JP2004312991A - 熱発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプの放熱を効率よく利用することにより、より大きな電力を発生することのできる熱発電装置を提供すること。
【解決手段】 発光管２５と発光管２５を被覆保護するとともに支持する外壁部２１ａとを備えたランプ２１の後部側部分と、下基板２６ａと上基板２６ｂとのの間の温度差に応じて発電する熱電変換モジュール２３との間に、平面部２２ａと突入部２２ｂとからなる吸熱部材２２を取り付けた。そして、外壁部２１ａの後端部から内面にかけて穴部２１ｂを設け、この穴部２１ｂ内に吸熱部材２２の突入部２２ｂを配置した。また、吸熱部材２２の突入部２２ｂの先端部が外壁部２１ａの内面に沿ってドーム状に広がるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ランプの発熱を利用して発電する熱発電装置に関する。

従来から、ペルチェ効果を利用して熱電気変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置および発電装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれ熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより、一対の絶縁基板間に複数の熱電素子を固定して構成されている。

この熱電変換モジュールは、例えば、自動車等の車両のライトのリフレクタに取り付けられ、ライトの発熱により加熱される一方の絶縁基板と他方の絶縁基板との間に生じる温度差に応じて発電する。そして、熱電変換モジュールが発生する電力は、バッテリの充電等に利用されている（特許文献１参照）。
実開平６−４９１８６号公報

しかしながら、前述した従来の熱電変換モジュールをランプのリフレクタのように曲面に形成された面に取り付けた場合には、熱電変換モジュールの絶縁基板の一部しかリフレクタに接触することができず熱回収の効率が悪くなる。また、ランプの作動時に、ランプの内部に設けられた発光管自体は高温になるが、リフレクタの内面に反射面が設けられてリフレクタの外面は、低温になるように設計されている。このため、熱電変換モジュールに伝導される熱量は、発光管の発熱量に対してわずかなものとなる。この結果、吸熱側の絶縁基板と放熱側の絶縁基板との間の温度差を大きくすることができず熱電変換モジュールが発生する電力が小さなものになるという問題がある。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、ランプの放熱を効率よく利用することにより、より大きな電力を発生することのできる熱発電装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる熱発電装置の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成した熱電変換モジュールを、発光管と前記発光管を被覆保護するとともに支持する外壁部とを備えたランプに取り付けて、熱電素子における発光管の発熱により加熱される一方の絶縁基板側の端部と他方の絶縁基板側の端部との間に生じる温度差に応じて熱電変換モジュールに電力を発生させる熱発電装置であって、一方の絶縁基板とランプの発光管との間に吸熱部材を設け、吸熱部材の少なくとも一部をランプの内部に配置させたことにある。

このように構成した本発明の熱発電装置においては、熱電変換モジュールとランプの発光管との間に吸熱部材を設け、その吸熱部材の少なくとも一部をランプの内部に配置させている。したがって、吸熱部材にランプ内の高熱を吸収させ、その熱を利用して熱電変換モジュールに発電させることができる。この場合、吸熱部材の一部をランプの内部に配置させてもよいし、例えば、外壁部の一部を吸熱部材で構成することにより吸熱部材全体をランプの内部に配置させてもよい。

本発明にかかる熱発電装置の他の構成上の特徴は、熱電変換モジュールをランプの後部側に取り付けるとともに、吸熱部材を一方の絶縁基板とランプの後部側部分との間に設け、吸熱部材の一部をランプの内部に配置させたことにある。

このように構成した本発明の熱発電装置においては、熱電変換モジュールにおけるランプ側に位置する一方の絶縁基板とランプの後部側部分との間に吸熱部材を設け、その吸熱部材の一部をランプの内部に配置させている。したがって、吸熱部材におけるランプの後部側部分に位置する部分からはランプの外側面からの放熱を吸収することができ、ランプの内部に配置した部分からは、ランプ内の高熱を吸収することができる。

この結果、ランプから一方の絶縁基板への熱伝導が効率よく行われて、熱電素子における一方の絶縁基板側の端部と他方の絶縁基板側の端部との間の温度差が大きくなり、熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。この場合、他方の絶縁基板は、冷却用のファン等で冷却して一方の絶縁基板と他方の絶縁基板との間の温度差がより大きくなるようにすることが好ましい。また、この場合のランプの後部側部分とは、ランプの照射側である前面を除く部分である。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材の一部が外壁部を貫通して外壁部の内面に延びるとともに、その先端部が外壁部の内面に沿って広がっていることにある。これによると、発光管の発熱部である光源に近い位置まで吸熱部材の一部を延ばせるとともに、その部分を外壁部の内面に沿って広い範囲で設けることができる。これによって、発光管の発熱が吸熱部材に効率よく伝導されるようになり熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。この場合の外壁部の内面に沿って広がった吸熱部材の形状は、ドーム状にしたり、放射状にしたりすることができる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、外壁部の内部に発光管を囲うようにして空間部が形成され吸熱部材の一部が空間部内に延びていることにある。これによると、外壁部の内面に形成される反射面を狭くすることなく、発光管の光源に近い位置に広い範囲で吸熱部材の一部を設けることができる。これによっても、発光管の発熱が吸熱部材に効率よく伝導され熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。また、これによると、ランプの照明効果への影響は生じない。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材の一部が、発光管と、外壁部における発光管を支持する部分との境界部に沿って設けられていることにある。これによると、吸熱部材の一部が発熱管の周囲に形成されるため、発熱管から吸熱部材への熱の伝導が効率よく行える。また、吸熱部材の形状が単純になるためその製造が容易になる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、発光管と、外壁部における発光管を支持する部分との境界部に沿って設けられた吸熱部材の一部が外壁部を貫通して外壁部の内部に配置していることにある。この場合、吸熱部材の一部の先端部は、高温状態の外壁部の内部に入り込んで光源の近くまで延びるため、これによっても、吸熱部材への効果的な熱伝導が行われるようになる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、発光管の内部に、発光管の後端部から発光管が備える光源に向かって延びる空間部が形成され吸熱部材の一部がこの空間部内に延びていることにある。これによると、ランプのなかで最も高温になる発光管自体の内部に吸熱部材の一部が入り込むため、発光管から吸熱部材へのより大きな熱の伝導が行われる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材で外壁部の一部を構成したことにある。この場合、外壁部の一部を構成する吸熱部材の取り付け位置は、外壁部のどの部分にしてもよく、その大きさは、熱電変換モジュールに対応する大きさにしてもよいし、外壁部の広い部分に掛かる大きなもので構成しその一部に熱電変換モジュールを取り付けるようにしてもよい。これによると、発光管から発生する熱が効果的に吸熱部材に伝わるため、熱電変換モジュールの発電量が大きくなる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、吸熱部材をランプの内部と連通する空間部を形成する空間形成部で構成したことにある。これによると、吸熱部材における熱を吸収するための面積を大きくすることができ、より効果的な熱吸収が可能になる。また、この場合、空間形成部の内壁にフィンを形成することができ、これによると、吸熱部材における熱吸収のための面積がさらに大きくなり熱電変換モジュールの発電量を大きくすることができる。さらに、空間形成部に外部に通じる熱放出孔を設けることもできる。これによると、ランプ内が必要以上に高温化することを防止でき、ランプの寿命を長くすることができる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、外壁部の外周面における吸熱部材が設けられていない部分に断熱材を取り付けたことにある。これによると、ランプの外壁部から吸熱部材以外の部分を介して外部に放出される熱が殆どなくなるため、効率よく熱電変換モジュールに熱が伝わるようになり発電効率の向上が図れる。

本発明にかかる熱発電装置のさらに他の構成上の特徴は、熱発電装置がプロジェクター装置に設けられ、ランプがプロジェクター装置が備えるランプであることにある。これによると、ランプの発熱を電力に変換し、プロジェクター装置が備える他の装置の作動のために利用することができる。

例えば、プロジェクター装置に画像を表示する表示装置の温度を調節するためのペルチェ素子を設け、熱発電装置の熱電変換モジュールが発生する電力をペルチェ素子に供給して、そのペルチェ素子を作動させることにより表示装置の温度調節を行うことができる。また、熱電変換モジュールが発生する電力でプロジェクター装置が備える冷却用のファンを作動させることもできる。さらに、この電力をプロジェクター装置が備える他の装置や外部の他の装置の作動に用いることもできる。これによって、各装置を作動させるための電源を別途設ける必要がなくなる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる熱発電装置２０を備えたプロジェクター装置１０を示している。プロジェクター装置１０は、箱状の筺体１１の内部に熱発電装置２０、フィンと一体的に構成され冷却ユニットとして用いられるペルチェ素子１２、表示素子１３、レンズ１４、電子回路基板１５、バラストユニット１６および冷却ファン１７を収容して構成されている。

熱発電装置２０は、図２に示したように、ランプ２１、吸熱部材２２、熱電変換モジュール２３および放熱フィン２４を備えている。ランプ２１のレフを構成する外壁部２１ａは、正面が円形の開口部に形成され、側面が、後端部に近づくにしたがって細くなった略ドーム状のセラミックで構成されている。そして、外壁部２１ａの後端部中央には、内部から外部に貫通する穴部２１ｂが形成されている。この穴部２１ｂの外壁部２１ａの内面側部分は、外壁部２１ａの内面に沿って前部側にドーム状に広がった凹部に形成されている。

また、外壁部２１ａの正面の開口部には透明のガラス２１ｃが設けられ、外壁部２１ａの内部における中央後端部には発光管２５が設けられている。この発光管２５は、後端部を外壁部２１ａの穴部２１ｂ中央に位置させて前方のガラス２１ｃの中央部に向って延びるように設けられ、その中央部には発熱部である光源２５ａが内蔵されている。発光管２５は、超高圧水銀ランプで構成されており、点灯時には内部圧力が２００気圧程度になり、光源２５ａ近傍の温度は６００℃程度に上昇する。また、その際、外壁部２１ａの温度は２２０℃程度に上昇する。

吸熱部材２２は、ランプ２１の後部側に設置されており、タフピッチ銅製の部材で構成されている。吸熱部材２２は、ランプ２１の後端部に中央部を位置させて長手方向を垂直方向に向けて設置された平面部２２ａと、平面部２２ａの前面中央部から前方に向って突出し、外壁部２１ａの穴部２１ｂを貫通してランプ２１の内部に配置された突入部２２ｂとで構成されている。

また、突入部２２ｂの中央部と平面部２２ａの中央部における前部側部分には、穴部２２ｃが形成されて、この穴部２２ｃ内に、発光管２５の後端部が固定されている。穴部２２ｃにおける突入部２２ｂに形成された部分の周面と発光管２５の外周面との間には、耐熱性を有する接着剤からなる接着層２２ｄが形成されて、発光管２５を固定している。吸熱部材２２を構成するタフピッチ銅は熱伝導がよく、吸熱部材２２は、光源２５ａの近傍でドーム状に広がる突入部２２ｂによって効率よく光源２５ａの発熱を吸収することができる。

また、外壁部２１ａの外側面から放出される熱も平面部２２aによって吸収される。そして、外壁部２１ａの内面と突入部２２ｂの露呈面とには、アルミニウムを蒸着して形成された反射面２１ｄが設けられている。なお、図示していないが、発光管２５は電気端子部を備えており、この電気端子部と配線を介して電源に接続されている。

熱電変換モジュール２３は、図３および図４に示したように、下基板２６ａと上基板２６ｂとからなる一対の絶縁基板を備えており、下基板２６ａの上面における所定部分に下部電極２７ａが取り付けられ、上基板２６ｂの下面における所定部分に上部電極２７ｂが取り付けられている。そして、チップからなる熱電素子２８が、それぞれ下端面を下部電極２７ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極２７ｂにハンダ付けにより固定されて下基板２６ａと上基板２６ｂとを一体的に連結している。

下部電極２７ａと上部電極２７ｂとは、それぞれ熱電素子２８の略１個分に等しい距離をずらして取り付けられている。上基板２６ｂの各上部電極２７ｂには、それぞれ２個の熱電素子２８の上端面が接合されており、下基板２６ａの下部電極２７ａには、１個の熱電素子２８の下端面だけが接合されるものと、２個の熱電素子２８の下端面が接合されるものとがある。そして、１個の熱電素子２８の下端面だけが接合される下部電極２７ａは下基板２６ａの一方側（図３の後部）の２箇所の角部に設けられ、その下部電極２７ａには、リード線２９ａ，２９ｂが取り付けられ外部に通電可能になっている。

下基板２６ａおよび上基板２６ｂはアルミナからなる板で構成され、熱電素子２８は、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなるＰ型の素子とＮ型の素子とからなっている。一般に、熱電材料の性能指数は、その種類により大きさが異なり、また、それぞれ固有の温度依存性と極大値を示す温度も異なるため、照明、プロジェクターなどの民生用機器で、使用温度域が、５００〜６００Ｋより小さいものについては、ビスマス・テルル系（Ｐ型素子については例えば、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3、Ｎ型素子については例えばＢｉ2Ｓｂ2.8Ｓｅ0.2（Ｎ型）等）の合金を用いることが好ましい。

また、この熱電素子２８は、下基板２６ａと上基板２６ｂとの間で下部電極２７ａおよび上部電極２７ｂを介して直列に接続されている。このように構成された熱電変換モジュール２３は、例えば吸熱部材２２の後面に上基板２６ｂを接面させて固定され、ランプ２１の発光により生じる放熱の一部が吸熱部材２２を介して伝導される。そして、ランプ２１からの放熱によって加熱される上基板２６ｂと加熱されない下基板２６ａとの間に生じる温度差から電力を発生する。

放熱フィン２４は、アルミニウムからなるブロック体の後面（図２の状態での後面）に一定間隔で前後に貫通する複数の放熱溝２４ａを設けて構成され、熱電変換モジュール２３の下基板２７ａに固定されている。この放熱フィン２４は、複数の放熱溝２４ａを設けて後面の表面積を大きくすることによって放熱性を向上させるようになっており、熱電変換モジュール２３の下基板２７ａ側の放熱量を多くする。これによって、熱電変換モジュール２３の下基板２６ａ側と上基板２６ｂ側との温度差が大きくなり、熱電変換モジュール２３が発生する電力が大きくなる。

また、熱電変換モジュール２３から延びるリード線２９ａ，２９ｂの端部はそれぞれ冷却ユニットのペルチェ素子１２に接続されている。このペルチェ素子１２は、熱電変換モジュール２３と同様の構成からなり、リード線２９ａ，２９ｂを介して熱電変換モジュール２３から供給される電力を熱に変換することができる。本実施形態では、ペルチェ素子１２は表示素子１３を冷却するために用いられている。

表示素子１３は、シリコン基板上に小さな金属ミラーを複数配列して構成されるデジタルミラーデバイスからなっており、入射光の反射方向をコントロールしながら入射光を反射しレンズ１４を介して画像をスクリーン（図示せず）に投影する。また、表示素子１３は、温度が高くなると正常な作動を行えなかったり、寿命が短くなったりするため、冷却する必要があり、この冷却をペルチェ素子１２によって行っている。

筐体１１内に設置された電子回路基板１５には、映像信号処理回路などが搭載されている。また、バラストユニット１６は、安定器を備えており、プロジェクター装置１０に供給される電力に関係なくランプ２１に一定の電力を供給する。これによって、ランプ２１は安定した発光を行う。冷却ファン１７は、筐体１１の所定箇所に設けられた複数の開口部（図示せず）にそれぞれ設けられ外部の空気を筐体１１内に吸い込ませることにより筐体１１内の各装置を冷却する。

また、本実施形態に係るプロジェクター装置１０は、前述した各装置の外に、プロジェクター装置１０が備える各装置に電力を供給するための電源、各種のスイッチや操作ボタンおよび、例えばパソコンから画像データ、音声データ等を入力したり、他の機器に出力したりするための入出力端子等を備えている。

このように構成されたプロジェクター装置１０を使用する際には、入出力端子にパソコン等の配線コードを接続してプロジェクター装置１０にデータの入出力をできる状態にして、スイッチをオン状態にするとともに所定の操作ボタンを操作する。これによって、ランプ２１が発光するとともに、表示素子１３やプロジェクター装置１０が備える各装置が作動して、レンズ１４を介してスクリーンに所定の画像が映し出される。

この場合、ランプ２１の発光による放熱や、表示素子１３等の各装置からの放熱によって、筐体１１内の温度は上昇するが、同時に冷却ファン１７も作動して、筐体１１内を空気の流れによって冷却する。その際、ランプ２１における吸熱部材２２と対向した外側面から放出される熱は、平面部２２ａに伝導される。また、外壁部２１ａ内の熱の一部は、突入部２２ｂに吸収されて突入部２２ｂから平面部２２ａに伝導されたのちに熱電変換モジュール２３の上基板２６ｂに伝導される。

吸熱部材２２の突入部２２ｂは外壁部２１ａの内面に沿って広がっているためこの際の熱の吸収および伝導は、効率よく行われる。また、熱電変換モジュール２３の下基板２６ａは、放熱フィン２４による放熱によって冷却されるとともに、冷却ファン１７から供給される空気流によって空冷される。

この結果、熱電素子２８における下基板２６ａ側の端部と上基板２６ｂ側の端部との間には大きな温度差が生じ、この温度差に応じて熱電変換モジュール２３は発電する。この熱電変換モジュール２３が発生する電力はペルチェ素子１２に供給され、ペルチェ素子１２を作動させる。

ペルチェ素子１２を、図３に示した熱電変換モジュール２３に対応させて見て、リード線２９ａに接続された熱電素子２８がＮ型の素子で、リード線２９ｂに接続された熱電素子２８がＰ型の素子であるとすると、リード線２９ａにプラス、リード線２９ｂにマイナスの電圧をかけると上基板２６ｂ側で吸熱、下基板２６ａ側で放熱が生じる。したがって、ペルチェ素子１２の上基板を表示素子１３に接触させてペルチェ素子１２を設置することにより、表示素子１３を冷却することができる。これによって、表示素子１３は適温に維持されて、良質の画質を生じさせるとともに、長寿命になる。また、この場合の熱電変換モジュール２３およびペルチェ素子１２の前後の方向は、Ｐ型の素子とＮ型の素子との配列およびリード線２９ａ，２９ｂの接続状態に応じて適宜変更する。

このように、本実施形態に係る熱発電装置２０を備えたプロジェクター装置１０では、熱電変換モジュール２３とランプ２１との間に熱伝導性に優れた吸熱部材２２を設けている。そして、この吸熱部材２２の突入部２２ｂはランプ２１の外壁部２１ａ内に入り込んで外壁部２１ａの内面に沿って広がっている。したがって、吸熱部材２２はランプ２１の外側面から放出される熱だけでなく外壁部２１ａの内部の高温状態の熱も吸収でき、この熱を熱電変換モジュール２３の上基板２６ｂに伝導することができる。

一方、下基板２６ａは放熱フィン２４による放熱と、冷却ファン１７による冷却とで低温に維持される。この結果、下基板２６ａと上基板２６ｂとの間の温度差が大きくなり、熱電変換モジュール２３が発生する電力が大きくなる。これによって、プロジェクター装置１０が必要とする電力の一部をランプ２１の放熱を利用して発生させた電力でまかなうことができ、プロジェクター装置１０の電源からの消費電力を低減させることができる。

図５は、本発明の他の実施形態による熱発電装置３０を示している。この熱発電装置３０は、自動車でライトとして使用されるものであり、自動車の車体（図示せず）の前部に取り付けられている。この熱発電装置３０では、ランプ３１の外壁部３１ａに設けられた穴部３１ｂが外壁部３１ａの内面側には貫通せず、外壁部３１ａの内面と外面との間でドーム状に広がって形成されている。このため、吸熱部材３２の突入部３２ｂは、密閉状態で穴部３１ｂ内に設置されている。また、反射面３１ｄは、外壁部３１ａの内面全体に形成されている。

この熱発電装置３０の熱電変換モジュール３３はバッテリに接続されており、熱電変換モジュール３３が発生する電力はバッテリの充電に使用される。この熱発電装置３０は、前述した熱発電装置２０よりも形状や、消費電力等が大きく設定されていること以外は、熱発電装置２０と同様の構成からなっている。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。この熱発電装置３０では、突入部３２ｂが、外壁部３１ａの内面に露呈していないため、反射面３１ｄの形成が容易になり、ランプ３１の照明効果に影響を及ぼすことがない。また、これによっても突入部３２ｂが、光源２５ａの近傍まで延びて光源２５ａの周囲で広がっているため、効果的に熱電変換モジュール３３への熱伝導が行われる。この結果、熱電変換モジュール３３が大きな電力を発生するようになる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置４０を示している。この熱発電装置４０も自動車に使用されており、この熱発電装置３０では、ランプ４１の外壁部４１ａに設けられた穴部４１ｂにドーム状の部分がなく円形の穴部４１ｂだけで構成されている。このため、吸熱部材４２は、平面部４２ａと円筒状の突入部４２ｂとで構成されている。また、反射面４１ｄは、外壁部４１ａの内面と突入部４２ｂの露呈面とに形成されている。

この熱発電装置４０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置３０と同一である。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。この熱発電装置４０によっても、突入部４２ｂが、光源２５ａの近傍まで延びているため、効果的な熱電変換モジュール３３への熱伝導が行われる。この結果、熱電変換モジュール３３が大きな電力を発生するようになる。

図７は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置５０を示している。この熱発電装置５０は、突入部５２ｂを、熱発電装置４０の突入部４２ｂよりも大きくするとともに長くして、ランプ５１の外壁部５１ａの内部側に突出させた形状になっている。したがって、外壁部５１ａの穴部５１ｂは、穴部４１ｂよりも大径の穴に形成されている。この熱発電装置５０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置４０と同一である。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。この熱発電装置５０によると、突入部５２ｂが、光源２５ａの近傍の高温部分まで延びているとともに、その露呈した面積が大きくなっているため、さらに効果的な熱電変換モジュール３３への熱伝導が行われる。この結果、熱電変換モジュール３３がより大きな電力を発生するようになる。

図８は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置６０を示している。この熱発電装置６０では、ランプ６１の外壁部６１ａに設けられた穴部６１ｂは発光管６５を支持できる最小の大きさに設定され、発光管６５の内部に後端部から前方に延びる穴部６５ｂが設けられている。そして、吸熱部材６２が平面部６２ａと平面部６２ａの中央部から前方に向かって延びる棒状の突入部６２ｂで構成され、突入部６２ｂが穴部６５ｂ内に挿入されている。また、反射面６１ｄは、外壁部６１ａの内面全体に形成されている。

この熱発電装置６０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置５０と同一である。したがって、図示の同一部分に同一符号を記している。この熱発電装置６０によると、突入部６２ｂが、熱源である発光管６５内に設けられ、その先端部が光源２５ａの近傍まで延びている。このため、光源２５ａの高熱が直接熱電変換モジュール３３に伝導されるようになる。この結果、熱電変換モジュール３３がより大きな電力を発生するようになる。

また、図２に示した熱発電装置２０と図９に示した比較例として準備した熱発電装置７０とを用いてそれぞれの発電量を比較した。この熱発電装置７０では、ランプ７１の外壁部７１ａは、図８に示した熱発電装置６０の外壁部６１ａと同形に形成され、発光管７５は、図２、図５〜７に示した発光管２５等と同形に形成されている。また、吸熱部材７２の前面には外壁部７１ａの後面形状に沿った形状の凹部７２ａが設けられて、吸熱部材７２と外壁部７１ａとの接触面積が大きくなるように設定されている。そして、前述した各実施形態が備える熱電変換モジュール２３，３３と同じ熱電変換モジュール７３および放熱フィン２４と同じ放熱フィン７４を備えている。

この比較テストでは、ランプ２１，７１としては消費電力が１６０Ｗの超高圧水銀ランプを使用し、熱電変換モジュール２３，７３としては、図３および図４の状態での縦横のサイズがともに５０ｍｍで、高さが５ｍｍのものを使用した。また、放熱フィン２４，７４の表面積は、０．３ｍ²とし、放熱フィン２４，７４を冷却する冷却ファンとして消費電力が２．０Ｗの軸流空冷ファンを用いた。そして、吸熱部材７２としては、縦横が７０ｍｍで厚みが２０ｍｍのタフピッチ銅のブロックを図９に示したような形状に加工したものを用いた。また、吸熱部材２２の平面部２２ａの厚みは５ｍｍとした。

その結果、熱発電装置２０では、ランプ２１から８０Ｗの熱を回収して、４．０Ｗの発電ができた。また、熱発電装置７０では、ランプ７１から５０Ｗの熱を回収して、２．０Ｗの発電ができた。この結果から、熱発電装置７０のように、吸熱部材７２を加工して、吸熱部材７２とランプ７１との接触面積を増やすことよりも、熱発電装置２０のように、吸熱部材２２の突入部２２ｂをランプ２１の内部に配置させることの方が熱の回収量が大きくなりその、結果、発電量が大きくなることがわかる。

また、図１０は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置８０を備えたプロジェクター装置１０ａを示している。このプロジェクター装置１０ａは、冷却ファン１７ａが箱状の筺体１１ａの上面に設けられ、熱発電装置８０の形状が異なる以外は、前述したプロジェクター装置１０と同一の構成になっている。したがって、同一部分に同一符号を記して説明は省略する。

このプロジェクター装置１０ａが備える熱発電装置８０は、図１１に示したように、ランプ８１、吸熱部材８２、熱電変換モジュール８３、放熱フィン８４、断熱材８６および放熱フィン８４の熱を放出させるためのファン（図示せず）を備えている。ランプ８１は、発光が水平方向に向くように横向きに配置されており、後端部中央に穴部８１ｂが設けられたドーム状の外壁部８１ａと、光源８５ａが内蔵された発光管８５と、透明のガラス８１ｃとで構成されている。

発光管８５は、後端部を外壁部８１ａの穴部８１ｂに位置させて前方のガラス８１ｃの中央部に向って延びるように設けられている。この穴部８１ｂの内周面と発光管８５の外周面との間には、耐熱性を有する接着層８１ｄが形成されており、この接着層８１ｄを介して発光管８５は外壁部８１ａに固定されている。また、吸熱部材８２はタフピッチ銅からなる軸方向の長さが短い円筒体で構成され、外壁部８１ａの開口縁部とガラス８１ｃとの間に設けられている。すなわち、吸熱部材８２は、外壁部８１ａの前部側部分を構成している。

そして、吸熱部材８２の上部に熱電変換モジュール８３が取り付けられ、吸熱部材８２の外周面における熱電変換モジュール８３が取り付けられていない部分と、外壁部８１ａの外周面とにグラスウールからなる断熱材８６が設けられている。また、熱電変換モジュール８３の上面に放熱フィン８４が取り付けられ、放熱フィン８４の上方にファンが設置されている。

この熱発電装置８０によると、吸熱部材８２が外壁部８１ａの一部を構成しているため、発光管８５から発生する熱を直接吸収することができる。したがって、発光管８５から吸熱部材８２への効果的な熱伝導が行われ、吸熱部材８２から熱電変換モジュール８３に伝導される熱量も多くなる。これによって、熱電変換モジュール８３の発電が効率よく行える。さらに、熱電変換モジュール８３の上方に放熱フィン８４とファンが設置されているため、熱電変換モジュール８３の下面と上面との温度差が大きくなり、熱電変換モジュール８３がより大きな発電力を発生する。

また、図１２は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置８０ａを示している。この熱発電装置８０ａでは、吸熱部材８２ａが円筒体でなく熱電変換モジュール８３ａの下面に対応する部分にだけ形成されている。すなわち、外壁部８１ｅの前端側上部には切欠き部が設けられ、この切欠き部に吸熱部材８２ａが取り付けられている。この熱発電装置８０ａのそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置８０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記して説明を省略する。

これによると、吸熱部材８２ａの取り付けが容易になるとともに、熱発電装置８０ａのコストを低下させることができる。この熱発電装置８０ａのそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置８０と同様である。

図１３および図１４は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置９０を示している。この熱発電装置９０では、吸熱部材９２が、下面が開口した縦長の四角箱状に形成され、その開口の縁部が外壁部９１ａの前端側上部に設けられた切欠き部に取り付けられている。そして、断熱材９６が、外壁部９１ａの外周面だけでなく吸熱部材９２の外周面にも設けられている。この熱発電装置９０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置８０ａと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。

これによると、吸熱部材９２が熱を吸収するための面積が大きくなるため、吸熱部材９２による熱吸収量がより多くなる。これによって、熱電変換モジュール８３ａが発生する発電力をより大きくすることができる。この熱発電装置９０のそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置８０ａと同様である。

図１５は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置９０ａを示している。この熱発電装置９０ａは、吸熱部材９２ａの断面形状を熱発電装置９０の吸熱部材９２の縦断面形状と同じ形状にし、その吸熱部材９２ａを、外壁部９１ｂの前側部分の周囲全体に設けた環状に形成されている。すなわち、外壁部９１ｂは、前側部分が取り除かれて短く形成され、その部分に吸熱部材９２ａが取り付けられている。そして、断熱材９６ａが、外壁部９１ｂの外周面と吸熱部材９２ａの外周面とに設けられている。

この熱発電装置９０ａのそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置９０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。これによると、吸熱部材９２ａが熱を吸収するための面積がさらに大きくなるため、吸熱部材９２ａの熱吸収量がさらに多くなる。これによって、熱電変換モジュール８３ａが発生する発電力も大きくなる。この熱発電装置９０ａのそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置９０と同様である。

図１６は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置１００を示している。この熱発電装置１００では、吸熱部材１０２が、前端部下面が開口した横長の四角箱状に形成され、その開口の縁部が外壁部１０１ａの前端側上部に設けられた切欠き部に取り付けられている。すなわち、この吸熱部材１０２は、外壁部１０１ａの前端側上部の切欠き部に連通して上方に延びたのちに外壁部１０１ａの後部に向って延びる箱状に形成されている。そして、外壁部１０１ａの外周面と吸熱部材１０２の外周面に断熱材１０６が設けられている。この熱発電装置１００のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置９０と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。

これによると、熱発電装置１００全体の大きさを少し大きくするだけで吸熱部材１０２が熱を吸収するための面積を大幅に増加させることができる。このため、熱発電装置１００の大型化を抑えながら、吸熱部材１０２の熱吸収を多くすることができ、熱電変換モジュール８３ａの発電量も増加する。この熱発電装置９０のそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置９０と同様である。また、この熱発電装置１００の変形例として、吸熱部材１０２を外壁部１０１ａの周囲全体に亘って設けることもできる。

図１７は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置１００ａを示している。この熱発電装置１００ａでは、吸熱部材１０２ａの内壁部に一定間隔で、フィン１０２ｂが設けられている。この熱発電装置１００ａのそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置１００と同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。これによると、吸熱部材１０２ａの内壁面の面積がさらに大きくなり、より多くの熱を吸熱部材１０２ａが吸収することができる。この熱発電装置１００ａのそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置１００と同様である。

図１８は、本発明のさらに他の実施形態による熱発電装置１１０を示している。この熱発電装置１１０では、吸熱部材１１２の後端部が開口されて、ランプ１１１の内部が吸熱部材１１２の内部を介して外部に連通している。この熱発電装置１１０のそれ以外の部分の構成については、前述した熱発電装置１００ａと同一である。したがって、同一部分に同一符号を記している。これによると、熱電変換モジュール８３ａの発電量は多少少なくなるが、ランプ１１１内が必要以上の高温になることが防止できるため、ランプ１１１の寿命が長くなる。この熱発電装置１１０のそれ以外の作用効果については、前述した熱発電装置１００ａと同様である。

また、本発明に係る熱発電装置は前述した各実施形態に限定するものでなく適宜変更が可能である。例えば、前述した各熱発電装置２０等は、ランプ２１等が水平方向に向くように設置しているが、ランプ２１等が上方に向くようにして設置してもよいし、下方に向くように設置してもよい。このように、ランプ２１等の向きを適宜変更できるようにすることにより、熱発電装置２０等を種々の装置に利用することができる。

また、前述した各実施形態では、吸熱部材２２等をタフピッチ銅で構成したが、これらの吸熱部材を構成する材料としては無酸素銅でもよく、アルミニウムでもよい。アルミニウムを用いる場合には純アルミが好ましく、これによると熱伝導率を高くすることができるとともに、装置の軽量化が図れる。

さらに、ランプ２１等としては、超高圧水銀ランプに限らず、メタルハライドランプや白熱電球等を用いることができる。また、外壁部２１ａ等を構成する材料としては、セラミックに限らずガラスを用いてもよい。また、本発明の熱発電装置は、プロジェクター装置や自動車に設けるだけでなく、ランプを使用し発熱する装置であればどのようなものに設けてもよい。このような装置として、例えば、野外照明、屋内照明等がある。

本発明の一実施形態による熱発電装置を備えたプロジェクター装置の内部の概略を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図１に示したプロジェクター装置が備える熱発電装置を示す概略構成図である。 熱電変換モジュールの斜視図である。 熱電変換モジュールの正面図である。 他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 比較例による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を備えたプロジェクター装置の内部の概略を示した側面図である。 図１０に示したプロジェクター装置が備える熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 図１２に示した熱発電装置の正面図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す正面図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。 さらに他の実施形態による熱発電装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０，１０ａ…プロジェクター装置、２０，３０，４０，５０，６０，８０，８０ａ，９０，９０ａ，１００，１００ａ，１１０…熱発電装置、２１，３１，４１，５１，６１，８１，１１１…ランプ、２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ，８１ａ，８１ｅ，９１ａ，９１ｂ，１０１ａ…外壁部、２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ…穴部、２２，３２，４２，６２，８２，８２ａ，９２，９２ａ，１０２，１０２ａ，１１２…吸熱部材、２２ａ，４２ａ，６２ａ…平面部、２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ…突入部、２３，３３，８３，８３ａ…熱電変換モジュール、２５，６５，８５…発光管、２５ａ，８５ａ…光源、２６ａ…下基板、２６ｂ…上基板、２７ａ…下部電極、２７ｂ…上部電極、２８…熱電素子、１０２ｂ…フィン。

Claims (13)

1. 対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成した熱電変換モジュールを、発光管と前記発光管を被覆保護するとともに支持する外壁部とを備えたランプに取り付けて、前記熱電素子における前記発光管の発熱により加熱される一方の絶縁基板側の端部と他方の絶縁基板側の端部との間に生じる温度差に応じて前記熱電変換モジュールに電力を発生させる熱発電装置であって、
   前記一方の絶縁基板と前記ランプの発光管との間に吸熱部材を設け、前記吸熱部材の少なくとも一部を前記ランプの内部に配置させたことを特徴とする熱発電装置。
2. 前記熱電変換モジュールを前記ランプの後部側に取り付けるとともに、前記吸熱部材を前記一方の絶縁基板と前記ランプの後部側部分との間に設け、前記吸熱部材の一部を前記ランプの内部に配置させた請求項１に記載の熱発電装置。
3. 前記吸熱部材の一部が前記外壁部を貫通して前記外壁部の内面に延びるとともに、その先端部が前記外壁部の内面に沿って広がっている請求項２に記載の熱発電装置。
4. 前記外壁部の内部に前記発光管を囲うようにして空間部が形成され前記吸熱部材の一部が前記空間部内に延びている請求項２に記載の熱発電装置。
5. 前記吸熱部材の一部が、前記発光管と、前記外壁部における前記発光管を支持する部分との境界部に沿って設けられている請求項２に記載の熱発電装置。
6. 前記吸熱部材の一部が前記外壁部を貫通して前記外壁部の内部に配置されている請求項５に記載の熱発電装置。
7. 前記発光管の内部に、前記発光管の後端部から前記発光管が備える光源に向かって延びる空間部が形成され前記吸熱部材の一部が前記空間部内に延びている請求項２に記載の熱発電装置。
8. 前記吸熱部材で前記外壁部の一部を構成した請求項１に記載の熱発電装置。
9. 前記吸熱部材を前記ランプの内部と連通する空間部を形成する空間形成部で構成した請求項１に記載の熱発電装置。
10. 前記空間形成部の内壁にフィンを形成した請求項９に記載の熱発電装置。
11. 前記空間形成部に外部に通じる熱放出孔を設けた請求項９または１０に記載の熱発電装置。
12. 前記外壁部の外周面における前記吸熱部材が設けられていない部分に断熱材を取り付けた請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の熱発電装置。
13. 前記熱発電装置がプロジェクター装置に設けられ、前記ランプが前記プロジェクター装置が備えるランプである請求項１ないし１２のうちのいずれか一つに記載の熱発電装置。
    

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