(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、
内部に前記排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、
各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が前記低温流体との間で熱移動可能に設けられ、他方側部（３０Ｈ）が前記排ガスとの間で熱移動可能に設けられて、前記排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、
複数の前記熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の前記他方側部と前記第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ；３０ｃ）の前記他方側部とを前記排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、
前記排ガス通路部材から前記第１の素子へ移動する熱流束を前記排ガス通路部材から前記第２の素子へ移動する熱流束よりも小さくするように前記排ガス通路部材と前記伝熱部材との間に設けられた、熱伝導性を有する熱量調整部材（５；１０５；６；１０６；３０６；７；１０７）と、
複数の前記熱電変換素子を収容するモジュールケース（３１；１３１）と、
を備え、
前記熱量調整部材は、熱伝導性および絶縁性を有し、前記モジュールケースの外面と前記排ガス通路部材とに挟まれた第１調整部材（５；１０５）、または熱伝導性を有し前記モジュールケースの内面と前記伝熱部材とに挟まれた第２調整部材（６；１０６）を含んで構成される熱電発電装置。
【請求項２】
前記熱量調整部材（５；１０５；６；１０６；７；１０７）は、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で前記排ガス通路部材と前記伝熱部材との間に隙間（２３；１２３）を形成し、さらに前記第２の素子に対応する位置で前記排ガス通路部材と前記伝熱部材とを連結するように構成されている請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記熱量調整部材（３０６）は、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で、前記伝熱部材と連結する前記第１の素子の部分の半分以上と重ならず、さらに前記第２の素子に対応する位置で、前記伝熱部材と連結する前記第２の素子の全体と重なって、前記排ガス通路部材と前記伝熱部材とを連結するように構成されている請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
熱伝導性を有し、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置から最下流の前記熱電変換素子に対応する位置にまで延びるように、前記排ガス通路部材の内壁面に接触して前記排ガス通路に設けられた伝熱促進部（２０）を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、
内部に前記排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、
各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が前記低温流体との間で熱移動可能に設けられ、他方側部（３０Ｈ）が前記排ガスとの間で熱移動可能に設けられて、前記排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、
複数の前記熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の前記他方側部と前記第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ；３０ｃ）の前記他方側部とを前記排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、
前記排ガス通路部材から前記第１の素子へ移動する熱流束を前記排ガス通路部材から前記第２の素子へ移動する熱流束よりも小さくするように前記排ガス通路部材と前記伝熱部材との間に設けられた、熱伝導性を有する熱量調整部材（５；１０５；６；１０６；７；１０７）と、
を備え、
前記熱量調整部材は、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で前記排ガス通路部材と前記伝熱部材との間に隙間（２３）を形成し、前記第１の素子に隣接する下流の素子に対応する位置において前記排ガス通路部材と前記伝熱部材とを連結するように構成されている熱電発電装置。
【請求項６】
熱伝導性を有し、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置から最下流の前記熱電変換素子に対応する位置にまで延びるように、前記排ガス通路部材の内壁面に接触して前記排ガス通路に設けられた伝熱促進部（２０）を備える請求項５に記載の熱電発電装置。
【請求項７】
複数の前記熱電変換素子を収容するモジュールケース（３１；１３１）を備え、
前記熱量調整部材は、熱伝導性および絶縁性を有し、前記モジュールケースの外面と前記排ガス通路部材とに挟まれた第１調整部材（５；１０５）、または熱伝導性を有し前記モジュールケースの内面と前記伝熱部材とに挟まれた第２調整部材（６；１０６）を含んで構成される請求項５または請求項６に記載の熱電発電装置。
【請求項８】
前記熱量調整部材は、前記第１調整部材と前記第２調整部材とを含んで構成され、
前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で、前記第２調整部材は前記伝熱部材と前記モジュールケースとに部分的に接触し、前記第１調整部材は前記モジュールケースと前記排ガス通路部材とに部分的に接触する請求項１から請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項９】
前記熱量調整部材は、前記第１調整部材と前記第２調整部材とを含んで構成され、
前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で、前記第２調整部材は前記伝熱部材と前記モジュールケースとの両方に接触しないように設けられ、前記第１調整部材は前記モジュールケースと前記排ガス通路部材との両方に接触しないように設けられている請求項１から請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項１０】
前記第１調整部材と前記第２調整部材のいずれか一方が、前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で設けられておらず、前記排ガスの流れ方向について前記第２の素子に対応する位置で設けられている請求項１から請求項４、請求項７のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項１１】
複数の前記熱電変換素子（３０）は、排ガス流れ方向に並ぶ所定個数の前記熱電変換素子をそれぞれ有して排ガス流れ方向に間隔をあけて設けられた複数の熱発電モジュール（１０３，２０３）を構成する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項１２】
複数の前記熱発電モジュールのうち排ガス流れの最上流に位置する最上流側モジュール（１０３）の方が、前記最上流側モジュールよりも下流側に位置する下流側モジュール（２０３）よりも前記熱量調整部材との接触面積が小さい請求項１１に記載の熱電発電装置。
【請求項１３】
エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、
内部に前記排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、
各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が前記低温流体との間で熱移動可能に設けられ他方側部（３０Ｈ）が前記排ガスとの間で熱移動可能に設けられて前記排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、
熱伝導性を有し、前記排ガス通路部材の内壁面に接触しかつ前記排ガスの流れ方向に沿って延びるように前記排ガス通路に設けられた伝熱促進部（１２０；２２０；３２０）と、
を備え、
前記伝熱促進部は、前記伝熱促進部の最上流端が、複数の前記熱電変換素子のうち排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）に隣接する下流の素子に対応する位置となるように、前記排ガス通路に設けられている熱電発電装置。
【請求項１４】
エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（１０２ａ）を形成する排ガス通路部材（１０２）と、
内部に前記排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（１０４）と、
各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が前記低温流体との間で熱移動可能に設けられ他方側部（３０Ｈ）が前記排ガスとの間で熱移動可能に設けられて前記排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、
複数の前記熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の前記他方側部と前記第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ，３０ｃ）の前記他方側部とを前記排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、
前記排ガス通路に設けられて前記伝熱部材と熱移動可能な状態で複数の前記熱電変換素子を収容するモジュールケース（２３１）と、
前記排ガスの流れ方向について前記第１の素子に対応する位置で前記モジュールケースに接触しないで前記第２の素子に対応する位置で前記モジュールケースに接触するように前記排ガス通路に設けられている熱量調整部材（１０８）と、
を備える熱電発電装置。
【請求項１５】
熱伝導性を有し、前記排ガス通路部材の内壁面に接触しかつ前記排ガスの流れ方向に沿って延びるように前記排ガス通路に設けられた伝熱促進部（４２０）を備え、
前記伝熱促進部は、前記伝熱促進部の最下流端が、複数の前記熱電変換素子のうち前記排ガス流れの最下流に位置する前記熱電変換素子よりも下流に位置するように、設けられている請求項１４に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、ゼーベック効果により熱エネルギを電力エネルギに変換する熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の排熱発電装置においては、排気管内の排ガス通路を流れる排ガスの温度がエンジンの負荷により大きく変動し、場合によっては熱電変換素子の使用上限温度を超える高温になることがある。そこで、熱電変換素子の高温端側の温度が使用上限温度を超えそうな場合に、エアコンプレッサ等の外気加圧装置を駆動して、排気管内の排ガス通路に外気を流し込み、排気管の表面温度を下げて熱電変換素子の温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置によれば、排ガス通路に圧縮空気を導入する冷却方式であるため、最も高温になりうる、排ガス流れの最上流に位置する熱電変換素子を冷却する効果が十分ではなく、改良の余地がある。さらに特許文献１の装置は、排ガス通路に圧縮空気を導入するためのデバイスを必要とし、圧縮空気を供給するための動力エネルギも大きく、この点においても改良の余地がある。
【０００５】
このような課題に鑑み、この明細書における開示の目的は、動力エネルギを抑えるとともに、排ガス流れの最上流に位置する熱電変換素子について温度上昇の抑制を図る熱電発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
開示された熱電発電装置のひとつは、エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、内部に排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が低温流体との間で熱移動可能に設けられ、他方側部（３０Ｈ）が排ガスとの間で熱移動可能に設けられて、排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、複数の熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の他方側部と第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ；３０ｃ）の他方側部とを排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、排ガス通路部材から第１の素子へ移動する熱流束を排ガス通路部材から第２の素子へ移動する熱流束よりも小さくするように排ガス通路部材と伝熱部材との間に設けられた、熱伝導性を有する熱量調整部材（５；１０５；６；１０６；７；１０７）と、を備え、熱量調整部材は、排ガスの流れ方向について第１の素子に対応する位置で排ガス通路部材と伝熱部材との間に隙間（２３）を形成し、第１の素子に隣接する下流の素子に対応する位置において排ガス通路部材と伝熱部材とを連結するように構成されている。
【０００８】
この熱電発電装置によれば、排ガス通路部材から第１の素子へ移動する熱流束を第２の素子へ移動する熱流束よりも小さくする熱量調整部材を備えることにより、第１の素子に到達する熱量は第２の素子に到達する熱量よりも小さくなる。これにより、最も温度が上がりやすい最上流側の第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができるので、第１の素子について温度上昇を抑制することができる。さらにこの効果は熱量調整部材の配置構成によって実現できるため、冷却性能を発揮するために従来技術のような動力エネルギを必要としない。以上より、この熱電発電装置によれば、動力エネルギを抑えるとともに、排ガス流れの最上流側の熱電変換素子について温度上昇の抑制を図ることができる。
開示された熱電発電装置のひとつは、エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、内部に排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が低温流体との間で熱移動可能に設けられ、他方側部（３０Ｈ）が排ガスとの間で熱移動可能に設けられて、排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、複数の熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の他方側部と第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ；３０ｃ）の他方側部とを排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、排ガス通路部材から第１の素子へ移動する熱流束を排ガス通路部材から第２の素子へ移動する熱流束よりも小さくするように排ガス通路部材と伝熱部材との間に設けられた、熱伝導性を有する熱量調整部材（５；１０５；６；１０６；３０６；７；１０７）と、複数の熱電変換素子を収容するモジュールケース（３１；１３１）と、を備え、熱量調整部材は、熱伝導性および絶縁性を有し、モジュールケースの外面と排ガス通路部材とに挟まれた第１調整部材（５；１０５）、または熱伝導性を有しモジュールケースの内面と伝熱部材とに挟まれた第２調整部材（６；１０６）を含んで構成される。
【０００９】
開示された熱電発電装置のひとつは、エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（２ａ）を形成する排ガス通路部材（２）と、内部に排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（４）と、各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が低温流体との間で熱移動可能に設けられ他方側部（３０Ｈ）が排ガスとの間で熱移動可能に設けられて排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、熱伝導性を有し、排ガス通路部材の内壁面に接触しかつ排ガスの流れ方向に沿って延びるように排ガス通路に設けられた伝熱促進部（１２０；２２０；３２０）と、を備える。伝熱促進部は、伝熱促進部の最上流端が、複数の熱電変換素子のうち排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）に隣接する下流の素子に対応する位置となるように、排ガス通路に設けられている。
【００１０】
この熱電発電装置によれば、伝熱促進部の最上流端が最上流の第１の素子よりも下流の熱電変換素子に対応する位置となるように排ガス通路に設けられているため、伝熱促進部は第１の素子に対応する位置には存在していない。この構成により、排ガスから伝熱促進部に伝わる熱経路は伝熱促進部、伝熱部材の順に移動し、伝熱部材において第１の素子よりも下流の素子に対応する位置で下流の素子に移動する熱量と伝熱部材を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材を排ガス上流側に移動してから第１の素子に向かうため、下流の素子に移動する熱量よりも、小さくなる。この熱量分配により、最も温度が上がりやすい最上流の第１の素子について温度上昇を抑制することができる。さらにこの効果は伝熱促進部の配置構成によって実現できるため、従来技術のような動力エネルギを必要としない。この熱電発電装置によれば、動力エネルギを抑えつつ排ガス流れの最上流側の熱電変換素子について温度上昇の抑制を図ることができる。
【００１１】
開示された熱電発電装置のひとつは、エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路（１０２ａ）を形成する排ガス通路部材（１０２）と、内部に排ガスよりも低温である低温流体が流れる低温通路（４０）を形成する低温通路部材（１０４）と、各熱電変換素子について一方側部（３０Ｌ）が低温流体との間で熱移動可能に設けられ他方側部（３０Ｈ）が排ガスとの間で熱移動可能に設けられて排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子（３０）と、複数の熱電変換素子のうち、排ガス流れの最上流に位置する第１の素子（３０ａ）の他方側部と第１の素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子（３０ｂ）の他方側部とを排ガス通路側において連結する伝熱部材（３３）と、排ガス通路に設けられて伝熱部材と熱移動可能な状態で複数の熱電変換素子を収容するモジュールケース（２３１）と、排ガスの流れ方向について第１の素子に対応する位置でモジュールケースに接触しないで第２の素子に対応する位置でモジュールケースに接触するように排ガス通路に設けられている熱量調整部材（１０８）と、を備える。
【００１２】
この熱電発電装置によれば、熱量調整部材は第１の素子に対応する位置でモジュールケースに接触しないで第２の素子に対応する位置でモジュールケースに接触する。この構成により、排ガスから熱量調整部材に伝わる熱経路は、熱量調整部材、モジュールケース、伝熱部材の順に移動し、伝熱部材において第２の素子に対応する位置で第２の素子に移動する熱量と伝熱部材を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材を排ガス上流側に移動してから第１の素子に向かうため、第２の素子に移動する熱量よりも、小さくなる。この熱量分配により、最も温度が上がりやすい最上流側の第１の素子について温度上昇を抑制することができる。さらにこの効果は熱量調整部材の配置構成によって実現できるため、従来技術のような動力エネルギを必要としない。この熱電発電装置によれば、動力エネルギを抑えるとともに排ガス流れの最上流側の熱電変換素子について温度上昇の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図２】第１実施形態の熱電発電装置の構成を示す部分拡大図である。
【図３】第１実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図４】第２実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図５】第２実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図６】第３実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図７】第３実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図８】第４実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図９】第４実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図１０】第５実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図１１】第５実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図１２】第６実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図１３】第６実施形態の熱電発電装置において他の熱量調整部材を備えることを示す概要図である。
【図１４】第７実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図１５】第７実施形態の熱電発電装置において排ガスに接触する他の伝熱促進部を備えることを示す概要図である。
【図１６】第８実施形態の熱電発電装置の構成を示す概要図である。
【図１７】第９実施形態の熱電発電装置において排ガスに接触する他の伝熱促進部を備えることを示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１５】
（第１実施形態）
第１実施形態の熱電発電装置１について、図１〜図３を参照して説明する。熱電発電装置１は、ゼーベック効果により熱エネルギを電力エネルギに変換して発電することができる装置である。熱電発電装置１は、熱電変換素子３０において一方側部と他方側部とに温度差が与えられると、電位差が生じて電子が流れる現象を利用して発電する。熱電発電装置１は、ゼーベック効果により熱エネルギを電力エネルギに変換する装置である。熱電発電装置１では、排ガスと排ガスよりも低温である低温流体とを用いて熱電変換素子３０の両側に温度差を与える。低温流体には排ガスと温度差を与えることが可能な任意の流体を採用することができる。この実施形態では、任意に選択可能な低温流体の一例として、自動車のエンジンの冷却水を用いる場合について説明する。
【００１６】
熱電発電装置１は、エンジンに接続した排気管２に対して熱移動可能な状態で設置されている。排気管２は熱伝導性に優れた材質で形成されている。エンジンは、例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンに適用される。
【００１７】
図１および図２に示すように、熱電発電装置１は、高温流体の排ガスが流れる排ガス通路２ａと、低温流体の冷却水が流れる低温通路４０と、排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子３０と、を備える。熱電発電装置１は、熱電変換素子３０の低温側部に接触する伝熱部材３２と、熱電変換素子３０の高温側部に接触する伝熱部材３３と、排気管２から伝熱部材３３に伝わる熱移動量を調整可能な構成を有する熱量調整部材５と、を備える。複数の熱電変換素子３０は、各熱電変換素子について一方側部の低温端３０Ｌが低温流体との間で熱移動可能に設けられ、他方側部の高温端３０Ｈが排ガスとの間で熱移動可能に設けられる。
【００１８】
熱発電モジュール３は複数の熱電変換素子３０を有する。熱発電モジュール３は排ガス通路２ａに沿うように並ぶ複数の熱電変換素子３０を有する。複数の熱電変換素子３０のうち、排ガス流れの最上流側に位置する第１の素子は、熱電変換素子３０ａであり、排ガスからの熱によって最も高温になりやすい素子である。したがって、熱電変換素子３０ａが熱発電モジュール３の素子のうち早く使用上限温度に達する可能性が高いことになる。
【００１９】
熱電変換素子３０は、交互に配列されるＰ型半導体素子とＮ型半導体素子とが網状に連結されて構成されている。熱電変換素子３０は、扁平状の箱体であるモジュールケース３１の内部に複数個収納されている。モジュールケース３１の内部には、複数の熱電変換素子３０が排ガスの流れ方向に並んで設置されている。熱電変換素子３０の酸化防止のため、モジュールケース３１の内部は、例えば、真空状態であったり、不活性ガスが充填されたりする。モジュールケース３１は内部の空間を封止する気密ケースでもある。モジュールケース３１は、例えばステンレス材により形成されている。また、モジュールケース３１は熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成してもよい。
【００２０】
低温端３０Ｌは、熱伝導性を有する伝熱部材３２を介してモジュールケース３１の低温通路４０側の壁部または低温通路部材４に接触している。高温端３０Ｈは、熱伝導性を有する伝熱部材３３を介してモジュールケース３１の排ガス通路２ａ側の壁部に接触している。また、伝熱部材３２は低温通路部材４やモジュールケース３１を介さないで直接低温流体に接触する形態でもよい。伝熱部材３２は熱伝導性と絶縁性を有する材質で形成されている。伝熱部材３２は、例えばセラミックによって形成することができる。伝熱部材３３は、熱発電モジュール３に含まれる複数の熱電変換素子３０に対して接触する一つの部材によって構成してもよいし、排ガス通路２ａに沿って並ぶ複数の部材によって構成してもよい。伝熱部材３３は熱伝導性と絶縁性を有する材質で形成されている。伝熱部材３３は、例えばセラミックによって形成することができる。
【００２１】
複数の部材によって伝熱部材３３を構成する場合、例えば、図２に図示するように、伝熱部材３３は、排ガス通路２ａに沿って並ぶ第１部材３３０と第２部材３３１とを少なくとも備えて構成される。第１部材３３０は、熱電変換素子３０ａの高温端３０Ｈと、熱電変換素子３０ａよりも排ガス流れの下流側に隣接する熱電変換素子３０ｂの高温端３０Ｈと、を排ガス通路２ａ側において連結する。第２部材３３１は、熱電変換素子３０ｂよりも下流側に隣接する熱電変換素子３０ｃの高温端３０Ｈと、熱電変換素子３０ｃよりも下流側に位置する少なくとも一つの素子の高温端３０Ｈと、を排ガス通路２ａ側において連結する。したがって、伝熱部材３３は、複数の熱電変換素子３０のうち、熱電変換素子３０ａの高温端３０Ｈと熱電変換素子３０ａよりも下流側に位置する少なくとも一つの熱電変換素子の高温端３０Ｈとを排ガス通路２ａ側において連結する熱伝導性部材である。
【００２２】
熱量調整部材５は、熱伝導性を有し、排気管２と伝熱部材３３との間に設けられて、排ガスの熱を伝熱部材３３に伝える機能を有する。熱量調整部材５は、図２に図示するように、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で排気管２に接触し、伝熱部材３３に接触するモジュールケース３１に接触している。熱量調整部材５は、最上流に位置する熱電変換素子３０ａに対応する位置で排気管２とモジュールケース３１との両方に接触していない。この位置で排気管２とモジュールケース３１の間には隙間２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は熱的に接続されてない。
【００２３】
熱量調整部材５は、排ガス流れ方向について熱電変換素子３０ａに対応する位置で排気管２とモジュールケース３１との間に隙間２３を形成し、さらに熱電変換素子３０ｂに対応する位置で排気管２と第２部材３３１とを連結している。熱量調整部材５は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｂへ伝わる熱流束ｑ２の経路と熱流束ｑ２の経路から分岐して上流側に第１部材３３０を伝わり最上流の熱電変換素子３０ａへ伝わる熱流束ｑ１の経路とで構成されている。図２に示す例では、熱電変換素子３０ｃに対応する位置において、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｃへ伝わる熱流束ｑ３の熱移動経路を形成する。このｑ３は、熱流束ｑ２の経路よりも下流側の経路に相当するため、熱電変換素子３０ｂに対応する位置においてｑ１とｑ２とに分岐する前の熱流束よりも小さい値であると考えられる。
【００２４】
このような構成により、熱量調整部材５は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束ｑ１を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束ｑ２よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。ここでいう熱流束は、単位時間に単位面積を横切る熱量のことであり、例えばＷ／ｍ２の単位である。熱流束は、熱の流れ方向の温度勾配に比例するため、高温部と各素子との温度勾配を測定することによって、熱流束の大小関係を特定することができる。
【００２５】
また、熱量調整部材５は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗ｔ１を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗ｔ２よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱抵抗ｔ１は、一つの素子における熱抵抗の２倍以下である。熱抵抗ｔ１がこのような大きさであるため、第１部材３３０から最上流の熱電変換素子３０ａへの熱移動を起こすことができる。
【００２６】
排ガス通路２ａは、排気管２の内部の通路であり、排ガスが熱発電モジュール３に対して熱を与える通路箇所２ａ１を含んでいる。通路箇所２ａ１の外側には、熱量調整部材５を介して熱発電モジュール３が設けられている。通路箇所２ａ１には、排ガスとの接触面積を拡大して熱交換性を高めることができる伝熱促進部２０が設けられている。
【００２７】
伝熱促進部２０は、排ガスの流れ方向について最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置から最下流の熱電変換素子３０に対応する位置にまで少なくとも延びるように、排気管２の内壁面に接触して排ガス通路２ａに設けられている。伝熱促進部２０は、多数のフィンによって構成することができる。伝熱促進部２０は熱伝導性を有し、耐熱性の高い材質、例えばステンレスまたはステンレス合金で形成されている。また伝熱促進部２０は、熱伝導性に優れたアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成してもよい。伝熱促進部２０は、排気管２の内壁面に接触する構成であってもよい。低温通路４０は、排ガス通路２ａを取り囲む通路であり、低温通路部材４の内部に形成されている。低温通路部材４は、横断面が環状である筒体をなしている。
【００２８】
低温流体入口４０ａから流入した冷却水は低温通路部材４内を通過したのち低温流体出口４０ｂから流出する間に熱電変換素子３０の低温端３０Ｌを冷却する。排ガスは排ガス通路２ａを流通する際に通路箇所２ａ１において伝熱促進部２０や排気管２の内壁面に接触して熱電変換素子３０の高温端３０Ｈを加熱する。熱電変換素子３０は、一方の面に高温流体や高温流体と熱伝達可能な高温部が接触し他方の面に低温流体や低温流体と熱伝達可能な低温部が接触することで、熱電変換素子３０の一方側と他方側とに温度差が生じ電位差に起因する電子の移動によって発電する。
【００２９】
熱電発電装置１は図３に示す熱量調整部材１０５を備えるものでもよい。熱量調整部材１０５は、熱量調整部材５と同様の材質、機能を有する。熱量調整部材１０５は、図３に図示するように、熱電変換素子３０ｃおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で排気管２に接触し、伝熱部材３３に接触するモジュールケース３１に接触している。熱量調整部材１０５は、熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で排気管２とモジュールケース３１との両方に接触していない。熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で排気管２とモジュールケース３１との間には隙間１２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は伝熱部材によって熱的に接続されてない。
【００３０】
熱量調整部材１０５は、最上流の素子から数えて３番目の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とを連結している。熱量調整部材１０５は、最上流から３番目の熱電変換素子３０ｃに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｃへ伝わる熱流束の経路とこの経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の素子と２番目の素子とにそれぞれ分かれる経路とで構成されている。
【００３１】
このような構成により、熱量調整部材１０５は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへ移動する各熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｃへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００３２】
また、熱量調整部材１０５は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへの各熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｃへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００３３】
次に、第１実施形態の熱電発電装置１がもたらす作用効果について説明する。熱電発電装置１は、エンジンから排出された排ガスが流れる排ガス通路２ａを形成する排気管２と、内部に低温流体が流れる低温通路４０を形成する低温通路部材４と、熱発電モジュール３と、伝熱部材３３と、熱量調整部材５と、を備える。熱発電モジュール３は、それぞれについて低温端３０Ｌが低温流体との間で熱移動可能に設けられ、高温端３０Ｈが排ガスとの間で熱移動可能に設けられて排ガスの流れ方向に沿って並ぶ複数の熱電変換素子３０を有する。伝熱部材３３は、複数の熱電変換素子３０のうち最上流側の第１の素子の高温端３０Ｈとこの素子よりも下流側に位置する少なくとも一つの第２の素子の高温端３０Ｈとを排ガス通路２ａ側において連結する。熱量調整部材５は、排気管２から第１の素子へ移動する熱流束ｑ１を排気管２から第２の素子へ移動する熱流束ｑ２よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００３４】
この熱電発電装置１によれば、排気管２から第１の素子へ移動する熱流束ｑ１を第２の素子へ移動する熱流束ｑ２よりも小さくする熱量調整部材５を備えることにより、第１の素子への到達熱量は第２の素子への到達熱量よりも小さくなる。これにより、最上流にあって最も温度が上がりやすい第１の素子に移動する熱量をこれよりも下流側の素子に移動する熱量よりも抑えること可能になり、第１の素子について温度上昇を抑制でき、劣化等を抑制することができる。この効果は熱伝導性を有する熱量調整部材５によって実現できるので、従来技術のような動力エネルギを必要としない熱電発電装置１を提供できる。
【００３５】
熱量調整部材５または熱量調整部材１０５は、第１の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３との間に隙間２３または隙間１２３を形成し、さらに第２の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とを連結するように構成されている。
【００３６】
この構成によれば、排ガスからの熱は熱量調整部材、伝熱部材３３の順に移動して、伝熱部材３３において第２の素子に対応する位置で第２の素子に移動する熱量と伝熱部材３３を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき、第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材３３を上流側に移動してから第１の素子に向かうため、第２の素子に移動する熱量よりも小さくなる。したがって、最も温度が上がりやすい最上流側の第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができるので、第１の素子の温度上昇を抑制できる熱分岐路を提供できる。
【００３７】
熱電発電装置１は、熱伝導性を有し、排ガスの流れ方向について最上流の第１の素子に対応する位置から最下流の素子に対応する位置にまで延びるように、排気管２の内壁面に接触して排ガス通路２ａに設けられた伝熱促進部２０を備える。この構成によれば、伝熱促進部２０によって排ガスの熱量が排気管２に伝わりやすくなるため、発電性能を高めるとともに、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱電発電装置１を提供できる。
【００３８】
熱電発電装置１は、熱伝導性を有しモジュールケース３１の外面と排気管２とに挟まれた第１調整部材としての熱量調整部材５や熱量調整部材１０５を備えている。この構成によれば、モジュールケース３１と排気管２との間の熱経路を構築して、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱分岐路を実現できる熱量調整部材を提供することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
第２実施形態の熱電発電装置１０１について図４、図５を参照して説明する。図４、図５において第１実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００４０】
熱電発電装置１０１は、モジュールケース１３１の内部で、伝熱部材３３とモジュールケース１３１の内面とに接触する熱量調整部材６を備えている。モジュールケース１３１は排気管２の外表面に接触している。したがって、排ガスの熱は、排気管２、モジュールケース１３１、熱量調整部材６、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００４１】
熱量調整部材６は、熱伝導性および絶縁性を有しモジュールケース１３１の壁と伝熱部材３３との間に設けられて、排ガスの熱を伝熱部材３３に伝える機能を有する。熱量調整部材６は、熱量調整部材５と同様に、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置でモジュールケース１３１と伝熱部材３３に接触している。熱量調整部材６は、最上流に位置する熱電変換素子３０ａに対応する位置でモジュールケース１３１と伝熱部材３３との両方に接触していない。この位置で伝熱部材３３とモジュールケース３１の間には隙間２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は伝熱部材によって熱的に接続されてない。
【００４２】
熱量調整部材６は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｂへ伝わる熱流束の経路とこの熱流束の経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の熱電変換素子３０ａへ伝わる熱流束の経路とで構成されている。
【００４３】
このような構成により、熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００４４】
熱電発電装置１０１は図５に示す熱量調整部材１０６を備えるものでもよい。熱量調整部材１０６は、熱量調整部材６と同様の材質、機能を有する。熱量調整部材１０６は、熱電変換素子３０ｃおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１とに接触している。熱量調整部材１０６は、熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１との両方に接触していない。熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１との間には隙間１２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は熱的に接続されてない。
【００４５】
熱量調整部材１０６は、最上流の素子から数えて３番目の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１とを連結している。熱量調整部材１０６は、最上流から３番目の熱電変換素子３０ｃに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｃへ伝わる熱流束の経路と、この経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の素子と２番目の素子とにそれぞれ分かれる経路とである。
【００４６】
このような構成により、熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへ移動する各熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｃへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００４７】
また、熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへの各熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｃへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００４８】
熱電発電装置１０１は、モジュールケース１３１の内面と伝熱部材３３とに挟まれた第２調整部材としての熱量調整部材６や熱量調整部材１０６を備えている。この構成によれば、熱電変換素子３０とモジュールケース１３１とを絶縁するとともに、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱分岐路を実現できる熱量調整部材を提供することができる。したがって、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱電発電装置１について部品点数を低減することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態の熱電発電装置１０１について図４、図５を参照して説明する。図４、図５において第１実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００５０】
熱電発電装置１０１は、モジュールケース１３１の内部で、伝熱部材３３とモジュールケース１３１の内面とに接触する熱量調整部材６を備えている。モジュールケース１３１は排気管２の外表面に接触している。したがって、排ガスの熱は、排気管２、モジュールケース１３１、熱量調整部材６、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００５１】
熱量調整部材６は、熱伝導性および絶縁性を有しモジュールケース１３１の壁と伝熱部材３３との間に設けられて、排ガスの熱を伝熱部材３３に伝える機能を有する。熱量調整部材６は、熱量調整部材５と同様に、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置でモジュールケース１３１と伝熱部材３３に接触している。熱量調整部材６は、最上流に位置する熱電変換素子３０ａに対応する位置でモジュールケース１３１と伝熱部材３３との両方に接触していない。この位置で伝熱部材３３とモジュールケース３１の間には隙間２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は伝熱部材によって熱的に接続されてない。
【００５２】
熱量調整部材６は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｂへ伝わる熱流束の経路とこの熱流束の経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の熱電変換素子３０ａへ伝わる熱流束の経路とで構成されている。
【００５３】
このような構成により、熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００５４】
熱電発電装置１０１は図５に示す熱量調整部材１０６を備えるものでもよい。熱量調整部材１０６は、熱量調整部材６と同様の材質、機能を有する。熱量調整部材１０６は、熱電変換素子３０ｃおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１とに接触している。熱量調整部材１０６は、熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１との両方に接触していない。熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１との間には隙間１２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は熱的に接続されてない。
【００５５】
熱量調整部材１０６は、最上流の素子から数えて３番目の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１とを連結している。熱量調整部材１０６は、最上流から３番目の熱電変換素子３０ｃに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｃへ伝わる熱流束の経路と、この経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の素子と２番目の素子とにそれぞれ分かれる経路とである。
【００５６】
このような構成により、熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへ移動する各熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｃへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００５７】
また、熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへの各熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｃへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００５８】
熱電発電装置１０１は、モジュールケース１３１の内面と伝熱部材３３とに挟まれた第２調整部材としての熱量調整部材６や熱量調整部材１０６を備えている。この構成によれば、熱電変換素子３０とモジュールケース１３１とを絶縁するとともに、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱分岐路を実現できる熱量調整部材を提供することができる。したがって、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱電発電装置１について部品点数を低減することができる。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態の熱電発電装置２０１について図６、図７を参照して説明する。図６、図７において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第３実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６０】
熱電発電装置２０１は、第１実施形態の熱量調整部材５と第２実施形態の熱量調整部材６との両方を備えている。モジュールケース１３１は熱量調整部材５を介して排気管２と熱移動可能に構成されている。伝熱部材３３は熱量調整部材６を介してモジュールケース１３１と熱移動可能に構成されている。したがって、排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材５、モジュールケース１３１、熱量調整部材６、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００６１】
熱量調整部材５および熱量調整部材６は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。このような構成により、熱量調整部材５および熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材５および熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００６２】
熱電発電装置２０１は図７に示す第１実施形態の熱量調整部材１０５と第１実施形態の熱量調整部材１０６とを備えるものでもよい。熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で伝熱部材３３と排気管２との間には、モジュールケース１３１の壁が介在する隙間１２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は熱的に接続されてない。
【００６３】
熱量調整部材１０５および熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへ移動する各熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｃへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材１０５および熱量調整部材１０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへの各熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｃへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００６４】
また、熱量調整部材６や熱量調整部材１０６は、第１の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１とに部分的に接触してもよい。熱量調整部材５や熱量調整部材１０５は、第１の素子に対応する位置でモジュールケース１３１と排気管２とに部分的に接触してもよい。この構成によれば、排ガスの熱は熱分岐経路を形成することなく熱量調整部材を介して第１の素子の一部に移動し、一方、排ガスの熱は熱量調整部材を介して第２の素子の全体に移動することになる。このため、排ガスの熱は、伝熱部材３３において第１の素子の一部に対応する位置で第１の素子に直接移動する熱量と伝熱部材３３を介して第１の素子の残りの部分に移動する熱量とに分かれる。したがって、最も温度が上がりやすい第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができるので、第１の素子の劣化を抑制することに寄与する。
【００６５】
熱量調整部材６は第１の素子に対応する位置で伝熱部材３３とモジュールケース１３１との両方に接触しないように設けられている。熱量調整部材５は第１の素子に対応する位置でモジュールケース１３１と排気管２との両方に接触しないように設けられている。この構成によれば、排ガスの熱は熱量調整部材５および熱量調整部材６を介して第２の素子の全体に直接移動するが、第１の素子には直接移動できない。排ガスの熱は、第２の素子に直接移動する熱経路から分岐して伝熱部材３３を介して第１の素子に移動する熱経路に分かれて第１の素子を加熱する。したがって、最も温度が上がりやすい第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができる熱分岐経路により、第１の素子の劣化を抑制可能な熱電発電装置２０１を提供できる。
【００６６】
（第４実施形態）
第４実施形態の熱電発電装置３０１について図８、図９を参照して説明する。図８、図９において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第４実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６７】
熱電発電装置３０１は、熱量調整部材２０５と第２実施形態の熱量調整部材６とを備えている。熱量調整部材２０５は、排ガスの流れ方向について最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置から最下流の熱電変換素子３０に対応する位置にまで延びる長さを有する。熱量調整部材２０５は、その長さ方向全体に渡って排気管２とモジュールケース１３１に接触している。モジュールケース１３１は熱量調整部材２０５を介して排気管２と熱移動可能に構成されている。したがって、排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材２０５、モジュールケース１３１、熱量調整部材６、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００６８】
熱量調整部材２０５および熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材２０５および熱量調整部材６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００６９】
熱電発電装置３０１は図９に示す第１実施形態の熱量調整部材５と熱量調整部材２０６とを備えるものでもよい。熱量調整部材２０６は、排ガスの流れ方向について最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置から最下流の熱電変換素子３０に対応する位置にまで延びる長さを有する。熱量調整部材２０６は、その長さ方向全体に渡って、伝熱部材３３とモジュールケース１３１に接触している。したがって、モジュールケース１３１は熱量調整部材２０６を介して伝熱部材３３と熱移動可能に構成されている。排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材５、モジュールケース１３１、熱量調整部材２０６、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００７０】
熱量調整部材５および熱量調整部材２０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材５および熱量調整部材２０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００７１】
熱電発電装置３０１によれば、第１調整部材と第２調整部材のいずれか一方が、排ガスの流れ方向について第１の素子に対応する位置で設けられておらず、排ガスの流れ方向について第２の素子に対応する位置で設けられている。第１調整部材は、排気管２とモジュールケース１３１との間に介在する熱量調整部材である。第２調整部材は、伝熱部材３３とモジュールケース１３１の内面とで挟まれる熱量調整部材である。この構成によれば、伝熱部材３３とモジュールケース１３１の電気絶縁を確保しつつ、最も温度が上がりやすい第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができる熱分岐路を提供できる。
【００７２】
（第５実施形態）
第５実施形態の熱電発電装置４０１について図１０、図１１を参照して説明する。図１０、図１１において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第５実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００７３】
図１０に示すように、熱電発電装置４０１は、第１実施形態の熱電発電装置１に対してモジュールケースを備えない装置である。したがって、熱量調整部材７は、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で伝熱部材３３と排気管２との両方に接触している。また、低温通路部材４は伝熱部材３２と接触している。
【００７４】
熱量調整部材７は、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で伝熱部材３３と排気管２との両方に接触している。熱量調整部材７は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とを連結している。熱量調整部材７は、最上流に位置する熱電変換素子３０ａに対応する位置で伝熱部材３３と排気管２との両方に接触していない。この位置で伝熱部材３３と排気管２との間には隙間２３が形成され、排気管２と伝熱部材３３は熱的に接続されてない。排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材７、伝熱部材３３の順に移動して各熱電変換素子３０に伝わる。
【００７５】
熱量調整部材７は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ｂへ伝わる熱流束の経路と熱流束の経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり最上流の熱電変換素子３０ａへ伝わる熱流束の経路とで構成されている。
【００７６】
このような構成により、熱量調整部材７は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材７は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００７７】
熱電発電装置３０１は熱量調整部材７の代わりに図１１に示す熱量調整部材１０７を備えるものでもよい。熱量調整部材１０７は、熱量調整部材７とは長さ寸法が異なり、熱電変換素子３０ｃおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とに接触している。熱量調整部材１０７は、熱電変換素子３０ａおよび熱電変換素子３０ｂに対応する位置で排気管２と伝熱部材３３との両方に接触していない。
【００７８】
熱量調整部材１０７は、最上流の素子から数えて３番目の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とを連結している。熱量調整部材１０７は、最上流から３番目の熱電変換素子３０ｃに対応する位置における、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に第１実施形態と同様の熱分岐路を形成する。
【００７９】
このような構成により、熱量調整部材１０７は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへ移動する各熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｃへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材１０７は、排気管２から熱電変換素子３０ａや熱電変換素子３０ｂへの各熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｃへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００８０】
熱電発電装置４０１によれば、熱量調整部材７または熱量調整部材１０７は、排ガスの流れ方向について第１の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３との間に隙間２３または隙間１２３を形成する。さらに熱量調整部材７または熱量調整部材１０７は、第２の素子に対応する位置で排気管２と伝熱部材３３とを連結するように構成されている。
【００８１】
この構成によれば、排ガスからの熱は熱量調整部材、伝熱部材３３の順に移動し、伝熱部材３３において第２の素子に対応する位置で第２の素子に移動する熱量と伝熱部材３３を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材３３を上流側に移動してから第１の素子に向かうため、第２の素子に移動する熱量よりも小さくなる。したがって、最も温度が上がりやすい最上流側の第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えることができるので、第１の素子の温度上昇を抑制可能な熱分岐路を有する熱電発電装置４０１を提供できる。
【００８２】
（第６実施形態）
第６実施形態の熱電発電装置５０１について図１２、図１３を参照して説明する。図１２、図１３において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第６実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００８３】
図１２に示すように熱電発電装置５０１は、モジュールケース１３１の内部に、排ガス流れ方向に並ぶ所定個数の熱電変換素子３０をそれぞれ有して排ガス流れ方向に間隔をあけて設けられた複数の熱発電モジュールを備える。排ガス流れの最上流側に位置する最上流側モジュールとしての熱発電モジュール１０３は、伝熱部材１３３が最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置で熱量調整部材３０６と部分的に接触する。熱発電モジュール１０３は、熱電変換素子３０ａよりも下流側の熱電変換素子３０ｂおよびこれより下流の素子に対応する位置の全体に渡って熱量調整部材３０６と接触する。熱量調整部材３０６が伝熱部材１３３と接触していない位置で、伝熱部材１３３とモジュールケース１３１の内面との間には隙間２２３が形成され、排気管２と伝熱部材１３３は熱的に接続されてない。排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材２０５、熱量調整部材３０６、伝熱部材１３３の順に移動して熱発電モジュール１０３の各熱電変換素子３０に伝わる。
【００８４】
所定の間隔をあけて熱発電モジュール１０３よりも下流側に位置する熱発電モジュール２０３は、伝熱部材２３３が最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置で熱量調整部材３０６と部分的に接触する。熱発電モジュール２０３は、熱電変換素子３０ａよりも下流側の熱電変換素子３０ｂおよびこれより下流の素子に対応する位置の全体に渡って熱量調整部材３０６と接触する。排ガスの熱は、排気管２、熱量調整部材２０５、熱量調整部材３０６、伝熱部材１３３の順に移動して熱発電モジュール２０３の各熱電変換素子３０に伝わる。
【００８５】
熱量調整部材３０６は、熱電変換素子３０ｂに対応する位置において排ガス通路２ａから熱電変換素子３０への熱移動経路に熱分岐路を形成する。この熱分岐路は、排ガス通路２ａから熱電変換素子３０ａの一部へ伝わる熱流束の経路とこの熱流束の経路から分岐して上流側に伝熱部材３３を伝わり熱電変換素子３０ａの上流側部分へ伝わる熱流束の経路とで構成されている。このような構成により、熱量調整部材３０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。また、熱量調整部材３０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくするように排気管２と伝熱部材３３との間に設けられている。
【００８６】
また、熱量調整部材３０６は、第１の素子に対応する位置で、伝熱部材１３３と連結する第１の素子の部分の半分以上と重ならない。熱量調整部材３０６は、さらに第２の素子に対応する位置で伝熱部材１３３と連結する第２の素子の全体と重なって、排気管２と伝熱部材１３３とを連結している。この構成によれば、排ガスの熱は熱分岐経路を形成することなく熱量調整部材３０６を介して第１の素子表面の半分以下の部分から第１の素子に移動し、一方、排ガスの熱は熱量調整部材３０６を介して第２の素子の全体に移動することになる。このため、排ガスの熱は、伝熱部材１３３において第１の素子の一部に対応する位置で第１の素子に直接移動する熱量と伝熱部材１３３を介して第１の素子の残りの部分に移動する熱量とに分かれる。したがって、最も温度が上がりやすい第１の素子に移動する熱量を下流側の素子に移動する熱量よりも抑えられるので、第１の素子の劣化を抑制することに寄与する。
【００８７】
熱電発電装置５０１は、熱発電モジュール１０３よりも下流側に位置する熱発電モジュール２０３への熱量調整手段として、図１３に示す熱量調整部材４０６を備えるものでもよい。下流側に位置する熱発電モジュール２０３は、最上流の熱電変換素子３０ａから最下流の素子に対応する位置の全体に渡って熱量調整部材４０６と接触する。熱発電モジュール２０３においては、伝熱部材２３３と排気管２との間には隙間が形成されていない。したがって、複数の熱発電モジュールのうち、最上流側に位置する最上流側モジュールの方が、下流側モジュールよりも熱量調整部材との接触面積が小さくなっている。この構成によれば、熱量調整部材３０６は、最上流側モジュールにおいて排気管２から熱電変換素子３０ａへ移動する熱流束を排気管２から熱電変換素子３０ｂへ移動する熱流束よりも小さくすることができる。また、熱量調整部材３０６は、排気管２から熱電変換素子３０ａへの熱抵抗を排気管２から熱電変換素子３０ｂへの熱抵抗よりも大きくすることができる。
【００８８】
（第７実施形態）
第７実施形態の熱電発電装置６０１について図１４、図１５を参照して説明する。図１４、図１５において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第７実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００８９】
図１４に示すように、熱電発電装置６０１は、第１実施形態の装置に対して、排ガスから第１の素子に移動する熱量を他の素子への移動熱量よりも小さくするための手段が相違している。熱電発電装置６０１は、第４実施形態と同様の熱量調整部材２０５を備えている。熱量調整部材２０５は、すべての熱電変換素子３０に対応する長さ全体に渡って排気管２とモジュールケース１３１に接触している。
【００９０】
熱電発電装置６０１は、熱伝導性を有し、排気管２の内壁面に接触しかつ排ガスの流れ方向に沿って延びるように排ガス通路２ａに設けられた伝熱促進部１２０を備える。伝熱促進部１２０は、伝熱促進部１２０の最上流端が、複数の熱電変換素子３０のうち排ガス流れの最上流に位置する第１の素子よりも下流に設けられた熱電変換素子に対応する位置となるように排ガス通路２ａに設けられている。すなわち、伝熱促進部１２０は、第１実施形態の伝熱促進部２０とはその設置箇所が異なる。伝熱促進部１２０は、熱電変換素子３０ａよりも排ガス流れの下流側の素子、例えば熱電変換素子３０ｂ以降の素子に対応する位置において排ガス通路２ａに設けられていため、熱電変換素子３０ａへの熱移動量が他の素子への熱移動量よりも小さくなる。
【００９１】
熱電発電装置６０１は、図１５に示す伝熱促進部２２０を備えるものでもよい。伝熱促進部２２０は、伝熱促進部１２０に対して、伝熱促進部２２０の下流端部が最下流の素子に対応する位置よりもさらに下流まで延びている点が相違する。
【００９２】
この熱電発電装置６０１によれば、伝熱促進部１２０，２２０の最上流端が最上流の第１の素子よりも下流の熱電変換素子に対応する位置となるように排ガス通路２ａに設けられているため、伝熱促進部は第１の素子に対応する位置には存在していない。排ガスから伝熱促進部１２０，２２０に伝わる熱経路は、伝熱促進部から排気管２等を経て伝熱部材３３に移動する。伝熱部材３３において第１の素子よりも下流の素子に対応する位置で、下流の素子に移動する熱量と伝熱部材３３を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材３３を排ガス上流側に移動してから第１の素子に向かうため、下流の素子に移動する熱量よりも小さくなる。この熱量分配により、最も温度が上がりやすい最上流の第１の素子について温度上昇を抑制できる。さらにこの効果は伝熱促進部１２０，２２０の配置構成によって実現できるため、従来技術のような動力エネルギを必要としない熱電発電装置６０１を提供できる。
【００９３】
（第８実施形態）
第８実施形態の熱電発電装置７０１について図１６を参照して説明する。図１６において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第８実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００９４】
図１６に示すように、熱電発電装置７０１は、排気管１０２内の排ガス通路１０２ａに低温通路部材１０４とモジュールケース２３１とが設けられた構成である。したがって、モジュールケース２３１の外周面には、熱伝導性を有する熱伝導性部材８が設けられている。熱伝導性部材８は、排ガスの熱が高温端３０Ｈ側の伝熱部材３２に効率的に伝わる機能を有している。通路箇所１０２ａ１には、伝熱促進部３２０が設けられている。伝熱促進部３２０は、第７実施形態の伝熱促進部２２０と同様の構成であり、伝熱促進部１２０や伝熱促進部２２０と同様の作用効果を奏する。この熱電発電装置７０１によれば、前述した熱電発電装置６０１と同様の作用、効果を奏する。
【００９５】
（第９実施形態）
第９実施形態の熱電発電装置８０１について図１７を参照して説明する。図１７において前述の実施形態の図面と同じ符号を付した構成は、前述の実施形態と同様である。第９実施形態で特に説明しない構成、処理、作用、効果については、前述の実施形態と同様であり、以下、前述の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００９６】
図１７に示すように、熱電発電装置８０１は、第８実施形態の熱電発電装置８０１に対して、熱量調整部材１０８と伝熱促進部４２０とが相違する。熱量調整部材１０８は、熱伝導性部材８に対して、その設置箇所が相違する。熱量調整部材１０８は、図１７に図示するように、熱電変換素子３０ｂおよびこの素子よりも下流側の素子に対応する位置でモジュールケース２３１に接触している。熱量調整部材１０８は、最上流に位置する熱電変換素子３０ａに対応する位置でモジュールケース２３１に接触していない。
【００９７】
伝熱促進部４２０は、排ガスの流れ方向について最上流の熱電変換素子３０ａに対応する位置から最下流の熱電変換素子３０に対応する位置にまで少なくとも占める長さを有する。
【００９８】
熱電発電装置８０１によれば、排ガスの流れ方向について第１の素子に対応する位置でモジュールケース２３１に接触しないで第２の素子に対応する位置でモジュールケース２３１に接触するように排ガス通路２ａに設けられる熱量調整部材１０８を備える。
【００９９】
この構成によれば、排ガスから熱量調整部材１０８に伝わる熱経路は、熱量調整部材１０８、モジュールケース２３１、伝熱部材３３の順に移動する。伝熱部材３３において第２の素子に対応する位置で第２の素子に移動する熱量と伝熱部材３３を介して第１の素子に移動する熱量とに分かれる。このとき第１の素子に移動する熱量は、熱が伝熱部材３３を排ガス上流側に移動してから第１の素子に向かうため、第２の素子に移動する熱量よりも小さくなる。この熱量分配によって、最も温度が上がりやすい最上流側の第１の素子について温度上昇を抑制できる。このように熱電発電装置８０１は、前述した熱電発電装置６０１と同様の作用、効果を奏する。
【０１００】
熱電発電装置８０１もよれば、伝熱促進部４２０は、伝熱促進部４２０の最下流端が、複数の熱電変換素子３０のうち排ガス流れの最下流に位置する熱電変換素子３０よりも下流に位置するように、設けられている。この構成によれば、伝熱促進部４２０が最下流の熱電変換素子３０に対応する位置よりも下流側に長く排ガス通路２ａに設けられている。これにより、排ガスからの熱回収量を向上できるので、高温端３０Ｈへの移動熱量を大きくして、発電量の向上を図ることができる。
【０１０１】
（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【０１０２】
第１実施形態から第６実施形態では、排ガス通路２ａに伝熱促進部２０を備えているが、熱電発電装置は伝熱促進部２０を備えない構成でもよい。
【０１０３】
前述の実施形態では、熱発電モジュール３は、排気管２の外周面を取り囲むように排気管２に熱移動可能に接触しているが、このような設置形態に限定するものでない。熱発電モジュール３は、排ガス通路２ａを形成する部材の外面に接触する形態であればよく、この部材の外周面において部分的に接触する形態でもよい。
【０１０４】
第７実施形態の熱電発電装置６０１において、熱量調整部材２０５を、排ガス流れ方向の長さ寸法が短い熱量調整部材５や熱量調整部材１０５に置き換えるように構成してもよい。
【０１０５】
前述の実施形態では、１つの発電ユニットからなる熱電発電装置を開示しているが、熱電発電装置は発電ユニットを複数積層して構成してもよい。
【０１０６】
前述の実施形態において、低温通路部材４と熱発電モジュール３との間や、排気管２と熱発電モジュール３との間には、熱伝導に優れたグリスやシート等の熱的連絡部材を設けてもよい。この熱的連絡部材は、排気管２、低温通路部材４よりも、外力によって変形しやすく硬度が低い部材であることが好ましい。この構成によれば、熱的連絡部材は、各部材の膨張や収縮に応じて変形可能であるため、排気管２、低温通路部材４に対して熱発電モジュール３を変位させやすくできる。したがって、高温流体および低温流体によってもたらされる温度差によって各部材が膨張や収縮したとしても、熱発電モジュール３は変位しやすいので、各部材の歪みによる応力を軽減したり、部材間の熱膨張差を吸収したりする効果を高めることができる。
【０１０７】
前述の実施形態において、低温流体と高温流体は、互いに逆向きに流れる対向流を形成しているが、両者の流れ方向はこの関係に限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０８】
２…排気管（排ガス通路部材）、  ２ａ…排ガス通路
４…低温通路部材、  ５，１０５…熱量調整部材（第１調整部材）
６，１０６…熱量調整部材（第２調整部材）
３０…熱電変換素子、  ３０ａ…熱電変換素子（第１の素子）
３０ｂ，３０ｃ…熱電変換素子（第２の素子）、  ３０Ｈ…高温側端（他方側部）
３０Ｌ…低温側端（一方側部）、  ３３…伝熱部材、  ４０…低温通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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