(57)【要約】【課題】効率良く発電させられる態様で熱電変換素子を車両の流路内に搭載可能とする。【解決手段】発電装置１０は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に位置する真性半導体部１２ｃのバンドギャップエネルギがｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された熱電変換素子１２を備える。発電装置１０は、複数の熱電変換素子１２の積層体である素子積層体１４をハウジング２８内に収容して得られる熱電変換モジュール１６を備えている。熱電変換モジュール１６が備える各熱電変換素子１２は、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓもしくはｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れに対向するという態様で、排気管２内に設置されている。ハウジング２８における排気ガスの流れの上流側の部位は、各熱電変換素子１２の端面１２ａｅｓおよび端面１２ｂｅｓを覆うシールド２８ｂである。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体部と、ｐ型半導体部と、前記ｎ型半導体部と前記ｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された熱電変換素子を備え、
前記熱電変換素子に熱を供給する流体が流れる流路を有する車両に適用される発電装置であって、
前記熱電変換素子は、前記ｎ型半導体部もしくは前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端面が前記流体の流れに対向するという態様で、前記流路内に設置され、
前記発電装置は、前記端面を覆うように設置されたシールドをさらに備えることを特徴とする車両の発電装置。
【請求項２】
前記シールドは、前記端面に接触する態様で前記端面を覆い、かつ、前記熱電変換素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
【請求項３】
前記熱電変換素子は、前記流体の流れに対して並行に設置された第１の熱電変換素子および第２の熱電変換素子を含み、
前記シールドは、前記第１の熱電変換素子の前記端面および前記第２の熱電変換素子の前記端面のそれぞれを覆うように設置され、
前記第１の熱電変換素子と前記第２の熱電変換素子との間には、前記流路の一部として機能するスペースが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両の発電装置。
【請求項４】
前記発電装置は、前記熱電変換素子を熱電変換モジュールとして備えており、
前記熱電変換モジュールは、複数の前記熱電変換素子を電気的に接続して得られる素子積層体をハウジングに収容して得られるものであり、
前記素子積層体を構成する複数の前記熱電変換素子のうちの少なくとも前記流体の流れ方向の最上流側に位置する前記熱電変換素子が、前記端面が前記流体の流れに対向するという前記態様で前記流路内に設置されており、
前記シールドは、前記流体の流れ方向において前記素子積層体よりも上流側に位置する前記ハウジングの部位として構成されており、
前記シールドは、前記ハウジングの前記部位以外の部位の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の発電装置。
【請求項５】
前記発電装置は、前記熱電変換モジュールを複数有し、
複数の前記熱電変換モジュールは、前記流体の流れに対して並行に設置されており、
前記シールドは、複数の前記熱電変換モジュールのそれぞれの前記ハウジングにおいて、前記流体の流れ方向において前記素子積層体よりも上流側に位置する前記部位として構成されており、
複数の前記熱電変換モジュールのそれぞれの前記ハウジングの間には、前記流路の一部として機能するスペースが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の車両の発電装置。
【請求項６】
前記流路は前記車両に搭載される内燃機関の排気管であり、前記流体は前記排気管を流れる排気ガスであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の車両の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の発電装置に係り、特に、熱電変換素子を利用する車両の発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼーベック効果を利用した様々な熱電変換素子が知られている。この熱電変換素子を用いて起電圧を得るためには、当該熱電変換素子を構成する２種類の金属もしくは半導体の間に温度差を必要とする。このため、この熱電変換素子を利用して発電を行うためには、温度差を維持するための冷却装置等が必要となる。これに対し、特許文献１には、温度差を必要とせずに発電を行える熱電変換素子として利用可能な半導体単結晶が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体単結晶は、具体的には、ｎ型半導体部と、ｐ型半導体部と、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部とを有し、真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成されている。このような構成を有する半導体単結晶を所定の温度範囲に収まるように加熱すると、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に温度差が生じていなくても、ｐｎ接合部にある真性半導体部においてのみ、価電子帯から伝導帯に電子が励起する。伝導帯に励起された電子は、エネルギの低いｎ型半導体部に移動し、価電子帯に生じた正孔は、エネルギの高いｐ型半導体部に移動する。これらの移動によって生じたキャリア（電子および正孔）の偏りによって、上記半導体単結晶は、ｐ型半導体部を正極とし、ｎ型半導体部を負極とした発電材料となる。このため、上記構成を有する半導体単結晶を熱電変換素子として利用することで、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に温度差が生じていなくても、熱電変換素子の温度が所定の温度範囲内にあるときに発電が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１２５８２３号
【特許文献２】特開２００４−０１１５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車等の車両で生じる熱を有効利用するために、車両を構成する種々の流路内を流れる流体中に、上記特許文献１に記載の半導体単結晶を熱電変換素子として設置することが考えられる。ここで、当該流体の流速もしくは温度は、運転者からの要求もしくはその他種々の要求によって過渡的に変化し得る。運転者からの要求等によって流体の流速もしくは温度が過渡的に変化する状況下においては、ｎ型半導体部、ｐ型半導体部および真性半導体部の各部位への熱の伝わり方が一様ではなく、その結果として、これらの部位の間で温度差が生じることが考えられる。このような場合に生じる温度差が、バンドギャップエネルギが相対的に高いｎ型半導体部もしくはｐ型半導体部の温度が真性半導体部の温度よりも高くなるという態様のものであると、上記特許文献１に記載の構成を有する熱電変換素子の起電圧を効率良く確保することが難しくなる。その結果、この熱電変換素子を利用して効率良く発電することが難しくなる可能性がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された熱電変換素子を備える車両の発電装置であって、効率良く発電させられる態様で熱電変換素子が車両の流路内に搭載された発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両の発電装置は、ｎ型半導体部と、ｐ型半導体部と、前記ｎ型半導体部と前記ｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された熱電変換素子を備えている。前記発電装置は、前記熱電変換素子に熱を供給する流体が流れる流路を有する車両に適用される。前記熱電変換素子は、前記ｎ型半導体部もしくは前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端面が前記流体の流れに対向するという態様で、前記流路内に設置されている。前記発電装置は、前記端面を覆うように設置されたシールドをさらに備える。
【０００８】
前記シールドは、前記端面に接触する態様で前記端面を覆い、かつ、前記熱電変換素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されていてもよい。
【０００９】
前記熱電変換素子は、前記流体の流れに対して並行に設置された第１の熱電変換素子および第２の熱電変換素子を含んでいてもよい。前記シールドは、前記第１の熱電変換素子の前記端面および前記第２の熱電変換素子の前記端面のそれぞれを覆うように設置されていてもよい。そして、前記第１の熱電変換素子と前記第２の熱電変換素子との間には、前記流路の一部として機能するスペースが設けられていてもよい。
【００１０】
前記発電装置は、前記熱電変換素子を熱電変換モジュールとして備えていてもよい。前記熱電変換モジュールは、複数の前記熱電変換素子を電気的に接続して得られる素子積層体をハウジングに収容して得られるものであってもよい。前記素子積層体を構成する複数の前記熱電変換素子のうちの少なくとも前記流体の流れ方向の最上流側に位置する前記熱電変換素子が、前記端面が前記流体の流れに対向するという前記態様で前記流路内に設置されていてもよい。前記シールドは、前記流体の流れ方向において前記素子積層体よりも上流側に位置する前記ハウジングの部位として構成されていてもよい。そして、前記シールドは、前記ハウジングの前記部位以外の部位の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されていてもよい。
【００１１】
前記発電装置は、前記熱電変換モジュールを複数有してもよい。複数の前記熱電変換モジュールは、前記流体の流れに対して並行に設置されていてもよい。前記シールドは、複数の前記熱電変換モジュールのそれぞれの前記ハウジングにおいて、前記流体の流れ方向において前記素子積層体よりも上流側に位置する前記部位として構成されていてもよい。そして、複数の前記熱電変換モジュールのそれぞれの前記ハウジングの間には、前記流路の一部として機能するスペースが設けられていてもよい。
【００１２】
前記流路は前記車両に搭載される内燃機関の排気管であり、前記流体は前記排気管を流れる排気ガスであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された熱電変換素子が、ｎ型半導体部もしくはｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面が流体の流れに対向するという態様で流路内に設置される。そして、このような態様で設置される熱電変換素子の上記端面を覆うようにシールドが設置される。このようなシールドを備えていることで、熱電変換素子の上記端面への流体の直接的な衝突を抑制することができる。これにより、流体から上記端面への熱伝達を促進されにくくすることができる。その結果、バンドギャップエネルギが相対的に高いｎ型半導体部もしくはｐ型半導体部の温度が真性半導体部の温度よりも高くなるという態様での温度差の発生を抑制することができるので、熱電変換素子の起電圧を効率良く確保できるようになる。このため、効率の良い発電を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る車両の発電装置の適用例を表した図である。
【図２】図１に示す発電装置が備える熱電変換素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す熱電変換素子のバンドギャップエネルギの状態を示す概念図である。
【図４】熱電変換素子の起電圧と温度との関係を表した図である。
【図５】排気ガスの流れ方向Ｆに対する個々の熱電変換素子の設置方向として実施の形態１において前提として用いられる構成を表した図である。
【図６】図５に示す構成を採用しつつ、熱電変換モジュールという形態で複数の熱電変換素子を排気ガスの流れの中に設置する場合の課題を説明するための図である。
【図７】図１に示す熱電変換モジュールが有する特徴的な構成を説明するための図である。
【図８】図７（Ａ）中に示すＡ−Ａ線で切断された熱電変換モジュールの断面を示す図である。
【図９】高い起電圧の確保のために、積層される熱電変換素子の数を増やそうとした場合に生じる課題を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る車両の発電装置の構成を説明するための模式図である。
【図１１】熱電変換モジュールという形態をとらずに排気ガスの流れの中に熱電変換素子を設置する場合の好ましい構成例を説明するための図である。
【図１２】排気ガスと熱電変換素子との間での熱伝達係数と、熱電変換素子の基準位置（ｎ型半導体部の端面）からの距離Ｌとの関係を表した図である。
【図１３】図２に示す熱電変換素子の他の積層手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の各実施の形態を説明する。なお、各図面において、同一または類似の構成要素には同一の符号を付している。
【００１６】
実施の形態１．
まず、図１〜図８を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る車両の発電装置１０の適用例を表した図である。図２は、図１に示す発電装置１０が備える熱電変換素子１２の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１７】
［車両における発電装置の適用部位］
本実施形態の発電装置１０が備える熱電変換素子１２の設置部位は、車両を構成する種々の流路内であれば特に限定されるものではない。実施の形態１では、一例として、熱電変換素子１２は、図１に示すように、車両が搭載する内燃機関１が備える排気管２内を流れる排気ガス中に配置されている。すなわち、図１に示す例では、内燃機関１の燃焼室内で燃焼に付された後の高温の排気ガスの熱が熱電変換素子１２に供給される。車両を構成する流路内を流れる流体であって熱電変換素子１２に熱を供給する流体としては、排気ガス以外にも、例えば、内燃機関１の冷却のための冷却水流路内を流れるエンジン冷却水、および、内燃機関１の潤滑のためのオイル流路内を流れるエンジンオイルを挙げることができる。
【００１８】
本実施形態の発電装置１０では、複数の熱電変換素子１２を電気的に接続して得られる素子積層体１４を用いて熱電変換モジュール１６という形態で、熱電変換素子１２が排気ガス中に設置されている。熱電変換モジュール１６の具体的な構成例については、図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図８を参照して後述する。発電装置１０は、素子積層体１４の両端を導線によって接続して構成された電気回路１８と、当該電気回路１８を開閉するスイッチ２０とを備えている。電気回路１８には、車両に搭載された電装部品（例えば、灯火類）２２が接続されている。スイッチ２０の開閉は、車両に搭載される電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４によって制御される。
【００１９】
上記のように構成された発電装置１０によれば、車両システムの起動中に、排気ガスからの熱供給によって熱電変換素子１２の温度が発電に適した温度になっている状態でスイッチ２０を閉じることにより、素子積層体１４が発電を行えるようになる。本実施形態では、熱を供給する流体が排気ガスであるため、この発電により、内燃機関１の排熱回収を行えるようになる。そして、素子積層体１４の発電により得られた電力を電装部品２２に供給することができる。なお、スイッチ２０に代えて可変抵抗を備えるようにしてもよい。これにより、可変抵抗の抵抗値の調整によって、素子積層体１４から電装部品２２に供給される電力をより詳細に制御することができる。また、電力の供給を受ける車両部品は、電装部品２２に限られず、例えば、電装部品２２に代え、あるいはそれとともに、車両が使用する電力を蓄えるバッテリが電気回路１８に接続されていてもよい。
【００２０】
［熱電変換素子の構成］
図２に示す一例では、熱電変換素子１２は、角柱形状に形成されている。熱電変換素子１２は、一端側にｎ型半導体部１２ａを備え、他端側にｐ型半導体部１２ｂを備えている。また、熱電変換素子１２は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に、真性半導体部１２ｃを備えている。
【００２１】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１に示す熱電変換素子１２のバンドギャップエネルギの状態を示す概念図である。図３（Ａ）および図３（Ｂ）の縦軸は電子のエネルギであり、横軸は熱電変換素子１２におけるｎ型半導体部１２ａ側の端面１２ａｅｓからの距離Ｌ（図２参照）である。
【００２２】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ｎ型半導体部１２ａは、フェルミレベルｆが伝導帯側にある部位であり、ｐ型半導体部１２ｂは、フェルミレベルｆが価電子帯側にある部位である。真性半導体部１２ｃは、フェルミレベルｆが伝導帯と価電子帯との間の禁制帯の中央にある部位である。バンドギャップエネルギは、価電子帯の最上部と伝導帯の最下部とのエネルギ差に相当するものである。これらの図から分かるように、熱電変換素子１２では、真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギは、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおけるバンドギャップエネルギよりも低くなっている。なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）中に示すｎ型半導体部１２ａ、ｐ型半導体部１２ｂおよび真性半導体部１２ｃの長さの割合は、一例であり、この割合は、熱電変換素子（半導体単結晶）１２の形成の仕方に応じて変化する。また、ｎ型半導体部１２ａ、ｐ型半導体部１２ｂおよび真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギは、例えば逆光電子分光法によって測定することができる。
【００２３】
上述の特性（すなわち、真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギが、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおけるバンドギャップエネルギよりも低いこと）を有する熱電変換素子（半導体単結晶）１２は、例えば、クラスレート化合物（包接化合物）によって構成することができる。このようなクラスレート化合物の一例としては、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８を用いることができる。
【００２４】
本実施形態の熱電変換素子１２の製造方法は、熱電変換素子１２が上述の特性を有するようにできるものであれば特に限定されない。熱電変換素子１２が一例としてシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８である場合には、例えば、国際特許出願の国際公開第２０１５／１２５８２３号において詳述されている製造方法を用いることができる。その概要は次の通りである。すなわち、ＢａとＡｕとＳｉとの比（モル比）が８：８：３８となるようにＢａ粉末、Ａｕ粉末およびＳｉ粉末を秤量する。秤量した粉末を、アーク溶融法を利用して溶融する。得られた融液を冷却することで、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８のインゴットを得る。このように調製されたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８のインゴットを粒状に粉砕する。粉砕されたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８を、チョクラルスキー法を利用して坩堝内で溶融することで、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８の単結晶を得る。図２に示す熱電変換素子１２は、このような手法で得られたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８の単結晶を角柱形状（より具体的には、直方体形状）に切断して得られたものである。熱電変換素子の形状は、上記単結晶を直方体形状に限らず、立方体形状、円柱形状、あるいは他の所望の形状に切断することによって任意に選択することができる。
【００２５】
［発電原理］
図３（Ａ）は、熱電変換素子１２を所定の温度に加熱したときの熱励起の状態を示す概念図である。熱電変換素子１２を温度Ｔ０（後述の図４参照）以上に加熱すると、図３（Ａ）に示すように、価電子帯の電子（黒丸）が伝導帯に熱励起する。より具体的には、熱の供給によってバンドギャップエネルギを超えるエネルギが価電子帯の最上部に位置する電子に対して与えられると、電子が伝導帯に励起する。このような熱による電子の励起は、熱電変換素子１２の温度が上昇していく過程では、バンドギャップエネルギが相対的に低い真性半導体部１２ｃにおいてのみ生じる状態が得られる。図３（Ａ）はそのような状態が得られる所定の温度（例えば、温度Ｔ０）に熱電変換素子１２が加熱された状態を示している。この状態では、バンドギャップエネルギが相対的に高いｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂでは電子が熱励起されない。
【００２６】
図３（Ｂ）は、熱電変換素子１２を上記所定の温度に加熱したときの電子（黒丸）および正孔（白丸）の移動を示す概念図である。図３（Ｂ）に示すように、伝導帯に励起した電子は、エネルギの低い方、すなわち、ｎ型半導体部１２ａ側に移動する。一方、電子の励起により価電子帯に生じた正孔は、エネルギの高い方、すなわち、ｐ型半導体部１２ｂに移動する。このようなキャリアの偏りによって、ｎ型半導体部１２ａが負に帯電し、ｐ型半導体部１２ｂが正に帯電するため、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間で起電力が生じる。このため、熱電変換素子１２によれば、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に温度差がなくても発電が可能となる。このような発電原理は、温度差に基づいて起電力が生じるゼーベック効果とは異なる。熱電変換素子１２を利用した発電装置１０は、温度差を設けることを必須としていないため、温度差を設けるための冷却部が不要となるため、装置構成を簡素化することができる。
【００２７】
図４は、熱電変換素子１２の起電圧と温度との関係を表した図である。ここでいう熱電変換素子１２の起電圧は、正極として機能するｐ型半導体部１２ｂ側の端部と、負極として機能するｎ型半導体部１２ａ側の端部との電位差を指している。より具体的には、図４に示す関係は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間で温度差が生じない態様で熱電変換素子１２を加熱していった際に生じる起電圧の温度特性を表している。なお、起電圧が生じる温度範囲は、熱電変換素子の組成によって異なるものとなる。
【００２８】
図４に示すように、熱電変換素子１２を温度Ｔ０以上に加熱することによって、起電圧が生じる。より具体的には、熱電変換素子１２の温度が高くなるにつれ、起電圧が上昇していく。図４に示すように昇温によって起電圧が高くなる理由は、供給熱量の増加によって、バンドギャップエネルギが相対的に低い真性半導体部１２ｃにおいて励起できる電子および正孔の数が増えるためであると考えられる。また、図４に示すように、起電圧は、ある温度においてピーク値Ｔ１を示し、ピーク値Ｔ１よりも熱電変換素子１２をさらに昇温させると、起電圧が低下していく。その理由は、熱電変換素子１２の温度が高くなると、真性半導体部１２ｃのみならずｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおいても電子および正孔の熱励起が生じることが影響していると考えられる。
【００２９】
［排気ガスの流れ方向に対する熱電変換素子の設置手法］
上述の図４からも、熱電変換素子１２の温度を所定の温度範囲内とすることができれば、熱電変換素子１２を利用した発電が可能となることが分かる。より好ましくは、熱電変換素子１２の温度を図４中の起電圧のピーク値Ｔ１付近の温度とすることができれば、効率の良い発電が可能となる。したがって、車両上において熱電変換素子１２を利用して効率良く発電を行うためには、まずは、熱電変換素子１２が発電に適した温度となるように熱電変換素子１２に熱を供給可能な流体を車両の種々の流路の中から選択し、選択した流体中に熱電変換素子１２を設置すればよいといえる。具体的には、排気管２内の排気ガスの温度は、下流に向かうにつれて低くなる。したがって、本実施形態のように、熱源として機能する流体が排気ガスである場合には、効率の良い発電が可能な熱源が得られるようにするために、排気管２内における熱電変換素子１２の設置部位を、排気ガスの流れ方向において特定すればよいといえる。
【００３０】
（効率良く発電を行おうとする場合の課題）
既述したように、熱電変換素子１２は、流体から熱の供給を受けた際に、真性半導体部１２ｃにおける電子の熱励起に伴う電子および正孔の移動を利用して起電圧を得るという構成である。熱電変換素子１２を利用して効率の良い発電を可能とするためには、以下の点に配慮する必要がある。
【００３１】
熱源として機能する流体（本実施形態では、排気ガス）の流速および温度が定常的に一定である定常的な熱流の下であれば、当該流体から熱の供給を受ける熱電変換素子１２の各部位の温度は、時間経過とともに均一に近づいていくといえる。しかしながら、車両の流体の流速もしくは温度は、運転者からの要求もしくはその他種々の要求によって過渡的に変化し得る。このように流体の流速もしくは温度が過渡的に変化する状況下においては、ｎ型半導体部１２ａ、ｐ型半導体部１２ｂおよび真性半導体部１２ｃの各部位への熱の伝わり方が一様ではなく、その結果として、これらの部位の間で温度差が生じることが考えられる。仮に真性半導体部１２ｃの温度がｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂの温度よりも高くなる態様での温度差が生じる場合であれば、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおける電子の熱励起よりも真性半導体部１２ｃにおける電子の熱励起が促進されることになるので問題はないといえ、むしろ好ましいといえる。一方、流体に対する熱電変換素子１２の設置の態様によっては、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂの一方もしくは双方の温度が真性半導体部１２ｃの温度よりも高くなる態様での温度差が生じ易くなる場合もあり得る。この態様での温度差が大きくなっていくと、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂの一方もしくは双方において電子の熱励起が生じ易くなる。その結果として、熱電変換素子１２の起電圧を確保しにくくなる可能性がある。そうすると、効率の良い発電が難しくなる。
【００３２】
（実施の形態１で前提とする方向で熱電変換素子を設置した場合の課題）
図５は、排気ガスの流れ方向Ｆに対する個々の熱電変換素子１２の設置方向として実施の形態１において前提として用いられる構成を表した図である。なお、図５等においては、熱電変換素子１２の配置を分かり易く図示するために、熱電変換素子１２をｎ型半導体部１２ａ側とｐ型半導体部１２ｂ側とに分けて表している。両者の間に位置する真性半導体部１２ｃは、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとを区別する境界線の付近に存在する。
【００３３】
図５に示すように、本実施形態では、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓが排気ガスの流れと対向するという態様で、個々の熱電変換素子１２が排気管２の内部に設置される。この構成を採用した場合、端面１２ａｅｓは、熱電変換素子１２が自身よりも温度の高い排気ガスに晒される場合において温まり易い部位となる。その理由は、排気ガスに対向している端面１２ａｅｓの周りでは、端面１２ａｅｓへの排気ガスの衝突によって排気ガスの乱れ（流動）が増大し、この乱れ（流動）の増大に伴って排気ガスから熱電変換素子１２への熱伝達が促進されるためである。ここで、端面１２ａｅｓは、バンドギャップエネルギが最も高い部位である。したがって、図５に示すように熱電変換素子１２を設置した場合には、上述した好ましくない態様（すなわち、ｎ型半導体部１２ａの温度が真性半導体部１２ｃの温度よりも高くなる態様）での温度差が生じ易くなる。その結果、熱電変換素子の起電圧を効率良く確保することが難しくなる可能性がある。このような課題は、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓに代え、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れに対向するように構成した場合も同様である。
【００３４】
次に、図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、図５に示す構成を採用しつつ、熱電変換モジュールという形態で複数の熱電変換素子１２を排気ガスの流れの中に設置する場合の課題を説明するための図である。図６（Ａ）に示す熱電変換モジュールは、本実施形態の熱電変換モジュール１６との対比のために説明するものであり、素子積層体の構造自体は、熱電変換モジュール１６の素子積層体１４と同様である。
【００３５】
図６（Ａ）に示す熱電変換モジュールは、素子積層体１４を収容するハウジングを備えている。図６（Ａ）に示すように、素子積層体１４を構成する複数の熱電変換素子１２は、電極２６を介して直列に接続されている。このように、素子積層体１４は、熱電変換素子１２と電極２６とを構成要素として構成されている。より具体的には、素子積層体１４では、電極２６の両端の電位差をできるだけ確保しつつ電流を円滑に流せるようにするために、電極２６は、一方の熱電変換素子１２のｎ型半導体部１２ａにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端部１２ａｅ（一例として、端面１２ａｅｓ）と、他方の熱電変換素子１２のｐ型半導体部１２ｂにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端部１２ｂｅ（一例として、端面１２ｂｅｓ）とを（すなわち、バンドギャップエネルギが最も高い部位同士を）接続するように構成されている。ここでは、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓと、その付近におけるｎ型半導体部１２ａの側面とからなる部位を端部１２ａｅと称し、同様に、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓと、その付近におけるｐ型半導体部１２ｂの側面とからなる部位を端部１２ｂｅと称している。
【００３６】
素子積層体１４を構成する熱電変換素子１２の一部は、図５に示す構成と同様に、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓが排気ガスの流れ方向Ｆの上流側に向いて設置されている。残りの熱電変換素子１２は、図５に示す構成と逆向きで、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れ方向Ｆの上流側に向いて設置されている。
【００３７】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示すハウジングの外形を模式的に表している。この図に示すように、排気ガスは、ハウジングにおける排気ガスの流れの上流側の表面Ｓに衝突する。このため、ハウジングは、図５を参照して端面１２ａｅｓに対して説明したのと同様の理由で、この表面Ｓにおいて熱伝達率が促進され、温まり易くなる。したがって、素子積層体１４を構成する各熱電変換素子１２が図６（Ａ）に示す向きでハウジング内に設置されていると、次のような課題がある。
【００３８】
すなわち、まず、排気ガスの流れの最上流側に設置される熱電変換素子１２では、バンドギャップエネルギが最も高い部位である端面１２ａｅｓおよび端面１２ｂｅｓが温まり易くなる。より具体的には、図６（Ａ）における紙面の最も手前側の列においては、排気ガスの流れの最上流側に配置されている部材は熱電変換素子１２となっている。この熱電変換素子１２においてハウジングと接触する端面１２ｂｅｓは、ハウジングからの熱伝導によって温まり易くなる。一方、図６（Ａ）における紙面の奥側の２つの列においては、排気ガスの流れの最上流側に配置されている部材は電極２６となっている。ここで、金属である電極２６の熱伝導率は基本的に熱電変換素子１２の熱伝導率よりも高い。すなわち、電極２６は熱を伝導させ易いため、電極２６が最上流側に配置されている場合であっても、電極２６を介したハウジングからの熱伝導により、当該電極２６に接続される端面１２ａｅｓおよび端面１２ｂｅｓが温まり易くなる。その結果、素子積層体１４において排気ガスの流れの最上流側に位置している各熱電変換素子１２では、上述した好ましくない態様での温度差が生じ易くなる。
【００３９】
また、排気ガスからの熱の供給を受けてハウジングの温度が上昇していく過程では、ハウジングの各部位の温度は、熱伝達係数の高い表面Ｓ付近において最も高く、排気ガスの下流側に向かうにつれて低くなる。したがって、図６（Ａ）に示すような構成で素子積層体１４がハウジング内に設置されている場合、最上流側に位置する熱電変換素子１２以外の熱電変換素子１２についても、上述した好ましくない態様での温度差が生じ易くなる。
【００４０】
［実施の形態１の熱電変換素子の設置手法を採用する場合の対策］
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、図１に示す熱電変換モジュール１６が有する特徴的な構成を説明するための図である。図８は、図７（Ａ）中に示すＡ−Ａ線で切断された熱電変換モジュール１６の断面を示す図である。
【００４１】
本実施形態の熱電変換モジュール１６は、素子積層体１４と、素子積層体１４を収容するハウジング２８とを備えている。発電装置１０では、このような構成を有する熱電変換モジュール１６が排気ガスの流れの中に設置されている。より具体的には、図７（Ａ）に示すように、素子積層体１４を構成する各熱電変換素子１２は、ハウジング２８内において、本実施形態で前提とする向き（すなわち、端面１２ａｅｓもしくは端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れに対向する向き）で設置されている。
【００４２】
なお、熱電変換素子１２の積層の態様は特に限定されないが、素子積層体１４では、図７（Ａ）に示すように、一例として複数の熱電変換素子１２が電極２６を介してサーペンタイン状に折り返されるという態様で、熱電変換素子１２が直列に積層されている。素子積層体１４によれば、積層される熱電変換素子１２の数を適切に決定することにより、排気管２からの熱供給により想定される熱電変換素子１２の温度条件の下で所望の大きさの起電圧が得られるようにすることができる。
【００４３】
ハウジング２８は、素子積層体１４を取り囲むように形成されている。図７（Ｂ）および図８に示すように、ハウジング２８は、主ハウジング２８ａとシールド２８ｂとにより構成されている。主ハウジング２８ａは、素子積層体１４を収容し、かつ、その一端が開口している。この主ハウジング２８ａの開口端には、シールド２８ｂが組み合わされており、シールド２８ｂによって上記開口端が閉塞されている。シールド２８ｂは、排気ガスの流れの中に熱電変換モジュール１６を設置した状態において、排気ガスの流れ方向Ｆにおいて素子積層体１４よりも上流側に位置するハウジング２８の部位に相当する。さらに付け加えると、ハウジング２８は、直方体状に形成されており、排気ガスの流れ方向Ｆに長く延びる向きで排気管２内に設置されている。
【００４４】
シールド２８ｂは、熱電変換素子１２および主ハウジング２８ａのそれぞれの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されている。具体的には、シールド２８ｂの材質としては、例えば、セラミックスを用いることができる。すなわち、本実施形態のシールド２８ｂは、断熱材として構成されている。主ハウジング２８ａの材質としては、熱伝導率の高い部材が好ましく、例えば、アルミニウム等の金属を用いることができる。なお、シールド２８ｂの熱伝導率が主ハウジング２８ａの熱伝導率よりも低いという条件を満たしていれば、シールド２８ｂは、セラミックス以外にも、例えば、各種金属によって構成されていてもよいし、あるいは、内部に静止空気層を有するように形成されたものであってもよい。なお、ハウジング２８は、図示省略する取り付け具を用いて排気管２に取り付けられている。
【００４５】
さらに付け加えると、ハウジング２８の内部では、ある一列（図７（Ａ）における紙面の最も手前側の列）において排気ガスの流れの最上流側に位置する熱電変換素子１２は、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓがシールド２８ｂと接触する態様で設置されている。すなわち、上記熱電変換素子１２については、このような態様によって、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓを覆うようにシールド２８ｂが設置されている。また、残りの２列（図７（Ａ）における紙面の奥側の２つの列）においては、排気ガスの流れの最上流側に位置する２つの熱電変換素子１２の端面１２ａｅｓもしくは端面１２ｂｅｓは、シールド２８ｂに直接接触しておらず、電極２６を介してシールド２８ｂと接触している。これらの２つの熱電変換素子１２については、このような態様によって、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓもしくはｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓを覆うようにシールド２８ｂが設置されている。また、最上流側に位置する熱電変換素子１２以外の各熱電変換素子１２については、他の熱電変換素子１２を介するという態様で、排気ガスの流れに対向する端面１２ａｅｓもしくは端面１２ｂｅｓがシールド２８ｂによって覆われている。
【００４６】
以上説明した構成を有する熱電変換モジュール１６によれば、各熱電変換素子１２の端面１２ａｅｓもしくは端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れに対向するという態様の設置手法を採用する素子積層体１４において、ハウジング２８における排気ガスの流れに対向する部位（すなわち、上流側の部位）がシールド２８ｂとして構成されている。これにより、本構成のハウジング２８では、排気ガスが衝突することで熱伝達が促進される部位は、このシールド２８ｂとなる。そして、シールド２８ｂは、熱伝導率の低い部材によって構成されている。このため、ハウジング２８の上流側の部位での集中的な（偏った）温度上昇を抑制することができる。これにより、ハウジング２８内の各熱電変換素子１２において、既述した好ましくない態様での温度差を生じにくくすることができる。その結果、各熱電変換素子１２の起電圧を効率良く確保できるようになる。このため、熱源である排気ガスの流速もしくは温度が運転者の要求等によって過渡的に変化するような場合であっても、熱電変換素子１２を利用した発電を効率良く行えるようになる。
【００４７】
また、シールド２８ｂよりも下流側に位置する主ハウジング２８ａは、シールド２８ｂよりも熱伝導性に優れた部材によって構成されている。このため、シールド２８ｂによってハウジング２８の一部への集中的な入熱を抑制しつつ、主ハウジング２８ａの外表面を介して排気ガスから主ハウジング２８ａに伝達された熱が各熱電変換素子１２に対して供給されることを促進できるようになる。さらに付け加えると、主ハウジング２８ａの熱伝導率を高くしているため、熱供給を受けた際に主ハウジング２８ａの各部位の温度のばらつきを軽減できるようになる。その結果、各熱電変換素子１２への入熱のばらつきを効果的に抑制できるようになる。
【００４８】
（主ハウジングから各熱電変換素子への熱伝導に関する好ましい構成）
また、以下に説明するように、本実施形態の熱電変換モジュール１６は、主ハウジング２８ａから各熱電変換素子１２への熱伝導に関して好ましい構成を有している。すなわち、図８に示すように、主ハウジング２８ａは、ハウジング２８を構成する各面の中で面積が相対的に大きな２面を構成する一対の壁部２８ａ１、２８ａ２を備えている。一対の壁部２８ａ１、２８ａ２は、熱電変換モジュール１６が排気管２内に設置された状態において、図７（Ｂ）に示すように、排気ガスの流れ方向Ｆおよびその直交方向Ｄ１に板状に延びている。素子積層体１４の一側面は、壁部２８ａ１の内表面上に絶縁部材３０を介して配置されている。もう一方の壁部２８ａ２は、壁部２８ａ１の内表面に対向する内表面を有している。素子積層体１４における壁部２８ａ１側の上記一側面と反対側の側面は、壁部２８ａ２上に絶縁部材３０を介して配置されている。
【００４９】
上記構造によれば、排気ガスの熱は、主ハウジング２８ａおよび絶縁部材３０を介して素子積層体１４に伝えられる。より具体的には、素子積層体１４の各熱電変換素子１２は、一方の壁部２８ａ１側の内表面から絶縁部材３０を介して熱の供給を受けるとともに、他方の壁部２８ａ２側の内表面からも絶縁部材３０を介して熱の供給を受ける。より具体的には、各熱電変換素子１２では、真性半導体部１２ｃが、主ハウジング２８ａの壁部２８ａ１、２８ａ２からの熱を伝導させる絶縁部材３０の表面に接触するように設置されている。このため、本構造によれば、真性半導体部１２ｃへの入熱が効果的に確保される態様でハウジング２８内に素子積層体１４を収容することができる。
【００５０】
ところで、上述した実施の形態１においては、図７（Ａ）における紙面の最も手前側の列において排気ガスの流れの最上流側に位置する熱電変換素子１２については、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓがシールド２８ｂと接触する態様で設置されている例について説明を行った。しかしながら、ハウジング２８内に収容される熱電変換素子１２の端面１２ａｅｓまたは端面１２ｂｅｓは、シールド２８ｂと接触しない態様で設置されていてもよい。そして、その場合には、シールド２８ｂの熱伝導率は、熱電変換素子１２の熱伝導率よりも低いことは必ずしも必要とされず、主ハウジング２８ａの熱伝導率より低くなっていればよい。
【００５１】
また、上述した実施の形態１においては、素子積層体１４を構成するすべての熱電変換素子１２が、端面１２ａｅｓもしくは端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れに対向するという態様で排気管２内に設置された構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における熱電変換モジュールのハウジングに収容される素子積層体では、素子積層体を構成する複数の熱電変換素子のうちの少なくとも流体の流れ方向の最上流側に位置する熱電変換素子が上記態様で設置されていれば、シールドの設置による効果を得ることができる（すなわち、ハウジングの上流側の部位への集中的な（偏った）温度上昇を抑制し、既述した好ましくない態様での温度差が熱電変換素子に生じにくくすることができる）。したがって、流体の流れ方向の最上流側に位置する熱電変換素子以外の熱電変換素子の１つもしくは複数は、上記態様以外の任意の向きで設置されていてもよい。
【００５２】
実施の形態２．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００５３】
本実施形態も、実施の形態１と同様に、熱電変換モジュールという形態で流体（一例として排気ガス）の中に熱電変換素子を設置する構成を扱っている。図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、高い起電圧の確保のために、積層される熱電変換素子１２の数を増やそうとした場合に生じる課題を説明するための図である。図９（Ａ）に示す構成は、上述した素子積層体１４を、電極Ａを用いて３段に積層したものに相当する。より具体的には、本構成は、排気ガスの流れ方向Ｆおよびその直交方向Ｄ１のそれぞれの方向に広がるように積層されている素子積層体１４を複数用いて、流れ方向Ｆおよび直交方向Ｄ１のそれぞれに直交する直交方向Ｄ２に広がるように熱電変換素子１２を積層したものに相当するといえる。
【００５４】
図９（Ａ）に示す熱電変換モジュールは、上記構成の素子積層体１４の複合体をハウジング内に収容して得られたものに相当する。この熱電変換モジュールにおいても、ハウジングにおける排気ガスの流れ方向Ｆの上流側の部位を、実施の形態１のシールド２８ｂと同様のシールドとして構成することで、この上流側の部位での集中的な入熱を抑制できるようになる。しかしながら、ハウジング内の各熱電変換素子１２への入熱は、主ハウジングを介したものとなる。その結果、上記複合体の中央部に位置する熱電変換素子１２に対して熱を供給することが難しくなる。
【００５５】
図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る車両の発電装置４０の構成を説明するための模式図である。図１０（Ａ）に示すように、本実施形態の発電装置４０では、複数（一例として３つ）の熱電変換モジュール１６が排気ガスの流れに対して並行に設置されている。すなわち、本構成の場合、個々の熱電変換モジュール１６のハウジング２８内では、各熱電変換素子１２は３次元的に広がるようには積層されておらず、平面上で広がるように積層されている。そして、３つの熱電変換モジュール１６が電気回路４２によって直列に接続されている。各熱電変換モジュール１６のハウジング２８において、排気ガスの流れ方向Ｆにおいて素子積層体１４よりも上流側に位置する部位は、シールド２８ｂによって構成されている。さらに付け加えると、直方体状の各熱電変換モジュール１６は、排気ガスの流れ方向Ｆに長く延びる向きで設置されている。
【００５６】
そのうえで、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、３つの熱電変換モジュール１６のそれぞれのハウジング２８の間には、排気管２（流路）の一部として機能するスペース４４が設けられている。
【００５７】
以上説明した構成によれば、上記スペース４４を備えていることにより、図９（Ａ）に示す構成と比べ、より多くの方向から各熱電変換モジュール１６内の各熱電変換素子１２に対して熱を供給できるようになる。これにより、各熱電変換モジュール１６の各熱電変換素子１２に対してより確実に入熱させられるようになる。このように、本実施形態によれば、高い起電圧の確保のために３次元的に広がるように複数の熱電変換素子１２を設置する場合において、各熱電変換素子１２への入熱をより確実なものとする構成を実現することができる。また、本構成によれば、図９（Ｂ）と図１０（Ｂ）とを比較すると分かるように、同等の数の熱電変換素子１２を積層する場合において、図９（Ａ）に示す構成と比べ、熱電変換モジュールによって塞がれる流路断面積を減らすこともできる。このため、排気管２の圧力損失の低減を図ることもできる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態２においては、スペース４４を介して排気ガスの流れに並行かつ隣り合って設置された２つの熱電変換モジュール１６に着目した場合、一方の熱電変換モジュール１６内の任意の熱電変換素子１２が本発明における「第１の熱電変換素子」に相当し、他方の熱電変換モジュール１６内の任意の熱電変換素子１２が本発明における「第２の熱電変換素子」に相当する。
【００５９】
その他実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１〜２においては、複数の熱電変換素子１２等の素子積層体１４等を備える発電装置１０等について説明を行った。しかしながら、本発明に係る発電装置は、複数の熱電変換素子をハウジング内に収容することによって構成された熱電変換モジュールという形態で備えるものに必ずしも限られない。すなわち、本発明に係る発電装置は、熱電変換モジュールという形態をとらずに、ｎ型半導体部もしくはｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面が流体の流れに対向するという態様で流路内に設置される１つもしくは複数の熱電変換素子を備えるものであってもよい。
【００６０】
図１１は、熱電変換モジュールという形態をとらずに排気ガスの流れの中に熱電変換素子１２を設置する場合の好ましい構成例を説明するための図である。図１１に示す構成では、１つの熱電変換素子１２が、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓが排気ガスの流れに対向するという態様で排気ガスの流れの中に設置されている。そして、本構成では、この端面１２ａｅｓだけでなく、ｎ型半導体部１２ａの端部１２ａｅの全体を覆うようにシールド５０が設置されている。より具体的には、シールド５０は、端部１２ａｅと接触する態様で端部１２ａｅを覆うように設置されている。また、シールド５０は、熱電変換素子１２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する部材（例えば、セラミックス）を用いて断熱材として機能するように構成されている。
【００６１】
図１２は、排気ガスと熱電変換素子１２との間での熱伝達係数と、熱電変換素子１２の基準位置（ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓ）からの距離Ｌとの関係を表した図である。図１２に示すように、熱伝達係数は、排気ガスが衝突する端面１２ａｅｓを含むｎ型半導体部１２ａの端部１２ａｅにおいて相対的に高くなる。この端部１２ａｅの中で見ると、熱伝達係数は、端面１２ａｅｓにおいて最も高くなり、端面１２ａｅｓから離れるにつれて小さくなる。このため、端部１２ａｅの全体を覆うように構成されたシールド５０を備える本構成によれば、排気ガスが端部１２ａｅ（すなわち、バンドギャップエネルギが最も高い部位）に直接衝突しないようにすることができる。このため、端部１２ａｅに対して集中的な入熱がなされることを好適に抑制できる。また、シールド５０は断熱材として機能するように構成されているので、シールド５０から端部１２ａｅへの熱伝導をも抑制することができる。したがって、本構成によっても、既述した好ましくない態様での温度差の発生を好適に抑制することができる。
【００６２】
なお、シールド５０は、端部１２ａｅのうちの少なくとも端面１２ａｅｓを覆う態様で構成されていれば、端面１２ａｅｓと接触しない態様で設置されていてもよい。この態様でシールド５０が備えられている場合であっても、排気ガスが端面１２ａｅｓに直接衝突するのを抑制することができるので、端面１２ａｅｓへの集中的な入熱を抑制することができる。端面１２ａｅｓと接触しない態様でシールド５０を備える場合には、シールド５０の熱伝導率が熱電変換素子１２の熱伝導率よりも低いことまでは必ずしも必要とされない。
【００６３】
また、図１１に示す構成の対象となる熱電変換素子１２の数は、１つに限られず、図１１中に示す熱電変換素子１２よりも下流側において、当該熱電変換素子１２と同じ向きで設置される他の複数の熱電変換素子１２が、図１１中に示す熱電変換素子１２とともに電極２６を介して直列かつ棒状に積層されていてもよい。また、図１１に示す構成は、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓが排気ガスの流れと対向するという態様で排気ガスの流れの中に設置される場合にも同様に適用することができる。
【００６４】
次に、図１３は、図２に示す熱電変換素子１２の他の積層手法を説明するための図である。図１３に示す熱電変換モジュール６０は、ハウジング６２の主ハウジング６２ａ内に収容される素子積層体６４を備えている。素子積層体６４を構成する各熱電変換素子１２は、ハウジング６２の内部において、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓが排気ガスの流れに対向するという態様で設置されている。そして、本構成においても、実施の形態１の熱電変換モジュール１６と同様に、排気ガスの流れ方向Ｆにおいて素子積層体６４よりも上流側に位置するハウジング６２の部位がシールド６２ｂとして構成されている。また、実施の形態１と同様に、シールド６２ｂは、熱電変換素子１２および主ハウジング６２ａのそれぞれの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有するように構成されている。
【００６５】
図１３に示す構成では、正極として機能するｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓ同士が電極６６によって電気的に接続されており、負極として機能するｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓ同士が電極６８によって電気的に接続されている。複数の熱電変換素子１２を積層して素子積層体を形成する場合には、上述の他の例のように熱電変換素子１２を直列に接続するものに限られず、図１３に示す構成のように熱電変換素子１２を並列に接続してもよい。また、複数の熱電変換素子１２を積層する場合には、直列接続と並列接続とを適宜組み合わせてもよい。
【００６６】
また、以上説明した各実施の形態の例および他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  内燃機関
２  排気管
１０、４０  発電装置
１２  熱電変換素子
１２ａ  ｎ型半導体部
１２ａｅ  ｎ型半導体部における真性半導体部と反対側の端部
１２ａｅｓ  ｎ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面
１２ｂ  ｐ型半導体部
１２ｂｅ  ｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端部
１２ｂｅｓ  ｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面
１２ｃ  真性半導体部
１４、６４  素子積層体
１６、６０  熱電変換モジュール
１８、４２  電気回路
２０  スイッチ
２２  電装部品
２４  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２６、６６、６８  電極
２８、６２  熱電変換モジュールのハウジング
２８ａ、６２ａ  主ハウジング
２８ａ１、２８ａ２  主ハウジングの壁部
２８ｂ、５０、６２ｂ  シールド
３０  絶縁部材
４４  スペース
【図１】
2017135157.tif 000003
【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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【図１３】
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