(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電素子で構成される熱電発電モジュールが複数収納され、かつ加熱面および冷却面が設けられたケースを有する熱電発電ユニットであって、
前記熱電素子を接続する出力回路形成用の素子間電極を有する第１層と、
表裏を貫通する複数のスルーホールが形成された第２層と、
前記スルーホールと導通する複数のバイパスパターンを有する第３層と
を有する多層基板を備え、
前記第１層の表面では、前記熱電発電モジュールを単位とした出力回路の両端に対し、前記ケースを内外に貫通するリードピンの基端が接続されており、
前記熱電発電モジュール毎の出力、および選択的に選ばれる複数の前記熱電発電モジュールの組合せの出力を検出可能に設けられており、
前記熱電発電モジュール毎の出力は、第１のリードピンの組合せを介して検出され、
選択的に選ばれる複数の前記熱電発電モジュールの組合せの出力は、前記第１のリードピンの組合せとは異なる第２のリードピンの組合せを介して検出され、
前記ケース内の前記加熱面側および前記リードピンとの間には、前記熱電発電モジュールの外周と、前記ケースの前記リードピンが貫通する側面とに亘って断熱部材が設けられている
ことを特徴とする熱電発電ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電発電ユニットにおいて、
前記多層基板は、前記熱電発電モジュールに対して冷却面側に設けられている
ことを特徴とする熱電発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電発電モジュールは、温度差を電圧に変換するゼーベック効果によって２つの物体の温度差を利用して発電するものである。
従来の熱電発電モジュールを備えた熱電発電ユニットとして、例えば特許文献１のものが知られている。
特許文献１の熱電発電ユニットは、複数の熱電発電モジュールが共通の端子台に端子接続されることによって１つの直列回路を構成している。特許文献１の熱電発電ユニットにおいて、各々の熱電発電モジュールの状態を診断するときには、端子台から端子を外し、外した端子にテスターを当てて各熱電発電モジュールの内部抵抗等を測定することによって行う。
また、特許文献１の熱電発電ユニットにおいて、いずれかの熱電発電モジュールの能力が低下または機能を停止した場合には、不具合が発生した熱電発電モジュールを短絡し、残りの熱電発電モジュールで発電を行うように、端子台に対する端子の取付位置を変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１０１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱電発電ユニットの中でも、熱電素子および熱電発電モジュールの機能劣化を防ぐために、溶接等により密閉したケース内に熱電発電モジュールを収納するタイプのものでは、ケースを必要に応じて開閉することができないことから、端子台を内部に収納することができない。
一方、端子台をケース外に設けるとともに、熱電発電モジュールからの配線を外部に引き出す構造とすることで、熱電発電モジュールの状態診断や不具合が発生した熱電発電モジュールの短絡を可能とした場合には、ケース内の配線（ケーブル線）が多くなるのに伴いケース内における熱電素子あるいは熱電発電モジュールの充填率が低くなり、ケースにおける熱損失が増える結果、単位面積当たりの出力が低くなるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、ケースを開閉させることなく熱電発電モジュールの診断を確実に行うことができ、単位面積当たりの出力を大きくできるとともに、熱電発電モジュールの異常時にも稼働を維持することができる熱電発電ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱電発電ユニットは、複数の熱電素子で構成される熱電発電モジュールが複数収納され、かつ加熱面および冷却面が設けられたケースを有する熱電発電ユニットであって、前記熱電素子を接続する出力回路形成用の素子間電極を有する第１層と、表裏を貫通する複数のスルーホールが形成された第２層と、前記スルーホールと導通する複数のバイパスパターンを有する第３層とを有する多層基板を備え、前記第１層の表面では、前記熱電発電モジュールを単位とした出力回路の両端に対し、前記ケースを内外に貫通するリードピンの基端が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の熱電発電ユニットによれば、熱電発電モジュールを単位とした出力回路の両端に対し、ケースを内外に貫通するリードピンの基端が接続されているので、ケースを開閉させることなく、個々の熱電発電モジュールの診断を行うことができる。
また、診断対象とする熱電発電モジュールの変更をリードピンの選択だけで行うことが可能であり、診断対象の変更を行うための機構（例えば端子台）をケース内に設けた場合と比較して、熱電素子や熱電発電モジュールの充填率を高めることができるとともに、高温の熱電発電ユニットを適用した装置を停止させる必要がない。
さらに、第１層に出力回路形成用の素子間電極が設けられ、第２層にスルーホールが形成され、スルーホールは第３層の複数のバイパスパターンに導通しているので、バイパスパターンによって導通される複数の熱電発電モジュールの診断を行うことができる上、その導通においてもケーブル線が不要であり、充填率の低下が生じない。
【０００８】
本発明の熱電発電ユニットにおいて、前記熱電発電モジュール毎の出力、および選択的に選ばれる複数の熱電発電モジュールの組合せの出力を検出可能に設けられていることが好ましい。
【０００９】
本発明の熱電発電ユニットにおいて、前記多層基板は、前記熱電発電モジュールに対して冷却面側に設けられていることが好ましい。
【００１０】
本発明の熱電発電ユニットにおいて、前記ケース内の前記加熱面側および前記リードピンとの間には、断熱部材が設けられていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電発電ユニットを示す斜視図。
【図２】熱電発電ユニットを図１のII-II方向から見た側断面図。
【図３】熱電発電ユニットを図２のIII-III方向から見た平断面図。
【図４】第２層の平面図。
【図５】第３層および第４層の平面図。
【図６】図２におけるVI部の部分拡大図。
【図７】熱電発電ユニットを図６のVII-VII方向から見た側断面図。
【図８】熱電発電ユニットの等価回路図。
【図９】熱電発電ユニット診断処理のフローチャート。
【図１０】変形例の熱電発電ユニットの側断面図。
【図１１】変形例の熱電発電ユニットを図１０のXI-XI方向から見た平断面図。
【図１２】図１０におけるXII部の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る熱電発電ユニット１の斜視図であり、図２は熱電発電ユニット１を図１におけるII-II方向から見た側断面図であり、図３は熱電発電ユニット１を図２のIII-III方向から見た平断面図である。
【００１３】
［熱電発電ユニットの構成］
熱電発電ユニット１は、図１および図２に示すように加熱面Ｔｈおよび冷却面Ｔｃを表裏に有し、図３に示すように、金属製で矩形のケース２内に縦２×横２の配列で設けられた第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４を収納した構造を有する。なお、ケース２の形状、および第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の配列はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。ケース２は、メッキ処理が施され上面が開放された箱状のケース本体２Ａと、メッキ処理が施されケース本体２Ａと同じ平面形状を有するケース蓋２Ｂとから構成されている。ケース本体２Ａとケース蓋２Ｂとに施されたメッキ処理は、例えば、ニッケルフラッシュメッキの上に金フラッシュメッキを施すものであり、ニッケルメッキのみでもよい。
【００１４】
図２に示すように、ケース蓋２Ｂの上面が加熱面Ｔｈであり、ケース本体２Ａの下面が冷却面Ｔｃである。ケース蓋２Ｂは、ケース本体２Ａに対して、母材がほとんど溶融せずにメッキ層のみが溶融するような溶接方法で周縁部を全周溶接されている。ケース蓋２Ｂにより、ケース本体２Ａの上面における密閉性が確保されている。なお、メッキ層のみが溶融するような溶接方法は一例であり、母材の一部を溶融させる溶接方法でもよく、溶接に限定されず接合材を用いて接合する方法でもよい。
【００１５】
また、ケース本体２Ａの一側面には、ケース２の内外に亘って延びる１０本のリードピンＰ１〜Ｐ１０が並設されたハーメチックコネクタ３が取り付けられている。ハーメチックコネクタ３は、ケース本体２Ａの一側面を表裏から挟持し、リードピンＰ１〜Ｐ１０は、ケース本体２Ａの一側面に形成された１０個の貫通孔２Ｃのそれぞれに挿通されている。
【００１６】
ケース蓋２Ｂおよびハーメチックコネクタ３が取り付けられて密閉状態のケース２内には、不活性ガス（例えばアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムと窒素との混合ガス、ヘリウムとアルゴンとの混合ガス等）が閉じ込められている。なお、ケース２内が真空であってもよい。
【００１７】
第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４は、第１層ないし第５層を積層した多層基板１０とを備える。第１層は熱電素子２１を電気的に接続する複数の素子間電極２２を有する。第２層は絶縁層である第１基板１１と後述するスルーホールＨ１〜Ｈ８とを有する。第３層は導電層であるバイパスパターン１３〜１５を有する。第４層は全面が絶縁層である第２基板１２によって構成されている。第５層は全面が導電層である銅板１６によって構成されている。第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４は、１枚の多層基板１０を共有する。
なお、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４は、第１層の素子間電極２２を有さない多層基板と、熱電素子２１と、素子間電極（板）のみから構成されるモジュール（フルスケルトンモジュール）を含めて形成することも可能である。
【００１８】
第１層の表面に敷設された熱電素子２１は、Ｐ型熱電素子２１ＡおよびＮ型熱電素子２１Ｂから構成されている。これらのＰ型熱電素子２１ＡおよびＮ型熱電素子２１Ｂは、例えばビスマス・テルル系（Bi-Te系）やシリサイド系等の材料により、同一の大きさ（または異なる大きさ）の断面正方形の直方体（または円筒）に形成されている。また、Ｐ型熱電素子２１ＡとＮ型熱電素子２１Ｂとは交互に配設され、図３中における縦方向に並設されるとともに、図３中における横方向に折り返されながら、縦横を揃えて敷設されている。
【００１９】
Ｐ型熱電素子２１Ａにはゼーベック効果により高温側から低温側（図２中の下方向）に電流が流れ、Ｎ型熱電素子２１Ｂには低温側から高温側（図２中の上方向）に電流が流れる。このように、熱電素子２１で生じた電流をいずれか一対のリードピンＰ１〜Ｐ１０から外部に流すことで、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４は発電を行う。
【００２０】
第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４は、Π（パイ）型構造を有し、図２に示すように、隣接するＰ型熱電素子２１ＡとＮ型熱電素子２１Ｂとは、素子間電極２２に上端および下端が交互に接続されており、Ｐ型熱電素子２１Ａ→素子間電極２２→Ｎ型熱電素子２１Ｂの順の接続を繰り返し、各熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４内において全ての熱電素子２１が電気的に直列に接続されている。この直列回路が熱電発電回路として機能する。
【００２１】
リードピンＰ１〜Ｐ１０に近い側に配置された第１および第４熱電発電モジュールＭ１，Ｍ４は、図３における左上隅と右上隅とに電気的な配列の端部が設けられている。
第１熱電発電モジュールＭ１において、左上隅に設けられた素子間電極２２Ａは＋極であり、右上隅に設けられた素子間電極（図示せず）は−極である。＋極とされた素子間電極２２ＡにはリードピンＰ１が接続されており、−極とされた右上隅の素子間電極にはリードピンＰ５が接続されている。
第４熱電発電モジュールＭ４において、左上隅に設けられた素子間電極（図示せず）は＋極であり、右上隅に設けられた素子間電極２２Ｄは−極である。＋極とされた左上隅の素子間電極にはリードピンＰ６が接続されており、−極とされた右上隅の素子間電極２２ＤにはリードピンＰ１０が接続されている。
【００２２】
一方、リードピンＰ１〜Ｐ１０から遠い側に配置された第２および第３熱電発電モジュールＭ２，Ｍ３は、図２における左下隅と右下隅とに電気的な配列の端部が設けられている。
第２熱電発電モジュールＭ２において、左下隅に設けられた素子間電極２２Ｂは−極であり、右下隅に設けられた素子間電極（図示せず）は＋極である。
第３熱電発電モジュールＭ３において、左下隅に設けられた素子間電極は−極であり、右下隅に設けられた素子間電極２２Ｃは＋極である。
【００２３】
リードピンＰ２，Ｐ３，Ｐ８，Ｐ９は熱電対４Ａ，４Ｂ（図３および図８参照）に接続されている。リードピンＰ２，Ｐ３が接続された熱電対４Ａは、ケース蓋２Ｂ裏面に設けられており、加熱面Ｔｈの温度としてケース蓋２Ｂ裏面の温度を測定する。リードピンＰ８，Ｐ９が接続される熱電対４Ｂは、第１基板１１に設けられており、冷却面Ｔｃの温度として第１基板１１の温度を測定する。
【００２４】
加熱面Ｔｈ側の素子間電極２２の上には熱伝導性を有し熱伝導率が高い絶縁板２３が設けられ、絶縁板２３の上面は、熱伝導シート２４を介してケース蓋２Ｂの裏面に全面で接している。また、ケース蓋２Ｂの裏面において絶縁板２３に覆われない周辺部分は絶縁遮蔽板２５により覆われている。
上述の構成により、熱源から加熱面Ｔｈに伝えられた熱は、ケース蓋２Ｂ、熱伝導シート２４、および絶縁板２３を介して、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４に良好に伝えられる。
【００２５】
一方、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の外周とケース本体２Ａとの間の領域においては、絶縁遮蔽板２５により輻射熱が抑制される。輻射熱が抑制されることにより、リードピンＰ１〜Ｐ１０と接合部材６との剥離、ハーメチックコネクタ３のシール性の悪化、およびリードピンＰ１〜Ｐ１０が高温になり後述する熱電発電ユニット１の診断が困難になることが防止される。さらに、ケース２内の雰囲気（不活性ガスまたは真空）により、酸化や輻射熱による劣化が抑制される。
【００２６】
図４は第１基板１１（第２層）の平面図である。同図における第１基板１１の向きは、図３における熱電発電ユニット１の向きに対応している。第１基板１１は、矩形で左右対称の平面形状を有し、第１基板１１の上端部および下端部には、表裏を貫通するスルーホールＨ１〜Ｈ４，Ｈ５〜Ｈ８が左右方向に並んで形成されている。スルーホールＨ１〜Ｈ８は、内部に導電体が充填された構造を有している。
【００２７】
図５は、第１基板１１の裏側に重ねられた第２基板１２の平面図である。なお、図中において、参考として第１基板１１のスルーホールＨ１〜Ｈ８の位置を二点鎖線で示している。第２基板１２の表面には、導電体の薄膜から成る中央バイパスパターン１３と、その左右両側に設けられた左側バイパスパターン１４および右側バイパスパターン１５とが形成されている。前述したように、これらのバイパスパターン１３〜１５が多層基板１０の第３層を構成しており、第２基板１２が多層基板１０の第４層を構成している。
中央バイパスパターン１３は、図中の縦方向に延びる「Ｉ」形の平面形状を有し、上端部にスルーホールＨ２，Ｈ３が、下端部にスルーホールＨ６，Ｈ７がそれぞれ重ねられている。また、中央バイパスパターン１３の上端部には、スルーホールＨ２，Ｈ３を介してリードピンＰ４，Ｐ７がそれぞれ接続されている。
【００２８】
左側バイパスパターン１４および右側バイパスパターン１５は、中央バイパスパターン１３と平行に延びる帯状の平面形状を有する。左側バイパスパターン１４の上端部にはスルーホールＨ１が、下端部にはスルーホールＨ５がそれぞれ重ねられており、右側バイパスパターン１５の上端部にはスルーホールＨ４が、下端部にはスルーホールＨ８がそれぞれ重ねられている。
【００２９】
スルーホールＨ２周辺の構成について、図６および図７を参照しながら説明する。図６は図２中において一点鎖線で囲んで示したVI部の拡大図であり、図７は図６のVII-VII方向から見た側断面図である。
スルーホールＨ２の上には、スルーホール電極５が設けられ接している。このスルーホール電極５は、第３層のバイパスパターン１３とスルーホールＨ３を介してリードピンＰ７と導通している。つまり、スルーホールＨ２はリードピンＰ７と導通している。スルーホール電極５と接合部材６との接合、および接合部材６とリードピンＰ４との接合は熱の影響を受けない機械的接合（圧着等）、または熱の影響が小さい溶接（スポット溶接等）により行われる。スルーホールＨ２の下面には、第２基板１２の中央バイパスパターン１３が接しており、第２基板１２の下側には、冷却面Ｔｃとの間に銅板１６が敷設されている。前述したように、この銅板１６が多層基板１０の第５層を構成している。
上述の構成は、スルーホールＨ３周辺の構成と略同じである。ただし、スルーホールＨ３は、スルーホール電極５およびリードピンＰ７と導通している。
また、スルーホールＨ２とスルーホールＨ３とは、中央バイパスパターン１３を介して導通している。つまり、リードピンＰ４とリードピンＰ７とは導通している。
【００３０】
スルーホールＨ１の上には、第１熱電発電モジュールＭ１の＋極とされた素子間電極２２Ａが設けられ接している。この素子間電極２２Ａには、リードピンＰ１が接合されている。つまり、スルーホールＨ１はリードピンＰ１と導通している。
上述の構成は、スルーホールＨ４周辺の構成と同じである。ただし、スルーホールＨ４は、第４熱電発電モジュールＭ４の−極とされた素子間電極およびリードピンＰ１０と導通している。
【００３１】
第１熱電発電モジュールＭ１の−極とされた素子間電極には、リードピンＰ５と接合されている。
第４熱電発電モジュールＭ４の＋極とされた素子間電極には、リードピンＰ６が接合されている。また、第２熱電発電モジュールＭ２の＋極とされた素子間電極は、スルーホールＨ６およびリードピンＰ４およびＰ７と導通している。
【００３２】
スルーホールＨ５の上には、第２熱電発電モジュールＭ２の−極とされた素子間電極２２Ｂが設けられ接している。また、スルーホールＨ８は、左側バイパスパターン１４を介して、スルーホールＨ１およびリードピンＰ１と導通している。
スルーホールＨ８の上には、第３熱電発電モジュールＭ３の＋極とされた素子間電極２２Ｃが設けられ接している。また、スルーホールＨ８は、右側バイパスパターン１５を介して、スルーホールＨ４およびリードピンＰ１０と導通している。
【００３３】
スルーホールＨ６の上には、第２熱電発電モジュールＭ２の＋極とされた素子間電極２２が設けられて接触しており、スルーホールＨ７の上には、第３熱電発電モジュールＭ３の−極とされた素子間電極２２が設けられ接している。また、スルーホールＨ６およびスルーホールＨ７は、中央バイパスパターン１３を介して、スルーホールＨ２，Ｈ３、およびリードピンＰ４，Ｐ７と導通している。
【００３４】
［熱電発電モジュールの診断］
上述の構成を備える熱電発電ユニット１は、個別の第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の出力を検出すること、および２以上の第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４から成る組合せの出力を検出することが可能である。
出力を検出する熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４とその際に使用するリードピンＰ１〜Ｐ１０、および電流経路は以下の通りである。
【００３５】
（１）Ｍ１、Ｐ１−Ｐ５
リードピンＰ１→第１熱電発電モジュールＭ１の＋極→第１熱電発電モジュールＭ１の−極→リードピンＰ５。
（２）Ｍ２、Ｐ４−Ｐ１
リードピンＰ４→スルーホールＨ２→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→リードピンＰ１。
（３）Ｍ３、Ｐ１０−Ｐ７
リードピンＰ１０→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ３→リードピンＰ７。
（４）Ｍ４、Ｐ６−Ｐ１０
リードピンＰ６→第４熱電発電モジュールＭ４の＋極→第４熱電発電モジュールＭ４の−極→リードピンＰ１０。
（５）Ｍ１＋Ｍ２、Ｐ４−Ｐ５
リードピンＰ４→スルーホールＨ２→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→第１熱電発電モジュールＭ１の＋極→第１熱電発電モジュールＭ１の−極→リードピンＰ５。
（６）Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３、Ｐ１０−Ｐ５
リードピンＰ１０→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→第１熱電発電モジュールＭ１の＋極→第１熱電発電モジュールＭ１の−極→リードピンＰ５。
（７）Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４、Ｐ６−Ｐ１
リードピンＰ６→第４熱電発電モジュールＭ４の＋極→第４熱電発電モジュールＭ４の−極→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→リードピンＰ１。
（８）Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４、Ｐ６−Ｐ５
リードピンＰ６→第４熱電発電モジュールＭ４の＋極→第４熱電発電モジュールＭ４の−極→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→第１熱電発電モジュールＭ１の＋極→第１熱電発電モジュールＭ１の−極→リードピンＰ５。
（９）Ｍ２＋Ｍ３、Ｐ１０−Ｐ１
リードピンＰ１０→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ６→第２熱電発電モジュールＭ２の＋極→第２熱電発電モジュールＭ２の−極→スルーホールＨ５→左側バイパスパターン１４→スルーホールＨ１→リードピンＰ１。
（１０）Ｍ３＋Ｍ４、Ｐ６−Ｐ７
リードピンＰ６→第４熱電発電モジュールＭ４の＋極→第４熱電発電モジュールＭ４の−極→スルーホールＨ４→右側バイパスパターン１５→スルーホールＨ８→第３熱電発電モジュールＭ３の＋極→第３熱電発電モジュールＭ３の−極→スルーホールＨ７→中央バイパスパターン１３→スルーホールＨ３→リードピンＰ７。
【００３６】
［熱電発電モジュール診断処理］
次に、図９に基づいて、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の診断処理を説明する。この処理は、劣化や故障により使用不可となった第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４を特定するとともに、残りの正常な熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４を用いて発電を行うものである。
【００３７】
本処理が開始されると、ステップＳ１において、リードピンＰ６およびリードピンＰ５を使用し、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４による「１００％稼動」の発電を行い、ステップＳ２において、熱電発電ユニット１としての発電量を測定する「全体診断」を行う。この「全体診断」は所定期間ごとに行われる。
次に、ステップＳ３において、測定された発電量が予め設定された１００％稼動用の閾値よりも大きいか否かの判別結果に基づいて、「出力異常」が発生しているか否かを判定する。発電量と比較する１００％稼動用の閾値は、全ての熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４に劣化も故障も発生していない状態において、熱電発電ユニット１が発電できるはずの発電量の下限値である。
【００３８】
１００％稼動の発電量が１００％稼動用の閾値以上のときには、「出力異常」が発生していないと判定し、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４による発電を継続するとともに、所定期間が経過したらステップＳ２の「全体診断」を再度実行する。
一方、１００％稼動の発電量が１００％稼動用の閾値未満のときには、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４のいずれかに劣化および／または故障が発生しているとして、「出力異常」が発生していると判定する。この場合には、ステップＳ４に進み、「個別診断」を行う。前述したように、熱電発電ユニット１は、個別の第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の出力を検出することが可能である。「個別診断」では、第１熱電発電モジュールＭ１から順に発電量を検出し、熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４のいずれに異常が発生しているのかを特定する。
【００３９】
異常が発生している熱電発電モジュールを特定したら、ステップＳ５において、使用するリードピンＰ１〜Ｐ１０を変更することによって、異常が発生している熱電発電モジュールを短絡する。例えば、第１熱電発電モジュールＭ１に異常が発生している場合には、第２〜第４熱電発電モジュールＭ２〜Ｍ４による発電を行うべく、リードピンＰ６およびリードピンＰ１を使用する。
【００４０】
次に、ステップＳ６において、第２〜第４熱電発電モジュールＭ２〜Ｍ４による「７５％稼動」の発電を行い、ステップＳ７において、「全体診断」を行う。
次に、ステップＳ８において、測定された発電量が予め設定された７５％稼動用の閾値よりも大きいか否かの判別結果に基づいて、「出力異常」が発生しているか否かを判定する。
７５％稼動の発電量が７５％稼動用の閾値以上のときには、「出力異常」が発生していないと判定し、第２〜第４熱電発電モジュールＭ２〜Ｍ４を用いた発電を継続するとともに、ステップＳ７の「全体診断」を再度実行する。
【００４１】
一方、７５％稼動の発電量が７５％稼動用の閾値未満のときには、第２〜第４熱電発電モジュールＭ２〜Ｍ４のいずれか１つに劣化および／または故障が発生しているとして、「出力異常」が発生していると判定する。この場合には、ステップＳ９に進み、「個別診断」を行い、第２〜第４熱電発電モジュールＭ２〜Ｍ４のいずれに異常が発生しているのかを特定する。異常が発生している熱電発電モジュールを特定したら、ステップＳ１０において、使用するリードピンＰ１〜Ｐ１０を変更することによって、異常が発生している熱電発電モジュールを短絡する。例えば、前回の第１熱電発電モジュールＭ１に続いて、今回は第２熱電発電モジュールＭ２に異常が発生している場合には、第３および第４熱電発電モジュールＭ３，Ｍ４による発電を行うべく、リードピンＰ６およびリードピンＰ７を使用する。
【００４２】
次に、ステップＳ１１において、第３および第４熱電発電モジュールＭ３，Ｍ４による「５０％稼動」の発電を行い、ステップＳ１２において、「全体診断」を行う。
次に、ステップＳ１３において、測定された発電量が予め設定された５０％稼動用の閾値よりも大きいか否かの判別結果に基づいて、「出力異常」が発生しているか否かを判別する。
５０％稼動の発電量が５０％稼動用の閾値以上のときには、「出力異常」が発生していないと判定し、第３および第４熱電発電モジュールＭ３，Ｍ４による発電を継続するとともに、ステップＳ１１の「全体診断」を再度実行する。
【００４３】
一方、５０％稼動の発電量が５０％稼動用の閾値未満のときには、第３または第４熱電発電モジュールＭ３，Ｍ４に劣化および／または故障が発生しているとして、「出力異常」が発生していると判定する。この場合には、ステップＳ１４に進み、「個別診断」を行い、第３または第４熱電発電モジュールのいずれに異常が発生しているのかを特定する。異常が発生している熱電発電モジュールを特定したら、ステップＳ１５において、使用するリードピンＰ１〜Ｐ１０を変更することによって、異常が発生している熱電発電モジュールを短絡する。例えば、前回までの第１および第２熱電発電モジュールＭ１，Ｍ２に続いて第３熱電発電モジュールＭ３に異常が発生している場合には、第４熱電発電モジュールＭ４による発電を行うべく、リードピンＰ６およびリードピンＰ１０を使用する。
【００４４】
次に、ステップＳ１６において、最後に残った第４熱電発電モジュールＭ４による「２５％稼動」の発電を行い、ステップＳ１７において、「全体診断」を行う。
次に、ステップＳ１８において、測定された発電量が予め設定された２５％稼動用の閾値よりも大きいか否かの判別結果に基づいて、「出力異常」が発生しているか否かを判別する。
２５％稼動の発電量が２５％稼動用の閾値以上のときには、「出力異常」が発生していないと判定し、第４熱電発電モジュールＭ４を用いた発電を継続するとともに、ステップＳ１７の「全体診断」を再度実行する。
一方、２５％稼動の発電量が２５％稼動用の閾値未満のときには、最後に残った第４熱電発電モジュールＭ４に劣化および／または故障が発生しているとして、ステップＳ１８において、熱電発電ユニット１の稼働を停止する。
【００４５】
以上の本実施形態によれば、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４から成る出力回路の両端に対し、ケース２を内外に貫通するリードピンＰ１〜Ｐ１０の基端が接続されているので、ケース２を開閉させることなく、第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の診断を個々に行うことができる。
また、診断対象とする第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４の変更をリードピンＰ１〜Ｐ１０の選択により行うことができるので、診断対象の変更を行うための機構（例えば端子台）をケース２内に設けた場合と比較して、熱電発電ユニット１の充填率を高めることができるとともに、高温の熱電発電ユニット１を適用した装置を停止させる必要がない。
さらに、素子間電極２２を有する第１基板１１にスルーホールＨ１〜Ｈ８が形成され、スルーホールＨ１〜Ｈ８は第２基板１２のバイパスパターン１３〜１５に導通しているので、バイパスパターン１３〜１５毎に診断を行うことで、熱電発電ユニット１の診断を確実に行うことができる。
【００４６】
［変形例］
前記実施形態では、ケース２内に第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４が縦２×横２の配列で設けられているが、熱電発電モジュールの数量および配置は実施形態に限定されない。熱電発電モジュールは縦２×横２を一単位として増やすことができ、例えば、ケース２内に第１〜第１６熱電発電モジュールが縦４×横４の配列で設けられていてもよい。熱電発電モジュールの増加に伴い、リードピンの数量も増加し、多層基板１０の積層数も増加し、スルーホールおよびバイパスパターンの数量および配置も変化する。
【００４７】
変形例に係る熱電発電ユニット１０１を図１０〜図１２に示す。図１０は、熱電発電ユニット１０１の側断面図であり、図１１は熱電発電ユニット１０１を図２のXI-XI方向から見た平断面図であり、図１２は図１０におけるXII部の部分拡大図である。
前記実施形態の熱電発電ユニット１と同一のまたは対応する構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００４８】
熱電発電ユニット１０１は、図１１に示すように、ケース２内に縦２×横２の配列で設けられた第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４から構成される第１熱電発電モジュールセットＳＭ１と、第５〜第８熱電発電モジュールＭ５〜Ｍ８から構成される第２熱電発電モジュールセットＳＭ２とを収納した構造を有する。また、ケース本体２Ａの一側面には、ケース２の内外に亘って延びる計４２本（上段２２本、下段２０本）のリードピンＰ１〜Ｐ４２が設けられたハーメチックコネクタ３が取り付けられている。前記実施形態から熱電発電モジュールが増加したのに伴い、リードピンの数量が増加しており（１０本→４２本）、図１２に示すようにバイパスパターンの積層数も増加している（第３層→第３層、第５層、および第７層の計３層）。その結果、多層基板１０の積層数が５層から９層に増加している。図示しないが、バイパスパターンに重ねられるスルーホールの数量および配置も変化している。なお、図１２中の「Ｈｎ」はｎ番目のスルーホールを表す。
【００４９】
前記実施形態の熱電発電ユニット１と同様、熱電発電ユニット１０１は、個別の第１〜第４熱電発電モジュールセットＳＭ１〜ＳＭ４の発電量、および２以上の第１〜第４熱電発電モジュールセットＳＭ１〜ＳＭ４から成る組合せの発電量を検出することが可能である。また、第１〜第４熱電発電モジュールセットＳＭ１〜ＳＭ４のいずれかに異常が発生した場合には、熱電発電モジュールセット内において、個別の熱電発電モジュールの発電量、および２以上の熱電発電モジュールから成る組合せの発電量を検出することが可能である。
【００５０】
なお、本発明は前述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態および変形例では、ケース２内に第１〜第４熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４、第１〜第１６熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ１６が、縦横同数の配列（実施形態：２×２，変形例：４×４）で設けられているが、縦横が異なる数の配列（例えば１×４や２×８）で設けられていてもよい。
【００５１】
前記実施形態では、スルーホールＨ１〜Ｈ８は、内部に導電体が充填された構造を有しているが、表裏方向に電気を通す構造であればよく、例えば、貫通孔の内周面に導電体が塗布された中空構造であってもよい。
【００５２】
前記実施形態では、各熱電発電モジュールＭ１〜Ｍ４内の熱電発電回路において、全ての熱電素子２１が電気的に直列に接続されているが、一部が並列に接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、廃熱を電気エネルギーとして再生する再生装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０１…熱電発電ユニット、１０…多層基板、１１…第１基板（第２層）、１３…中央バイパスパターン（第３層）、１４…左側バイパスパターン（第３層）、１５…右側バイパスパターン（第３層）、２…ケース、２１…熱電素子、２２…素子間電極（第１層）、Ｈ１〜Ｈ８…スルーホール（第２層）、Ｍ１〜Ｍ４…第１〜第４熱電発電モジュール、Ｐ１〜Ｐ１０…リードピン、Ｔｃ…冷却面、Ｔｈ…加熱面。
【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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