮、アルミニウムなどである。腐食防止の観点から、ニッケルめっきまたは錫めっきが施されても良い。なお、導電性部材Ｊ（ここではＪ１）と、導電性部材Ｊの２つの貫通孔（ここではＪｈ１およびＪｈ２）にそれぞれ挿入される熱発電チューブ（ここではＴ１およびＴ２）との間の電気的接続が確保できる限りにおいて、導電性部材Ｊの一部に絶縁性コーティングが施されていても良い。すなわち、導電性部材Ｊは、金属から形成された本体と、本体の表面の少なくとも一部を覆う絶縁性コートとを有していても良い。例えば、テフロン（登録商標）などの樹脂から絶縁性コートが形成されても良い。導電性部材Ｊの本体がアルミニウムから構成される場合には、表面の一部に絶縁性コートとしての絶縁酸化被膜を形成しても良い。
【０１１０】
図２７Ａは、導電性部材Ｊ１を収容するチャネルＣ６１近傍の分解斜視図である。図２７Ａに示すように、第１のＯリング５２ａ、導電性リング状部材５６、導電性部材Ｊ１、および第２のＯリング５２ｂは、容器３０の外側から開口部Ａ６１および開口部Ａ６２の各々の内部に挿入される。必要に応じて、第１のＯリング５２ａと導電性リング状部材５６との間に座金５４が配置される。座金５４は、導電性部材Ｊ１と第２のＯリング５２ｂとの間にも配置され得る。座金５４は、後述する導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆとＯリング５２ａ（または５４ｂ）との間に挿入される。
【０１１１】
図２７Ｂは、第２プレート部分３６ｂのシール面（第１プレート部分３６ａと対向する面）のうち、開口部Ａ６１およびＡ６２に対応する部分を示す。上述したように、第２プレート部分３６ｂにおける開口部Ａ６１およびＡ６２は、第２のＯリング５２ｂを受ける座面Ｂｓｂを有している。したがって、第１プレート部分３６ａのシール面と第２プレート部分３６ｂのシール面とを対向させて、フランジ接合などにより第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂを結合すると、第１プレート部分３６ａ内の第１のＯリング５２ａを座面Ｂｓａに押圧することができる。より詳細には、第２の座面Ｂｓｂが、第２のＯリング５２ｂ、導電性部材Ｊ１、および導電性リング状部材５６を介して、第１のＯリング５２ａを座面Ｂｓａに押圧する。これにより、温熱媒体および冷熱媒体から導電性部材Ｊ１をシールすることができる。
【０１１２】
第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂが金属などの導電性材料から形成されている場合、第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂのシール側表面は、絶縁材料によってコートされ得る。第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂのうち、動作時に導電性部材Ｊに接触する領域は、導電性部材Ｊから電気的に絶縁されるように絶縁コートされ得る。ある態様では、例えばフッ素スプレーによるフッ素樹脂コートが第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂのシール側表面に形成され得る。
【０１１３】
＜導電性リング状部材の構成の詳細＞
次に、図２８Ａおよび図２８Ｂを参照しながら、導電性リング状部材５６の構成を詳細に説明する。
【０１１４】
図２８Ａは、導電性リング状部材５６の１つの例示的な形状を示す斜視図である。図２８Ａの導電性リング状部材５６は、リング状の平坦部５６ｆと、複数の弾性部５６ｒとを備える。平坦部５６ｆは、貫通孔５６ａを有する。複数の弾性部５６ｒの各々は、平坦部５６ｆの貫通孔５６ａの周縁から突出し、貫通孔５６ａの中心に向かって弾性力で付勢されている。このような導電性リング状部材５６は、１枚の金属板（厚さは、例えば０．１ｍｍ〜数ｍｍ）を加工することによって容易に作製することができる。なお、導電性部材Ｊも、同様に１枚の金属板（厚さは、例えば０．１ｍｍ〜数ｍｍ）を加工することによって容易に作製することができる。
【０１１５】
導電性リング状部材５６の貫通孔５６ａには、熱発電チューブＴの端部（第１電極または第２電極）が挿入される。このため、リング状の平坦部５６ｆの貫通孔５６ａの形状およびサイズは、熱発電チューブＴの端部（第１電極または第２電極）における外周面の形状およびサイズに整合するように設計される。
【０１１６】
ここで、図２９Ａ、図２９Ｂおよび図２９Ｃを参照しながら、導電性リング状部材５６の形状をより詳細に説明する。図２９Ａは、導電性リング状部材５６および熱発電チューブＴ１の一部を示す断面図である。図２９Ｂは、導電性リング状部材５６に熱発電チューブＴ１の端部が挿入された状態を示す断面図である。図２９Ｃは、導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１の貫通孔に熱発電チューブＴ１の端部が挿入された状態を示す断面図である。図２９Ａ、図２９Ｂおよび図２９Ｃは、熱発電チューブＴ１の軸（中心軸）を含む平面に沿って熱発電チューブＴ１を切断したときの断面を示している。
【０１１７】
図２９Ａに示すように、例えば、熱発電チューブＴ１の端部（第１電極または第２電極）における外周面が直径Ｄの円筒面であるとする。この場合、導電性リング状部材５６の貫通孔５６ａは、熱発電チューブＴ１の端部が通過可能なように、直径がＤ＋δ１（δ１＞０）である円形を有するように形成される。これに対して、複数の弾性部５６ｒの各々は、貫通孔５６ａの中心に向かって弾性力が付勢されるように形成されている。複数の弾性部５６ｒの各々は、図２９Ａに示すように、例えば、貫通孔５６ａの中心に向かって傾くように形成される。すなわち、弾性部５６ｒは、外力が与えられない限り、断面の直径がＤよりも小さな円筒の外周面（この外周面の直径をＤ−δ２（δ２＞０）とする。）に外接するように加工されている。
【０１１８】
Ｄ＋δ１＞Ｄ＞Ｄ−δ２の関係から、熱発電チューブＴ１の端部が貫通孔５６ａに挿入されたとき、複数の弾性部５６ｒの各々は、図２９Ｂに示すように、熱発電チューブＴ１の端部における外周面と物理的に接触する。このとき、複数の弾性部５６ｒの各々は、貫通孔５６ａの中心に向かって弾性力が付勢されているので、複数の弾性部５６ｒの各々は、熱発電チューブＴ１の端部における外周面を弾性力で押圧する。こうして、貫通孔５６ａに挿入された熱発電チューブＴ１の外周面は、複数の弾性部５６ｒとの間で安定した物理的かつ電気的な接触を実現する。
【０１１９】
次に、図２９Ｃを参照する。導電性部材Ｊ１は、プレート３４、３６に設けられた開口部Ａ内において、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆに接触する。より詳細には、導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１が熱発電チューブＴ１の端部に装着されたとき、図２９Ｃに示すように、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆの表面と、導電性部材Ｊ１のリング状部分Ｊｒ１の表面とが接触する。このように、導電性リング状部材５６と導電性部材Ｊ１との間の電気的な接続は、平面同士の接触によって行われ得る。導電性リング状部材５６と導電性部材Ｊ１との間の接触が平面同士の接触であるので、熱発電チューブＴ１で発生した電流を流すのに十分な接触面積を確保することができる。平坦部５６ｆの幅Ｗは、熱発電チューブＴ１で発生した電流を流すのに十分な接触面積が得られるように適宜設定され得る。なお、導電性リング状部材５６と導電性部材Ｊ１との間の接触面積が確保できる限りにおいて、平坦部５６ｆの表面または導電性部材Ｊ１のリング状部分Ｊｒ１の表面が凹凸形状を有していても良い。例えば、平坦部５６ｆの表面に形成された凹凸形状と、平坦部５６ｆの表面に形成された凹凸形状に対応するような凹凸形状を導電性部材Ｊ１のリング状部分Ｊｒ１の表面に形成することで、より大きな接触面積を確保することもできる。
【０１２０】
次に、図３０Ａおよび図３０Ｂを参照する。図３０Ａは、導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１の一部を示す断面図である。図３０Ｂは、導電性部材Ｊ１の貫通孔Ｊｈ１に導電性リング状部材５６の弾性部５６ｒが挿入された状態を示す断面図である。図３０Ａおよび図３０Ｂは、熱発電チューブＴ１の軸（中心軸）を含む平面に沿って導電性リング状部材５６および導電性部材Ｊ１を切断したときの断面を示している。
【０１２１】
ここで、導電性部材Ｊの貫通孔（ここではＪｈ１）の直径を２Ｒｒとすると、導電性部材Ｊの貫通孔は、熱発電チューブＴ１の端部が通過可能なように、Ｄ＜２Ｒｒを満足するように形成される。また、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆの直径を２Ｒｆとすると、導電性部材Ｊの貫通孔は、平坦部５６ｆの表面と、リング状部分Ｊｒ１の表面とが確実に接触するように、２Ｒｒ＜２Ｒｆを満足するように形成される。
【０１２２】
なお、図３１に示すように、熱発電チューブＴの端部に面取り部Ｃｍが形成されていても良い。導電性リング状部材５６が熱発電チューブＴ１の端部に挿入される時、例えば、導電性リング状部材５６の弾性部５６ｒと熱発電チューブＴの端部とが接触することによって、熱発電チューブＴの端部が損傷することがある。熱発電チューブＴが端部に面取り部Ｃｍを有することで、弾性部５６ｒと熱発電チューブＴの端部とが接触することによる熱発電チューブＴの端部の損傷が抑制される。熱発電チューブＴの端部の損傷が抑制されることで、導電性部材Ｊ１が温熱媒体および冷熱媒体からより確実にシールされる。また、熱発電チューブＴ１の外周面と、弾性部５６ｒとの間の電気的な接触不良が低減される。面取り部Ｃｍは、図３１に示すような曲面状であっても良いし、平面状であっても良い。
【０１２３】
そして、導電性部材Ｊ１は、プレートに設けられた開口部Ａ内において、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆに接触する。より詳細には、導電性部材Ｊ１の第１リング部分Ｊｒ１（または第２リング部分Ｊｒ２）の表面と、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆの表面とが互いに接触する。こうして、導電性部材Ｊ１は、導電性リング状部材５６を介して、熱発電チューブＴの端部における外周面と電気的に接続する。上述した構成例では、第１プレート部分３６ａおよび第２プレート部分３６ｂを結合することにより、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆと導電性部材Ｊとの安定した電気的接触が実現するとともに、前述したシールを実現できる。
【０１２４】
次に、導電性リング状部材５６を熱発電チューブＴに嵌め込む方法の一例を説明する。
【０１２５】
まず、図２７Ａに示されるように、第１プレート部分３６ａの開口部Ａ６１、Ａ６２内に、それぞれ、熱発電チューブＴ１、熱発電チューブＴ２の端部が挿入される。その後、第１のＯリング５２ａと、必要に応じて座金５４を熱発電チューブの先端から嵌め、開口部Ａ６１、Ａ６２の奥に移動させる。次に、導電性リング状部材５６を熱発電チューブの先端から嵌め、開口部Ａ６１、Ａ６２の奥に移動させる。その後、導電性部材Ｊ１と、必要に応じて座金５４および第２のＯリング５２ｂを熱発電チューブの先端から嵌め、開口部Ａ６１、Ａ６２の奥に移動させる。最後に、第２プレート部分３６ｂのシール面を第１プレート部分３６ａに対向させ、第２プレート部分３６ｂの開口部に熱発電チューブの先端が挿入されるようにして第２プレート部分３６ｂと第１プレート部分３６ａとを結合する。この結合には、例えば、フランジ接合を適用できる。この場合、第２プレート部分３６ｂおよび第１プレート部分３６ａの結合は、図２５に示す第２プレート部分３６ｂに設けられた孔３６ｂｈと、第１プレート部分３６ａに設けられた孔とを介してボルトおよびナットで行うことができる。
【０１２６】
導電性リング状部材５６と熱発電チューブＴとの接続は永久的ではなく、導電性リング状部材５６は熱発電チューブＴに対して着脱可能である。例えば、熱発電チューブＴを新しい熱発電チューブＴに交換する場合、上述した導電性リング状部材５６を熱発電チューブＴに嵌め込む動作の逆の動作を行えば良い。導電性リング状部材５６は繰り返して使用することも可能であるし、新しい導電性リング状部材５６に交換されても良い。
【０１２７】
導電性リング状部材５６の形状は、図２８Ａに示す例に限定されない。平坦部５６ｆの幅（半径方向のサイズ）と貫通孔５６ａの半径との比率も任意である。また、個々の弾性部５６ｒは多様な形状を有し得るし、複数の弾性部５６ｒの個数も任意である。
【０１２８】
図２８Ｂは、導電性リング状部材５６の他の例の形状を示す斜視図である。図２８Ｂに示す導電性リング状部材５６も、リング状の平坦部５６ｆと、複数の弾性部５６ｒとを備える。平坦部５６ｆは、貫通孔５６ａを有する。複数の弾性部５６ｒの各々は、平坦部５６ｆの貫通孔５６ａの周縁から突出し、貫通孔５６ａの中心に向かって弾性力で付勢されている。この例では、弾性部５６ｒの個数は４個である。弾性部５６ｒの個数は２個であっても良いが、３個以上であることが好ましい。弾性部５６ｒの個数は例えば６個以上に設定される。
【０１２９】
なお、平板状の導電性部材Ｊを導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆに接触させる構成によれば、導電性部材Ｊのリング状部分における貫通孔と、これに挿入される熱発電チューブとの間に隙間（あそび）が許容される。このため、熱発電チューブが脆い材料から形成されている場合でも、導電性部材Ｊのリング状部分Ｊｒ１が熱発電チューブを損傷することなく安定した接続を実現できる。
【０１３０】
＜連結プレートを介した電気的接続＞
上述したように、プレート３６に設けられた開口部Ａのうちの少なくとも２つを相互に連結するように形成されたチャネルＣの内部に、導電性部材（連結プレート）が収容される。ここで、導電性リング状部材５６以外の部材を用いて、２本の熱発電チューブの端部を電気的に接続することも可能である。したがって、ある態様では、チャネルＣ内の導電性リング状部材５６は省略され得る。このとき、２本の熱発電チューブの端部は、例えば、コード、導体棒、導電性ペーストなどによって電気的に接続され得る。２本の熱発電チューブの端部がコードを介して相互に電気的に接続される場合、熱発電チューブの端部とコードとは、ハンダ、圧着、ワニ口クリップなどを介して電気的に接続され得る。
【０１３１】
しかしながら、図２６、図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、チャネルＣの内部に収容された導電性部材で２本の熱発電チューブの端部を電気的に接続することによって、熱発電チューブの端部と導電性部材Ｊ１とをより確実に電気的に接続できる。導電性部材Ｊが平板状である場合（例えば、連結部Ｊｃの幅が大きい場合）には、コードなどを用いる場合と比較して、２本の熱発電チューブ間における電気抵抗を低減できる。更に、熱発電チューブＴの端部に端子などが固定されないので、熱発電チューブＴの交換が容易である。導電性リング状部材５６によって、２本の熱発電チューブの端部の固定および電気的接続の両方を実現することも可能である。
【０１３２】
熱発電ユニット１００Ａでは、プレート（３４または３６）に、開口部Ａのうちの少なくとも２つを相互に連結するように形成されたチャネルＣが設けられているので、熱交換器の管板には無い電気的接続機能が実現される。また、第１のＯリング５２ａおよび第２のＯリング５２ｂが、それぞれ、座面ＢｓａおよびＢｓｂを押圧するように構成できるので、熱発電チューブＴの端部が挿入された状態で気密または水密を保つためのシールが実現される。このように、プレート（３４または３６）にチャネルＣを設けることで、導電性リング状部材５６が省略された態様であっても、２本の熱発電チューブの端部の電気的接続と、温熱媒体および冷熱媒体を構成する流体に対するシールとを実現することが可能である。
【０１３３】
＜熱流の向きと積層面の傾斜の方向との間の関係＞
ここで、図３２Ａおよび図３２Ｂを参照しながら、熱発電チューブＴにおける熱流の向きと、熱発電チューブＴにおける積層面の傾斜の方向との間の関係を説明する。
【０１３４】
図３２Ａは、電気的に直列に接続された熱発電チューブＴを流れる電流を模式的に示す図である。図３２Ａでは、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０のうちの３本（Ｔ１〜Ｔ３）の断面を模式的に示している。
【０１３５】
図３２Ａでは、熱発電チューブＴ１の一端（例えば第１電極側の端部）に、導電性部材Ｋ１が接続されており、熱発電チューブＴ１の他端（例えば第２電極側の端部）には、導電性部材（連結プレート）Ｊ１が接続されている。導電性部材Ｊ１は、熱発電チューブＴ２の一端（第１電極側の端部）とも接続されており、これにより、熱発電チューブＴ１と熱発電チューブＴ２とが電気的に接続される。更に、熱発電チューブＴ２の他端（第２電極側の端部）と、熱発電チューブＴ３の一端（第１電極側の端部）とは、導電性部材Ｊ２によって電気的に接続されている。
【０１３６】
このとき、図３２Ａに示すように、熱発電チューブＴ１における積層面の傾斜の方向と、熱発電チューブＴ２における積層面の傾斜の方向とは、互いに反対である。同様に、熱発電チューブＴ２における積層面の傾斜の方向と、熱発電チューブＴ３における積層面の傾斜の方向とは、互いに反対である。すなわち、熱発電ユニット１００Ａでは、熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の各々は、連結プレートを介して自身に接続される熱発電チューブとは、積層面の傾斜の方向が互いに反対である。
【０１３７】
ここで、図３２Ａに示すように、熱発電チューブＴ１〜Ｔ３の各々の内周面に温熱媒体ＨＭを接触させ、外周面に冷熱媒体ＬＭを接触させたとする。すると、熱発電チューブＴ１では、例えば図の右側から左側に向かって電流が流れる。これに対して、熱発電チューブＴ２では、熱発電チューブＴ１とは積層面の傾斜の方向が互いに反対であるので、図の左側から右側に向かって電流が流れる。
【０１３８】
図３３は、２個の開口部Ａ６１、Ａ６２およびその近傍における電流の向きを模式的に示す図である。図３３は、図２６（ａ）に対応する図である。図３３では、電流の流れ方向が、破線の矢印で模式的に示されている。図３３に示すように、熱発電チューブＴ１で生じた電流は、開口部Ａ６１側のリング状導電性部材５６、導電性部材Ｊ１および開口部Ａ６２側のリング状導電性部材５６を順に介して熱発電チューブＴ２に向けて流れる。熱発電チューブＴ２に流入した電流は、熱発電チューブＴ２で生じた電流と重畳されて熱発電チューブＴ３に向けて流れる。熱発電チューブＴ３は、図３２Ａに示すように、熱発電チューブＴ２とは積層面の傾斜の方向が互いに反対である。そのため、熱発電チューブＴ３では、図３２Ａにおいて右側から左側に向かって電流が流れる。したがって、熱発電チューブＴ１〜Ｔ３の各々で生じた起電力は、相殺されることなく重畳される。このように、積層面の傾斜の方向が交互に反対となるように、複数の熱発電チューブＴを順に接続することによって、熱発電ユニットからより大きな電圧を取り出すことができる。
【０１３９】
次に、図３２Ｂを参照する。図３２Ｂは、図３２Ａと同様に、電気的に直列に接続された熱発電チューブＴを流れる電流を模式的に示している。図３２Ｂにおいても、図３２Ａに示す例と同様に、積層面の傾斜の方向が交互に反対となるように、熱発電チューブＴ１〜Ｔ３が順に接続されている。この場合も、相互に接続された２本の熱発電チューブにおいて積層面の傾斜の方向が互いに反対であるので、熱発電チューブＴ１〜Ｔ３の各々で生じた起電力は、相殺されることなく重畳される。
【０１４０】
ここで、図３２Ｂに示すように、熱発電チューブＴ１〜Ｔ３の各々の内周面に冷熱媒体ＬＭを接触させ、外周面に温熱媒体ＨＭを接触させると、各熱発電チューブＴ１〜Ｔ３で発生する電圧の極性は、図３２Ａに示した場合とは逆になる。別の言い方をすれば、各熱発電チューブにおける温度勾配の向きを反転させると、各熱発電チューブにおける起電力の極性（各熱発電チューブを流れる電流の向きといっても良い。）が反転する。したがって、例えば、図３２Ａに示した場合と同様に導電性部材Ｋ１側から導電性部材Ｊ３側に向かって電流が流れるようにするには、各熱発電チューブＴ１〜Ｔ３における第１電極側および第２電極側が図３２Ａに示した場合と反対になるようにすれば良い。なお、図３２Ａおよび図３２Ｂに示す電流の向きはあくまで例示である。金属層２０を構成する材料および熱電材料層２２を構成する熱電材料によっては、電流の向きは、図３２Ａおよび図３２Ｂに示す電流の向きと反対になることもある。
【０１４１】
図３２Ａおよび図３２Ｂを参照して説明したように、熱発電チューブＴで発生する電圧の極性は、熱発電チューブＴにおける積層面の傾斜の方向に依存する。そのため、例えば熱発電チューブＴを交換する場合には、熱発電ユニット１００Ａ内における熱発電チューブＴの内周面と外周面との間の温度勾配を考慮して、適切に熱発電チューブＴを配置する必要がある。
【０１４２】
図３４Ａおよび図３４Ｂは、それぞれ、電極に極性の表示を有する熱発電チューブを示す斜視図である。図３４Ａに示す熱発電チューブＴでは、第１電極Ｅ１ａおよび第２電極Ｅ２ａに、熱発電チューブで発生する電圧の極性を識別するためのモールド（凹凸形状）Ｍｐが形成されている。図３４Ｂに示す熱発電チューブＴでは、第１電極Ｅ１ｂおよび第２電極Ｅ２ｂに、熱発電チューブＴにおける積層面が、第１電極Ｅ１ｂおよび第２電極Ｅ２ｂのどちらの側に傾斜しているかを示すマークＭｋが付されている。モールドまたはマークは互いに組み合わされても良い。モールドまたはマークは、チューブ本体Ｔｂに付与されていても良いし、第１電極および第２電極のいずれか一方にのみ付与されていても良い。
【０１４３】
このように、例えば第１電極および第２電極に、熱発電チューブＴで発生する電圧の極性を識別するためモールドまたはマークを付与しておくこともできる。これにより、熱発電チューブＴにおける積層面が、第１電極Ｅ１ａおよび第２電極Ｅ２ａのどちらの側に傾斜しているかを熱発電チューブＴの外観から判断することが可能である。モールドまたはマークを付与することに代えて、第１電極と第２電極とを互いに異なる形状としても良い。例えば、第１電極と第２電極との間で、長さ、太さまたは軸方向に垂直な断面の形状などを異ならせても良い。
【０１４４】
＜熱発電ユニット１００Ａの外部に電力を取り出すための電気的接続構造＞
再び図５を参照する。図５に示す例では、１０本の熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０が導電性部材Ｊ１〜Ｊ９によって電気的に直列に接続されている。導電性部材Ｊ１〜Ｊ９の各々による２つの熱発電チューブＴの接続については、前述した通りである。以下、直列回路の両端に位置する２本の発電チューブＴ１、Ｔ１０から熱発電ユニット１００Ａの外部に電力を取り出すための電気的接続構造の例を説明する。
【０１４５】
まず図３５を参照する。この図３５は、図７に示される熱発電ユニット１００Ａの側面のうちの他の一つを示す図（左側面図）である。図２５がプレート３６の側の構成を示しているのに対して、図３５は、プレート３４の側の構成を示している。プレート３６について説明した構成および動作と共通する構成および動作の説明は繰り返さない。
【０１４６】
図３５に示されるように、チャネルＣ４２〜Ｃ４５は、プレート３４に設けられた開口部Ａのうちの少なくとも２つを相互に連結している。本明細書では、このようなチャネルを「相互接続部分」と称する場合がある。各相互接続部分に収容される導電性部材は、導電性部材Ｊ１と同様の構成を有する。これに対して、プレート３４に設けられたチャネルＣ４１は、プレート３４における開口部Ａ４１から外縁まで延びるように設けられている。本明細書では、プレートに設けられた開口部から外縁まで延びるように設けられているチャネルを「端子接続部分」と称する場合がある。図３５に示すチャネルＣ４１およびＣ４６は、端子接続部分である。端子接続部分には、外部回路に接続するための端子として機能する導電性部材が収容される。
【０１４７】
図３６（ａ）は、プレート３４の一部の断面を示す図である。図３６（ａ）は、熱発電チューブＴ１の中心軸を含む平面で切断したときの断面を模式的に示しており、図３５におけるＲ−Ｒ線断面図に相当する。図３６（ａ）には、プレート３４が有する複数の開口部Ａのうち、開口部Ａ４１およびその近傍の構造が示されている。図３６（ｂ）は、図３６（ａ）において矢印Ｖ２で示す方向から見たときの導電性部材Ｋ１の外観を示す。この導電性部材Ｋ１は、一端に貫通孔Ｋｈを有している。より詳細には、導電性部材Ｋ１は、貫通孔Ｋｈを有するリング部分Ｋｒと、リング部分Ｋｒからリング部分Ｋｒの外側に向かって延びる端子部Ｋｔとを有している。導電性部材Ｋ１は、導電性部材Ｊ１と同様に、典型的には、金属から形成される。
【０１４８】
プレート３４の開口部Ａ４１には、図３６（ａ）に示されるように、熱発電チューブＴ１の端部（第１電極側）が挿入されている。この状態において、導電性部材Ｋ１の貫通孔Ｋｈには、熱発電チューブＴ１の端部が挿入されている。このように、導電性部材（Ｊ、Ｋ１）は、熱発電チューブＴを通す少なくとも１個の孔を有する導電性プレートであるといえる。なお、開口部Ａ４１０およびその近傍の構造は、プレート３４の開口部Ａ４１０に熱発電チューブＴ１０の端部が挿入されること以外は、開口部Ａ４１およびその近傍の構造と同様である。
【０１４９】
図３６（ａ）に示す例において、第１プレート部分３４ａには、開口部Ａ４１に対応して凹部Ｒ３４が設けられている。この凹部Ｒ３４は、開口部Ａ４１から第１プレート部分３４ａの外縁にまで達する溝部分Ｒ３４ｔを含んでいる。この溝部分Ｒ３４ｔには、導電性部材Ｋ１の端子部Ｋｔが位置している。この例では、凹部Ｒ３４と、第２プレート部分３４ｂに設けられた凹部Ｒ４１とによって形成された空間が、導電性部材Ｋ１を収容するチャネルを形成している。図２６（ａ）に示す例と同様に、図３６（ａ）に示す例においても、導電性部材Ｋ１の他に、第１のＯリング５２ａ、座金５４、導電性リング状部材５６、第２のＯリング５２ｂがチャネルＣ４１に収容されており、熱発電チューブＴ１の端部が、これらの部材の孔を貫いている。第１のＯリング５２ａは、胴部３２の内部に供給された流体がチャネルＣ４１の内部に進入しないように、シールを実現する。また、第２のＯリング５２ｂは、第２プレート部分３４ｂの外側に存在する流体がチャネルＣ４１の内部に進入しないように、シールを実現する。
【０１５０】
図３７は、導電性部材Ｋ１を収容するチャネルＣ４１近傍の分解斜視図である。例えば、第１のＯリング５２ａ、座金５４、導電性リング状部材５６、導電性部材Ｋ１、座金５４および第２のＯリング５２ｂが、容器３０の外側から開口部Ａ４１の内部に挿入される。第２プレート部分３４ｂのシール面（第１プレート部分３４ａと対向する面）は、図２７Ｂに示す第２プレート部分３６ｂのシール面とほぼ同様の構成を有する。すなわち、第１プレート部分３４ａおよび第２プレート部分３４ｂを結合することで、第２プレート部分３４ｂの第２の座面Ｂｓｂが、第２のＯリング５２ｂ、導電性部材Ｋ１、および導電性リング状部材５６を介して、第１のＯリング５２ａを第１プレート部分３４ａの座面Ｂｓａに押圧する。これにより、温熱媒体および冷熱媒体から導電性部材Ｋ１をシールすることができる。
【０１５１】
導電性部材Ｋ１のリング部分Ｋｒは、プレート３４に設けられた開口部Ａ内において、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆに接触する。こうして、導電性部材Ｋ１は、導電性リング状部材５６を介して、熱発電チューブＴの端部における外周面と電気的に接続する。ここで、導電性部材Ｋ１の一端（端子部Ｋｔ）は、図３６（ａ）に示すように、プレート３４の外部に突出する。したがって、端子部Ｋｔのうち、プレート３４の外部に突出した部分は、熱発電ユニットと外部回路とを接続するための端子として機能し得る。図３７に示すように、端子部Ｋｔのうち、プレート３４の外部に突出した部分がリング状に形成されていても良い。本明細書では、一端に熱発電チューブが挿入され、他端が外部に突出する導電性部材を「端子プレート」と称することがある。
【０１５２】
このように、熱発電ユニット１００Ａでは、端子接続部分に収容された２個の端子プレートに、熱発電チューブＴ１および熱発電チューブＴ１０がそれぞれ接続されている。また、複数の熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０は、２個の端子プレートの間において、チャネルの相互接続部分に収容された連結プレートを介して電気的に直列に接続されている。したがって、一端がプレートの外部に突出する２個の端子プレートを介して、複数の熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０によって生じた電力を外部に取りだすことができる。
【０１５３】
導電性リング状部材５６および導電性部材（Ｊ、Ｋ１）の配置は、チャネルＣ内において適宜変更され得る。このとき、導電性リング状部材５６の弾性部５６ｒが導電性部材の貫通孔（Ｊｈ１、Ｊｈ２またはＫｈ）に挿入されるように、導電性リング状部材５６および導電性部材を配置すれば良い。また、前述したように、導電性リング状部材５６が省略された態様によって、熱発電チューブＴの端部と導電性部材Ｋ１とが電気的に接続されても良い。なお、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆの一部を延長して、導電性部材Ｋ１の端子部Ｋｔの代用とすることもできる。この場合、導電性部材Ｋ１を省略しても良い。
【０１５４】
なお、上述の例では、第１プレート部分に設けられた凹部および第２プレート部分に設けられた凹部からチャネルＣが形成されたが、第１プレート部分および第２プレート部分のいずれか一方に設けられた凹部からチャネルＣが形成されても良い。容器３０が金属から構成される場合、導電性部材（連結プレート、端子プレート）と容器３０とが導通しないように、チャネルＣ内部に絶縁性コーティングが施されていても良い。例えば、プレート３４（３４ａおよび３４ｂ）が、金属から形成された本体と、本体の表面の少なくとも一部を覆う絶縁性コートとを有していても良い。プレート３６（３６ａおよび３６ｂ）も同様に、金属から形成された本体と、本体の表面の少なくとも一部を覆う絶縁性コートとを有していても良い。第１プレート部分に設けられた凹部の表面および第２プレート部分に設けられた凹部の表面に絶縁性コーティングが施されている場合は、導電性部材の表面の絶縁性コーティングを省略できる。
【０１５５】
＜シールおよび電気的接続のための構造の他の例＞
図３８は、熱発電チューブＴの外周面に接する媒体と、各熱発電チューブＴ１〜Ｔ１０の内周面に接する媒体とが混ざり合わないように分離するための構造の例を示す断面図である。図３８に示す例では、容器３０の外側からブッシング６０が挿入されることで、温熱媒体と冷熱媒体との分離および熱発電チューブと導電性部材との間の電気的接続が実現される。
【０１５６】
図３８に示す例において、プレート３４ｕに設けられた開口部Ａ４１は、雌ネジ部Ｔｈ３４を有している。より詳細には、プレート３４ｕの開口部Ａ４１に対応して設けられた凹部Ｒ３４の壁面にネジ山が形成されている。凹部Ｒ３４には、雄ネジ部Ｔｈ６０を有するブッシング６０が挿入される。ブッシング６０は、軸方向に沿って貫通孔６０ａを有している。ここで、プレート３４ｕの開口部Ａ４１に、熱発電チューブＴ１の端部が挿入されている。したがって、貫通孔６０ａは、凹部Ｒ３４にブッシング６０が挿入された状態において熱発電チューブＴ１の内部流路に連通する。
【０１５７】
凹部Ｒ３４とブッシング６０との間に形成された空間の内部には、シールおよび電気的接続を実現するための各種の部材が配置される。図３８に示す例では、プレート３４ｕに形成された座面Ｂｓａから容器３０の外側に向かって、Ｏリング５２、導電性部材Ｋ１およびリング状導電性部材５６が順に配置されている。熱発電チューブＴ１の端部は、これらの部材の孔に挿入されている。Ｏリング５２は、プレート３４ｕに形成された座面Ｂｓａおよび熱発電チューブＴ１の端部の外周面と接する。ここで、雌ネジ部Ｔｈ３４に雄ネジ部Ｔｈ６０が挿入されると、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆおよび導電性プレートＫ１を介して、雄ネジ部Ｔｈ６０がＯリング５２を座面Ｂｓａに押圧する。すなわち、胴部３２の内部に供給された流体が熱発電チューブＴ１の内部流路に供給された流体と混ざり合わないようにシールを実現することができる。また、熱発電チューブＴ１の外周面が導電性リング状部材５６の複数の弾性部５６ｒと接触し、導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆが導電性部材Ｋ１のリング部分Ｋｒと接触するので、熱発電チューブと導電性部材とを電気的に接続することができる。
【０１５８】
このように、図３８に示す部材を用いることによって、より簡易な構成で、温熱媒体と冷熱媒体との分離および熱発電チューブと導電性部材との間の電気的接続を実現することもできる。
【０１５９】
図３９Ａおよび図３９Ｂは、温熱媒体と冷熱媒体との分離および熱発電チューブと導電性部材との間の電気的接続を実現するための構造の他の例を示す断面図である。図３９Ａでは、プレート３４ｕに形成された座面Ｂｓａから容器３０の外側に向かって、第１のＯリング５２ａ、座金５４、リング状導電性部材５６、導電性部材Ｋ１、座金５４および第２のＯリング５２ｂが順に配置されている。図３９Ａに示す例では、導電性プレートＫ１および導電性リング状部材５６の平坦部５６ｆを介して、雄ネジ部Ｔｈ６０がＯリング５２ａを座面Ｂｓａに押圧する。図３９Ｂでは、プレート３４ｕに形成された座面Ｂｓａから容器３０の外側に向かって、第１のＯリング５２ａ、導電性部材Ｋ１、リング状導電性部材５６および第２のＯリング５２ｂが順に配置されている。また、図３９Ｂでは、ブッシング６０に形成された貫通孔６０ａ内に、貫通孔６４ａを有するブッシング６４が更に挿入されている。貫通孔６４ａは、熱発電チューブＴ１の内部流路に連通している。図３９Ｂに示す例では、ブッシング６４の雄ネジ部Ｔｈ６４が、第２のＯリング５２ｂを座面Ｂｓａに向けて押圧する。このように、第１のＯリング５２ａおよび第２のＯリング５２ｂを配置することによって、温熱媒体を構成する流体および冷熱媒体を構成する流体の両方に対するシールを行っても良い。温熱媒体を構成する流体および冷熱媒体を構成する流体の両方に対するシールを行うことで、導電性リング状部材５６の腐食が抑制される。
【０１６０】
上述したように、導電性部材Ｋ１の端子部Ｋｔの一端は、プレート３４ｕの外部に突出し、熱発電ユニットと外部回路とを接続するための端子として機能し得る。図３８ならびに図３９Ａおよび図３９Ｂに示すような態様において、導電性部材Ｋ１（端子プレート）の代わりに、導電性部材Ｊ１のような連結プレートが適用されても良い。この場合は、貫通孔Ｊｈ１に熱発電チューブＴ１の端部が挿入される。必要に応じて、Ｏリングと導電性部材との間などに座金５４が配置されても良い。
【０１６１】
＜熱発電ユニットを備える熱発電システムの実施形態＞
次に、本開示の熱発電ユニットを備える熱発電システムの実施形態を説明する。
【０１６２】
上述の熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂまたは熱発電ユニット１００Ｃは、単体で使用されても良いし、複数の熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂまたは熱発電ユニット１００Ｃが組み合わされて使用されても良い。例えば、熱発電システムが２つの熱発電ユニット１００Ａを備える場合、この熱発電システムは、一方の熱発電ユニット１００Ａにおける複数の熱発電チューブＴの流路に連通する複数の第１開口部と、他方の熱発電ユニット１００Ａにおける複数の熱発電チューブＴの流路に連通する複数の第２開口部とを有する。複数の熱発電ユニット１００Ａは直列的または並列的に連結され得る。
【０１６３】
複数の熱発電ユニットが連結された熱発電システムでは、例えばメンテナンス終了後の動作再開時、各熱発電ユニットの容器内部の空気を排出する必要がある。そのため、各熱発電ユニットの容器内部に導入される液体の流速は、熱発電ユニット単体の場合よりも大きな流速に設定される。複数の熱発電ユニットが連結された熱発電システムでは、動作再開時に、より大きな流速の液体が導入されるので、容器内部に流入した液体によって熱発電チューブが損傷する可能性は、熱発電ユニットが単体の場合よりも高いと考えられる。そこで、各熱発電ユニットの容器内部に流入する液体によって熱発電チューブが損傷を受けないようにするとより有益である。
【０１６４】
次に、図４０Ａ、図４０Ｂおよび図４０Ｃを参照しながら、複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムの構成例を説明する。図４０Ａ、図４０Ｂおよび図４０Ｃにおいて、実線の太い矢印は、熱発電チューブの外周面と接する媒体、すなわち容器３０の中（熱発電チューブの外側）を流れる媒体の流れ方向を概略的に示している。破線の太い矢印は、熱発電チューブの内周面に接する媒体、すなわち、貫通孔（内部流路）を流れる媒体の流れ方向を概略的に示している。本明細書では、各容器３０の流体入口および流体出口に連通した管路を「第１媒体路」と称し、各熱発電チューブの流路に連通した管路を「第２媒体路」と称する場合がある。
【０１６５】
まず、図４０Ａを参照する。図４０Ａに示されている熱発電システムは、第１の熱発電ユニット１００−１と、第２の熱発電ユニット１００−２とを備えている。第１の熱発電ユニット１００−１および第２の熱発電ユニット１００−２は、それぞれ、前述した熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂまたは熱発電ユニット１００Ｃのいずれかの構成と同一の構成を有している。なお、以下では、上述した緩衝部材７０、７０ａ〜７０ｆ、内部隔壁３３ａ、３３ｂなどの図示を省略することがある。図４０Ａに示す例では、第１の熱発電ユニット１００−１における容器３０の流体入口および流体出口、並びに、第２の熱発電ユニット１００−２における容器３０の流体入口および流体出口に連通した空間が、第１媒体路を形成している。また、図４０Ａに示す例では、中継のためのプレート３５を介して、第１の熱発電ユニット１００−１が有する複数の熱発電チューブの流路が、それぞれ、第２の熱発電ユニット１００−２が有する複数の熱発電チューブの流路に連通されている。これにより、第１の熱発電ユニット１００−１および第２の熱発電ユニット１００−２における複数の熱発電チューブＴの流路に連通した第２媒体路が形成される。
【０１６６】
次に、図４０Ｂを参照する。図４０Ｂに示されている熱発電システムも、図４０Ａに示す例と同様に、第１の熱発電ユニット１００−１と、第２の熱発電ユニット１００−２とを備えている。ただし、図４０Ｂに示す例では、第１の熱発電ユニット１００−１が有する複数の熱発電チューブの流路と、第２の熱発電ユニット１００−２が有する複数の熱発電チューブの流路とが、それぞれ、中継のための管路４２によって連通されている。第１の熱発電ユニット１００−１の容器３０の内部に供給された媒体は、管路４０を介して、第２の熱発電ユニット１００−２の容器３０の内部に供給される。この管路４０、４２は、直線的である必要はなく、屈曲していても良い。
【０１６７】
次に、図４０Ｃを参照する。図４０Ｃに示されている熱発電システムは、並列に配置された第１の熱発電ユニット１００−１と第２の熱発電ユニット１００−２とを備えている。図４０Ｃに示す例では、第１の熱発電ユニット１００−１の熱発電チューブを流れる媒体と、第２の熱発電ユニット１００−２の熱発電チューブを流れる媒体とは、並列的に流れる。ただし、第１の熱発電ユニット１００−１の容器３０の内部に供給された媒体は、第２の熱発電ユニット１００−２の容器３０に供給されている。
【０１６８】
図４１Ａおよび図４１Ｂに示されるように、流体入口３８ａまたは流体出口３８ｂは、胴部に固定された一対のプレートに形成されていても良い。図４１Ａおよび図４１Ｂに例示される構成において、第１の熱発電ユニット１００−１の容器３０および第２の熱発電ユニット１００−２の容器３０の各々は、図２１に示す熱発電ユニット１００Ｃと同様に内部隔壁３３ａを有している。なお、図４１Ａおよび図４１Ｂでは、各熱発電ユニットにおける胴部の模式的な断面が示されている。
【０１６９】
図４１Ａに示す例では、中継のためのプレート３７を介して、第１の熱発電ユニット１００−１が有する複数の熱発電チューブの流路が、それぞれ、第２の熱発電ユニット１００−２が有する複数の熱発電チューブの流路に連通されている。なお、図４１Ａに示す例では、中継プレート３７は、第１の熱発電ユニット１００−１の流体出口３８ｂおよび第２の熱発電ユニット１００−２の流体入口３８ａと対応する位置に形成された孔部３７ｈを有している。第１の熱発電ユニット１００−１における第２の空間ＣＥ２内の流体は、中継プレート３７の孔部３７ｈを介して、第２の熱発電ユニット１００−２における第１の空間ＣＥ１内に流れ込む。これにより、第１媒体路が形成されている。第１の熱発電ユニット１００−１が複数の流体出口３８ｂを有し、第２の熱発電ユニット１００−２が複数の流体入口３８ａを有する場合、中継プレート３７は、複数の孔部を有し得る。
【０１７０】
図４１Ｂに示す例では、図４０Ｂに示す例と同様に、第１の熱発電ユニット１００−１が有する複数の熱発電チューブの流路と、第２の熱発電ユニット１００−２が有する複数の熱発電チューブの流路とが、それぞれ、中継のための管路４２によって連通されている。また、図４１Ｂに示す例では、第１の熱発電ユニット１００−１と第２の熱発電ユニット１００−２との間に、管路４４が挟み込まれている。
【０１７１】
図４１Ｂに示されるように、管路４４は、その内部において温熱媒体と冷熱媒体とを分離する内部隔壁４３を有し得る。図４１Ｂに示す例では、この内部隔壁４３は、管路４２を取り囲んでいる。第１の熱発電ユニット１００−１における第２の空間ＣＥ２内の流体は、第１の熱発電ユニット１００−１の流体出口３８ｂを介して、管路４４の内壁と内部隔壁４３との間の空間に流れ込む。管路４４の内壁と内部隔壁４３との間の空間に流れ込んだ流体は、第２の熱発電ユニット１００−２の流体入り口３８ａを介して、第２の熱発電ユニット１００−２における第１の空間ＣＥ１内に流れ込む。これにより、第１媒体路が形成されている。管路４４が内部隔壁４３を有する場合、中継のための管路４２は、省略され得る。
【０１７２】
図４１Ａおよび図４１Ｂに示す例では、例えば図２１に示す第１の導管７２ａおよび第２の導管７２ｂが必要とされない。そのため、熱発電システムの外観を通常の配管の外観に似せることができる。
【０１７３】
このように、複数の熱発電ユニットを備える熱発電システムでは、温熱媒体および冷熱媒体の流路の設計は多様に可能である。図４０Ａ、図４０Ｂ、図４０Ｃ、図４１Ａおよび図４１Ｂは、あくまでも幾つかの例を示すだけであり、各容器の流体入口および流体出口に連通した第１媒体路、および各熱発電チューブの流路に連通した第２媒体路は、任意に設計され得る。図４０Ａ、図４０Ｂ、図４０Ｃ、図４１Ａおよび図４１Ｂに例示する実施形態では、第２媒体路が、複数の熱発電チューブＴの流路を同一方向に流体が流れるように構成されている。しかしながら、複数の熱発電チューブＴの流路における流体の流れ方向は、同一方向に限定されない。複数の熱発電チューブＴの流路における流体の流れ方向は、温熱媒体および冷熱媒体の流路の設計に応じて多様に設定可能である。
【０１７４】
＜熱発電システムが備える電気回路の構成例＞
次に、図４２を参照しながら、本開示による熱発電システムが備える電気回路の構成例を説明する。
【０１７５】
図４２に示す例において、本実施形態における熱発電システム２００は、熱発電ユニットから出力される電力を受け取る電気回路２５０を備えている。熱発電システム２００が備える熱発電ユニットは、上述した熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂまたは熱発電ユニット１００Ｃのいずれであっても良い。ここでは、熱発電ユニット１００Ａを例示する。この電気回路２５０は、熱発電ユニット１００Ａから出力される電力の電圧を上昇させる昇圧回路２５２と、昇圧回路２５２から出力される直流電力を交流電力（周波数は例えば５０／６０Ｈｚまたはその他の周波数）に変換するインバータ（ＤＣ−ＡＣインバータ）回路２５４とを有している。インバータ回路２５４から出力される交流電力は、負荷４００に供給され得る。負荷４００は、交流電力を使用して動作する各種の電気機器または電子機器であり得る。負荷４００は、それ自体が充電機能を有していても良いし、電気回路２５０に固定されている必要も無い。負荷４００で消費されない交流電力は、商用系統４１０に連系されて売電され得る。
【０１７６】
図４２に示す例における電気回路２５０は、熱発電ユニット１００Ａから得られる直流電力を蓄積するための充放電制御部２６２および蓄電部２６４を備えている。蓄電部２６４は、例えばリチウムイオン二次電池などの化学電池や、電気二重層コンデンサなどのキャパシタであり得る。蓄電部２６４に蓄えられた電力は、必要に応じて、充放電制御部２６２によって昇圧回路２５２に与えられ、インバータ回路２５４を介して交流電力として使用または売電され得る。
【０１７７】
熱発電ユニット１００Ａから得られる電力の大きさは、時間に応じて周期的または不定期的に変動する場合がある。例えば、温熱媒体の熱源が工場の廃熱である場合、工場の稼働スケジュールに応じて温熱媒体の温度が変動する可能性がある。そのような場合、熱発電ユニット１００Ａの発電状態が変動するため、熱発電ユニット１００Ａから得られる電力の電圧および／または電流の大きさが変動してしまう。そのような発電状態の変動があっても、図４２に示される熱発電システム２００では、充放電制御回路２６２を介して蓄電部２６４に電力を蓄積すれば、発電量の変動による影響は抑制され得る。
【０１７８】
発電とともにリアルタイムで電力を消費する場合は、発電状態の変動に応じて昇圧回路２５２の昇圧比を調整しても良い。また、発電状態の変動を検知または予測して、熱発電ユニット１００Ａに供給する温熱媒体または冷熱媒体の流量および温度などを調整し、それによって発電状態を定常状態に保持する制御を行っても良い。
【０１７９】
再び図４を参照する。図４に例示されるシステムでは、温熱媒体の流量がポンプＰ１によって調整され得る。同様に、冷熱媒体の流量はポンプＰ２によって調整され得る。温熱媒体および冷熱媒体の一方または両方の流量を調整することにより、熱発電チューブの発電量を制御することが可能である。
【０１８０】
なお、不図示の高温熱源から温熱媒体に供給する熱の量を調整することにより、温熱媒体の温度を制御することも可能である。同様に、冷熱媒体から不図示の低温熱源に放出する熱の量を調整することにより、冷熱媒体の温度を制御することも可能である。
【０１８１】
図４には示されていないが、温熱媒体の流路および冷熱媒体の流路の少なくとも一方に弁および分岐路を設け、それによって発電システムに供給される各媒体の流量を調整しても良い。
【０１８２】
＜熱発電システムの他の実施形態＞
以下、図４３を参照しながら、本開示による熱発電システムの他の実施形態を説明する。
【０１８３】
本実施形態では、一般廃棄物処理施設（いわゆるごみ処理場またはクリーンセンター）に本開示による熱発電ユニットが設けられている。近年の廃棄物処理施設では、ごみ（廃棄物）を燃焼する際に発生した熱エネルギーから高温高圧水蒸気（例えば４００〜５００℃、数メガパスカル）が生成されることがある。このような水蒸気のエネルギーは、タービン発電によって電力に変換され、施設内の電力使用に供されている。
【０１８４】
本実施形態による熱発電システム３００は、前述した少なくとも１つの熱発電ユニットを備えている。熱発電システム３００が備える熱発電ユニットは、上述した熱発電ユニット１００Ａ、熱発電ユニット１００Ｂまたは熱発電ユニット１００Ｃのいずれであっても良い。ここでは、熱発電ユニット１００Ａを例示する。図４３に示す例では、熱発電ユニット１００Ａに供給される温熱媒体が廃棄物処理施設におけるごみの燃焼熱を得て生成されている。より詳細には、このシステムは、焼却炉３１０と、焼却炉３１０で生じた燃焼熱から高温高圧水蒸気を生成するボイラ３２０と、ボイラ３２０で生成された高温高圧水蒸気によって回転するタービン３３０とを備えている。タービン３３０の回転エネルギーは、不図示の同期発電機に与えられ、同期発電機によって交流電力（例えば３相交流電力）に変換される。
【０１８５】
タービン３３０を回転する仕事に使用された水蒸気は、復水器３６０によって液体の水に戻り、ポンプ３７０によってボイラ３２０に供給される。この水は、ボイラ３２０、タービン３３０、復水器３６０によって構成される「熱サイクル」を循環する作動媒体である。ボイラ３２０で水に与えられた熱の一部は、タービン３３０を回転させる仕事をした後、復水器３６０で冷却水に与えられる。図４３中において破線の矢印で示すように、一般的に、冷却水は、復水器３６０と冷却塔３５０との間を循環する。
【０１８６】
このように焼却炉３１０で発生した熱のうち、タービン３３０によって電力に変換されるエネルギーは一部であり、タービン３３０を回転させた後の低温低圧の水蒸気が保有する熱エネルギーは、従来、電気エネルギーに変換して利用されることなく周囲環境に捨てられることが多かった。本実施形態では、このようなタービン３３０で仕事をした後の低温の水蒸気、または熱水を温熱媒体の熱源として有効に利用することができる。本実施形態では、このような低温（例えば１４０℃程度）の水蒸気から熱交換器３４０によって熱を得て、例えば９９℃の温水を得る。そして、この温水を温熱媒体として熱発電ユニット１００Ａに供給する。
【０１８７】
一方、冷熱媒体としては、例えば、廃棄物処理施設で使用される冷却水の一部が利用され得る。廃棄物処理施設が冷却塔３５０を有している場合、この冷却塔３５０から例えば１０℃程度の水を得て、冷熱媒体として使用することができる。冷熱媒体は、特別な冷却塔を利用して得る必要は無く、施設内または近隣の井戸水や川の水を用いて代用することも可能である。
【０１８８】
図４３の熱発電ユニット１００Ａは、例えば図４２に示される電気回路２５０に接続され得る。熱発電ユニット１００Ａで生成された電力は、施設内で使用されたり、蓄電部２６４に蓄えられたりすることができる。余剰電力は、交流電力に変換された後、商用系統４１０を介して売電され得る。
【０１８９】
図４３の熱発電システム３００は、ボイラ３２０およびタービン３３０を備える廃棄物処理施設の廃熱利用システムに本開示の熱発電ユニットを組み込んだ形態を有している。しかし、本開示の熱発電ユニット１００Ａの動作にとって、ボイラ３２０、タービン３３０、復水器３６０、熱交換機３４０は不可欠の構成要素ではない。従来は捨てられていたような比較的低い温度の気体または熱水があれば、それを直接に温熱媒体として有効に利用することもできるし、熱交換器を介して他の気体または液体を加熱し、それを温熱媒体として利用することもできる。図４３のシステムは、実用的な例の１つに過ぎない。
【０１９０】
なお、熱発電ユニットの容器内部における複数の熱発電チューブは、例えば水平方向と平行に配置され得る。複数の熱発電チューブは、例えば鉛直方向と平行に配置されても良い。
【０１９１】
上記の説明から明らかなように、本開示の熱発電ユニットのある実施形態では、流体入口と複数の熱発電チューブとの間に、緩衝部材が配置されている。この緩衝部材は、容器の内部に流入してきた流体の流れ方向を変える。本開示の熱発電ユニットの他の実施形態では、一端が流体入口に接続された導管は、導管の中心軸の延長線が複数の熱発電チューブと胴部の内壁との間を通るように配置されている。本開示の熱発電ユニットの更に他の実施形態では、容器は、複数の熱発電チューブと胴部との間に配置された内部隔壁を有している。本開示の熱発電ユニットの少なくともいずれかの実施形態によれば、空の状態の容器内部に流入する液体によって熱発電チューブが損傷する可能性を低減でき、熱発電の実用性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本開示による熱発電ユニットは、例えば、温泉から出る温水、工場などから排出される排ガスなどの熱を用いた発電機として利用可能である。
【符号の説明】
【０１９３】
１０    熱発電素子
１０ａ    上面
１０ｂ    下面
２０    金属層
２２    熱電材料層
２４    外周面
２６    内周面
３０    容器
３２    胴部
３３ａ、３３ｂ    内部隔壁
３４、３４ｕ、３６    プレート
３４ａ    プレート３４の第１プレート部分
３４ｂ    プレート３４の第２プレート部分
３５、３７    中継プレート
３６ａ    プレート３６の第１プレート部分
３６ｂ    プレート３６の第２プレート部分
３６ｂｈ    第２プレート部分３６ｂの孔
３８ａ    流体入口
３８ｂ    流体出口
４０、４２、４４    管路
５２    Ｏリング
５２ａ    第１のＯリング
５２ｂ    第２のＯリング
５４    座金
５６    導電性リング状部材
５６ｆ    リング状の平坦部
５６ｒ    複数の弾性部
５６ａ    貫通孔
６０、６４    ブッシング
６０ａ    ブッシング６０の貫通孔
６４ａ    ブッシング６４の貫通孔
７０、７０ａ〜７０ｆ    緩衝部材
７２ａ    第１の導管
７２ｂ    第２の導管
１００、１００Ａ〜１００Ｃ    熱発電ユニット
１００−１    第１の熱発電ユニット
１００−２    第２の熱発電ユニット
１２０    高温熱源
１４０    低温熱源
２５０    電気回路
２５２    昇圧回路
２５４    インバータ回路
２６２    充放電制御部
２６４    蓄電部
３１０    焼却炉
３２０    ボイラ
３３０    タービン
３４０    熱交換器
３５０    冷却塔
４００    負荷
４１０    商用系統
Ａ    プレート３４、３６の開口部
Ａ４１、Ａ４１０    プレート３４の開口部
Ａ６１、Ａ６２    プレート３６の開口部
Ｃ    プレート３４、３６のチャネル
Ｃ４１〜Ｃ４６    プレート３４のチャネル
Ｃ６１〜Ｃ６５    プレート３６のチャネル
Ｂｓａ    第１の座面
Ｂｓｂ    第２の座面
ＣＥ１    第１の空間
ＣＥ２    第２の空間
Ｃｍ    面取り部
Ｅ１、Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ    第１電極
Ｅ２、Ｅ２ａ、Ｅ２ｂ    第２電極
ｆａ    孔部
ｆｓ    スリット
ＨＭ    温熱媒体
Ｊ    導電性部材
Ｊ１〜Ｊ９    導電性部材
Ｊｃ    連結部
Ｊｈ１、Ｊｈ２    導電性部材Ｊの２つの貫通孔
Ｊｒ１    導電性部材Ｊの第１リング部分
Ｊｒ２    導電性部材Ｊの第２リング部分
Ｋ１    導電性部材
Ｋｈ    導電性部材Ｋ１の貫通孔
Ｋｒ    導電性部材Ｋ１のリング部分
Ｋｔ    導電性部材Ｋ１の端子部
ＬＭ    冷熱媒体
Ｒ３４、Ｒ３６    凹部
Ｒ３４ｔ    溝部分
Ｒ３６ｃ    溝部分
Ｒ４１、Ｒ６１、Ｒ６２    凹部
Ｓ１２    仕切り板
Ｔ    熱発電チューブ
Ｔ１〜Ｔ１０    熱発電チューブ
Ｔｂ    チューブ本体
Ｔｂ１    チューブ本体
Ｔｈ３４    開口部Ａ４１の雌ネジ部
Ｔｈ６０    ブッシング６０の雄ネジ部
Ｔｈ６４    ブッシング６４の雄ネジ部
【要約】
本開示の熱発電ユニットは、複数の熱発電チューブを備える。各熱発電チューブは、内周面によって区画される流路を有し、内周面と外周面との間の温度差によって軸方向に起電力を発生するように構成されている。熱発電ユニットは、複数の熱発電チューブを内部に収容する容器と、複数の熱発電チューブを電気的に接続する複数の導電性部材とを備える。この容器は、容器の内部に流体を流すための流体入口および流体出口と、各熱発電チューブが挿入される複数の開口部とを有する。ある態様では、熱発電ユニットは、緩衝部材を備える。緩衝部材は、流体入口と複数の熱発電チューブとの間に設けられており、流体入口から容器内に流入してきた流体の流れ方向を変える。【図１Ａ】
0005681843.tif 000002
【図１Ｂ】
0005681843.tif 000003
【図２】
0005681843.tif 000004
【図３Ａ】
0005681843.tif 000005
【図３Ｂ】
0005681843.tif 000006
【図４】
0005681843.tif 000007
【図５】
0005681843.tif 000008
【図６Ａ】
0005681843.tif 000009
【図６Ｂ】
0005681843.tif 000010
【図７】
0005681843.tif 000011
【図８】
0005681843.tif 000012
【図９】
0005681843.tif 000013
【図１０】
0005681843.tif 000014
【図１１】
0005681843.tif 000015
【図１２】
0005681843.tif 000016
【図１３】
0005681843.tif 000017
【図１４】
0005681843.tif 000018
【図１５】
0005681843.tif 000019
【図１６】
0005681843.tif 000020
【図１７】
0005681843.tif 000021
【図１８】
0005681843.tif 000022
【図１９】
0005681843.tif 000023
【図２０】
0005681843.tif 000024
【図２１】
0005681843.tif 000025
【図２２】
0005681843.tif 000026
【図２３】
0005681843.tif 000027
【図２４】
0005681843.tif 000028
【図２５】
0005681843.tif 000029
【図２６】
0005681843.tif 000030
【図２７Ａ】
0005681843.tif 000031
【図２７Ｂ】
0005681843.tif 000032
【図２８Ａ】
0005681843.tif 000033
【図２８Ｂ】
0005681843.tif 000034
【図２９Ａ】
0005681843.tif 000035
【図２９Ｂ】
0005681843.tif 000036
【図２９Ｃ】
0005681843.tif 000037
【図３０Ａ】
0005681843.tif 000038
【図３０Ｂ】
0005681843.tif 000039
【図３１】
0005681843.tif 000040
【図３２Ａ】
0005681843.tif 000041
【図３２Ｂ】
0005681843.tif 000042
【図３３】
0005681843.tif 000043
【図３４Ａ】
0005681843.tif 000044
【図３４Ｂ】
0005681843.tif 000045
【図３５】
0005681843.tif 000046
【図３６】
0005681843.tif 000047
【図３７】
0005681843.tif 000048
【図３８】
0005681843.tif 000049
【図３９Ａ】
0005681843.tif 000050
【図３９Ｂ】
0005681843.tif 000051
【図４０Ａ】
0005681843.tif 000052
【図４０Ｂ】
0005681843.tif 000053
【図４０Ｃ】
0005681843.tif 000054
【図４１Ａ】
0005681843.tif 000055
【図４１Ｂ】
0005681843.tif 000056
【図４２】
0005681843.tif 000057
【図４３】
0005681843.tif 000058