(57)【要約】【課題】熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる熱発電装置を得る。【解決手段】排気熱発電装置１０は、それぞれ高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる複数の熱発電モジュール１６と、複数の熱発電モジュール１６の高温側にそれぞれ接触する高温側熱交換器１２と、高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を挟むように該複数の熱発電モジュール１６の低温側に接触する低温側熱交換器１４と、複数の複数の熱発電モジュール１６を高温側熱交換器１２と低温側熱交換器１４との間に挟み込んでそれぞれ保持するための荷重を付与する皿ばね４５と、皿ばね４５による保持荷重を複数の熱発電モジュール１６毎に独立して調整可能な荷重調整機構５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる複数の熱発電体と、
前記複数の熱発電体の高温側にそれぞれ接触する加熱部と、
前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触する冷却部と、
前記複数の熱発電体を前記加熱部と冷却部との間にそれぞれ挟み込んで保持するための荷重を付与する保持荷重付与手段と、
前記保持荷重付与手段による保持荷重を前記複数の熱発電体毎に独立して調整可能な荷重調整手段と、
を備えた熱発電装置。
【請求項２】
前記保持荷重付与手段は、基部と前記冷却部との間に圧縮状態で配設された弾性体を含み、
前記荷重調整手段は、前記基部又は冷却部に設けられ、前記弾性体の圧縮量を調整し得る可動荷重受け部である請求項１記載の熱発電装置。
【請求項３】
前記冷却部は、前記保持荷重付与手段の荷重を前記熱発電体に伝えるための荷重伝達部が、該熱発電体の中央部及び周縁部に対応して配置されている請求項１又は請求項２記載の熱発電装置。
【請求項４】
前記冷却部は、前記保持荷重付与手段の荷重を前記熱発電体に伝えるための複数の荷重伝達部と、前記複数の荷重伝達部が前記熱発電体に伝達する荷重の均一化を促す荷重均一化手段とを含んで構成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の熱発電装置。
【請求項５】
前記荷重均一化手段は、前記複数の荷重伝達部にそれぞれ設けられ、前記保持荷重付与手段からの荷重によって塑性変形して該保持荷重付与手段の荷重を前記冷却部から前記熱発電体に伝達するための荷重伝達経路を形成する潰れ部を含んで構成されている請求項４記載の熱発電装置。
【請求項６】
前記冷却部は、内部を通過する冷媒と前記熱発電体との熱交換によって該熱発電体を冷却するようになっており、
前記複数の荷重伝達部は、前記熱発電体との接触部から伝わる熱を前記冷媒に放出するための放熱フィンを含んでいる請求項３乃至請求項５の何れか１項記載の熱発電装置。
【請求項７】
前記加熱部は、
内部を通過する熱媒と前記熱発電体との熱交換によって該熱発電体を加熱するようになっており、
かつ、前記保持荷重付与手段からの荷重を支持するための複数の荷重支持部間における前記熱発電体との接触部の内面が、前記熱発電体の中央部で前記接触部が最も薄肉となるように球面状に形成されている請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気等の高温流体が有する熱を利用して発電を行なう熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両において、エンジンの排気熱を利用して発電を行なう熱発電装置を搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、排気管（筒体）の上下にそれぞれ複数配置された熱発電体を、高温側部材と低温側部材との間に挟み込んで熱発電装置を構成している。熱発電体は、高温側部材及び低温側部材に、それぞれ低温はんだ付け、ロー付け、又は接着などの方法で固着されてユニット化され、この状態で高温側部材が排気管にボルト止めされる。
【特許文献１】特開２００２−３２５４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、熱発電体、高温側部材及び低温側部材の三者（被接合部品）をロー材等の接合材によって固着する構成であるため、接合材の劣化や被接合部品の変形等によって被接合部品間の固着が弱まることが懸念される。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮して、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる熱発電装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る熱発電装置は、それぞれ高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる複数の熱発電体と、前記複数の熱発電体の高温側にそれぞれ接触する加熱部と、前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触する冷却部と、前記複数の熱発電体を前記加熱部と冷却部との間にそれぞれ挟み込んで保持するための荷重を付与する保持荷重付与手段と、前記保持荷重付与手段による保持荷重を前記複数の熱発電体毎に独立して調整可能な荷重調整手段と、を備えている。
【０００６】
請求項１記載の熱発電装置では、熱発電体は、高温側（吸熱側）が加熱部にて加熱されると共に低温側（放熱側）が冷却部にて冷却されることにより生じる（維持される）該高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる。この熱発電装置では、保持荷重付与手段からの荷重によって、熱発電体が加熱部と冷却部との間に挟み込まれて保持された状態が維持されている。
【０００７】
ここで、本熱発電装置は、保持荷重付与手段による保持荷重を熱発電体毎に独立して調整可能な荷重調整手段を備えるため、個々の熱発電体の加熱部及び冷却部に対する接触面圧（荷重）を個別に調整することができる。このため、例えば複数の熱発電体に対応する冷却部が均一に変形しない場合でも、各冷却部の変形状態に応じた適正な接触圧に調整することができる。
【０００８】
このように、請求項１記載の熱発電装置では、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１記載の熱発電装置において、前記保持荷重付与手段は、基部と前記冷却部との間に圧縮状態で配設された弾性体を含み、前記荷重調整手段は、前記基部又は冷却部に設けられ、前記弾性体の圧縮量を調整し得る可動荷重受け部である。
【００１０】
請求項２記載の熱発電装置では、圧縮状体の弾性体の復元力に基づく保持荷重が冷却部に入力され、この荷重は熱発電体を介して加熱部にて支持される。このため、基部が加熱部の熱影響を受けて変形することが抑制される。そして、可動荷重受け部の変位によって弾性体の圧縮量（基部と冷却部との弾性体圧縮方向の距離）が調整（変更、維持）されるので、構造が簡単で信頼性が高い。
【００１１】
請求項３記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１又は請求項２記載の熱発電装置において、前記冷却部は、前記保持荷重付与手段の荷重を前記熱発電体に伝えるための荷重伝達部が、該熱発電体の中央部及び周縁部に対応して配置されている。
【００１２】
請求項３記載の熱発電装置では、保持荷重付与手段から冷却部に入力した荷重が熱発電体を経由して加熱部に伝わり、該加熱部にて支持される。冷却部には熱発電体の中央部及び周縁部に対応して複数の荷重伝達部を設けたため、該複数の荷重伝達部によって、熱発電体の各部に略均一な荷重を作用させて該熱発電体を加熱部と冷却部との間に保持することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の熱発電装置において、前記冷却部は、前記保持荷重付与手段の荷重を前記熱発電体に伝えるための複数の荷重伝達部と、前記複数の荷重伝達部が前記熱発電体に伝達する荷重の均一化を促す荷重均一化手段とを含んで構成されている。
【００１４】
請求項４記載の熱発電装置では、保持荷重付与手段から冷却部に入力した荷重が熱発電体を経由して加熱部に伝わり、該加熱部にて支持される。荷重均一化手段を設けたため、複数の荷重伝達部が熱発電体に伝達する荷重は均一化され、熱発電体の各部に略均一な荷重を作用させて該熱発電体を加熱部と冷却部との間に保持することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明に係る熱発電装置は、請求項４記載の熱発電装置において、前記荷重均一化手段は、前記複数の荷重伝達部にそれぞれ設けられ、前記保持荷重付与手段からの荷重によって塑性変形して該保持荷重付与手段の荷重を前記冷却部から前記熱発電体に伝達するための荷重伝達経路を形成する潰れ部を含んで構成されている。
【００１６】
請求項５記載の熱発電装置では、荷重均一化手段は、冷却部が保持荷重付与手段の保持荷重を受けると、塑性変形して冷却部における保持荷重付与手段からの荷重入力部から熱発電体との接触部に至る荷重伝達経路を形成する。これにより、例えば複数の荷重伝達部の寸法誤差が荷重均一化手段の変形後に反力を生じない塑性変形によって吸収して、各荷重伝達部（各荷重伝達経路）による伝達荷重を均一化することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明に係る熱発電装置は、請求項３乃至請求項５の何れか１項記載の熱発電装置において、前記冷却部は、内部を通過する冷媒と前記熱発電体との熱交換によって該熱発電体を冷却するようになっており、前記複数の荷重伝達部は、前記熱発電体との接触部から伝わる熱を前記冷媒に放出するための放熱フィンを含んでいる。
【００１８】
請求項６記載の熱発電装置では、熱発電体の熱が冷却部における該熱発電体との接触部から直接的に、また放熱フィンを介して冷媒に放出されることで、熱発電体の低温側が冷却される。この放熱フィンの少なくとも一部が冷却部における荷重伝達部として機能するため、部品点数を増すことなく、また冷媒流路を犠牲にすることなく荷重伝達部を増やして保持荷重を分散させて熱発電体の各部に伝達される荷重の均一化を図ることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明に係る熱発電装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の熱発電装置において、前記加熱部は、内部を通過する熱媒と前記熱発電体との熱交換によって該熱発電体を加熱するようになっており、かつ、前記保持荷重付与手段からの荷重を支持するための複数の荷重支持部間における前記熱発電体との接触部の内面が、前記熱発電体の中央部で前記接触部が最も薄肉となるように球面状に形成されている。
【００２０】
請求項７記載の熱発電装置では、加熱部は、冷却部、熱発電体を経由して入力した荷重を荷重支持部にて支持しつつ、内部を通過する熱媒の熱を熱発電体の高温側に伝えて吸収させる（加熱する）。この加熱部の熱発電体との接触部における熱発電体側と反対側の内面（熱媒側）が、接触部における熱発電体の中央部を薄肉とする球面状（球面凹状）に形成されているため、該接触部を全体として厚肉化することなく加熱部の剛性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明に係る熱発電装置は、熱発電体を加熱部と冷却部との間に適正に保持することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る熱発電装置である排気熱発電装置１０について、図１乃至図６に基づいて説明する。なお、以下の説明では、便宜上、矢印Ｕで示す側を上側、矢印Ｗで示す方向を幅方向、矢印Ｆで示す側を排気ガス流れ方向の上流側とする。
【００２３】
図３には、排気熱発電装置１０の概略全体構成が側面図にて示されており、図１には図３の１−１線に沿う断面図が示されている。また、図４には、図１の４−４線に沿う側断面図が示されており、図５には図３の５−５線に沿う平面断面図が示されている。図１乃至図４に示される如く、排気熱発電装置１０は、加熱部としての高温側熱交換器１２と、冷却部としての低温側熱交換器１４との間に、それぞれ熱発電体としての複数の熱発電モジュール１６を挟み込んで構成されている。各熱発電モジュール１６は、それぞれ上下方向に扁平した平面視矩形状に形成されている。
【００２４】
図１に示される如く、高温側熱交換器１２は、上下高が幅と比較して小さい扁平矩形状に形成されており、上面１２Ａと上側の低温側熱交換器１４との間に複数の熱発電モジュール１６を挟み込んで保持すると共に、下面１２Ｂと下側の低温側熱交換器１４との間に上側と同数の熱発電モジュール１６を挟み込んで保持している。この実施形態では、排気熱発電装置１０は、高温側熱交換器１２の片面側において、排気ガス流れ方向に４つで幅方向に２つの各８つの熱発電モジュール１６を保持しており、両面合わせて計１６個の熱発電モジュール１６を備えている。
【００２５】
図１に示される如く、高温側熱交換器１２は、扁平矩形状に形成された高温側熱交換器ケース１８内に、集熱フィン２０を配設した構造とされている。図３及び図４に示される如く、高温側熱交換器ケース１８は、その上流端１８Ａが自動車の内燃機関エンジンの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２の下流端に接続ダクト２２Ａを介して接続されており、その下流端１８Ｂが排気管接続部２４の上流端に接続ダクト２４Ａを介して接続されている。
【００２６】
触媒コンバータ２２の上流端には、図示しない排気マニホルドの集合部又は排気管に接続されるフランジ２２Ｂが設けられている。排気管接続部２４の下流端には、図示しないマフラ又は排気管に接続されるフランジ２４Ｂが設けられている。これにより、高温側熱交換器ケース１８は、内燃機関エンジンから触媒コンバータ２２を経由して導入された排気ガスを通過させて排気管接続部２４を経由してマフラ等に排出するようになっている。
【００２７】
図１に示される如く、集熱フィン２０は、上端及び下端で折り返された折り返し部２０Ａの両側に位置するフィン部２０Ｂが所定間隔で配置されて略千鳥状に形成された所謂コルゲートフィンとされている。この集熱フィン２０によって排気ガスの熱を効果的に回収する構成とされている。この実施形態では、集熱フィン２０は、排気ガスの流れ方向において、該流れ方向に直列された熱発電モジュール１６の数（４つ）に対応して分割されている。図５に示される如く、各集熱フィン２０の幅方向端部は、高温側熱交換器ケース１８に設けられた位置決め用爪２５によって排気ガス流れ方向の所定位置に保持されている。
【００２８】
そして、この実施形態では、図６に示される如く、高温側熱交換器１２を構成する高温側熱交換器ケース１８は、その平面視形状に対応する矩形状の天板２６Ａの幅方向両端からそれぞれ側壁２６Ｂが垂下された上ハーフ２６と、天板２６Ａに対応する矩形状に形成された底板２８Ａの幅方向両端からそれぞれ側壁２８Ｂが立設された下ハーフ２８とが、互いの側壁２６Ｂ、２８Ｂの上下方向端部を突き当てて接合されることで構成されている。
【００２９】
天板２６Ａ及び底板２８Ａにおける各熱発電モジュール１６との接触部（各８箇所）の内面側には、それぞれ球面状凹部３０が形成されている。すなわち、天板２６Ａ及び底板２８Ａは、各熱発電モジュール１６の周縁部から中央部にかけて肉厚が除変され、該熱発電モジュール１６の中央部に対応する部分の肉厚が最も薄くなる構成とされている。この球面状凹部３０は、天板２６Ａ、底板２８Ａの外面側に作用する垂直荷重を球面方向に分散（作用方向を変換）することで、該垂直荷重に対する天板２６Ａ、底板２８Ａの曲げ剛性を向上する構成とされている。
【００３０】
また、高温側熱交換器ケース１８内には、天板２６Ａの幅方向中央部（幅方向に隣接する球面状凹部３０間の部分）と底板２８Ａの幅方向中央部（幅方向に隣接する球面状凹部３０間の部分）との間に位置する圧縮補強壁３２が、上下方向及び排気ガス流れ方向に沿って設けられている。圧縮補強壁３２は、高温側熱交換器ケース１８に作用する上下方向の圧縮荷重を支持するようになっている。圧縮補強壁３２は、排気ガスの流れ方向に沿って連続的又は断続的に設けられている。
【００３１】
集熱フィン２０は、各折り返し部２０Ａが対応する天板２６Ａ又は底板２８Ａに例えばロー付けにて接合されている。集熱フィン２０は、圧縮補強壁３２を回避するために例えば幅方向に２分割され、又は幅方向中央部に圧縮補強壁３２が一体化されている。図１では圧縮補強壁３２の図示を省略している。この実施形態では、高温の排気ガスが流通する高温側熱交換器１２は、高温側熱交換器ケース１８（上ハーフ２６、下ハーフ２８）、集熱フィン２０、圧縮補強壁３２が、例えばステンレス鋼などの耐熱性（耐クリープ性）の良好な金属材にて構成されている。
【００３２】
複数の熱発電モジュール１６は、それぞれ多数の熱発電素子（図示省略）をモジュール化して構成されており、上記の通り扁平した矩形状に形成されている。各熱発電モジュール１６は、高温側と低温側との温度差によって起電力を生じるようになっている。したがって、各熱発電モジュール１６は、高温側の面１６Ａを高温側熱交換器１２（天板２６Ａ又は底板２８Ａ）に接触させ、低温側の面１６Ｂを低温側熱交換器１４に接触している。
【００３３】
図１及び図３に示される如く、低温側熱交換器１４は、平面視で高温側熱交換器ケース１８とほぼ同等の長さ及び幅を有する矩形状に形成されると共に上下方向に扁平して形成されている。以下、上下の低温側熱交換器１４を区別して説明する場合には、高温側熱交換器１２の上面１２Ａとの間に８つの熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するものを低温側熱交換器１４Ａ、高温側熱交換器１２の下面１２Ｂとの間に８つの熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するものを低温側熱交換器１４Ｂということとする。
【００３４】
図１に示される如く、低温側熱交換器１４は、その平面視形状に対応する矩形状の天板３４Ａの周縁から周壁３４Ｂが立設されて熱発電モジュール１６側に開口する低温側熱交換器ケース３４と、天板３４Ａに対応する矩形状に形成された蓋板３６とを備え、低温側熱交換器ケース３４の開口端を蓋板３６にて閉止することで、冷媒としてのエンジン冷却水が流れる冷却水流路３８を形成している。
【００３５】
また、この実施形態では、天板３４Ａの幅方向中央部からは、自由端が蓋板３６に突き当てられて冷却水流路３８を幅方向に並列する２つの冷却水流路３８Ａ、３８Ｂに区画する隔壁３４Ｃが立設されている。周壁３４Ｂ、隔壁３４Ｃと蓋板３６との間には、シール部材として防水パッキン４０が介在しており、エンジン冷却水の漏洩を防止するようになっている。
【００３６】
この低温側熱交換器１４は、低温側熱交換器ケース３４と蓋板３６とは接合されず、低温側熱交換器１４と高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するための後述する保持荷重によって、防水パッキン４０を挟んだ低温側熱交換器ケース３４と蓋板３６とが冷却水流路３８を形成した状態を維持する構成とされている。図示は省略するが、低温側熱交換器１４には、冷却水流路３８Ａ、３８Ｂにエンジン冷却水を導入するための冷却水導入部、冷却水流路３８Ａ、３８Ｂからエンジン冷却水を排出するための冷却水排出部がそれぞれ設けられている。
【００３７】
また、蓋板３６からは、それぞれ上下方向及び冷却水流れ方向（排気ガス流れ方向）に沿う板状に形成された複数の放熱フィン４２が一定間隔立設されており、複数の放熱フィン４２は蓋板３６による低温側熱交換器ケース３４の閉止状態では冷却水流路３８Ａ、３８Ｂ内に位置するようになっている。
【００３８】
各複数の放熱フィン４２の自由端は、低温側熱交換器１４と高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するための後述する保持荷重が作用しない状態（非保持状態）では、図１の部分拡大図である図２（Ａ）に示される如く天板３４Ａとの間に隙間Ｃが形成されるように高さが設定されている。これにより、後述する皿ばね４５による保持荷重が防水パッキン４０にシール圧として確実に作用する構成とされている。
【００３９】
そして、排気熱発電装置１０では、図２（Ｂ）に一層拡大して示される如く、複数の放熱フィン４２のうち各冷却水流路３８Ａ、３８Ｂの幅方向中央に位置する放熱フィン４２Ａは、他の放熱フィン４２Ｂよりも蓋板３６からの立設高が高く、上記した非保持状態で天板３４Ａとの隙間Ｃ１が他の放熱フィン４２Ｂと矩形状の天板３４Ａとの隙間Ｃ２よりも小とされている。
【００４０】
放熱フィン４２Ａは、後述する保持荷重が作用した場合に天板３４Ａに当接して（隙間Ｃ１が消費されて）該保持荷重を、周壁３４Ｂ、隔壁３４Ｃと共に蓋板３６を経由して熱発電モジュール１６に伝達するようになっている。したがって、放熱フィン４２Ａは、低温側熱交換器ケース３４の周壁３４Ｂ、隔壁３４Ｃと共に本発明における荷重伝達部を構成する。なお、隙間Ｃ１は、放熱フィン４２Ａが低温側熱交換器ケース３４に当接した状態で、周壁３４Ｂ、隔壁３４Ｃから防水パッキン４０に所要のシール圧が作用するように設定されている。
【００４１】
排気熱発電装置１０は、基部としてのブラケット４４と、ブラケット４４と低温側熱交換器１４との間に圧縮状態で配設されて保持荷重付与手段を構成する弾性体としての皿ばね４５とを備えている。排気熱発電装置１０では、皿ばね４５の付勢力（復元力）に基づく上下方向に沿った保持荷重によって、低温側熱交換器１４と高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を保持するようになっている。
【００４２】
高温側熱交換器１２の上下両側に熱発電モジュール１６、低温側熱交換器１４を配置する排気熱発電装置１０では、ブラケット４４は荷重支持部としての高温側熱交換器１２とは非接触の環状に形成されている。具体的には、図１及び図３に示される如く、ブラケット４４は、それぞれ正面視でハット形状に形成された半体４４Ａ、４４Ｂの重ね合わされたフランジ部４４Ｃがボルト・ナットを主要構成要素とする締結手段４４Ｄにて固定されることで、上記の通り全体として環状に形成されている。環状に形成され高温側熱交換器１２に対し非接触であるブラケット４４は、該高温側熱交換器１２からの熱影響を受け難い構成とされている。
【００４３】
また、皿ばね４５は、上下の低温側熱交換器１４Ａ、１４Ｂとブラケット４４との間にそれぞれ設けられており、この実施形態では、１つの熱発電モジュール１６に対し１つの皿ばね４５が設けられている。これにより、排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６に対応する皿ばね４５の保持荷重が作用するようになっている。より具体的には、図１に示される如く、高温側熱交換器１２の周方向に沿って（上下両面に環状に）配設された上下各２つの熱発電モジュール１６に対応してそれぞれ（計４つの）皿ばね４５が設けられ、この４つの皿ばね４５を共通（１つ）のブラケット４４が支持するようになっている。したがって、この実施形態では、排気熱発電装置１０は、排気ガスの流れ方向に沿って配置された４つのブラケット４４を有する。
【００４４】
さらに、この実施形態では、皿ばね４５と低温側熱交換器１４（天板３４Ａ）との間には、荷重伝達（分散）用の伝達プレート４６が介在している。伝達プレート４６は、ステンレス鋼にて構成されており、アルミ合金製の低温側熱交換器１４に対し高剛性とされている。また、低温側熱交換器１４の天板３４Ａには、皿ばね４５を囲むばねガイド４８が立設されている。
【００４５】
そして、図１及び図２（Ａ）に示される如く、排気熱発電装置１０は、皿ばね４５の圧縮量すなわち皿ばね４５の復元力に基づく保持荷重を調節可能な荷重調節機構５０を備えている。図１及び図３に示される如く、荷重調節機構５０は、複数の皿ばね４５すなわち熱発電モジュール１６に対応して熱発電モジュール１６毎に（ブラケット４４毎に４つ）設けられており、各熱発電モジュール１６を個別に独立して保持荷重の調整可能とされている。
【００４６】
図２に示される如く、荷重調節機構５０は、共通のブラケット４４に固着されたウェルドナット５２と、ブラケット４４の貫通孔５４を該ブラケット４４の外側から貫通してウェルドナット５２に螺合されている荷重調整ボルト（ねじ）５６と、荷重調整ボルト５６におけるウェルドナット５２を貫通した先端５６Ａと皿ばね４５との間に挟まれたばね押えプレート５８とを主要構成要素としている。
【００４７】
荷重調整ボルト５６とウェルドナット５２とは、セルフロック機能を有する送り機構を構成し、荷重調整ボルト５６を回すことで皿ばね４５の復元力に抗してばね押えプレート５８を上下方向に移動することができる一方、皿ばね４５の復元力によって荷重調整ボルト５６が回転する（ばね押えプレート５８が駆動される）ことがない構成とされている。
【００４８】
これにより、荷重調節機構５０では、荷重調整ボルト５６を回すことで押えプレート５８が低温側熱交換器１４の天板３４Ａに対し接離し、荷重調整ボルト５６を回す力を排除するとばね押えプレート５８の天板３４Ａに対する位置が維持される構成になっており、ばね押えプレート５８と天板３４Ａとの間隔すなわち皿ばね４５の変形量に応じて保持荷重が調整されるようになっている。また、ばね押えプレート５８からは、ガイドピン５８Ａが突設されており、ガイドピン５８Ａは皿ばね４５の軸心部に設けられた貫通孔４５Ａを貫通している。このガイドピン５８Ａとガイド４８とによって皿ばね４５の変形方向の上下方向に沿った圧縮方向に制限する構成とされている。
【００４９】
以上により、排気熱発電装置１０では、一端側が荷重調節機構５０（ばね押えプレート５８、荷重調整ボルト５６、ウェルドナット５２）を介して４４に支持された各皿ばね４５の圧縮変形に伴う保持荷重が、低温側熱交換器１４、熱発電モジュール１６に伝達されて高温側熱交換器１２に支持される。高温側熱交換器１２の上下両面に熱発電モジュール１６、低温側熱交換器１４が配設されたこの実施形態では、上下の保持荷重が釣り合うようにブラケット４４に対する高温側熱交換器１２の姿勢が決まる構成である。
【００５０】
これにより、熱発電モジュール１６は、所定荷重で高温側熱交換器１２と低温側熱交換器１４との間に挟み込まれて保持されるようになっている。この実施形態では、排気熱発電装置１０は、初期状態（組み立て状態）で、高温側熱交換器１２と低温側熱交換器１４との間に挟み込まれた各熱発電モジュール１６に均一な面圧が作用するように調整されている。この調整は、例えば、ブラケット４４に対する荷重調整ボルト５６の突出量の管理や荷重調整ボルト５６の締め付けトルク管理によって行われる。
【００５１】
次に、第１の実施形態の作用を説明する。
【００５２】
上記構成の排気熱発電装置１０では、自動車の内燃機関エンジンが始動すると、このエンジンの排気ガスが触媒コンバータ２２を経由して高温側熱交換器１２（高温側熱交換器ケース１８）に導入される。この排気ガスは、集熱フィン２０、天板２６Ａ、底板２８Ａと接触してこれらと熱交換し、該天板２６Ａ、底板２８Ａに熱を与える。これにより、各熱発電モジュール１６の高温側が加熱される。上記熱交換によって冷却されつつ高温側熱交換器１２を通過した排気ガスは、排気管接続部２４を通じて装置外に排出される。
【００５３】
一方、エンジン冷却水は、エンジンの図示しないウォータポンプの作動によって、例えば上下の低温側熱交換器１４Ａ、１４Ｂの各冷却水流路３８Ａ、３８Ｂ、内燃機関エンジン、ラジエータの順に循環する。低温側熱交換器１４の冷却水流路３８を通過するエンジン冷却水は、複数の放熱フィン４２、蓋板３６と接触してこれらと熱交換し、蓋板３６から熱を奪う。これにより、各熱発電モジュール１６の低温側が冷却される。
【００５４】
以上のように、各熱発電モジュール１６の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電モジュール１６の低温側がエンジン冷却水にて冷却されることで、各熱発電モジュール１６の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電モジュール１６は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６が発電を行なう。発電された電力は、例えば自動車に搭載された蓄電池であるバッテリ等に蓄えられる（バッテリを充電する）。
【００５５】
ところで、排気熱発電装置１０は、運転、停止（主に内燃機関エンジンすなわち自動車の運転、停止）に伴って、各構成部品が冷熱サイクルを受ける。この冷熱サイクルの熱間に、低温側熱交換器１４等の熱発電モジュール１６への保持荷重の伝達部材がクリープ等によって伸びを生じると、皿ばね４５の圧縮量が減少して熱発電モジュール１６の保持荷重が低減する場合がある。
【００５６】
ここで、排気熱発電装置１０では、熱発電モジュール１６毎に皿ばね４５及び荷重調節機構５０を有するため、上記したクリープ等によって保持荷重が低減した保持荷重を熱発電モジュール１６毎に個別に調整して設定値に復帰させることができる。なお、このような荷重調整ボルト５６の操作による保持荷重の調整は、例えば定期的なメンテナンス時や発電能力低下の検知時などに行なうことができる。
【００５７】
これにより、排気熱発電装置１０では、各熱発電モジュール１６と高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４との接触面圧、すなわち各熱発電モジュール１６と高温側熱交換器１２、低温側熱交換器１４との適正な面接触状態が確保される。したがって、各熱発電モジュール１６は、高温側及び低温側の接触熱抵抗が低減され（低い状態に維持され）、所要の発電性能が維持される。
【００５８】
特に、荷重調節機構５０が荷重調整ボルト５６とウェルドナット５２とでセルフロック機能を有する送り機構を構成しているため、簡単な構造でありながら、荷重調整ボルト５６の回転角による保持荷重の微調整が容易で荷重調整の信頼性が高い。これにより、圧縮変位に対する荷重変化（すなわち、ばね定数）が大きい皿ばね４５を用いて、保持荷重付与手段を小型に構成することが実現された。また、排気熱発電装置１０は、圧縮コイルスプリング等の他の弾性体を用いる場合と比較して、上下方向にコンパクトな構成とされている。
【００５９】
またここで、排気熱発電装置１０では、複数の放熱フィン４２のうち幅方向の中央に位置する放熱フィン４２Ａを他の放熱フィン４２Ｂよりも天板３４Ａとの隙間が小さくなるように構成されているため、皿ばね４５による保持荷重の作用状態で放熱フィン４２Ａは、天板３４Ａに当接して保持荷重を熱発電モジュール１６に伝達する荷重伝達部材として機能する。
【００６０】
このため、排気熱発電装置１０では、各皿ばね４５の圧縮変形に伴う保持荷重がそれぞれ周壁３４Ｂ、隔壁３４Ｃを経由して対応する熱発電モジュール１６の周縁部（幅方向端部）に伝達されると共に、放熱フィン４２Ａを経由して対応する熱発電モジュール１６の幅方向中央部に伝達される。これにより、各熱発電モジュール１６は、保持荷重によって各部に均一な面圧が作用し、高温側熱交換器１２及び低温側熱交換器１４との適正な面接触状態が確保されて高温側及び低温側の接触熱抵抗が効果的に低減され、所要の発電性能が維持される。
【００６１】
図１０（Ａ）に示す比較例との比較で説明すると、この比較例は、防水パッキン４０のシール圧を確保するために保持荷重作用状態で各放熱フィン４２が天板３４Ａに接触しないように隙間Ｃを設定した構成である。この構成では、皿ばね４５からの保持荷重で天板３４Ａが撓んでも該天板３４Ａの幅方向中央部が支持されないので、保持荷重は周壁３４Ｂ、３４Ｃのみから熱発電モジュール１６に伝達される。このため、蓋板３６の剛性が低いと蓋板３６が撓んで（図１０（Ａ）の想像線参照）熱発電モジュール１６の中央部における低温側熱交換器１４との接触面圧が低下し、接触熱抵抗が大きくなってしまう。この対策として低温側熱交換器１４（蓋板３６）の剛性を高くすると、すなわち蓋板３６の肉厚を増すと、装置が全体として重量化してしまう。また、蓋板３６の熱容量が増すと共に放熱面積も増し、低温側熱交換器１４と熱発電モジュール１６との熱伝達性能すなわち発電性能が低下してしまう。
【００６２】
これに対して本実施形態に係る排気熱発電装置１０では、上記の如く複数の放熱フィン４２の一部（この実施形態では１つ）を荷重伝達部として用いたため、低温側熱交換器１４（蓋板３６）の高剛性化に頼ることなく、すなわち装置の重量化や熱伝達性能の低下を伴うことなく、蓋板３６の薄肉化を図りつつ熱発電モジュール１６に作用する保持面圧の均一化を図ることができる。また、放熱フィン４２Ａと天板３４Ａとの隙間Ｃ１は、防水パッキン４０のシール圧を確保するように設定されているので、低温側熱交換器１４の防水性能が悪化することがない。
【００６３】
さらにここで、排気熱発電装置１０では、高温側熱交換器１２を構成する高温側熱交換器ケース１８の天板２６Ａ、底板２８Ａにおける各熱発電モジュール１６との接触部位の内面側にそれぞれ球面状凹部３０が形成されているため、天板２６Ａ、底板２８Ａにおける各熱発電モジュール１６との接触部位の面剛性が高い。このため、排気熱発電装置１０の構成部品のうち最も高温になる高温側熱交換器１２において、該高温側熱交換器１２と低温側熱交換器１４との間に熱発電モジュール１６を挟み込んで保持するための保持荷重を支持することができる。
【００６４】
図１０（Ｂ）に示す比較例との比較で説明すると、この比較例では、高温側熱交換器１２の天板２６Ａ、底板２８Ａが球面状凹部３０を有しない単なる平板状に形成されている。この構成では、天板２６Ａ、底板２８Ａの剛性が不足する場合、熱発電モジュール１６から保持荷重が伝達された天板２６Ａ、底板２８Ａが撓んでしまい（図１０（Ｂ）の想像線参照）、熱発電モジュール１６の中央部における高温側熱交換器１２との接触面圧が低下し、接触熱抵抗が大きくなってしまう。この対策として天板２６Ａ、底板２８Ａの肉厚を増して剛性を確保すると、装置が全体として重量化してしまう。また、天板２６Ａ、底板２８Ａの熱容量が増すと共に放熱面積も増し、高温側熱交換器１２と熱発電モジュール１６との熱伝達性能すなわち発電性能が低下してしまう。
【００６５】
これに対して本実施形態に係る排気熱発電装置１０では、上記の如く球面状凹部３０を凹設（減肉）して天板２６Ａ、底板２８Ａの剛性を向上しているため、換言すれば、天板２６Ａ、底板２８Ａは肉厚の適正分布によって薄肉化と剛性確保とが両立されているため、装置の重量化や熱伝達性能の低下を伴うことなく、高温側熱交換器１２において熱発電モジュール１６の保持荷重を適正に支持することができる。これにより、熱発電モジュール１６と高温側熱交換器１２との接触熱抵抗が効果的に低減され、所要の発電性能が維持される。
【００６６】
このように、第１の実施形態に係る排気熱発電装置１０では、熱発電モジュール１６を高温側熱交換器１２と低温側熱交換器１４との間に適正に保持することができる。
【００６７】
また、排気熱発電装置１０では、上記の通り高温側熱交換器１２の剛性が確保されているため、該高温側熱交換器１２を矩形状に構成してフィン効率を幅方向の各部で略一定とすることが実現された。しかも、この実施形態では、高温側熱交換器１２を扁平矩形状に構成することで、複数の熱発電モジュール１６を効率良く配置することが実現された。また、この熱発電モジュール１６の配置によって、図示しない熱発電モジュール１６間の結線（配線）を効率良く敷設することが可能になる。
【００６８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前での構成と基本的に同一の部品、部分については、第１の実施形態又は前での構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。
【００６９】
（第２の実施形態）
図７（Ａ）には、本発明に第２の実施形態に係る排気熱発電装置６０が一部拡大した正面断面図にて示されている。この図に示される如く、高温側熱交換器１２は、コルゲートフィンである集熱フィン２０に代えて、多数の板状フィン６２Ａが幅方向に並列して配置された集熱フィン６２を備えている。集熱フィン６２は、例えば多数の板状フィン６２Ａの上下端間に図示しないセパレータを挟み込んで一体化したフィンモジュールとして構成されている。
【００７０】
また、排気熱発電装置６０を構成する低温側熱交換器１４は、低温側熱交換器ケース３４、蓋板３６に代えて、低温側熱交換器ケース６４、２つのカバー体６６を備えている。低温側熱交換器ケース６４は、平面視で高温側熱交換器ケース１８に対応する矩形状の天板６４Ａと、該天板６４Ａの周縁から立設された周壁６４Ｂとを有し、熱発電モジュール１６側に開口している。各カバー体６６は、天板６４Ａを幅方向中央で分割した如き矩形状に形成された蓋板６６Ａと、該蓋板６６Ａの周縁から立設された周壁６６Ｂとを有し、熱発電モジュール１６とは反対側に開口している。また、低温側熱交換器ケース６４内には、該低温側熱交換器ケース６４内の空間を全長に亘って幅方向に２分割する隔壁部材６８が配設されている。
【００７１】
低温側熱交換器１４は、低温側熱交換器ケース６４の周壁６４Ｂの開口端、一端側が天板６４Ａに突き当てられた隔壁部材６８に、各カバー体６６の周壁６６Ｂの開口端が突き当てられることで、各冷却水流路３８Ａ、３８Ｂを形成している。周壁６４Ｂ、隔壁部材６８と周壁６６Ｂとの間には防水パッキン４０が配設されている。
【００７２】
各カバー体６６の蓋板６６Ａからは、複数の放熱フィン４２が立設されており、複数の放熱フィン４２は、排気熱発電装置１０と同様に放熱フィン４２Ａと他の放熱フィン４２Ｂとで構成されている。図７（Ｂ）に示される如く、皿ばね４５からの保持荷重が作用しない状態では、放熱フィン４２Ａと天板６４Ａとの隙間Ｃ１は、他の放熱フィン４２Ｂと天板６４Ａとの隙間Ｃ２よりも小とされている。
【００７３】
排気熱発電装置６０の他の構成は、排気熱発電装置１０の対応する構成と同じである。
【００７４】
したがって、第２の実施形態に係る排気熱発電装置６０によっても、第１の実施形態と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。
【００７５】
（第３の実施形態）
図８には、本発明の第３の実施形態に係る排気熱発電装置７０が一部拡大した正面断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置７０は、低温側熱交換器１４を構成するカバー体６６の蓋板６６Ａから、複数の放熱フィン４２に代えて複数の放熱フィン７２が立設されている。各放熱フィン７２の自由端は、天板６４Ａ側に向けて幅（断面積）が小さくなるように除変（先鋭化）した潰れ部７２Ａとされている。なお、潰れ部７２Ａは、圧縮を受けて塑性変形し易い形状であれば足り、他の形状を取ることができる。また、潰れ部７２Ａは、後述する変形促進プレート７４に対応する範囲にのみ設けても良い。
【００７６】
排気熱発電装置７０では、各冷却水流路３８Ａ、３８Ｂの幅方向中央部の所定範囲に位置する一部（複数）の潰れ部７２Ａと天板６４Ａとの間に変形促進プレート７４が配設されている。変形促進プレート７４は、アルミ合金製のカバー体６６（放熱フィン７２）に対し高硬度の材料、例えばステンレス鋼にて構成されている。
【００７７】
排気熱発電装置７０では、図９（Ａ）に示される如く、皿ばね４５からの保持荷重が作用しない状態で、各放熱フィン７２の潰れ部７２Ａと天板６４Ａとの隙間がＣ２とされており、変形促進プレート７４の厚みｔは隙間Ｃ２と隙間Ｃ１との差分と同等以上とされている。
【００７８】
したがって、排気熱発電装置７０を構成する１４は、皿ばね４５の保持荷重が作用すると、図９（Ｂ）に示される如く、天板６４Ａが隙間Ｃ２と変形促進プレート７４の厚みｔとの差分を超えて撓むことで幅方向中央部に位置する一部の放熱フィン７２の潰れ部７２Ａが変形促進プレート７４に当接し、潰れ部７２Ａを塑性変形して、天板６４Ａから熱発電モジュール１６への複数（一部）の放熱フィン７２を経由した荷重伝達経路を構成するようになっている。
【００７９】
放熱フィン７２の潰れ部７２Ａが塑性変形して構成された荷重伝達経路は、該塑性変形後の反力（復元力）が作用しないため、各部で均一の荷重を伝えることができる構成とされている。したがって、この実施形態において、潰れ部７２Ａ及び変形促進プレート７４が本発明における荷重均一化手段に相当する。
【００８０】
排気熱発電装置７０の他の構成は、排気熱発電装置１０又は排気熱発電装置６０の対応する構成と同じである。
【００８１】
したがって、第３の実施形態に係る排気熱発電装置７０によっても、第１の実施形態と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。なお、低温側熱交換器１４による熱発電モジュール１６への荷重伝達について補足すると、排気熱発電装置７０では、皿ばね４５からの保持荷重によって潰れ部７２Ａが塑性変形して潰れるため、該塑性変形によって荷重伝達経路を構成する放熱フィン７２の寸法誤差を、反力（変形後の復元力）を生じることなく吸収することができる。
【００８２】
これにより、周壁６４Ｂ、６６Ｂ、隔壁部材６８を経由する熱発電モジュール１６周縁への荷重伝達経路の他に、複数の放熱フィン７２を利用した熱発電モジュール１６の中央部への荷重伝達経路が確保され、１つの放熱フィン４２Ａを熱発電モジュール１６の中央部に対する荷重伝達経路と比較して、保持荷重を熱発電モジュール１６に対し一層均一に伝達することができる。また、潰れ部７２Ａの塑性変形後には、周壁６４Ｂ、隔壁部材６８から防水パッキン４０に十分なシール荷重が作用し、低温側熱交換器１４のシール性が確保される。さらに、多数の放熱フィン７２の寸法管理が容易になる。
【００８３】
なお、上記各実施形態では、低温側熱交換器１４が高温側熱交換器１２の一方側に配置される複数の熱発電モジュール１６に対し共通である構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、熱発電モジュール１６毎に独立した（例えばフレキシブルチューブで互いに接続された）低温側熱交換器１４と各熱発電モジュール１６に共通の高温側熱交換器１２との間に熱発電モジュール１６を挟み込む構成としても良い。
【００８４】
また、上記各実施形態では、高温側熱交換器１２が扁平矩形状である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、高温側熱交換器１２平面視で正多角形状（正方形等）に形成し、該高温側熱交換器１２の各辺（排気ガス流れ方向に延在する面）の外面側に熱発電モジュール１６、低温側熱交換器１４を配設するようにしても良い。
【００８５】
さらに、上記各実施形態では、保持荷重付与手段としての皿ばね４５が熱発電モジュール１６毎に設けられた例を示したが、本発明箱例限定されず、例えば、ブラケット４４のフランジ部４４Ｃ間（半体４４Ａ、４４Ｂ間）に皿ばね４５を配設し、ばね押えプレート５８を低温側熱交換器１４に当接させるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置の排気ガス流れ方向に直角な断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の一部を拡大して示す断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の一部をさらに拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置の外観を示す側面図である。
【図４】図１の４−４線に沿った断面図である。
【図５】図３の５−５線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る排気熱発電装置を構成する高温側熱交換器ケースの排気ガス流れ方向に直角な断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る排気熱発電装置の要部を示す断面図、（Ｂ）は図８（Ａ）の一部を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る排気熱発電装置の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る排気熱発電装置を構成する低温側熱交換器１４の荷重伝達構造を示す図であって、（Ａ）は保持荷重付与前の状態を示す断面図、（Ｂ）は保持荷重付与後の状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態との比較例を示す図であって、（Ａ）は低温側熱交換器の変形を示す断面図、（Ｂ）は主に高温側熱交換器の変形を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０    排気熱発電装置
１２    高温側熱交換器（加熱部）
１４    低温側熱交換器（冷却部）
１６    熱発電モジュール（熱発電体）
２６Ａ  天板（熱発電体との接触部）
２８Ａ  底板（熱発電体との接触部）
３０    球面状凹部
３４Ｃ  隔壁（荷重伝達部）
３４Ｂ  周壁（荷重伝達部）
４２Ａ  放熱フィン（荷重伝達部）
４４    ブラケット（保持荷重付与手段、基部）
４５    皿ばね（保持荷重付与手段、弾性体）
５０    荷重調節機構（荷重調整手段）
５６    荷重調整ボルト（可動荷重受け部）
５８    ばね押えプレート（可動荷重受け部）
６０・７０    排気熱発電装置
６４Ｂ・６６Ｂ      周壁（荷重伝達部）
６８    隔壁部材（荷重伝達部）
７２    放熱フィン（荷重伝達部）
７２Ａ  潰れ部（荷重均一化手段）
７４    変形促進プレート（荷重均一化手段）
【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】
2007149841.tif 000009
【図８】
2007149841.tif 000010
【図９】
2007149841.tif 000011
【図１０】
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