(57)【要約】【課題】熱電変換素子を用いた発電装置において、熱源となる流体に温度ばらつきが生じるときに、安定した発電を行うことを可能とすることである。【解決手段】発電装置には複数の熱電変換素子２０が配置され、その一方の面が加熱流路１２に接し、他方の面が冷却される。加熱流路１２には、複数のフィンがほぼ平行に配置される。１列のフィン群は、固定フィン３０と、可動フィン４０と、固定フィン３２とを加熱流体の流れる流路に沿って配置される。可動フィン４０は、加熱流体の熱によって発生する駆動力によって加熱流路１２に対し移動駆動される。可動フィン４０は、加熱流路において、加熱流体の温度ばらつきが生じると、自動的に、高温側の流路断面積を狭くし、低温側の流路断面積を広くする。【選択図】図２
2008104317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電変換素子の一方面の側に加熱流体を流し、他方面の側を冷却して発電を行う発電装置であって、
一方面の側または他方面の側に並列配置され、流路方向に対し位置を可変できる可動フィンと、
加熱流体の熱によって発生する駆動力によって可動フィンを駆動し、隣接する可動フィンの間の流路の間隔を変更する駆動部と、
を備えることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
加熱流体が流れる側に可動フィンが設けられる場合には、
駆動部は、加熱流体が流れる流路における温度分布に応じ、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くし、
冷却側に可動フィンが設けられる場合には、
駆動部は、冷却側における温度分布に応じ、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くすることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
駆動部は、熱によって付勢力が変化する付勢手段であることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
駆動部は、熱によって体積の変化する流体の膨張力を用いて可動フィンを駆動する手段であることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
駆動部は、加熱流体が流れる流路の外側に配置されることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電変換素子を用いた熱電変換素子を用いた発電装置において、
駆動部は、
可動フィンと一体であって、加熱流体が流れる流路の外側に延びる熱伝導部材と、
熱伝導部材からの熱により駆動力を発生し、熱伝導部材を駆動する駆動源と、
を有することを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項７】
請求項３に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
駆動部は、
熱によって全長が変化するバネと、
バネの変位量を拡大する拡大機構と、
を有することを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の熱電変換素子を用いた発電装置において、
流路方向に沿って、可動フィンの少なくとも一方側に設けられ、流路方向に対し位置が固定される固定フィンを備えることを特徴とする熱電変換素子を用いた発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子を用いた発電装置に係り、特に、熱電変換素子の一方面の側に並列配置された複数の伝熱フィンを設けて加熱流体を流し、他方面の側を冷却して発電を行う熱電変換素子を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェ効果あるいはゼーベック効果を有する熱電変換素子は、温度差を利用した発電素子として用いられている。熱電変換素子を発電素子として使用する場合には、熱電変換素子の片面を加熱し、他の面を冷却する必要があり、冷却用に放熱フィンを設けることが行われる。そして、放熱フィンの効率を上げるためのいくつかの構成が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内部に複数の伝熱フィンが設けられる排気流路を有する筐体の４辺にはそれぞれ伝熱部材を介して熱電モジュールを配置し、排気流路にエンジンの排気ガスを流し、その熱を電気エネルギに変換する発電装置が開示されている。そして、伝熱部材の隅部であって、熱電モジュールの伝熱経路を避けた位置に、蓄熱部材充填部材が配置される。蓄熱部材充填部材が配置される伝熱部分には谷部が形成され、これに対応する山形を有する移動可変フィンが排気流路との間に設けられる。移動可変フィンはスプリングによって、伝熱部分との間に隙間があるように付勢され、排気ガスが高温で排気流路のガス圧が高くなると、スプリングに抗して移動し、伝熱部分と接触し、蓄熱部材に伝熱する。ここで熱電モジュールは、ゼーベック効果を利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する機能を有するものであり、蓄熱部材は、熱によって溶融して蓄熱し、固化して放熱するものである。
【０００４】
特許文献２には、発熱体に密着して熱電変換素子が設けられ、複数の放熱フィンが立設された熱拡散板が熱電変換素子の上に密着して配置され、放熱フィンには発風板がそれぞれ設けられて、圧電素子によって揺動駆動されて空気の流れを作る発風機構が開示されている。ここで圧電素子は、熱電変換素子が発生する電圧によって駆動される。また、複数の発風板の駆動のタイミングを順次ずらして制御することで、空気の流れの方向を任意に変更できると述べられている。ここで熱電変換素子は、ペルチェ素子で、数ｍｍ角の直方体形状のｐ型半導体素子とｎ型半導体素子とを複数配置したものが用いられている。
【０００５】
特許文献３には、内燃機関の排気流路に設ける排熱発電装置において、内燃機関の排気ガスが流れる排気通路の構造体を耐熱金属であるＳＵＳによって形成し、高熱伝導性のセラミックスで基板と一体化されたフィンを有するフィン構造体を成形し、これを排気通路構造体に設けた孔に差し込んで複数のフィンを排気通路内に突き出させ、熱伝達性及び熱伝導性のよいアルミニウムで排気通路構造体に取り付けられたフィン構造体の周囲を鋳込む構造が開示されている。そして、フィン構造体は熱電素子の一方の面に密着され、エンジン冷却水が熱電素子の他方の面を冷却する。ここで、熱電素子は、Ｂｉ2Ｔｅ3等からなるｐ型とｎ型の２種類の半導体を複数用意し、電気的に直列に熱的に並列に配置したものである。
【０００６】
特許文献４には、熱電発電モジュールの一面を加熱媒体で加熱し、他面を冷却媒体で冷却して発電する熱電発電装置において、加熱媒体の上流側と下流側とで熱伝達率が異なるようにコントロールし、熱電発電モジュールの温度差の偏差を少なくすることが開示されている。ここでは、熱電発電モジュールと加熱媒体側の熱変換プレートとの間に、加熱媒体の流れの上流側にセラミック板、下流側に銅板を配置し、熱伝達率をコントロールする構成と、熱変換プレートの中に設けるフィンの数を、加熱媒体の上流側よりも下流側の方を多くする構成等が述べられている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１７７５５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６４７３号公報
【特許文献３】特開２００３−３４８８６７号公報
【特許文献４】特開平１１−２７９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
熱電変換素子は、温度差によって発電量が変化するため、熱源となる流体に温度ばらつきが生じると、安定した発電を得ることができない。多数の熱電変換素子をによって発電装置を構成し、熱伝達効率を上げるために伝熱フィンを用いるとして、固定式フィンでは個々の熱電変換素子に当る冷却風の流量ばらつきが生じやすく、これにより発電効率がばらつきやすい。
【０００９】
特許文献１の移動可変フィンは、排気ガスが高温で排気流路のガス圧が高くなると、スプリングに抗して移動し、伝熱部分と接触し、蓄熱部材に伝熱するものであるが、蓄熱部材を要し、また複雑な機構を要する。特許文献２の放熱フィンは、圧電素子によって揺動駆動されて空気の流れを作るものであるが、新たに圧電素子等を要し、その制御装置が必要となる。特許文献３は耐熱性と伝熱性の改善を図る構成が開示されているが、熱源となる流体に温度ばらつきが生じると、そのまま発電効率がばらつく。特許文献４の加熱媒体の流れの上流側にセラミック板、下流側に銅板を配置し、熱伝達率をコントロールするものであるが、伝熱板の材質を変更する必要がある。
【００１０】
このように、従来技術においては、熱電変換素子を用いた発電装置において、熱源となる流体に温度ばらつきが生じるときに、安定した発電を行うことができないか、あるいは複雑な構造や材料の変更等を要する。
【００１１】
本発明の目的は、熱源となる流体に温度ばらつきが生じるときに、安定した発電を行うことを可能とする熱電変換素子を用いた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】
【００１２】
本発明に係る熱電変換素子を用いた発電装置は、熱電変換素子の一方面の側に加熱流体を流し、他方面の側を冷却して発電を行う発電装置であって、一方面の側または他方面の側に並列配置され、流路方向に対し位置を可変できる可動フィンと、加熱流体の熱によって発生する駆動力によって可動フィンを駆動し、隣接する可動フィンの間の流路の間隔を変更する駆動部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る熱電変換素子を用いた発電装置において、加熱流体が流れる側に可動フィンが設けられる場合には、駆動部は、加熱流体が流れる流路における温度分布に応じ、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くし、冷却側に可動フィンが設けられる場合には、駆動部は、冷却側における温度分布に応じ、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くすることが好ましい。
【００１４】
また、駆動部は、熱によって付勢力が変化する付勢手段であることが好ましい。また、駆動部は、熱によって体積の変化する流体の膨張力を用いて可動フィンを駆動する手段であることが好ましい。駆動部は、これらの手段を合わせて用いてもよい。
【００１５】
また、駆動部は、加熱流体が流れる流路の外側に配置されることが好ましい。その場合には、駆動部は、可動フィンと一体であって、加熱流体が流れる流路の外側に延びる熱伝導部材と、熱伝導部材からの熱により駆動力を発生し、熱伝導部材を駆動する駆動源と、を有することが好ましい。
【００１６】
また、駆動部は、熱によって全長が変化するバネと、バネの変位量を拡大する拡大機構と、を有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る熱電変換素子を用いた発電装置において、流路方向に沿って、可動フィンの少なくとも一方側に設けられ、流路方向に対し位置が固定される固定フィンを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成により、一方面の側または他方面の側に並列配置され、流路方向に対し位置を可変できる可動フィンが、加熱流体の熱によって発生する駆動力によって駆動され、隣接する可動フィンの間の流路の間隔を変更する。熱源となる流体に温度ばらつきが生じるときに、可動フィンの間の流路の間隔を変更し、安定した発電を行うことが可能となる。
【００１９】
また、駆動部は、加熱流体が流れる流路における温度分布に応じ、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くするので、熱源となる流体に温度ばらつきが生じるときに、高温部分の流路を狭くし、低温部分の流路を広くするので、それぞれの熱電変換素子に与える熱の差を抑制し、発電装置全体として安定した発電を行うことが可能となる。なお、可動フィンを冷却側に配置する場合は、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くし、低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を狭くすることで同様の効果を得ることができる。
【００２０】
また、駆動部は、熱によって付勢力が変化する付勢手段であるので、簡単な構成で、可動フィンを駆動することができる。また、駆動部は、熱によって体積の変化する流体の膨張力を用いて可動フィンを駆動する手段であるので、簡単な構成によって、可動フィンを駆動できる。
【００２１】
また、駆動部は、加熱流体が流れる流路の外側に配置されるので、加熱流体の流れを妨げることがない。また、可動フィンと一体であって、加熱流体が流れる流路の外側に延びる熱伝導部材からの熱により駆動力を発生するので、簡単な構成で加熱流体の熱を駆動源に伝えることができる。
【００２２】
また、駆動部は、熱によって全長が変化するバネと、バネの変位量を拡大する拡大機構とを有するので、バネの変位の少ないときでも十分に可動フィンを移動させることができる。
【００２３】
また、流路方向に沿って、可動フィンの少なくとも一方側に固定フィンが設けられるので、流体を可動フィンに案内することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。以下においては、加熱流体の流れる流路側に可動フィンを設けるものとして説明するが、冷却側に可動フィンを設けるものとしてもよい。その場合には、隣接する可動フィンの間の間隔の調整方向が、加熱流体の流れる流路側に可動フィンを設ける場合と逆になるようにする。すなわち、個々の熱電変換素子に与える熱のばらつきを少なくするように、加熱流体が流れる流路側に可動フィンが設けられる場合には、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を低温部分に対応する可動フィンの間の間隔より狭くするが、冷却側に可動フィンが設けられる場合には、高温部分に対応する可動フィンの間の間隔を低温部分に対応する可動フィンの間の間隔を広くするようにする。なお、加熱流体が流れる側と冷却側の双方に可動フィンを設けるものとしてもよい。
【００２５】
また、以下で説明する可動フィン及び固定フィンの配置方法は一例であって、それ以外の配置方法であってもよい。例えば、固定フィンを可動フィンの一方側のみに配置することしてもよく、固定フィンを全く配置しないものとしてもよい。また、流路全体に渡って可動フィンを並列配置する代わりに、流路の一部に可動フィンを配置するものとしてもよい。
【００２６】
図１は、熱電変換素子２０を複数配置した発電装置１０の断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線で切断したときの平面図で、（ａ）は可動フィン４０が中立状態にある場合、（ｂ）は、可動フィン４０が移動した様子を示す図である。図３は、可動フィンの構成要素のうち、加熱流路１２内に配置される流路内フィン部４１の詳細な構成を示す図である。（ａ）は可動フィンが中立状態にある場合、（ｂ）は、可動フィンが駆動されて移動したときの様子を示す図である。図４は図３におけるＢ部分の拡大図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面における断面図である。
【００２７】
図１に示されるように、発電装置１０は、複数の熱電変換素子２０の一方側の面に加熱流体が流れ加熱流路１２、他方側の面に冷却媒体が流れる冷却流路１４を設け、これを複数重ねて積層して構成される。図１の例では、紙面の上方から下方に向かって、冷却流路１４−熱電変換素子２０−加熱流路１２−熱電変換素子２０−冷却流路１４−熱電変換素子２０−加熱流路１２−熱電変換素子２０−冷却流路１４の順に積層されている。
【００２８】
熱電変換素子２０は、一方側の面を加熱し、他方側の面を冷却することで、一方側の面と他方側の面との間で発電を行う素子である。熱電変換素子２０としては、ペルチェ素子、ゼーベック効果を有する素子、ｐｎ接合を有する半導体素子等を用いることができる。
【００２９】
熱電変換素子２０の１つ１つの発電量は低電圧で小電流であるので、発電装置１０は複数の熱電変換素子２０を複数組み合わせて構成される。図２に示される例では、１組の加熱流路１２と冷却流路１４との間に、熱電変換素子２０のブロックが５個組み合わされて配置されている。１つのブロックはまた、複数の熱電変換素子２０の組合せで構成することができる。
【００３０】
加熱流路１２、冷却流路１４は、熱伝導性のよい材料で構成され、それぞれ熱電変換素子２０の一方側の面、他方側の面に熱的に接続される管路である。例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属材料を用いた管路を用いることができる。加熱流路１２には、高温の流体、例えば、車両に搭載される発電装置１０の場合は、車両の排気ガス、あるいはエンジン冷却水等が流される。冷却流路１４には、加熱流路１２に流される流体の温度よりも低温の冷却媒体、例えば、冷却水、冷却風等が流される。
【００３１】
図２に示されるように、加熱流路１２には、複数のフィンがほぼ平行に配置される。１列のフィン群は、固定フィン３０と、可動フィン４０と、固定フィン３２とを加熱流体の流れる流路に沿って配置される。固定フィン３０，３２は、加熱流路１２に対し位置が固定の伝熱フィンで、熱電変換素子２０が接触する伝熱板部の表面にほぼ垂直に、加熱流体が流れる管路空間の中に突き出すように配置される。可動フィン４０も、伝熱板部からほぼ垂直に、加熱流体が流れる管路空間に突き出すように配置されるが、その位置は、加熱流路１２に対し移動可能である。
【００３２】
上記で述べたように、図２（ａ）は、可動フィン４０が中立位置にあるときで、この状態では、可動フィン４０と、固定フィン３０，３２とは、加熱流体が流れる方向に沿って、ほぼ一直線に配置される。図２（ｂ）は、可動フィン４０が駆動されて移動位置にあるときで、この状態では、固定フィン３０，３２の間の流路は、可動フィン４０の移動により、流路断面積が狭いところと広いところができる。図２（ｂ）の例では、紙面の左側で、加熱流体が入ってくる側であって高温側の流路断面積が狭く、紙面の右側で、加熱流体が出て行く側であって低温側の流路断面積が広くなっている。このように、可動フィン４０は、加熱流路において、温度ばらつきが生じると、後述のように、自動的に、高温側の流路断面積を狭くし、低温側の流路断面積を広くする機能を有する。
【００３３】
かかる可動フィン４０の構成を、図３、図４を用いて説明する。図３に示されるように、加熱流路１２の加熱流体が流れる方向に平行に、固定フィン３０，３２が並列に複数配置され、その固定フィン３０，３２の１組の間に、可動フィン４０がそれぞれ１つずつ配置される。可動フィン４０は、図４に示されるように、加熱流路１２の内部に設けられる流路内フィン部４１と、加熱流路１２の外に設けられ駆動部６０（７０）の駆動力を受ける流路外フィン部５６とから構成される。流路内フィン部４１は、固定フィン３０側から固定フィン３２の側に向かって加熱流路１２の流体が流れる方向に沿って順に配置される第１フィン部４２、第２フィン部４４、第３フィン部４６を含む。固定フィン３０，３２、第１フィン部４２、第２フィン部４４、第３フィン部４６等は、熱伝導性のよい材料で構成されることが好ましい。例えば、加熱流路１２と同じ材質または同等の熱伝導性を有する材質で構成されることがよい。
【００３４】
第１フィン部４２は、回転支柱４８を介して、流路外フィン部５６と一体的に移動できるように構成される。回転支柱４８は、図４（ｂ）に示されるように、加熱流路１２の伝熱板部１３に設けられた回転穴に挿入され、その穴の周りに回転可能である。したがって、流路外フィン部５６の端部を駆動部６０（７０）によって押すことで、第１フィン部４２は、回転支柱４８を支点として、回転することになる。
【００３５】
第２フィン部４４は、第１フィン部４２と第３フィン部４６との間に設けられるフィン部で、第１フィン部４２と連結用回転支柱５２によって接続され、また第３フィン部４６と連結用回転支柱５４によって接続される。連結用回転支柱５２，５４は、例えば、軸とそれを回転自在に支持する穴とで構成され、例えば、連結用回転支柱５２は、第１フィン部４２と第２フィン部４４とを相互に回転自在に連結して支持する機能を有する。連結用回転支柱５４も同様に、第２フィン部４４と第３フィン部４６とを相互に回転自在に連結して支持する機能を有する。なお、図４（ｂ）に示されるように、連結用回転支柱５２は、加熱流路１２の伝熱板部１３に拘束されず、伝熱板部１３の面内を移動できる。連結用回転支柱５４も同様である。
【００３６】
第３フィン部４６も第１フィン部４２と同様の構成で、回転支柱５０を介して、図示されていない流路外フィン部と一体的に移動できるように構成される。回転支柱５０は、回転支柱４８と同様に、加熱流路１２の伝熱板部に設けられた回転穴に挿入され、その穴の周りに回転可能である。したがって、第３フィン部４６側の図示されていない流路外フィン部の端部を、やはり図示されていない駆動部によって押すことで、第３フィン部４６は、回転支柱５０を支点として、回転することになる。ただし、第３フィン部４６側の回転支柱５０のために伝熱板部１３に設けられる穴は、加熱流体の流れる方向に自由度を持たせて長円形とされる。すなわち、回転支柱５０は、加熱流体の流れる方向に沿って移動可能である。なお、これに代わり、第３フィン部４６側の回転支柱５０用の回転穴を円形とし、逆に、第１フィン部４２側の回転支柱４８用の回転穴を長円形としてもよい。
【００３７】
上記のように、第３フィン部４６側の回転支柱５０のために伝熱板部１３に長円形の穴を設けることで、伝熱板部１３の外側に加熱流体が漏れることが問題になる場合には、その隙間に漏れ防止用のパッキングを設けることが好ましい。また、フィンの移動のための長円部を、伝熱板部１３に設けるのではなく、加熱流路内に設ければ、加熱流体の漏れが生じない。
【００３８】
図５、図６は、第１フィン部４３と第２フィン部４４との間で、回転軸５２の周りの相対的回転と、加熱流体の流れる方向への回転軸５２の相対的移動を可能とする構成の例を示す図である。図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は、可動フィン部のみについて、すなわち、伝熱板部の図示を省略して、第１フィン部側の側面図を示す図である。図６は、図６の構成の可動フィン部の作動状態を説明する平面図である。なお、図３、図４におけるものと同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、図５、図６は、可動フィン部の第１フィン部４３側のみ示されているが、第３フィン部側もこれと同じ構成である。つまり、この構成の可動フィン部は、第２フィン部４４を中心として、左右対称の構成を有する。
【００３９】
図６において示されるように、第２フィン部４４は、第１フィン部４３の側に、長円形の案内部を有するガイド４５が接続される。ガイド４５と第２フィン部４４とは一体として構成される。つまりガイド４５は、第２フィン部４４から加熱流体の流れる方向に突き出して固定されている。第１フィン部４３は、ガイド４５の突き出しに対応して、その部分が切り欠かれている。そして、第1フィン部４３の先端に設けられる回転軸５２は、ガイド４５の長円形の案内部に入り込んで配置される。
【００４０】
図６は、流路外フィン部５６が、図で示される矢印の方向に押される方向に移動するときの、第１フィン部４３、第２フィン部４４の動きの様子を示す図である。図６では、1つの可動フィン部について、紙面の上部に、中立状態の可動フィンを示し、その状態から、加熱流体の温度ばらつきに応じて可動フィンが移動する様子を重ねて示してある。つまり、図６において示されているのは、１つの可動フィン部の２つの状態である。中立状態においては、第１フィン部４３、第２フィン部４４は、平面図において、加熱流体の流れる方向に平行な姿勢をとっている。
【００４１】
流路外フィン部５６が図６で示される矢印の方向に押されると、回転支柱４８の平面位置は固定なので、流路外フィン部５６と一体となって接続される第１フィン部４３は、回転支柱４８の周りに、図６でθと示されるように反時計方向に回転する。したがって、第１フィン部４３の先端の連結用回転支柱５２は、ガイド４５の案内部の中で摺動し、図６の紙面上で右側に移動するとともに、紙面上の下側にガイド４５を移動させる。図示されていないが、可動フィン部の第３フィン部の側でも同様な動きをするので、結局、第２フィン部４４は、中立状態の位置から、加熱流体の流れる方向に平行の姿勢を維持したまま、図６の紙面上で、下方に、中立状態から平行移動することになる。
【００４２】
このようにして、第１フィン部４３の先端に接続される連結用回転支柱５２が、第２フィン部４４の先端から突き出して設けられるガイド４５の長円形の案内部の中を摺動することで、加熱流体の温度ばらつきに応じて可動フィンが移動することができる。この構成によれば、可動フィン部の移動のための長円部における隙間が、加熱流路の内部にあるので、加熱流路の外側に加熱流体が漏れる恐れがない。
【００４３】
再び図４に戻り、駆動部６０（７０）は、加熱流体の流れる方向にほぼ垂直方向に軸方向が配置され、加熱流体の熱によって伸縮し、その変位及び変位力によって、流路外フィン部５６を、回転支柱４８の周りに回転させる機能を有する。加熱流体の熱を駆動部６０（７０）に効率よく伝達するため、回転支柱４８、流路外フィン部５６は、可動フィンと一体であって、熱伝導のよい材質を用いることが好ましい。例えば、第１フィン部４２、第２フィン部４４、第３フィン部４６等と同じ材質とすることがよい。その意味で、回転支柱４８、流路外フィン部５６は、駆動部６０（７０）に加熱流体の熱を伝達する熱伝達部材である。
【００４４】
駆動部６０（７０）は、隣接する流路外フィン部５６の間に配置され、その一方部が一方側の流路外フィン部５６に接続され、他方端が他方側の流路外フィン部５６に接続される。図４（ａ）では、紙面の最も下側において示される加熱流路１２の壁に最も下側の駆動部６０（７０）の一方端が接続され、その駆動部６０（７０）の他方端は、紙面においてそのすぐ上に配置される流路外フィン部５６に接続される。そしてその流路外フィン部５６と、紙面において次に上に配置される流路外フィン部５７との間に、次の駆動部６０（７０）が配置され、その一方端は、流路外フィン部５６に接続され、他方端は流路外フィン部５７に接続される。このように、隣接する流路外フィン部の間にそれぞれ駆動部６０（７０）が配置される。最後の流路外フィン部と、加熱流路１２の壁との間には駆動部６０（７０）は配置されない。なお、以下では流路外フィン部５６，５７を流路外フィン部５６で代表させることにする。なお、図４には図示されていないが、第３フィン部４６側にも、上記のように流路外フィン部が第３フィン部４６と一体として配置され、これらの第３フィン部４６側の流路外フィン部の間にも同様に駆動部６０（７０）が配置される。
【００４５】
かかる駆動部６０（７０）としては、図７に示されるように、流体を気密に閉じ込めたシリンダ・ピストン機構としての駆動部６０、コイルバネ等の付勢手段としての駆動部７０等を用いることができる。すなわち、シリンダ・ピストン機構としての駆動部６０は、加熱流体の熱を受けて、その内部の流体が膨張し、シリンダを外側に移動させるので、熱によって体積の変化する流体の膨張力を用いて、流路外フィン部５６を駆動することができる。また、コイルバネ等の付勢手段としての駆動部７０は、加熱流体の熱を受けて、その全長が伸びるので、加熱流体の熱によって付勢力が変化して、流路外フィン部５６を駆動することができる。駆動部としては、シリンダ・ピストン機構としての駆動部６０、またはコイルバネ等の付勢手段としての駆動部７０のいずれかを用いることができ、場合によっては、双方を合わせて用いることもできる。
【００４６】
駆動部６０（７０）として、流体としてガスの膨張を利用するシリンダ・ピストン機構を用いるときは、大きな体積変化を得ることが容易であるが、大きな変位力を得にくいことがある。したがって、加熱・冷却に適した流体が気体のときに適している。一方、コイルバネ等の付勢手段を用いるときは、大きな力を得ることが比較的容易であるが、変位量が少ないことがある。その場合には適当な変位拡大機構を用いることができる。
【００４７】
図８、図９は、熱によるバネ７１の変位ｄＬを拡大してΔとする変位拡大機構の例を示す図である。ここでは、隣接する流路外フィン部５６の間に、駆動部としてのバネ７１が設けられている。
【００４８】
図８は、バネ７１の移動をラックギア８１と、これに噛み合う半径Ｒ1のギア８２と、ギア８２と同心で一体に回転する半径Ｒ2のギア８３と、方向変換用の適当な半径Ｒ3を有するギア８４と、ギア８４に噛み合うラックギア８５を用いることで、ラックギア８５の変位量ΔをΔ＝（Ｒ2／Ｒ1）ｄＬに拡大できる様子を示す図である。
【００４９】
図９は、半径ｒ1と半径ｒ2とを有する特殊ギア８６と、半径ｒ3と半径ｒ4とを有する特殊ギア８８とを用い、バネ７１の変位をラックギア８１を介して特殊ギア８６の半径ｒ1側に伝え、特殊ギア８６の半径ｒ2側を特殊ギア８８の半径ｒ3側に噛み合わせて、特殊ギア８８の半径ｒ4側の回転をラックギア８５に出力させることで、ラックギア８５の変位量ΔをΔ＝（ｒ2／ｒ1）（ｒ4／ｒ3）ｄＬに拡大できる様子を示す図である。
【００５０】
上記構成の可動フィン４０の作用を説明する。各流路内フィン部４１が中立位置のときは、各流路内フィン４１が固定フィン３０，３２とほぼ一直線となるように、各流路外フィン部５６の間に設けられる駆動部６０（７０）の全長等が設定されている。したがって、加熱流路１２の中の温度が一様のときは、各流路内フィン部４１の間の間隔は同じで、隣接する可動フィンの間の加熱流体の流れる断面積は同じである。
【００５１】
加熱流体の温度が加熱流路１２内でばらつくと、各流路内フィン部４１における温度が異なるので、隣接する流路外フィン部５６の間に温度差が生じ、しかもその温度差が、加熱流路１２内で異なることが起こる。そのような場合には、各駆動部６０（７０）の全長等が異なってきて、その相違に応じて、つまり、加熱流路１２における温度ばらつきに応じて、各駆動部６０（７０）が各流路外フィン部５６を移動駆動する。
【００５２】
流体温度が高い高温部においては、駆動部６０（７０）は大きく伸びるので、図４（ａ）に示されるように、紙面上で、回転支柱４８の周りに反時計方向に流路外フィン部５６を回転するように、駆動する。その結果、流路外フィン部５６と一体となって移動する第１フィン部４２も回転支柱４８の周りに反時計方向に回転し、第２フィン部４４を、図３、図４に示すように、紙面において下方に移動させる。第３フィン部４６の方においても図示されていない駆動部によって第３フィン部４６が回転支柱５０の周りに反時計方向に回転させられる。第１フィン部４２と第２フィン部４４と第３フィン部４６の平面上における長さの和は、この回転の前後で同じであるので、回転支柱５０は、長円形の穴に沿って、紙面上で右側に移動することになる。
【００５３】
これによって、第２フィン部４４は、加熱流体の流れる方向にほぼ平行となって、図３、図４に示されるように、紙面上で下側に移動する。同様に、他の流路内フィン部４１においても、流体温度の温度に応じて、各第２フィン部４４が紙面上で下側に移動する。その結果、図３（ｂ）に示されるように、流体温度の高い高温側で、加熱流体の流れる流路断面積が小さくなり、流体温度の低い低温側で、加熱流体の流れる流路断面積が大きくなる。つまり、可動フィンは、加熱流路１２において流体温度のばらつきが生じると、高温側で加熱流体の流れる流路断面積を小さくして、その部分の熱電変換素子に与える熱量を少なくし、低温側で加熱流体の流れる流路断面積を大きくして、その部分の熱電変換素子に与える熱量を大きくするように、自動的に、加熱流体の流路を調整する。
【００５４】
図１０は、可動フィンの効果を、加熱流路１２内における加熱流体の温度分布の測定結果で示す図である。なお、図１０には、複数の熱電変換素子２０の配置が破線で示されている。ここで、図１０（ａ）は、加熱流路１２内に、伝熱フィンを全く設けない場合、（ｂ）は、固定フィンを加熱流路１２内に並列配置した場合、（ｃ）は、固定フィンと共に可動フィンを加熱流路１２内に並列配置した場合の温度分布をそれぞれ示す。図１０（ｃ）における固定フィンと可動フィンの配置は、図２（ａ）に示すものと同じで、図１０（ｂ）における固定フィンの配置は、図２（ａ）における可動フィン４０を固定フィン化し、固定フィン３０，３２と一体化したものに相当するものである。
【００５５】
図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）において、それぞれＩＮとして示される供給側から高温の加熱流体が供給され、加熱流路１２を通って、ＯＵＴとして示される排出側から外部に加熱流体が排出される。各図において、加熱流体の等温度線が示され、Ｈ側が高温側の等温度線、Ｌ側が低温側の等温度線である。
【００５６】
伝熱フィンを全く設けない図１０（ａ）の場合は、ＩＮ側からＯＵＴ側に向かって、同心円を細長くした形で等温度線が分布し、加熱流路１２内の温度分布はかなり不均一でばらつきが大きいことが示されている。固定フィンを並列配置した図１０（ｂ）の場合は、図１０（ａ）に比べ、同心円状温度分布から、熱電変換素子２０の配置方向に対し斜め角度を有する平行温度分布に移行することが示されている。これによって、図１０（ａ）に比べ、かなり温度分布のばらつきが少なくなる。
【００５７】
そして、固定フィンと共に可動フィンを並列配置した図１０（ｃ）においては、平行温度分布が、ＩＮとＯＵＴの方向に平行に近くなることが示される。この平行温度分布の方向は、ほぼ熱電変換素子２０の配置方向に近く、したがって、個々の熱電変換素子に対する温度分布のばらつきが大幅に改善される。
【００５８】
図１０の結果を、個々の熱電変換素子の発電量のばらつきで整理したものを図１１に示す。図１１（ａ）は、加熱流路１２内の位置を示すため、熱電変換素子２０にそれぞれ番号を付す様子を示す図である。図１１（ｂ）は、横軸に各熱電変換素子の番号をとり、縦軸に、各熱電変換素子の相対的な発電量をとったものである。ここで菱形印及び細い実線が図１０（ａ）に対応し、×印及び破線が図１０（ｂ）に対応し、黒丸印及び太い実線が、図１０（ｃ）に対応する。このように、加熱流体に加熱流路の平面内で温度ばらつきがあっても、可動フィンを用いることで、個々の熱電変換素子の発電を均一化することができ、これによって、発電装置全体として安定した発電を行うことができる。
【００５９】
図１２は、固定フィン３０，３２と可動フィン４０の組を複数並列配置したものをモジュール９０としてまとめて、これを加熱流路に配置する例を示す図である。図１２（ａ）は、モジュール９０の平面図で、（ｂ）は、このモジュール９０を、曲がり流路としての加熱流路９２に配置する例を示し、（ｃ）はこのモジュール９０を平面的に段違いに加熱流路９４に配列する例を示す図である。
【００６０】
モジュール９０は、伝熱板材上に固定フィン３０，３２と可動フィン４０の組を複数並列配置するものとして構成することができ、また、熱電変換素子も含めて１つのモジュールとすることもでき、さらに、冷却側の伝熱板材も含めて、１つのサブ発電モジュールとして構成することもできる。
【００６１】
また、場合によっては、固定フィン３０，３２と可動フィン４０の組を複数並列配置したモジュール９０を、冷却側に配置するものとしてもよい。その場合には、加熱流路側の温度ばらつきを駆動部で受け止め、冷却側のモジュール９０における可動フィン４０を駆動するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る実施の形態における発電装置の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線で切断したときの平面図で、（ａ）は可動フィンが中立状態にある場合、（ｂ）は、可動フィンが移動した様子を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、可動フィンの構成を説明する図で、（ａ）は可動フィンが中立状態にある場合、（ｂ）は、可動フィンが駆動されて移動したときの様子を示す図である。
【図４】図３におけるＢ部分の拡大図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面における断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、可動フィンの別の構成を示す図である。
【図６】図５の構成における作動を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、駆動部の例を示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、駆動部の変位を拡大する機構の一例を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、駆動部の変位を拡大する機構の他の例を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、可動フィンの効果を、加熱流路内における加熱流体の温度分布の測定結果で示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態において、可動フィンの効果を、個々の熱電変換素子の発電量のばらつきで示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態において、固定フィンと可動フィンの組を複数並列配置したものをモジュール化し、これを利用する例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  発電装置、１２，９２，９４  加熱流路、１３  伝熱板部、１４  冷却流路、２０  熱電変換素子、３０，３２  固定フィン、４０  可動フィン、４１  流路内フィン部、４２，４３  第１フィン部、４４  第２フィン部、４５  ガイド、４６  第３フィン部、４８，５０  回転支柱、５２，５４  連結用回転支柱、５６，５７  流路外フィン部、６０，７０  駆動部、７１  バネ、８１，８５  ラックギア、８２，８３，８４  ギア、８６，８８  特殊ギア、９０  モジュール。
【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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