(57)【要約】【課題】受熱板の熱交換性能及び伝熱性能を向上することができ、発電効率の向上を図ることができる熱電発電装置を提供する。【解決手段】受熱板と、一方の面を受熱板に向けて配置され、一方の面と他方の面との温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュールと、熱電変換モジュールの他方の面に、密着、固定して取り付けられる水冷板と、を備えた熱電発電装置において、受熱板の受熱面に複数の受熱フィンを平行に形成し、受熱板の熱電変換モジュールとの接触面の表面粗さを０．１μｍ以上２０μｍ以下とする。【選択図】図４
2013211471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱板と、
一方の面を前記受熱板に向けて配置され、前記一方の面と他方の面との温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールの他方の面に、密着、固定して取り付けられる水冷板と、を備え、
前記受熱板の受熱面には、複数の受熱フィンが平行に形成され、
前記受熱板の前記熱電変換モジュールとの接触面は、表面粗さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記受熱板は、１０００℃での熱伝導率が３５〜４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、見掛気孔率が０．１％以下のＳｉＣによって形成され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】
前記受熱フィンは、高さが８０〜１５０ｍｍで、かつ配置間隔が３．０〜８．０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記受熱フィンの配置間隔が４．５〜５．５ｍｍであることを特徴とする請求項３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、熱電変換モジュールを用いて高温側と低温側の温度差から発電する熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱電変換素子のゼーベック効果又はペルチェ効果を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーに、又は電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する熱電変換モジュールが知られている。
一般的な熱電変換モジュールの構成を図１に示す。図１に示すように、熱電変換モジュール１０は、熱電素子であるｐ型半導体１１１とｎ型半導体１１２を金属電極１１３によって「π」型に接続した熱電素子対１１を、多数集合させて電気的に直列に接続し、２枚の絶縁基板（例えばセラミックス基板）１２、１３で狭持した構成を有する。
【０００３】
この平板状の熱電変換モジュール１０を、一方の面（例えば絶縁基板１２）が高温側、他方の面（例えば絶縁基板１３）が低温側となるように配置して両面間に温度差を与えると、起電力が生じる。この電力は、熱電変換モジュール１０に接続された電流リード１４、１５を介して取り出される。逆に、電流リード１４、１５を介して熱電変換モジュール１０に電流を流すと、一方の面（例えば絶縁基板１２）で発熱が生じ、他方の面（例えば絶縁基板１３）で吸熱が生じる。
特許文献１、２には、このような熱電変換モジュール１０を用いた熱電変換装置が提案されている。特に、熱電変換モジュール１０を用いて発電する装置は、熱電発電装置と呼ばれる。
【０００４】
熱電変換モジュールは、可動部（機械的な駆動部分）を持たず構造が簡単であるため、摩耗劣化などの心配がなく信頼性・耐久性に優れる、メンテナンスが容易である、小型化・軽量化が容易で適用場所の制限が少ない、という利点がある。そして、このような利点を有することから、大量の熱が排出される工業炉（電気炉や燃焼炉等、各種産業分野で溶解、精錬、加熱等の工程で使用される炉）にも比較的容易に設置することができる。
この熱電変換モジュールを用いた熱電発電装置は、二酸化炭素を排出することもなく、廃熱を回収してエネルギー源として再利用することができる技術として、環境保全や省エネルギーの観点から非常に注目されている。
【０００５】
熱電発電装置を工業炉に設置する場合、熱電変換モジュールの高温側となる面（以下、加熱面）を加熱する一方で、低温側となる面（以下、冷却面）を冷却し、両端面間に温度差を生じさせる必要がある。また、工業炉の炉壁は、炉内の高温保持性及び安全性の観点から断熱性が高くなっているため、炉壁の外面に熱電変換モジュールの加熱面を密着させても、炉内の熱エネルギーを効率よく取り出すことはできない。
【０００６】
そこで、図２に示すように、炉壁１００に形成された開口１００ａを受熱板２０で閉塞し、この受熱板２０に熱電変換モジュール１０の加熱面を接触させて熱電変換モジュール１０を取り付け、熱電変換モジュール１０の冷却面に冷却機構を有する水冷板３０を取り付ける手法が採用されている。
かかる手法によれば、炉内の熱が受熱板２０で吸熱され、熱電変換モジュール１０の加熱面に伝達されるので、加熱面が効率よく加熱される。また、受熱板２０により炉内の高温ガスが遮蔽され、熱電変換モジュール１０の冷却面側に回り込まないため、加熱面と冷却面に大きな温度差が生じる。したがって、熱電発電装置５は、効率よく発電することができる。
【０００７】
また、熱電発電装置５においては、受熱板２０により炉内の熱を効率よく取り込んで熱電変換モジュール１０の加熱面に伝達させる一方、冷却面の熱を効率よく取り出して水冷板３０から放出させることが重要となる。
一般に、受熱板２０の受熱効率、又は水冷板３０の冷却効率を向上させるためには、フィン構造が有効であることが知られている（例えば特許文献３、４）。また、受熱板２０には、熱伝導率の高い硬質材料（例えばＳｉＣ、窒化アルミニウム、又は銅、アルミニウム等の金属）が適用される（例えば特許文献５、６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２００２４９号公報
【特許文献２】特開２００７−７３８８９号公報
【特許文献３】特開２００７−１８０５０５号公報
【特許文献４】特開２０１０−１４７２３６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２３８８２２号公報
【特許文献６】特許第４７５１３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、受熱板には炉内の熱を取り込む熱交換性能と、取り込んだ熱を熱電変換モジュールに伝達する伝熱性能が要求される。また、発電能力の高い熱電発電装置を実現するためには、大サイズの熱電変換モジュールが必要となり、これに応じて受熱板も大サイズであることが要求される。
しかしながら、窒化アルミニウムは製法上の制約から大きな受熱板を製造することが困難であるため、受熱板の材料に窒化アルミニウムを適用した場合、発電能力の高い大サイズの熱電発電装置を実現することができない。
また、銅、アルミニウム等の金属は線膨張率が大きいため、受熱板の材料に金属を適用した場合、高温環境において受熱板が熱変形して熱電変換モジュールとの接触面積が著しく低下する。その結果、受熱板と熱電変換モジュールとの間の界面熱抵抗が増大し、熱電発電装置の発電効率が低下する。
【００１０】
このような理由で、従来は、受熱板の材料としてＳｉＣが適用されている。ＳｉＣの中でも、加工性に優れ、取り扱いが容易であることから、酸化物結合ＳｉＣが主流となっている。酸化物結合ＳｉＣとは、ＳｉＣを酸化ケイ素（Ｓｉ２Ｏ３）によって結合させたものである。
しかしながら、酸化物結合ＳｉＣの見掛気孔率は６．５％程度であるため、受熱板の材料に酸化物結合ＳｉＣを適用した場合、熱電変換モジュールとの接触面に凹凸が生じやすい。具体的には、受熱板の熱電変換モジュールとの接触面の表面粗さは、数十μｍ程度になる。そして、この接触面に形成される凹凸により受熱板と熱電変換モジュール間の界面熱抵抗が増大する、すなわち受熱板の伝熱性能が低下するため、熱電発電装置の発電効率が低下してしまう。
なお、見掛気孔率とは、全体の容積（外形容積）に対する開口気孔容積（水が入りうる気孔の容積）の割合であり、一般に、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５準拠の測定方法により測定される。
【００１１】
本発明の目的は、受熱板の伝熱性能及び熱交換性能を向上することができ、発電効率の向上を図ることができ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】
【００１２】
本発明に係る熱電発電装置は、受熱板と、
一方の面を前記受熱板に向けて配置され、前記一方の面と他方の面との温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールの他方の面に、密着、固定して取り付けられる水冷板と、を備え、
前記受熱板の受熱面には、複数の受熱フィンが平行に形成され、
前記受熱板の前記熱電変換モジュールとの接触面は、表面粗さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受熱板の熱交換性能及び伝熱性能を両立させることができるので、高い発電効率を有する熱電発電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱電変換モジュールの構成を示す図である。
【図２】従来の熱電発電装置の断面図である。
【図３】実施の形態の熱電発電装置の要部を示す斜視図である。
【図４】実施の形態の熱電発電装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、ＤＩＰフォーミング方式（真空中で銅母線の周囲に溶銅を付着凝固させ、銅線を製造する製法）の銅線製造設備を構成する予熱炉（銅を予め加熱する炉、炉内温度：約８５０℃）、溶解炉（銅を溶融する炉、炉内温度：１０００℃以上）、保持炉（溶融した銅を貯留する炉、炉内温度：１０００℃以上）のうち、予熱炉に熱電発電装置を設置する場合について説明する。
【００１６】
図３は、実施の形態の熱電発電装置の要部を示す斜視図である。図４は、実施の形態の熱電発電装置の断面図である。なお、図４では熱電発電装置１を炉壁１００に取り付けた状態を示している。
図３、４に示すように、熱電発電装置１は、熱電変換モジュール１０、受熱板２０、及び水冷板３０等が、ケース６０内に収容された構成を有する。
【００１７】
熱電発電装置１において、ケース６０は、熱電変換モジュール１０等を収容する箱状の収容部６１と、収容部６１の低温側開口６１ａから外側に張り出すフランジ部６２を有する。収容部６１は、炉壁１００に形成された開口１００ａとほぼ同一形状の外形を有する。収容部６１の底面は額縁状に形成され、高温側開口６１ｂから受熱板２０が炉内に臨むようになっている。
【００１８】
熱電変換モジュール１０は、加熱面１０ａと冷却面１０ｂとの温度差を利用して発電出力を得ることができる平板状のモジュールである。熱電変換モジュール１０は、図１に示すように、熱電素子であるｐ型半導体１１１とｎ型半導体１１２を金属電極１１３によって「π」型に接続した熱電素子対１１を、多数集合させて電気的に直列に接続し、高温側絶縁基板１２、低温側絶縁基板１３で狭持した構成を有する。高温側絶縁基板１２が受熱板２０に対向して配置され、低温側絶縁基板１３が水冷板３０に対向して配置される。
【００１９】
ｐ型半導体１１１、ｎ型半導体１１２には、例えば酸化物系の化合物半導体が好適である。酸化物系半導体は適用温度が高く、１０００℃近い高温環境下でも動作させることができるためである。一例として、ｐ型半導体としてはＣａ3Ｃｏ4Ｏ9を適用でき、ｎ型半導体としてはＬａＮｉＯ3を適用できる。
なお、高温側絶縁基板１２又は低温側絶縁基板１３を設けないハーフスケルトン型の熱電変換モジュールを適用することもできる。
【００２０】
低温側絶縁基板１３は、従来のように耐熱性・絶縁性が高く、取り扱い性に優れたカプトンテープ（商品名）で構成してもよいが、Ａｌ2Ｏ3板又はＡｌＮ板で構成するのが望ましい。Ａｌ2Ｏ3及びＡｌＮは、カプトンテープよりも熱伝導率が高く、熱電変換モジュール１０の発電効率を向上できるためである。
【００２１】
受熱板２０は、熱電変換モジュール１０の高温側絶縁基板１２に接触して配置され、炉内のを吸収して、熱電変換モジュール１０の加熱面１０ａを加熱する。受熱板２０は、熱電変換モジュール１０の加熱面１０ａよりも一回り大きく、ケース６０の収容部６１とほぼ同一形状を有する。また、稼働時の受熱板１０の全体のそり量は５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
また、受熱板２０の熱電変換モジュール１０の加熱面１０ａとの接触面（以下、モジュール接触面）には、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定されている算術平均粗さＲａ（以下、表面粗さ）が０．１μｍ以上２０μｍ以下となるように平面加工処理が施される。受熱板２０の表面粗さＲａが２０μｍを超えると、受熱板２０と熱電変換モジュール１０との接触界面に細かい空気層が生じてしまう結果、界面熱抵抗が高くなる。また、受熱板の表面粗さＲａが０．１μｍを下回ると、受熱板２０と熱電変換モジュール１０との固着現象が生じやすく、稼働時に熱歪みが生じやすくなる。
そこで、受熱板２０のモジュール接触面の表面粗さＲａは、０．１μｍ以上２０μｍ以下とする。これにより、受熱板２０と熱電変換モジュール１０との間の界面熱抵抗が小さくなるので、受熱板２０の伝熱性能が向上する。
【００２３】
ここで、受熱板２０は、見掛気孔率が０．１％以下のＳｉＣによって形成されるのが望ましい。このような性状を有するＳｉＣは、例えば、ＳｉＣ粉末とＣ粉末で多孔質の焼結体を作製した後、これを溶融Ｓｉに含浸させて加熱し、ＣとＳｉを反応させることにより得られる（いわゆる反応焼結ＳｉＣ）。
【００２４】
反応焼結ＳｉＣは、Ｓｉによって気孔が埋められているので、見掛気孔率が極めて小さい緻密体となる。具体的には、酸化物結合ＳｉＣの見掛気孔率が６．５％、であるのに対して、反応焼結ＳｉＣの見掛気孔率は０．１％以下である。そのため、反応焼結ＳｉＣで構成された受熱板２０の表面（特にモジュール接触面）は、表面粗さが２０μｍ以下という極めて平坦な状態に仕上げることができる。したがって、受熱板２０と熱電変換モジュール１０との密着性が高まり、界面熱抵抗が低減される。
【００２５】
また、反応焼結ＳｉＣは、１０００℃での熱伝導率が３５〜４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、酸化物結合ＳｉＣの熱伝導率の２倍以上であるので、１０００℃以上の高温でも高い伝熱性能を維持でき、吸収した熱は効率よく熱電変換モジュール１０に伝達される。
【００２６】
ここで、受熱板２０の伝熱性能は、熱伝導率を高くすることはもちろん、厚さを薄くすることによっても向上する。つまり、受熱板２０の縦横のサイズが一定であれば、その伝熱性能は「熱伝導率／厚さ」で表されると考えてよい。したがって、熱伝導率が反応焼結ＳｉＣより低い窒化物結合ＳｉＣや酸化物結合ＳｉＣであっても、反応焼結ＳｉＣと同等の伝熱性能を確保できる可能性はある。
【００２７】
しかし、表１に示すように、窒化物結合ＳｉＣ、酸化物結合ＳｉＣは、反応焼結ＳｉＣに比較して、熱伝導率が低いだけでなく、曲げ強度σも低い。また、受熱板２０の縦横サイズを一定、厚さをｔとしたとき、曲げ破断荷重はｔ2×σに比例する。したがって、受熱板２０を窒化物結合ＳｉＣ又は酸化物結合ＳｉＣで構成した場合、厚さｔを薄くすることで受熱板２０を反応焼結ＳｉＣで構成したときと同等の伝熱性能を確保することはできるが、受熱板２０を反応焼結ＳｉＣで構成したときに比較して曲げ破断荷重は著しく小さくなる。つまり、受熱板２０を窒化物結合ＳｉＣ又は酸化物結合ＳｉＣで構成すると、強度（曲げ破断荷重）が低下し、実用上問題が生じる可能性が高くなる。
かかる観点からも、受熱板２０は反応焼結ＳｉＣで構成されるのが望ましい。
【００２８】
【表１】
2013211471.tif 000003
【００２９】
また、反応焼結ＳｉＣは、１０００℃での線膨張率が４．０〜５．０×１０-6／Ｋである。したがって、受熱板２０を反応焼結ＳｉＣで構成することにより、高温環境における受熱板２０の熱変形を抑制することができる。
【００３０】
また、受熱板２０の受熱面（炉内に臨む面）には、複数の受熱フィン２１が平行に立設される。個々の受熱フィン２１は、受熱板２０の一方の辺と略同一幅の一枚板で構成される。受熱フィン２１を設けることにより受熱面積が増大するので、炉内の熱を効率よく吸収することができる。
受熱フィン２１の厚さは特に制限されないが、所定の強度を有する範囲で薄い方が望ましい。受熱フィン２１の厚さが薄いほど、受熱フィン２１の枚数を増やすことができ、受熱面積が大きくなるためである。
【００３１】
ところで、受熱フィン２１の配置間隔が広くなる、又は受熱フィン２１の高さが低くなると、受熱フィン２１と空気との接触面積が少なくなるため、空気から受熱フィン２１への熱移動が制限される。一方、受熱フィン２１の配置間隔が狭くなる、又は受熱フィン２１の高さが高くなると、隣接する受熱フィン２１、２１間で空気の粘性抵抗が大きくなるため、空気の流れが滞りやすくなり、やはり空気から受熱フィン２１への熱移動が制限される。
また、受熱フィン２１の熱交換性能は、熱電発電装置１が設置される炉内の温度や、加熱されたときの受熱フィン２１の温度（受熱フィン２１の材質）によっても変化する。そのため、受熱フィン２１の配置間隔及び高さは、実使用上想定される炉内の温度等を考慮して、熱交換性能が最大となるように設計されるべきである。
【００３２】
熱電発電装置１において、受熱板２０と熱電変換モジュール１０の間には、グラファイトシートや六方晶系窒化ホウ素等の柔軟層を介装させてもよい。これにより、受熱板２０が熱変形しても、柔軟層が追従して弾塑性変形するので、受熱板２０と熱電変換モジュール１０の間に隙間が形成されることはなく、界面熱抵抗が増大するのを防止できる。この場合、受熱板２０のモジュール接触面の表面粗さは１００μｍ以下であればよい。
【００３３】
水冷板３０は、熱電変換モジュール１０の低温側絶縁基板１３に接触して配置され、熱電変換モジュール１０の冷却面１０ｂを冷却する。水冷板３０は、例えば、金属製の板材に水を流通させるパイプを埋設した構成を有する。冷却機構としての水冷板３０を設け、これに所定の流量で水を流すことにより、熱電モジュール１０の冷却面１０ｂを所定の温度に冷却することができる。
熱電変換モジュール１０の低温側絶縁基板１３と水冷板３０は、例えば熱伝導性のグリースを介して圧着される。これにより、低温側絶縁基板１３と水冷板３０の線膨張率差による変形に対応することができる。
【００３４】
また、水冷板３０と熱電変換モジュール１０との間に、グラファイトシートや六方晶系窒化ホウ素等からなる柔軟層（図示略）を介装させてもよい。これにより、水冷板３０の変形や表面粗さに起因して隙間が生じても、柔軟層が追従して弾塑性変形するので、水冷板３０と熱電変換モジュール１０間に隙間が生じることはなく、界面熱抵抗が増大するのを防止できる。熱電変換モジュール１０の冷却面１０ｂは効率的に加熱され、冷却面１０ｂとの間で大きな温度差が得られるので、熱電変換モジュール１０の発電効率は格段に向上する。
【００３５】
熱電発電装置１を組み立てる場合、ケース６０の収容部６１に、受熱板２０、熱電変換モジュール１０、水冷板３０を順に配置する。そして、水冷板３０の背面（熱電変換モジュール１０と接触する面と反対の面）に、補強梁７０を介して押圧ボルト８０を締め込むことにより、受熱板２０、熱電変換モジュール１０、及び水冷板３０を固定する。また、補強梁７０の両端はケース６０にねじ止めされる。
【００３６】
組み立てられた熱電発電装置１は、予熱炉の炉壁１００に形成された開口１００ａに設置される。予熱炉には、炉内を点検するためのメンテナンスハッチが設けられているので、これを開口１００ａとして利用することができる。
具体的には、炉壁１００の開口１００ａにケース６０の収容部６１を嵌合させるとともに、フランジ部６２を炉壁１００にねじ止めすることにより、熱電発電装置１が炉壁１００に取り付けられる。熱電変換モジュール１０の加熱面１０ａが高温側である炉内に向き、冷却面１０ｂが低温側である炉外に向いた状態となる。
【００３７】
ケース６０に形成された高温側開口６１ｂは受熱板２０によって完全に閉塞されている（すなわち炉壁１００に形成された開口１００ａが受熱板２０によって閉塞されている）ので、炉内の高温ガスが熱電変換モジュール１０の冷却面１０ｂ側に回り込むことはない。
【００３８】
予熱炉において銅材が加熱されると、このときに発生する熱が、受熱板２０によって吸収され、熱電変換モジュール１０に伝達される。これにより、熱電変換モジュール１０の加熱面１０ａが高温（例えば７００℃）に加熱される。一方、熱電変換モジュール１０の冷却面１０ｂは水冷板３０によって低温（例えば８０℃）に保持される。
熱電変換モジュール１０の両面間には数百℃の温度差が生じ、この温度差に応じて起電力が生じる。この電力は、熱電変換モジュール１０に接続された電流リード１４、１５を介して取り出される（図１参照）。
【００３９】
このように、実施の形態に係る熱電発電装置１は、炉壁１００に形成された開口１００ａを閉塞する受熱板２０と、加熱面１０ａを受熱板２０に向けて配置され、加熱面１０ａと冷却面１０ｂとの温度差を利用して発電出力を得る熱電変換モジュール１０と、熱電変換モジュール１０の冷却面１０ｂに、密着、固定して取り付けられる水冷板３０と、を備える。
そして、受熱板２０の受熱面には複数の受熱フィン２１が平行に形成され、受熱板２０の熱電変換モジュール１０との接触面は表面粗さが２０μｍ以下となっている。
【００４０】
熱電発電装置１においては、受熱板２０のモジュール接触面の表面粗さが２０μｍ以下であるので、受熱板２０と熱電変換モジュール１０との間の界面熱抵抗が小さく、受熱板２０の伝熱性能が向上する。
さらには、受熱板２０の受熱面には複数の受熱フィン２１が平行に形成されているので、受熱板２０は炉内の熱を効率よく吸収することができる。
すなわち、熱電発電装置１においては、受熱板２０が伝熱性能と熱交換性能を兼ね備えているので、高い発電効率が実現される。
【００４１】
［実施例１］
実施例１では、ケース６０の高温側開口６１ｂを１２０×１２０ｍｍサイズとした熱電発電装置１において、１０００℃での熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１０００℃での線膨張率が４．５×１０-6／Ｋ、見掛気孔率が０．０５％である反応焼結ＳｉＣで、受熱板２０を形成した。また、適当な表面研磨加工を施すことにより、受熱板２０のモジュール接触面の表面粗さＲａを６μｍとした。また、受熱フィン２１の高さを１００ｍｍ、配置間隔を５．０ｍｍ、厚さを２．０ｍｍとし、受熱面に８枚の受熱フィン２１を形成した。
【００４２】
［比較例１］
比較例１では、ケース６０の高温側開口６１ｂを１２０×１２０ｍｍサイズとした熱電発電装置１において、１０００℃での熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１０００℃での線膨張率が４．５×１０-6／Ｋ、見掛気孔率が１％より小さい（例えば０．７％）窒化物結合ＳｉＣで、受熱板２０を形成した。このとき、受熱板２０のモジュール接触面に、実施例１と同様の表面研磨加工を施したところ、表面粗さＲａは２１μｍとなった。受熱フィン２１の形状、サイズ、配置態様は実施例１と同じとした。
【００４３】
［比較例２］
比較例２では、ケース６０の高温側開口６１ｂを１２０×１２０ｍｍサイズとした熱電発電装置１において、１０００℃での熱伝導率が１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１０００℃での線膨張率が４．８×１０-6／Ｋ、見掛気孔率が６．５％である酸化物結合ＳｉＣで、受熱板２０を形成した。このとき、受熱板２０のモジュール接触面に、実施例１と同様の表面研磨加工を施したところ、表面粗さＲａは４２μｍとなった。受熱フィン２１の形状、サイズ、配置態様は実施例１と同じとした。
【００４４】
［比較例３］
比較例３では、ケース６０の高温側開口６１ｂを１２０×１２０ｍｍサイズとした熱電発電装置１において、実施例１と同様の反応焼結ＳｉＣを用いて、受熱板２０を平板形状に形成した。
【００４５】
実施例１及び比較例１〜３の熱電発電装置について、受熱板２０を８５０℃で加熱し、水冷板３０を８０℃で冷却したときの開放電圧を測定し、それぞれの発電効率を評価した。評価結果を表２に示す。
表２に示すように、実施例１と比較例１、２の評価結果より、受熱板２０を反応焼結ＳｉＣで形成することにより、発電効率を改善できることが確認された。受熱板２０を反応焼結ＳｉＣで形成した場合、酸化物結合ＳｉＣや窒化物結合ＳｉＣに比較して受熱板２０の熱伝導率が高く、かつ受熱板２０と熱電変換モジュール１０との間の界面熱抵抗が小さくなり、受熱板２０の伝熱性能が格段に向上したためと考えられる。
また、実施例１と比較例３の評価結果より、受熱板２０の受熱面に受熱フィン２１を形成することで発電効率を改善できることが確認された。
【００４６】
【表２】
2013211471.tif 000004
【００４７】
［実施例２］
実施例２では、実施例１の熱電発電装置１において、受熱フィン２１の配置間隔を２．５〜５５ｍｍとして、受熱フィン２１の配置間隔の最適範囲を確認した。なお、受熱フィン２１の高さは１００ｍｍ、厚さは２．０ｍｍとした（実施例１と同じ）。
実施例２のそれぞれの熱電発電装置について、受熱板２０を８５０℃で加熱し、水冷板３０を８０℃で冷却したときの開放電圧を測定し、それぞれの発電効率を評価した。評価結果を表３に示す。
【００４８】
表３より、受熱フィン２１の高さが１００ｍｍである場合、配置間隔が３．０〜８．０ｍｍのときに、０．９０Ｖ以上の開放電圧が得られ、特に、配置間隔が４．５〜５．５ｍｍのときには、０．９５Ｖ以上の開放電圧が得られた。また、受熱フィン２１の高さを８０〜１５０ｍｍとした場合も同等の結果が得られた。
【００４９】
このように、受熱フィン２１の高さを８０〜１５０ｍｍとし、受熱フィン２１の配置間隔を３．０〜８．０ｍｍ、望ましくは４．５〜５．５ｍｍとすることにより、４００〜９００℃で稼動させる場合に最適な発電効率を得ることができる。
【００５０】
【表３】
2013211471.tif 000005
【００５１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、熱電発電装置１は、ＤＩＰフォーミング方式の銅線製造設備を構成する溶解炉や保持炉、その他の工業炉（焼却炉等）に設置することができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１  熱電発電装置
１０  熱電変換モジュール
２０  受熱板
２１  受熱フィン
３０  水冷板
６０  ケース
７０  補強梁
８０  押圧ボルト
１００  炉壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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