JP6549699B2 - 装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願の相互参照〕
本願は、米国仮特許出願第６２／０６１，３８４号（２０１４年１０月８日出願）および米国仮特許出願第６２／０３６，３０４号（２０１４年８月１２日出願）の利益を主張する。上記出願の全ての開示内容が、参照によって本明細書に組み込まれる。

〔技術分野〕
本開示は、熱電デバイスのための装置について記述する。熱電デバイスの製造方法、および熱電デバイスを用いた発電方法についても開示される。

〔背景技術〕
この節では、本開示に関する、必ずしも従来技術ではない背景技術の情報を提供する。

エネルギー効率および代替エネルギー源がより一層重要視されることに伴って、効率が高くコストの低い発電方法および蓄電方法が継続的に開発されている。他の方法で浪費された熱エネルギーを補償する１つの方法は、熱電デバイスを用いることによる方法である。一般に、熱電デバイスは、熱源の近傍に配置された高温シューと、ヒートシンクの近傍に配置された低温シューとを備える。高温シューと低温シューとは、直線的に整列され、互いに間隔をあけられる。一対の熱電脚が高温シューと低温シューとの間に延伸し、高温シューと低温シューとを熱伝導性回路の一部として熱的に接続する。高温シューおよび低温シューとともに、上記一対の熱電脚は熱電対を形成する。そのうえ、上記熱電脚は異なる熱電材料によって形成されており、該熱電材料は、その長さ全体にわたる温度差または温度勾配に応じて電力を発生させる。上記熱電脚に用いられる異なる熱電材料は、典型的には半導体である。例えば、熱電脚のそれぞれに使用可能な熱電材料として、スクッテルド鉱が挙げられる。熱電脚に用いられる熱電材料のそれぞれにおける、温度勾配に対する異なる反応は、仕事を実行することに利用可能な電流を発生させる。発生する電流量は、半導体のような熱電材料の選択に依存するだけでなく、熱源とヒートシンクとの間の温度勾配の規模、並びに、一対の熱電脚がそれぞれ高温シューおよび低温シューと接触する境界、にも依存する。

この技術は有望な前途を持っているものの、現実のエネルギー発生源としてのこの技術の応用は、長期間の信頼性という大きな障害に直面している。問題は、異なる熱膨張率を有する、異なる材料を使用することが要求されるという、熱電デバイス自体の必須の構成により生じる。高温シューに用いられる材料、低温シューに用いられる材料、および熱電脚対に用いられる材料は、異なる比率で膨張するため、従来の熱電デバイスは、熱電脚と高温シューおよび低温シューとの境界における材料の熱膨張の差に起因して、頻繁に停止する。これらの停止の頻度は、１以上の熱電対の停止が発生した後でも熱電モジュールが動作することを可能にするために、個々の熱電デバイスが熱電モジュールの一部として直列ではなく並列に接続されることを要求する。この配置は、より高コストであり、より複雑な制御機構を要する。そして、電気回路や部品は、あらゆる具体的な応用において、空間をより占有する。

〔概要〕
本開示の一形態に従って、熱電デバイスのための装置（apparatus）を記述する。概して、熱電デバイスは、熱源に近接して配置された高温シュー（hot shoe）と、ヒートシンクに近接して配置された低温シュー（cold shoe）とを含む。少なくとも１つの熱伝導部材が、上記高温シューと上記低温シューとの間に、当該高温シューと当該低温シューとを熱的に接続するように伸びている。少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記高温シューと上記低温シューとの温度差に応じて発電を行う。概して、上記低温シューは、上記高温シューの周囲に伸びている。上記熱電装置の動作時に、上記熱源によって上記高温シューが加熱されることにより、上記高温シューは上記低温シューよりも大きな割合で伸びる。上記高温シューと上記低温シューとの間の構造的および空間的な関係の結果として、上記熱電装置の動作時に、少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記高温シューと上記低温シューとの間にて圧縮される。少なくとも１つの上記熱伝導部材を形成する材料は、材料を圧縮状態に維持した場合に、中立の荷重および／または張力の状態よりも、弾性が向上することがわかった。したがって、本開示の熱電デバイスは、少なくとも１つの上記熱伝導部材が熱膨張によって機能不全となることを防止する。

本開示の別の形態に従えば、上記低温シューは、上記高温シューの周囲に環状に伸びており、上記高温シューと上記低温シューとの間に環状の空洞を形成している。少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記環状の空洞に配置されており、上記高温シューと上記低温シューとの間において、半径方向に圧縮されている。本開示のさらに別の形態に従えば、上記低温シューは、上記高温シューの周囲に同軸に伸びており、当該高温シューと当該低温シューとの間に空洞を形成している。少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記空洞内に配置されており、上記高温シューと上記低温シューとの温度差に応じて発電を行う＋脚と−脚とを含む。

本開示のさらに別の形態に従えば、熱電デバイス（例えば、熱電対）は、高温シューと、該高温シューの周囲に伸びる低温シューとを含み、上記高温シューと上記低温シューとの間に空洞が形成される。複数個の熱伝導部材が、上記高温シューと上記低温シューとの間の上記空洞に配置されている。複数個の上記熱伝導部材のそれぞれは、熱電材料を含み、上記高温シューから上記低温シューに向かうように外側に伸びている。この構造的な配置に基づいて、熱電カップリングの動作時に、複数個の上記熱伝導部材は、上記高温シューの、上記低温シューよりも大きな熱膨張を受けて、上記高温シューと上記低温シューとの間で圧縮される。したがって、開示された配置の全てにおいて、熱電デバイスまたは熱電カップリングの動作時に、１つまたは複数の上記熱伝導部材は、圧縮状態に有利に保たれる。

熱電デバイスの製造方法も、本開示の別の形態により記述される。有利に、本製造方法は、１つまたは複数の上記熱伝導部材の上記熱電材料が、熱電デバイスの運転の間、圧縮状態に維持される熱電デバイスを製造する。加えて、熱電デバイスを用いた本開示による発電方法が記述される。

有利に、本開示の熱電デバイス、並びに当該熱電デバイスの製造方法および使用方法は、熱電デバイスを通じた高い熱流束を促進し、１つまたは複数の熱伝導部材と高温シューおよび低温シューとの適切な接触を提供する。本開示の熱電デバイスは、従来の設計に対して優れている。その理由は、本開示の構造が、熱膨張に関連する機能停止に悩まされることがないためである。これは、本開示の設計が、熱電デバイスの運転の間、および随意的に熱電デバイスの非運転のときに、種々の構成要素の構造的配置およびサイズにより、熱電材料を高温シューと低温シューとの間で圧縮状態に維持するためである。

〔図面の簡単な説明〕
本明細書に示された図は、実施可能な全てではなく選択された実施形態のみを図示することを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の他の有利な点は容易に理解することができ、添付の図面と共に考慮して以下の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解することができるであろう。

図１は、本開示に従って構成された例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。

図２は、例示的な熱電デバイスを示す図１の２−２線に沿った側面断面図である。

図３は、図１の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。

図４は、本開示に従って構成された、低温シューの近傍に冷却機構をさらに含む、別の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。

図５は、例示的な熱電デバイスを示す図４の５−５線に沿った側面断面図である。

図６は、図４の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。

図７は、本開示に従って構成された、高温シューと低温シューとの間に配置された環状の空洞に沿って、複数の熱伝導部材が軸方向に離間している、別の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。

図８は、互いに隣接して配置された複数の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。

図９は、例示的な排気管が挿入された、図４の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。

図１０は、例示的な放射性棒が挿入された、図４の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。

図１１は、本開示に基づく熱電デバイスの例示的な製造方法の工程を示すフロー図である。

図１２は、本開示に基づく熱電デバイスを用いた例示的な発電方法の工程を示すフロー図である。

図１３は、本開示に従って構成された、別の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。

図１４は、図１３の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。

図１５Ａは、図１３の例示的な熱電デバイスの、例示的な＋脚の側面斜視図である。

図１５Ｂは、図１３の例示的な熱電デバイスの、例示的な−脚の側面斜視図である。

図１６は、互いに隣接して配置された、複数の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。

〔詳細な説明〕
図面を参照して、熱電デバイス２０のための装置（apparatus）が、熱電デバイス２０の製造方法および使用方法とともに開示される。図面において、同様の番号は、いくつかの図面を通じて対応する部分を示している。概して、熱電デバイス２０は、熱電材料２２に与えられた温度差または温度勾配に応じて電力を生成する。したがって、このような熱電デバイス２０は、代わりに熱電発電機２０または熱電対２０として参照されてもよいことが理解されるであろう。

添付の図面を参照して、以下に例示的な実施形態をより十分に記述する。例示的な実施形態は、この開示が十分なものであり、この技術に熟練した者に対して適用範囲を十分に伝えることができるように提供される。本開示の実施形態を十分に理解できるよう、特定の構成要素、装置、方法の例といった、数々の特定の詳細が示されている。特定の詳細が使用される必要はなく、実施形態の例は多くの異なる形態で実現されてよく、特定の詳細または実施形態はいずれも、本開示の範囲を制限するものではないと解釈されることは、当業者にとっては明白である。本明細書に記載の方法の工程、処理、および操作は、実行の順番として明確に特定されない限り、説明または図示した特定の順番で実行することを要求する必要があるものとして解釈されない。また、追加の工程または代替的な工程が使用されてもよいことが理解される。

図１を参照して、熱電デバイス２０は、熱源２６の近傍に配置された高温シュー（すなわち受熱構造体）２４と、ヒートシンク３０の近傍に配置された低温シュー（すなわち放熱構造体）２８とを含む。したがって、高温シュー２４と低温シュー２８との間には温度差または温度勾配が存在し、熱エネルギーは、高温シュー２４にて熱電デバイス２０に流入し、低温シュー２８にて熱電デバイス２０から放散する。熱伝導部材３２は、高温シュー２４と低温シュー２８との間に伸びている。したがって、熱伝導部材３２は、高温シュー２４と低温シュー２８とを熱的に接続する。熱伝導部材３２は、熱電材料２２によって形成されているので、高温シュー２４と低温シュー２８との間の温度差に応じて電力を生成する。一例として、限定されないが、熱伝導部材３２の熱電材料２２は、少なくとも一部がスクッテルド鉱からなる半導体である。このようなスクッテルド鉱材料は、より具体的にはコバルトおよびアンチモンからなる。

図２を参照して、絶縁部材３４は、高温シュー２４と低温シュー２８との間において、熱伝導部材３２のそれぞれの近傍に、該熱伝導部材３２を挟み込むように配置される。絶縁部材３４は、複数の機能を提供する。第１に、絶縁部材３４は、熱伝導部材３２のそれぞれを電気的に絶縁することにより、短絡を防止する。第２に、絶縁部材３４は、熱伝導部材３２のそれぞれを熱的に隔離する。第３に、絶縁部材３４は、熱伝導部材３２のそれぞれを環境に対して封止して、熱電材料２２の腐食および／若しくは酸化を低減または防止する。多種の絶縁材料が、本開示の範囲を離れることなく利用可能であるが、絶縁部材３４は、例えば、マコール（登録商標）、マイカ（雲母）、または他のセラミック材料から製造されてもよい。

図２および図３において、高温シュー２４は、中央線Ｃの周囲に環状に伸びており、高温シュー２４の第１端３８と第２端４０との間に軸方向に伸びていることがわかる。高温シュー２４は、円筒形状を有しており、内部に配置される中央孔４２を規定する。このように、高温シュー２４は、中央孔４２を円形に区画する内面４４、および内面４４の逆側である外面４６を示す。高温シュー２４の内面４４が熱源２６と接触し、熱源２６から熱エネルギーを得るように、高温シュー２４の中央孔４２は、熱源２６を受容するように構成される。高温シュー２４は、高温シュー２４の外面４６における測定した直径である外径ＯＤ１および高温シュー２４の内面４４における測定した直径である内径ＩＤ１を有する。

熱電デバイス２０の低温シュー２８は、高温シュー２４の周囲に環状に、かつ高温シュー２４と同軸に伸びており、第１端４８と第２端５０との間に軸方向に伸びている。したがって、低温シュー２８は、高温シュー２４と対向する内面５２と、内面５２の逆側である外面５４とを示す筒形状を有する。低温シュー２８の内面５２は、高温シュー２４と低温シュー２８との間に環状の空洞５６が形成されるように、高温シュー２４の外面４６から半径方向に離隔している。低温シュー２８は、低温シュー２８の外面５４の直径を測定した外径ＯＤ２および低温シュー２８の内面５２の直径を測定した内径ＩＤ２を有する。低温シュー２８の内径ＩＤ２は、高温シュー２４の外面４６と低温シュー２８の内面５２との間において、環状空洞５６が所定の間隙距離Ｇだけ半径方向に延伸するように、高温シュー２４の外径ＯＤ１より大きくなっている。高温シュー２４および低温シュー２８は、円筒形状として本明細書に記述され、図面に図示されているが、高温シュー２４および／または低温シュー２８の他の形状が、当該他の形状が利用される場合に以下の熱電デバイスの利点の一部が実現されない可能性があるものの、本開示の範囲から離れることなく利用されてもよい。したがって、中央孔４２は、筒形状であっても、筒形状ではなくてもよい。また、中央孔４２は、高温シュー２４に対して中央に位置しても、中央に位置しなくてもよい。

熱電デバイス２０の動作時に、高温シュー２４は加熱され、それゆえに低温シュー２８よりも大きい割合で膨張する。高温シュー２４が低温シュー２８の内部に、少なくとも１つの熱伝導部材３２により低温シュー２８と離隔して配される結果、高温シュー２４の膨張が、少なくとも１つの熱伝導部材３２の熱電材料２２を、高温シュー２４と低温シュー２８との間で半径方向に圧縮する。このため、少なくとも１つの熱伝導部材３２は、熱電デバイス２０の運転の間、高温シューと低温シューとの間で圧縮状態に維持される。熱電デバイス２０は、さらに、低温シュー２８の周方向に、円周上に伸長され、低温シュー２８を高温シュー２４に向かって内向きに圧縮することで熱伝導部材３２にさらなる圧縮を与える、少なくとも１つの圧縮部材５８を含んでいてもよい。換言すれば、圧縮部材５８は、少なくとも１つの圧縮部材５８が、半径方向において内側へ向かう圧力を低温シュー２８に与えるように、低温シュー２８の外面５４に対して締まりばめを示す。圧縮部材５８は、熱電デバイス２０が室温で、アクティブでない時に、少なくとも１つの熱伝導部材３２の熱電材料２２を、好適に圧縮状態に維持する。圧縮部材５８は、多様な異なる材料により製造されてよいが、圧縮部材は、例として、かつ制限せず、１００％の真鍮、真鍮を含む合金、または成分の１つとして真鍮を含む化合物であってよい。

図１〜６に示すように、低温シュー２８の外面５４は、低温シュー２８が熱エネルギーすなわち熱を熱電デバイス２０から放出するように、周囲の環境に露出している。一例として、限定されないが、低温シュー２８の外面５４は、熱電デバイス２０の動作時に、対流が低温シュー２８から熱を運び去るように空気に露出している。このように、その周囲の環境はヒートシンク３０として働く。図４は、代わりに、低温シュー２８から熱を引き出す冷却機構６０に接続された低温シュー２８を示す。冷却機構６０は、概して、低温シュー２８の外面５４と一体に、または付随するようになっている構造的な構成部品である。一例として、限定されないが、冷却機構６０は、複数の冷却フィン、冷却液と連結している複数の冷却ダクト、ファン、複数の熱伝導性ワイヤ、または熱伝導性板であり得る。この構成では、冷却機構６０および／または上記その周囲の環境が、ヒートシンク３０として働く。図４〜図６において、冷却機構６０は、低温シュー２８から伸びる一連の３つの環状フィンとして図示している。冷却機構６０の上記環状フィンは、環状フィンの間の通気が、対流によって低温シュー２８を冷却するように、間隔を空けて軸方向に配置されている。当然ながら、冷却機構６０の上記構造は、単に一例であって、他の多様な配置が可能である。

高温シュー２４および低温シュー２８の両者は、同一の材料によって形成されていてよい。例えば、限定されないが、高温シュー２４および低温シュー２８は、１００パーセントのチタン、チタン合金、または成分の１つとしてチタンを含む化合物によって形成されていてよい。チタンは、加熱時にスクッテルド鉱とほぼ同じ比率で膨張するため、高温シュー２４および低温シュー２８の両者に特に適していると考えられる。したがって、高温シュー２４と少なくとも１つの熱伝導部材３２との間の結合、並びに、低温シュー２８と少なくとも１つの熱伝導部材３２との間の結合は、割れにくい、または分割しにくい。また、チタンは、スクッテルド鉱と化学的に適合する。上記スクッテルド鉱は、高温シュー２４および低温シュー２８に他の非適合性の材料が用いられた場合、導電性を失い得る。あるいは、高温シュー２４および低温シュー２８は、好適な優位性を得ることはできないかもしれないが、異なる材料によって形成されていてよい。例えば、高温シュー２４は、第１の熱膨張係数を有する第１の材料によって形成されていてよい。そのような熱膨張係数は、既知および所定の量の熱エネルギーすなわち熱の投入に応じて、或る物質の体積が膨張する比率を定量化した数値であることが理解されるであろう。低温シュー２８は、加熱時に、高温シュー２４が低温シュー２８よりも大きな割合で膨張するように、第１の熱膨張係数よりも小さい第２の熱膨張係数を有する第２の材料によって形成されていてよい。有利に、このことは、熱電デバイス２０の動作時に、高温シュー２４と低温シュー２８との間の環状の空洞５６に配置された少なくとも１つの熱伝導部材３２を圧縮状態に維持する。

少なくとも１つの熱伝導部材３２は、＋脚（positive leg）６２と−脚（negative leg）６４とを含む。＋脚６２および−脚６４はそれぞれ、内周６６と外周６８との間に半径方向に伸びており、遠位端７０と近位端７２との間に軸方向に伸びている。熱電デバイス２０を構築した際に、＋脚６２の内周６６と−脚６４の内周６６とは、高温シュー２４の外面４６に接触する。同様に、＋脚６２の外周６８と−脚６４の外周６８とは、低温シュー２８の内面５２に接触する。＋脚６２の近位端７２は、−脚６４の近位端７２に軸方向に離間しているとともに、当該−脚６４の近位端７２に対向して、それらの間に環状のチャンバ７４を形成している。絶縁部材３４は、環状のチャンバ７４内に配置されている。＋脚６２および−脚６４は、＋脚６２および−脚６４にわたる熱が逆方向の電子の流れを生じるように、熱電材料２２の組成が少し異なっていてよい。一例として、限定されないが、＋脚６２は、コバルト、アンチモン、鉄、およびセリウムを含むスクッテルド鉱によって形成されていてよく、一方で、−脚６４は、コバルト、アンチモン、イッテルビウム、およびバリウムを含むスクッテルド鉱によって形成されていてよい。

絶縁部材３４はさらに、＋脚６２と−脚６４との間の環状のチャンバ７４内に、環状の間隙（gap）７６を規定する。環状の間隙７６は、絶縁部材３４内に、幅の狭い円盤形状の空間として形成され、軸方向に沿って測定した場合に、＋脚６２の近位端７２と−脚６４の近位端７２との間の略中間にある。図１〜図３を参照して、熱電デバイス２０の低温シュー２８は、絶縁部材３４の環状の間隙７６に対して軸合わせされた環状の溝（slot）７８を規定してもよい。このように、環状の間隙７６は、環状の溝７８に対して開放されており、それゆえ、低温シュー２８を取り囲む環境にさらされている。図４〜図６を参照して、熱電デバイス２０の高温シュー２４が、環状の溝７８を代わりに規定してもよい。さらにまた、環状の溝７８は、絶縁部材３４の環状の間隙７６に対して軸合わせされている。この構成では、環状の間隙７６は環状の溝７８に対して開放されており、それゆえ、高温シュー２４の中央孔４２にさらされている。両方の構成において、環状の溝７８は、図１〜図３では低温シュー２８を介して、また図４〜図６では高温シュー２４を介して、＋脚６２と−脚６４との間に電気が流れないように切れ目を作る。このことは、熱電対２０の短絡を防止する。

図４〜図６は、熱電デバイス２０の圧縮部材５８を、一対の圧縮部材５８として具体的に図示している。該一対の圧縮部材５８はそれぞれ、環状の溝７８の互いに反対側の端上の低温シュー２８の周囲に円周方向に伸びている。したがって、圧縮部材５８の一方は熱電対２０の＋脚６２を圧縮し、圧縮部材５８のもう一方は熱電対２０の−脚６４を圧縮する。

次に図７を参照して、複数個の熱伝導部材３２が、高温シュー２４と低温シュー２８との間に形成された環状の空洞５６に沿って離間して配置されている。よって、複数個の熱伝導部材３２は、熱電回路網（network）８０を形成する。図８に示すように、複数の熱電デバイス２０が互いに隣接して配置されて、熱電モジュール８２を形成している。熱電モジュール８２中の複数の熱電デバイス２０は、種々の所望の電気出力が得られるように、直列または並列に互いに配線し得ることが理解されるだろう。例えば、熱電モジュール８２中の複数の熱電デバイス２０は、熱電モジュール８２の電圧出力を増加させるために、直列に配線することができる。あるいは、熱電モジュール８２中の複数の熱電デバイス２０は、熱電モジュール８２の電流出力を増加させるために、並列に配線することができる。

図９は、チューブ８４の周囲に配置されて連結した熱電デバイス２０を示している。より詳しくは、図９に図示されたチューブ８４は、排気管８４である。排気管８４は、内燃機関と流体連通されており、該排気管８４（すなわちチューブ８４）を通じて高温の排ガスが流れる。開示した熱電デバイス２０は幅広い用途を有しており、図９はそれらの用途の１つとしての単なる例示であることが理解されるだろう。さらに言えば、ここで用いたチューブ８４という用語は、限定されないが、管、ホース、円筒、通路（passage）、道管、およびバルブ本体を含む、流体を運搬する構造を全て包含することが理解されるべきである。図９に図示するように、高温シュー２４の中央孔４２は、内部を通じて流体が連通するように構成されたチューブ８４を受容する。上記流体は加熱されており、高温シュー２４の内面４４はチューブ８４から熱エネルギーを取得する、すなわち取り出す（換言すれば、高温シュー２４がチューブ８４中の流体によって加熱される）。本開示のこの側面に従えば、熱電デバイス２０は、内燃機関によって生成した高温の排ガスから発電することに有利に使用することができる。上記高温の排ガスは、排気管８４を加熱して、次には熱電デバイス２０の高温シュー２４を加熱する。このように上記排ガスの熱エネルギーの一部は、発電という有用な目的のために利用され、その電気は、電気回路や部品への電力供給に用いることができる。本開示の熱電デバイス２０によって利用された熱エネルギーは、別の方法では未利用であり、排気管８４から環境へと排ガスが放出される場合、廃棄される。また、本開示の熱電デバイス２０は、限定されないが、自動車における火花点火機関（例えばガソリンエンジン）および圧縮点火機関（例えばディーゼルエンジン）を含むどのような内燃機関とともに使用してもよいことが理解されるだろう。

図１０に示すように、本開示の熱電デバイス２０は、核物質すなわち放射性物質３６から発電するために使用し得ることも想定される。放射性崩壊は熱を生成する。核***性物質３６が、高温シュー２４の中央孔４２内に配置されてよく、その場合、高温シュー２４の内面は核***性物質３６から熱エネルギーを取得する。一例として、限定されないが、核***性物質３６は、定置式または水上式の発電所内の核燃料棒３６のような、放射性棒３６であり得る。

図１１を参照して、本開示はさらに、上述の熱電デバイス２０の製造方法を提供する。上記方法は、外径ＯＤ１を有する円筒形状の高温シュー２４を作製するステップ１００を含む。上説したように、高温シュー２４の外径ＯＤ１は、高温シュー２４の外面４６の直径を測定したものである。上記方法のステップ１００に基づいて、高温シュー２４を、チタンを少なくとも部分的に含む材料から製造する。したがって、高温シュー２４は、例えば、純チタン、チタン合金、または成分の１つとしてチタンを含む化合物といった材料によって形成されていてよい。上記方法のステップ１０２は、外径ＯＤ２、および高温シュー２４の外径ＯＤ１よりも大きい内径ＩＤ２を有する円筒形状の低温シュー２８を作製することを含む。上説したように、低温シュー２８の外径ＯＤ２は、低温シュー２８の外面５４の直径を測定したものであり、低温シュー２８の内径ＩＤ２は、低温シュー２８の内面５２の直径を測定したものである。上記方法のステップ１０２に基づいて、低温シュー２８も、チタンを少なくとも部分的に含む材料から作製する。したがって、低温シュー２８は、例えば、１００パーセントのチタン、チタン合金、または成分の１つとしてチタンを含む化合物といった材料によって形成されていてよい。

上記方法のステップ１０４は、低温シュー２８内に、高温シュー２４を同軸に挿入することを含む。上記方法のステップ１０６は、少なくとも１つの熱伝導部材３２を形成するために、高温シュー２４と低温シュー２８との間の熱電材料をホットプレスすることを含む。したがって、ステップ１０６に基づいて形成された少なくとも１つの熱伝導部材３２は、環状の円盤状の形状を有しているとともに、或る内径ＩＤ３および或る外径ＯＤ３を有している。ここで用いられた上記「作製する（creating）」との語は、本開示の熱電デバイスの生産（manufacture）を表すためのものであり、概して「作ること（to make）」を含むことが理解されるであろう。このように、上記「作製する（creating）」との語は、限定されないが、切断、機械加工、成形、圧伸、鍛造プレス、および打抜き加工、を含む幅広い製造作業を包含する。さらに言えば、上記「ホットプレスする（hot pressing）」という語は、以下のような例示的な工程を含む。すなわち、高温シュー２４と低温シュー２８との間に形成された環状の空洞５６に、粉末状であってもよい熱電材料を注ぎ込む。金型によって熱電材料を加圧および加熱し、それら自身を結合させるとともに、高温シュー２４の内面４４および低温シュー２８の内面５２と接着させる。

上記方法のステップ１０８は、円筒型の環形状を有している圧縮部材５８を作製することを含む。この圧縮部材５８は、圧縮部材５８と低温シュー２８とが同じ温度の場合に、低温シュー２８の外径ＯＤ２よりも小さい内径ＩＤ４を有する。上記方法のステップ１１０は、高温シュー２４、低温シュー２８、および熱伝導部材３２を収縮させるために、高温シュー２４、低温シュー２８、および熱伝導部材３２を第１の温度に冷却することを含む。ステップ１１０に基づいて、部分組立品である、高温シュー２４、低温シュー２８、および熱伝導部材３２を冷却することにより、低温シューの外径ＯＤ２が縮小する。ここで用いられた上記「冷却する（cooling）」との語は、限定されないが、安置して室温まで温度を下げるために、高温部分を室温環境中に置くことによって冷却することを含めていることが理解されるであろう。上記方法のステップ１１２は、圧縮部材５８を膨張させるために、圧縮部材５８を、第１の温度よりも高い第２の温度に加熱することを含む。ステップ１１２に基づいて、圧縮部材５８を加熱することにより、圧縮部材５８の内径ＩＤ４が、低温シュー２８の外径ＯＤ２よりも大きい値に増大する。上記方法のステップ１１４は、圧縮部材５８を低温シュー２８上に取り付けることを進行する。したがって、ステップ１１４に基づいて、圧縮部材５８は、低温シュー２８の外面５４の周囲に配置される。上記方法のステップ１１６は、低温シュー２８を内向きに圧縮するため、並びに、高温シュー２４と低温シュー２８との間の熱伝導部材３２を圧縮するために、熱伝導部材３２の上記第１の温度と圧縮部材５８の上記第２の温度とを等しくすることを進行する。上記方法のステップ１１６に基づいて、熱伝導部材３２は、熱電デバイス２０の高温シュー２４と低温シュー２８との間で、圧縮状態のままにされる。有利に、熱伝導部材３２の熱電材料は、圧縮状態に保たれる場合、熱応力を受けて故障する傾向を少なくすることができるので、熱電デバイス２０の耐久性が向上する。

上記方法は、ステップ１１８を随意的に含んでいてもよく、ステップ１１８では、熱伝導部材３２に近接する絶縁部材３４を圧縮する。ステップ１１８に基づいて、絶縁部材３４は、高温シュー２４と低温シュー２８との間に位置する、熱電デバイス２０の環状の空洞５６内に設置される。絶縁部材３４は、熱伝導部材３２のどちらか一方の側に設置されてよく、両側に設置されてもよい。圧縮部材３２を低温シュー２８上に取り付けるステップ１１４、並びに、高温シュー２４と低温シュー２８との間の熱伝導部材３２を圧縮するために、上記第１の温度と圧縮部材５８の上記第２の温度とを等しくするステップ１１６より前に、熱伝導部材３２の近傍に絶縁部材３４を設置してよく、そうでなくともよい。したがって、絶縁部材３４は、ステップ１１６に基づいて第１の温度と第２の温度とを等しくした結果、高温シュー２４と低温シュー２８との間で圧縮されてよく、そうでなくともよい。

図１２を参照して、本開示はさらに、熱電デバイス２０を使用した発電方法を提供する。上記方法は、熱電デバイス２０の中央孔４２内に熱源２６を挿入する、ステップ２００を含む。上記方法のステップ２０２は、熱電デバイス２０の中央孔４２に近接して配置された円筒形状の高温シュー２４を用いて、熱源２６から熱エネルギーを取り出すことを含む。ステップ２０４は、高温シュー２４から、高温シュー２４の周囲に高温シュー２４と同軸に配置された円筒形状の低温シュー２８へと、熱エネルギーが熱伝導部材３２を介して伝導することを進める。上記方法のステップ２０４に従って、熱伝導部材３２は、高温シュー２４と低温シュー２８との間に伸びる熱電材料によって形成されている。上記方法のステップ２０６は、高温シュー２４と低温シュー２８との間に温度差が生成するように、低温シュー２８から熱エネルギーを放出することを含む。そして、上記方法のステップ２０８は、熱伝導部材３２を通じて、高温シュー２４と低温シュー２８との温度差に応じて発電することを含む。これらのステップに基づいて、本開示の熱電デバイス２０は、熱電デバイス２０が中央孔４２から吸収した熱エネルギーすなわち熱によって発電することが理解されるであろう。つまり、熱電デバイス２０は、高温シュー２４の中央孔４２に加えられた熱エネルギーを電気に変換するために使用されてよい。

図１３〜図１６を普遍的に参照して、熱電対２０の代替構成が開示される。図１３および図１４に示すように、熱電対２０は、熱源２６に近接して配置された高温シュー２４と、ヒートシンク３０に近接して配置された低温シュー２８とを含む。高温シュー２４は、中央線Ｃの周囲に環状に伸びており、高温シュー２４の第１端３８と第２端４０との間に軸方向に伸びている。種々の異なる形状が採用されてもよいが、図１３および図１４における高温シュー２４は、円筒型の形状を有しており、その内部に中央孔４２を規定している。したがって、高温シュー２４は、中央孔４２を円形に区画する内面４４、および内面４４の逆側である外面４６を示す。

低温シュー２８は、概して、高温シュー２４の周囲に環状に伸び、低温シュー２８と高温シュー２４との間に空洞５６を形成している。低温シュー２８は、種々の異なる形状であってもよいが、一例として、限定されないが、低温シュー２８は円筒型の形状であることが好ましい。図１３および図１４に見られるように、低温シュー２８は、内面５２と、内面５２の逆側である外面５４とを示す。低温シュー２８は、高温シュー２４の周囲に配置されているので、高温シュー２４の外面４６と低温シュー２８の内面５２との間に空洞５６が形成される。高温シュー２４および低温シュー２８は、種々の異なる材料によって形成されていてよいが、一例としては、限定されないが、高温シュー２４はチタンを含む材料によって形成されていてよく、低温シュー２８は真鍮を含む材料によって形成されていてよい。

図１４から最もよくわかるように、低温シュー２８は、円筒形状をそれぞれ有する第１部分８６と第２部分８８とを備えている。低温シュー２８の第１部分８６および第２部分８８は、第１部分８６と第２部分８８との間に環状の溝７８を規定するために、軸方向において互いに離間するように配置されている。低温シュー２８の第１部分８６は、第１端９０と、第１端９０の逆側である第２端９２との間に軸方向に伸びている。そして、低温シュー２８の第２部分８８は、第３端９４と、第３端９４の逆側である第４端９６との間に軸方向に伸びている。低温シュー２８の第２端９２と、低温シュー２８の第３端９４とは互いに対向しており、それゆえに、低温シュー２８の第１部分８６と、低温シュー２８の第２部分８８との間に環状の溝７８を規定している。図１３に示すように、低温シュー２８の第１端９０は、高温シュー２４の第１端３８に対して軸方向に揃えられていてよい。同様に、低温シュー２８の第４端９６は、高温シュー２４の第２端４０に対して軸方向に揃えられていてよい。その場合、高温シュー２４と低温シュー２８とは全長において同一の長さを有するという結果となる。

熱電対２０は、軸方向において、低温シュー２８の第１部分８６と低温シュー２８の第２部分８８との間に配置されている絶縁部材３４をさらに備えている。図１３に示すように、絶縁部材３４は、低温シュー２８の第１部分８６と低温シュー２８の第２部分８８との間に規定される環状の溝７８内に広がり、充填するように、高温シュー２４の外面４６と低温シュー２８の外面５４との間を半径方向に伸びている。その結果、低温シュー２８の第２端９２および第３端９４は、接触関係の状態で絶縁部材３４に直接接触してもよい。図１４から最もよくわかるように、このように絶縁部材３４は、円盤形状を有していてよい。したがって、絶縁部材３４は、低温シュー２８の第１部分８６を、低温シュー２８の第２部分８８から電気的に絶縁する。絶縁部材３４は、種々の異なる材料によって形成されていてよいが、一例としては、限定されないが、絶縁部材３４はマイカ（雲母）を含む材料によって形成されていてよい。環状の溝７８は、低温シュー２８の代わりに高温シュー２４に代替的に形成されていてよく、この場合、高温シュー２４は２つの部分に分かれることになることも理解されるであろう。この構成では、絶縁部材３４は高温シュー２４の上記２つの部分の間に広がり、高温シュー２４の上記２つの部分を互いに絶縁する。

さらに、図１３および図１４を参照して、熱電対２０もまた、高温シュー２４と低温シュー２８との間に配置された複数個の熱伝導部材３２を備えている。複数の熱伝導部材３２は、空洞５６内において周方向に離間しており、高温シュー２４の外面４６と低温シュー２８の内面５２との間に半径方向に伸びている。したがって、熱伝導部材３２は、熱電対２０の動作時に、低温シュー２８よりも大きい高温シュー２４の熱膨張に応じて、高温シュー２４と低温シュー２８との間で圧縮されている。すなわち、高温シュー２４が熱源２６に近接し、低温シュー２８がヒートシンク３０に近接していることに起因して、熱電対２０の動作時に、高温シュー２４は低温シュー２８よりも大きく伸びる。低温シュー２８は高温シュー２４の外側に周囲に配置されているので、高温シュー２４が熱膨張を受けるときに、複数個の熱伝導部材３２は、低温シュー２８の内面５２に押し付けられる。有利に、この圧縮は、熱伝導部材３２の構造的な完全性を高め、それ故に、熱電対２０の耐久性が向上する。

図１３および図１４に図示された複数個の熱伝導部材３２は、低温シュー２８と高温シュー２４との温度差に応じて共に発電する、少なくとも１つの＋脚６２と、少なくとも１つの−脚６４とを備える。少なくとも１つの＋脚６２は、複数個の＋脚６２を含んでいてよく、該複数個の＋脚６２は、周方向に互いに離間しているとともに、等間隔のラジアンに沿って伸びており、中心線Ｃに対して垂直の方向に伸びている。同様に、少なくとも１つの−脚６４は、複数個の−脚６４を含んでいてよく、該複数個の−脚６４は、周方向に互いに離間しているとともに、等間隔のラジアンに沿って伸びており、上記中心線Ｃに対して垂直の方向に伸びている。図１４に図示した構成では、さらに具体的にいうと、４個の−脚６４と４個の＋脚６２とが存在し、その結果、熱電デバイス２０は、８個の熱伝導部材３２を備えている。

複数個の＋脚６２および複数個の−脚６４は、絶縁部材３４の両側にそれぞれ配置され、それ故に、環状の溝７８の両側にある低温シュー２８に隣接している。したがって、複数個の＋脚６２における＋脚６２はそれぞれ、高温シュー２４と低温シュー２８の第２部分８８との間に半径方向に伸びており、複数個の−脚６４における−脚６４はそれぞれ、高温シュー２４と低温シュー２８の第１部分８６との間に半径方向に伸びている。＋脚６２および−脚６４は、種々の異なる形状および寸法であってよいが、複数個の＋脚６２および複数個の−脚６４のそれぞれの脚６２，６４は、限定されないが、矩形（長方形）の断面または正方形の横断面を有していてもよい。図１３および図１４に図示した例では、横の長さが約３ミリメートル（ｍｍ）の正方形の横断面が示されている。

複数個の熱伝導部材３２は、少なくとも部分的に熱電材料２２によって形成されている。図１５Ａに示すように、少なくとも１つの＋脚６２は、銅箔２０２に対向していてもよい、一対の端部２００ａ，２００ｂを含んでいる。一対の外側層２０４は、銅箔２０２の内側に直接的に近接する端部２００ａ，２００ｂに配置されている。少なくとも１つの＋脚６２における一対の外側層２０４は、チタンを含む材料によって形成されていてよい。一対の中間層２０６は、一対の外側層２０４の内側に直接的に近接して配置されている。少なくとも１つの＋脚６２における一対の中間層２０６は、コバルトを含む材料によって形成されていてよい。中央層２０８は、一対の中間層２０６の間に配置されており、少なくとも１つの＋脚６２における中央層２０８は、例えば、スクッテルド鉱を含む材料であってもよい熱電材料２２によって形成されている。図１５Ｂに示すように、−脚６４は、銅箔２０２に対向していてもよい、一対の端部２１０ａ，２１０ｂを含んでいる。一対の外側層２１２は、銅箔２０２の内側に直接的に近接する端部２１０ａ，２１０ｂに配置されている。−脚６４における一対の外側層２１２は、チタンを含む材料によって形成されていてよい。中央層２１４は、一対の外側層２１２の間に配置されており、−脚６４における中央層２１４は、例えば、スクッテルド鉱を含む材料であってもよい熱電材料２２によって形成されている。しかし、−脚６４に用いられるスクッテルド鉱材料は、＋脚６２に用いられるスクッテルド鉱材料とは異なる組成を有していてもよいことが理解されるであろう。

再び図１３および図１４を参照して、高温シュー２４の外面４６は、周方向に互いに離間する複数個の合わせ面９８を含んでいる。複数個の合わせ面９８は、平坦な形状を有しており、複数個の熱伝導部材３２と接触する。より具体的には、＋脚６２の端部２００ａ，２００ｂおよび−脚６４の端部２１０ａ，２１０ｂは、内側端部２００ａ，２１０ａと、外側端部２００ｂ，２１０ｂを有している。内側端部２００ａ，２１０ａは、高温シュー２４の外面４６および随意的に合わせ面９８に接触し、一方で、外側端部２００ｂ，２１０ｂはそれぞれ、低温シュー２８の第１部分８６および第２部分８８に接触する。図１６に示すように、多数の熱電カップリング２０ａ，２０ｂは、熱電モジュール８２を形成するように、互いに端と端とが接触して配列した状態で、隣接して配置されていてよい。或る熱電カップリング２０ｂにおける低温シュー２８の第１部分８６は、或る熱電カップリング２０ａにおける低温シュー２８の第２部分８８に接続していてよい。この場合、多数の熱電カップリング２０ａ，２０ｂは、直列に配列して、電圧出力が増大する。多数の熱電カップリング２０ａ，２０ｂは、種々の方法にて互いに接続されてよいが、図１６は、隣接する熱電カップリング２０ａ，２０ｂの低温シュー２８が直接接続しているものを図示している。そのため、熱電カップリング２０ｂにおける低温シュー２８の第１端９０は、熱電カップリング２０ａにおける低温シュー２８の第４端９６に接触している。図１６では、合計１０個の熱電カップリング２０が、このようにして共に接続しており、全抵抗値が２１．１ミリオームであった。つまり、それぞれのカップリング２０は、少なくとも１ミリオームの抵抗を生じ得る、より好ましくは少なくとも２ミリオームの抵抗を生じ得る。

図１３の熱電カップリング２０は、以下の例示的な方法に従って、好適に製造することができる。上記方法は、円筒形状の高温シュー２４、および円筒形状の低温シュー２８を作製する複数のステップを含む。これらのステップに従って、高温シュー２４は、高温シュー２４の周囲に周方向に離間し、かつ平坦な形状である複数個の合わせ面９８を含んで作製されてよい。また、これらのステップに従って、高温シュー２４または低温シュー２８のいずれかは、２つの分割した部分として作製され、それらの間に環状の溝７８が規定される。一例として、限定されないが、高温シュー２４は、チタンを含む材料によって作製される。したがって、高温シュー２４は、例えば、純チタン、チタン合金、または成分の１つとしてチタンを含む化合物といった材料でできている。一例として、限定されないが、低温シュー２８は、真鍮を含む材料によって形成される。したがって、低温シュー２８は、例えば、１００パーセントの真鍮、真鍮を含む合金、または成分の１つとして真鍮を含む化合物といった材料でできている。

上記方法は、低温シュー２８内に高温シュー２４を同軸に挿入するステップ、円盤状の形状の絶縁部材３４を作製するステップ、および絶縁部材３４を環状の溝７８内に位置付けするステップを含む。これらのステップに従って、絶縁部材３４の互いに反対側において、高温シュー２４と低温シュー２８との間に空洞５６が形成される。上記方法はさらに、複数個の熱伝導部材３２を作製するステップを含む。このステップに従って、作製された複数個の熱伝導部材３２は、少なくとも１つの＋脚６２および少なくとも１つの−脚６４を含んでいてよく、そして、随意的に、複数個の＋脚６２および−脚６４を含んでいてよい。以下を含むように、１つまたは複数の＋脚６２が作製される。すなわち、該＋脚６２は、銅箔２０２に対向する一対の端部２００ａ，２００ｂと、銅箔２０２の内側に直接的に近接する端部２００ａ，２００ｂに配置され、チタンを含む材料によって形成された一対の外側層２０４と、一対の外側層２０４の内側に直接的に近接して配置され、コバルトを含む材料によって形成された一対の中間層２０６と、一対の中間層２０６の間に配置され、スクッテルド鉱を含む熱電材料２２によって形成された中央層２０８と、を含む。以下を含むように、１つまたは複数の−脚６４が作製される。すなわち、該−脚６４は、銅箔２０２に対向する一対の端部２１０ａ，２１０ｂと、銅箔２０２の内側に直接的に近接する端部２１０ａ，２１０ｂに配置され、チタンを含む材料によって形成された一対の外側層２１２と、一対の外側層２１２の間に配置され、スクッテルド鉱を含む熱電材料２２によって形成された中央層２１４と、を含む。

上記方法は付加的に、環状の溝７８すなわち絶縁部材３４の片側において、高温シュー２４と低温シュー２８との間に少なくとも１つの＋脚６２を位置付けするステップ、および、環状の溝７８すなわち絶縁部材３４の他方の側において、高温シュー２４と低温シュー２８との間に少なくとも１つの−脚６４を位置付けするステップを含む。少なくとも１つの＋脚６２が複数個の＋脚６２であり、少なくとも１つの−脚６４が複数個の−脚６４であると、このステップは、複数個の＋脚６２の間に均等な間隔が形成し、複数個の−脚６４の間に均等な間隔が形成するように、高温シュー２４の周囲に周方向に、複数個の＋脚６２および複数個の−脚６４を位置付けすることを含む。随意的に、このステップはさららに、複数個の＋脚６２および複数個の−脚６４の内側端部２００ａ，２１０ａが高温シュー２４の合わせ面９８に接触するように、複数個の＋脚６２と複数個の−脚６４とを、高温シュー２４の合わせ面９８に合わせることを含んでいてよい。

本開示の方法に従って、熱電カップリング２０の動作時に、高温シュー２４が低温シュー２８よりも大きな割合で膨張することを強制される熱が高温シュー２４に加えられた場合、複数個の熱伝導部材３２は、高温シュー２４と低温シュー２８との間で圧縮状態に保たれる。有利に、複数個の熱伝導部材３２の熱電材料２２は、圧縮状態に保たれる場合、熱応力の結果として機能不全になる傾向を少なくすることができるので、熱電カップリング２０の耐久性が向上する。

本発明は、上述の教示を踏まえて多くの変更や変形が可能であり、添付の特許請求の範囲内で、具体的に記載された以外のやり方でも実施し得る。熱電デバイス２０の横断面の形状は、示した円形の形状から逸脱してもよい。例えば、限定されないが、熱電デバイス２０の横断面の形状は、楕円形、三角形、正方形、長方形、またはその他の多角形であってよい。本明細書に記述した材料は単なる例示であって、熱電デバイス２０の種々の構成要素は、概して、本開示に記載の材料以外の材料から形成されていてよい。加えて、熱電デバイス２０の種々の構成要素の相対的な寸法は、本開示の範囲を逸脱することなく、図面に示したものと異なっていてよい。さらに、多数の熱電デバイス２０が互いに並列または直列に配列して、熱電モジュール８２を形成してよい。したがって、図示した熱電デバイス２０の数は例示であって、限定することを目的とするものではない。本明細書に示した上記方法に関して、ステップの順番は、本開示および添付の特許請求の方法の範囲を逸脱することなく、本明細書に表れている順番とは異なっていてよい。

本開示に従って構成された例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。 例示的な熱電デバイスを示す図１の２−２線に沿った側面断面図である。 図１の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。 本開示に従って構成された、低温シューの近傍に冷却機構をさらに含む、別の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。 例示的な熱電デバイスを示す図４の５−５線に沿った側面断面図である。 図４の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。 本開示に従って構成された、高温シューと低温シューとの間に配置された環状の空洞に沿って、複数の熱伝導部材が軸方向に離間している、別の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。 互いに隣接して配置された複数の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。 例示的な排気管が挿入された、図４の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。 例示的な放射性棒が挿入された、図４の例示的な熱電デバイスの側面断面図である。 本開示に基づく熱電デバイスの例示的な製造方法の工程を示すフロー図である。 本開示に基づく熱電デバイスを用いた例示的な発電方法の工程を示すフロー図である。 本開示に従って構成された、別の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。 図１３の例示的な熱電デバイスの分解斜視図である。 図１３の例示的な熱電デバイスの、例示的な＋脚の側面斜視図である。 図１３の例示的な熱電デバイスの、例示的な−脚の側面斜視図である。 互いに隣接して配置された、複数の例示的な熱電デバイスの側面斜視図である。

Claims (7)

1. 熱電デバイスのための装置であって、
   熱源に近接して配置された高温シューと、
   ヒートシンクに近接して配置された低温シューと、
   上記高温シューと上記低温シューとの間に伸びており、かつ、当該高温シューと当該低温シューとを熱的に接続する少なくとも１つの熱伝導部材と、を備え、
   少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記高温シューと上記低温シューとの温度差に応じて発電を行い、
   上記熱電デバイスの動作時に、加熱時の上記高温シューの伸びが上記低温シューの伸びを超過し、上記高温シューと上記低温シューとの間に位置する少なくとも１つの上記熱伝導部材を圧縮するように、
   上記低温シューは、当該高温シューの周囲に配置されており、
   少なくとも１つの上記熱伝導部材は、スクッテルド鉱を少なくとも部分的に含み、
   上記高温シューおよび上記低温シューは、チタンを少なくとも部分的に含み、
   上記低温シューの周囲に伸びている少なくとも１つの圧縮部材をさらに備え、
   少なくとも１つの上記圧縮部材は、上記低温シューを上記高温シューに向かうように内向きに圧縮することにより、少なくとも１つの上記熱伝導部材に対して付加的な圧縮力を印加することを特徴とする装置。
2. 上記高温シューは、内部に中央孔が設けられた円筒形状を有しており、
   上記低温シューは、上記高温シューの周囲に環状に、かつ上記高温シューと同軸に設けられた円筒形状を有しており、
   上記高温シューと上記低温シューとの間に環状の空洞が規定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記高温シューは、外径を有しており、
   上記低温シューは、上記環状の空洞が所定の間隙距離に従って半径方向に伸びるように、上記高温シューの上記外径よりも大きい内径を有していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 少なくとも１つの上記熱伝導部材は、上記環状の空洞に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 少なくとも１つの上記熱伝導部材は、＋脚および−脚を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 上記高温シューと上記低温シューとの間に伸びている少なくとも１つの上記熱伝導部材に近接して配置された絶縁部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 少なくとも１つの上記圧縮部材は、真鍮を少なくとも部分的に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
   

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