(57)【要約】【課題】振動抑制並びに熱膨張に伴う面圧変化、密着性変化およびクリアランス変化の低減を可能にするコンパクトな熱電発電装置を提供する。【解決手段】熱電発電装置は、配管１０内のガスを熱源とし、熱源からの熱を熱電素子２１の高温面２１ａで受熱し、高温面２１ａとは反対側の低温面２１ｂを冷却することにより発電する。高温面２１ａは、配管１０の外壁部に、押圧されている状態で接続され、低温面２１ｂは、内部に冷媒が流通する冷却部４１に、緩衝部材３０を介在して接続され、緩衝部材３０は、配管１０の外壁部への押圧方向に可撓性を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内を流通するガスを熱源とし、該熱源からの熱を板状の熱電素子の高温面で受熱し、該熱電素子の高温面とは反対側の低温面を冷却することにより発電する熱電発電装置において、
前記熱電素子の前記高温面は、前記配管の外壁部に当接され、前記熱電素子の前記低温面は、内部に第１冷媒を流通させている冷却部に、弾性を有する緩衝部材を介在して当接しており、
前記緩衝部材が前記低温面を押圧することにより、前記高温面が前記外壁部を押圧するように構成されていることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記緩衝部材は、前記熱電素子の前記低温面に接続された板状の台座部と、互いに間隔を空けて前記台座部に取り付けられている複数の放熱部材とを備えているヒートシンクであ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】
前記各放熱部材は、板状のフィンであり、該各フィンは、前記低温面に対して略垂直な方向に立設すると共に蛇腹形状を備えており、
前記熱電発電装置が前記低温面に平行に振動する場合に、
前記蛇腹形状の山折り及び谷折りは、それぞれ振動方向に折り曲げられ、前記山折り及び谷折りは、前記低温面に略垂直な方向に交互に繰り返され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】
前記ヒートシンクの前記台座部には、前記低温面に当接する当接面が設けられ、前記当接面の面積は、前記低温面の面積よりも小さくなるように設定されており、
前記当接面は、前記低温面内に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記複数の放熱部材の間には、第２冷媒が流通し、
前記複数の放熱部材のそれぞれは、前記第２冷媒の流れ方向に沿って延びる板状であることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
【請求項６】
前記第１冷媒は冷却水であり、前記第２冷媒は冷却風であることを特徴とする請求項５に記載の熱電発電装置。
【請求項７】
前記ガスは、内燃機関から排出される排気ガスであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項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、熱源から熱を高温面で受熱し、低温面が冷却されることで発電する熱電素子を備えている熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両の内燃機関の排気用配管に熱電素子を取り付けて発電する装置（以下、熱電発電装置）は、加熱源と冷熱源との間に熱電素子を挟み込んで、これらの温度差により発電している。熱電素子は機械的に弱く、車両の振動が伝わると破損してしまうことがある。また、熱膨張によって、加熱源と冷熱源との間に挟まれているときに作用する応力が増加すると、破損してしまうことがある。
【０００３】
このような問題を解決する方法としては、例えば、特許文献１に開示されているように、熱電素子と熱源とを固定する締結ボルトに組み込まれたスプリングによって、振動と熱膨張を緩和する方法が知られている。また、特許文献２に開示されるように、熱膨張の対策として熱伝導率が比較的小さい材質をボルトに用いること等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９７６号公報
【特許文献２】特開２００６―３０３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示されている技術では、スプリングの分だけスペースが必要となるため、レイアウトが制限されてしまう。また、熱電素子の低温面に対して素子よりも大きなヒートシンクを用いて周りを固定しているため、熱電素子が傾いたときに端部に応力が集中し破損する可能性がある。さらに、複数枚の熱電素子を１枚の冷却装置または固定平板で挟みこむため、熱電素子の厚みにばらつきがあった場合、熱電素子の端部にかかる応力が大きくなる可能性もある。また、特許文献２に開示されている技術のように、熱膨張の小さい材質で対策するだけでは、振動抑制効果が低く、当該振動により熱電素子が破損する可能性がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、振動抑制並びに熱膨張に伴う面圧変化、密着性変化及びクリアランス変化の低減を可能にするコンパクトな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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明に係る熱電発電装置は、配管内を流通するガスを熱源とし、該熱源からの熱を板状の熱電素子の高温面で受熱し、該熱電素子の高温面とは反対側の低温面を冷却することにより発電する。当該熱電発電装置において、前記熱電素子の前記高温面は、前記配管の外壁部に当接され、前記熱電素子の前記低温面は、内部に第１冷媒を流通させている冷却部に、弾性を有する緩衝部材を介在して当接しており、前記緩衝部材が前記低温面を押圧することにより、前記高温面が前記外壁部を押圧するように構成されている。
【０００８】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記緩衝部材は、前記熱電素子の前記低温面に接続された板状の台座部と、互いに間隔を空けて前記台座部に取り付けられている複数の放熱部材とを備えているヒートシンクである。
【０００９】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記各放熱部材は、板状のフィンであり、該各フィンは、前記低温面に対して略垂直な方向に立設すると共に蛇腹形状を備えており、前記熱電発電装置が前記低温面に平行に振動する場合に、前記蛇腹形状の山折り及び谷折りは、それぞれ振動方向に折り曲げられ、前記山折り及び谷折りは、前記低温面に略垂直な方向に交互に繰り返されている。
【００１０】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記ヒートシンクの前記台座部には、前記低温面に当接する当接面が設けられ、前記当接面の面積は、前記低温面の面積よりも小さくなるように設定されており、前記当接面は、前記低温面内に配置されている。
【００１１】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記複数の放熱部材の間には、第２冷媒が流通し、前記複数の放熱部材のそれぞれは、前記第２冷媒の流れ方向に沿って延びる板状である。
【００１２】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記第１冷媒は冷却水であり、前記第２冷媒は冷却風である。
【００１３】
また、本発明に係る熱電発電装置の一態様では、前記ガスは、内燃機関から排出される排気ガスである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、緩衝部材の弾性（可撓性）によって、熱電発電装置が取り付けられた構造体からの振動や、熱外装の熱膨張等により、熱電素子が破損してしまうことを防ぐことが可能である。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、緩衝部材をヒートシンクとすることで、緩衝部材には、衝撃緩和機能の他に、冷却機能が備わるので、熱電発電装置をよりコンパクトな構造にすることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、低温面に作用する押圧方向と、熱電発電装置が振動する振動方向とが略直交している場合に、ヒートシンクの各フィンを蛇腹形状にすることにより、低温面への押圧方向に弾性（可撓性）を有すると共に各フィンの立設方向に略直交する方向の振動を吸収しやすくなるため、該振動により熱電素子が破損してしまうことを抑制することが可能となる。
【００１７】
熱電素子の端部は脆いため、端部に強い応力が作用すると破損する可能性がある。そこで、本発明の一態様では、ヒートシンクが低温面に接続する部分が、低温面の端部に重ならないように配置している。これにより、熱電素子の端部に強い応力が作用することを防ぐことができ、その結果、熱電素子の破損を抑制可能となる。
【００１８】
また、本発明の一態様によれば、各フィンが冷媒の流通方向に延びていることより、熱電素子の冷却効果を向上させることができ、その結果、熱電発電装置の発電効率を向上できる。
【００１９】
また、本発明の一態様によれば、空冷のヒートシンクと、水冷の冷却部を備えることにより、冷却性能を向上させることができ、その結果、熱電発電装置の発電効率を更に高めることが可能となる。
【００２０】
自動車や二輪車の内燃機関は、振動が大きく、さらに、レイアウトや熱電発電装置の大きさの制約がある。このため、本発明の一態様によれば、コンパクトに設計できる熱電発電装置を、自動車等の内燃機関に適用することで、発電装置のレイアウトがしやすく、さらに、熱電発電装置を含む発電部の構造を、小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の熱電発電装置を模式的に示す一部断面の概略正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視の概略側断面図である。
【図３】図１及び図２の緩衝部材（ヒートシンク）を示す斜視図である。
【図４】図３のヒートシンクのフィンの変形例を示す斜視図である。
【図５】図３のヒートシンクのフィンの変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の熱電発電装置を模式的に示す一部断面の概略正面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施形態の熱電発電装置を模式的に示す一部断面の概略正面図である。
【図８】本発明に係る第４の実施形態の熱電発電装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図９】図８の環状フィンを備えたヒートシンクを示す斜視図である。
【図１０】図９のヒートシンクのフィンの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る熱電発電素子の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
先ず、本発明に係る熱電発電装置の第１の実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。本実施形態の熱電発電装置は、図１及び図２に示すように、車両の内燃機関の排気用配管１０の外壁部に熱電素子２１,２２を取り付けて発電する装置である。熱電素子２１,２２は、略平板状で、表裏に高温面２１ａ,２２ａ及び低温面２１ｂ,２２ｂが形成されている。熱電素子２１,２２は、排気用配管１０の内部を流通する排気ガスを熱源とし、該熱源からの熱を高温面２１ａ,２２ａで受熱し、該熱電素子２１,２２の高温面２１ａ,２２ａとは反対側の低温面２１ｂ,２２ｂを冷却する。熱電発電装置は、この受熱及び冷却による温度差を用いて発電する。
【００２４】
先ず、熱源となる排気ガスが流通する排気用配管１０の構造について説明する。排気ガスは、図示しない内燃機関から排出され、排気用配管１０の内部を流通している。この例の排気用配管１０は、円環状の部分と、内部が空洞の略直方体状の部分とを備えている。図１に示すように、図１における中央に直方体状の部分が配置され、図１における左右に円環状の部分が接続されている。直方体状の部分に、熱電素子２１,２２が取り付けられている。排気用配管１０の直方体状の部分の外壁部には、車両上面１０ａ、車両下面１０ｂ、及び左右に側面１０ｃが形成されている。これらの面１０ａ,１０ｂ,１０ｃは、熱電素子２１,２２が取り付けられる台座としての機能を備えている。
【００２５】
続いて、熱電素子２１,２２について説明する。熱電素子２１,２２は、異なる金属または半導体を接合して形成されるもので、両端（両面）に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用して発電するものである。ビスマス-テルル系材料やマグネシウム-シリコン系材料により形成されるが、設定される高温面側温度等により、用いる材質は異なる。
【００２６】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、排気用配管１０の車両上面１０ａに４枚の上側熱電素子２１が取り付けられている。この例では、図１の矢印Ｓで示されている排気ガスの流通方向に間隔を空けて配置された一対の上側熱電素子２１が、排ガスの流通方向に垂直に２列並べられている。車両下面１０ｂにも、同様に４枚の下側熱電素子２２が互いに間隔を空けて取り付けられている。各熱電素子２１,２２は、略長方形の平板状で、上述したように、高温面２１ａ,２２ａ及び低温面２１ｂ,２２ｂが形成されている。各熱電素子２１,２２の高温面２１ａ,２２ａは、排気用配管１０の車両上面１０ａまたは車両下面１０ｂに取り付けられている。各熱電素子２１,２２の低温面２１ｂ,２２ｂは、後述する冷却部４１,４２に緩衝部材３０を介在させた状態で接続されている。
【００２７】
各熱電素子２１,２２の高温面２１ａ,２２ａは、排気用配管１０の車両上面１０ａまたは車両下面１０ｂに、押圧されている状態で接続されている。押圧の状態については、後で説明する。
【００２８】
次に、冷却部４１,４２について説明する。冷却部４１,４２は、図１及び図２に示すように、緩衝部材３０を介在させて低温面２１ｂ,２２ｂに接続される。この例では、排気用配管１０の車両上方に配置された上側冷却部４１と、車両下方に配置された下側冷却部４２を有している。
【００２９】
上側冷却部４１は、車両上面１０ａの４枚の上側熱電素子２１のそれぞれの低温面２１ｂに緩衝部材３０を介在させて接続されている。同様に、下側冷却部４２は、車両下面１０ｂの４枚の下側熱電素子２２のそれぞれの低温面２２ｂに緩衝部材３０を介在させて接続されている。すなわち、上側冷却部４１と４枚の上側熱電素子２１は、緩衝部材３０を挟み込むように配置され、同様に、下側冷却部４２と４枚の下側熱電素子２２は、緩衝部材３０を挟み込むように配置されている。
【００３０】
上側冷却部４１及び下側冷却部４２は、図１及び図２に示すように、略直方体状であるが、詳細な図示は省略している。上側冷却部４１の図１及び図２における下側には、緩衝部材３０が接続される接続面４１ｂが形成される。同様に、下側冷却部４２の図１及び図２における上側にも、緩衝部材３０が接続される接続面４２ｂが形成される。緩衝部材３０と各冷却部４１,４２の関係については後で説明する。
【００３１】
ここで、上側熱電素子２１及び下側熱電素子２２が、排気用配管１０の車両上面１０ａ及び車両下面１０ｂを、それぞれ押圧している状態（方法）について説明する。先ず、上側熱電素子２１が排気用配管１０の車両上面１０ａを押圧する場合について説明する。
【００３２】
上側冷却部４１は、図１及び図２に示すように、例えば金属製の固定用平板５０に取り付けられている。上側冷却部４１の図１及び図２における車両上面４１ａが、固定用平板５０の車両下面５０ｂに接続されている。
【００３３】
一方で、排気用配管１０の車両上面１０ａには、４本のロッド５１が取り付けられている。４本のロッド５１は、車両上下方向に延びており、車両上面１０ａに垂直である。これらのロッド５１は、車両上面１０ａの４隅に配置されている。４本のロッド５１のそれぞれの車両上部には、ねじ溝が形成され、ナット５２が取付け可能である。
【００３４】
また、固定用平板５０は、略長方形の板材で、４隅に貫通孔（図示せず）が形成されている。これらの貫通孔には、それぞれロッド５１が挿入される。固定用平板５０の車両下面５０ｂに、上側冷却部４１が取り付けられている状態で、固定用平板５０の各貫通孔にロッド５１が貫通し、ロッド５１の車両上部には、ナット５２を取り付けている。これらのナット５２を締めることによって、固定用平板５０が、上側熱電素子２１の低温面２１ｂに近づくように構成されている。
【００３５】
各ナット５２の締付けによって、緩衝部材３０が低温面２１ｂへの押圧状態を保つように、上側冷却部４１の接続面４１ｂと、上側熱電素子２１の低温面２１ｂとの距離が調整されている。すなわち、上側冷却部４１が、緩衝部材３０を介在して上側熱電素子２１の低温面２１ｂを垂直に押し付けている。このように押し付けることで、上側熱電素子２１の高温面２１ａが、排気用配管１０の車両上面１０ａを垂直に押圧する状態が保たれている。
【００３６】
なお、下側冷却部４２についても、上側冷却部４１と同様に固定され、下側冷却部４２が緩衝部材３０を介在して下側熱電素子２２の低温面２２ｂを押し付け、下側熱電素子２２の高温面２２ａが、排気用配管１０の車両下面１０ｂを押圧する状態が保たれている。
【００３７】
上側冷却部４１及び下側冷却部４２の詳細な内部構造の説明は省略するが、各冷却部４１,４２は水冷式であり、各冷却部４１,４２の内部には、冷媒（第１冷媒）となる冷却水が流通している。各熱電素子２１,２２の熱は、緩衝部材３０を介在して、各冷却部４１,４２の接続面４１ｂ,４２ｂに伝わり冷却される。
【００３８】
次に、緩衝部材３０について説明する。緩衝部材３０は、金属製の薄板状の複数の放熱部材（湾曲フィン３１）と、これらの湾曲フィンが取り付けられた台座部３９とを備えるヒートシンク３０である。台座部３９は、平板形状であり、上側熱電素子２１及び下側熱電素子２２の各低温面２１ｂ,２２ｂに当接する当接面３９ａが設けられている。すなわち、緩衝部材３０は、冷却機能を備えている。ヒートシンク３０の冷却機能については後で説明する。
【００３９】
先ず、湾曲フィン３１の概略的な形状について図２を用いて説明する。排気用配管１０の車両上方に配置されている緩衝部材（ヒートシンク）３０を構成する湾曲フィン３１は、図２に示すように、金属製の略長方形の薄い板材が、図２における右方向に湾曲している。排気用配管１０の車両下方に配置されている各湾曲フィン３１は、反対側に湾曲している。なお、図２は、概略図であるため、台座部３９の図示は省略している。
【００４０】
次に、ヒートシンク３０の単体の構成について、図３を用いて説明する。各湾曲フィン３１は、平板状の台座部３９の上（当接面３９ａの反対側の面）に互いに間隔を空けて平行に配列されている。図３では、台座部３９の上に１３枚の湾曲フィン３１が取り付けられている状態を示している。湾曲フィン３１の図３における上部は、図３では省略している上側冷却部４１の接続面４１ｂに接続されている。
【００４１】
なお、図２において概略的に示されている湾曲フィン３１の湾曲している部分の曲率は、図３で示す湾曲フィン３１の曲率と異なるものが示されている。図２に示されている湾曲フィン３１は、平坦な部分と湾曲している部分からなるが、図３で示されている湾曲フィン３１は、板全体が湾曲している。なお、当該曲率は、湾曲フィン３１の材質や、上述した押圧の大きさにより自由に調整されるものである。
【００４２】
各湾曲フィン３１は、上側熱電素子２１が排気用配管１０の車両上面１０ａを押圧する方向に可撓性（弾性）を有している。湾曲フィン３１は、湾曲部を形成することで、低温面２１ｂに対して垂直な方向に弾性（可撓性）を有している。
【００４３】
各湾曲フィン３１は、上側熱電素子２１の低温面２１ｂと上側冷却部４１の接続面４１ｂとで挟み込まれている。このとき、各湾曲フィン３１には、接続面４１ｂから低温面２１ｂに向かって押し付ける力が作用している。各湾曲フィン３１の湾曲部３１ａの曲率は、無負荷の状態よりも若干大きくなる状態で保たれている。
【００４４】
下側熱電素子２２に取り付けられる湾曲フィン３１は、上側熱電素子２１と同様で、下側熱電素子２２が排気用配管１０の車両下面１０ｂを押圧する方向に弾性を有している。
【００４５】
湾曲フィン３１の弾性（可撓性）によって、熱電発電装置が取り付けられた構造体からの振動や、熱外装の熱膨張等により、各熱電素子２１,２２が破損してしまうことを防ぐことが可能である。
【００４６】
隣り合う湾曲フィン３１の間には、冷媒（第２冷媒）が流通する。この例の第２冷媒は冷却風である。すなわち、緩衝部材３０は、可撓性の他に、空冷機能を兼ね備えている。各湾曲フィン３１は、冷却風の流れ方向に延びている。
【００４７】
上述したように、上側熱電素子２１及び下側熱電素子２２の低温面２１ｂ,２２ｂは、冷却水を冷媒とする上側冷却部４１及び下側冷却部４２により冷却される。各低温面２１ｂ,２２ｂの熱は、湾曲フィン３１を介在して各冷却部４１,４２に伝わる。このとき、湾曲フィン３１も冷却風により冷却されている。
【００４８】
緩衝部材３０をヒートシンクとすることで、緩衝部材３０には、衝撃緩和機能の他に、冷却機能が備わる。すなわち、本実施形態の熱電発電装置は、空冷のヒートシンク３０と、水冷の冷却部４１,４２を併せ持つことにより、装置全体としての冷却性能を向上させることができる。冷却が促進すると、各熱電素子２１,２２の発電量が増えるので、結果的に、熱電発電装置の出力が向上する。
【００４９】
また、ヒートシンク３０を備えることで、水冷の冷却部４１,４２に依存する冷却負荷を軽減できるため、水冷の冷却部４１,４２をよりコンパクトにすることが可能となる。その結果、熱電発電装置の全体構造をよりコンパクトにすることが可能となる。また、各湾曲フィン３１が冷却風の流通方向に延びていることより、各熱電素子２１,２２の冷却効果を向上させることができ、熱電発電装置の発電効率を向上できる。
【００５０】
また、ヒートシンク３０を構成する各湾曲フィン３１及び台座部３９は、アルミニウム合金により形成され、各湾曲フィン３１や台座部３９の表面は、ポーラスアルマイトやショットブラスト等の表面処理がなされている。これにより、各湾曲フィン３１は、弾性（可撓性）を確保すると共に表面積を大きくすることができ、空冷のヒートシンク３０の冷却効果を高めている。
【００５１】
ここで、緩衝部材３０の変形例について、図４及び図５を用いて説明する。本実施形態では、薄板が湾曲するように形成されている湾曲フィン３１について説明しているが、これに限らない。例えば、図４に示すように、金属製の略長方形の薄い板材が略「く」の字に折り曲げられて形成されるような屈曲フィン３２を用いることもできる。折り曲げられている部分（折曲げ部３２ａ）の内側の角度（１８０度より小さい方の角度）は、９０度より大きい。また、折曲げ部３２ａは、台座部３９のフィン取付け面３９ｂ（図４の上面）に平行に延びている。当該角度は、フィン材質や、上述した押圧の大きさにより自由に調整されるものである。
【００５２】
また、図５に示すように、１枚の薄板材が、山折り部３３ａ及び谷折り部３３ｂを交互に繰り返し折り曲げられてなる波状フィン３３を用いることもできる。図５の例では、山折り部３３ａ及び谷折り部３３ｂは、台座部３９のフィン取付け面３９ｂに平行に延びており、図５において谷折り部３３ｂが取付け面３９ｂに接続され、山折り部３３ａが、冷却部４１の接続面４１ｂに接続されている。
【００５３】
以上の説明からわかるように本実施形態に係る熱電発電装置は、コンパクトであり、振動抑制並びに熱膨張に伴う面圧変化、密着性変化及びクリアランス変化の低減を可能にする。
【００５４】
また、自動車や二輪車の内燃機関は、振動が大きく、さらに、レイアウトや熱電発電装置の大きさの制約がある。このため、本実施形態によれば、コンパクトに設計できる熱電発電装置を、自動車等の内燃機関に適用することで、熱電発電装置のレイアウトがしやすく、さらに、熱電発電装置を含む発電部の構造を、よりコンパクトにすることが可能となる。
【００５５】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る熱電発電装置の第２の実施形態について、図６を用いて説明する。なお、図６では、排気用配管１０の車両上面１０ａに１枚の上側熱電素子２１が取り付けられている状態を示している。車両下面にも同様に構成を有しているが、図示は省略する。また、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の緩衝部材は、第１の実施形態と同様の湾曲フィン３１と台座部３９を備えたヒートシンク３０である。上側冷却部４１は、例えばシリコンゴムのような柔軟素材により箱状に形成されて、緩衝部材３０の複数の湾曲フィン３１を車両上方から覆った状態で、台座部３９の端にシールされた状態で接続されている。上側冷却部４１は、湾曲フィン３１と湾曲フィン３１との間に、冷却水が流通するように構成されている。
【００５７】
上側冷却部４１の図６における上面は、固定用平板５０に接続されている。固定用平板５０と排気用配管１０の車両上面１０ａとを接続するロッド等の図示は省略しているが、第１の実施形態と同様に、固定用平板５０と上側熱電素子２１との距離を調整することで、押圧状態を保持している。
【００５８】
上述したように、本実施形態では、図６での図示は省略しているが、排気用配管１０の車両下面にも、上側冷却部４１と同様に構成された下側冷却部を有している。
【００５９】
このように構成することで、ヒートシンク３０の複数の湾曲フィン３１の他に、冷却部４１,４２によっても、振動や応力を緩和することが可能となる。
【００６０】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係る熱電発電装置の第３の実施形態について、図７を用いて説明する。なお、図７では、排気用配管１０の車両上面１０ａに１枚の上側熱電素子２１が取り付けられている。車両下面にも同様に構成され、１枚の下側熱電素子等を備えているが、図示は省略する。また、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６１】
本実施形態の台座部３９の当接面３９ａの面積は、低温面２１ｂの面積よりも小さくなるように設定されている。また、当接面３９ａは、低温面２１ｂの端部よりも低温面２１ｂの中央側に当接している。各当接面３９ａは、低温面２１ｂの中央から端部の外側に突出せずに、端部に重ならない状態で、低温面２１ｂに当接されている。
【００６２】
振動で荷重（押圧）のバランスが崩れると、例えば上側熱電素子２１の端部に応力が集中することがある。上側熱電素子２１の端部は脆いため、端部に強い応力が作用すると破損する可能性がある。上記のように、ヒートシンク３０における台座部３９の当接面３９ａが、低温面２１ｂの端部に重らないように配置しているため、上側熱電素子２１の端部に強い応力が作用することを防ぐことができ、その結果、応力により上側熱電素子２１が傾いて上側熱電素子２１が破損してしまうことを抑制できる。図示や説明は省略するが、同様の構成により、下側熱電素子２２の破損も抑制可能である。
【００６３】
本実施形態の熱電発電装置は、図７に示すように、上側熱電素子２１の端部に隣接するように、排気用配管１０の車両上面１０ａに位置規制部５５が設けられている。位置規制部５５は、断面が矩形（四角形）の棒状の部材であり、上側熱電素子２１の端部の辺に沿って延びている。また、上側冷却部４１の接続面４１ｂにも、湾曲フィン３１の隣に、位置規制部５５を設けてもよい。また、排気用配管１０の車両下面や下部冷却部の接続面にも、同様に、位置規制部を設けてもよい。
【００６４】
本実施形態のヒートシンク３０の台座部３９は、上側熱電素子２１の端部に重ならないように配置されているので、位置規制部５５を上記のように配置することができる。このように位置規制部５５を設けることで、上部冷却部４１の位置ずれが発生するような場合に、台座部３９が上側熱電素子２１の端部に重なってしまうことを抑制することが可能となる。
【００６５】
［第４の実施形態］
次に、本発明に係る熱電発電装置の第４の実施形態について、図８〜図１０を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の熱電発電装置は、車両上面１０ａに１枚の上側熱電素子２１が取り付けられ、側面（図８における右側面）に１枚の右側熱電素子２３が固定されている。上側熱電素子２１の低温面２１ｂには、第１の実施形態で説明した湾曲フィン３１で構成されたヒートシンク３０が配置されている。ヒートシンク３０の図８における上部は、水冷式の上側冷却部４１の接続面４１ｂに接続されている。また、排気ガスは矢印Ｓで示す方向に流れ、冷却風は、矢印Ｔで示す方向に流れている。
【００６７】
排気用配管１０の側面に固定された右側熱電素子２３の低温面２３ｂには、環状フィン３５を備えるヒートシンク３０が接続されている。ここで、環状フィン３５を備えるヒートシンク３０について、図９を用いて説明する。
【００６８】
図９に示すように、右側熱電素子２３に接続されているヒートシンク３０の環状フィン３５は、板が環状に曲げられてなり、断面が長方形の枠形状をなしている。この環状フィン３５は、台座部３９のフィン取付け面３９ｂに取り付けられる台座側接続部３５ａと、右側冷却部４３の接続面４３ｂに接続される冷却側接続部３５ｂと、これらを接続する一対の立設部３５ｃと、を有している。一対の立設部３５ｃは、互いに対向し、台座部３９のフィン取付け面３９ｂに対して垂直に立設しており、台座側接続部３５ａと冷却側接続部３５ｂとを繋いでいる。立設部３５ｃは、振動方向（図９の左右方向）に折り曲げられた山折り部及び谷折り部が、押圧方向（図９の上下方向）に垂直な方向に、交互に繰り返えされた蛇腹形状のように形成している。このような矩形の環状フィン３５が、台座部３９のフィン取付け面３９ｂの上に互いに間隔を空けて配置されている。
【００６９】
図８に示すように、主な振動方向が車両上下方向（図８における矢印Ｙで示す上下方向）である場合、右側熱電素子２３の低温面２３ｂに作用する押圧方向（図８における矢印Ｘで示す左右方向）と、上記の振動方向（Ｙ方向）とは、略直交する関係にある。この場合に、環状フィン３５の立設部３５ｃは、振動方向（Ｙ方向）に折り曲げられた山折り及び谷折りを、押圧方向（Ｘ方向）に繰り返されて、形成されている。
【００７０】
押圧方向（Ｘ方向）と振動方向（Ｙ方向）との関係が直交するような関係で、上記のように、ヒートシンク３０の各環状フィン３５の立設部３５ｃを蛇腹形状にすることにより、低温面２３ｂへの押圧方向に弾性（可撓性）を有すると共に各環状フィン３５の立設方向（Ｘ方向）に略直交する方向（Ｙ方向）の振動を吸収しやすくなるため、該振動により右側熱電素子２３が破損してしまうことを抑制することが可能となる。
【００７１】
また、図１０に示すように、薄板材で形成される蛇腹形状のフィン３６を互いに間隔を空けて配置してもよい。
【００７２】
［その他の実施形態］
上記の第１〜第４の実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００７３】
例えば、フィン３１の間を流通する冷却風を、効果的に流せるように排気用配管１０の外壁部にファンを設けてもよい。また、第４の実施形態のように、形状の異なる各フィン３１、３５は、振動による変形、振動の挙動、伝熱効率、冷却効率に応じて、熱電素子を取り付ける場所によって最適なものを選択することができる。
【００７４】
第１の実施形態において、湾曲フィン３１に替えて、図９及び図１０に示すような環状フィン３５や蛇腹状のフィン３６を用いてもよい。また、第２及び第３の実施形態において、柔軟素材で形成された冷却部の内部に、図４及び図５に示すような屈曲フィン３２や波状フィン３３を用いてもよい。同様に、第５の実施形態で説明したような環状フィン３５や蛇腹状のフィン３６を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０    排気用配管
１０ａ  車両上面
１０ｂ  車両下面
２１    上側熱電素子
２１ａ  高温面
２１ｂ  低温面
２２    下側熱電素子
２２ａ  高温面
２２ｂ  低温面
２３    右側部熱電素子
２３ｂ  低温面
３０    緩衝部材（ヒートシンク）
３１    湾曲フィン
３２    屈曲フィン
３２ａ  折曲げ部
３３    波状フィン
３３ａ  山折り部
３３ｂ  谷折り部
３５    環状フィン
３５ａ  台座側接続部
３５ｂ  冷却側接続部
３５ｃ  立設部
３６    蛇腹形状のフィン
３９    台座部
３９ａ  当接面
３９ｂ  フィン取付け面
４１    上側冷却部
４１ａ  車両上面
４１ｂ  接続面
４２    下側冷却部
４２ｂ  接続面
４３    右側冷却部
４３ｂ  接続面
５０    固定用平板
５０ｂ  車両下面
５１    ロッド
５２    ナット
５５    位置規制部
【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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