熱電発電装置
【課題】簡単な構造で、リード線の結線回りの樹脂部材を輻射熱から確実に保護できる熱電発電装置を提供すること。
【解決手段】熱を受ける受熱板１０と、受熱板１０よりも低温に維持される冷却板２０と、受熱板１０および冷却板２０の間に介装される熱電モジュール３０とを備えた熱電発電装置において、冷却板２０には、熱電モジュール３０からのリード線３４，３５と外部からの電力線５４との接続箇所であるターミナルブロック３６〜３９，４１が設けられ、ターミナルブロック３６〜３９，４１は、冷却板２０に固定された金属カバー４６で覆われている。
【解決手段】熱を受ける受熱板１０と、受熱板１０よりも低温に維持される冷却板２０と、受熱板１０および冷却板２０の間に介装される熱電モジュール３０とを備えた熱電発電装置において、冷却板２０には、熱電モジュール３０からのリード線３４，３５と外部からの電力線５４との接続箇所であるターミナルブロック３６〜３９，４１が設けられ、ターミナルブロック３６〜３９，４１は、冷却板２０に固定された金属カバー４６で覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電装置に係り、特に熱源からの受熱によって発電するように構成された熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多数の熱電発電素子からなる熱電モジュールを受熱板と冷却板との間に介装し、エンジンからの排気ガス等を受熱板にあてることで、熱電モジュールのゼーベック効果により発電させる熱電発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような熱電発電装置では、排気管の周囲を取り囲むように複数の熱電発電装置が取り付けられ、排気管からの排気ガスが受熱板に導かれるようになっている。また、そのような受熱板と冷却板との間に介装された熱電モジュールからは、電圧を取り出すためのリード線が引き出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２５３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱電モジュールから引き出されたリード線は、排気ガスで熱せられた排気管からの輻射熱の影響を受け、被覆等が溶解してしまうおそれがある。また、特許文献１では、熱電発電装置が環状部材で覆われており、リード線はこの環状部材の外部に引き出されてコネクタに接続されているが、装置の構造によっては、コネクタやターミナルブロック等を構成する樹脂部材が、環状部材の内部に配置されることも考えられ、そのような場合には、樹脂部材が排気管からの輻射熱によりダメージを受ける可能性がある。
【０００６】
なお、ターミナルブロックを輻射熱から保護するためとして、特開昭６１−１３２２４５号公報に記載の技術が提案されている。この公報記載の技術によれば、ターミナルブロックを水冷ジャケットで覆って冷却しており、熱源からの輻射熱がターミナルブロックに影響しないようにしている。しかし、このような水冷ジャケットを採用するには、冷却水の循環システムを設ける必要があり、大掛かりになるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、簡単な構造で、リード線の結線回りの樹脂部材を輻射熱から確実に保護できる熱電発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る熱電発電装置は、熱を受ける受熱板と、前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、前記冷却板には、前記熱電モジュールからのリード線と外部からの電力線との接続箇所であるターミナルブロックが設けられ、前記ターミナルブロックは、前記冷却板に固定された金属カバーで覆われていることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る熱電発電装置では、前記冷却板には、前記リード線を通す貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、前記ターミナルブロックで覆われており、前記冷却板と前記ターミナルブロックとの間には、前記貫通孔を囲うＯリングが介装されていることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る熱電発電装置では、複数の前記ターミナルブロックが前記冷却板の中央寄りに集約して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る熱電発電装置では、前記受熱板、前記冷却板、および前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、前記ターミナルブロックは、前記冷却板上に設けられた樹脂製のスペーサと、前記スペーサ上に設けられて前記リード線および前記電力線が結線される金属製のターミナルと、前記スペーサおよび前記ターミナルとを覆う樹脂カバーとを備え、前記冷却板と前記スペーサとの間には第１のＯリングが介装され、前記スペーサと前記ターミナルとの間には第２のＯリングが介装され、前記スペーサと前記樹脂カバーとの間には第３のＯリングが介装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によれば、ターミナルブロックが金属カバーで覆われるので、受熱板が受ける熱に基づく輻射を金属カバーで遮ることができる。しかも、金属カバーは、冷却板に固定されることで、冷却板と同程度の低温に維持されるから、金属カバーで覆われたターミナルブロックへの輻射熱を効果的に遮断でき、ターミナルブロックを構成する特に樹脂製の部材の輻射熱によるダメージを抑制できる。
【００１３】
第２発明によれば、ターミナルブロックではゴム等による樹脂製のＯリングが用いられるが、このようなＯリングに対する輻射熱の影響を少なくすることで、Ｏリングの変形等を防止でき、気密性能を良好に維持できて貫通孔を通して水分が浸入する心配がない。
【００１４】
第３発明によれば、複数のターミナルブロックが冷却板の中央に集約されることで、冷却板周囲とターミナルブロックとの距離を稼ぐことができ、冷却板周囲から発する輻射熱の影響をより少なくできる。
【００１５】
第４発明によれば、遮蔽カバーが設けられることで、熱電ユニットの冷却板側に熱媒体等が回り込むのを防止できる。この際、遮蔽カバーが加熱されて輻射熱を生じるが、輻射熱は前記の金属カバーにて遮断され、ターミナルブロックに影響を与えることがないため、樹脂製のスペーサや樹脂カバーを確実に保護できる他、第１〜第３のＯリングの変形を防止でき、気密性を確実に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電発電装置を熱処理炉のバーナ燃焼部分に適用した例を示す模式図。
【図２】熱電発電装置を一部分解して示す全体斜視図。
【図３】熱電発電装置の熱電発電ユニットを一部断面視して示す全体斜視図。
【図４】熱電発電ユニットの平面図。
【図５】熱電発電ユニットの側面図。
【図６】図４のVI−VI線断面図。
【図７】冷却板の裏面図。
【図８】熱電モジュールの支持構造を示す平面図（Ａ）、および熱電モジュールの要部の断面図（Ｂ）。
【図９】熱電発電ユニットのターミナルブロック周りを示す断面図。
【図１０】ターミナルブロック周りを示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１を熱処理炉１００のバーナ燃焼部分に適用した例を示すものである。熱処理炉１００で使用済みのガスを排気するにあたり、このガスを燃料としてガスバーナ３にて燃焼させ、燃焼後の排気ガスを排気ダクト２を通して排気している。排気ダクト２の下方には燃焼用ガスバーナ３が設けられ、ガスバーナ３の火炎が届く位置に熱電発電装置１が配置されている。ガスバーナ３からの火炎で炙られることで、ガス燃焼時の熱エネルギを熱電発電装置１によって電気に変換している。
ただし、本発明の熱電発電装置は、高温に曝される個所に設けられればよく、熱処理炉１００に適用される場合に限らない。
【００１８】
〔熱電発電装置の全体説明〕
図２は、熱電発電装置１を示す斜視図である。
熱電発電装置１は、熱電変換を行う熱電発電ユニット４と、この熱電発電ユニット４を覆う遮蔽カバー５と、熱電発電ユニット４を排気ダクト２に固定するための固定ブラケット６とを備え、この固定ブラケット６が排気ダクト２に固定される。
【００１９】
〔熱電発電ユニットの概略〕
熱電発電ユニット４は、詳細には図３以降に基づいて後述するが、図中下側の受熱板１０と、上側の冷却板２０と、これら受熱板１０および冷却板２０との間に介装された熱電モジュールとを備えている。受熱板１０の下面がバーナ３の火炎で下方から加熱される一方、冷却板２０が冷却水にて冷却され、これらの間に介装された発電ジュールにて受熱板１０と冷却板２０との温度差によるゼーベック効果が生じ、発電する。
【００２０】
〔遮蔽カバーの詳細〕
遮蔽カバー５は、下方から回り込んで来るバーナ３の火炎から熱電発電ユニット４を保護するために用いられる。具体的に遮蔽カバー５は、平面視で矩形板状とされた受熱板１０の長辺側の側面にボルト止めされる一対の長辺側下部遮蔽板７，７と、これら長辺側下部遮蔽板７，７の上縁にボルト止めされる長辺側上部遮蔽板８，８と、受熱板１０の短辺側の側面にボルト止めされる一対の短辺側遮蔽板９，９とで構成されている。各遮蔽板７〜９は、例えばステンレス製である。冷却板２０の外径寸法は受熱板１０の外径寸法よりも僅かに小さく、遮蔽カバー５が受熱板１０に取り付けられた時、遮蔽カバー５と冷却板２０との間には空間が形成される。
【００２１】
長辺側下部遮蔽板７は、略固定ブラケット６までの高さ寸法を有している。つまり、熱電発電ユニット４の長辺側は、固定ブラケット６の高さ位置で上下に２分割される遮蔽板７，８にて覆われている。そのため、長辺側下部遮蔽板７の上部側および長辺側上部遮蔽板８の下部側には、固定ブラケット６に対応した位置にスリット７Ａ，８Ａが設けられ、熱膨張が生じても固定ブラケット６と干渉しないようになっている。また、一方の長辺側上部遮蔽板８には、スリット８Ａ，８Ａ間に開口部８Ｂが設けられている。開口部８Ｂは、熱電発電ユニット４からの電気配線や冷却水用ホースを通すために設けられる。
【００２２】
各遮蔽板７〜９は、鉛直な側面部７１，８１，９１を有しており、長辺側の上下の遮蔽板７，８の側面部７１，８１、およびこれに近接する短辺側遮蔽板９の側面部９１では、鉛直な端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の側方全周が覆われる。また、長辺側上部遮蔽板８および短辺側遮蔽板９の上部には、平面方向に折曲した台形形状の上面部８２および三角形状の上面部９２が形成され、これらの上面部８２，９２の端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の上方全域が覆われる。
【００２３】
そして、各遮蔽板７〜９において、側面部７１，８１，９１同士や、上面部８２，９２同士は、互いに接合されておらず、各遮蔽板７〜９で生じる熱伸縮量の違いは、各端縁の境界部分がずれることで吸収される。従って、遮蔽カバー５全体では、熱応力が生じ難く、遮蔽板７，９が固定される熱電発電ユニット４の特に受熱板１０に影響を及ぼす心配がない。また逆に、受熱板１０に熱伸縮が生じても、この熱伸縮に追従して各遮蔽板７〜９の境界部分がずれるため、やはり遮蔽カバー５での応力を生じ難くでき、受熱板１０へのガスバーナ３から発生する火炎による影響を抑制する。
【００２４】
〔固定ブラケットの詳細〕
固定ブラケット６は、断面Ｌ字形状の金属形鋼を略井型形状に接合した支持枠６１を有している。すなわち支持枠６１は、両端が遮蔽カバー５から突出する一対の平行な支持枠材６２と、遮蔽カバー５内において、支持枠材６２間に跨って架け渡される一対の平行な架設枠材６３とで構成される。
【００２５】
支持枠材６２の両端にはボルト孔６２Ａが設けられ、このボルト孔６２Ａに挿通されるボルトにより、固定ブラケット６が送風ダクト２に固定される。
架設枠材６３の下面には、長手方向に間隔を空けて一対の金属製の固定ブロック６４が溶着されている。固定ブロック６４は、冷却板２０に対して支持枠６１を所定の高さ位置に配置するための部材であり、支持枠６１としては、架設枠材６３を固定ブロック６４ごと貫通するボルトにより、冷却板２０の上面に固定されている。
【００２６】
また、架設枠材６３間には、金属製の冷却水ブロック６５が架設されている。冷却水ブロック６５には、冷却水を外部から供給する供給ホースおよび外部へ戻す戻しホースが、長辺側上部遮蔽板８の開口部８Ｂを通して接続され、また、冷却板２０に設けられた流入口に冷却水を供給する供給ホースおよび排出口から冷却水を戻す戻しホースが接続される。つまり、温度調整された外部からの冷却水は、冷却水ブロック６５を介しいて冷却板２０の冷却水回路に供給され、冷却水回路を流れた後に、冷却板２０から冷却水ブロック６５を介して外部へ戻される。
【００２７】
〔熱電発電ユニットの詳細〕
図３は、熱電発電ユニット４の全体斜視図、図４はその平面図、図５はその側面図、図６は図４のVI−VI線断面図である。図７は、熱電発電ユニット４の冷却板２０の裏面図である。
【００２８】
図３ないし図５において、熱電発電ユニット４は、銅製で全面に黒色無電解ニッケルメッキにより表面処理された矩形板状の受熱板１０と、銅製で受熱板１０よりも外形寸法が僅かに小さい矩形板状の冷却板２０と、受熱板１０および冷却板２０の間に介装された複数の熱電モジュール３０とを備えている。
【００２９】
受熱板１０および冷却板２０は、四隅の４本のボルト１１と、長辺側に平行に４列および短辺側に平行に３列に位置した１２本のボルト１２とにより互いに締結されている。従って、受熱板１０には、それらのボルト１１，１２が螺入されるボルト穴１３，１４が設けられ、冷却板２０にはボルト１１，１２が挿通される挿通孔（後述）が設けられる。
【００３０】
〔コイルばねの機能〕
ボルト１１には円板状の座金１１Ａが貫挿されており、座金１１Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１１に挿通された状態でコイルばね１５が介装されている。また、ボルト１２には座金１２Ａが貫挿されており、座金１２Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１２に挿通された状態でコイルばね１６が介装されている。コイルばね１６の線径および外径はそれぞれ、コイルばね１５よりも大きく、コイルばね１６のばね力はコイルばね１５のばね力よりも大きい。これらのコイルばね１５，１６のばね力により、受熱板１０および冷却板２０は互いに近づく方向へ付勢されている。
【００３１】
ここで、受熱板１０と冷却板２０との間には、四隅の角部にＲ形状を有する四角形状のＯリング１７が受熱板１０および冷却板２０の周縁に沿って介装されている。Ｏリング１７は、熱電モジュール３０の周囲を囲っており、外部からの水分（湿気）の浸入を防止して、熱電モジュール３０を水分から保護している。四隅のボルト１１は、Ｏリング１７の外側に位置してコーナー部分に近接し、他の１２本のボルト１２は、Ｏリング１７の内側に位置している。
【００３２】
ボルト１２がＯリング１７の内側に位置して冷却板２０を貫通していることから、図６にも示すように、この貫通部分に対応して小さな円形のＯリング１８が配置されている。全てのＯリング１８は、Ｏリング１７の内側に配置され、ボルト１２の周りがＯリング１８でシールされることで、貫通部分から浸入する水分から熱電モジュール３０を保護している。Ｏリング１７，１８の材質としては、耐熱性に優れたフッ素系のゴムが採用されている。
【００３３】
ボルト１１に挿通されたコイルばね１５は、熱変形により離間し易い受熱板１０および冷却板２０の四隅を付勢しており、Ｏリング１７のコーナー部分を確実に押圧し、Ｏリング１７と受熱板１０および冷却板２０との密着状態を良好に維持させている。これに対してボルト１２に挿通されたコイルばね１６は、受熱板１０および冷却板２０を付勢することで、熱電モジュール３０を確実に挟持するとともに、受熱板１０および冷却板２０とＯリング１７の直線部分との密着状態、およびＯリング１８との密着状態を維持するように機能する。また、それらのコイルばね１５，１６により、受熱板１０の熱による反り等が確実に抑制されるようになっている。
【００３４】
〔冷却板の構造〕
図３、図７に示すように、冷却板２０の内部には、冷却水を流す冷却水回路２１が設けられている。詳細な図示を省略するが、冷却板２０は２層構造であり、一方の層を形成する板材には、一連の溝が長辺に対して略平行で、かつ短辺側の辺縁近くで折り返されて蛇行するように設けられ、この溝を他方の層を形成する板材で覆うことで、両板材の間、すなわち冷却板２０の内部に冷却水回路２１が設けられる。両板材は、外周部分でろう付けされて一体に固着される。
【００３５】
冷却板２０の上面には、冷却水回路２１の一端に対応した位置に流入口２２が立設され、他端に対応した位置に排出口２３（図４、図５に図示）が立設されている。流入口２２および排出口２３にはそれぞれ、冷却水ブロック６５からの図示しない供給ホースおよび戻しホースが接続される。
【００３６】
冷却板２０の裏面を示す図７において、冷却板２０の四隅には、前述したボルト１１が挿通される挿通孔２４が設けられ、冷却板２０の内部側の１２箇所には、ボルト１２が挿通される挿通孔２５が設けられている。また、冷却板２０の裏面には、四隅の挿通孔２４の内側に近接させて位置決めピン２６が突設され、長辺側の辺縁には４本の位置決めピン２７が、短辺側の辺縁の中央位置には位置決めピン２７がそれぞれ突設されている。これらの位置決めピン２６，２７の外側を通るようにＯリング１７が配置される。
【００３７】
加えて、冷却板２０の裏面側には、熱電モジュール３０用の多数の位置決めピン２８が突設されている。図８に示すように、平面視で略正方形とされた板状の熱電モジュール３０は、その３辺の中央部分がそれぞれ位置決めピン２８に当接され、位置決めされる。
【００３８】
以上に説明した位置決めピン２６〜２８が冷却板２０側に設けられるのは、冷却板２０が熱による伸縮が殆どなく、Ｏリング１７，１８や熱電モジュール３０の位置決め状態を良好に維持できるからである。
また、冷却板２０の外周端面には、図示しない帯状の金属板が設けられ、この金属板により受熱板１０と冷却板２０との間の隙間を覆い、Ｏリング１７への熱影響を軽減させている。
【００３９】
〔熱電モジュール〕
図８（Ａ）、（Ｂ）において、熱電モジュール３０は、複数の熱電素子３６をそれぞれ板状の受熱面部３７および冷却面部３８で挟持した構造である。すなわち、熱電モジュール３０では、受熱面部３７の内側面に受熱側電極３７Ａが配置され、冷却面部３８の内側面に冷却側電極３８Ａが配置されており、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの受熱面部３７側の端面が受熱側電極３７Ａに接続され、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの冷却面部３８側の端面が冷却側電極３８Ａに接続されている。Ｐ型の熱電素子３６ＡとＮ型の熱電素子３６Ｂとが交互に受熱側電極３７Ａおよび冷却側電極３８Ａを介して電気的に直列接続されることにより、熱電モジュール３０が構成されている。
【００４０】
このような熱電モジュール３０は、受熱板１０および冷却板２０の長辺に対して平行に４列、短辺に対して平行に４列の合計１６枚が同一平面内に配置されている。短辺に対して平行な４枚の熱電モジュール３０のうち、隣接する２枚の熱電モジュール３０同士が近接配置されている（図４も参照のこと）。熱電モジュール３０が、表裏に塗布されたグリースを介して受熱板１０および冷却板２０と接触している。受熱板１０が高熱になる時、熱電モジュール３０の受熱側電極３７Aが熱膨張する。受熱側電極３７Aと冷却側電極３８Aとの温度差で熱電モジュール３０が反り返りを起こす。
【００４１】
また、短辺に対して平行であり、図４中の左側の辺縁に沿って配置された４枚の熱電モジュール３０（３１１，３１２，３１３，３１４）を代表して説明すると、隣接する一対の熱電モジュール３１１，３１２（および３１３，３１４）間では、一方の熱電モジュール３１１（３１３）の負極の接続端子と、他方の熱電モジュール３１２（３１４）の正極の接続端子とがリード線３３で導通されている。熱電モジュール３１２，３１３間でも同じである。両端の熱電モジュール３１１，３１４では、一方の熱電モジュール３１４の正極にリード線３４が接続され、他方の熱電モジュール３１１の負極にリード線３５が接続されている。つまり、熱電モジュール３１１〜３１４は、電気的に直列に接続されている。短辺に対して平行に配置された他の４枚の熱電モジュール３０でも同様である。
【００４２】
この結果、図４に示す第１列第４行目の熱電モジュール３１４では、正極からのリード線３４は、冷却板２０の上面に設けられた図中左端の第１ターミナルブロック３６に接続され、第２列第４行目の熱電モジュール３２４では、リード線３４が第２ターミナルブロック３７に接続され、第３列第１行目の熱電モジュール３３１では、リード線３４が第３ターミナルブロック３８に接続され、第４列第１行目の熱電モジュール３４１では、リード線３４が右端の第４ターミナルブロック３９に接続される。これに対して、第１、第２列第１行目の熱電モジュール３１１，３２１、および第３、第４列第４行目の熱伝モジュール３３４，３４４の負極からの各リード線３５は、互いに導通されて１本にされ、中央の第５ターミナルブロック４１に接続される。
【００４３】
〔ターミナルブロックの構造〕
以下には、図９、図１０に基づき第１〜第４ターミナルブロック３６〜３９，４１について説明する。
図９、図１０において、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、第５ターミナルブロック４１を中心として、冷却板２０の長辺に平行な中心軸線上で中央に集約されており、それぞれスペーサ４３、ターミナル４４、および樹脂カバー４５を備えている。
【００４４】
冷却板２０には、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１に対応した位置に貫通孔４２が設けられ、この貫通孔４２を通して熱電モジュール３０からのリード線３４，３５が上面に引き出される。
【００４５】
冷却板２０の上面には、貫通孔４２を囲うようにフッ素樹脂製で円筒形状のスペーサ４３が配置されている。スペーサ４３の上部には、導電性を有するステンレス等の金属製で円柱状のターミナル４４が設けられている。スペーサ４３およびターミナル４４は、耐熱性を有する例えばポリイミド樹脂製の樹脂カバー４５で覆われている。
【００４６】
そして、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、冷却板２０に直に固定されたアルミ等の金属カバー４６で覆われている。樹脂カバー４５および金属カバー４６はそれぞれ筒状とされ、外周の一部に上部から切り欠かれた切欠開口４５Ａ，４６Ａを有している。また、各カバー４５，４６の上部側の開口部分は円板状の蓋４７，４８で塞がれている。樹脂カバー４５は、３本のボルト４９により蓋４７を共締めした状態で冷却板２０に固定され、金属カバー４６は、２本のボルト５１により蓋４８を共締めした状態で冷却板２０に固定される。
【００４７】
ターミナル４４の下面には、リード線３４，３５の先端の端子５２がスクリュー５３にて固定され、ターミナル４４の上面には、外部からの電力線５４の端子５５がスクリュー５６にて結線されている。電力線５４は、各カバー４５，４６の切欠開口部４５Ａ，４６Ａを通して配線される。
【００４８】
ここで、冷却板２０の上面とスペーサ４３の下面との間にはＯリング５７が介装され、スペーサ４３とターミナル４４との間にはＯリング５８が介装され、スペーサ４３と樹脂カバー４５との間にはＯリング５９が介装されている。冷却板２０と各カバー４５，４６との間から浸入する水分や、各カバー４５，４６の切欠開口４５Ａ，４６Ａから浸入する水分は、それらのＯリング５７〜５９で封止され、スペーサ４３内に位置する貫通孔４２から熱電モジュール３０側へ水分が浸入するのを防いでいる。
【００４９】
また、樹脂カバー４５やＯリング５７〜５９は、金属カバー４６で覆われることで、外部からの熱影響、特に遮蔽カバー５からの輻射熱の影響を受けることがない。このように、Ｏリング５７〜５９の変形等を防止することで、気密性能を良好に維持できるという効果がある。
【００５０】
加えて、金属カバー４６が冷却板２０の上面に接触していることで冷却されため、金属カバー４６自身が輻射熱によって過度に高温になる心配がない。さらに、以上に説明した第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１が冷却板２０の中央寄りの中心軸線上に集約されていることで、遮蔽カバー５からの距離を稼いで輻射熱の影響を少なくしている。
【００５１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、熱電発電装置１が熱処理炉１００に適用されていたが、これに限定されるものではなく、熱源を有する任意の箇所に本発明の熱電発電装置を適用してよい。
【００５２】
前記実施形態では、冷却板２０には冷却水回路２１が設けられ、冷却水にて積極的に冷却されていたが、冷却板は受熱板に対して低温に維持されればよく、冷却水回路等の積極的な冷却手段がない場合でも本発明に含まれる。
【００５３】
前記実施形態では、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１に用いられる第１〜第３のＯリング５７〜５９について説明したが、ターミナルブロックの構造によっては、第２のＯリングや第３のＯリングを省略してもよい。すなわち、ターミナルブロックは、冷却板に取り付けられることから、その構造に関係なく、少なくとも冷却板とターミナルとの間にＯリングが介装されていればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、熱源からの熱を受けて発電を行う熱電発電装置に関して、種々の工業用設備やエンジンにて駆動される自動車、建設機械、鉄道車両などに利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１…熱電発電装置、４…熱電発電ユニット、５…遮蔽カバー、６…固定ブラケット、１０…受熱板、２０…冷却板、３０…熱電モジュール、３４，３５…リード線、３６〜３９，４１…第１〜第５ターミナルブロック、４２…貫通孔、４３…スペーサ、４４…ターミナル、４５…樹脂カバー、４６…金属カバー、５４…電力線、５７〜５９…第１〜第３のＯリング。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電装置に係り、特に熱源からの受熱によって発電するように構成された熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多数の熱電発電素子からなる熱電モジュールを受熱板と冷却板との間に介装し、エンジンからの排気ガス等を受熱板にあてることで、熱電モジュールのゼーベック効果により発電させる熱電発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような熱電発電装置では、排気管の周囲を取り囲むように複数の熱電発電装置が取り付けられ、排気管からの排気ガスが受熱板に導かれるようになっている。また、そのような受熱板と冷却板との間に介装された熱電モジュールからは、電圧を取り出すためのリード線が引き出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２５３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱電モジュールから引き出されたリード線は、排気ガスで熱せられた排気管からの輻射熱の影響を受け、被覆等が溶解してしまうおそれがある。また、特許文献１では、熱電発電装置が環状部材で覆われており、リード線はこの環状部材の外部に引き出されてコネクタに接続されているが、装置の構造によっては、コネクタやターミナルブロック等を構成する樹脂部材が、環状部材の内部に配置されることも考えられ、そのような場合には、樹脂部材が排気管からの輻射熱によりダメージを受ける可能性がある。
【０００６】
なお、ターミナルブロックを輻射熱から保護するためとして、特開昭６１−１３２２４５号公報に記載の技術が提案されている。この公報記載の技術によれば、ターミナルブロックを水冷ジャケットで覆って冷却しており、熱源からの輻射熱がターミナルブロックに影響しないようにしている。しかし、このような水冷ジャケットを採用するには、冷却水の循環システムを設ける必要があり、大掛かりになるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、簡単な構造で、リード線の結線回りの樹脂部材を輻射熱から確実に保護できる熱電発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１発明に係る熱電発電装置は、熱を受ける受熱板と、前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、前記冷却板には、前記熱電モジュールからのリード線と外部からの電力線との接続箇所であるターミナルブロックが設けられ、前記ターミナルブロックは、前記冷却板に固定された金属カバーで覆われていることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る熱電発電装置では、前記冷却板には、前記リード線を通す貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、前記ターミナルブロックで覆われており、前記冷却板と前記ターミナルブロックとの間には、前記貫通孔を囲うＯリングが介装されていることを特徴とする。
【００１０】
第３発明に係る熱電発電装置では、複数の前記ターミナルブロックが前記冷却板の中央寄りに集約して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
第４発明に係る熱電発電装置では、前記受熱板、前記冷却板、および前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、前記ターミナルブロックは、前記冷却板上に設けられた樹脂製のスペーサと、前記スペーサ上に設けられて前記リード線および前記電力線が結線される金属製のターミナルと、前記スペーサおよび前記ターミナルとを覆う樹脂カバーとを備え、前記冷却板と前記スペーサとの間には第１のＯリングが介装され、前記スペーサと前記ターミナルとの間には第２のＯリングが介装され、前記スペーサと前記樹脂カバーとの間には第３のＯリングが介装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明によれば、ターミナルブロックが金属カバーで覆われるので、受熱板が受ける熱に基づく輻射を金属カバーで遮ることができる。しかも、金属カバーは、冷却板に固定されることで、冷却板と同程度の低温に維持されるから、金属カバーで覆われたターミナルブロックへの輻射熱を効果的に遮断でき、ターミナルブロックを構成する特に樹脂製の部材の輻射熱によるダメージを抑制できる。
【００１３】
第２発明によれば、ターミナルブロックではゴム等による樹脂製のＯリングが用いられるが、このようなＯリングに対する輻射熱の影響を少なくすることで、Ｏリングの変形等を防止でき、気密性能を良好に維持できて貫通孔を通して水分が浸入する心配がない。
【００１４】
第３発明によれば、複数のターミナルブロックが冷却板の中央に集約されることで、冷却板周囲とターミナルブロックとの距離を稼ぐことができ、冷却板周囲から発する輻射熱の影響をより少なくできる。
【００１５】
第４発明によれば、遮蔽カバーが設けられることで、熱電ユニットの冷却板側に熱媒体等が回り込むのを防止できる。この際、遮蔽カバーが加熱されて輻射熱を生じるが、輻射熱は前記の金属カバーにて遮断され、ターミナルブロックに影響を与えることがないため、樹脂製のスペーサや樹脂カバーを確実に保護できる他、第１〜第３のＯリングの変形を防止でき、気密性を確実に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱電発電装置を熱処理炉のバーナ燃焼部分に適用した例を示す模式図。
【図２】熱電発電装置を一部分解して示す全体斜視図。
【図３】熱電発電装置の熱電発電ユニットを一部断面視して示す全体斜視図。
【図４】熱電発電ユニットの平面図。
【図５】熱電発電ユニットの側面図。
【図６】図４のVI−VI線断面図。
【図７】冷却板の裏面図。
【図８】熱電モジュールの支持構造を示す平面図（Ａ）、および熱電モジュールの要部の断面図（Ｂ）。
【図９】熱電発電ユニットのターミナルブロック周りを示す断面図。
【図１０】ターミナルブロック周りを示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１を熱処理炉１００のバーナ燃焼部分に適用した例を示すものである。熱処理炉１００で使用済みのガスを排気するにあたり、このガスを燃料としてガスバーナ３にて燃焼させ、燃焼後の排気ガスを排気ダクト２を通して排気している。排気ダクト２の下方には燃焼用ガスバーナ３が設けられ、ガスバーナ３の火炎が届く位置に熱電発電装置１が配置されている。ガスバーナ３からの火炎で炙られることで、ガス燃焼時の熱エネルギを熱電発電装置１によって電気に変換している。
ただし、本発明の熱電発電装置は、高温に曝される個所に設けられればよく、熱処理炉１００に適用される場合に限らない。
【００１８】
〔熱電発電装置の全体説明〕
図２は、熱電発電装置１を示す斜視図である。
熱電発電装置１は、熱電変換を行う熱電発電ユニット４と、この熱電発電ユニット４を覆う遮蔽カバー５と、熱電発電ユニット４を排気ダクト２に固定するための固定ブラケット６とを備え、この固定ブラケット６が排気ダクト２に固定される。
【００１９】
〔熱電発電ユニットの概略〕
熱電発電ユニット４は、詳細には図３以降に基づいて後述するが、図中下側の受熱板１０と、上側の冷却板２０と、これら受熱板１０および冷却板２０との間に介装された熱電モジュールとを備えている。受熱板１０の下面がバーナ３の火炎で下方から加熱される一方、冷却板２０が冷却水にて冷却され、これらの間に介装された発電ジュールにて受熱板１０と冷却板２０との温度差によるゼーベック効果が生じ、発電する。
【００２０】
〔遮蔽カバーの詳細〕
遮蔽カバー５は、下方から回り込んで来るバーナ３の火炎から熱電発電ユニット４を保護するために用いられる。具体的に遮蔽カバー５は、平面視で矩形板状とされた受熱板１０の長辺側の側面にボルト止めされる一対の長辺側下部遮蔽板７，７と、これら長辺側下部遮蔽板７，７の上縁にボルト止めされる長辺側上部遮蔽板８，８と、受熱板１０の短辺側の側面にボルト止めされる一対の短辺側遮蔽板９，９とで構成されている。各遮蔽板７〜９は、例えばステンレス製である。冷却板２０の外径寸法は受熱板１０の外径寸法よりも僅かに小さく、遮蔽カバー５が受熱板１０に取り付けられた時、遮蔽カバー５と冷却板２０との間には空間が形成される。
【００２１】
長辺側下部遮蔽板７は、略固定ブラケット６までの高さ寸法を有している。つまり、熱電発電ユニット４の長辺側は、固定ブラケット６の高さ位置で上下に２分割される遮蔽板７，８にて覆われている。そのため、長辺側下部遮蔽板７の上部側および長辺側上部遮蔽板８の下部側には、固定ブラケット６に対応した位置にスリット７Ａ，８Ａが設けられ、熱膨張が生じても固定ブラケット６と干渉しないようになっている。また、一方の長辺側上部遮蔽板８には、スリット８Ａ，８Ａ間に開口部８Ｂが設けられている。開口部８Ｂは、熱電発電ユニット４からの電気配線や冷却水用ホースを通すために設けられる。
【００２２】
各遮蔽板７〜９は、鉛直な側面部７１，８１，９１を有しており、長辺側の上下の遮蔽板７，８の側面部７１，８１、およびこれに近接する短辺側遮蔽板９の側面部９１では、鉛直な端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の側方全周が覆われる。また、長辺側上部遮蔽板８および短辺側遮蔽板９の上部には、平面方向に折曲した台形形状の上面部８２および三角形状の上面部９２が形成され、これらの上面部８２，９２の端縁同士が突き合わされることで、熱電発電ユニット４の上方全域が覆われる。
【００２３】
そして、各遮蔽板７〜９において、側面部７１，８１，９１同士や、上面部８２，９２同士は、互いに接合されておらず、各遮蔽板７〜９で生じる熱伸縮量の違いは、各端縁の境界部分がずれることで吸収される。従って、遮蔽カバー５全体では、熱応力が生じ難く、遮蔽板７，９が固定される熱電発電ユニット４の特に受熱板１０に影響を及ぼす心配がない。また逆に、受熱板１０に熱伸縮が生じても、この熱伸縮に追従して各遮蔽板７〜９の境界部分がずれるため、やはり遮蔽カバー５での応力を生じ難くでき、受熱板１０へのガスバーナ３から発生する火炎による影響を抑制する。
【００２４】
〔固定ブラケットの詳細〕
固定ブラケット６は、断面Ｌ字形状の金属形鋼を略井型形状に接合した支持枠６１を有している。すなわち支持枠６１は、両端が遮蔽カバー５から突出する一対の平行な支持枠材６２と、遮蔽カバー５内において、支持枠材６２間に跨って架け渡される一対の平行な架設枠材６３とで構成される。
【００２５】
支持枠材６２の両端にはボルト孔６２Ａが設けられ、このボルト孔６２Ａに挿通されるボルトにより、固定ブラケット６が送風ダクト２に固定される。
架設枠材６３の下面には、長手方向に間隔を空けて一対の金属製の固定ブロック６４が溶着されている。固定ブロック６４は、冷却板２０に対して支持枠６１を所定の高さ位置に配置するための部材であり、支持枠６１としては、架設枠材６３を固定ブロック６４ごと貫通するボルトにより、冷却板２０の上面に固定されている。
【００２６】
また、架設枠材６３間には、金属製の冷却水ブロック６５が架設されている。冷却水ブロック６５には、冷却水を外部から供給する供給ホースおよび外部へ戻す戻しホースが、長辺側上部遮蔽板８の開口部８Ｂを通して接続され、また、冷却板２０に設けられた流入口に冷却水を供給する供給ホースおよび排出口から冷却水を戻す戻しホースが接続される。つまり、温度調整された外部からの冷却水は、冷却水ブロック６５を介しいて冷却板２０の冷却水回路に供給され、冷却水回路を流れた後に、冷却板２０から冷却水ブロック６５を介して外部へ戻される。
【００２７】
〔熱電発電ユニットの詳細〕
図３は、熱電発電ユニット４の全体斜視図、図４はその平面図、図５はその側面図、図６は図４のVI−VI線断面図である。図７は、熱電発電ユニット４の冷却板２０の裏面図である。
【００２８】
図３ないし図５において、熱電発電ユニット４は、銅製で全面に黒色無電解ニッケルメッキにより表面処理された矩形板状の受熱板１０と、銅製で受熱板１０よりも外形寸法が僅かに小さい矩形板状の冷却板２０と、受熱板１０および冷却板２０の間に介装された複数の熱電モジュール３０とを備えている。
【００２９】
受熱板１０および冷却板２０は、四隅の４本のボルト１１と、長辺側に平行に４列および短辺側に平行に３列に位置した１２本のボルト１２とにより互いに締結されている。従って、受熱板１０には、それらのボルト１１，１２が螺入されるボルト穴１３，１４が設けられ、冷却板２０にはボルト１１，１２が挿通される挿通孔（後述）が設けられる。
【００３０】
〔コイルばねの機能〕
ボルト１１には円板状の座金１１Ａが貫挿されており、座金１１Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１１に挿通された状態でコイルばね１５が介装されている。また、ボルト１２には座金１２Ａが貫挿されており、座金１２Ａと冷却板２０の上面との間には、ボルト１２に挿通された状態でコイルばね１６が介装されている。コイルばね１６の線径および外径はそれぞれ、コイルばね１５よりも大きく、コイルばね１６のばね力はコイルばね１５のばね力よりも大きい。これらのコイルばね１５，１６のばね力により、受熱板１０および冷却板２０は互いに近づく方向へ付勢されている。
【００３１】
ここで、受熱板１０と冷却板２０との間には、四隅の角部にＲ形状を有する四角形状のＯリング１７が受熱板１０および冷却板２０の周縁に沿って介装されている。Ｏリング１７は、熱電モジュール３０の周囲を囲っており、外部からの水分（湿気）の浸入を防止して、熱電モジュール３０を水分から保護している。四隅のボルト１１は、Ｏリング１７の外側に位置してコーナー部分に近接し、他の１２本のボルト１２は、Ｏリング１７の内側に位置している。
【００３２】
ボルト１２がＯリング１７の内側に位置して冷却板２０を貫通していることから、図６にも示すように、この貫通部分に対応して小さな円形のＯリング１８が配置されている。全てのＯリング１８は、Ｏリング１７の内側に配置され、ボルト１２の周りがＯリング１８でシールされることで、貫通部分から浸入する水分から熱電モジュール３０を保護している。Ｏリング１７，１８の材質としては、耐熱性に優れたフッ素系のゴムが採用されている。
【００３３】
ボルト１１に挿通されたコイルばね１５は、熱変形により離間し易い受熱板１０および冷却板２０の四隅を付勢しており、Ｏリング１７のコーナー部分を確実に押圧し、Ｏリング１７と受熱板１０および冷却板２０との密着状態を良好に維持させている。これに対してボルト１２に挿通されたコイルばね１６は、受熱板１０および冷却板２０を付勢することで、熱電モジュール３０を確実に挟持するとともに、受熱板１０および冷却板２０とＯリング１７の直線部分との密着状態、およびＯリング１８との密着状態を維持するように機能する。また、それらのコイルばね１５，１６により、受熱板１０の熱による反り等が確実に抑制されるようになっている。
【００３４】
〔冷却板の構造〕
図３、図７に示すように、冷却板２０の内部には、冷却水を流す冷却水回路２１が設けられている。詳細な図示を省略するが、冷却板２０は２層構造であり、一方の層を形成する板材には、一連の溝が長辺に対して略平行で、かつ短辺側の辺縁近くで折り返されて蛇行するように設けられ、この溝を他方の層を形成する板材で覆うことで、両板材の間、すなわち冷却板２０の内部に冷却水回路２１が設けられる。両板材は、外周部分でろう付けされて一体に固着される。
【００３５】
冷却板２０の上面には、冷却水回路２１の一端に対応した位置に流入口２２が立設され、他端に対応した位置に排出口２３（図４、図５に図示）が立設されている。流入口２２および排出口２３にはそれぞれ、冷却水ブロック６５からの図示しない供給ホースおよび戻しホースが接続される。
【００３６】
冷却板２０の裏面を示す図７において、冷却板２０の四隅には、前述したボルト１１が挿通される挿通孔２４が設けられ、冷却板２０の内部側の１２箇所には、ボルト１２が挿通される挿通孔２５が設けられている。また、冷却板２０の裏面には、四隅の挿通孔２４の内側に近接させて位置決めピン２６が突設され、長辺側の辺縁には４本の位置決めピン２７が、短辺側の辺縁の中央位置には位置決めピン２７がそれぞれ突設されている。これらの位置決めピン２６，２７の外側を通るようにＯリング１７が配置される。
【００３７】
加えて、冷却板２０の裏面側には、熱電モジュール３０用の多数の位置決めピン２８が突設されている。図８に示すように、平面視で略正方形とされた板状の熱電モジュール３０は、その３辺の中央部分がそれぞれ位置決めピン２８に当接され、位置決めされる。
【００３８】
以上に説明した位置決めピン２６〜２８が冷却板２０側に設けられるのは、冷却板２０が熱による伸縮が殆どなく、Ｏリング１７，１８や熱電モジュール３０の位置決め状態を良好に維持できるからである。
また、冷却板２０の外周端面には、図示しない帯状の金属板が設けられ、この金属板により受熱板１０と冷却板２０との間の隙間を覆い、Ｏリング１７への熱影響を軽減させている。
【００３９】
〔熱電モジュール〕
図８（Ａ）、（Ｂ）において、熱電モジュール３０は、複数の熱電素子３６をそれぞれ板状の受熱面部３７および冷却面部３８で挟持した構造である。すなわち、熱電モジュール３０では、受熱面部３７の内側面に受熱側電極３７Ａが配置され、冷却面部３８の内側面に冷却側電極３８Ａが配置されており、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの受熱面部３７側の端面が受熱側電極３７Ａに接続され、Ｐ型の熱電素子３６ＡおよびＮ型の熱電素子３６Ｂの冷却面部３８側の端面が冷却側電極３８Ａに接続されている。Ｐ型の熱電素子３６ＡとＮ型の熱電素子３６Ｂとが交互に受熱側電極３７Ａおよび冷却側電極３８Ａを介して電気的に直列接続されることにより、熱電モジュール３０が構成されている。
【００４０】
このような熱電モジュール３０は、受熱板１０および冷却板２０の長辺に対して平行に４列、短辺に対して平行に４列の合計１６枚が同一平面内に配置されている。短辺に対して平行な４枚の熱電モジュール３０のうち、隣接する２枚の熱電モジュール３０同士が近接配置されている（図４も参照のこと）。熱電モジュール３０が、表裏に塗布されたグリースを介して受熱板１０および冷却板２０と接触している。受熱板１０が高熱になる時、熱電モジュール３０の受熱側電極３７Aが熱膨張する。受熱側電極３７Aと冷却側電極３８Aとの温度差で熱電モジュール３０が反り返りを起こす。
【００４１】
また、短辺に対して平行であり、図４中の左側の辺縁に沿って配置された４枚の熱電モジュール３０（３１１，３１２，３１３，３１４）を代表して説明すると、隣接する一対の熱電モジュール３１１，３１２（および３１３，３１４）間では、一方の熱電モジュール３１１（３１３）の負極の接続端子と、他方の熱電モジュール３１２（３１４）の正極の接続端子とがリード線３３で導通されている。熱電モジュール３１２，３１３間でも同じである。両端の熱電モジュール３１１，３１４では、一方の熱電モジュール３１４の正極にリード線３４が接続され、他方の熱電モジュール３１１の負極にリード線３５が接続されている。つまり、熱電モジュール３１１〜３１４は、電気的に直列に接続されている。短辺に対して平行に配置された他の４枚の熱電モジュール３０でも同様である。
【００４２】
この結果、図４に示す第１列第４行目の熱電モジュール３１４では、正極からのリード線３４は、冷却板２０の上面に設けられた図中左端の第１ターミナルブロック３６に接続され、第２列第４行目の熱電モジュール３２４では、リード線３４が第２ターミナルブロック３７に接続され、第３列第１行目の熱電モジュール３３１では、リード線３４が第３ターミナルブロック３８に接続され、第４列第１行目の熱電モジュール３４１では、リード線３４が右端の第４ターミナルブロック３９に接続される。これに対して、第１、第２列第１行目の熱電モジュール３１１，３２１、および第３、第４列第４行目の熱伝モジュール３３４，３４４の負極からの各リード線３５は、互いに導通されて１本にされ、中央の第５ターミナルブロック４１に接続される。
【００４３】
〔ターミナルブロックの構造〕
以下には、図９、図１０に基づき第１〜第４ターミナルブロック３６〜３９，４１について説明する。
図９、図１０において、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、第５ターミナルブロック４１を中心として、冷却板２０の長辺に平行な中心軸線上で中央に集約されており、それぞれスペーサ４３、ターミナル４４、および樹脂カバー４５を備えている。
【００４４】
冷却板２０には、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１に対応した位置に貫通孔４２が設けられ、この貫通孔４２を通して熱電モジュール３０からのリード線３４，３５が上面に引き出される。
【００４５】
冷却板２０の上面には、貫通孔４２を囲うようにフッ素樹脂製で円筒形状のスペーサ４３が配置されている。スペーサ４３の上部には、導電性を有するステンレス等の金属製で円柱状のターミナル４４が設けられている。スペーサ４３およびターミナル４４は、耐熱性を有する例えばポリイミド樹脂製の樹脂カバー４５で覆われている。
【００４６】
そして、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１は、冷却板２０に直に固定されたアルミ等の金属カバー４６で覆われている。樹脂カバー４５および金属カバー４６はそれぞれ筒状とされ、外周の一部に上部から切り欠かれた切欠開口４５Ａ，４６Ａを有している。また、各カバー４５，４６の上部側の開口部分は円板状の蓋４７，４８で塞がれている。樹脂カバー４５は、３本のボルト４９により蓋４７を共締めした状態で冷却板２０に固定され、金属カバー４６は、２本のボルト５１により蓋４８を共締めした状態で冷却板２０に固定される。
【００４７】
ターミナル４４の下面には、リード線３４，３５の先端の端子５２がスクリュー５３にて固定され、ターミナル４４の上面には、外部からの電力線５４の端子５５がスクリュー５６にて結線されている。電力線５４は、各カバー４５，４６の切欠開口部４５Ａ，４６Ａを通して配線される。
【００４８】
ここで、冷却板２０の上面とスペーサ４３の下面との間にはＯリング５７が介装され、スペーサ４３とターミナル４４との間にはＯリング５８が介装され、スペーサ４３と樹脂カバー４５との間にはＯリング５９が介装されている。冷却板２０と各カバー４５，４６との間から浸入する水分や、各カバー４５，４６の切欠開口４５Ａ，４６Ａから浸入する水分は、それらのＯリング５７〜５９で封止され、スペーサ４３内に位置する貫通孔４２から熱電モジュール３０側へ水分が浸入するのを防いでいる。
【００４９】
また、樹脂カバー４５やＯリング５７〜５９は、金属カバー４６で覆われることで、外部からの熱影響、特に遮蔽カバー５からの輻射熱の影響を受けることがない。このように、Ｏリング５７〜５９の変形等を防止することで、気密性能を良好に維持できるという効果がある。
【００５０】
加えて、金属カバー４６が冷却板２０の上面に接触していることで冷却されため、金属カバー４６自身が輻射熱によって過度に高温になる心配がない。さらに、以上に説明した第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１が冷却板２０の中央寄りの中心軸線上に集約されていることで、遮蔽カバー５からの距離を稼いで輻射熱の影響を少なくしている。
【００５１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、熱電発電装置１が熱処理炉１００に適用されていたが、これに限定されるものではなく、熱源を有する任意の箇所に本発明の熱電発電装置を適用してよい。
【００５２】
前記実施形態では、冷却板２０には冷却水回路２１が設けられ、冷却水にて積極的に冷却されていたが、冷却板は受熱板に対して低温に維持されればよく、冷却水回路等の積極的な冷却手段がない場合でも本発明に含まれる。
【００５３】
前記実施形態では、第１〜第５ターミナルブロック３６〜３９，４１に用いられる第１〜第３のＯリング５７〜５９について説明したが、ターミナルブロックの構造によっては、第２のＯリングや第３のＯリングを省略してもよい。すなわち、ターミナルブロックは、冷却板に取り付けられることから、その構造に関係なく、少なくとも冷却板とターミナルとの間にＯリングが介装されていればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、熱源からの熱を受けて発電を行う熱電発電装置に関して、種々の工業用設備やエンジンにて駆動される自動車、建設機械、鉄道車両などに利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１…熱電発電装置、４…熱電発電ユニット、５…遮蔽カバー、６…固定ブラケット、１０…受熱板、２０…冷却板、３０…熱電モジュール、３４，３５…リード線、３６〜３９，４１…第１〜第５ターミナルブロック、４２…貫通孔、４３…スペーサ、４４…ターミナル、４５…樹脂カバー、４６…金属カバー、５４…電力線、５７〜５９…第１〜第３のＯリング。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を受ける受熱板と、
前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、
前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、
前記冷却板には、前記熱電モジュールからのリード線と外部からの電力線との接続箇所であるターミナルブロックが設けられ、
前記ターミナルブロックは、前記冷却板に固定された金属カバーで覆われている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電発電装置において、
前記冷却板には、前記リード線を通す貫通孔が設けられ、
前記貫通孔は、前記ターミナルブロックで覆われており、
前記冷却板と前記ターミナルブロックとの間には、前記貫通孔を囲うＯリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置において、
複数の前記ターミナルブロックが前記冷却板の中央寄りに集約して配置されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電発電装置において、
前記受熱板、前記冷却板、および前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、
前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、
当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、
前記ターミナルブロックは、前記冷却板上に設けられた樹脂製のスペーサと、前記スペーサ上に設けられて前記リード線および前記電力線が結線される金属製のターミナルと、前記スペーサおよび前記ターミナルとを覆う樹脂カバーとを備え、
前記冷却板と前記スペーサとの間には第１のＯリングが介装され、
前記スペーサと前記ターミナルとの間には第２のＯリングが介装され、
前記スペーサと前記樹脂カバーとの間には第３のＯリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項１】
熱を受ける受熱板と、
前記受熱板よりも低温に維持される冷却板と、
前記受熱板および前記冷却板の間に介装される熱電モジュールとを備え、
前記冷却板には、前記熱電モジュールからのリード線と外部からの電力線との接続箇所であるターミナルブロックが設けられ、
前記ターミナルブロックは、前記冷却板に固定された金属カバーで覆われている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電発電装置において、
前記冷却板には、前記リード線を通す貫通孔が設けられ、
前記貫通孔は、前記ターミナルブロックで覆われており、
前記冷却板と前記ターミナルブロックとの間には、前記貫通孔を囲うＯリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置において、
複数の前記ターミナルブロックが前記冷却板の中央寄りに集約して配置されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電発電装置において、
前記受熱板、前記冷却板、および前記熱電モジュールを有した熱電発電ユニットと、
前記熱電発電ユニットを覆う金属製の遮蔽カバーと、
当該熱電発電装置を所定の位置に固定する固定ブラケットとを備え、
前記ターミナルブロックは、前記冷却板上に設けられた樹脂製のスペーサと、前記スペーサ上に設けられて前記リード線および前記電力線が結線される金属製のターミナルと、前記スペーサおよび前記ターミナルとを覆う樹脂カバーとを備え、
前記冷却板と前記スペーサとの間には第１のＯリングが介装され、
前記スペーサと前記ターミナルとの間には第２のＯリングが介装され、
前記スペーサと前記樹脂カバーとの間には第３のＯリングが介装されている
ことを特徴とする熱電発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
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【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８０８８４（Ｐ２０１３−８０８８４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１３７８（Ｐ２０１１−２２１３７８）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５９００００８３５）株式会社ＫＥＬＫ (40)
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５９００００８３５）株式会社ＫＥＬＫ (40)
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