热电变换式发电装置制造方法
热电变换式发电装置制造方法
【专利摘要】本发明提供热电变换式发电装置。不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换模组赋予温度差而配设在热电变换模组的侧方的冷却侧的板部件以均匀的加压状态对热电变换模组紧贴。密闭容器（2）在壳体（20）内贯通有流通管（25），在壳体（20）与流通管（25）之间的减压空间（29）中配设热电变换模组（4），在密闭容器（2）中，将壳体（20）的与热电变换模组（4）对应的冷却侧的板部件用具有挠性的薄板（22）构成，成为在薄板（22）与流通管（25）之间夹着热电变换模组（4）的状态。通过将减压空间（29）减压，薄板（22）以加压状态抵接在热电变换模组（4）上，但通过具有挠性，薄板（22）追随于热电变换模组（4）的形状而变形，紧贴性提高。
【专利说明】热电变换式发电装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对热电变换模组赋予温度差而将热能变换为电能的热电变换式发电 装直。
【背景技术】
[0002] 已知有使用热电变换元件将热能变换为电能的发电技术。热电变换元件利用通过 对离开间隔的部位赋予温度差、使高温部与低温部之间产生电位差的塞贝克效应，温度差 越大则发电量也越大。这样的热电变换元件以将多个接合的热电变换元件模组的形态使 用。并且，构成下述热电变换式发电装置：将热电变换模组夹到加热侧的板部件与冷却侧的 板部件之间，通过将加热侧的板部件加热并将冷却侧的板部件冷却而对热电变换模组赋予 温度差，从热电变换模组得到电(参照特开2009 - 088408号公报等)。
[0003] 在这种发电装置中，如上述那样，已知对热电变换模组赋予的温度差越大则发电 量越大、发电性能越提高。作为将热电变换模组的温度差取较大的对策之一，使夹着热电变 换模组配设的加热侧及冷却侧的板部件相对于热电变换模组以均匀的状态紧贴、提高经由 这些板部件的热传导度是有效的。
[0004] 例如如在上述特开2009 - 088408号公报中记载那样，能够使用系杆或螺母这样 的连结用的部件使各板部件以加压状态紧贴在热电变换模组上。但是，如果使用这样的部 件，则难以以均匀的压力将板部件向热电变换模组加压，此外，装置的结构变复杂或成本提 高。此外，有在设计或构思的自由度上发生限制的情况，进而，还有在使想要尽可能实现轻 量化的装置装备的情况下变得不利的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明是鉴于上述情况而做出的，其主要的课题在于提供一种热电变换式发电装 置，其能够不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换模组赋予温度差而配设在热电变 换模组的侧方的冷却侧的板部件对于热电变换模组的紧贴性提高，并且能够实现设计或构 思的自由度的提高及轻量化。
[0006] 本发明的热电变换式发电装置具备：密闭容器，具备相互对置配设的加热侧的板 部件和冷却侧的板部件，内部被减压；和热电变换模组，以配设在上述加热侧的板部件与上 述冷却侧的板部件之间的状态收容到该密闭容器内；将上述加热侧的板部件加热并将上述 冷却侧的板部件冷却，对上述热电变换模组赋予温度差，由此该热电变换模组发电；其特 征在于，上述冷却侧的板部件由具有挠性的挠性板部件构成；通过使上述密闭容器内成为 减压状态而产生的该密闭容器的内外的压力差，成为下述状态：上述挠性板部件以被加压 的状态对上述热电变换模组直接或经由缓冲件抵接。在本发明中，除了挠性板部件对热电 变换模组直接抵接的情况以外，还包括在挠性板部件与热电变换模组之间夹着缓冲件的情 况，将这样在挠性板部件与热电变换模组之间夹着缓冲件的情况如上述那样称作挠性板部 件对热电变换模组经由缓冲件抵接。
[0007] 根据本发明，通过将密闭容器的内部减压，冷却侧的挠性板部件以加压的状态抵 接在热电变换模组侧。挠性板部件追随于热电变换模组的对置面而变形，整面地抵接，能够 得到以均匀的加压状态紧贴的状态。不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而将构成密 闭容器的冷却侧的板部件作为挠性板部件，通过将密闭容器内减压，能够使该板部件对于 热电变换模组的紧贴性提高。此外，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能够 实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。此外，即使是热电变换模组的挠性板部件抵接 的抵接面是同面或不平坦的情况，挠性部件也追随于该抵接面变形而紧贴，所以不需要为 了使板部件对热电变换模组均匀地抵接而提高组装精度或尺寸精度，能够实现生产率提高 及成本降低。
[0008] 本发明包括以下形态：在上述挠性板部件的上述热电变换模组的周围，形成有通 过上述压力差变形的变形部。根据该形态，通过变形部变形，挠性板部件的向作为变形部的 内侧部分的热电变换模组的对置部分容易向热电变换模组侧变形，向热电变换模组的紧贴 性进一步提1?。
[0009] 此外，本发明包括以下形态：在上述冷却侧的板部件上，以能够维持该冷却侧的板 部件的挠性的状态设有冷却促进用的热交换机构。根据该形态，冷却侧的板部件的温度向 热交换机构传递而被散热，冷却侧的板部件对热电变换模组的冷却效率提高。由于热交换 机构能够维持冷却侧的板部件的挠性，所以能够确保冷却侧的板部件对于热电变换模组的 紧贴性提高的本发明的作用效果。
[0010] 作为上述热交换机构，可以举出具有柔性的热交换部件、或多个独立的热交换部 件相对于由上述挠性板部件构成的冷却侧的板部件分散地接触设置的形态。
[0011] 此外，本发明包括以下形态：由上述加热侧的板部件形成中空部，在该中空部的周 围配设上述热电变换模组，在该热电变换模组的外侧配设上述冷却侧的板部件；使加热流 体流通到上述中空部中，将上述加热侧的板部件加热。在该形态中，通过使加热流体流通到 中空部中，能够不使加热流体扩散而将加热侧的板部件效率良好地加热。
[0012] 此外，本发明包括以下形态：具有冷却室，所述冷却室被供给冷却用流体，使冷却 用流体接触在上述冷却侧的板部件上，并通过该冷却用流体提高内压。在该形态中，由于也 通过由供给冷却用流体产生的冷却室的内压使冷却侧的板部件(挠性板部件）以加压状态 抵接在热电变换模组上，所以能够使冷却侧的板部件以均匀的加压状态对热电变换模组紧 贴。
[0013] 根据本发明，起到下述效果：能够不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换 模组赋予温度差而配设在热电变换模组的侧方的冷却侧的板部件对于热电变换模组的紧 贴性提高，并且能够实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是有关本发明的第1实施方式的热电变换式发电装置的整体立体图。
[0015] 图2是图1的II方向向视图。
[0016] 图3是图2的III - III剖视图。
[0017] 图4是图2的IV - IV剖视图。
[0018] 图5是表示该发电装置具备的密闭容器的壳体的结构的立体图，A :分解状态，B : 组装状态。
[0019] 图6是表示该发电装置具备的热电变换模组的主视图。
[0020] 图7是表示在该发电装置中设在壳体的薄板上的热交换部件的例子的俯视图。
[0021] 图8是有关本发明的第2实施方式的热电变换式发电装置的整体立体图。
[0022] 图9是表示在第2实施方式的热电变换式发电装置中将外侧罩及封闭罩拆下的状 态的立体图。
[0023] 图10是第2实施方式的热电变换式发电装置的侧视图。
[0024] 图11是图10的XI - XI剖视图。
[0025] 图12是第2实施方式的热电变换式发电装置的主视图。
[0026] 图13是图12的XIII - XIII剖视图。
[0027] 图14是构成第2实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的A :主视图，B :侧 视图。
[0028] 图15是示意地表示有关第2实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的密闭 各器及端部冷却部的构造的剖视图，表不A :将冷却盒接合如的状态，B :将冷却盒接合并通 过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上的状态。
[0029] 图16是示意地表示第2实施方式的发电单元的密闭容器及中间冷却部的构造的 剖视图，表示通过夹持在可动板部的内侧刚性部间的弹性板将内侧刚性部加压在热电变换 模组上的状态。
[0030] 图17是表示第2实施方式的弹性板的变形例的剖视图，表示A :将冷却盒接合前 的状态，B :将冷却盒接合并通过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上的 状态。
[0031] 图18是表示第2实施方式的另一个弹性板的变形例的图，表示A :将冷却盒接合 前的状态，B :将冷却盒接合并通过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上 的状态。
[0032] 图19是示意地表示有关本发明的第3实施方式的热电变换式发电装置的发电单 元的端部冷却部的周边的剖视图，表示A :将密闭容器内减压前，B :将密闭容器内减压后的 状态。
[0033] 图20是示意地表示第3实施方式的发电单元的中间冷却部的周边的剖视图，表示 将密闭容器内减压后的状态。
[0034] 图21是构成有关本发明的第4实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的A : 主视图，B :侧视图。
[0035] 图22是示意地表示第4实施方式的发电单元的密闭容器的主部构造的剖视图，表 示A :将壳体的可动板部接合前的状态，B :将可动板部接合、内侧刚性部以加压状态紧贴在 热电变换模组上的状态。
[0036] 图23是表示第4实施方式的变形例的剖视图，是使构成可动板部的弹性部的弹簧 板为环状的变形例（A :将可动板部接合之前的状态，B :将可动板部接合后的状态)。
[0037] 附图标记说明 11热电变换式发电装置 12密闭容器 122壳体的薄板(冷却侧的板部件，挠性板部件） 1221变形部 1251流通管的主板部(加热侧的板部件） 14热电变换模组 15缓冲件 16热交换机构 161、162翅片(热交换部件） 351中空部 53a、53b冷却外套(冷却室） W冷却水(冷却用流体） Η加热流体。
【具体实施方式】
[0038] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的第1?第4实施方式。
[0039] [1]第1实施方式
[1 一 1]热电变换式发电装置的结构 图1?图4表示第1实施方式的热电变换式发电装置（以下称作发电装置）11，图1是 整体立体图，图2是图1的II方向向视图，图3、图4分别是图2的III 一 III剖视图、IV - IV剖视图。该发电装置11整体形成为扁平的长方体状(在图1、图3、图4中，X方向是长度 方向)，具备水冷外套13、和收存在水冷外套13内的密闭容器12。
[0040] 密闭容器12呈在扁平管状的壳体120内的中央部收存有同样为扁平管状的流通 管125的双层管构造，使壳体120与流通管125之间的空间为减压空间129,将该减压空间 129的X方向两端的开口用封闭罩126气密地闭塞。水冷外套13形成为大致沿着密闭容器 12的外形的扁平管状，收存在其内部的密闭容器12的开口侧的两端部从水冷外套13的两 立而开口关出。
[0041] 壳体120如图5所示，由以下部分构成：刚性部121，一对框板1210在上下方向（Ζ 方向)上隔开间隔相互平行地面对，所述一对框板1210具有长方形状的外框板部1211和将 外框板部1211内分隔为在长度方向（X方向）上分开的两个孔1213的内框板部1212,外框 板部1211的沿着长度方向的端缘彼此用侧板部1215连结，形成了在长度方向的两端部上 形成开口 1218的开口管部1217 ;和长方形状的薄板(冷却侧的板部件、挠性板部件)122,将 该刚性部121的上下的框板1210的两个孔1213堵塞。薄板122具有挠性，形成为通过能 够在上下方向上弹性变形的板材将两个孔1213覆盖的大小。薄板122从刚性部121的外 侧通过钎焊等接合手段接合在孔1213的周围(外框板部1211和内框板部1212的外表面） 上。作为薄板122的材料，优选的是SUS444等不锈钢或铝等具有耐热性、耐氧化性的金属 板，其厚度使用例如〇. 1_左右者。
[0042] 收存在壳体120的内部的流通管125是将与壳体120的上下的框板1210平行的 上下一对长方形状的主板部(加热侧的板部件）1251的沿着长度方向的端缘彼此用与壳体 120的侧板部1215平行的侧板部1252连结成的，两端开口缘的外表面经由截面向内侧凹陷 的截面U字状、整体为长圆状的封闭罩126接合在壳体120的刚性部121的开口管部1217 的内表面上。
[0043] 流通管125的内部构成加热流体Η (参照图3及图4)从一方的开口朝向另一方的 开口流动的加热流路1253,在该加热流路1253中，配设有将加热流体Η的热向流通管125 传递的翅片1254。翅片1254使用例如将板材弯折加工而形成为波板状的结构等。翅片 1254及封闭罩126分别用钎焊等接合手段接合在刚性部121及流通管125上。另外，翅片 1254根据需要而设置，也有不设置翅片1254而使加热流路1253内为空洞的情况。
[0044] 构成密闭容器12的壳体120的刚性部121、流通管125、封闭罩126使用与薄板122 同样的材料。在这样的密闭容器12的壳体120的薄板122与流通管125的主板部1251之 间，分别配设有热电变换模组14。
[0045] 热电变换模组14如图6所示，是将以平面状排列的多个热电变换元件141的一侧 的面及另一侧的面通过由长方形状的铜板等金属板构成的电极142以锯齿状串联连结而 构成的，一个面侧的电极142通过钎焊等接合手段接合在流通管125的主板部1251的内表 面上。此外，热电变换模组14的另一个面侧的电极142对置于壳体120的薄板122的内表 面，在薄板122与电极142之间夹入保持着缓冲件15。即，薄板122经由缓冲件15对热电 变换模组14抵接。
[0046] 缓冲件15优选的是具有挠性的片状的结构，例如使用较薄的碳片等。另外，在本 实施方式中，在薄板122与热电变换模组14之间夹入了缓冲件15,但缓冲件15根据需要而 使用，也可以选择薄板122直接抵接在热电变换模组14上的形态。
[0047] 构成热电变换模组14的热电变换元件141使用耐热温度较高的种类，例如适当地 使用硅一锗类、镁一硅类、锰一硅类、硅化铁类等。收存了热电变换模组14的密闭容器12 的减压空间129被由刚性部121和薄板122构成的壳体120、流通管125及封闭罩126气密 地封闭。
[0048] 如图4 (在图4中省略了翅片1254的图示）所示，在薄板122的热电变换模组14 的周围部分上，遍及整周形成有向流通管125侧突出的截面三角形状的变形部1221。该变 形部1221形成在孔1213的内周缘与热电变换模组14之间。
[0049] 上述密闭容器12收存在水冷外套13内。如上述那样，水冷外套13是形成为大致 沿着密闭容器12的外形的扁平管状的结构，密闭容器12的两端的开口管部1217从水冷外 套13的两端开口突出。水冷外套13的形成在两端的开口缘上的向内侧弯曲的封闭框部 131通过钎焊等手段气密地接合在密闭容器12的刚性部121的外框板部1211的外表面上。 水冷外套13内的空间、即形成在刚性部121与水冷外套13之间的空间被供给冷却水，成为 用来将薄板122冷却的冷却空间132。在水冷外套13的与壳体120的各侧板部1215对应 的部位的中央部上，设有冷却水的导入出口 133。
[0050] 在密闭容器12内，收存有合计4个热电变换模组14,但这些热电变换模组14串联 地连接。并且，从图1及图2所示的+、一的两条导线149将电向外部取出。导线149将 密闭容器12的侧板部1215及水冷外套13贯通而被引出到外部，进行将侧板部1215及水 冷外套13的导线贯通孔气密地堵塞的处理。
[0051] 在冷却空间132的与热电变换模组14对应的部位上，热交换机构16接合在薄板 122上。热交换机构16通过被供给到冷却空间132中而流动的冷却水接触，使薄板122散 热来促进冷却，以不妨碍薄板122的挠性的状态、即能够维持薄板122的挠性的状态设置。
[0052] 热交换机构16作为能够维持薄板122的挠性的结构，可以举出由具有柔性的翅片 等热交换部件构成的结构。此外，即使是较硬的翅片等热交换部件，也可以将多个独立的热 交换部件相对于薄板122分散地接触而设置，能够维持薄板122的挠性。
[0053] 作为这样的热交换部件，例如如图7A所示，可以举出是针状的多个翅片161、将这 些翅片161相对于薄板122均等配置、在坚立的状态下接合的形态。此外，如图7B所示，也 可以采用将薄板状的较短的翅片162相对于薄板122以交错状偏移配置、在坚立的状态下 接合的形态。
[0054] 上述密闭容器12从形成在规定部位上的未图示的减压封闭口吸引减压空间129 的空气，将减压空间129减压为规定压力（例如1?lOOPa左右)，将减压封闭口焊接等，成 为气密地封闭的状态。由此，在密闭容器12中，发生减压空间129的压力比外部的大气低 的压力差，通过该压力差，壳体120的薄板122受到被向热电变换模组14侧加压的力。
[0055] [1 - 2]发电装置的作用 在由上述结构构成的发电装置11中，从水冷外套13的一方的导入出口 133将冷却水 向冷却空间132导入，从另一方的导入出口 133使冷却水排出，通过使冷却水在充满冷却空 间132的状态下流通，将密闭容器12的薄板122冷却。此外，在流通管125内的加热流路 1253中，从一方的开口朝向另一方的开口流过高温的加热流体H，将流通管125加热。薄板 122通过被冷却水冷却的热交换机构16冷却被促进。冷却后的薄板122的温度向热电变换 模组14的外表面侧传递，将热电变换模组14的外表面侧冷却，另一方面，加热后的流通管 125的主板部1251的温度向热电变换模组14的内表面侧传递，将热电变换模组14的内表 面侧加热。
[0056] 在本实施方式中，壳体120的薄板122为冷却侧的板部件，流通管125的主板部 1251构成加热侧的板部件。通过如上述那样对热电变换模组14的外表面侧和内表面侧赋 予温度差，热电变换模组14发电，从导线149取出电。
[0057] 本实施方式的发电装置11利用例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体、或汽 车的排气气体等作为上述加热流体H。
[0058] [1 一 3]第1实施方式的作用效果 根据上述第1实施方式的发电装置11，通过在密闭容器12中如上述那样将内部的减压 空间129减压、与外部产生压力差，将壳体120的薄板122向热电变换模组14侧加压。薄 板122经由缓冲件15在加压的状态下抵接在热电变换模组14侦k
[0059] 这里，薄板122及缓冲件15具有挠性，所以薄板122追随于热电变换模组14的作 为向薄板122的对置面的电极142的表面而变形，整面地抵接。由此，得到薄板122经由缓 冲件15以均匀的加压状态紧贴在热电变换模组14上的状态，紧贴性提高。结果，热电变换 模组14的冷却侧的电极142的冷却效率提高，进而，对热电变换模组14赋予的温度差变 大，发电性能提高。热电变换模组14从薄板122受到压力，但被中间夹着的缓冲件15保护。
[0060] 此外，由于不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过减压作用使作为冷却 侧的板部件的薄板122紧贴在热电变换模组14上，所以不会变得复杂且高成本，能够将薄 板122相对于热电变换模组14以均匀的加压状态紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样 的连结用的部件，所以能够实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0061] 此外，即使是热电变换模组14的薄板122经由缓冲件15抵接的电极142的抵接 面是同面、或者不平坦的情况，由于薄板122追随于该抵接面变形而紧贴，所以不需要为了 使壳体120侧与热电变换模组14侧均匀地抵接而提高组装精度及尺寸精度，结果也能够实 现生产率提高及成本降低。
[0062] 在本实施方式中，在薄板122的热电变换模组14的周围部分上形成有变形部 1221，通过变形部1221在上述压力差作用下变形，薄板122容易向热电变换模组14侧变 形，因此，向热电变换|吴组14的紧贴性进一步提商。
[0063] 此外，在本实施方式中，作为冷却侧的板部件的薄板122的温度向热交换机构16 传递而被散热，薄板122对热电变换模组14的冷却效率提高。热交换机构16由于能够维持 薄板122的挠性，所以确保了薄板122相对于热电变换模组14的紧贴性提高的作用效果。 [0064] 另外，上述第1实施方式是将本发明具体化的一例，本发明并不限定于该实施方 式，只要是包含本发明的形态，关于具体的结构能够进行各种各样的变更。例如，在上述第 1实施方式中，挠性板部件是冷却侧的板部件(薄板122)，但也可以采用将作为夹着热电变 换模组14配设的另一个加热侧的板部件的流通管125的主板部1251作为挠性板部件的形 态。
[0065] [2]第2实施方式 接着，参照图8?图18说明本发明的第2实施方式。
[0066] [2 - 1]热电变换式发电装置的整体结构 图8?图13表示第2实施方式的热电变换式发电装置（以下，称作发电装置）1。该发 电装置1为下述结构：将具有密闭容器3的多个发电单元2在图中Y方向上夹着冷却部5A 以并列状态层叠，在装置1整体的两侧面即Y方向两端部上也配设有冷却部5B。发电单元 2的数量是任意的，在此情况下，将4个发电单元2层叠而构成发电装置1。
[0067] 密闭容器3由纵截面（Y - Z截面）在Z方向上较长的大致长方体的箱状的壳体 30、配设在壳体30内的中央部的纵截面在Z方向上较长的扁平管状的流通管35、和将X方 向两端的开口堵塞的封闭罩38 (参照图13)构成。壳体30及流通管35都是X方向的两端 开口，流通管35的内部为后述的加热流体在X方向上流动的中空部351。
[0068] 如图14所示，壳体30由与X - Z面平行的相互对置的一对可动板部(冷却侧的板 部件）31、和将可动板部31的上下的端缘连结的平板状的一对端板部32形成为大致长方 形的箱状。此外，流通管35由与X - Z面平行的相互对置的一对内板部(加热侧的板部件） 36、和将内板部36的上下的端缘连结的截面半圆弧状的一对弯曲部37形成为扁平管状。
[0069] 在流通管35的内部、即密闭容器3的中空部351，配设有翅片352。翅片352例如 是将板材弯折加工而形成为波板状的结构，在弯曲部的外侧抵接在内板部36的内表面上 的状态下通过钎焊等接合手段被接合。
[0070] 在密闭容器3内、即壳体30的内表面与流通管35的外表面之间，形成有纵截面在 Z方向上较长的大致环状的内部空间3a。并且，在该内部空间3a的Y方向两侧，以夹在壳 体30的可动板部31与流通管35的内板部36之间的状态，分别配设有热电变换模组4。
[0071] 在内部空间3a的Y方向两侧的区域中以一对的状态配设有热电变换模组4的多 个密闭容器3如图11及图13所示，在可动板部31间夹着冷却部5A而在Y方向上并列层 叠。此外，在Y方向两端的可动板部31的外表面上，也分别配设冷却部5B。以下，将密闭容 器3间的冷却部5A称作中间冷却部5A，将Y方向两端部的冷却部5B称作端部冷却部5B。
[0072] 热电变换模组4如图15所示，是将以平面状排列的多个热电变换元件41的一侧 的面及另一侧的面通过由铜等构成的电极42连结为锯齿状而构成的，一个面侧的电极42 通过钎焊等接合手段接合在流通管35的内板部36的内表面上。此外，热电变换模组4的另 一面侧的电极42抵接在壳体30的可动板部31的后述的内侧刚性部312的内表面上。艮P， 热电变换模组4是与内侧刚性部312非接合状态，两者能够沿着相互的抵接面相对移动。
[0073] 构成热电变换模组4的热电变换元件41使用耐热温度较高的种类，优选的是使用 例如硅一锗类、镁一硅类、锰一硅类、硅化铁类等。在热电变换模组4上，连接着用来将电取 出的一对端子43。在此情况下，端子43如图14A所示那样在内部空间3a的上部向上方延 伸，将密闭容器3的上侧的端板部32贯通而突出到外部。端板部32的端子43的贯通孔被 进行了气密地封堵的处理。
[0074] 如图13所示，密闭容器3的内部空间3a的X侧的开口被截面向内侧凹陷的截面 U字状、整体为长圆状的封闭罩38堵塞。封闭罩38气密地接合在可动板部31的后述的外 侧刚性部311的内表面、和流通管35的X方向端部的外表面上。密闭容器3的内部空间3a 被壳体30、流通管35及封闭罩38气密地封闭。如图8及图10所示，在各密闭容器3的壳 体30的X方向两端面上接合着外侧罩33,本装置1的X方向两侧被该外侧罩33覆盖。各 流通管35的X方向两端部从各壳体30突出，该突出端部将形成在外侧罩33上的流通管插 入孔331贯通而关出到外部。
[0075] [2 - 2]密闭容器的结构 构成上述密闭容器3的壳体30的可动板部31如图14所示，具有外形形成为长方形的 框状的外侧刚性部311、配设在外侧刚性部311的内侧的与外侧刚性部311相同厚度的内侧 刚性部312、和配设为将形成在外侧刚性部311与内侧刚性部312之间的一定宽度的间隙 314堵塞的状态的比各刚性部311、312的厚度薄的变形部313。
[0076] 夕Η则刚性部311的内缘31 la形成为大致长圆形状，内侧刚性部312的外缘312a从 外侧刚性部311的内缘311a隔开一定的间隙314而形成为大致长圆形状。在内侧刚性部 312的外表面上，用钎焊等接合手段接合具有挠性的薄板315。该薄板315具有将各刚性部 311、312之间的间隙314覆盖、达到外侧刚性部311的外表面的大小，外缘部通过钎焊等接 合手段接合在外侧刚性部311的外表面上。通过该薄板315,刚性部311、312彼此成为以存 在于同一平面内的方式连结的状态。在本实施方式中，刚性部311、312彼此存在于同一平 面内，但各刚性部311、312的位置关系并不限定于此，也可以是在某一方向内侧偏移的状 态下通过薄板315连结的结构。
[0077] 将薄板315的间隙314覆盖的部分构成具有挠性的大致环状的变形部313,如图 15所示，在变形部313的宽度方向中央部，遍及整周形成有朝向内侧突出的凸条部313a。变 形部313以从内侧刚性部312的周缘面312b的外侧向外侧刚性部311的内缘311a的外侧 延伸的状态设置。外侧刚性部311的Z方向的两侧的端缘形成为一体化在端板部32上的 状态。即，在上下一对端板部32上一体成形两侧的外侧刚性部311，在外侧刚性部311上经 由薄板315接合内侧刚性部312,构成壳体30。内侧刚性部312具有将热电变换模组4覆 盖的大小，为抵接在热电变换模组4的单面整面上的状态。
[0078] 如图8所示，在密闭容器3的上侧的端板部32上设有多个减压封闭口 321，利用这 些减压封闭口 321将密闭容器3内的内部空间3a减压。
[0079] [2 - 3]冷却部和弹性板 中间冷却部5A及端部冷却部5B分别具备冷却盒53A、53B。中间冷却部5A的冷却盒 53A形成为沿着可动板部311的外侧刚性部311的周缘的框状，被夹在相邻的外侧刚性部 311之间，接合在这些外侧刚性部311的外表面周缘部上。即，在本装置1中，相邻的壳体 30为相邻的外侧刚性部311彼此经由冷却盒53A接合的状态。在由冷却盒53A和夹着冷却 盒53A的两侧的可动板部31包围的中间冷却部5A的内部，形成有冷却外套(冷却室）53a， 所述冷却外套(冷却室）53a作为冷却水的流路，将可动板部31冷却。
[0080] 另一方面，端部冷却部5B的冷却盒53B形成为将端部的可动板部31覆盖的盖状， 将形成在单面侧的较浅的凹处朝向可动板部31侧，将端缘接合在外侧刚性部311的外表面 周缘部上。在由冷却盒53B的内表面和可动板部31包围的端部冷却部5B的内部，形成有 被供给冷却水而将可动板部31冷却的冷却外套53b。
[0081] 在中间冷却部5A及端部冷却部5B的各冷却盒53A、53B的下端面上形成有冷却水 供给口 51，此外在上端面上形成有冷却水排水口 52。冷却水供给口 51及冷却水排水口 52 形成在X方向的中央，在冷却水供给口 51及冷却水排水口 52上，分别连接着未图示的冷却 水供给管及排水管。
[0082] 在中间冷却部5A及端部冷却部5B的冷却外套53a、53b内，设有多个将可动板部 31的内侧刚性部312相对于热电变换模组4加压而使其抵接的弹性板70。
[0083] 如图15B所示，在端部冷却部5B，在冷却盒53B与内侧刚性部312之间，以压缩的 状态夹持着多个弹性板70。弹性板70具有截面形成为波状的翅片形状，一端部接合在冷却 盒53B的内表面上，另一端部抵接在内侧刚性部312上，没有接合。
[0084] 图15A表示冷却盒53B接合到可动板部31的外侧刚性部311上之前的状态，使自 由状态的弹性板70的内侧刚性部312侧的另一端部抵接在内侧刚性部312的外表面上。在 此状态下，冷却盒53B的向外侧刚性部311的接合端缘相对于外侧刚性部311离开间隔而 对置。使冷却盒53B抵抗弹性板70的反弹力向可动板部31侧移动，将接合端缘向外侧刚 性部311推压，保持该状态而接合到外侧刚性部311上。如果这样将冷却盒53B相对于可 动板部31组装，则冷却外套53b内的弹性板70以弹性压缩的状态被夹持到冷却盒53B与 内侧刚性部312之间。
[0085] 如图16所示，设在中间冷却部5A的冷却外套53a内的多个弹性板70的一端部接 合在某一个内侧刚性部312上，另一端部抵接在另一个内侧刚性部312上，没有进行接合。 中间冷却部5A的弹性板70当将相邻的密闭容器3经由冷却盒53A接合时，通过将相邻的 内侧刚性部312彼此靠近而被压缩，如果进行接合，则被保持为夹持在内侧刚性部312间的 状态。
[0086] 上述密闭容器3从减压封闭口 321将内部的空气吸引，将密闭容器3内的内部空 间3a减压为规定压力（例如1?lOOPa左右)，将减压封闭口 321焊接等，成为气密地封闭 的状态。由此，在密闭容器3中，发生内部压力比外部的大气低的压力差，通过该压力差，壳 体30的可动板部31受到被向内侧加压的力。
[0087] 图15B表示将密闭容器3内的内部空间3a减压后的状态，如果内部空间3a被减 压、可动板部31被向内侧加压，则具有挠性的变形部313如该图所示那样，以凸条部313a 向内侧进一步突出的方式变形，由此，内侧刚性部312除了弹性板70的反弹力以外，强力地 抵接在热电变换模组4上，成为均匀地紧贴在热电变换模组4上的状态。换言之，通过变形 部313变形，来实现内侧刚性部312的向热电变换模组4的抵接面运动以便均匀地强力紧 贴在热电变换模组4上这一动作。
[0088] [2 - 4]发电装置的作用 在由上述结构构成的发电装置1中，向各冷却外套53a、53b内供给冷却水并使其流通， 将密闭容器3的可动板部31冷却。另一方面，在各流通管35中，从一端侧朝向另一端侧流 过高温的加热流体H，将流通管35加热。冷却后的可动板部31的温度向热电变换模组4的 外表面侧传递，将热电变换模组4的外表面侧冷却，另一方面，加热后的流通管35的内板部 36的温度向热电变换模组4的内表面侧传递，将热电变换模组4的内表面侧加热。加热流 体Η通过在中空部351中流动，没有扩散，将流通管35的内板部36效率良好地加热。
[0089] 在本实施方式中，壳体30的可动板部31为冷却侧的板部件，流通管35的内板部 36构成加热侧的板部件。通过这样对热电变换模组4的外表面侧和内表面侧赋予温度差， 热电变换模组4发电，从端子43取出电。
[0090] 本实施方式的发电装置1使用例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体或汽车 的排气气体等作为上述加热流体Η。
[0091] [2 - 5]第2实施方式的作用效果 根据上述第2实施方式的发电装置1，通过压缩状态的弹性板70的反弹力，将作为加热 侧的板部件的可动板部31的内侧刚性部312相对于热电变换模组4加压而抵接、紧贴。由 于不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过弹性板70将内侧刚性部312加压，使其 相对于热电变换模组4紧贴，所以能够不成为复杂且高成本，而使内侧刚性部312以均匀的 加压状态对热电变换模组4紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以 能够有利于设计或构思的自由度的提高及轻量化。此外，通过弹性板70能够使内侧刚性部 312的刚性提高，内侧刚性部312的变形被抑制，能够容易使内侧刚性部312紧贴在热电变 换模组4上。
[0092] 此外，还通过密闭容器3内的减压作用使内侧刚性部312以加压状态紧贴在热电 变换模组4上。内侧刚性部312被设定为即使被向热电变换模组4侧加压也不带来变形的 厚度，另一方面，变形部313在将密闭容器3内的内部空间3a减压时，能够追随于内侧刚性 部312的向内侧的运动而变形。因此，内侧刚性部312变形被抑制，并且内侧刚性部312对 热电变换模组4可靠地以面抵接，能够得到均匀地紧贴的状态。
[0093] 此外，如图16所示，收容到中间冷却部5A的冷却外套53a内的弹性板70被夹持 设置在这些相邻的密闭容器3的各内侧刚性部312间。另一方面，如图15B所示，收容到端 部冷却部5B的冷却外套53b内的弹性板70通过将冷却盒53B向壳体30侧推压固定而发 生反弹力并且能够保持，能够将弹性板70的反弹力可靠地向热电变换模组4施加。
[0094] 此外，弹性板70其一端部分别在端部冷却部5B中接合在冷却盒53B上、此外在中 间冷却部5A中接合在夹持的两侧的内侧刚性部312中的一侧，另一端部以非接合状态抵接 在另一侧。由此，得到弹性板70的处置变容易、此外容易组装的效果。此外，在通过加热/ 冷却而热电变换模组4或内侧刚性部312膨胀/收缩的情况下，弹性板70的非接合侧相对 于热电变换模组4或内侧刚性部312能够相对移动，因此，不易发生下述不良状况：发生因 热影响带来的应力而变形。
[0095] 此外，由于密闭容器3内的内部空间3a被减压，所以与其内部空间3a中以常压存 在空气等气体的情况相比，内部空间3a不易被加热。因此，内部气体膨胀而给密闭容器3 带来影响、或热电变换模组4被加热而劣化这样的不良状况的发生被抑制。可动板部31的 变形部313因板厚比内侧刚性部312小而能够变形，能够容易地设置变形部313。
[0096] 此外，在本实施方式中，流到冷却外套53a、53b内的冷却水接触在弹性板70上。 内侧刚性部312的温度向弹性板70传递，弹性板70被冷却水冷却，所以能够得到由弹性板 70带来的散热效果。因而，如果如本实施方式那样将弹性板70形成为翅片形状，则冷却效 果提高，所以是优选的。
[0097] [2 - 6]第2实施方式的变形例 弹性板70只要是将内侧刚性部312向热电变换模组4加压，并不限定于上述实施方式 的形状。例如，可以举出如图17所示那样将截面V字状的一对弹性板70配设为左右对称 的状态的结构、或如图18所示那样截面Ω状的凸条部71排列形成的弹性板70等。这些 图都是，A表示将端部冷却部5B的冷却盒53B接合到可动板部31的外侧刚性部311上之 前的状态，B表示将冷却盒53B接合在外侧刚性部311上、通过弹性板70将可动板部31的 内侧刚性部312向热电变换模组4加压的状态。作为弹性板70,如上述那样冷却水接触而 能够得到散热效果的翅片形状者是优选的。
[0098] 此外，也可以做成在热电变换模组4与冷却侧的板部件(密闭容器3的可动板部31 的内侧刚性部312)及加热侧的板部件(密闭容器3的流通管35的内板部36)的至少一方 之间配设例如由具有柔性的材料构成的缓冲件的结构。在这样的结构的情况下，密闭容器 3经由该缓冲件以加压状态抵接在热电变换模组4上，将热电变换模组4用缓冲件保护。 [0099] 接着，说明整体结构与上述第2实施方式基本上同样的第3实施方式及第4实施 方式。在这些实施方式的说明中参照的图中，对于与上述第2实施方式相同的构成要素赋 予相同的附图标记，适当省略其说明。
[0100] [3]第3实施方式 参照图19及图20说明本发明的第3实施方式。
[0101] 在第3实施方式中，其特征在于，通过供给到上述第2实施方式的冷却外套53a、 53b内的冷却水(冷却用流体）使冷却外套53a、53b产生内压，以下说明其作用。
[0102] 图19A是将配设有端部冷却部5B的端部的密闭容器3内减压之前的状态，如果减 压而将可动板部31向内侧加压，则如图19B所示，具有挠性的变形部313以凸条部313a向 内侧进一步突出的方式变形，由此使内侧刚性部312抵接到热电变换模组4上。换言之，通 过变形部313变形，来实现内侧刚性部312的向热电变换模组4的抵接面运动以抵接到热 电变换模组4上这一动作。
[0103] 此外，图20表示中间冷却部5A的两侧的密闭容器3内被减压的状态，具有挠性的 变形部313的凸条部313a同样以向内侧突出的方式变形，内侧刚性部312抵接在热电变换 模组4上(变形部313的双点划线表示减压前的状态)。
[0104] 在本实施方式中，如图19B及图20所示，向各冷却外套53a、53b内供给冷却水W 并使其流通，将密闭容器3的可动板部31冷却。另一方面，在各流通管35中，从一端侧朝 向另一端侧流过高温的加热流体(例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体、或汽车的排 气气体)H，将流通管35加热。由此，与上述第2实施方式同样，对热电变换模组4的外表面 侧和内表面侧赋予温度差，热电变换模组4发电，从端子43取出电。
[0105] 在本实施方式中，将供给到各冷却部5A、5B的冷却外套53a、53b内的冷却水W总 是供给在冷却外套53a、53b内以某种程度的水平(例如0. 1?IMPa)产生内压的量。通过 这样由冷却水W使冷却外套53a、53b内产生内压(正压)，用该内压使可动板部31的内侧刚 性部312以加压状态抵接在热电变换模组4上。因此，能够使内侧刚性部312相对于热电 变换模组4以均匀的加压状态紧贴。由此，经由可动板部31的内侧刚性部312的从冷却部 5A、5B向热电变换模组4的热传导度提高，对热电变换模组4赋予的温度差变大，发电性能 提1?。
[0106] 此外，由于利用冷却外套53a、53b内的冷却水W将内侧刚性部312加压而使其对 热电变换模组4抵接，所以装置不会变得复杂且高成本，能够使内侧刚性部312以均匀的加 压状态对热电变换模组4紧贴。此外，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能 够有利于设计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0107] 此外，在本实施方式中，将作为冷却侧的板部件的可动板部31做成了具有向热电 变换模组4抵接的内侧刚性部312、和其周围的有挠性的变形部313的结构。因此，变形部 313变形而能够得到内侧刚性部312对于热电变换模组4可靠且均匀地抵接的状态。进而， 通过使向热电变换模组4紧贴的部分为刚性部，不会发生变形，并且可靠地以面抵接在热 电变换模组4上，容易得到对于热电变换模组4的均匀的加压状态。
[0108] 此外，在本实施方式中，除了冷却外套53a、53b的内压以外，还通过将密闭容器3 内减压，使可动板部31的内侧刚性部312以加压状态抵接在热电变换模组4上。因而，能 够进一步提高内侧刚性部312对于热电变换模组4的紧贴度。此外，由于将密闭容器2内 减压，所以与空气等气体以常压存在于内部空间3a中的情况相比，密闭容器3内不易被加 热，能够抑制内部气体膨胀而给密闭容器3带来影响、或热电变换模组4被加热而劣化这样 的不良状况的发生。
[0109] [4]第4实施方式 接着，参照图21?图23说明本发明的第4实施方式。
[0110] 在第4实施方式中，其特征在于，在上述第2及第3实施方式的密闭容器3中，代 替变形部313而设有弹性部317。以下，再次说明第4实施方式的密闭容器3。
[0111] [4 一 1]密闭容器的结构 如图21所示，构成第4实施方式的密闭容器3的壳体30的可动板部31具有外形形成 为长方形的框状的外侧刚性部311、配设在外侧刚性部311的内侧的与外侧刚性部311相同 厚度的内侧刚性部312、和以将形成在外侧刚性部311与内侧刚性部312之间的一定宽度的 间隙314堵塞的状态配设的比各刚性部311、312的厚度薄的弹性部317。
[0112] 外侧刚性部311的内缘311a形成为大致长圆形状，内侧刚性部312的外缘312a 从外侧刚性部311的内缘311a隔开一定的间隙314而形成为大致长圆形状。在内侧刚性 部312的外表面上，通过钎焊等接合手段接合着有弹性的弹簧板316。该弹簧板316具有将 各刚性部311、312之间的间隙314覆盖、达到外侧刚性部311的外表面的大小，外缘部通过 钎焊等接合手段接合在外侧刚性部311的外表面上。
[0113] 弹簧板316的将间隙314覆盖的部分构成大致环状的弹性部317。该弹性部317设 置为从内侧刚性部312的外缘312a的外侧向外侧刚性部311的内缘311a的外侧延伸的状 态，如图22A所示，在没有组装为内部配设有热电变换模组4的密闭容器3的自由状态下， 向内侧倾斜。S卩，弹簧板316从外侧刚性部311的外缘311a向内侧弯曲而平坦地延伸，在 内侧刚性部312的外缘312a弯曲以接合到内侧刚性部312的外表面上。因而，壳体30的 可动板部31整体成为弹性部317在自由状态下遍及从弹性部317到内侧刚性部312形成 有凹处319的状态。
[0114] 在密闭容器3的上侧的端板部32上设有多个减压封闭口 321，利用这些减压封闭 口 321将密闭容器3内的内部空间3a减压。
[0115] 外侧刚性部311的Z方向的两侧的端缘形成为一体化在端板部32上的状态。艮P， 在上下一对端板部32上一体成形两侧的外侧刚性部311，在外侧刚性部311上经由弹簧板 316接合内侧刚性部312而构成壳体30。内侧刚性部312具有将热电变换模组4覆盖的大 小，为抵接在热电变换模组4的单面整面上的状态。
[0116] 上述结构的密闭容器3如果在内部配设有热电变换模组4的状态下，将可动板部 31的外侧刚性部311的内表面接合到封闭罩38上而组装，则如图22B所示，通过可动板部 31的内侧刚性部312的内表面抵接在热电变换模组4上而弹性部317向外侧弹性变形，凹 处319消失，外侧刚性部311和内侧刚性部312大致存在于同一平面内，弹性部317成为与 各刚性部311、312大致平行的状态。在该组装状态下，内侧刚性部312通过变形的弹性部 317的反弹力而强力地抵接在热电变换模组4上，成为均匀地紧贴在热电变换模组4上的状 态。另外，在本实施方式中，刚性部311、312彼此存在于同一平面内，但各刚性部311、312 的位置关系并不限定于此，也可以是在某一方向内侧偏移的状态下通过弹簧板316连结的 结构。
[0117] 接着，从减压封闭口 321吸引内部的空气，将密闭容器3内减压为规定压力（例如 1?lOOPa左右)，将减压封闭口 321焊接等，成为气密地封闭的状态。
[0118] 关于各冷却部（中间冷却部5A及端部冷却部5B)的结构及发电作用，与上述第2 及第3实施方式是同样的。
[0119] [4 - 2]密闭容器的作用效果 在本实施方式中，密闭容器3的可动板部31的内侧刚性部312通过弹簧板316的弹性 部317的反弹力以加压的状态对热电变换模组4抵接，成为均匀地紧贴的状态。因此，经由 内侧刚性部312的从冷却部5A、5B向热电变换模组4的热传导度提高，对热电变换模组4 赋予的温度差变大，发电性能提高。
[0120] 在本实施方式中，不像以往那样使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过使 可动板部31的弹性部317产生反弹力，使作为冷却侧的板部件的内侧刚性部312紧贴在热 电变换模组4上，所以不会变得复杂且高成本，能够以均匀的加压状态使内侧刚性部312对 热电变换模组4紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能够实现设 计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0121] 通过可动板部31的弹性部317的弹性以加压状态紧贴在热电变换模组4上的内 侧刚性部312被设定为即使被向热电变换模组4侧加压也不带来变形的厚度，因此，内侧刚 性部312变形被抑制，并且内侧刚性部312对热电变换模组4可靠地以面抵接，能够得到均 匀地紧贴的状态。
[0122] 此外，由于密闭容器3内被减压，所以与在内部以常压存在空气等气体的情况相 t匕，密闭容器3内不易被加热，能够抑制内部气体膨胀而给密闭容器3带来影响、或热电变 换模组4被加热而劣化这样的不良状况的发生。
[0123] 在本实施方式中，能够进行各种各样的变更。例如如图23所示，构成弹性部317 的弹簧板316也可以不将内侧刚性部312的外表面整面覆盖，而形成为具有将外侧刚性部 311与内侧刚性部312之间的间隙314覆盖的程度的宽度的环状。
【权利要求】
1. 一种热电变换式发电装置，具备： 密闭容器，具备相互对置配设的加热侧的板部件和冷却侧的板部件，内部被减压；和 热电变换模组，以配设在上述加热侧的板部件与上述冷却侧的板部件之间的状态收容 到该密闭容器内； 将上述加热侧的板部件加热并将上述冷却侧的板部件冷却，对上述热电变换模组赋予 温度差，由此该热电变换模组发电； 其特征在于， 上述冷却侧的板部件由具有挠性的挠性板部件构成； 通过使上述密闭容器内成为减压状态而产生的该密闭容器的内外的压力差，成为下述 状态：上述挠性板部件以被加压的状态对上述热电变换模组直接或经由缓冲件抵接。
2. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 在上述挠性板部件的上述热电变换模组的周围，形成有通过上述压力差变形的变形 部。
3. 如权利要求1或2所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 在上述冷却侧的板部件上，以能够维持该冷却侧的板部件的挠性的状态设有冷却促进 用的热交换机构。
4. 如权利要求3所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 上述热交换机构由具有柔性的热交换部件构成。
5. 如权利要求3所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 上述热交换机构的多个独立的热交换部件相对于由上述挠性板部件构成的上述冷却 侧的板部件分散地接触设置。
6. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 由上述加热侧的板部件形成中空部，在该中空部的周围配设上述热电变换模组，在该 热电变换模组的外侧配设上述冷却侧的板部件； 使加热流体流通到上述中空部中，将上述加热侧的板部件加热。
7. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 具有冷却室，所述冷却室被供给冷却用流体，使冷却用流体接触在上述冷却侧的板部 件上，并通过该冷却用流体提高内压。
【文档编号】H01L35/32GK104112817SQ201410124741
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】地主孝广, 富永昌尚, 石岛善三, 森正芳, 山上武, 松田洋, 山下翔平 申请人:日立化成株式会社, 本田技研工业株式会社
【专利摘要】本发明提供热电变换式发电装置。不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换模组赋予温度差而配设在热电变换模组的侧方的冷却侧的板部件以均匀的加压状态对热电变换模组紧贴。密闭容器（2）在壳体（20）内贯通有流通管（25），在壳体（20）与流通管（25）之间的减压空间（29）中配设热电变换模组（4），在密闭容器（2）中，将壳体（20）的与热电变换模组（4）对应的冷却侧的板部件用具有挠性的薄板（22）构成，成为在薄板（22）与流通管（25）之间夹着热电变换模组（4）的状态。通过将减压空间（29）减压，薄板（22）以加压状态抵接在热电变换模组（4）上，但通过具有挠性，薄板（22）追随于热电变换模组（4）的形状而变形，紧贴性提高。
【专利说明】热电变换式发电装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对热电变换模组赋予温度差而将热能变换为电能的热电变换式发电 装直。
【背景技术】
[0002] 已知有使用热电变换元件将热能变换为电能的发电技术。热电变换元件利用通过 对离开间隔的部位赋予温度差、使高温部与低温部之间产生电位差的塞贝克效应，温度差 越大则发电量也越大。这样的热电变换元件以将多个接合的热电变换元件模组的形态使 用。并且，构成下述热电变换式发电装置：将热电变换模组夹到加热侧的板部件与冷却侧的 板部件之间，通过将加热侧的板部件加热并将冷却侧的板部件冷却而对热电变换模组赋予 温度差，从热电变换模组得到电(参照特开2009 - 088408号公报等)。
[0003] 在这种发电装置中，如上述那样，已知对热电变换模组赋予的温度差越大则发电 量越大、发电性能越提高。作为将热电变换模组的温度差取较大的对策之一，使夹着热电变 换模组配设的加热侧及冷却侧的板部件相对于热电变换模组以均匀的状态紧贴、提高经由 这些板部件的热传导度是有效的。
[0004] 例如如在上述特开2009 - 088408号公报中记载那样，能够使用系杆或螺母这样 的连结用的部件使各板部件以加压状态紧贴在热电变换模组上。但是，如果使用这样的部 件，则难以以均匀的压力将板部件向热电变换模组加压，此外，装置的结构变复杂或成本提 高。此外，有在设计或构思的自由度上发生限制的情况，进而，还有在使想要尽可能实现轻 量化的装置装备的情况下变得不利的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明是鉴于上述情况而做出的，其主要的课题在于提供一种热电变换式发电装 置，其能够不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换模组赋予温度差而配设在热电变 换模组的侧方的冷却侧的板部件对于热电变换模组的紧贴性提高，并且能够实现设计或构 思的自由度的提高及轻量化。
[0006] 本发明的热电变换式发电装置具备：密闭容器，具备相互对置配设的加热侧的板 部件和冷却侧的板部件，内部被减压；和热电变换模组，以配设在上述加热侧的板部件与上 述冷却侧的板部件之间的状态收容到该密闭容器内；将上述加热侧的板部件加热并将上述 冷却侧的板部件冷却，对上述热电变换模组赋予温度差，由此该热电变换模组发电；其特 征在于，上述冷却侧的板部件由具有挠性的挠性板部件构成；通过使上述密闭容器内成为 减压状态而产生的该密闭容器的内外的压力差，成为下述状态：上述挠性板部件以被加压 的状态对上述热电变换模组直接或经由缓冲件抵接。在本发明中，除了挠性板部件对热电 变换模组直接抵接的情况以外，还包括在挠性板部件与热电变换模组之间夹着缓冲件的情 况，将这样在挠性板部件与热电变换模组之间夹着缓冲件的情况如上述那样称作挠性板部 件对热电变换模组经由缓冲件抵接。
[0007] 根据本发明，通过将密闭容器的内部减压，冷却侧的挠性板部件以加压的状态抵 接在热电变换模组侧。挠性板部件追随于热电变换模组的对置面而变形，整面地抵接，能够 得到以均匀的加压状态紧贴的状态。不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而将构成密 闭容器的冷却侧的板部件作为挠性板部件，通过将密闭容器内减压，能够使该板部件对于 热电变换模组的紧贴性提高。此外，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能够 实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。此外，即使是热电变换模组的挠性板部件抵接 的抵接面是同面或不平坦的情况，挠性部件也追随于该抵接面变形而紧贴，所以不需要为 了使板部件对热电变换模组均匀地抵接而提高组装精度或尺寸精度，能够实现生产率提高 及成本降低。
[0008] 本发明包括以下形态：在上述挠性板部件的上述热电变换模组的周围，形成有通 过上述压力差变形的变形部。根据该形态，通过变形部变形，挠性板部件的向作为变形部的 内侧部分的热电变换模组的对置部分容易向热电变换模组侧变形，向热电变换模组的紧贴 性进一步提1?。
[0009] 此外，本发明包括以下形态：在上述冷却侧的板部件上，以能够维持该冷却侧的板 部件的挠性的状态设有冷却促进用的热交换机构。根据该形态，冷却侧的板部件的温度向 热交换机构传递而被散热，冷却侧的板部件对热电变换模组的冷却效率提高。由于热交换 机构能够维持冷却侧的板部件的挠性，所以能够确保冷却侧的板部件对于热电变换模组的 紧贴性提高的本发明的作用效果。
[0010] 作为上述热交换机构，可以举出具有柔性的热交换部件、或多个独立的热交换部 件相对于由上述挠性板部件构成的冷却侧的板部件分散地接触设置的形态。
[0011] 此外，本发明包括以下形态：由上述加热侧的板部件形成中空部，在该中空部的周 围配设上述热电变换模组，在该热电变换模组的外侧配设上述冷却侧的板部件；使加热流 体流通到上述中空部中，将上述加热侧的板部件加热。在该形态中，通过使加热流体流通到 中空部中，能够不使加热流体扩散而将加热侧的板部件效率良好地加热。
[0012] 此外，本发明包括以下形态：具有冷却室，所述冷却室被供给冷却用流体，使冷却 用流体接触在上述冷却侧的板部件上，并通过该冷却用流体提高内压。在该形态中，由于也 通过由供给冷却用流体产生的冷却室的内压使冷却侧的板部件(挠性板部件）以加压状态 抵接在热电变换模组上，所以能够使冷却侧的板部件以均匀的加压状态对热电变换模组紧 贴。
[0013] 根据本发明，起到下述效果：能够不使装置变复杂且高成本而使为了对热电变换 模组赋予温度差而配设在热电变换模组的侧方的冷却侧的板部件对于热电变换模组的紧 贴性提高，并且能够实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是有关本发明的第1实施方式的热电变换式发电装置的整体立体图。
[0015] 图2是图1的II方向向视图。
[0016] 图3是图2的III - III剖视图。
[0017] 图4是图2的IV - IV剖视图。
[0018] 图5是表示该发电装置具备的密闭容器的壳体的结构的立体图，A :分解状态，B : 组装状态。
[0019] 图6是表示该发电装置具备的热电变换模组的主视图。
[0020] 图7是表示在该发电装置中设在壳体的薄板上的热交换部件的例子的俯视图。
[0021] 图8是有关本发明的第2实施方式的热电变换式发电装置的整体立体图。
[0022] 图9是表示在第2实施方式的热电变换式发电装置中将外侧罩及封闭罩拆下的状 态的立体图。
[0023] 图10是第2实施方式的热电变换式发电装置的侧视图。
[0024] 图11是图10的XI - XI剖视图。
[0025] 图12是第2实施方式的热电变换式发电装置的主视图。
[0026] 图13是图12的XIII - XIII剖视图。
[0027] 图14是构成第2实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的A :主视图，B :侧 视图。
[0028] 图15是示意地表示有关第2实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的密闭 各器及端部冷却部的构造的剖视图，表不A :将冷却盒接合如的状态，B :将冷却盒接合并通 过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上的状态。
[0029] 图16是示意地表示第2实施方式的发电单元的密闭容器及中间冷却部的构造的 剖视图，表示通过夹持在可动板部的内侧刚性部间的弹性板将内侧刚性部加压在热电变换 模组上的状态。
[0030] 图17是表示第2实施方式的弹性板的变形例的剖视图，表示A :将冷却盒接合前 的状态，B :将冷却盒接合并通过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上的 状态。
[0031] 图18是表示第2实施方式的另一个弹性板的变形例的图，表示A :将冷却盒接合 前的状态，B :将冷却盒接合并通过弹性板将可动板部的内侧刚性部加压在热电变换模组上 的状态。
[0032] 图19是示意地表示有关本发明的第3实施方式的热电变换式发电装置的发电单 元的端部冷却部的周边的剖视图，表示A :将密闭容器内减压前，B :将密闭容器内减压后的 状态。
[0033] 图20是示意地表示第3实施方式的发电单元的中间冷却部的周边的剖视图，表示 将密闭容器内减压后的状态。
[0034] 图21是构成有关本发明的第4实施方式的热电变换式发电装置的发电单元的A : 主视图，B :侧视图。
[0035] 图22是示意地表示第4实施方式的发电单元的密闭容器的主部构造的剖视图，表 示A :将壳体的可动板部接合前的状态，B :将可动板部接合、内侧刚性部以加压状态紧贴在 热电变换模组上的状态。
[0036] 图23是表示第4实施方式的变形例的剖视图，是使构成可动板部的弹性部的弹簧 板为环状的变形例（A :将可动板部接合之前的状态，B :将可动板部接合后的状态)。
[0037] 附图标记说明 11热电变换式发电装置 12密闭容器 122壳体的薄板(冷却侧的板部件，挠性板部件） 1221变形部 1251流通管的主板部(加热侧的板部件） 14热电变换模组 15缓冲件 16热交换机构 161、162翅片(热交换部件） 351中空部 53a、53b冷却外套(冷却室） W冷却水(冷却用流体） Η加热流体。
【具体实施方式】
[0038] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的第1?第4实施方式。
[0039] [1]第1实施方式
[1 一 1]热电变换式发电装置的结构 图1?图4表示第1实施方式的热电变换式发电装置（以下称作发电装置）11，图1是 整体立体图，图2是图1的II方向向视图，图3、图4分别是图2的III 一 III剖视图、IV - IV剖视图。该发电装置11整体形成为扁平的长方体状(在图1、图3、图4中，X方向是长度 方向)，具备水冷外套13、和收存在水冷外套13内的密闭容器12。
[0040] 密闭容器12呈在扁平管状的壳体120内的中央部收存有同样为扁平管状的流通 管125的双层管构造，使壳体120与流通管125之间的空间为减压空间129,将该减压空间 129的X方向两端的开口用封闭罩126气密地闭塞。水冷外套13形成为大致沿着密闭容器 12的外形的扁平管状，收存在其内部的密闭容器12的开口侧的两端部从水冷外套13的两 立而开口关出。
[0041] 壳体120如图5所示，由以下部分构成：刚性部121，一对框板1210在上下方向（Ζ 方向)上隔开间隔相互平行地面对，所述一对框板1210具有长方形状的外框板部1211和将 外框板部1211内分隔为在长度方向（X方向）上分开的两个孔1213的内框板部1212,外框 板部1211的沿着长度方向的端缘彼此用侧板部1215连结，形成了在长度方向的两端部上 形成开口 1218的开口管部1217 ;和长方形状的薄板(冷却侧的板部件、挠性板部件)122,将 该刚性部121的上下的框板1210的两个孔1213堵塞。薄板122具有挠性，形成为通过能 够在上下方向上弹性变形的板材将两个孔1213覆盖的大小。薄板122从刚性部121的外 侧通过钎焊等接合手段接合在孔1213的周围(外框板部1211和内框板部1212的外表面） 上。作为薄板122的材料，优选的是SUS444等不锈钢或铝等具有耐热性、耐氧化性的金属 板，其厚度使用例如〇. 1_左右者。
[0042] 收存在壳体120的内部的流通管125是将与壳体120的上下的框板1210平行的 上下一对长方形状的主板部(加热侧的板部件）1251的沿着长度方向的端缘彼此用与壳体 120的侧板部1215平行的侧板部1252连结成的，两端开口缘的外表面经由截面向内侧凹陷 的截面U字状、整体为长圆状的封闭罩126接合在壳体120的刚性部121的开口管部1217 的内表面上。
[0043] 流通管125的内部构成加热流体Η (参照图3及图4)从一方的开口朝向另一方的 开口流动的加热流路1253,在该加热流路1253中，配设有将加热流体Η的热向流通管125 传递的翅片1254。翅片1254使用例如将板材弯折加工而形成为波板状的结构等。翅片 1254及封闭罩126分别用钎焊等接合手段接合在刚性部121及流通管125上。另外，翅片 1254根据需要而设置，也有不设置翅片1254而使加热流路1253内为空洞的情况。
[0044] 构成密闭容器12的壳体120的刚性部121、流通管125、封闭罩126使用与薄板122 同样的材料。在这样的密闭容器12的壳体120的薄板122与流通管125的主板部1251之 间，分别配设有热电变换模组14。
[0045] 热电变换模组14如图6所示，是将以平面状排列的多个热电变换元件141的一侧 的面及另一侧的面通过由长方形状的铜板等金属板构成的电极142以锯齿状串联连结而 构成的，一个面侧的电极142通过钎焊等接合手段接合在流通管125的主板部1251的内表 面上。此外，热电变换模组14的另一个面侧的电极142对置于壳体120的薄板122的内表 面，在薄板122与电极142之间夹入保持着缓冲件15。即，薄板122经由缓冲件15对热电 变换模组14抵接。
[0046] 缓冲件15优选的是具有挠性的片状的结构，例如使用较薄的碳片等。另外，在本 实施方式中，在薄板122与热电变换模组14之间夹入了缓冲件15,但缓冲件15根据需要而 使用，也可以选择薄板122直接抵接在热电变换模组14上的形态。
[0047] 构成热电变换模组14的热电变换元件141使用耐热温度较高的种类，例如适当地 使用硅一锗类、镁一硅类、锰一硅类、硅化铁类等。收存了热电变换模组14的密闭容器12 的减压空间129被由刚性部121和薄板122构成的壳体120、流通管125及封闭罩126气密 地封闭。
[0048] 如图4 (在图4中省略了翅片1254的图示）所示，在薄板122的热电变换模组14 的周围部分上，遍及整周形成有向流通管125侧突出的截面三角形状的变形部1221。该变 形部1221形成在孔1213的内周缘与热电变换模组14之间。
[0049] 上述密闭容器12收存在水冷外套13内。如上述那样，水冷外套13是形成为大致 沿着密闭容器12的外形的扁平管状的结构，密闭容器12的两端的开口管部1217从水冷外 套13的两端开口突出。水冷外套13的形成在两端的开口缘上的向内侧弯曲的封闭框部 131通过钎焊等手段气密地接合在密闭容器12的刚性部121的外框板部1211的外表面上。 水冷外套13内的空间、即形成在刚性部121与水冷外套13之间的空间被供给冷却水，成为 用来将薄板122冷却的冷却空间132。在水冷外套13的与壳体120的各侧板部1215对应 的部位的中央部上，设有冷却水的导入出口 133。
[0050] 在密闭容器12内，收存有合计4个热电变换模组14,但这些热电变换模组14串联 地连接。并且，从图1及图2所示的+、一的两条导线149将电向外部取出。导线149将 密闭容器12的侧板部1215及水冷外套13贯通而被引出到外部，进行将侧板部1215及水 冷外套13的导线贯通孔气密地堵塞的处理。
[0051] 在冷却空间132的与热电变换模组14对应的部位上，热交换机构16接合在薄板 122上。热交换机构16通过被供给到冷却空间132中而流动的冷却水接触，使薄板122散 热来促进冷却，以不妨碍薄板122的挠性的状态、即能够维持薄板122的挠性的状态设置。
[0052] 热交换机构16作为能够维持薄板122的挠性的结构，可以举出由具有柔性的翅片 等热交换部件构成的结构。此外，即使是较硬的翅片等热交换部件，也可以将多个独立的热 交换部件相对于薄板122分散地接触而设置，能够维持薄板122的挠性。
[0053] 作为这样的热交换部件，例如如图7A所示，可以举出是针状的多个翅片161、将这 些翅片161相对于薄板122均等配置、在坚立的状态下接合的形态。此外，如图7B所示，也 可以采用将薄板状的较短的翅片162相对于薄板122以交错状偏移配置、在坚立的状态下 接合的形态。
[0054] 上述密闭容器12从形成在规定部位上的未图示的减压封闭口吸引减压空间129 的空气，将减压空间129减压为规定压力（例如1?lOOPa左右)，将减压封闭口焊接等，成 为气密地封闭的状态。由此，在密闭容器12中，发生减压空间129的压力比外部的大气低 的压力差，通过该压力差，壳体120的薄板122受到被向热电变换模组14侧加压的力。
[0055] [1 - 2]发电装置的作用 在由上述结构构成的发电装置11中，从水冷外套13的一方的导入出口 133将冷却水 向冷却空间132导入，从另一方的导入出口 133使冷却水排出，通过使冷却水在充满冷却空 间132的状态下流通，将密闭容器12的薄板122冷却。此外，在流通管125内的加热流路 1253中，从一方的开口朝向另一方的开口流过高温的加热流体H，将流通管125加热。薄板 122通过被冷却水冷却的热交换机构16冷却被促进。冷却后的薄板122的温度向热电变换 模组14的外表面侧传递，将热电变换模组14的外表面侧冷却，另一方面，加热后的流通管 125的主板部1251的温度向热电变换模组14的内表面侧传递，将热电变换模组14的内表 面侧加热。
[0056] 在本实施方式中，壳体120的薄板122为冷却侧的板部件，流通管125的主板部 1251构成加热侧的板部件。通过如上述那样对热电变换模组14的外表面侧和内表面侧赋 予温度差，热电变换模组14发电，从导线149取出电。
[0057] 本实施方式的发电装置11利用例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体、或汽 车的排气气体等作为上述加热流体H。
[0058] [1 一 3]第1实施方式的作用效果 根据上述第1实施方式的发电装置11，通过在密闭容器12中如上述那样将内部的减压 空间129减压、与外部产生压力差，将壳体120的薄板122向热电变换模组14侧加压。薄 板122经由缓冲件15在加压的状态下抵接在热电变换模组14侦k
[0059] 这里，薄板122及缓冲件15具有挠性，所以薄板122追随于热电变换模组14的作 为向薄板122的对置面的电极142的表面而变形，整面地抵接。由此，得到薄板122经由缓 冲件15以均匀的加压状态紧贴在热电变换模组14上的状态，紧贴性提高。结果，热电变换 模组14的冷却侧的电极142的冷却效率提高，进而，对热电变换模组14赋予的温度差变 大，发电性能提高。热电变换模组14从薄板122受到压力，但被中间夹着的缓冲件15保护。
[0060] 此外，由于不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过减压作用使作为冷却 侧的板部件的薄板122紧贴在热电变换模组14上，所以不会变得复杂且高成本，能够将薄 板122相对于热电变换模组14以均匀的加压状态紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样 的连结用的部件，所以能够实现设计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0061] 此外，即使是热电变换模组14的薄板122经由缓冲件15抵接的电极142的抵接 面是同面、或者不平坦的情况，由于薄板122追随于该抵接面变形而紧贴，所以不需要为了 使壳体120侧与热电变换模组14侧均匀地抵接而提高组装精度及尺寸精度，结果也能够实 现生产率提高及成本降低。
[0062] 在本实施方式中，在薄板122的热电变换模组14的周围部分上形成有变形部 1221，通过变形部1221在上述压力差作用下变形，薄板122容易向热电变换模组14侧变 形，因此，向热电变换|吴组14的紧贴性进一步提商。
[0063] 此外，在本实施方式中，作为冷却侧的板部件的薄板122的温度向热交换机构16 传递而被散热，薄板122对热电变换模组14的冷却效率提高。热交换机构16由于能够维持 薄板122的挠性，所以确保了薄板122相对于热电变换模组14的紧贴性提高的作用效果。 [0064] 另外，上述第1实施方式是将本发明具体化的一例，本发明并不限定于该实施方 式，只要是包含本发明的形态，关于具体的结构能够进行各种各样的变更。例如，在上述第 1实施方式中，挠性板部件是冷却侧的板部件(薄板122)，但也可以采用将作为夹着热电变 换模组14配设的另一个加热侧的板部件的流通管125的主板部1251作为挠性板部件的形 态。
[0065] [2]第2实施方式 接着，参照图8?图18说明本发明的第2实施方式。
[0066] [2 - 1]热电变换式发电装置的整体结构 图8?图13表示第2实施方式的热电变换式发电装置（以下，称作发电装置）1。该发 电装置1为下述结构：将具有密闭容器3的多个发电单元2在图中Y方向上夹着冷却部5A 以并列状态层叠，在装置1整体的两侧面即Y方向两端部上也配设有冷却部5B。发电单元 2的数量是任意的，在此情况下，将4个发电单元2层叠而构成发电装置1。
[0067] 密闭容器3由纵截面（Y - Z截面）在Z方向上较长的大致长方体的箱状的壳体 30、配设在壳体30内的中央部的纵截面在Z方向上较长的扁平管状的流通管35、和将X方 向两端的开口堵塞的封闭罩38 (参照图13)构成。壳体30及流通管35都是X方向的两端 开口，流通管35的内部为后述的加热流体在X方向上流动的中空部351。
[0068] 如图14所示，壳体30由与X - Z面平行的相互对置的一对可动板部(冷却侧的板 部件）31、和将可动板部31的上下的端缘连结的平板状的一对端板部32形成为大致长方 形的箱状。此外，流通管35由与X - Z面平行的相互对置的一对内板部(加热侧的板部件） 36、和将内板部36的上下的端缘连结的截面半圆弧状的一对弯曲部37形成为扁平管状。
[0069] 在流通管35的内部、即密闭容器3的中空部351，配设有翅片352。翅片352例如 是将板材弯折加工而形成为波板状的结构，在弯曲部的外侧抵接在内板部36的内表面上 的状态下通过钎焊等接合手段被接合。
[0070] 在密闭容器3内、即壳体30的内表面与流通管35的外表面之间，形成有纵截面在 Z方向上较长的大致环状的内部空间3a。并且，在该内部空间3a的Y方向两侧，以夹在壳 体30的可动板部31与流通管35的内板部36之间的状态，分别配设有热电变换模组4。
[0071] 在内部空间3a的Y方向两侧的区域中以一对的状态配设有热电变换模组4的多 个密闭容器3如图11及图13所示，在可动板部31间夹着冷却部5A而在Y方向上并列层 叠。此外，在Y方向两端的可动板部31的外表面上，也分别配设冷却部5B。以下，将密闭容 器3间的冷却部5A称作中间冷却部5A，将Y方向两端部的冷却部5B称作端部冷却部5B。
[0072] 热电变换模组4如图15所示，是将以平面状排列的多个热电变换元件41的一侧 的面及另一侧的面通过由铜等构成的电极42连结为锯齿状而构成的，一个面侧的电极42 通过钎焊等接合手段接合在流通管35的内板部36的内表面上。此外，热电变换模组4的另 一面侧的电极42抵接在壳体30的可动板部31的后述的内侧刚性部312的内表面上。艮P， 热电变换模组4是与内侧刚性部312非接合状态，两者能够沿着相互的抵接面相对移动。
[0073] 构成热电变换模组4的热电变换元件41使用耐热温度较高的种类，优选的是使用 例如硅一锗类、镁一硅类、锰一硅类、硅化铁类等。在热电变换模组4上，连接着用来将电取 出的一对端子43。在此情况下，端子43如图14A所示那样在内部空间3a的上部向上方延 伸，将密闭容器3的上侧的端板部32贯通而突出到外部。端板部32的端子43的贯通孔被 进行了气密地封堵的处理。
[0074] 如图13所示，密闭容器3的内部空间3a的X侧的开口被截面向内侧凹陷的截面 U字状、整体为长圆状的封闭罩38堵塞。封闭罩38气密地接合在可动板部31的后述的外 侧刚性部311的内表面、和流通管35的X方向端部的外表面上。密闭容器3的内部空间3a 被壳体30、流通管35及封闭罩38气密地封闭。如图8及图10所示，在各密闭容器3的壳 体30的X方向两端面上接合着外侧罩33,本装置1的X方向两侧被该外侧罩33覆盖。各 流通管35的X方向两端部从各壳体30突出，该突出端部将形成在外侧罩33上的流通管插 入孔331贯通而关出到外部。
[0075] [2 - 2]密闭容器的结构 构成上述密闭容器3的壳体30的可动板部31如图14所示，具有外形形成为长方形的 框状的外侧刚性部311、配设在外侧刚性部311的内侧的与外侧刚性部311相同厚度的内侧 刚性部312、和配设为将形成在外侧刚性部311与内侧刚性部312之间的一定宽度的间隙 314堵塞的状态的比各刚性部311、312的厚度薄的变形部313。
[0076] 夕Η则刚性部311的内缘31 la形成为大致长圆形状，内侧刚性部312的外缘312a从 外侧刚性部311的内缘311a隔开一定的间隙314而形成为大致长圆形状。在内侧刚性部 312的外表面上，用钎焊等接合手段接合具有挠性的薄板315。该薄板315具有将各刚性部 311、312之间的间隙314覆盖、达到外侧刚性部311的外表面的大小，外缘部通过钎焊等接 合手段接合在外侧刚性部311的外表面上。通过该薄板315,刚性部311、312彼此成为以存 在于同一平面内的方式连结的状态。在本实施方式中，刚性部311、312彼此存在于同一平 面内，但各刚性部311、312的位置关系并不限定于此，也可以是在某一方向内侧偏移的状 态下通过薄板315连结的结构。
[0077] 将薄板315的间隙314覆盖的部分构成具有挠性的大致环状的变形部313,如图 15所示，在变形部313的宽度方向中央部，遍及整周形成有朝向内侧突出的凸条部313a。变 形部313以从内侧刚性部312的周缘面312b的外侧向外侧刚性部311的内缘311a的外侧 延伸的状态设置。外侧刚性部311的Z方向的两侧的端缘形成为一体化在端板部32上的 状态。即，在上下一对端板部32上一体成形两侧的外侧刚性部311，在外侧刚性部311上经 由薄板315接合内侧刚性部312,构成壳体30。内侧刚性部312具有将热电变换模组4覆 盖的大小，为抵接在热电变换模组4的单面整面上的状态。
[0078] 如图8所示，在密闭容器3的上侧的端板部32上设有多个减压封闭口 321，利用这 些减压封闭口 321将密闭容器3内的内部空间3a减压。
[0079] [2 - 3]冷却部和弹性板 中间冷却部5A及端部冷却部5B分别具备冷却盒53A、53B。中间冷却部5A的冷却盒 53A形成为沿着可动板部311的外侧刚性部311的周缘的框状，被夹在相邻的外侧刚性部 311之间，接合在这些外侧刚性部311的外表面周缘部上。即，在本装置1中，相邻的壳体 30为相邻的外侧刚性部311彼此经由冷却盒53A接合的状态。在由冷却盒53A和夹着冷却 盒53A的两侧的可动板部31包围的中间冷却部5A的内部，形成有冷却外套(冷却室）53a， 所述冷却外套(冷却室）53a作为冷却水的流路，将可动板部31冷却。
[0080] 另一方面，端部冷却部5B的冷却盒53B形成为将端部的可动板部31覆盖的盖状， 将形成在单面侧的较浅的凹处朝向可动板部31侧，将端缘接合在外侧刚性部311的外表面 周缘部上。在由冷却盒53B的内表面和可动板部31包围的端部冷却部5B的内部，形成有 被供给冷却水而将可动板部31冷却的冷却外套53b。
[0081] 在中间冷却部5A及端部冷却部5B的各冷却盒53A、53B的下端面上形成有冷却水 供给口 51，此外在上端面上形成有冷却水排水口 52。冷却水供给口 51及冷却水排水口 52 形成在X方向的中央，在冷却水供给口 51及冷却水排水口 52上，分别连接着未图示的冷却 水供给管及排水管。
[0082] 在中间冷却部5A及端部冷却部5B的冷却外套53a、53b内，设有多个将可动板部 31的内侧刚性部312相对于热电变换模组4加压而使其抵接的弹性板70。
[0083] 如图15B所示，在端部冷却部5B，在冷却盒53B与内侧刚性部312之间，以压缩的 状态夹持着多个弹性板70。弹性板70具有截面形成为波状的翅片形状，一端部接合在冷却 盒53B的内表面上，另一端部抵接在内侧刚性部312上，没有接合。
[0084] 图15A表示冷却盒53B接合到可动板部31的外侧刚性部311上之前的状态，使自 由状态的弹性板70的内侧刚性部312侧的另一端部抵接在内侧刚性部312的外表面上。在 此状态下，冷却盒53B的向外侧刚性部311的接合端缘相对于外侧刚性部311离开间隔而 对置。使冷却盒53B抵抗弹性板70的反弹力向可动板部31侧移动，将接合端缘向外侧刚 性部311推压，保持该状态而接合到外侧刚性部311上。如果这样将冷却盒53B相对于可 动板部31组装，则冷却外套53b内的弹性板70以弹性压缩的状态被夹持到冷却盒53B与 内侧刚性部312之间。
[0085] 如图16所示，设在中间冷却部5A的冷却外套53a内的多个弹性板70的一端部接 合在某一个内侧刚性部312上，另一端部抵接在另一个内侧刚性部312上，没有进行接合。 中间冷却部5A的弹性板70当将相邻的密闭容器3经由冷却盒53A接合时，通过将相邻的 内侧刚性部312彼此靠近而被压缩，如果进行接合，则被保持为夹持在内侧刚性部312间的 状态。
[0086] 上述密闭容器3从减压封闭口 321将内部的空气吸引，将密闭容器3内的内部空 间3a减压为规定压力（例如1?lOOPa左右)，将减压封闭口 321焊接等，成为气密地封闭 的状态。由此，在密闭容器3中，发生内部压力比外部的大气低的压力差，通过该压力差，壳 体30的可动板部31受到被向内侧加压的力。
[0087] 图15B表示将密闭容器3内的内部空间3a减压后的状态，如果内部空间3a被减 压、可动板部31被向内侧加压，则具有挠性的变形部313如该图所示那样，以凸条部313a 向内侧进一步突出的方式变形，由此，内侧刚性部312除了弹性板70的反弹力以外，强力地 抵接在热电变换模组4上，成为均匀地紧贴在热电变换模组4上的状态。换言之，通过变形 部313变形，来实现内侧刚性部312的向热电变换模组4的抵接面运动以便均匀地强力紧 贴在热电变换模组4上这一动作。
[0088] [2 - 4]发电装置的作用 在由上述结构构成的发电装置1中，向各冷却外套53a、53b内供给冷却水并使其流通， 将密闭容器3的可动板部31冷却。另一方面，在各流通管35中，从一端侧朝向另一端侧流 过高温的加热流体H，将流通管35加热。冷却后的可动板部31的温度向热电变换模组4的 外表面侧传递，将热电变换模组4的外表面侧冷却，另一方面，加热后的流通管35的内板部 36的温度向热电变换模组4的内表面侧传递，将热电变换模组4的内表面侧加热。加热流 体Η通过在中空部351中流动，没有扩散，将流通管35的内板部36效率良好地加热。
[0089] 在本实施方式中，壳体30的可动板部31为冷却侧的板部件，流通管35的内板部 36构成加热侧的板部件。通过这样对热电变换模组4的外表面侧和内表面侧赋予温度差， 热电变换模组4发电，从端子43取出电。
[0090] 本实施方式的发电装置1使用例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体或汽车 的排气气体等作为上述加热流体Η。
[0091] [2 - 5]第2实施方式的作用效果 根据上述第2实施方式的发电装置1，通过压缩状态的弹性板70的反弹力，将作为加热 侧的板部件的可动板部31的内侧刚性部312相对于热电变换模组4加压而抵接、紧贴。由 于不使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过弹性板70将内侧刚性部312加压，使其 相对于热电变换模组4紧贴，所以能够不成为复杂且高成本，而使内侧刚性部312以均匀的 加压状态对热电变换模组4紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以 能够有利于设计或构思的自由度的提高及轻量化。此外，通过弹性板70能够使内侧刚性部 312的刚性提高，内侧刚性部312的变形被抑制，能够容易使内侧刚性部312紧贴在热电变 换模组4上。
[0092] 此外，还通过密闭容器3内的减压作用使内侧刚性部312以加压状态紧贴在热电 变换模组4上。内侧刚性部312被设定为即使被向热电变换模组4侧加压也不带来变形的 厚度，另一方面，变形部313在将密闭容器3内的内部空间3a减压时，能够追随于内侧刚性 部312的向内侧的运动而变形。因此，内侧刚性部312变形被抑制，并且内侧刚性部312对 热电变换模组4可靠地以面抵接，能够得到均匀地紧贴的状态。
[0093] 此外，如图16所示，收容到中间冷却部5A的冷却外套53a内的弹性板70被夹持 设置在这些相邻的密闭容器3的各内侧刚性部312间。另一方面，如图15B所示，收容到端 部冷却部5B的冷却外套53b内的弹性板70通过将冷却盒53B向壳体30侧推压固定而发 生反弹力并且能够保持，能够将弹性板70的反弹力可靠地向热电变换模组4施加。
[0094] 此外，弹性板70其一端部分别在端部冷却部5B中接合在冷却盒53B上、此外在中 间冷却部5A中接合在夹持的两侧的内侧刚性部312中的一侧，另一端部以非接合状态抵接 在另一侧。由此，得到弹性板70的处置变容易、此外容易组装的效果。此外，在通过加热/ 冷却而热电变换模组4或内侧刚性部312膨胀/收缩的情况下，弹性板70的非接合侧相对 于热电变换模组4或内侧刚性部312能够相对移动，因此，不易发生下述不良状况：发生因 热影响带来的应力而变形。
[0095] 此外，由于密闭容器3内的内部空间3a被减压，所以与其内部空间3a中以常压存 在空气等气体的情况相比，内部空间3a不易被加热。因此，内部气体膨胀而给密闭容器3 带来影响、或热电变换模组4被加热而劣化这样的不良状况的发生被抑制。可动板部31的 变形部313因板厚比内侧刚性部312小而能够变形，能够容易地设置变形部313。
[0096] 此外，在本实施方式中，流到冷却外套53a、53b内的冷却水接触在弹性板70上。 内侧刚性部312的温度向弹性板70传递，弹性板70被冷却水冷却，所以能够得到由弹性板 70带来的散热效果。因而，如果如本实施方式那样将弹性板70形成为翅片形状，则冷却效 果提高，所以是优选的。
[0097] [2 - 6]第2实施方式的变形例 弹性板70只要是将内侧刚性部312向热电变换模组4加压，并不限定于上述实施方式 的形状。例如，可以举出如图17所示那样将截面V字状的一对弹性板70配设为左右对称 的状态的结构、或如图18所示那样截面Ω状的凸条部71排列形成的弹性板70等。这些 图都是，A表示将端部冷却部5B的冷却盒53B接合到可动板部31的外侧刚性部311上之 前的状态，B表示将冷却盒53B接合在外侧刚性部311上、通过弹性板70将可动板部31的 内侧刚性部312向热电变换模组4加压的状态。作为弹性板70,如上述那样冷却水接触而 能够得到散热效果的翅片形状者是优选的。
[0098] 此外，也可以做成在热电变换模组4与冷却侧的板部件(密闭容器3的可动板部31 的内侧刚性部312)及加热侧的板部件(密闭容器3的流通管35的内板部36)的至少一方 之间配设例如由具有柔性的材料构成的缓冲件的结构。在这样的结构的情况下，密闭容器 3经由该缓冲件以加压状态抵接在热电变换模组4上，将热电变换模组4用缓冲件保护。 [0099] 接着，说明整体结构与上述第2实施方式基本上同样的第3实施方式及第4实施 方式。在这些实施方式的说明中参照的图中，对于与上述第2实施方式相同的构成要素赋 予相同的附图标记，适当省略其说明。
[0100] [3]第3实施方式 参照图19及图20说明本发明的第3实施方式。
[0101] 在第3实施方式中，其特征在于，通过供给到上述第2实施方式的冷却外套53a、 53b内的冷却水(冷却用流体）使冷却外套53a、53b产生内压，以下说明其作用。
[0102] 图19A是将配设有端部冷却部5B的端部的密闭容器3内减压之前的状态，如果减 压而将可动板部31向内侧加压，则如图19B所示，具有挠性的变形部313以凸条部313a向 内侧进一步突出的方式变形，由此使内侧刚性部312抵接到热电变换模组4上。换言之，通 过变形部313变形，来实现内侧刚性部312的向热电变换模组4的抵接面运动以抵接到热 电变换模组4上这一动作。
[0103] 此外，图20表示中间冷却部5A的两侧的密闭容器3内被减压的状态，具有挠性的 变形部313的凸条部313a同样以向内侧突出的方式变形，内侧刚性部312抵接在热电变换 模组4上(变形部313的双点划线表示减压前的状态)。
[0104] 在本实施方式中，如图19B及图20所示，向各冷却外套53a、53b内供给冷却水W 并使其流通，将密闭容器3的可动板部31冷却。另一方面，在各流通管35中，从一端侧朝 向另一端侧流过高温的加热流体(例如由工厂或垃圾焚烧炉产生的排热气体、或汽车的排 气气体)H，将流通管35加热。由此，与上述第2实施方式同样，对热电变换模组4的外表面 侧和内表面侧赋予温度差，热电变换模组4发电，从端子43取出电。
[0105] 在本实施方式中，将供给到各冷却部5A、5B的冷却外套53a、53b内的冷却水W总 是供给在冷却外套53a、53b内以某种程度的水平(例如0. 1?IMPa)产生内压的量。通过 这样由冷却水W使冷却外套53a、53b内产生内压(正压)，用该内压使可动板部31的内侧刚 性部312以加压状态抵接在热电变换模组4上。因此，能够使内侧刚性部312相对于热电 变换模组4以均匀的加压状态紧贴。由此，经由可动板部31的内侧刚性部312的从冷却部 5A、5B向热电变换模组4的热传导度提高，对热电变换模组4赋予的温度差变大，发电性能 提1?。
[0106] 此外，由于利用冷却外套53a、53b内的冷却水W将内侧刚性部312加压而使其对 热电变换模组4抵接，所以装置不会变得复杂且高成本，能够使内侧刚性部312以均匀的加 压状态对热电变换模组4紧贴。此外，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能 够有利于设计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0107] 此外，在本实施方式中，将作为冷却侧的板部件的可动板部31做成了具有向热电 变换模组4抵接的内侧刚性部312、和其周围的有挠性的变形部313的结构。因此，变形部 313变形而能够得到内侧刚性部312对于热电变换模组4可靠且均匀地抵接的状态。进而， 通过使向热电变换模组4紧贴的部分为刚性部，不会发生变形，并且可靠地以面抵接在热 电变换模组4上，容易得到对于热电变换模组4的均匀的加压状态。
[0108] 此外，在本实施方式中，除了冷却外套53a、53b的内压以外，还通过将密闭容器3 内减压，使可动板部31的内侧刚性部312以加压状态抵接在热电变换模组4上。因而，能 够进一步提高内侧刚性部312对于热电变换模组4的紧贴度。此外，由于将密闭容器2内 减压，所以与空气等气体以常压存在于内部空间3a中的情况相比，密闭容器3内不易被加 热，能够抑制内部气体膨胀而给密闭容器3带来影响、或热电变换模组4被加热而劣化这样 的不良状况的发生。
[0109] [4]第4实施方式 接着，参照图21?图23说明本发明的第4实施方式。
[0110] 在第4实施方式中，其特征在于，在上述第2及第3实施方式的密闭容器3中，代 替变形部313而设有弹性部317。以下，再次说明第4实施方式的密闭容器3。
[0111] [4 一 1]密闭容器的结构 如图21所示，构成第4实施方式的密闭容器3的壳体30的可动板部31具有外形形成 为长方形的框状的外侧刚性部311、配设在外侧刚性部311的内侧的与外侧刚性部311相同 厚度的内侧刚性部312、和以将形成在外侧刚性部311与内侧刚性部312之间的一定宽度的 间隙314堵塞的状态配设的比各刚性部311、312的厚度薄的弹性部317。
[0112] 外侧刚性部311的内缘311a形成为大致长圆形状，内侧刚性部312的外缘312a 从外侧刚性部311的内缘311a隔开一定的间隙314而形成为大致长圆形状。在内侧刚性 部312的外表面上，通过钎焊等接合手段接合着有弹性的弹簧板316。该弹簧板316具有将 各刚性部311、312之间的间隙314覆盖、达到外侧刚性部311的外表面的大小，外缘部通过 钎焊等接合手段接合在外侧刚性部311的外表面上。
[0113] 弹簧板316的将间隙314覆盖的部分构成大致环状的弹性部317。该弹性部317设 置为从内侧刚性部312的外缘312a的外侧向外侧刚性部311的内缘311a的外侧延伸的状 态，如图22A所示，在没有组装为内部配设有热电变换模组4的密闭容器3的自由状态下， 向内侧倾斜。S卩，弹簧板316从外侧刚性部311的外缘311a向内侧弯曲而平坦地延伸，在 内侧刚性部312的外缘312a弯曲以接合到内侧刚性部312的外表面上。因而，壳体30的 可动板部31整体成为弹性部317在自由状态下遍及从弹性部317到内侧刚性部312形成 有凹处319的状态。
[0114] 在密闭容器3的上侧的端板部32上设有多个减压封闭口 321，利用这些减压封闭 口 321将密闭容器3内的内部空间3a减压。
[0115] 外侧刚性部311的Z方向的两侧的端缘形成为一体化在端板部32上的状态。艮P， 在上下一对端板部32上一体成形两侧的外侧刚性部311，在外侧刚性部311上经由弹簧板 316接合内侧刚性部312而构成壳体30。内侧刚性部312具有将热电变换模组4覆盖的大 小，为抵接在热电变换模组4的单面整面上的状态。
[0116] 上述结构的密闭容器3如果在内部配设有热电变换模组4的状态下，将可动板部 31的外侧刚性部311的内表面接合到封闭罩38上而组装，则如图22B所示，通过可动板部 31的内侧刚性部312的内表面抵接在热电变换模组4上而弹性部317向外侧弹性变形，凹 处319消失，外侧刚性部311和内侧刚性部312大致存在于同一平面内，弹性部317成为与 各刚性部311、312大致平行的状态。在该组装状态下，内侧刚性部312通过变形的弹性部 317的反弹力而强力地抵接在热电变换模组4上，成为均匀地紧贴在热电变换模组4上的状 态。另外，在本实施方式中，刚性部311、312彼此存在于同一平面内，但各刚性部311、312 的位置关系并不限定于此，也可以是在某一方向内侧偏移的状态下通过弹簧板316连结的 结构。
[0117] 接着，从减压封闭口 321吸引内部的空气，将密闭容器3内减压为规定压力（例如 1?lOOPa左右)，将减压封闭口 321焊接等，成为气密地封闭的状态。
[0118] 关于各冷却部（中间冷却部5A及端部冷却部5B)的结构及发电作用，与上述第2 及第3实施方式是同样的。
[0119] [4 - 2]密闭容器的作用效果 在本实施方式中，密闭容器3的可动板部31的内侧刚性部312通过弹簧板316的弹性 部317的反弹力以加压的状态对热电变换模组4抵接，成为均匀地紧贴的状态。因此，经由 内侧刚性部312的从冷却部5A、5B向热电变换模组4的热传导度提高，对热电变换模组4 赋予的温度差变大，发电性能提高。
[0120] 在本实施方式中，不像以往那样使用系杆或螺母这样的连结用的部件，而通过使 可动板部31的弹性部317产生反弹力，使作为冷却侧的板部件的内侧刚性部312紧贴在热 电变换模组4上，所以不会变得复杂且高成本，能够以均匀的加压状态使内侧刚性部312对 热电变换模组4紧贴。并且，由于不使用螺栓、螺母这样的连结用的部件，所以能够实现设 计或构思的自由度的提高及轻量化。
[0121] 通过可动板部31的弹性部317的弹性以加压状态紧贴在热电变换模组4上的内 侧刚性部312被设定为即使被向热电变换模组4侧加压也不带来变形的厚度，因此，内侧刚 性部312变形被抑制，并且内侧刚性部312对热电变换模组4可靠地以面抵接，能够得到均 匀地紧贴的状态。
[0122] 此外，由于密闭容器3内被减压，所以与在内部以常压存在空气等气体的情况相 t匕，密闭容器3内不易被加热，能够抑制内部气体膨胀而给密闭容器3带来影响、或热电变 换模组4被加热而劣化这样的不良状况的发生。
[0123] 在本实施方式中，能够进行各种各样的变更。例如如图23所示，构成弹性部317 的弹簧板316也可以不将内侧刚性部312的外表面整面覆盖，而形成为具有将外侧刚性部 311与内侧刚性部312之间的间隙314覆盖的程度的宽度的环状。
【权利要求】
1. 一种热电变换式发电装置，具备： 密闭容器，具备相互对置配设的加热侧的板部件和冷却侧的板部件，内部被减压；和 热电变换模组，以配设在上述加热侧的板部件与上述冷却侧的板部件之间的状态收容 到该密闭容器内； 将上述加热侧的板部件加热并将上述冷却侧的板部件冷却，对上述热电变换模组赋予 温度差，由此该热电变换模组发电； 其特征在于， 上述冷却侧的板部件由具有挠性的挠性板部件构成； 通过使上述密闭容器内成为减压状态而产生的该密闭容器的内外的压力差，成为下述 状态：上述挠性板部件以被加压的状态对上述热电变换模组直接或经由缓冲件抵接。
2. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 在上述挠性板部件的上述热电变换模组的周围，形成有通过上述压力差变形的变形 部。
3. 如权利要求1或2所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 在上述冷却侧的板部件上，以能够维持该冷却侧的板部件的挠性的状态设有冷却促进 用的热交换机构。
4. 如权利要求3所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 上述热交换机构由具有柔性的热交换部件构成。
5. 如权利要求3所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 上述热交换机构的多个独立的热交换部件相对于由上述挠性板部件构成的上述冷却 侧的板部件分散地接触设置。
6. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 由上述加热侧的板部件形成中空部，在该中空部的周围配设上述热电变换模组，在该 热电变换模组的外侧配设上述冷却侧的板部件； 使加热流体流通到上述中空部中，将上述加热侧的板部件加热。
7. 如权利要求1所述的热电变换式发电装置，其特征在于， 具有冷却室，所述冷却室被供给冷却用流体，使冷却用流体接触在上述冷却侧的板部 件上，并通过该冷却用流体提高内压。
【文档编号】H01L35/32GK104112817SQ201410124741
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】地主孝广, 富永昌尚, 石岛善三, 森正芳, 山上武, 松田洋, 山下翔平 申请人:日立化成株式会社, 本田技研工业株式会社
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1