WO2014054640A1 - 熱電変換式発電装置 - Google Patents

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WO2014054640A1
WO2014054640A1 PCT/JP2013/076706 JP2013076706W WO2014054640A1 WO 2014054640 A1 WO2014054640 A1 WO 2014054640A1 JP 2013076706 W JP2013076706 W JP 2013076706W WO 2014054640 A1 WO2014054640 A1 WO 2014054640A1
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WO
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thermoelectric conversion
cooling
conversion module
plate member
rigid portion
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PCT/JP2013/076706
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孝広 地主
昌尚 冨永
石島　善三
森　正芳
山上　武
松田　洋
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日立化成株式会社
本田技研工業株式会社
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Priority claimed from JP2012223442A external-priority patent/JP6039346B2/ja
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric power generation apparatus that converts a thermal energy into an electrical energy by giving a temperature difference to a thermoelectric conversion module housed in an airtight container.
  • thermoelectric conversion element uses a Seebeck effect in which a potential difference is generated between a high-temperature part and a low-temperature part by giving a temperature difference to a separated part, and the power generation amount increases as the temperature difference increases.
  • thermoelectric conversion element is used in the form of a thermoelectric conversion element module in which a plurality of thermoelectric conversion elements are joined. Then, the thermoelectric conversion module is sandwiched between the heating-side plate member and the cooling-side plate member, and the heating-side plate member is heated and the cooling-side plate member is cooled to give a temperature difference to the thermoelectric conversion module.
  • a thermoelectric power generation apparatus that obtains electricity from the thermoelectric conversion module is configured (see Patent Document 1, etc.).
  • thermoelectric conversion module As one of the measures for increasing the temperature difference of the thermoelectric conversion module, the plate members on the heating side and the cooling side, which are arranged with the thermoelectric conversion module interposed therebetween, are brought into close contact with the thermoelectric conversion module in a uniform state. It is effective to increase the thermal conductivity through the substrate.
  • each plate member can be brought into close contact with the thermoelectric conversion module in a pressurized state using a fastening member such as a tie rod or a nut as in Patent Document 1 described above.
  • a fastening member such as a tie rod or a nut as in Patent Document 1 described above.
  • it is difficult to press the plate member to the thermoelectric conversion module with a uniform pressure and the configuration of the apparatus becomes complicated and the cost increases.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its main problem is that each plate member on the heating side and the cooling side of a hermetic container disposed across the thermoelectric conversion module to give a temperature difference to the thermoelectric conversion module Can be adhered to the thermoelectric conversion module in a uniform pressure state without the complexity and cost of the device, and the thermoelectric conversion type can contribute to improvement in design and design freedom and weight reduction. It is to provide a power generation device.
  • thermoelectric conversion power generation device of the present invention is a state in which a hermetic container including a heating-side plate member and a cooling-side plate member is disposed between the heating-side plate member and the cooling-side plate member. And a thermoelectric conversion module disposed in the sealed container, wherein the heating side plate member is heated and the cooling side plate member is cooled to give a temperature difference to the thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric conversion power generation device that generates power from the thermoelectric conversion module, wherein at least one of the heating-side plate member and the cooling-side plate member is in a reduced pressure state in the sealed container.
  • thermoelectric conversion module A movable plate member that is brought into contact with the thermoelectric conversion module in a pressurized state due to a pressure difference between the inside and outside of the sealed container that is generated in this manner, and the movable plate member has rigidity and is attached to the thermoelectric conversion module.
  • Rigid rigidity When formed continuous with the rigid portion, and deformed by the pressure difference, characterized by having a, a deformation portion that is brought into contact with the thermoelectric conversion module of the rigid portion by deformation.
  • the assembled state is completed by reducing the pressure in the sealed container to a predetermined pressure.
  • a pressure difference occurs between the inside and outside of the sealed container due to the internal pressure reduction, and the deformable portion is deformed by the pressure reducing action in the movable plate member having the rigid portion and the deformable portion, and the rigid portion is pressurized to the thermoelectric conversion module by the external pressure. Abut and adhere. Since the plate member on the movable side is brought into close contact with the thermoelectric conversion module by reducing the pressure in the sealed container without using a fastening member such as a tie rod or nut, the device on the movable side becomes complicated and expensive. It can be made to adhere to a thermoelectric conversion module in the uniform pressurization state without. And since the member for fastenings, such as a bolt and a nut, is not used, it can contribute to the improvement in design, the freedom degree of design, and weight reduction.
  • the portion that is in close contact with the thermoelectric conversion module is a rigid portion, so that the thermoelectric conversion module can be surely brought into contact with the thermoelectric conversion module without causing deformation. Easy to obtain uniform pressure on the module.
  • the inside of the sealed container is depressurized, the inside of the sealed container is less likely to be heated than when a gas such as air is present at normal pressure, and the internal gas expands to affect the sealed container, or the thermoelectric Generation
  • the present invention includes a form in which the deformable portion is deformable by the pressure difference because the plate thickness is smaller than that of the rigid portion. According to this embodiment, the deformable portion can be easily configured.
  • the present invention includes a form in which the cooling-side plate member is the movable-side plate member, and the rigid portion is provided with fins for promoting cooling.
  • the cooling effect of the plate member on the cooling side is improved, the temperature difference generated in the thermoelectric conversion module is further increased, and the power generation performance is further improved.
  • the rigidity of the rigid portion is increased by the fin, and the effect of preventing the deformation of the rigid portion can be further enhanced. Furthermore, since it is a rigid part, it is easy to fix a fin.
  • the deforming portion is provided in a state extending laterally from the outer side opposite to the thermoelectric conversion module side in the peripheral surface of the rigid portion, and the peripheral surface of the rigid portion is It includes a form that is formed in a substantially tapered shape that protrudes laterally from the outside toward the inside that is the thermoelectric conversion module side. According to this aspect, the deformed portion that is deformed by the pressure reducing action is less likely to interfere with the peripheral surface of the rigid portion, and the deformed portion is less likely to be broken or cracked.
  • the sealed container has a hollow portion surrounded by the heating-side plate member, the thermoelectric conversion module is disposed around the hollow portion, and the thermoelectric conversion module is disposed outside the thermoelectric conversion module.
  • a cooling-side plate member is disposed, and a heating fluid is circulated through the hollow portion to heat the heating-side plate member.
  • the heating-side plate member can be efficiently heated without causing the heating fluid to diffuse by allowing the heating fluid to flow through the hollow portion.
  • the present invention includes a form in which the thermoelectric conversion module is not joined to the rigid portion.
  • the thermoelectric conversion module or the rigid portion expands / shrinks due to heating / cooling, the rigid portion and the thermoelectric conversion module are in a non-bonded state, so that both move relatively in contact with each other. Therefore, there is no problem of deformation due to stress caused by thermal effects.
  • the present invention includes a form in which the deforming portion is an elastic portion that is elastically deformed and elastically pressurizes and contacts the rigid portion to the thermoelectric conversion module side.
  • the rigid portion is pressed against and contacted with the thermoelectric conversion module also by the action of the elastic portion, so that the adhesion of the rigid portion to the thermoelectric conversion module can be further improved.
  • the present invention includes a form having an elastic member that presses and contacts at least one of the heating-side plate member and the cooling-side plate member against the thermoelectric conversion module.
  • the rigid portion is also pressed against the thermoelectric conversion module by the elastic member and comes into contact with the thermoelectric conversion module, so that the adhesion of the rigid portion to the thermoelectric conversion module can be further improved.
  • a pressing plate is disposed on an outer surface side of the plate member that is pressed against and contacts the thermoelectric conversion module by the elastic member, and the elastic member is interposed between the pressing plate and the plate member. Including the sandwiched form.
  • the elastic member can generate and hold the elastic force, and the elastic force of the elastic member can be maintained. A structure that is surely applied to the thermoelectric conversion module is obtained.
  • the elastic member includes a form in which the elastic member is bonded to either the plate member or the pressing plate, and the other side is in a non-bonded state.
  • the elastic member is joined to either the plate member or the pressing plate, so that the elastic member can be easily handled and can be easily assembled.
  • the non-joined side of the elastic member can move relative to the thermoelectric conversion module or plate member, which causes stress due to thermal effects. It is difficult to cause problems such as deformation.
  • the plate member is a plate member on the cooling side, and includes a mode in which a cooling medium flows between the plate member and the pressing plate, and the cooling medium contacts the elastic member.
  • the temperature of the cooling-side plate member is transmitted to the elastic member, and the elastic member is cooled by the cooling medium, so that the cooling efficiency of the cooling-side plate member is improved. That is, the heat dissipation effect by the elastic member can be obtained.
  • the elastic member in this case is preferably formed in a fin shape for promoting cooling. Examples of the fin shape include a corrugated cross section, a V shape, a U shape, and an ⁇ shape.
  • the present invention further includes a cooling chamber in which the movable plate member is the cooling plate member, the cooling fluid is supplied, and the cooling fluid is brought into contact with the cooling plate member.
  • the embodiment includes a mode in which the rigid portion of the cooling-side plate member is brought into contact with the thermoelectric conversion module in a pressurized state by an internal pressure generated in the cooling chamber by the cooling fluid.
  • the rigid part of the cooling-side plate member is brought into contact with the thermoelectric conversion module in a pressurized state by the internal pressure of the cooling chamber generated by supplying the cooling fluid. Adhesion can be further improved.
  • the applied pressure from the cooling-side plate member can be transmitted to the heating-side plate member via the thermoelectric conversion module, the heating-side plate member is brought into close contact with the thermoelectric conversion module in a uniform pressure state. It is also possible.
  • the plate members on the heating side and the cooling side of the hermetic container disposed with the thermoelectric conversion module sandwiched between them in order to give a temperature difference to the thermoelectric conversion module can be obtained without making the apparatus complicated and expensive.
  • the thermoelectric conversion module can be brought into close contact with the thermoelectric conversion module in a uniform pressure state, and there is an effect that a thermoelectric conversion power generation device that can contribute to improvement in design and freedom of design and weight reduction is provided.
  • thermoelectric conversion power generator according to a first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the state which removed the outer side cover and the sealing cover in the thermoelectric conversion electric power generating apparatus of 1st Embodiment. It is a side view of the thermoelectric conversion type electric power generating apparatus of 1st Embodiment.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a front view of the thermoelectric conversion type electric power generating apparatus of 1st Embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • thermoelectric conversion module with the elastic board pinched
  • a state where pressure is applied is shown.
  • thermoelectric conversion module Comprising: (a) The state before joining a cooling case, (b) Inside rigidity of a movable board part by joining a cooling case and an elastic board The state in which the part is pressurized to the thermoelectric conversion module is shown. It is sectional drawing which shows typically the periphery of the edge part cooling part in the electric power generation unit of the thermoelectric conversion power generator which concerns on 3rd Embodiment of this invention, Comprising: (a) Before decompressing the inside of a sealed container, (b) Sealing The inside of the container is shown in a decompressed state.
  • thermoelectric conversion module in a pressurized state.
  • sectional drawing which shows the modification of 4th Embodiment, Comprising: It is a modification which made the spring plate which comprises the elastic part of a movable plate part cyclic
  • Thermoelectric conversion type generator 3 Sealed container 31 ... Movable plate part (cooling side plate member, movable side plate member) of housing 312 ... Inner rigid part (rigid part) 312b ... Peripheral surface 313 ... Deformation part 317 ... Elastic part 351 ... Hollow part 36 ... Inner plate part (plate member on heating side) of flow pipe 4 ... Thermoelectric conversion module 53B ... Cooling case (pressing plate) 53a, 53b ... Cooling jacket (cooling chamber) 7 ... Fin 70 ... Elastic plate (elastic member) H ... Heating fluid W ... Cooling water (cooling fluid)
  • FIGS. 1 to 6 show a thermoelectric conversion power generation device (hereinafter referred to as a power generation device) 1 of a first embodiment.
  • a power generation device 1 a thermoelectric conversion power generation device (hereinafter referred to as a power generation device) 1 of a first embodiment.
  • a plurality of power generation units 2 each having a sealed container 3 are stacked in a parallel state with a cooling unit 5A sandwiched in the Y direction in the figure, and cooling units are also provided on both side surfaces of the entire device 1, that is, both ends in the Y direction. 5B is arranged.
  • the number of the power generation units 2 is arbitrary, and in this case, the power generation apparatus 1 is configured by stacking four power generation units 2.
  • the sealed container 3 includes a substantially rectangular parallelepiped box-shaped casing 30 whose longitudinal section (YZ section) is long in the Z direction, and a flat tube whose longitudinal section disposed in the center of the casing 30 is long in the Z direction. And a sealing cover 38 (see FIG. 6) that closes the openings at both ends in the X direction.
  • Both the casing 30 and the flow pipe 35 are open at both ends in the X direction, and the inside of the flow pipe 35 is a hollow portion 351 through which a heating fluid described later flows in the X direction.
  • the housing 30 includes a pair of movable plate portions (a cooling-side plate member and a movable-side plate member of the present invention) 31 that are parallel to the XZ plane and face each other, and a movable plate.
  • a pair of flat end plate portions 32 connecting the upper and lower edges of the portion 31 are formed in a substantially rectangular box shape.
  • the flow pipe 35 has a semicircular cross section that connects a pair of opposed inner plate portions (plate members on the heating side of the present invention) 36 parallel to the XZ plane and the upper and lower edges of the inner plate portion 36.
  • a pair of arcuate curved portions 37 is formed into a flat tubular shape.
  • Fins 352 are disposed inside the distribution pipe 35, that is, in the hollow portion 351 of the sealed container 3.
  • the fins 352 are formed, for example, by bending a plate material into a corrugated plate shape, and are joined by a joining means such as brazing while the outer side of the bent portion is in contact with the inner surface of the inner plate portion 36.
  • thermoelectric conversion module 4 is each arrange
  • the plurality of sealed containers 3 in which the thermoelectric conversion modules 4 are disposed in a pair of states in regions on both sides in the Y direction of the internal space 3 a include the cooling unit 5 ⁇ / b> A between the movable plate units 31. They are stacked in parallel in the Y direction.
  • cooling units 5B are also disposed on the outer surfaces of the movable plate 31 at both ends in the Y direction.
  • the cooling unit 5A between the sealed containers 3 is referred to as an intermediate cooling unit 5A
  • the cooling units 5B at both ends in the Y direction are referred to as end cooling units 5B.
  • thermoelectric conversion module 4 connects one surface and the other surface of a plurality of thermoelectric conversion elements 41 arranged in a plane in a zigzag manner by an electrode 42 made of copper or the like.
  • the electrode 42 on one surface side is joined to the inner surface of the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 by a joining means such as brazing.
  • the electrode 42 on the other surface side of the thermoelectric conversion module 4 is in contact with the inner surface of the inner rigid portion 312 described later of the movable plate portion 31 of the housing 30. That is, the thermoelectric conversion module 4 is in a non-bonded state with the inner rigid portion 312, and both can move relative to each other along the contact surface.
  • thermoelectric conversion element 41 constituting the thermoelectric conversion module 4 a type having a high heat resistance temperature is used.
  • a silicon-germanium system, a magnesium-silicon system, a manganese-silicon system, an iron silicide system, or the like is preferably used.
  • the thermoelectric conversion module 4 is connected to a pair of terminals 43 for taking out electricity.
  • the terminal 43 extends upward in the upper part of the internal space 3 a, and penetrates the end plate portion 32 on the upper side of the sealed container 3 and protrudes to the outside.
  • the through hole of the terminal 43 of the end plate part 32 is subjected to a process of hermetically closing.
  • the opening on the X side of the internal space 3 a of the sealed container 3 is closed by an oval sealing cover 38 as a whole with a U-shaped cross section that is recessed inward.
  • the sealing cover 38 is airtightly joined to the inner surface of an outer rigid portion 311 (described later) of the movable plate portion 31 and the outer surface of the end portion in the X direction of the flow pipe 35.
  • the internal space 3 a of the sealed container 3 is hermetically sealed by the housing 30, the distribution pipe 35 and the sealing cover 38.
  • Outer covers 33 are joined to both end surfaces in the X direction of the casing 30 of each sealed container 3, and both sides in the X direction of the apparatus 1 are covered with the outer covers 33. Both end portions in the X direction of each flow pipe 35 protrude from each housing 30, and the protruding end portions pass through flow pipe insertion holes 331 formed in the outer cover 33 and protrude to the outside.
  • the movable plate portion 31 constituting the casing 30 of the airtight container 3 includes an outer rigid portion 311 whose outer shape is formed in a rectangular frame shape, and an outer side.
  • the inner rigid portion 312 having the same thickness as the outer rigid portion 311 disposed inside the rigid portion 311 and the gap 314 having a constant width formed between the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion 312 are closed. It has a deformed portion 313 that is thinner than the thickness of each of the disposed rigid portions 311 and 312.
  • the inner edge 311a of the outer rigid portion 311 is formed in a substantially oval shape
  • the outer edge 312a of the inner rigid portion 312 is formed in a substantially oval shape with a certain gap 314 from the inner edge 311a of the outer rigid portion 311.
  • a flexible thin plate 315 is joined to the outer surface of the inner rigid portion 312 by a joining means such as brazing.
  • the thin plate 315 has a size that covers the gap 314 between the rigid portions 311, 312 and reaches the outer surface of the outer rigid portion 311, and the outer edge portion is joined to the outer surface of the outer rigid portion 311 such as brazing. It is joined with.
  • the thin plates 315 are connected so that the rigid portions 311 and 312 are in the same plane.
  • the rigid portions 311 and 312 are present in the same plane, but the positional relationship between the rigid portions 311 and 312 is not limited to this, and one of the rigid portions 311 and 312 is displaced inward by the thin plate 315.
  • the connected structure may be sufficient.
  • a portion of the thin plate 315 covering the gap 314 constitutes a substantially annular deformable portion 313 having flexibility, and a convex portion projecting inward is formed at the center in the width direction of the deformable portion 313 as shown in FIG.
  • a strip 313a is formed over the entire circumference.
  • the deformable portion 313 is provided in a state of extending from the outer side of the peripheral surface 312 b of the inner rigid portion 312 to the outer side of the inner edge 311 a of the outer rigid portion 311. Edges on both sides in the Z direction of the outer rigid portion 311 are formed so as to be integrated with the end plate portion 32.
  • the outer rigid portion 311 on both sides is integrally formed with the pair of upper and lower end plate portions 32, and the inner rigid portion 312 is joined to the outer rigid portion 311 via the thin plate 315 to constitute the housing 30.
  • the inner rigid portion 312 has a size that covers the thermoelectric conversion module 4 and is in contact with the entire surface of one side of the thermoelectric conversion module 4.
  • a plurality of decompression sealing ports 321 are provided in the upper end plate portion 32 of the sealed container 3, and the internal space 3 a in the sealed container 3 is decompressed using these decompression sealing ports 321.
  • the sealed container 3 sucks the air inside from the decompression sealing port 321 to decompress the internal space 3a in the sealed container 3 to a predetermined pressure (for example, about 1 to 100 Pa), and welds the decompression sealing port 321. Thus, it is in an airtightly sealed state. As a result, a pressure difference is generated in the sealed container 3 such that the inside has a pressure lower than that of the outside atmosphere, and the movable plate portion 31 of the housing 30 receives a force that is pressurized inward by the pressure difference.
  • a predetermined pressure for example, about 1 to 100 Pa
  • FIG. 8A shows a state before the inside of the sealed container 3 is depressurized.
  • the movable plate portion 31 When the movable plate portion 31 is pressurized inward by being depressurized, it has flexibility as shown in FIG. 8B.
  • the deformed portion 313 is deformed so that the protruding strip portion 313 a further protrudes inward, whereby the inner rigid portion 312 is in strong contact with the thermoelectric conversion module 4 and is in a state of being in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the intermediate cooling unit 5A and the end cooling unit 5B include cooling cases 53A and 53B, respectively.
  • the cooling case 53A of the intermediate cooling part 5A is formed in a frame shape along the periphery of the outer rigid part 311 of the movable plate part 31, and is sandwiched between adjacent outer rigid parts 311. It is joined to the outer peripheral edge. That is, in the present apparatus 1, the adjacent casings 30 are in a state where the adjacent outer rigid portions 311 are joined together via the cooling case 53A.
  • a cooling jacket 53a is formed inside the intermediate cooling part 5A surrounded by the cooling case 53A and the movable plate parts 31 on both sides sandwiching the cooling case 53A to cool the movable plate part 31 as a cooling water flow path. Has been.
  • the cooling case 53B of the end cooling unit 5B is formed in a lid shape that covers the movable plate 31 at the end, and the shallow recess formed on one side is directed toward the movable plate 31 to end the cooling plate 53B.
  • the edge is joined to the outer peripheral edge of the outer rigid portion 311.
  • a cooling jacket 53 b that is supplied with cooling water to cool the movable plate portion 31 is formed in the end cooling portion 5 ⁇ / b> B surrounded by the inner surface of the cooling case 53 ⁇ / b> B and the movable plate portion 31.
  • a cooling water supply port 51 is formed at the lower end surface and a cooling water drain port 52 is formed at the upper end surface of each of the cooling cases 53A and 53B of the intermediate cooling unit 5A and the end cooling unit 5B.
  • the cooling water supply port 51 and the cooling water drain port 52 are formed in the center in the X direction, and a cooling water supply pipe and a drain pipe (not shown) are connected to the cooling water supply port 51 and the cooling water drain port 52, respectively.
  • fins 7 formed in, for example, a corrugated shape are accommodated. One end of the fin 7 is joined to the inner rigid portion 312 and the other end is in contact with the inner surface of the cooling case 53B without being joined.
  • cooling water is supplied and circulated into the cooling jackets 53a and 53b to cool the movable plate portion 31 of the sealed container 3.
  • a high-temperature heating fluid H is passed through each flow pipe 35 from one end side to the other end side to heat the flow pipe 35.
  • the temperature of the cooled movable plate portion 31 is transmitted to the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4, and the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4 is cooled, while the temperature of the inner plate portion 36 of the heated flow pipe 35 is heated.
  • the inner surface side of the thermoelectric conversion module 4 is heated.
  • the heating fluid H does not diffuse by flowing through the hollow portion 351, and the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 is efficiently heated.
  • the movable plate portion 31 of the housing 30 serves as a cooling-side plate member, and the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 constitutes a heating-side plate member.
  • a temperature difference is given between the outer surface side and the inner surface side of the thermoelectric conversion module 4, whereby the thermoelectric conversion module 4 generates power and electricity is taken out from the terminal 43.
  • exhaust heat gas generated in a factory or a garbage incinerator, automobile exhaust gas, or the like is used as the heating fluid H.
  • the pressure inside the sealed container 3 is reduced to create a pressure difference between the inside and the outside of the sealed container 3, so that the thermoelectric conversion module 4 is simply used in a state where pressure is not reduced.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 that is in contact with the thermoelectric conversion module 4 is in contact with the thermoelectric conversion module 4 in a pressurized state, and is in a state of being in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the movable plate portion 31 includes an inner rigid portion 312 that abuts the thermoelectric conversion module 4 and a deformable portion 313 having flexibility around the movable plate portion 31.
  • the rigid portion 312 can easily come into contact with the thermoelectric conversion module 4 uniformly. For this reason, the thermal conductivity from the cooling parts 5A and 5B to the thermoelectric conversion module 4 through the inner rigid part 312 of the movable plate part 31 is improved, and the temperature difference given to the thermoelectric conversion module 4 is increased, resulting in power generation performance. Will improve.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 that is a cooling-side plate member is thermoelectrically converted by reducing the pressure in the sealed container 3 without using a fastening member such as a tie rod or a nut. Since the module 4 is brought into close contact with the module 4, the inner rigid portion 312 can be brought into close contact with the thermoelectric conversion module 4 in a uniform pressure state without being complicated and expensive. Further, since no fastening member such as a bolt and a nut is used, the design and the degree of freedom of design can be improved and the weight can be reduced.
  • the inner rigid portion 312 that is brought into close contact with the thermoelectric conversion module 4 by the pressure reducing action is set to a thickness that does not cause deformation even when pressurized to the thermoelectric conversion module 4 side, while the deformation portion 313 is a sealed container.
  • the inner rigid portion 312 can be deformed following the inward movement. For this reason, it is possible to prevent the inner rigid portion 312 from being deformed, and the inner rigid portion 312 can reliably come into contact with the thermoelectric conversion module 4 on the surface and be in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the inside of the sealed container 3 is depressurized, the inside of the sealed container 3 is less likely to be heated than when a gas such as air is present in the internal space 3a at normal pressure, and the internal gas expands and affects the sealed container 3 Or the occurrence of problems such as deterioration of the thermoelectric conversion module 4 due to heating can be suppressed.
  • the deformable portion 313 of the movable plate portion 31 can be deformed because the plate thickness is smaller than that of the inner rigid portion 312, and the deformable portion 313 can be easily provided.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 is in close contact with the thermoelectric conversion module 4 but is not joined, and the inner rigid portion 312 and the thermoelectric conversion module 4 are relatively aligned with each other along the contact surface. It is movable. For this reason, when the thermoelectric conversion module 4 or the inner rigid portion 312 expands / shrinks due to heating / cooling, they both move relative to each other along the abutting surface, and as a result, stress due to the thermal effect is applied. It does not cause problems such as deformation.
  • the fins 7 are attached to the outer surface of the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31, the cooling effect is improved and the temperature difference generated in the thermoelectric conversion module 4 can be further increased, and the power generation performance is further improved.
  • the rigidity of the inner side rigid part 312 increases by the fin 7, and the effect
  • the peripheral surface 312b of the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 is arranged from the outer side to the inner side (in FIG. 9, opposite to the thermoelectric conversion module 4 side). From the upper side of the side toward the lower side of the thermoelectric conversion module 4 side, it is formed in a substantially tapered shape that protrudes inclined to the side. According to this embodiment, the deformed portion 313 that is deformed inward by the pressure reducing action is less likely to interfere with the corner portion between the peripheral surface 312b and the outer surface of the inner rigid portion 312, and the deformed portion 313 is less likely to be damaged or cracked. .
  • the tapered peripheral surface 312b is a flat surface, but it may be formed into a concave curved surface or a convex curved surface as it goes from the outside to the inside as necessary.
  • the thin plate 315 constituting the deformable portion 313 does not cover the entire outer surface of the inner rigid portion 312, but is wide enough to cover the gap 314 between the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion 312. It is good also as what was formed in the cyclic
  • thermoelectric conversion module 4 the cooling side plate member (in this case, the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 in the sealed container 3) and the heating side plate member (in this case, the inside of the flow pipe 35 in the sealed container 3).
  • a cushioning material made of a flexible material may be disposed between at least one of the plate portions 36).
  • an elastic plate (elastic member) 70 is provided instead of the fin 7 of the first embodiment.
  • a plurality of elastic plates 70 are sandwiched between the cooling case (pressing plate) 53B and the inner rigid part 312 in a compressed state.
  • the elastic plate 70 has a fin shape with a corrugated cross section. One end of the elastic plate 70 is joined to the inner surface of the cooling case 53B, the other end abuts the inner rigid portion 312 and is not joined.
  • FIG. 11A shows a state before the cooling case 53B is joined to the outer rigid portion 311 of the movable plate portion 31, and the other end portion on the inner rigid portion 312 side of the elastic plate 70 in the free state is connected to the inner side.
  • the rigid portion 312 is in contact with the outer surface.
  • the joining edge of the cooling case 53B to the outer rigid portion 311 is spaced apart from the outer rigid portion 311.
  • the cooling case 53B moves toward the movable plate portion 31 against the elastic force of the elastic plate 70, presses the joining edge against the outer rigid portion 311, and is joined to the outer rigid portion 311 while maintaining this state. .
  • the elastic plate 70 in the cooling jacket 53b is sandwiched between the cooling case 53B and the inner rigid portion 312 in an elastically compressed state.
  • each of the plurality of elastic plates 70 provided in the cooling jacket 53 a of the intermediate cooling unit 5 ⁇ / b> A is joined to one of the inner rigid portions 312, and the other end is the inner rigid portion 312. It is abutted and not joined.
  • the elastic plate 70 of the intermediate cooling portion 5A is compressed by bringing the adjacent inner rigid portions 312 close to each other when the adjacent sealed containers 3 are bonded via the cooling case 53A. Is held between the two.
  • the sealed container 3 sucks the air inside from the decompression sealing port 321 to decompress the internal space 3a in the sealed container 3 to a predetermined pressure (for example, about 1 to 100 Pa), and welds the decompression sealing port 321. Thus, it is in an airtightly sealed state. As a result, a pressure difference is generated in the sealed container 3 such that the inside has a pressure lower than that of the outside atmosphere, and the movable plate portion 31 of the housing 30 receives a force that is pressurized inward by the pressure difference.
  • a predetermined pressure for example, about 1 to 100 Pa
  • FIG. 11B shows a state in which the internal space 3a in the sealed container 3 is decompressed, and when the internal space 3a is decompressed and the movable plate portion 31 is pressurized inwardly, the deformable portion having flexibility. 313 is deformed so that the protrusion 313a further protrudes inward as shown in the figure, whereby the inner rigid portion 312 strongly contacts the thermoelectric conversion module 4 in addition to the elastic force of the elastic plate 70. Then, the thermoelectric conversion module 4 is uniformly adhered. In other words, it is realized by the deformation of the deforming portion 313 that the contact surface of the inner rigid portion 312 with the thermoelectric conversion module 4 moves so as to be in close and uniform contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 that is a heating-side plate member is heated by the elastic force of the elastic plate 70 in a compressed state.
  • the conversion module 4 is pressed against and comes into close contact. Since the inner rigid portion 312 is pressed by the elastic plate 70 to be brought into close contact with the thermoelectric conversion module 4 without using a fastening member such as a tie rod or a nut, the inner side with respect to the thermoelectric conversion module 4 is not complicated and expensive.
  • the rigid portion 312 can be brought into close contact in a uniform pressure state.
  • the member for fastenings such as a bolt and a nut
  • the elastic plate 70 can improve the rigidity of the inner rigid portion 312, the deformation of the inner rigid portion 312 can be suppressed, and the inner rigid portion 312 can be easily adhered to the thermoelectric conversion module 4.
  • the inner rigid portion 312 is brought into close contact with the thermoelectric conversion module 4 in a pressurized state also by the pressure reducing action in the sealed container 3.
  • the inner rigid portion 312 is set to a thickness that does not cause deformation even when pressurized to the thermoelectric conversion module 4 side.
  • the deformable portion 313 is the inner rigid portion. It can be deformed following the inward movement of 312. For this reason, it is possible to prevent the inner rigid portion 312 from being deformed, and the inner rigid portion 312 can reliably come into contact with the thermoelectric conversion module 4 on the surface and be in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the elastic plate 70 accommodated in the cooling jacket 53a of the intermediate cooling part 5A is sandwiched and installed between the inner rigid parts 312 of the adjacent sealed containers 3.
  • the elastic plate 70 accommodated in the cooling jacket 53b of the end cooling section 5B is elastically pressed by fixing the cooling case 53B to the housing 30 side. A force can be generated and held, and the elastic force of the elastic plate 70 can be reliably applied to the thermoelectric conversion module 4.
  • the elastic plate 70 is joined at one end to the cooling case 53B at the end cooling part 5B and to one side of the inner rigid parts 312 sandwiched between the intermediate cooling part 5A. The other end is in contact with the other side in a non-bonded state. Thereby, the handling of the elastic plate 70 becomes easy and the effect that it is easy to assemble is obtained. Further, when the thermoelectric conversion module 4 and the inner rigid portion 312 are expanded and contracted by heating / cooling, the non-joining side of the elastic plate 70 can be moved relative to the thermoelectric conversion module 4 and the inner rigid portion 312. Therefore, it is difficult to cause a problem such as deformation due to stress caused by heat.
  • the internal space 3a in the sealed container 3 is depressurized, the internal space 3a is less likely to be heated than when a gas such as air is present in the internal space 3a at normal pressure. For this reason, generation
  • the deformable portion 313 of the movable plate portion 31 can be deformed because the plate thickness is smaller than that of the inner rigid portion 312, and the deformable portion 313 can be easily provided.
  • the cooling water that flows in the cooling jackets 53a and 53b contacts the elastic plate 70. Since the temperature of the inner rigid portion 312 is transmitted to the elastic plate 70 and the elastic plate 70 is cooled by the cooling water, a heat dissipation effect by the elastic plate 70 can be obtained. Therefore, it is preferable that the elastic plate 70 is formed in a fin shape as in this embodiment because the cooling effect is improved.
  • the elastic plate 70 is not limited to the shape of the above embodiment as long as the inner rigid portion 312 is pressed against the thermoelectric conversion module 4.
  • a pair of elastic plates 70 having a V-shaped cross section are arranged in a bilaterally symmetric state, or a ridge section 71 having a ⁇ cross section is formed in parallel as shown in FIG. And an elastic plate 70.
  • (a) shows a state before the cooling case 53B of the end cooling part 5B is joined to the outer rigid part 311 of the movable plate part 31, and (b) shows that the cooling case 53B is joined to the outer rigid part 311.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 is pressed against the thermoelectric conversion module 4 by the elastic plate 70.
  • the elastic plate 70 a fin-shaped plate that can obtain a heat radiation effect by contact with cooling water as described above is suitable.
  • the third embodiment is characterized in that internal pressure is generated in the cooling jackets 53a and 53b by the cooling water (cooling fluid) supplied into the cooling jackets (cooling chambers) 53a and 53b in the first embodiment. The operation will be described.
  • FIG. 15A shows a state before the inside of the sealed container 3 at the end where the end cooling portion 5B is disposed is decompressed, and when the movable plate portion 31 is pressurized to the inside when the pressure is reduced.
  • the deformable portion 313 having flexibility is deformed so that the protruding portion 313 a further protrudes inward, whereby the inner rigid portion 312 is brought into contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the movement of the abutting surface of the inner rigid portion 312 to the thermoelectric conversion module 4 so as to abut on the thermoelectric conversion module 4 is realized by the deformation of the deforming portion 313.
  • FIG. 16 shows a state in which the inside of the sealed container 3 on both sides of the intermediate cooling unit 5A is depressurized, and the protruding portion 313a of the flexible deforming portion 313 is similarly deformed so as to protrude inward. And the inner side rigid part 312 is contact
  • the cooling water W is supplied and circulated in the cooling jackets 53 a and 53 b to cool the movable plate portion 31 of the sealed container 3.
  • a high-temperature heating fluid H for example, exhaust heat gas generated in a factory or a garbage incinerator or automobile exhaust gas
  • H is passed through each flow pipe 35 from one end side to the other end side to heat the flow pipe 35.
  • the temperature of the cooled movable plate portion 31 is transmitted to the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4, and the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4 is cooled, while the temperature of the inner plate portion 36 of the heated flow pipe 35 is heated.
  • the inner surface side of the thermoelectric conversion module 4 is heated.
  • the heating fluid H does not diffuse by flowing through the hollow portion 351, and the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 is efficiently heated. In this way, a temperature difference is given between the outer surface side and the inner surface side of the thermoelectric conversion module 4, whereby the thermoelectric conversion module 4 generates power and electricity is taken out from the terminal 43.
  • the amount of the cooling water W supplied into the cooling jackets 53a and 53b of the cooling units 5A and 5B is generated at a certain level (for example, 0.1 to 1 MPa) in the cooling jackets 53a and 53b.
  • a certain level for example, 0.1 to 1 MPa
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 is brought into contact with the thermoelectric conversion module 4 in a pressurized state with the internal pressure. It is done. For this reason, the inner side rigid part 312 can be closely_contact
  • thermoelectric conversion module 4 the thermal conductivity from the cooling parts 5A and 5B to the thermoelectric conversion module 4 through the inner rigid part 312 of the movable plate part 31 is improved, and the temperature difference given to the thermoelectric conversion module 4 is increased, resulting in power generation performance. Will improve.
  • the inner rigid portion 312 is pressed against the thermoelectric conversion module 4 using the cooling water W in the cooling jackets 53a and 53b, the inner rigid portion 312 is not complicated and expensive. Can be adhered to the thermoelectric conversion module 4 in a uniform pressure state. Further, since no fastening members such as bolts and nuts are used, it is possible to contribute to improvement in design and freedom of design and weight reduction.
  • the movable plate portion 31 that is a cooling-side plate member includes an inner rigid portion 312 that contacts the thermoelectric conversion module 4 and a deformable portion 313 that has flexibility around it. .
  • the portion that is in close contact with the thermoelectric conversion module 4 a rigid portion the thermoelectric conversion module 4 is reliably brought into contact with the surface without deformation, and a uniform pressurization state to the thermoelectric conversion module 4 is obtained. Cheap.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 is brought into contact with the thermoelectric conversion module 4 in a pressurized state by reducing the pressure in the sealed container 3 in addition to the internal pressure of the cooling jackets 53a and 53b. . Therefore, the adhesion degree of the inner side rigid part 312 with respect to the thermoelectric conversion module 4 can further be raised. Further, since the inside of the sealed container 3 is depressurized, the inside of the sealed container 3 is less likely to be heated than when a gas such as air is present in the internal space 3a at normal pressure, and the internal gas expands and affects the sealed container 3 Or the occurrence of problems such as deterioration of the thermoelectric conversion module 4 due to heating can be suppressed.
  • the fourth embodiment is characterized in that the sealed container 3 of the first embodiment is provided with an elastic portion 317 instead of the deformable portion 313.
  • the airtight container 3 of 4th Embodiment is demonstrated anew.
  • the movable plate portion 31 constituting the housing 30 of the airtight container 3 of the fourth embodiment is an outer rigid portion formed in a rectangular frame shape. 311, an inner rigid portion 312 having the same thickness as the outer rigid portion 311 disposed inside the outer rigid portion 311, and a gap 314 having a constant width formed between the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion 312. And an elastic portion 317 that is thinner than the thickness of each of the rigid portions 311 and 312 disposed in a closed state.
  • the inner edge 311a of the outer rigid portion 311 is formed in a substantially oval shape
  • the outer edge 312a of the inner rigid portion 312 is formed in a substantially oval shape with a certain gap 314 from the inner edge 311a of the outer rigid portion 311.
  • An elastic spring plate 316 is joined to the outer surface of the inner rigid portion 312 by joining means such as brazing.
  • the spring plate 316 has a size that covers the gap 314 between the rigid portions 311 and 312 and reaches the outer surface of the outer rigid portion 311, and the outer edge portion is joined to the outer surface of the outer rigid portion 311 by brazing or the like. It is joined by means.
  • a portion covering the gap 314 of the spring plate 316 constitutes a substantially annular elastic portion 317.
  • the elastic portion 317 is provided so as to extend from the outer side of the outer edge 312a of the inner rigid portion 312 to the outer side of the inner edge 311a of the outer rigid portion 311.
  • the spring plate 316 In a free state where it is not assembled as a closed container 3 in which is disposed, it is inclined inward. That is, the spring plate 316 is bent inwardly from the outer edge 311 a of the outer rigid portion 311 and extends flat, and is bent so as to be joined to the outer surface of the inner rigid portion 312 at the outer edge 312 a of the inner rigid portion 312. Therefore, the entire movable plate portion 31 of the housing 30 is in a state in which a recess 319 is formed from the elastic portion 317 to the inner rigid portion 312 when the elastic portion 317 is in a free state.
  • a plurality of decompression sealing ports 321 are provided in the upper end plate portion 32 of the sealed container 3, and the internal space 3 a in the sealed container 3 is decompressed using these decompression sealing ports 321.
  • the edges on both sides in the Z direction of the outer rigid portion 311 are formed in an integrated state with the end plate portion 32. That is, the outer rigid portions 311 on both sides are integrally formed with the pair of upper and lower end plate portions 32, and the inner rigid portion 312 is joined to the outer rigid portions 311 via the spring plates 316 to constitute the housing 30. .
  • the inner rigid portion 312 has a size that covers the thermoelectric conversion module 4 and is in contact with the entire surface of one side of the thermoelectric conversion module 4.
  • FIG. When the sealed container 3 having the above configuration is assembled with the inner surface of the outer rigid portion 311 of the movable plate portion 31 being joined to the sealing cover 38 with the thermoelectric conversion module 4 disposed therein, FIG. As shown, when the inner surface of the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 abuts on the thermoelectric conversion module 4 and the elastic portion 317 elastically deforms outward, the recess 319 disappears, and the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion The part 312 exists in substantially the same plane, and the elastic part 317 is substantially parallel to the rigid parts 311 and 312.
  • the inner rigid portion 312 is in strong contact with the thermoelectric conversion module 4 by the elastic force of the deformed elastic portion 317 and is in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the rigid portions 311 and 312 are present in the same plane.
  • the positional relationship between the rigid portions 311 and 312 is not limited to this, and the spring is moved in a state in which one of them is displaced inward.
  • the structure connected with the board 316 may be sufficient.
  • the inside air is sucked from the reduced pressure sealing port 321 to reduce the pressure inside the sealed container 3 to a predetermined pressure (for example, about 1 to 100 Pa), and the reduced pressure sealing port 321 is welded to be hermetically sealed. State.
  • each cooling unit (intermediate cooling unit 5A and end cooling unit 5B) are the same as those in the first embodiment.
  • the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 of the sealed container 3 is applied to the thermoelectric conversion module 4 by the elastic force of the elastic portion 317 of the spring plate 316. It contacts in a pressed state and is in a state of being in intimate contact. For this reason, the thermal conductivity from the cooling parts 5A and 5B to the thermoelectric conversion module 4 via the inner rigid part 312 is improved, and the temperature difference given to the thermoelectric conversion module 4 is increased, thereby improving the power generation performance.
  • the inner rigid portion 312 which is a cooling-side plate member is generated by generating an elastic force in the elastic portion 317 of the movable plate portion 31 without using a fastening member such as a tie rod or a nut as in the prior art. Is adhered to the thermoelectric conversion module 4, and the inner rigid portion 312 can be adhered to the thermoelectric conversion module 4 in a uniform pressure state without being complicated and expensive. Further, since no fastening member such as a bolt and a nut is used, the design and the degree of freedom of design can be improved and the weight can be reduced.
  • the inner rigid portion 312 that is brought into close contact with the thermoelectric conversion module 4 in a pressurized state by the elasticity of the elastic portion 317 of the movable plate portion 31 is set to a thickness that does not cause deformation even when pressed to the thermoelectric conversion module 4 side. For this reason, it is possible to prevent the inner rigid portion 312 from being deformed, and the inner rigid portion 312 can reliably come into contact with the thermoelectric conversion module 4 on the surface and be in close contact with the thermoelectric conversion module 4.
  • the inside of the sealed container 3 is depressurized, the inside of the sealed container 3 is less likely to be heated than when a gas such as air is present at normal pressure, and the internal gas expands and affects the sealed container 3. Or the occurrence of a problem that the thermoelectric conversion module 4 is heated and deteriorated can be suppressed.
  • the spring plate 316 constituting the elastic portion 317 does not cover the entire outer surface of the inner rigid portion 312, but covers the gap 314 between the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion 312. It is good also as what was formed in the cyclic

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Abstract

　熱電変換モジュールに温度差を与えるために熱電変換モジュールの両側に配設される密閉容器の加熱側および冷却側の各板部材を、複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュールに対し均一な加圧状態で密着させる。　筐体３０の内側に流通管３５を配した密閉容器３において、筐体３０は、内側剛性部３１２の周囲に可撓性を有する変形部３１７が設けられた可動板部３１を有し、密閉容器３内の、内側剛性部３１２と流通管３５の内板部３６との間に熱電変換モジュール４を挟んで配設する。密閉容器３内を減圧することで、可動板部３１の変形部３１７が変形して内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に対し均一な加圧状態で密着する。可動板部３１の内側剛性部３１２を冷却部５Ａ，５Ｂで冷却し、流通管３５内に加熱流体Ｈを流して内板部３６を加熱することで、熱電変換モジュール４に温度差を与えて発電させる。

Description

熱電変換式発電装置
　本発明は、密閉容器内に収納した熱電変換モジュールに温度差を与えて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換式発電装置に関する。
　熱電変換素子を用いて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電技術が知られている。熱電変換素子は、離間した部位に温度差を与えることで高温部と低温部との間に電位差を生じさせるといったゼーベック効果を利用したもので、温度差が大きいほど発電量も大きくなる。このような熱電変換素子は、複数を接合した熱電変換素子モジュールという形態で用いられる。そして、熱電変換モジュールを加熱側の板部材と冷却側の板部材との間に挟み、加熱側の板部材を加熱するとともに冷却側の板部材を冷却することにより熱電変換モジュールに温度差を与えて、熱電変換モジュールから電気を得るといった熱電変換式発電装置が構成される（特許文献１等参照）。
特開２００９－０８８４０８号公報
　この種の発電装置においては、上記のように熱電変換モジュールに与えられる温度差が大きいほど発電量が大きくなり、発電性能が向上することが知られている。熱電変換モジュールの温度差を大きくとる方策の１つとして、熱電変換モジュールを挟んで配設された加熱側および冷却側の板部材を、熱電変換モジュールに対し均一な状態で密着させ、これら板部材を介しての熱伝導度を高めることは有効である。
　例えば上記特許文献１のようにタイロッドやナットといった締結用の部材を用いて各板部材を熱電変換モジュールに加圧状態で密着させることは可能である。しかしながらこのような部材を用いると、均一な圧力で板部材を熱電変換モジュールに加圧することが難しく、また、装置の構成が複雑になったりコストが上がったりする。また、設計やデザインの自由度に制限が生じる場合があり、さらには、できるだけ軽量化を図りたい装置に装備させる場合には不利になるといった問題もある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、熱電変換モジュールに温度差を与えるために熱電変換モジュールを挟んで配設される密閉容器の加熱側および冷却側の各板部材を、装置が複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュールに対し均一な加圧状態で密着させることができるとともに、設計やデザインの自由度の向上や軽量化に寄与することができる熱電変換式発電装置を提供することにある。
　本発明の熱電変換式発電装置は、加熱側の板部材と冷却側の板部材とを備えた密閉容器と、前記加熱側の板部材と前記冷却側の板部材との間に配設した状態で、前記密閉容器内に配設される熱電変換モジュールとを備え、前記加熱側の板部材が加熱されるとともに前記冷却側の板部材が冷却されて前記熱電変換モジュールに温度差が与えられることにより、該熱電変換モジュールが発電する熱電変換式発電装置であって、前記加熱側の板部材および前記冷却側の板部材のうちの少なくとも一方の板部材が、前記密閉容器内が減圧状態とされて発生する該密閉容器の内外の圧力差によって前記熱電変換モジュールに加圧状態で当接される可動側の板部材とされ、該可動側の板部材は、剛性を有し前記熱電変換モジュールに当接させられる剛性部と、この剛性部に連なって形成され、前記圧力差によって変形し、該変形により前記剛性部を前記熱電変換モジュールに当接させる変形部と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、密閉容器内を所定の圧力に減圧して組立状態が完成される。内部の減圧により密閉容器の内外に圧力差が生じ、剛性部と変形部を有する可動側の板部材においては減圧作用で変形部が変形し、剛性部が熱電変換モジュールに外圧で加圧されて当接し、密着する。タイロッドやナットといった締結用の部材を用いず、密閉容器内を減圧することで可動側の板部材を熱電変換モジュールに対し密着させるため、可動側の板部材を、装置が複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュールに対し均一な加圧状態で密着させることができる。そして、ボルト・ナットといった締結用の部材を用いないため、設計やデザインの自由度の向上や軽量化に寄与することができる。
　また、本発明の可動側の板部材によれば、熱電変換モジュールに密着する部分を剛性部とすることにより、変形が生じることなく、かつ、確実に面で熱電変換モジュールに当接し、熱電変換モジュールに対する均一な加圧状態を得やすい。また、密閉容器内が減圧されるため、内部に空気等のガスが常圧で存在する場合に比べて密閉容器内が加熱されにくく、内部ガスが膨張して密閉容器に影響を与えたり、熱電変換モジュールが加熱されて劣化したりするといった不具合の発生を抑えることができる。
　本発明は、前記変形部は前記剛性部よりも板厚が小さいことにより前記圧力差によって変形可能となっている形態を含む。この形態によれば、変形部を容易に構成することができる。
　また、本発明は、前記冷却側の板部材が前記可動側の板部材とされ、前記剛性部に、冷却促進用のフィンが設けられている形態を含む。この形態によれば、冷却側の板部材の冷却効果が向上して熱電変換モジュールに生じる温度差がより大きくなり、発電性能のさらなる向上が図られる。また、フィンにより剛性部の剛性が高まり、剛性部の変形防止の作用をさらに高めることができる。さらに、剛性部であるためフィンを固定しやすい。
　また、本発明は、前記変形部が、前記剛性部の周縁面における前記熱電変換モジュール側とは反対側の外側から側方に延びる状態に設けられており、該剛性部の周縁面は、前記外側から前記熱電変換モジュール側である内側に向かうにしたがって、側方に突出する略テーパ状に形成されている形態を含む。この形態によれば、減圧作用で変形する変形部が剛性部の周縁面に干渉しにくくなり、変形部に折れや亀裂といった損傷が生じにくくなる。
　また、本発明は、前記密閉容器は、前記加熱側の板部材で囲繞される中空部を有し、該中空部の周囲に前記熱電変換モジュールが配設され、該熱電変換モジュールの外側に前記冷却側の板部材が配設され、前記中空部に加熱流体が流通されて前記加熱側の板部材が加熱される形態を含む。この形態では、加熱流体を中空部に流通させることで、加熱流体を拡散させることなく加熱側の板部材を効率よく加熱することができる。
　また、本発明は、前記熱電変換モジュールは、前記剛性部と非接合状態である形態を含む。この形態によれば、加熱・冷却によって熱電変換モジュールや剛性部が膨張・収縮した場合、剛性部と熱電変換モジュールとの間は非接合状態であるため両者は当接した状態で相対的に移動することが可能であり、このため熱影響による応力が生じて変形するといった不具合が起こらない。
　また、本発明は、前記変形部は、弾性変形して前記剛性部を弾性的に前記熱電変換モジュール側に加圧して当接させる弾性部である形態を含む。この形態によれば、弾性部の作用によっても剛性部が熱電変換モジュールに対し加圧されて当接し、密着するため、熱電変換モジュールに対する剛性部の密着性をより向上させることができる。
　また、本発明は、前記加熱側の板部材および前記冷却側の板部材のうちの少なくとも一方の板部材を、前記熱電変換モジュールに加圧して当接させる弾性部材を有する形態を含む。この形態によれば、弾性部材によっても剛性部が熱電変換モジュールに対し加圧されて当接し、密着するため、熱電変換モジュールに対する剛性部の密着性をより向上させることができる。
　また、本発明は、前記弾性部材によって前記熱電変換モジュールに加圧されて当接する前記板部材の外面側に押圧板が配設され、該押圧板と該板部材との間に該弾性部材が挟持されている形態を含む。この形態では、弾性部材の弾性力に抗して押圧板を板部材側に押圧して固定することにより、弾性部材に弾性力を発生させ、かつ保持することができ、弾性部材の弾性力を確実に熱電変換モジュールに付与する構造が得られる。
　また、本発明では、前記弾性部材は、前記板部材もしくは前記押圧板のいずれか一方に接合されており、他方側には非接合状態である形態を含む。この形態では、弾性部材が板部材もしくは押圧板のいずれか一方に接合されていることにより、弾性部材の取り扱いが容易となるとともに、組み立てやすいといった効果を得る。また、加熱・冷却によって熱電変換モジュールや板部材が膨張・収縮した場合、弾性部材の非接合側は、熱電変換モジュールあるいは板部材に対して相対移動可能であり、このため熱影響による応力が生じて変形するといった不具合が起こりにくい。
　また、本発明では、前記板部材は冷却側の板部材であり、該板部材と前記押圧板との間に冷却媒体が流され、該冷却媒体が前記弾性部材に接触する形態を含む。この形態によれば、冷却側の板部材の温度は弾性部材に伝達し、弾性部材は冷却媒体によって冷却されるため、冷却側の板部材の冷却効率が向上する。すなわち、弾性部材による放熱効果を得ることができる。したがってこの場合の弾性部材は、冷却促進用のフィン形状に形成されていると好ましい。フィン形状としては、断面が波形、Ｖ型、Ｕ型、Ω型等が挙げられる。
　また、本発明は、前記可動側の板部材は前記冷却側の板部材とされ、かつ、冷却用流体が供給され、前記冷却側の板部材に該冷却用流体を接触させる冷却室を備え、前記冷却用流体によって前記冷却室内に生じる内圧で前記冷却側の板部材の前記剛性部が前記熱電変換モジュールに加圧状態で当接させられる形態を含む。この形態によれば、冷却用流体が供給されることによって生じる冷却室の内圧で冷却側の板部材の剛性部を熱電変換モジュールに加圧状態で当接させるため、熱電変換モジュールに対する剛性部の密着性をより向上させることができる。また、冷却側の板部材からの加圧力が熱電変換モジュールを介して加熱側の板部材に伝達させることができるため、加熱側の板部材を熱電変換モジュールに対し均一な加圧状態で密着させることも可能である。
　本発明によれば、熱電変換モジュールに温度差を与えるために熱電変換モジュールを挟んで配設される密閉容器の加熱側および冷却側の各板部材を、装置が複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュールに対し均一な加圧状態で密着させることができるとともに、設計やデザインの自由度の向上や軽量化に寄与することができる熱電変換式発電装置が提供されるといった効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係る熱電変換式発電装置の全体斜視図である。 第１実施形態の熱電変換式発電装置において外側カバーおよび封止カバーを外した状態を示す斜視図である。 第１実施形態の熱電変換式発電装置の側面図である。 図３のIV－IV断面図である。 第１実施形態の熱電変換式発電装置の正面図である。 図５のVI－VI断面図である。 （ａ）第１実施形態の熱電変換式発電装置を構成する発電ユニットの正面図、（ｂ）側面図である。 同発電ユニットにおける密閉容器の主部構造を模式的に示す断面図であって、（ａ）密閉容器内を減圧する前、（ｂ）密閉容器内を減圧した状態を示している。 第１実施形態の変形例を示す断面図であって、内側剛性部の周縁面をテーパ状とした変形例である。 第１実施形態の変形例を示す断面図であって、可動板部の変形部を環状とした変形例である（（ａ）は密閉容器を減圧する前、（ｂ）は密閉容器を減圧した状態）。 本発明の第２実施形態に係る熱電変換式発電装置の発電ユニットにおける密閉容器および端部冷却部の構造を模式的に示す断面図であって、（ａ）冷却ケースを接合する前の状態、（ｂ）冷却ケースを接合して弾性板により可動板部の内側剛性部が熱電変換モジュールに加圧されている状態、を示している。 第２実施形態の発電ユニットの密閉容器および中間冷却部の構造を模式的に示す断面図であって、可動板部の内側剛性部間に挟持された弾性板により内側剛性部が熱電変換モジュールに加圧されている状態を示している。 第２実施形態の弾性板の変形例を示す断面図であって、（ａ）冷却ケースを接合する前の状態、（ｂ）冷却ケースを接合して弾性板により可動板部の内側剛性部が熱電変換モジュールに加圧されている状態、を示している。 第２実施形態のもう１つの弾性板の変形例を示す図であって、（ａ）冷却ケースを接合する前の状態、（ｂ）冷却ケースを接合して弾性板により可動板部の内側剛性部が熱電変換モジュールに加圧されている状態、を示している。 本発明の第３実施形態に係る熱電変換式発電装置の発電ユニットにおける端部冷却部の周辺を模式的に示す断面図であって、（ａ）密閉容器内を減圧する前、（ｂ）密閉容器内を減圧した状態を示している。 第３実施形態の発電ユニットにおける中間冷却部の周辺を模式的に示す断面図であって、密閉容器内を減圧した状態を示している。 本発明の第４実施形態に係る熱電変換式発電装置を構成する発電ユニットの（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。 第４実施形態の発電ユニットにおける密閉容器の主部構造を模式的に示す断面図であって、（ａ）筐体の可動板部を接合する前の状態、（ｂ）可動板部を接合して内側剛性部が加圧状態で熱電変換モジュールに密着している状態を示している。 第４実施形態の変形例を示す断面図であって、可動板部の弾性部を構成するバネ板を環状とした変形例である（（ａ）可動板部を接合する前の状態、（ｂ）可動板部を接合した状態）。
　　１…熱電変換式発電装置
　　３…密閉容器
　３１…筐体の可動板部（冷却側の板部材、可動側の板部材）
３１２…内側剛性部（剛性部）
３１２ｂ…周縁面
３１３…変形部
３１７…弾性部
３５１…中空部
　３６…流通管の内板部（加熱側の板部材）
　　４…熱電変換モジュール
　５３Ｂ…冷却ケース（押圧板）
　５３ａ，５３ｂ…冷却ジャケット（冷却室）
　　７…フィン
　７０…弾性板（弾性部材）
　　Ｈ…加熱流体
　　Ｗ…冷却水（冷却用流体）
　以下、図面を参照して本発明の第１～第４実施形態を説明する。
［１］第１実施形態
［１－１］熱電変換式発電装置の全体構成
　図１～図６は、第１実施形態の熱電変換式発電装置（以下、発電装置）１を示している。この発電装置１は、密閉容器３を有する複数の発電ユニット２が図中Ｙ方向に冷却部５Ａを挟んで並列状態で積層され、装置１全体の両側面、すなわちＹ方向両端部にも冷却部５Ｂが配設された構成となっている。発電ユニット２の数は任意であり、この場合は４つの発電ユニット２を積層して発電装置１を構成している。
　密閉容器３は、縦断面（Ｙ－Ｚ断面）がＺ方向に長い略直方体の箱状の筐体３０と、筐体３０内の中央部に配設された縦断面がＺ方向に長い扁平管状の流通管３５と、Ｘ方向両端の開口を塞ぐ封止カバー３８（図６参照）とから構成されている。筐体３０および流通管３５はいずれもＸ方向の両端が開口しており、流通管３５の内部が、後述する加熱流体がＸ方向に流される中空部３５１となっている。
　図７に示すように、筐体３０は、Ｘ－Ｚ面と平行な互いに対向する一対の可動板部（本発明の冷却側の板部材であり、可動側の板部材）３１と、可動板部３１の上下の端縁を連結する平板状の一対の端板部３２とにより、略直方形の箱状に形成されている。また、流通管３５は、Ｘ－Ｚ面と平行な互いに対向する一対の内板部（本発明の加熱側の板部材）３６と、内板部３６の上下の端縁を連結する断面半円弧状の一対の湾曲部３７とにより、扁平管状に形成されている。
　流通管３５の内部、すなわち密閉容器３の中空部３５１には、フィン３５２が配設されている。フィン３５２は、例えば板材を折り曲げ加工して波板状に形成したもので、屈曲部の外側が内板部３６の内面に当接した状態でろう付け等の接合手段で接合されている。
　密閉容器３内、すなわち筐体３０の内面と流通管３５の外面との間には、縦断面がＺ方向に長い略環状の内部空間３ａが形成されている。そして、この内部空間３ａにおけるＹ方向両側には、筐体３０の可動板部３１と流通管３５の内板部３６との間に挟まれた状態で、熱電変換モジュール４がそれぞれ配設されている。
　内部空間３ａのＹ方向両側の領域に熱電変換モジュール４が一対の状態で配設された複数の密閉容器３は、図４および図６に示すように、可動板部３１間に冷却部５Ａを挟んでＹ方向に並列して積層される。また、Ｙ方向両端の可動板部３１の外面にも、それぞれ冷却部５Ｂが配設される。以下、密閉容器３間の冷却部５Ａを中間冷却部５Ａ、Ｙ方向両端部の冷却部５Ｂを端部冷却部５Ｂと称する。
　熱電変換モジュール４は、図８に示すように、平面状に並べられた複数の熱電変換素子４１の、一方側の面および他方側の面を、銅等からなる電極４２によりジグザグ状に連結して構成されたもので、一方の面側の電極４２が流通管３５の内板部３６の内面にろう付け等の接合手段で接合されている。また、熱電変換モジュール４の他方の面側の電極４２は、筐体３０の可動板部３１の、後述する内側剛性部３１２の内面に当接している。すなわち、熱電変換モジュール４は内側剛性部３１２と非接合状態であり、双方は互いの当接面に沿って相対移動可能となっている。
　熱電変換モジュール４を構成する熱電変換素子４１は、耐熱温度が高い種類が用いられ、例えば、シリコン－ゲルマニウム系、マグネシウム－シリコン系、マンガン－シリコン系、珪化鉄系等が好適に用いられる。熱電変換モジュール４には、電気を取り出すための一対の端子４３が接続されている。この場合、端子４３は図７（ａ）に示すように内部空間３ａの上部において上方に延出され、密閉容器３の上側の端板部３２を貫通して外部に突出している。端板部３２の端子４３の貫通孔は、気密的に塞ぐ処理がなされている。
　図６に示すように、密閉容器３の内部空間３ａのＸ側の開口は、断面が内側にへこんだ断面Ｕ字状で全体としては長円状の封止カバー３８で塞がれている。封止カバー３８は、可動板部３１の後述する外側剛性部３１１の内面と、流通管３５のＸ方向端部の外面に気密的に接合されている。密閉容器３の内部空間３ａは、筐体３０、流通管３５および封止カバー３８によって気密的に封止されている。各密閉容器３の筐体３０のＸ方向両端面には外側カバー３３が接合され、本装置１のＸ方向両側が、この外側カバー３３で覆われている。各流通管３５のＸ方向両端部は各筐体３０から突出しており、この突出端部は、外側カバー３３に形成された流通管挿入孔３３１を貫通して外部に突出している。
［１－２］密閉容器の構成
　上記密閉容器３の筐体３０を構成する可動板部３１は、図７に示すように、外形が長方形の枠状に形成された外側剛性部３１１と、外側剛性部３１１の内側に配設された外側剛性部３１１と同じ厚さの内側剛性部３１２と、外側剛性部３１１と内側剛性部３１２との間に形成される一定幅の隙間３１４を塞ぐ状態に配設された各剛性部３１１，３１２の厚さよりも薄い変形部３１３とを有している。
　外側剛性部３１１の内縁３１１ａは略長円形状に形成されており、内側剛性部３１２の外縁３１２ａは、外側剛性部３１１の内縁３１１ａから一定の隙間３１４を空けて略長円形状に形成されている。内側剛性部３１２の外面には、可撓性を有する薄板３１５がろう付け等の接合手段で接合されている。この薄板３１５は各剛性部３１１，３１２の間の隙間３１４を覆って外側剛性部３１１の外面に達する大きさを有しており、外縁部が外側剛性部３１１の外面にろう付け等の接合手段で接合されている。この薄板３１５により剛性部３１１，３１２どうしが同一平面内に存在するように連結された状態となっている。本実施形態では剛性部３１１，３１２どうしが同一平面内に存在しているが、各剛性部３１１，３１２の位置関係はこれに限定されず、いずれか一方が内側にずれた状態で薄板３１５により連結されている構成であってもよい。
　薄板３１５の隙間３１４を覆う部分が可撓性を有する略環状の変形部３１３を構成しており、図８に示すように変形部３１３の幅方向中央部には、内側に向けて突出する凸条部３１３ａが全周にわたって形成されている。変形部３１３は、内側剛性部３１２の周縁面３１２ｂの外側から外側剛性部３１１の内縁３１１ａの外側に延びる状態に設けられている。外側剛性部３１１のＺ方向の両側の端縁は端板部３２に一体化した状態に形成されている。すなわち上下一対の端板部３２に両側の外側剛性部３１１が一体成形されており、外側剛性部３１１に薄板３１５を介して内側剛性部３１２が接合されて、筐体３０が構成されている。内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４を覆う大きさを有し、熱電変換モジュール４の片面全面に当接した状態となっている。
　密閉容器３の上側の端板部３２には複数の減圧封止口３２１が設けられており、これら減圧封止口３２１を利用して密閉容器３内の内部空間３ａは減圧される。
　上記密閉容器３は、減圧封止口３２１から内部の空気を吸引して密閉容器３内の内部空間３ａを所定圧力（例えば１～１００Ｐａ程度）に減圧し、減圧封止口３２１を溶接するなどして気密的に封止した状態とされる。これにより密閉容器３においては、内部が外部の大気よりも圧力が低いという圧力差が生じ、この圧力差によって、筐体３０の可動板部３１が内側に加圧される力を受ける。
　図８（ａ）は密閉容器３内を減圧する前の状態であり、減圧されて可動板部３１が内側に加圧されると、図８（ｂ）に示すように、可撓性を有する変形部３１３は凸条部３１３ａが内側にさらに突出するように変形し、これにより内側剛性部３１２は熱電変換モジュール４に強く当接し、熱電変換モジュール４に均一に密着した状態となる。換言すると、内側剛性部３１２の熱電変換モジュール４への当接面が熱電変換モジュール４に均一に強く密着するように動くことを、変形部３１３が変形することで実現される。
［１－３］冷却部
　中間冷却部５Ａおよび端部冷却部５Ｂは、それぞれ冷却ケース５３Ａ，５３Ｂを備えている。中間冷却部５Ａの冷却ケース５３Ａは、可動板部３１の外側剛性部３１１の周縁に沿った枠状に形成されており、隣接する外側剛性部３１１の間に挟まれ、これら外側剛性部３１１の外面周縁部に接合されている。すなわち本装置１においては、隣接する筐体３０は、隣接する外側剛性部３１１どうしが冷却ケース５３Ａを介して接合された状態となっている。冷却ケース５３Ａと、冷却ケース５３Ａを挟む両側の可動板部３１とで囲まれた中間冷却部５Ａの内部には、冷却水の流路となって可動板部３１を冷却する冷却ジャケット５３ａが形成されている。
　一方、端部冷却部５Ｂの冷却ケース５３Ｂは、端部の可動板部３１を覆う蓋状に形成されており、片面側に形成された浅い凹所を可動板部３１側に向けて、端縁が外側剛性部３１１の外面周縁部に接合されている。冷却ケース５３Ｂの内面と可動板部３１とで囲まれた端部冷却部５Ｂの内部には、冷却水が供給されて可動板部３１を冷却する冷却ジャケット５３ｂが形成されている。
　中間冷却部５Ａおよび端部冷却部５Ｂの各冷却ケース５３Ａ，５３Ｂの、下端面には冷却水供給口５１が、また、上端面には冷却水排水口５２が、それぞれ形成されている。冷却水供給口５１および冷却水排水口５２はＸ方向の中央に形成されており、冷却水供給口５１および冷却水排水口５２には、それぞれ図示せぬ冷却水供給管および排水管が接続される。
　中間冷却部５Ａおよび端部冷却部５Ｂの冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内には、例えば波板状に形成されたフィン７が収容されている。このフィン７は内側剛性部３１２に一端部が接合され、他端部は冷却ケース５３Ｂの内面に接合されず当接した状態とされている。
［１－４］発電装置の作用
　上記構成からなる発電装置１では、各冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内に冷却水を供給して流通させ、密閉容器３の可動板部３１を冷却する。一方、各流通管３５に、一端側から他端側に向けて高温の加熱流体Ｈを流して流通管３５を加熱する。冷却された可動板部３１の温度は熱電変換モジュール４の外面側に伝わり、熱電変換モジュール４の外面側が冷却され、一方、加熱された流通管３５の内板部３６の温度は熱電変換モジュール４の内面側に伝わり、熱電変換モジュール４の内面側が加熱される。加熱流体Ｈは中空部３５１を流れることで拡散せず、流通管３５の内板部３６が効率よく加熱される。
　本実施形態では、筐体３０の可動板部３１が冷却側の板部材となり、流通管３５の内板部３６が加熱側の板部材を構成する。このようにして熱電変換モジュール４の外面側と内面側に温度差が与えられることで、熱電変換モジュール４は発電し、端子４３から電気が取り出される。
　本実施形態の発電装置１は、例えば工場やゴミ焼却炉で発生する排熱ガスや、自動車の排気ガスなどが、上記加熱流体Ｈとして利用される。
［１－５］密閉容器の作用効果
　本実施形態の発電装置１では、密閉容器３内を減圧して密閉容器３の内外に圧力差を生じさせることにより、減圧しない状態では単に熱電変換モジュール４に当接する状態である可動板部３１の内側剛性部３１２が、熱電変換モジュール４に対し加圧された状態で当接し、均一に密着した状態となる。可動板部３１を、熱電変換モジュール４に当接する内側剛性部３１２と、その周囲の可撓性を有する変形部３１３とを有する構成とすることにより、減圧状態において変形部３１３が変形し、内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に均一に当接しやすくなる。このため、可動板部３１の内側剛性部３１２を介しての冷却部５Ａ，５Ｂから熱電変換モジュール４への熱伝導度は向上し、熱電変換モジュール４に与えられる温度差が大きくなって発電性能が向上する。
　本実施形態では、従来のように、タイロッドやナットといった締結用の部材を用いず、密閉容器３内を減圧することで冷却側の板部材である可動板部３１の内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に密着させるため、複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュール４に対し均一な加圧状態で内側剛性部３１２を密着させることができる。そして、ボルト・ナットといった締結用の部材を用いないため、設計やデザインの自由度の向上や軽量化を図ることができる。
　減圧作用により熱電変換モジュール４に加圧状態で密着させられる内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４側に加圧されても変形をきたさない厚さに設定され、一方、変形部３１３は密閉容器３内を減圧した際に、内側剛性部３１２の内側への動きに追従して変形可能となっている。このため、内側剛性部３１２が変形することが抑えられ、かつ、内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に対し確実に面で当接し、均一に密着した状態を得ることができる。
　また、密閉容器３内が減圧されるため、内部空間３ａに空気等のガスが常圧で存在する場合に比べて密閉容器３内が加熱されにくく、内部ガスが膨張して密閉容器３に影響を与えたり、熱電変換モジュール４が加熱されて劣化したりするといった不具合の発生を抑えることができる。可動板部３１の変形部３１３は内側剛性部３１２よりも板厚が小さいことにより変形可能となっており、変形部３１３を容易に設けることができる。
　また、可動板部３１の内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４に対し密着はしているが非接合状態であり、内側剛性部３１２と熱電変換モジュール４は互いの当接面に沿って相対移動可能となっている。このため、加熱・冷却によって熱電変換モジュール４や内側剛性部３１２が膨張・収縮した場合、両者は当接した状態で互いの当接面に沿って相対移動し、その結果、熱影響による応力が生じて変形するといった不具合が起こらない。
　また、可動板部３１の内側剛性部３１２の外面にフィン７を取り付けているため、冷却効果が向上して熱電変換モジュール４に生じる温度差をより大きくすることができ、発電性能のさらなる向上が図られる。また、フィン７により内側剛性部３１２の剛性が高まり、内側剛性部３１２の変形防止の作用をより高めることができる。内側剛性部３１２は変形しにくいことから、フィン７を固定しやすいという利点もある。
［１－６］第１実施形態の変形例
　図９に示すように、可動板部３１の内側剛性部３１２の周縁面３１２ｂを、外側から内側（図９で、熱電変換モジュール４側とは反対側の上側から、熱電変換モジュール４側の下側）に向かうにしたがって、側方に傾斜して突出する略テーパ状に形成する。この形態によれば、減圧作用で内側に変形する変形部３１３が内側剛性部３１２の周縁面３１２ｂと外面との角部に干渉しにくくなり、変形部３１３に折れや亀裂といった損傷が生じにくくなる。なお、図示例ではテーパ状の周縁面３１２ｂは平坦面であるが、必要に応じて、外側から内側に向かうにしたがって凹状曲面もしくは凸状曲面等に形成される場合もある。
　図１０に示すように、変形部３１３を構成する薄板３１５は、内側剛性部３１２の外面全面を覆うものではなく、外側剛性部３１１と内側剛性部３１２との間の隙間３１４を覆う程度の幅を有する環状に形成したものとしてもよい。
　また、熱電変換モジュール４と、冷却側の板部材（この場合、密閉容器３における可動板部３１の内側剛性部３１２）および加熱側の板部材（この場合、密閉容器３における流通管３５の内板部３６）の少なくとも一方との間に、例えば柔軟性を有する材料からなる緩衝材を配設する構成としてもよい。このような構成の場合には、密閉容器３が該緩衝材を介して熱電変換モジュール４に加圧状態で当接し、熱電変換モジュール４が緩衝材で保護される。
　次に、全体構成が上記第１実施形態と基本的に同様の第２～第４実施形態を説明する。これら実施形態の説明で参照する図面で上記第１実施形態と同一構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
［２］第２実施形態
　次に、図１１～図１４を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
［２－１］弾性板
　第２実施形態においては、上記第１実施形態のフィン７に代えて、弾性板（弾性部材）７０が設けられている。
　図１１（ｂ）に示すように、端部冷却部５Ｂにおいては、冷却ケース（押圧板）５３Ｂと内側剛性部３１２との間に、複数の弾性板７０が圧縮した状態で挟持されている。弾性板７０は、断面が波状に形成されたフィン形状を有しており、冷却ケース５３Ｂの内面に一端部が接合され、他端部は内側剛性部３１２に当接し、接合はされていない。
　図１１（ａ）は冷却ケース５３Ｂが可動板部３１の外側剛性部３１１に接合される前の状態を示しており、自由状態の弾性板７０の内側剛性部３１２側の他端部を、内側剛性部３１２の外面に当接させている。この状態で、冷却ケース５３Ｂの外側剛性部３１１への接合端縁は、外側剛性部３１１に対し離間して対向する。冷却ケース５３Ｂは、弾性板７０の弾発力に抗して可動板部３１側に移動させ、接合端縁を外側剛性部３１１に押し付け、この状態を保持して外側剛性部３１１に接合される。このように冷却ケース５３Ｂを可動板部３１に対して組み付けると、冷却ジャケット５３ｂ内の弾性板７０は、冷却ケース５３Ｂと内側剛性部３１２との間に弾性的に圧縮した状態で挟持される。
　図１２に示すように、中間冷却部５Ａの冷却ジャケット５３ａ内に設けられた複数の弾性板７０は、一端部がいずれか一方の内側剛性部３１２に接合され、他端部が内側剛性部３１２に当接し、接合はされていない。中間冷却部５Ａの弾性板７０は、隣接する密閉容器３を冷却ケース５３Ａを介して接合する際に、隣接する内側剛性部３１２どうしを近付けることで圧縮され、接合されると内側剛性部３１２間に挟持された状態に保持される。
　上記密閉容器３は、減圧封止口３２１から内部の空気を吸引して密閉容器３内の内部空間３ａを所定圧力（例えば１～１００Ｐａ程度）に減圧し、減圧封止口３２１を溶接するなどして気密的に封止した状態とされる。これにより密閉容器３においては、内部が外部の大気よりも圧力が低いという圧力差が生じ、この圧力差によって、筐体３０の可動板部３１が内側に加圧される力を受ける。
　図１１（ｂ）は密閉容器３内の内部空間３ａを減圧した状態を示しており、内部空間３ａが減圧されて可動板部３１が内側に加圧されると、可撓性を有する変形部３１３は、同図に示すように凸条部３１３ａが内側にさらに突出するように変形し、これにより内側剛性部３１２は、弾性板７０の弾発力に加えて熱電変換モジュール４に強く当接し、熱電変換モジュール４に均一に密着した状態となる。換言すると、内側剛性部３１２の熱電変換モジュール４への当接面が熱電変換モジュール４に均一に強く密着するように動くことを、変形部３１３が変形することで実現される。
［２－２］第２実施形態の作用効果
　上記第２実施形態によれば、加熱側の板部材である可動板部３１の内側剛性部３１２が圧縮状態の弾性板７０の弾発力によって熱電変換モジュール４に対して加圧されて当接し、密着する。タイロッドやナットといった締結用の部材を用いず、弾性板７０によって内側剛性部３１２を加圧して熱電変換モジュール４に対し密着させるため、複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュール４に対して内側剛性部３１２を均一な加圧状態で密着させることができる。そして、ボルト・ナットといった締結用の部材を用いないため、設計やデザインの自由度の向上や軽量化に寄与することができる。また、弾性板７０により内側剛性部３１２の剛性を向上させることが可能であり、内側剛性部３１２の変形が抑えられ、内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に密着させやすくすることができる。
　また、内側剛性部３１２は、密閉容器３内の減圧作用によっても熱電変換モジュール４に加圧状態で密着させられる。内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４側に加圧されても変形をきたさない厚さに設定され、一方、変形部３１３は密閉容器３内の内部空間３ａを減圧した際に、内側剛性部３１２の内側への動きに追従して変形可能となっている。このため、内側剛性部３１２が変形することが抑えられ、かつ、内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に対し確実に面で当接し、均一に密着した状態を得ることができる。
　また、図１２に示したように、中間冷却部５Ａの冷却ジャケット５３ａ内に収容される弾性板７０は、それら隣接する密閉容器３の各内側剛性部３１２間に挟持されて設置される。一方、図１１（ｂ）に示したように、端部冷却部５Ｂの冷却ジャケット５３ｂ内に収容される弾性板７０は、冷却ケース５３Ｂを筐体３０側に押圧して固定することにより弾発力が発生し、かつ保持することができ、弾性板７０の弾発力を確実に熱電変換モジュール４に付与することができるようになっている。
　また、弾性板７０は、端部冷却部５Ｂでは冷却ケース５３Ｂに、また、中間冷却部５Ａでは挟持している両側の内側剛性部３１２のうちの一方側に、それぞれ一端部が接合されており、他端部は他方側に非接合状態で当接している。これにより、弾性板７０の取り扱いが容易となり、また、組み立てやすいといった効果を得る。また、加熱・冷却によって熱電変換モジュール４や内側剛性部３１２が膨張・収縮した場合、弾性板７０の非接合側は、熱電変換モジュール４や内側剛性部３１２に対して相対移動可能であり、このため熱影響による応力が生じて変形するといった不具合が起こりにくい。
　また、密閉容器３内の内部空間３ａが減圧されるので、その内部空間３ａに空気等のガスが常圧で存在する場合に比べて内部空間３ａは加熱されにくい。このため、内部ガスが膨張して密閉容器３に影響を与えたり、熱電変換モジュール４が加熱されて劣化したりするといった不具合の発生が抑えられる。可動板部３１の変形部３１３は内側剛性部３１２よりも板厚が小さいことにより変形可能となっており、変形部３１３を容易に設けることができる。
　また、本実施形態では、冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内に流される冷却水が弾性板７０に接触する。内側剛性部３１２の温度は弾性板７０に伝達し、弾性板７０は冷却水によって冷却されるため、弾性板７０による放熱効果を得ることができる。したがって本実施形態のように弾性板７０をフィン形状に形成されていると、冷却効果が向上するので好ましい。
［２－３］第２実施形態の変形例
　弾性板７０は内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に加圧するものであれば、上記実施形態の形状に限定されない。例えば、図１３に示すように断面Ｖ字状の一対の弾性板７０を左右対称の状態に配設したものや、図１４に示すように断面Ω状の凸条部７１が並列して形成された弾性板７０などが挙げられる。これら図は、いずれも（ａ）が端部冷却部５Ｂの冷却ケース５３Ｂを可動板部３１の外側剛性部３１１に接合する前の状態、（ｂ）が冷却ケース５３Ｂを外側剛性部３１１に接合して弾性板７０により可動板部３１の内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に加圧されている状態を示している。弾性板７０としては、上記のように冷却水が接触して放熱効果を得ることができるフィン形状のものが好適とされる。
［３］第３実施形態
　次に、図１５および図１６を参照して本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、上記第１実施形態における冷却ジャケット（冷却室）５３ａ，５３ｂ内に供給する冷却水（冷却用流体）により冷却ジャケット５３ａ，５３ｂに内圧を生じさせることを特徴としており、以下、その作用を説明する。
　図１５（ａ）は、端部冷却部５Ｂが配設された端部の密閉容器３内を減圧する前の状態であり、減圧されて可動板部３１が内側に加圧されると、図１５（ｂ）に示すように、可撓性を有する変形部３１３は凸条部３１３ａが内側にさらに突出するように変形し、これにより内側剛性部３１２は熱電変換モジュール４に当接させられる。換言すると、内側剛性部３１２の熱電変換モジュール４への当接面が熱電変換モジュール４に当接するように動くことを、変形部３１３が変形することで実現される。
　また、図１６は、中間冷却部５Ａの両側の密閉容器３内が減圧された状態を示しており、可撓性を有する変形部３１３の凸条部３１３ａが同様に内側に突出するように変形し、内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に当接している（変形部３１３の二点鎖線は減圧前の状態を示している）。
　本実施形態では、図１５（ｂ）および図１６に示すように、各冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内に冷却水Ｗを供給して流通させ、密閉容器３の可動板部３１を冷却する。一方、各流通管３５に、一端側から他端側に向けて高温の加熱流体Ｈ（例えば工場やゴミ焼却炉で発生する排熱ガスや、自動車の排気ガス）を流して流通管３５を加熱する。冷却された可動板部３１の温度は熱電変換モジュール４の外面側に伝わり、熱電変換モジュール４の外面側が冷却され、一方、加熱された流通管３５の内板部３６の温度は熱電変換モジュール４の内面側に伝わり、熱電変換モジュール４の内面側が加熱される。加熱流体Ｈは中空部３５１を流れることで拡散せず、流通管３５の内板部３６が効率よく加熱される。このようにして熱電変換モジュール４の外面側と内面側に温度差が与えられることで、熱電変換モジュール４は発電し、端子４３から電気が取り出される。
　本実施形態では、各冷却部５Ａ，５Ｂの冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内に供給する冷却水Ｗを、冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内において内圧がある程度のレベル（例えば０．１～１ＭＰａ）で発生する量を常に供給する。このように冷却水Ｗで冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内に内圧（正圧）を発生させることにより、その内圧で可動板部３１の内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に加圧状態で当接させられる。このため、内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に対し均一な加圧状態で密着させることができる。このため、可動板部３１の内側剛性部３１２を介しての冷却部５Ａ，５Ｂから熱電変換モジュール４への熱伝導度は向上し、熱電変換モジュール４に与えられる温度差が大きくなって発電性能が向上する。
　また、冷却ジャケット５３ａ，５３ｂ内の冷却水Ｗを利用して内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に対し加圧して当接させることから、装置が複雑かつ高コストになることなく内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に対し均一な加圧状態で密着させることができる。また、ボルト・ナットといった締結用の部材を用いないため、設計やデザインの自由度の向上や軽量化に寄与することができる。
　また、本実施形態では、冷却側の板部材である可動板部３１を、熱電変換モジュール４に当接する内側剛性部３１２と、その周囲の可撓性を有する変形部３１３とを有する構成としている。このため、変形部３１３が変形して内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に対し確実、かつ均一に当接する状態を得ることができる。さらに、熱電変換モジュール４に密着する部分を剛性部とすることにより、変形が生じることなく、かつ、確実に面で熱電変換モジュール４に当接し、熱電変換モジュール４に対する均一な加圧状態を得やすい。
　また、本実施形態では、冷却ジャケット５３ａ，５３ｂの内圧に加え、密閉容器３内を減圧することによっても可動板部３１の内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に加圧状態で当接させられる。したがって、熱電変換モジュール４に対する内側剛性部３１２の密着度をさらに高めることができる。また、密閉容器３内が減圧されるため、内部空間３ａに空気等のガスが常圧で存在する場合に比べて密閉容器３内が加熱されにくく、内部ガスが膨張して密閉容器３に影響を与えたり、熱電変換モジュール４が加熱されて劣化したりするといった不具合の発生を抑えることができる。
［４］第４実施形態
　次に、図１７～図１９を参照して本発明の第４実施形態を説明する。
第４実施形態では、上記第１実施形態の密閉容器３において、変形部３１３に代えて弾性部３１７を設けたことを特徴としている。以下、改めて第４実施形態の密閉容器３を説明する。
［４－１］密閉容器の構成
　図１７に示すように、第４実施形態の密閉容器３の筐体３０を構成する可動板部３１は、外形が長方形の枠状に形成された外側剛性部３１１と、外側剛性部３１１の内側に配設された外側剛性部３１１と同じ厚さの内側剛性部３１２と、外側剛性部３１１と内側剛性部３１２との間に形成される一定幅の隙間３１４を塞ぐ状態に配設された各剛性部３１１，３１２の厚さよりも薄い弾性部３１７とを有している。
　外側剛性部３１１の内縁３１１ａは略長円形状に形成されており、内側剛性部３１２の外縁３１２ａは、外側剛性部３１１の内縁３１１ａから一定の隙間３１４を空けて略長円形状に形成されている。内側剛性部３１２の外面には、弾性を有するバネ板３１６がろう付け等の接合手段で接合されている。このバネ板３１６は各剛性部３１１，３１２の間の隙間３１４を覆って外側剛性部３１１の外面に達する大きさを有しており、外縁部が外側剛性部３１１の外面にろう付け等の接合手段で接合されている。
　バネ板３１６の隙間３１４を覆う部分が、略環状の弾性部３１７を構成している。この弾性部３１７は、内側剛性部３１２の外縁３１２ａの外側から外側剛性部３１１の内縁３１１ａの外側に延びる状態に設けられており、図１８（ａ）に示すように、内部に熱電変換モジュール４が配設された密閉容器３として組まれない自由状態では、内側に傾斜している。すなわち、バネ板３１６は、外側剛性部３１１の外縁３１１ａから内側に屈曲して平坦に延び、内側剛性部３１２の外縁３１２ａで内側剛性部３１２の外面に接合するように屈曲している。したがって筐体３０の可動板部３１全体は、弾性部３１７が自由状態において弾性部３１７から内側剛性部３１２にわたって凹所３１９が形成された状態となっている。
　密閉容器３の上側の端板部３２には複数の減圧封止口３２１が設けられており、これら減圧封止口３２１を利用して密閉容器３内の内部空間３ａは減圧される。
　外側剛性部３１１のＺ方向の両側の端縁は、端板部３２に一体化した状態に形成されている。すなわち上下一対の端板部３２に両側の外側剛性部３１１が一体成形されており、外側剛性部３１１にバネ板３１６を介して内側剛性部３１２が接合されて、筐体３０が構成されている。内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４を覆う大きさを有し、熱電変換モジュール４の片面全面に当接した状態となっている。
　上記構成の密閉容器３は、内部に熱電変換モジュール４を配設した状態で、可動板部３１の外側剛性部３１１の内面を封止カバー３８に接合して組み立てると、図１８（ｂ）に示すように、可動板部３１の内側剛性部３１２の内面が熱電変換モジュール４に当接して弾性部３１７が外側に弾性変形することにより、凹所３１９は消滅して外側剛性部３１１と内側剛性部３１２とがほぼ同一平面内に存在し、弾性部３１７が各剛性部３１１，３１２とほぼ平行な状態となる。この組み立て状態で、内側剛性部３１２は変形させられた弾性部３１７の弾発力により熱電変換モジュール４に強く当接して熱電変換モジュール４に均一に密着した状態となる。なお、本実施形態では剛性部３１１，３１２どうしが同一平面内に存在しているが、各剛性部３１１，３１２の位置関係はこれに限定されず、いずれか一方が内側にずれた状態でバネ板３１６により連結されている構成であってもよい。
　次いで、減圧封止口３２１から内部の空気を吸引して密閉容器３内を所定圧力（例えば１～１００Ｐａ程度）に減圧し、減圧封止口３２１を溶接するなどして気密的に封止した状態とされる。
　各冷却部（中間冷却部５Ａおよび端部冷却部５Ｂ）の構成および発電作用については、上記第１実施形態と同様である。
［４－２］密閉容器の作用効果
　本実施形態においては、密閉容器３の可動板部３１の内側剛性部３１２が、バネ板３１６の弾性部３１７の弾発力によって熱電変換モジュール４に対し加圧された状態で当接し、均一に密着した状態となる。このため、内側剛性部３１２を介しての冷却部５Ａ，５Ｂから熱電変換モジュール４への熱伝導度は向上し、熱電変換モジュール４に与えられる温度差が大きくなって発電性能が向上する。
　本実施形態では、従来のように、タイロッドやナットといった締結用の部材を用いず、可動板部３１の弾性部３１７に弾発力を生じさせることで冷却側の板部材である内側剛性部３１２を熱電変換モジュール４に密着させるため、複雑かつ高コストになることなく熱電変換モジュール４に対し均一な加圧状態で内側剛性部３１２を密着させることができる。そして、ボルト・ナットといった締結用の部材を用いないため、設計やデザインの自由度の向上や軽量化を図ることができる。
　可動板部３１の弾性部３１７の弾性により熱電変換モジュール４に加圧状態で密着させられる内側剛性部３１２は、熱電変換モジュール４側に加圧されても変形をきたさない厚さに設定され、このため、内側剛性部３１２が変形することが抑えられ、かつ、内側剛性部３１２が熱電変換モジュール４に対し確実に面で当接し、均一に密着した状態を得ることができる。
　また、密閉容器３内が減圧されるため、内部に空気等のガスが常圧で存在する場合に比べて密閉容器３内が加熱されにくく、内部ガスが膨張して密閉容器３に影響を与えたり、熱電変換モジュール４が加熱されて劣化したりするといった不具合の発生を抑えることができる。
　本実施形態においては、様々な変更が可能である。例えば図１９に示すように、弾性部３１７を構成するバネ板３１６は、内側剛性部３１２の外面全面を覆うものではなく、外側剛性部３１１と内側剛性部３１２との間の隙間３１４を覆う程度の幅を有する環状に形成したものとしてもよい。

Claims (14)

  1. 　加熱側の板部材と冷却側の板部材とを備えた密閉容器と、
    　前記加熱側の板部材と前記冷却側の板部材との間に配設した状態で、前記密閉容器内に配設される熱電変換モジュールとを備え、
    　前記加熱側の板部材が加熱されるとともに前記冷却側の板部材が冷却されて前記熱電変換モジュールに温度差が与えられることにより、該熱電変換モジュールが発電する熱電変換式発電装置であって、
    　前記加熱側の板部材および前記冷却側の板部材のうちの少なくとも一方の板部材が、前記密閉容器内が減圧状態とされて発生する該密閉容器の内外の圧力差によって前記熱電変換モジュールに加圧状態で当接される可動側の板部材とされ、
    　該可動側の板部材は、剛性を有し前記熱電変換モジュールに当接させられる剛性部と、この剛性部に連なって形成され、前記圧力差によって変形し、該変形により前記剛性部を前記熱電変換モジュールに当接させる変形部と、を有することを特徴とする熱電変換式発電装置。
  2. 　前記変形部は前記剛性部よりも板厚が小さいことにより前記圧力差によって変形可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換式発電装置。
  3. 　前記冷却側の板部材が前記可動側の板部材とされ、前記剛性部に、冷却促進用のフィンが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換式発電装置。
  4. 　前記変形部が、前記剛性部の周縁面における前記熱電変換モジュール側とは反対側の外側から側方に延びる状態に設けられており、該剛性部の周縁面は、前記外側から前記熱電変換モジュール側である内側に向かうにしたがって、側方に突出する略テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の熱電変換式発電装置。
  5. 　前記密閉容器は、前記加熱側の板部材で囲繞される中空部を有し、該中空部の周囲に前記熱電変換モジュールが配設され、該熱電変換モジュールの外側に前記冷却側の板部材が配設され、
    　前記中空部に加熱流体が流通されて前記加熱側の板部材が加熱されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の熱電変換式発電装置。
  6. 　前記熱電変換モジュールは、前記剛性部と非接合状態であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の熱電変換式発電装置。
  7. 　前記変形部は、弾性変形して前記剛性部を弾性的に前記熱電変換モジュール側に加圧して当接させる弾性部であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換式発電装置。
  8. 　前記加熱側の板部材および前記冷却側の板部材のうちの少なくとも一方の板部材を、前記熱電変換モジュールに加圧して当接させる弾性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換式発電装置。
  9. 　前記弾性部材によって前記熱電変換モジュールに加圧されて当接する前記板部材の外面側に押圧板が配設され、該押圧板と該板部材との間に該弾性部材が挟持されていることを特徴とする請求項８に記載の熱電変換式発電装置。
  10. 　前記弾性部材は、前記板部材もしくは前記押圧板のいずれか一方に接合されており、他方側には非接合状態であることを特徴とする請求項９に記載の熱電変換式発電装置。
  11. 　前記板部材は冷却側の板部材であり、該板部材と前記押圧板との間に冷却媒体が流され、該冷却媒体が前記弾性部材に接触することを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載の熱電変換式発電装置。
  12. 　前記弾性部材は、冷却促進用のフィン形状に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の熱電変換式発電装置。
  13. 　前記弾性部材は、断面が波形、Ｖ型、Ｕ型、Ω型等のフィン形状に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の熱電変換式発電装置。
  14. 　前記可動側の板部材は前記冷却側の板部材とされ、
    　かつ、冷却用流体が供給され、前記冷却側の板部材に該冷却用流体を接触させる冷却室を備え、
    　前記冷却用流体によって前記冷却室内に生じる内圧で前記冷却側の板部材の前記剛性部が前記熱電変換モジュールに加圧状態で当接させられることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換式発電装置。
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