(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される複数の熱電変換素子と、
前記第１の基板と前記第２の基板とに挟まれるように配置された枠部材と、を備え、
前記熱電変換素子は、隙間を開けて縦方向および横方向に並ぶように配置され、
前記枠部材には、縦方向に並ぶ前記熱電変換素子間の隙間を通るように横方向に輻射熱遮断のための横糸部材が張られるとともに、横方向に並ぶ前記熱電変換素子間の隙間を通るように縦方向に輻射熱遮断のための縦糸部材が張られており、
前記枠部材は、前記横糸部材の両端が留められる一対の横支持部材の間に、前記縦糸部材の両端が留められる一対の縦支持部材が挟まれる構成となっており、
前記横糸部材の方が前記縦糸部材よりも引っ張り方向のテンションが高くなるように、前記横糸部材と前記縦糸部材が、それぞれ、前記横支持部材と前記縦支持部材に張られている、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換器において、
前記縦糸部材の高さ位置と前記横糸部材の高さ位置が互いに相違するように、前記縦糸部材と前記横糸部材が前記枠部材に張られている、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱電変換器において、
前記枠部材は、前記横糸部材の両端が係止される横溝と、前記縦糸部材の両端が係止される縦溝と、を有する、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電変換器において、
前記縦溝の深さと前記横溝の深さが互いに相違し、
前記縦糸部材と前記横糸部材は、それぞれ、両端が前記縦溝と前記横溝の最深部まで押し込まれるようにして、前記枠部材に張られている、
ことを特徴とする熱電変換器。
【請求項５】
請求項３または４に記載の熱電変換器において、
前記縦溝および前記横溝は、それぞれ、入口の幅が前記縦糸部材および前記横糸部材の幅よりも広く、前記縦糸部材および前記横糸部材を係止する係止部の幅が前記縦糸部材および前記横糸部材の幅よりも狭く、前記入口から前記係止部へと前記縦糸部材および前記横糸部材を案内する案内面を有する、
ことを特徴とする熱電変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱電変換素子を備えた熱電変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した発電システムとして、工場などで生じる排熱を電力に変換する熱電変換システムが注目されている。かかる熱電変換システムでは、たとえば、半導体を用いて熱を直接電力に変換する熱電変換器が用いられる。この種の熱電変換器は、ゼーベック効果、ペルチェ効果またはトムソン効果などの熱電効果を利用したｐ型熱電変換素子とｎ型熱電変換素子とを組み合わせて構成され得る。
【０００３】
以下の特許文献１には、熱電変換素子を高密度に集積するための熱電変換モジュールの構成が記載されている。この構成では、複数の熱電変換素子が、絶縁性のネット部材の網孔に貫通されることにより嵌合固定される。また、熱電変換素子の一端側と他端側がそれぞれ電極で接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１７１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、熱電変換素子は、高さ方向の寸法が増加するほど、熱電変換素子内部の抵抗が大きくなり、変換効率が低下する。よって、熱電変換素子は、なるべく高さ方向の寸法が小さいことが好ましい。このため、複数の熱電変換素子を集積させた構成の熱電変換器では、個々の熱電変換素子の高さを低くすることが望まれる。
【０００６】
しかしながら、個々の熱電変換素子の高さを低くすると、熱電変換素子を上下に挟む２つの基板間の距離が小さくなる。このため、たとえば、一方の基板を熱源に接触させて熱を電力に変換する熱電変換器では、熱源側の基板からの熱が、輻射熱として、反対側の基板へと伝わり易くなる。その結果、熱電変換素子の両端の温度差が小さくなり、熱電変換素子の変換効率が低下するとの問題が生じる。
【０００７】
かかる課題に鑑み、本発明は、基板間の輻射熱の伝導を効果的に抑制可能な熱電変換器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】
【０００８】
本発明の主たる態様に係る熱電変換器は、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される複数の熱電変換素子と、前記第１の基板と前記第２の基板とに挟まれるように配置された枠部材と、を備える。前記熱電変換素子は、隙間を開けて縦方向および横方向に並ぶように配置される。前記枠部材には、縦方向に並ぶ前記熱電変換素子間の隙間を通るように横方向に輻射熱遮断のための横糸部材が張られるとともに、横方向に並ぶ前記熱電変換素子間の隙間を通るように縦方向に輻射熱遮断のための縦糸部材が張られている。前記枠部材は、前記横糸部材の両端が留められる一対の横支持部材の間に、前記縦糸部材の両端が留められる一対の縦支持部材が挟まれる構成となっている。前記横糸部材の方が前記縦糸部材よりも引っ張り方向のテンションが高くなるように、前記横糸部材と前記縦糸部材が、それぞれ、前記横支持部材と前記縦支持部材に張られている。
【０００９】
本態様に係る熱電変換器によれば、横糸部材および縦糸部材によって、基板間を伝搬する輻射熱が遮蔽される。よって、熱電変換素子の高さ寸法を縮めた場合も、熱電変換素子の変換効率を適正に維持できる。また、横糸部材の方が縦糸部材よりも引っ張り方向のテンションが高いため、縦支持部材の位置ずれを抑制でき、枠部材の形状を安定的に保つことができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のとおり、本発明によれば、基板間の輻射熱の伝導を効果的に抑制可能な熱電変換器を提供することができる。
【００１１】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は、実施の形態に係る熱電変換器の構成を模式的に示す分解斜視図、図１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施の形態に係る熱電変換器の組立過程を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る熱電変換器の組立過程を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施の形態に係る枠部材の組立過程を模式的に示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施の形態に係る枠部材の組立過程を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係る熱電変換器における熱電変換素子と横糸部材および縦糸部材との位置関係を模式的に示す図である。
【図６】図６（ａ）、（ｄ）は、それぞれ、実施の形態に係る輻射熱の遮蔽作用を説明する図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態に係る熱電変換器を配管に設置した状態の熱電変換システムを、それぞれ、正面、側方および上方から見た模式図である。
【図８】図８（ａ）は、変更例に係る枠部材の構成を示す図、図８（ｂ）は、他の変更例に係る溝の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向が熱電変換器１００の高さ方向であり、Ｚ軸正方向が下方向である。また、本実施の形態では、Ｙ軸方向が縦方向、Ｘ軸方向が横方向に設定されている。ただし、本実施の形態における縦方向および横方向の設定は便宜上のものであって、Ｘ軸方向が縦方向、Ｙ軸方向が横方向と設定されてもよい。
【００１４】
図１（ａ）は、熱電変換器１００の構成を示す分解斜視図である。図１（ｂ）、（ｃ）および図２（ａ）、（ｂ）は、熱電変換器１００の組立過程を示す斜視図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、熱電変換器１００は、第１の基板１０と、枠部材２０と、第２の基板３０と、熱電変換素子４０と、を備える。
【００１６】
第１の基板１０は、平面視において略正方形の形状を有する。第１の基板１０は、長方形等の他の形状であってもよい。第１の基板１０は、熱伝導特性に優れた材料からなっている。たとえば、第１の基板１０として、銅板が用いられる。この他、第１の基板１０は、アルミニウム等から形成されても良い。また、第１の基板１０の下面（Ｚ軸負側の面）には、熱電変換素子４０の上側の電極と接合される第１の接続電極１１が形成されている。
【００１７】
枠部材２０は、平面視において略正方形の枠体からなっている。枠部材２０は、耐熱性に優れ、且つ、熱を伝導しにくい材料からなっている。たとえば、枠部材２０は、ポリプロピレンやポリカーボネート等の樹脂材料からなっている。枠部材２０の構成は、追って、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００１８】
第２の基板３０は、第１の基板１０と同様の形状および大きさを有し、また、第１の基板１０と同様の材料からなっている。第１の基板１０と同様、第２の基板３０が長方形等の他の形状であってもよい。また、第２の基板３０もまた、熱伝導特性に優れた材料からなっている。第２の基板３０の上面には、熱電変換素子４０の下側の電極と接合される第２の接続電極３１が形成されている。
【００１９】
図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、枠部材２０の組立過程を模式的に示す斜視図である。
【００２０】
枠部材２０は、一対の横支持部材２１と、一対の縦支持部材２２とからなっている。横支持部材２１および縦支持部材２２は、断面が略正方形の棒形状を有している。一対の横支持部材２１は、長さおよび形状が互いに同じである。一対の縦支持部材２２もまた、長さおよび形状が互いに同じである。横支持部材２１の断面形状と縦支持部材２２の断面形状は、互いに同じである。しかし、上記のように枠部材２０の輪郭が略正方形あるため、横支持部材２１の方が縦支持部材２２よりも長くなっている。枠部材２０の輪郭が長方形である場合、それに応じて、横支持部材２１の長さと縦支持部材２２の長さが調整される。
【００２１】
横支持部材２１および縦支持部材２２の断面形状は、種々の変更が可能である。しかし、横支持部材２１の高さ方向の寸法と縦支持部材２２の高さ方向の寸法は、図１（ａ）の第１の基板１０と第２の基板３０を所定の間隔で安定的に支持するために、同一であることが好ましい。
【００２２】
一対の横支持部材２１の上面には、横方向（Ｘ軸方向）に延びる横溝２１ａが縦方向（Ｙ軸方向）に一定ピッチで形成されている。便宜上、図３（ａ）〜（ｄ）には、一対の横支持部材２１のそれぞれに１０数個の横溝２１ａが図示されているが、実際には、さらに多くの横溝２１ａが横支持部材２１の上面に形成されている。
【００２３】
また、一対の縦支持部材２２の上面には、縦方向（Ｙ軸方向）に延びる縦溝２２ａが横方向（Ｘ軸方向）に一定ピッチで形成されている。便宜上、図３（ａ）〜（ｄ）には、一対の縦支持部材２２のそれぞれに１０数個の縦溝２２ａが図示されているが、実際には、さらに多くの縦溝２２ａが縦支持部材２２の上面に形成されている。
【００２４】
横溝２１ａの深さは、縦溝２２ａの深さよりも深くなっている。また、横溝２１ａのＹ軸方向の幅は、後述する横糸部材２３の径（Ｙ軸方向の幅）よりも小さく設定され、縦溝２２ａのＸ軸方向の幅は、後述する縦糸部材２４の径（Ｘ軸方向の幅）よりも小さく設定されている。本実施の形態では、横溝２１ａのＹ軸方向の幅は、横溝２１ａの全ての深さ位置において均一に設定され、また、縦溝２２ａのＸ軸方向の幅は、縦溝２２ａの全ての深さ位置において均一に設定されている。
【００２５】
枠部材２０の組み立て時には、まず、図３（ａ）に示すように一対の縦支持部材２２を一対の横支持部材２１の間に配置し、さらに、図３（ｂ）に示すように、一対の横支持部材２１で一対の縦支持部材２２を挟み込む。このとき、横支持部材２１と縦支持部材２２の接合部に接着剤を介在させて、横支持部材２１と縦支持部材２２とを接着剤で固定してもよい。
【００２６】
その後、図３（ｃ）に示すように、横糸部材２３の両端を、Ｘ軸方向に対向する横溝２１ａに嵌め込んで、一対の横支持部材２１に横糸部材２３を張り渡す。このとき、横糸部材２３は、所定のテンションで引っ張られた状態で、両端が横溝２１ａの最深部まで押し込まれる。上記のように、横糸部材２３の径は横溝２１ａのＹ軸方向の幅よりも大きいので、横糸部材２３の両端は、横溝２１ａによって強固に係止される。また、横糸部材２３は、所定のテンションで引っ張られた状態で一対の横支持部材２１間に張られるため、このテンションにより一対の横支持部材２１が互いに引き寄せられる。これにより、一対の横支持部材２１間に一対の縦支持部材２２が強固に挟まれて固定される。
【００２７】
こうして横糸部材２３の装着が完了すると、次に、図３（ｄ）に示すように、縦糸部材２４の両端を、Ｙ軸方向に対向する縦溝２２ａに嵌め込んで、一対の縦支持部材２２に縦糸部材２４を張り渡す。このとき、縦糸部材２４は、両端が縦溝２２ａの最深部まで押し込まれる。上記のように、縦糸部材２４の径は縦溝２２ａのＸ軸方向の幅よりも大きいので、縦糸部材２４の両端は、縦溝２２ａによって強固に係止される。これにより、枠部材２０の組み立てが完了する。
【００２８】
ここで、横糸部材２３および縦糸部材２４は、小径の糸状部材からなっている。横糸部材２３および縦糸部材２４の直径は、たとえば、０．１ｍｍ程度である。また、横糸部材２３および縦糸部材２４は、燃えにくく、且つ、熱により溶けにくい素材からなっている。たとえば、横糸部材２３および縦糸部材２４は、木綿等、耐熱コットン系の素材の糸により構成される。また、横糸部材２３および縦糸部材２４の色は、白など輻射熱を吸収しにくい色とすることが好ましい。
【００２９】
なお、図３（ｄ）に示す組立状態では、横溝２１ａが縦溝２２ａよりも深くなっているため、横糸部材２３の高さ位置と縦糸部材２４の高さ位置が互いに相違している。すなわち、縦糸部材２４は、横糸部材２３から所定の距離だけ高い位置に位置付けられている。横糸部材２３と縦糸部材２４は、互いに接触することなく、両者の間には所定の隙間が存在している。
【００３０】
次に、図１（ａ）〜図２（ｂ）を参照して熱電変換器１００の組立工程を説明する。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示す第２の接続電極３１に半田を塗布した状態で、第２の基板３０の上面に枠部材２０が重ねられる。この状態を平面視すると、横糸部材２３と縦糸部材２４とにより網目が形成され、それぞれの網目が、第２の基板３０上の第２の接続電極３１に重なっている。その後、図１（ｂ）に示すように、各網目に熱電変換素子４０を通すように、ジグを用いて、熱電変換素子４０が第２の基板３０上に設置される。こうして、図１（ｃ）に示すように、設置対象の全ての熱電変換素子４０が第２の基板３０上に設置される。この状態では、熱電変換素子４０の下側の電極が、半田を介して、第２の接続電極３１に載置されている。
【００３２】
なお、図１（ｃ）には、百数十個の熱電変換素子４０が図示されているが、実際には、さらに多くの熱電変換素子４０が第２の基板３０の上面に配置される。
【００３３】
しかる後、図２（ａ）に示すように、第１の基板１０が枠部材２０の上面に重ねられる。第１の基板１０の第１の接続電極１１には、予め、半田が塗布されている。したがって、第１の基板１０が枠部材２０の上面に重ねられると、第１の基板１０の第１の接続電極１１が、半田を介して、熱電変換素子４０の上側の電極に載置される。その後、第１の基板１０と第２の基板３０とを互いに接近させる圧力が付与された状態で、半田に対するリフロー処理が行われる。これにより、熱電変換素子４０の上下の電極が、それぞれ、半田により、第１の基板１０の第１の接続電極１１と、第２の基板３０の第２の接続電極３１に接合される。また、半田により、第１の基板１０と第２の基板３０が枠部材２０の上下面に固定される。こうして、図２（ｂ）に示すように、熱電変換器１００の組み立てが完了する。
【００３４】
なお、図１（ｂ）に示すように、熱電変換素子４０は、直方体形状を有し、上面および下面にそれぞれ電極（図示せず）が配置されている。熱電変換素子４０は、熱を直接電力に変換する半導体からなっている。熱電変換素子４０は、ゼーベック係数αと比抵抗ρと熱伝導率Ｋによって表される性能指数Ｚ（＝α２／ρＫ）が大きな材料（Ｂｉ２Ｔｅ３系材料、鉛・テルル系材料、シリコン・ゲルマニウム系材料等）にドーパントを添加したものである。添加するドーパントにより、ｐ型とｎ型の２種類の熱電変換素子４０が構成される。ｐ型の熱電変換素子４０を構成するためのドーパントとして、たとえば、Ｓｂが添加される。また、ｎ型の熱電変換素子４０を構成するためのドーパントとして、たとえば、Ｓｅが添加される。上下の電極は、半田に対する濡れ性の高い材料（ニッケル、クロム、タングステン等）からなることが好ましい。
【００３５】
第２の基板３０の上面には、上記のように添加するドーパントを変えることにより、ｐ型とｎ型の２種類の熱電変換素子４０が設置されている。たとえば、ｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０が、Ｘ軸方向に交互に一定間隔で並ぶように、第２の基板３０上に配置されている。また、このようにｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０が配置された列が、さらに、Ｙ軸方向に一定間隔で複数配置されている。
【００３６】
第１の基板１０の下面に配された第１の接続電極１１と、第２の基板３０の上面に配された第２の接続電極３１は、第２の基板３０に設置されたｐ型の熱電変換素子４０とｎ型の熱電変換素子４０を直列に接続するようにレイアウトされている。すなわち、上記のように熱電変換器１００の組み立てが完了すると、全ての熱電変換素子４０が、第１の接続電極１１と第２の接続電極３１によって直列に接続される。これにより、各熱電変換素子４０により生じた電力が累積される。累積された電力は、図示しない端子から取出される。
【００３７】
図４（ａ）〜（ｄ）は、第１の基板１０を枠部材２０に重ねる際の熱電変換器１００の組立工程を模式的に示す断面図である。図４（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。また、図４（ｃ）、（ｄ）には、それぞれ、Ｙ−Ｚ平面に平行な面で熱電変換器１００を切断したときの状態が模式的に示されている。
【００３８】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の接続電極３１の上面に半田５０が塗布され、半田５０の上に熱電変換素子４０が載置されている。また、第１の接続電極１１の下面にも半田６０が塗布されている。その後、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように第１の基板１０を枠部材２０に載置された状態でリフロー処理が行われる。これにより、熱電変換素子４０の上側の電極が半田６０により第１の接続電極１１に接合され、熱電変換素子４０の下側の電極が半田５０により第２の接続電極３１に接合される。
【００３９】
図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、枠部材２０の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法は、熱電変換素子４０の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法と、第１の接続電極１１および第２の接続電極３１の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法とを加算した寸法に略一致するように設定されている。これにより、第１の基板１０下面が枠部材２０の上面に接触し、第１の基板１０が枠部材２０によって支持されるようになる。
【００４０】
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、熱電変換器１００における熱電変換素子４０と横糸部材２３および縦糸部材２４との位置関係を模式的に示す図である。図５（ａ）は、熱電変換素子４０を上側（Ｚ軸正側）から見た平面図、図５（ｂ）は、２つの熱電変換素子４０を斜め上から見た斜視図である。
【００４１】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、隣り合う熱電変換素子４０間の隙間を通るように、横糸部材２３と縦糸部材２４が配置されている。また、熱電変換素子４０と横糸部材２３および縦糸部材２４との間には、僅かな隙間が設けられている。本実施の形態では、横糸部材２３が熱電変換素子４０の下部付近に位置付けられ、縦糸部材２４は、熱電変換素子４０の下部付近に位置付けられている。
【００４２】
なお、熱電変換素子４０の高さ方向の寸法Ｈは、たとえば、１ｍｍ程度である。これに対し、横糸部材２３および縦糸部材２４の径Ｄは、たとえば、０．１ｍｍ程度である。したがって、横糸部材２３と縦糸部材２４を、互いに接触させることなく、熱電変換素子４０の高さ方向の寸法Ｈの範囲内に円滑に配置できる。変換効率の向上のため熱電変換素子４０の高さ方向の寸法Ｈを０．５ｍｍ程度まで縮めても、横糸部材２３と縦糸部材２４を、互いに接触させることなく、熱電変換素子４０の高さ方向の寸法Ｈの範囲内に配置できる。
【００４３】
本実施の形態では、このように横糸部材２３と縦糸部材２４を配置することにより、第１の基板１０と第２の基板３０との間の輻射熱の伝搬を効果的に遮蔽することができる。たとえば、第１の基板１０を熱源に接触させて熱を電力に変換する場合、熱源側の第１の基板１０からの熱が、輻射熱として、反対側の第２の基板３０へと伝わることを抑制することができる。
【００４４】
図６（ａ）、（ｄ）は、それぞれ、横糸部材２３および縦糸部材２４による輻射熱の遮蔽作用を説明するための図である。
【００４５】
熱源から第１の基板１０に熱が伝導され、第１の基板１０の温度が上昇すると、図６（ａ）、（ｂ）に破線矢印で示すように、第１の基板１０の下面から下方向に輻射熱が放射される。ここで、上記実施の形態で示した横糸部材２３と縦糸部材２４が配置されていない場合、第１の基板１０の下面から放射された輻射熱は、隣り合う熱電変換素子４０間の隙間を通って第２の基板３０の上面へと到達し、この輻射熱によって第２の基板３０の温度が上昇する。このため、熱電変換素子４０の上端と下端の温度差が小さくなり、熱電変換素子４０の変換効率が低下してしまう。特に、この問題は、熱電変換素子４０の高さ方向の寸法が小さくなるに伴って顕著となる。
【００４６】
これに対し、本実施の形態では、隣り合う熱電変換素子４０間の隙間に横糸部材２３と縦糸部材２４が配置されている。これにより、第１の基板１０の下面から下方向に放射された輻射熱は、横糸部材２３と縦糸部材２４によって遮蔽され、第２の基板３０に到達しにくくなる。このため、熱源側の第１の基板１０により生じた輻射熱により第２の基板３０の温度が上昇することが抑制され、熱電変換素子４０の上端と下端の温度差を適正に保つことができる。熱電変換素子４０の変換効率を良好に維持することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、縦糸部材２４が第１の基板１０に接近して配置されているため、この縦糸部材２４によって、第１の基板１０から生じた輻射熱を効果的に抑制することができる。一般に、輻射熱は、遮蔽部材を熱源に接近させるほど、より効果的に遮蔽され得る。よって、第１の基板１０からの輻射熱を第２の基板３０に対して遮蔽するためには、下側の横糸部材２３の配置位置を上方向に移動させて、横糸部材２３を熱源側の第１の基板１０に接近させることが好ましい。
【００４８】
また、図６（ａ）、（ｂ）では、便宜上、隣り合う熱電変換素子４０間の隙間が大きく図示されているが、実際は、熱電変換素子４０間の隙間は、図６（ａ）、（ｂ）に示した隙間よりも数段小さい。よって、熱電変換素子４０間の隙間を通る輻射熱は、横糸部材２３と縦糸部材２４によって効果的に遮蔽され得る。
【００４９】
図７（ａ）〜（ｃ）は、上記構成の熱電変換器１００を、熱源となる配管５００に設置した場合の熱電変換システム１の構成を、それぞれ、正面、側方および上方から見た模式図である。
【００５０】
この構成では、熱電変換器１００が、押さえ板２００と、受け板３００と、ボルト４０１と、ナット４０２とからなる取り付け具によって、配管５００に取り付けられる。押さえ板２００は、熱伝導性に優れ、且つ、剛性が高い材料からなっている。押さえ板２００は、長方形の輪郭を有し、４隅にボルト４０１を通すための孔（図示せず）を有する。押さえ板２００には、Ｚ軸正側の面に、空冷のためのフィン２０１が一体形成されている。受け板３００は、長方形の輪郭を有し、４隅にボルト４０１を通すための孔（図示せず）を有する。受け板３００は、剛性が高い材料からなっている。
【００５１】
本実施の形態において、配管５００は、略正方形の断面形状を有している。配管５００は、高温の気体または液体の通路となるもので、内部を通る気体または液体によって、表面温度が高温となる。配管５００は、熱伝導性が高い金属材料からなっている。
【００５２】
熱電変換器１００は、第１の基板１０が配管５００の表面に接触した状態で、押さえ板２００によって押さえられる。図３（ｃ）に示すように、熱電変換器１００は、配管５００に対してＹ軸方向に略均等に位置付けられる。押さえ板２００は、Ｙ軸方向の略中央に熱電変換器１００が位置付けられるよう、熱電変換器１００に当てられる。この状態で、配管５００の反対側に受け板３００が当てられ、ボルト４０１が、受け板３００と押さえ板２００の孔（図示せず）に通される。その後、ボルト４０１の先端にナット４０２が装着され、ボルト４０１とナット４０２が締め付けられる。こうして、配管５００に対する熱電変換器１００の取り付けが完了する。
【００５３】
その後、配管５００に液体または気体が通り、配管５００の温度が上昇すると、熱電変換器１００の第１の基板１０側の温度が上昇する。これに対し、熱電変換器１００の第２の基板３０側は、フィン２０１による放熱によって、温度の上昇が抑えられる。これにより、熱電変換器１００内部に設置された熱電変換素子４０に温度差が生じ、この温度差により、熱電変換素子４０に電力が生じる。それぞれの熱電変換素子４０に生じた電力は、第１の基板１０に配置された第１の接続電極１１と第２の基板３０に配置された第２の接続電極３１を介して集められ、図示しない配線により外部に取出される。
【００５４】
なお、図７（ａ）〜（ｃ）の例では、押さえ板２００に空冷式のフィン２０１が設けられたが、押さえ板２００に冷却水を通すための流路を設けて、水冷式により、熱電変換器１００の第２の基板３０側を冷却する構成であってもよい。
【００５５】
＜実施形態の効果＞
本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明したとおり、本実施の形態に係る熱電変換器１００によれば、第１の基板１０から下向きに放射された輻射熱が横糸部材２３および縦糸部材２４によって遮蔽される。よって、熱電変換素子４０の高さ寸法を縮めた場合も、熱電変換素子４０の変換効率を適正に維持できる。
【００５７】
図５（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、横糸部材２３の高さ位置と縦糸部材２４の高さ位置が互いに相違するように、横糸部材２３と縦糸部材２４が枠部材２０に張られている。これにより、横糸部材２３と縦糸部材２４との間に、熱伝導率の低い空気のギャップが確保される。このため、第１の基板１０からの輻射熱が上側の縦糸部材２４に吸収されても、さらに、この熱が縦糸部材２４から横糸部材２３へと伝導することが抑止される。よって、第１の基板１０から下向きに放射された輻射熱により第２の基板３０の温度が上昇することが、より効果的に抑制され得る。
【００５８】
図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、枠部材２０は、横糸部材２３の両端が係止される横溝２１ａと、縦糸部材２４の両端が係止される縦溝２２ａとを有し、横溝２１ａと縦溝２２ａに、それぞれ、横糸部材２３の端部と縦糸部材２４の端部を上から押し込む構成となっている。このため、枠部材２０に対する横糸部材２３および縦糸部材２４の装着を簡易な作業により行うことができる。
【００５９】
横糸部材２３と縦糸部材２４は、それぞれ、両端が横溝２１ａと縦溝２２ａの最深部まで押し込まれることにより、枠部材２０に張られる。この構成によれば、横糸部材２３と縦糸部材２４の両端を、それぞれ、横溝２１ａと縦溝２２ａの最深部まで押し込むことにより、横糸部材２３と縦糸部材２４の高さ位置が決まるため、別途、横糸部材２３と縦糸部材２４の高さ調整を行う必要がない。よって、枠部材２０に対する横糸部材２３および縦糸部材２４の装着をより簡易な作業により行うことができる。
【００６０】
＜変更例＞
上記実施の形態では、縦糸部材２４を張る際のテンション（張力）については、特に言及しなかった。しかしながら、縦糸部材２４を張る際のテンション（張力）は、以下に説明するように、なるべく小さく設定する方が好ましい。
【００６１】
図８（ａ）は、横糸部材２３と縦糸部材２４が張られた状態の枠部材２０の平面図である。
【００６２】
上記実施の形態において、横糸部材２３は、所定のテンション１で引っ張られた状態で、両端が横溝２１ａの最深部まで押し込まれる。このように、横糸部材２３がテンション１で引っ張られた状態で一対の横支持部材２１間に張られると、このテンション１により一対の横支持部材２１が互いに引き寄せられる。これにより、一対の横支持部材２１間に一対の縦支持部材２２が強固に挟まれて固定される。
【００６３】
これに対し、縦糸部材２４のテンション２を高くすると、このテンション２によって、一対の縦支持部材２２が互いに引き寄せられる。これにより、一対の縦支持部材２２が、一対の横支持部材２１の内側の面を滑って、Ｙ軸方向に変位する惧れがある。このため、縦糸部材２４のテンション２はなるべく小さく設定することが好ましい。
【００６４】
以上の理由から、横糸部材２３のテンション１は、縦糸部材２４のテンション２よりも高く設定することが好ましく、テンション１はなるべく高く、テンション２はなるべく低く設定することが好ましい。これにより、縦支持部材２２の位置ずれを抑制でき、枠部材２０の形状を安定的に保つことができる。
【００６５】
また、上記実施の形態において、横溝２１ａのＹ軸方向の幅は、横溝２１ａの全ての深さ位置において一定に設定され、また、縦溝２２ａのＸ軸方向の幅は、縦溝２２ａの全ての深さ位置において一定に設定された。これに対し、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、横溝２１ａおよび縦溝２２ａの形状が変更されてもよい。図８（ｂ）、（ｃ）は、溝の長手方向に垂直な面で横溝２１ａ付近および縦溝２２ａ付近を切断した断面図である。
【００６６】
この変更例では、横溝２１ａおよび縦溝２２ａの上側の入口の幅が横糸部材２３および縦糸部材２４の直径（幅）よりも広く設定されている。また、横糸部材２３および縦糸部材２４を係止する係止部２１ｂ、２２ｂの幅が、横糸部材２３および縦糸部材２４の幅よりも狭く設定されている。さらに、入口から係止部２１ｂ、２２ｂへと横糸部材２３および縦糸部材２４を案内する案内面２１ｃ、２２ｃが設けられている。
【００６７】
この変更例によれば、図８（ｂ）に示すように、横溝２１ａおよび縦溝２２ａの上側の入口の幅が横糸部材２３および縦糸部材２４の直径（幅）よりも広く設定されているため、横糸部材２３および縦糸部材２４の両端を、容易に横溝２１ａおよび縦溝２２ａに嵌めることができる。また、入口から係止部２１ｂ、２２ｂへと横糸部材２３および縦糸部材２４を案内する案内面２１ｃ、２２ｃが設けられているため、図８（ｃ）に示すように、横糸部材２３および縦糸部材２４の両端を、容易に係止部２１ｂ、２２ｂへと押し込むことができる。
【００６８】
このように、この変更例によれば、枠部材２０に対する横糸部材２３および縦糸部材２４に装着作業をより簡易なものとすることができる。
【００６９】
また、上記実施の形態では、横糸部材２３と縦糸部材２４の両方が、枠部材２０に張られたが、何れか一方が省略されてもよい。また、横糸部材２３と縦糸部材２４は必ずしも同じ素材および径でなくてもよく、また、横糸部材２３および縦糸部材２４の断面形状が円でなくてもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、横糸部材２３の高さ位置と縦糸部材２４の高さ位置が互いに相違するように、横糸部材２３と縦糸部材２４が枠部材２０に張られたが、横糸部材２３の高さ位置と縦糸部材２４の高さ位置とが略同じとなるように、横糸部材２３と縦糸部材２４が枠部材２０に張られてもよい。糸部材２３と縦糸部材２４が互いに接触するように枠部材２０に張られてもよい。横糸部材２３の高さ位置と縦糸部材２４の高さ位置は、輻射熱の遮蔽に適する位置に適宜変更可能である。
【００７１】
また、上記実施の形態では、一対の横支持部材２１と一対の縦支持部材２２とを組み合わせることにより枠部材２０が構成されたが、枠部材２０の構成方法はこれに限られるものではなく、樹脂による一体成形により枠部材２０が形成されてもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態では、両端を横溝２１ａまたは縦溝２２ａに嵌め込むことにより横糸部材２３および縦糸部材２４が枠部材２０に装着されたが、横糸部材２３および縦糸部材２４の装着方法はこれに限られるものではない。たとえば、枠部材２０に設けた孔に横糸部材２３および縦糸部材２４の端部を通すことにより、横糸部材２３および縦糸部材２４が枠部材２０に装着されてもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、横糸部材２３および縦糸部材２４の両端を横溝２１ａおよび縦溝２２ａで係止する構成であったが、さらに、横糸部材２３および縦糸部材２４の両端を枠部材２０に接着剤により固定してもよく、横糸部材２３および縦糸部材２４の両端を枠部材２０により確実に固定する構成をさらに適用してもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、横溝２１ａの深さを縦溝２２ａの深さよりも深くしたが、横溝２１ａの深さを縦溝２２ａの深さよりも浅くしてもよい。また、上記実施の形態では、一対の横支持部材２１で一対の縦支持部材２２を挟む構成であったが、一対の縦支持部材２２で一対の横支持部材２１を挟む構成であってもよい。図８（ａ）の変更例の説明と同様、一対の縦支持部材２２で一対の横支持部材２１を挟む構成では、縦糸部材２４のテンションを横糸部材２３のテンションよりも高くすることが望ましい。
【００７５】
なお、上記実施の形態では、説明の便宜上、Ｙ軸方向を縦方向に設定し、Ｘ軸方向を横方向に設定したが、Ｘ軸方向を縦方向に置き換え、Ｙ軸方向を横方向に置き換えてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、横溝２１ａおよび縦溝２２ａの最深部まで横糸部材２３および縦糸部材２４の端部を押し込む構成であったが、必ずしも、横溝２１ａおよび縦溝２２ａの最深部まで横糸部材２３および縦糸部材２４の端部を押し込む構成でなくてもよい。また、図８（ａ）、（ｂ）の変更例では、案内面２１ｃ、２２ｃが平坦な傾斜面に図示されているが、案内面２１ｃ、２２ｃは必ずしも平坦でなくてもよく、曲面であってもよい。
【００７７】
さらに、上記実施の形態では、熱を電気に変換する熱電変換器を例に挙げて説明を行ったが、本発明は、電気を熱に変換する熱電変換器にも適用可能である。たとえば、本発明は、電圧を印加することにより第１の基板１０を冷却する熱電変換器にも適用され得る。
【００７８】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  …  第１の基板
２０  …  枠部材
２１  …  横支持部材
２１ａ  …  横溝
２１ｂ  …  係止部
２１ｃ  …  案内面
２２  …  縦支持部材
２２ａ  …  縦溝
２２ｂ  …  係止部
２２ｃ  …  案内面
２３  …  横糸部材
２４  …  縦糸部材
３０  …  第２の基板
４０  …  熱電変換素子
１００  …  熱電変換器
【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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