(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱回収手段に接触する受熱部と熱放出手段に接触する放熱部との間に複数の熱電発電素子が配置された熱電発電モジュールを備え、この熱電発電モジュールの受熱部が酸化防止皮膜で覆われた低融点金属体を介して前記熱回収手段に接触しており、
前記熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面に対面する前記熱回収手段の対向面には前記低融点金属体を収容する凹部が形成されており、この凹部に充填された低融点金属体の表面およびその周囲の対向面が前記酸化防止皮膜で覆われており、
前記熱回収手段の対向面における前記凹部の周囲には、前記酸化防止皮膜の面方向への移動を規制する係止手段が設けられていることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記低融点金属体の表面が前記凹部から盛り上がっていることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記低融点金属体の表面の盛上り部は、前記熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面における周縁部を除いた内側の領域に対面していることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記係止手段が溝、突条、突起、段差および止ねじの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記酸化防止皮膜は、前記熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面に接触する部分がその周囲の部分より厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の熱電発電装置。
【請求項６】
前記低融点金属体の全面が前記酸化防止皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の熱電発電装置。
【請求項７】
前記酸化防止皮膜が金属メッキ層で構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の熱電発電装置。
【請求項８】
熱回収手段に接触する受熱部と熱放出手段に接触する放熱部との間に複数の熱電発電素子が配置された熱電発電モジュールを備え、この熱電発電モジュールの受熱部が酸化防止皮膜で覆われた低融点金属体を介して前記熱回収手段に接触しており、
前記低融点金属体が多孔質弾性体に含浸されており、前記多孔質弾性体に含浸された低融点金属体の溶融に伴う局部的な体積変化を吸収する伸縮構造部が前記酸化防止皮膜に形成されていることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項９】
前記伸縮構造部は、多孔質弾性体と共に低融点金属体を覆う前記酸化防止皮膜の周辺に連続する形態で形成されており、この伸縮構造部は、前記熱回収手段における前記酸化防止皮膜が配置される部位よりも高温側の部位に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電発電モジュールを備えた熱電発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱電発電モジュールは、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生するｎ型熱電発電素子およびｐ型熱電発電素子が高温側の受熱部と低温側の放熱部との間に複数個設置された構造を有し、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換することができる。そして、このような熱電発電モジュールの受熱部に高温熱源である適宜の熱回収部材を接触させ、その放熱部に適宜の熱放出部材を接触させることで熱電発電装置が構成される。
【０００３】
この種の熱電発電モジュールを備えた熱電発電装置においては、熱回収部材から熱電発電モジュールの受熱部への熱伝導性が発電性能に大きく影響するため、一般には、熱回収部材と熱電発電モジュールの受熱部との接触面を高い平面度に仕上げ、あるいは、両者に圧力を掛けてその接触面を均一に圧接させている。
【０００４】
この種の熱電発電装置として、特許文献１には、熱回収部材としてのインナシェルの集熱面と熱電発電モジュールの受熱部としての高温側の端面との間に緩衝部材を挟持した例が開示されている。そして、この特許文献１には、ステンレスなどの金属ワイヤをメッシュ状に編み込んだ金属織布を積層ないし折り畳んだものや、波板形状の金属板、金属コイルなどが緩衝部材として使用できると記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２３４１９４号公報（段落番号４５、４６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された熱電発電装置においては、高温の熱がインナシェルの集熱面から金属メッシュ等で構成された緩衝部材を介して熱電発電モジュールの高温側の端面に伝導されるため、その熱伝導性が大きく損なわれて発電性能が低下する恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、熱回収部材と熱電発電モジュールの受熱部との接触面を高い平面度に仕上げ、あるいはその接触面を均一に圧接させることなく、熱電発電モジュールの受熱部へ極めて良好に熱伝導できる熱電発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱電発電装置は、熱回収手段に接触する受熱部と熱放出手段に接触する放熱部との間に複数の熱電発電素子が配置された熱電発電モジュールを備え、この熱電発電モジュールの受熱部が酸化防止皮膜で覆われた低融点金属体を介して前記熱回収手段に接触しており、熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面に対面する熱回収手段の対向面には低融点金属体を収容する凹部が形成されており、この凹部に充填された低融点金属体の表面およびその周囲の対向面が酸化防止皮膜で覆われており、熱回収手段の対向面における凹部の周囲には、酸化防止皮膜の面方向への移動を規制する係止手段が設けられている。
【０００８】
本発明に係る熱電発電装置では、使用状態において熱回収手段が高温となると、酸化防止皮膜で覆われた低融点金属体が溶融し、この溶融した低融点金属体の柔軟性により酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱部に均一な面圧で密着する。その結果、熱回収手段から熱電発電モジュールの受熱部への熱伝導が極めて良好に行われる。
【０００９】
本発明の熱電発電装置は、熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面に対面する熱回収手段の対向面に低融点金属体を収容する凹部が形成され、この凹部に充填された低融点金属体の表面およびその周囲の対向面が酸化防止皮膜で覆われた構造とすることができる。この構造の熱電発電装置では、低融点金属体が熱回収手段の凹部内で良好に溶融すると共に、溶融した低融点金属体の柔軟性が酸化防止皮膜に確実に付与されて酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で確実に密着するので好ましい。
【００１０】
ここで、熱回収手段の凹部に充填された低融点金属体の表面が凹部から盛り上がっていると、低融点金属体の溶融により酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で一層確実に密着するので好ましい。また、低融点金属体の表面の盛上り部が熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面における周縁部を除いた内側の領域に対面していると、低融点金属体の溶融により酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧でさらに一層確実に密着するので好ましい。
【００１１】
さらに、熱回収手段の凹部の周囲に酸化防止皮膜の面方向への移動を規制する係止手段が設けられていると、熱電発電モジュールの受熱面との接触圧で酸化防止皮膜が面方向に位置ずれして剥離するのが防止されるので好ましい。この係止手段は、溝、突条、突起、段差および止ネジの少なくとも１つで構成することができる。
【００１２】
また、熱電発電モジュールの受熱面に接触する部分の酸化防止皮膜の厚さがその周囲の部分より厚く形成されていると、酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で確実に密着するので好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の熱電発電装置は、低融点金属体の全面が酸化防止皮膜で被覆された構造としてもよい。また、酸化防止皮膜は、メッキ、蒸着、溶射などの手段で形成することができ、厚膜に形成できる点で金属メッキが好ましい。
【００１４】
また、本発明の熱電発電装置は、低融点金属体が多孔質弾性体に含浸された構造とすることができる。ここで、多孔質弾性体は、例えばスチールウール、金属メッシュ、炭素繊維の織布または不織布などで構成することができる。
【００１５】
このような構造の熱電発電装置では、使用状態において低融点金属体が溶融すると、多孔質弾性体が弾性を発現して酸化防止皮膜を均一な面圧で押圧するため、酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱部に均一な面圧で密着し、熱回収手段から熱電発電モジュールの受熱部への熱伝導が極めて良好に行われる。その際、熱電発電モジュールからの反力は多孔質弾性体が受けるため、溶融した低融点金属体から酸化防止皮膜に高い圧力が局所的に作用することがなく、酸化防止皮膜の破損が未然に防止される。
【００１６】
また、本発明に係る熱電発電装置は、熱回収手段に接触する受熱部と熱放出手段に接触する放熱部との間に複数の熱電発電素子が配置された熱電発電モジュールを備え、この熱電発電モジュールの受熱部が酸化防止皮膜で覆われた低融点金属体を介して熱回収手段に接触しており、低融点金属体が多孔質弾性体に含浸されており、多孔質弾性体に含浸された低融点金属体の溶融に伴う局部的な体積変化を吸収する伸縮構造部が形成されている。この場合、低融点金属体の溶融に伴い多孔質弾性体が弾性変形して低融点金属体の体積が局部的に変化する際、その低融点金属体の局部的な体積変化を伸縮構造部が吸収するため、酸化防止皮膜の破損が確実に防止される。
【００１７】
このような伸縮構造部は、多孔質弾性体と共に低融点金属体を覆う酸化防止皮膜の周辺に連続する形態で形成することができる。この場合、伸縮構造部が熱回収手段における酸化防止皮膜が配置される部位よりも高温側の部位に配置されていると、熱電発電装置の作動停止に伴い低融点金属体が徐々に固化する際には、酸化防止皮膜内の低融点金属体が先に固化し、伸縮構造部内の低融点金属体が最後に固化することとなり、その時点まで伸縮構造部の伸縮機能が維持されるので好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る熱電発電装置によれば、使用状態において溶融した低融点金属体の柔軟性により酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱部に均一な面圧で密着するため、熱回収手段から熱電発電モジュールの受熱部へ極めて良好に熱伝導できる。その結果、高い発電性能を発揮することができる。
【００１９】
本発明の熱電発電装置において、熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面に対面する熱回収手段の対向面に低融点金属体を収容する凹部が形成され、この凹部に充填された低融点金属体の表面およびその周囲の対向面が酸化防止皮膜で覆われている場合、低融点金属体が熱回収手段の凹部内で良好に溶融すると共に、溶融した低融点金属体の柔軟性が酸化防止皮膜に確実に付与されるため、酸化防止皮膜を熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で確実に密着させることができる。
【００２０】
ここで、熱回収手段の凹部に充填された低融点金属体の表面が凹部から盛り上がっている場合、低融点金属体の溶融により酸化防止皮膜を熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で一層確実に密着させることができる。また、低融点金属体の表面の盛上り部が熱電発電モジュールの受熱部外面の受熱面における周縁部を除いた内側の領域に対面している場合、低融点金属体の溶融により酸化防止皮膜を熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧でさらに一層確実に密着させることができる。
【００２１】
さらに、熱回収手段の凹部の周囲に酸化防止皮膜の面方向の移動を規制する溝、突条、突起、段差および止ねじ等の係止手段が設けられている場合、熱電発電モジュールの受熱面との接触圧で酸化防止皮膜が面方向に位置ずれして剥離するのを防止することができる。
【００２２】
また、熱電発電モジュールの受熱面に接触する部分の酸化防止皮膜の厚さがその周囲の部分より厚く形成されている場合、酸化防止皮膜を熱電発電モジュールの受熱面に均一な面圧で確実に密着させることができる。
【００２３】
本発明の熱電発電装置において、低融点金属体の全面が酸化防止皮膜で被覆された構造を有する場合にも、使用状態において溶融した低融点金属体の柔軟性により酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱部に均一な面圧で密着するため、熱回収手段から熱電発電モジュールの受熱部へ極めて良好に熱伝導でき、その結果、高い発電性能を発揮することができる。
【００２４】
また、本発明の熱電発電装置において、低融点金属体が多孔質弾性体に含浸されている場合にも、使用状態において低融点金属体が溶融すると、多孔質弾性体が弾性を発現して酸化防止皮膜を均一な面圧で押圧するため、酸化防止皮膜が熱電発電モジュールの受熱部に均一な面圧で密着する。従って、熱回収手段から熱電発電モジュールの受熱部へ極めて良好に熱伝導でき、その結果、高い発電性能を発揮することができる。そして、この場合、熱電発電モジュールからの反力は多孔質弾性体が受けるため、溶融した低融点金属体から酸化防止皮膜に高い圧力が局所的に作用することがなく、酸化防止皮膜の破損を未然に防止することができる。
【００２５】
ここで、多孔質弾性体に含浸された低融点金属体の溶融に伴う局部的な体積変化を吸収する伸縮構造部が酸化防止皮膜に形成されている場合には、低融点金属体の溶融に伴い多孔質弾性体が弾性変形して低融点金属体の体積が局部的に変化する際、その低融点金属体の局部的な体積変化を伸縮構造部で吸収することができ、酸化防止皮膜の破損を確実に防止することができる。
【００２６】
また、伸縮構造部が酸化防止皮膜の周辺に連続する形態で形成されており、この伸縮構造部が熱回収手段における酸化防止皮膜が配置される部位よりも高温側の部位に配置されている場合、熱電発電装置の作動停止に伴い低融点金属体が徐々に固化する際には、酸化防止皮膜内の低融点金属体が先に固化し、伸縮構造部内の低融点金属体が最後に固化することとなり、その時点まで伸縮構造部の伸縮機能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明に係る熱電発電装置の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は第１実施形態に係る熱電発電装置を構成する熱電発電モジュールの概略構造を示す斜視図、図２は第１実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【００２８】
第１実施形態に係る熱電発電装置は、例えば図１に示すような構造の熱電発電モジュール１を備えている。この熱電発電モジュール１は、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生するｎ型熱電発電素子Ｎおよびｐ型熱電発電素子Ｐが高温側の受熱部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板１Ａと、低温側の放熱部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板１Ｂとの間に複数個設置され、これらのｎ型熱電発電素子Ｎおよびｐ型熱電発電素子Ｐが電極板１Ｃを介して交互に直列に接続された基本構造を有する。
【００２９】
このような構造の熱電発電モジュール１は、図２に示すように、熱回収手段としてのフィン部材２と熱放出手段としての放熱ブロック３との間に配置される。ここで、熱電発電モジュール１は、受熱部である受熱基板１Ａの外面の受熱面１Ａ１が高融点金属皮膜４で覆われた低融点金属体５を介してフィン部材２に接触し、放熱部である放熱基板１Ｂの外面が放熱ブロック３に直接接触している。
【００３０】
フィン部材２は、例えば熱伝導性の高いアルミニウム合金の押出し型材からなり、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１に対面する対向面２Ａの反対側には、熱回収用の複数のフィン２Ｂが一体に突出成形されている。そして、このフィン部材２の対向面２Ａには、低融点金属体５を充填する凹部２Ｃおよび凹部２Ｃの周囲を取り囲む溝２Ｄが形成されている。凹部２Ｃは、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１より大きい例えば四角形の開口面を有する。この凹部２Ｃを囲む溝２Ｄは、高融点金属皮膜４の面方向への移動を規制する係止手段を構成するものであり、例えばＶ字形断面の深さ０．５ｍｍ程度の連続溝として形成されている。
【００３１】
放熱ブロック３は、熱電発電モジュール１の放熱基板１Ｂとの間の熱交換により放熱基板１Ｂから吸熱できるように、熱伝導性の高いアルミニウム合金製の本体内部（図示省略）に冷却水の流通路が形成されている。
【００３２】
ここで、低融点金属体５は、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属材料からなり、例えば第１実施形態の熱電発電装置においては、フィン部材２が２５０℃以上の温度雰囲気に晒される使用状態において確実に溶融する錫（Ｓｎ）が使用されている。この低融点金属体５は、フィン部材２の対向面２Ａに形成された凹部２Ｃに充填されており、その表面は低い台形をなして凹部２Ｃの開口面から盛り上がっている。この盛上り部５Ａは、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１の周縁部を除いた内側の領域に対面している。
【００３３】
高融点金属皮膜４は、モリブデン（Ｍｏ）やニッケル（Ｎｉ）などの高融点金属をメッキ、蒸着、溶射などの適宜の手段で形成した酸化防止皮膜であり、例えばメッキにより２００μｍ程度の厚さに形成される。この高融点金属皮膜４は、フィン部材２の凹部２Ｃに収容された低融点金属体５を密封するように、低融点金属体５の盛上り部５Ａの表面およびその周囲のフィン部材２の対向面２Ａに形成されている。そして、この高融点金属皮膜４は、面方向への移動が規制されるように、その周縁部が凹部２Ｃの周囲に連続して形成されたＶ字形断面の溝２Ｄ内に喰い込んでいる。
【００３４】
図３は、図２に示した断面構造のフィン部材２の製造工程の一例を示している。まず、図３（ａ）に示す工程では、フィン２Ｂが一体に形成されたフィン部材２を熱電発電モジュール１の大きさに対応した所定の大きさのブロック状に切断する。そして、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１（図２参照）に対面するフィン部材２の対向面２Ａに受熱面１Ａ１より大きい開口面積の凹部２Ｃを機械加工などにより形成する。
【００３５】
図３（ｂ）に示す工程では、フィン部材２の凹部２Ｃに溶融した低融点金属体５を盛り上がり状態で充填し、これを冷却して固化させる。
【００３６】
図３（ｃ）に示す工程では、フィン部材２の凹部２Ｃに充填された低融点金属体５の表面を機械加工して低い台形状の盛上り部５Ａを形成する。そして、フィン部材２の対向面２Ａに凹部２Ｃの周囲を取り囲む溝２Ｄを機械加工する。
【００３７】
図３（ｄ）に示す工程では、低融点金属体５の盛上り部５Ａの表面およびその周囲の溝２Ｄを含むフィン部材２の対向面２Ａに例えばモリブデン（Ｍｏ）をメッキして高融点金属皮膜４を形成する。
【００３８】
以上の工程により、凹部２Ｃに低融点金属体５が充填され、その盛上り部５Ａの表面が高融点金属皮膜４で覆われたフィン部材２が製造される。そして、このフィン部材２が放熱ブロック３との間に熱電発電モジュール１を挟持することで（図２参照）、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１が高融点金属皮膜４で覆われた低融点金属体５を介してフィン部材２に接触している。
【００３９】
このような構造の図２に示す第１実施形態の熱電発電装置は、例えば自動車の排気系の熱を回収して発電するように、フィン部材２のフィン２Ｂが図示しない排気ガスの流通経路に臨んで設置される。そして、フィン２Ｂにより回収された排気ガスの熱がフィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａに伝熱され、熱電発電モジュール１の放熱基板１Ｂから放熱ブロック３へ放熱されることにより、熱電発電モジュール１の各ｎ型熱電発電素子Ｎおよびｐ型熱電発電素子Ｐ（図１参照）が起電力を発生して発電する。
【００４０】
このような第１実施形態の熱電発電装置の使用状態において、フィン部材２のフィン２Ｂが排気ガスの熱を吸収して例えば２５０℃以上の高温になると、例えば錫（Ｓｎ）を成分とする低融点金属体５がフィン部材２の凹部２Ｃ内で良好に溶融し、この溶融した低融点金属体４の柔軟性により、例えばモリブデン（Ｍｏ）を成分とする高融点金属皮膜４が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に密着する。
【００４１】
この場合、高融点金属皮膜４の中央部は、受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１における周縁部を除いた内側の領域に対面する低融点金属体５の盛上り部５Ａに沿って盛り上がっている。すなわち、高融点金属皮膜４の中央部は、受熱面１Ａ１の外周より若干内側の領域に対面しているため、受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に均一な面圧で確実に密着する。その際、高融点金属皮膜４にはその面方向に張力が作用するが、高融点金属皮膜４の周縁部はフィン部材２の対向面２Ａに形成された溝２Ｄに喰い込んでいるため、高融点金属皮膜４が面方向に位置ずれして不用意に剥離することはない。
【００４２】
その結果、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、第１実施形態の熱電発電装置は、高い発電性能を発揮する。
【００４３】
図４は、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、図２に示した第１実施形態の熱電発電装置と略同様に構成されているため、同様の構造部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
ここで、第２実施形態の熱電発電装置において、フィン部材２の対向面２Ａには、図２に示した溝２Ｄに代る山形断面の高さ０．５ｍｍ程度の連続した突条２Ｅが形成されている。また、低融点金属体５は、フィン部材２の対向面２Ａと略同一面をなして凹部２Ｃに充填されている。さらに、低融点金属体５の表面を覆う高融点金属皮膜４の周縁部は、凹部２Ｃの周囲に連続して形成された山形断面の突条２Ｅを覆っている。そして、高融点金属皮膜４の中央部には膜厚部４Ａが形成されている。この膜厚部４Ａは、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１の周縁部を除いた内側の領域に対面している。
【００４５】
図５は、図４に示した断面構造のフィン部材２の製造工程の一例を示している。まず、図５（ａ）に示す工程では、フィン２Ｂが一体に形成されたフィン部材２を熱電発電モジュール１（図４参照）の大きさに対応した所定の大きさのブロック状に切断する。そして、熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１に対面するフィン部材２の対向面２Ａに、受熱面１Ａ１より大きい開口面積の凹部２Ｃおよびその周囲を取り囲む突条２Ｅを機械加工などにより形成する。
【００４６】
図５（ｂ）に示す工程では、フィン部材２の凹部２Ｃに溶融した低融点金属体５を対向面２Ａと略同一面まで充填し、これを冷却して固化させる。
【００４７】
図５（ｃ）に示す工程では、固化した低融点金属体５の表面およびその周囲の突条２Ｅを含むフィン部材２の対向面２Ａに、例えばモリブデン（Ｍｏ）をメッキして高融点金属皮膜４を形成する。
【００４８】
図５（ｄ）に示す工程では、高融点金属皮膜４の周縁部の上面に型枠Ｆをセットし、その内側の高融点金属皮膜４の中央部にモリブデン（Ｍｏ）を更に重ねてメッキすることで高融点金属皮膜４の膜厚部４Ａを形成する。そして、型枠Ｆを取り外すことにより、凹部２Ｃに充填された低融点金属体５が膜厚部４Ａを有する高融点金属皮膜４で覆われたフィン部材２が製造される。
【００４９】
このようなフィン部材２を備えた図４に示す第２実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２のフィン２Ｂが例えば２５０℃以上の高温になると、錫（Ｓｎ）を成分とする低融点金属体５がフィン部材２の凹部２Ｃ内で良好に溶融し、この溶融した低融点金属体４の柔軟性により、モリブデン（Ｍｏ）を成分とする高融点金属皮膜４が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に密着する。
【００５０】
この場合、高融点金属皮膜４の中央部には、受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１における周縁部を除いた内側の領域に対面する膜厚部４Ａが形成されているため、この膜厚部４Ａが受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に均一な面圧で確実に密着する。その際、高融点金属皮膜４にはその面方向に張力が作用するが、高融点金属皮膜４の周縁部はフィン部材２の対向面２Ａに形成された突条２Ｅを覆っているため、高融点金属皮膜４が面方向に位置ずれして不用意に剥離することはない。
【００５１】
その結果、第２実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する
【００５２】
図６は、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、図４に示した第２実施形態の熱電発電装置と略同様に構成されているため、同様の構造部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。ここで、第３実施形態の熱電発電装置において、フィン部材２の対向面２Ａには、凹部２Ｃの周囲を取り囲む連続した段差部２Ｆが図４に示した突条２Ｅに代わって形成されている。そして、この段差部２Ｆを高融点金属皮膜４の周縁部が覆っている。
【００５３】
第３実施形態の熱電発電装置においては、フィン部材２の凹部２Ｃの周囲を取り囲む段差部２Ｆが高融点金属皮膜４の面方向に張力に抗して高融点金属皮膜４の周縁部を係止するため、高融点金属皮膜４が面方向に位置ずれして不用意に剥離することはない。従って、第３実施形態の熱電発電装置においても第２実施形態の熱電発電装置と同様に、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００５４】
図７は、本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、高融点金属皮膜４で全面が覆われたマット状の低融点金属体５を備えたものであり、このマット状の低融点金属体５は、フィン部材２の凹部２Ｃや溝２Ｄまたは突条２Ｅが省略された平坦な対向面２Ａと熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａとの間に挟持されている。そして、熱電発電モジュール１の放熱基板１Ｂには放熱ブロック３が接触している。
【００５５】
第４実施形態の熱電発電装置においては、フィン部材２が例えば２５０℃以上の高温になると、錫（Ｓｎ）を成分とする低融点金属体５が高融点金属皮膜４の内側で均一に溶融し、この溶融した低融点金属体４の柔軟性により、モリブデン（Ｍｏ）を成分とする高融点金属皮膜４が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に密着する。従って、第４実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００５６】
図８は、本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、図７に示した第４実施形態の熱電発電装置と同様に構成された熱電発電モジュール１、フィン部材２および放熱ブロック３を備えている。ここで、フィン部材２の平坦な対向面２Ａの中央部には、低融点金属体５を含浸したマット状の多孔質弾性体６が設置されている。この多孔質弾性体６の表面およびその周囲に露出するフィン部材２の対向面２Ａには高融点金属皮膜４が被覆されている。そして、この高融点金属皮膜４が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａに圧接している。
【００５７】
低融点金属体５は、例えば錫（Ｓｎ）を成分としている。また、高融点金属皮膜４は、例えばモリブデン（Ｍｏ）のメッキ層で構成されており、酸化防止皮膜として機能する。そして、多孔質弾性体６は、例えばスチールウール、金属メッシュ、炭素繊維の織布または不織布などで構成されている。なお、多孔質弾性体６を構成するこれらの材料は、ニッケル被覆されているのが好ましい。
【００５８】
第５実施形態の熱電発電装置では、フィン部材２が例えば２５０℃以上の高温になると、多孔質弾性体６に含浸された錫（Ｓｎ）を成分とする低融点金属体５が高融点金属皮膜４の内側で溶融する。その結果、多孔質弾性体６が弾性を発現して高融点金属皮膜４を均一な面圧で押圧し、高融点金属皮膜４が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に密着する。従って、第５実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００５９】
ここで、第５実施形態の熱電発電装置においては、熱電発電モジュール１とフィン部材２との間に挟持された多孔質弾性体６が熱電発電モジュール１からの反力を受けるため、溶融した低融点金属体５から高融点金属皮膜４に高い圧力が局所的に作用することがなく、高融点金属皮膜４の破損が未然に防止される。
【００６０】
その際、熱電発電モジュール１からの反力を受けて多孔質弾性体６が若干潰れるため、溶融した低融点金属体５の一部が多孔質弾性体６から滲み出してその周辺側へ流動するが、その流動による体積増加分は、図９に示すように、高融点金属皮膜４の肩部分４Ｂが膨出変形することで吸収される。
【００６１】
図１０は、本発明の第６実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、図８に示した高融点金属皮膜４に代わる酸化防止皮膜７を備えたものであり、その他の部分は図８に示した第５実施形態の熱電発電装置と略同様に構成されているため、同様の構造部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６２】
ここで、図１０に示す第６実施形態の熱電発電装置においては、多孔質弾性体６に含浸された低融点金属体５が熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａに直接圧接している。この低融点金属体５の周囲は、熱電発電モジュール１の周側面から斜めに傾斜して張り出すように整形されている。そして、この低融点金属体５の周囲は、フィン部材２の対向面２Ａから熱電発電モジュール１の周側面に跨って形成された厚さ０．１〜２ｍｍ程度の帯状の酸化防止皮膜７により密封されている。
【００６３】
酸化防止皮膜７は、例えば２５０℃以上の高温下において優れた気体バリアー性を発揮する自立性のある粘土配向皮膜からなり、酸化防止皮膜７に密封された低融点金属体５の表面の酸化を防止する。この粘土配向皮膜は、粘土粒子の積層を高度に配向させた皮膜であって、例えば、均一な粘土分散液を静置して粘土粒子を沈積させた後、分散媒である液体を遠心分離、ろ過、真空乾燥、凍結真空乾燥、又は加熱蒸発法などによって分離し、１１０から３００℃の高温下で乾燥することで製造される。
【００６４】
第６実施形態の熱電発電装置では、フィン部材２が例えば２５０℃以上の高温になると、多孔質弾性体６に含浸された錫（Ｓｎ）を成分とする低融点金属体５が溶融して熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａの受熱面１Ａ１に直接密着する。従って、第６実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００６５】
図１１は、本発明の第７実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示している。この熱電発電装置は、図８に示した高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４に後述する伸縮構造部が形成されたものであり、その他の部分は図８に示した第５実施形態の熱電発電装置と略同様に構成されているため、同様の構造部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
ここで、図１１に示す第７実施形態の熱電発電装置においては、熱電発電モジュール１とフィン部材２との間に露出する高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の４周の周壁部分にジグザグの断面形状を有するの伸縮構造部４Ｃが形成されている。この伸縮構造部４Ｃはベローズ状に形成されており、低融点金属体５の溶融に伴う局部的な体積変化を吸収できるようになっている。
【００６７】
第７実施形態の熱電発電装置では、フィン部材２が例えば２５０℃以上の高温になると、多孔質弾性体６に含浸された低融点金属体５が溶融して多孔質弾性体６が弾性を発現するため、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４が均一な面圧で熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１に密着する。従って、第７実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００６８】
ここで、前述のように多孔質弾性体６が弾性を発現して潰れると、溶融した低融点金属体５の一部が多孔質弾性体６の周囲から滲み出すため、多孔質弾性体６の周囲では低融点金属体５の体積が局部的に増加する。一方、多孔質弾性体６が潰れた状態から弾性復帰すると、多孔質弾性体６の周囲では低融点金属体５の体積が局部的に減少する。その際、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４に形成されたベローズ状の伸縮構造部４Ｃが伸縮して多孔質弾性体６の周囲における低融点金属体５の体積変化を確実に吸収する。従って、第７実施形態の熱電発電装置によれば、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の破損を確実に防止することができる。
【００６９】
図１２は、図１１に示した第７実施形態に係る熱電発電装置の変形例を示しており、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４と同様の高融点金属により別途作成された伸縮構造のベローズ８が高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の周辺に連続して設けられている。このベローズ８は、フィン部材２の対向面２Ａにおける排気ガスの熱を受け入れ易い位置に突設されている。そして、このベローズ８は、溶融した低融点金属体５の流入、流出に応じて伸縮することにより、多孔質弾性体６の周囲における低融点金属体５の局部的な体積変化を吸収できるようになっている。
【００７０】
図１２に示す熱電発電装置では、溶融した低融点金属体５の体積が多孔質弾性体６の周囲で局部的に変化する際、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の伸縮構造部４Ｃが伸縮すると共にベローズ８も伸縮して低融点金属体５の大きな体積変化を確実に吸収する。従って、図１２に示す熱電発電装置によれば、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の破損をより確実に防止することができる。
【００７１】
また、ベローズ８が排気ガスの熱を受け入れ易い位置に設置されているため、熱電発電装置の作動停止に伴い低融点金属体５が徐々に固化する際には、ベローズ８内の低融点金属体５が最後に固化することとなり、その時点までベローズ８の伸縮機能が維持される。
【００７２】
図１３は、第８実施形態に係る熱電発電装置を示している。この熱電発電装置は、図８に示した高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４に後述する伸縮構造部が形成されたものであり、その他の部分は図８に示した第５実施形態の熱電発電装置と略同様に構成されているため、同様の構造部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７３】
ここで、図１３に示す第８実施形態の熱電発電装置においては、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の周辺の一辺に連続する単一の伸縮構造部４Ｄが高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４と一体に形成されている。この伸縮構造部４Ｄは、概略四角形の平面形状をなすベローズ状に形成されており、フィン部材２の対向面２Ａにおける排気ガスの熱を受け入れ易い位置に配置されている。そして、この伸縮構造部４Ｄは、溶融した低融点金属体５の流入、流出に応じて伸縮することにより、多孔質弾性体６の周囲における低融点金属体５の局部的な体積変化を吸収できるようになっている。
【００７４】
図１４は、図１３に示した断面構造を有する高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の形成工程の一例を示している。まず、図１４（ａ）に示す工程では、フィン部材２の対向面２Ａ上にマット状の多孔質弾性体６をセットした後、その対向面２Ａ上に鋳型Ｍをセットして低融点金属体５を鋳型Ｍ内に鋳込む。
【００７５】
図１４（ｂ）に示す工程では、低融点金属体５を冷却して固化させた後、フィン部材２の対向面２Ａから鋳型Ｍを取り外す。
【００７６】
図１４（ｃ）に示す工程では、固化した低融点金属体５の表面およびその周囲のフィン部材２の対向面２Ａに、例えばモリブデン（Ｍｏ）をメッキして伸縮構造部４Ｄを有する高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４を形成する。
【００７７】
このような工程により形成された高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４を有する第８実施形態の熱電発電装置（図１３参照）では、フィン部材２が例えば２５０℃以上の高温になると、多孔質弾性体６に含浸された低融点金属体５が溶融して多孔質弾性体６が弾性を発現するため、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４が均一な面圧で熱電発電モジュール１の受熱面１Ａ１に密着する。従って、第８実施形態の熱電発電装置においても、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるようになり、高い発電性能を発揮する。
【００７８】
ここで、前述のように多孔質弾性体６が弾性を発現して潰れると、溶融した低融点金属体５の一部が多孔質弾性体６の周囲から滲み出すため、多孔質弾性体６の周囲では低融点金属体５の体積が局部的に増加する。一方、多孔質弾性体６が潰れた状態から弾性復帰すると、多孔質弾性体６の周囲では低融点金属体５の体積が局部的に減少する。その際、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４に形成されたベローズ状の伸縮構造部４Ｄが伸縮して多孔質弾性体６の周囲における低融点金属体５の体積変化を確実に吸収する。従って、第８実施形態の熱電発電装置によれば、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の破損を確実に防止することができる。
【００７９】
また、伸縮構造部４Ｄが排気ガスの熱を受け入れ易い位置に設置されているため、熱電発電装置の作動停止に伴い低融点金属体５が徐々に固化する際には、伸縮構造部４Ｄ内の低融点金属体５が最後に固化することとなり、その時点まで伸縮構造部４Ｄの伸縮機能が維持される。
【００８０】
図１５は、図１３に示した第８実施形態に係る熱電発電装置の変形例を示しており、熱回収手段としてのフィン部材２の各フィン２Ｂの向きは、図１３に示した各フィン２Ｂの向きと直交している。そして、ベローズ状の伸縮構造部４Ｄは、各フィン２Ｂ間に高温の排気ガスが点線矢印のように流入する側のフィン部材２の高温側の部位に配置されている。一方、多孔質弾性体６と共に低融点金属体５を覆う高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４は、各フィン２Ｂ間から高温の排気ガスが流出する側のフィン部材２の低温側の部位に配置されている。
【００８１】
図１５に示した熱電発電装置によれば、図１３に示した第８実施形態に係る熱電発電装置と同様に、フィン部材２から熱電発電モジュール１の受熱基板１Ａへの熱伝導が極めて良好に行われるため、高い発電性能を発揮することができる。また、ベローズ状の伸縮構造部４Ｄが伸縮して多孔質弾性体６の周囲における低融点金属体５の体積変化を確実に吸収するため、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の破損を確実に防止することができる。
【００８２】
ここで、図１５に示した熱電発電装置では、ベローズ状の伸縮構造部４Ｄがフィン部材２の高温側の部位に配置され、多孔質弾性体６と共に低融点金属体５を覆う高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４がフィン部材２の低温側の部位に配置されているため、熱電発電装置の作動停止に伴い低融点金属体５が徐々に固化する際には、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４内の低融点金属体５が先に固化し、伸縮構造部４Ｄ内の低融点金属体５が最後に固化することとなり、その時点まで伸縮構造部４Ｄの伸縮機能が維持される。従って、図１５に示した熱電発電装置によれば、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の破損を一層確実に防止することができる。
【００８３】
本発明に係る熱電発電装置は、前述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の周縁部をフィン部材２の対向面２Ａに係止する係止手段としては、図２に示した溝２Ｄ、図４に示した突条２Ｅ、図６に示した段差部２Ｆに代わる止ねじを採用し、この止ねじによって高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）４の周縁部をフィン部材２の対向面２Ａに止着してもよい。
【００８４】
また、図１２に示したベローズ８や図１３に示した伸縮構造部４Ｄの内部の溶融した低融点金属体５の流動性を確保するため、ベローズ８や伸縮構造部４Ｄの表面には、断熱材で覆うなどの適宜の断熱処理を施して放熱ブロック３側からの冷気を遮断するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置を構成する熱電発電モジュールの概略構造を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図３】図２に示したフィン部材の製造工程を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図５】図４に示したフィン部材の製造工程を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図９】第５実施形態に係る熱電発電装置の作用を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図１２】第７実施形態に係る熱電発電装置の変形例の概略構造を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置の概略構造を示す縦断面図である。
【図１４】図１３に示した高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）の形成工程を示す縦断面図である。
【図１５】第８実施形態に係る熱電発電装置の変形例の概略構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    熱電発電モジュール
１Ａ  受熱基板
１Ａ１  受熱面
１Ｂ  放熱基板
２    フィン部材
２Ａ  対向面
２Ｂ  フィン
２Ｃ  凹部
２Ｄ  溝
２Ｅ  突条
２Ｆ  段差部
３    放熱ブロック
４    高融点金属皮膜（酸化防止皮膜）
４Ａ  膜厚部
４Ｂ  肩部分
４Ｃ  伸縮構造部
４Ｄ  伸縮構造部
５    低融点金属体
５Ａ  盛上り部
６    多孔質弾性体
７    酸化防止皮膜
８    ベローズ
Ｆ    型枠
Ｍ    鋳型
【図１】
0005166705.tif 000002
【図２】
0005166705.tif 000003
【図３】
0005166705.tif 000004
【図４】
0005166705.tif 000005
【図５】
0005166705.tif 000006
【図６】
0005166705.tif 000007
【図７】
0005166705.tif 000008
【図８】
0005166705.tif 000009
【図９】
0005166705.tif 000010
【図１０】
0005166705.tif 000011
【図１１】
0005166705.tif 000012
【図１２】
0005166705.tif 000013
【図１３】
0005166705.tif 000014
【図１４】
0005166705.tif 000015
【図１５】
0005166705.tif 000016