本發(fā)明涉及熱電發(fā)電裝置，并且涉及來(lái)自內(nèi)部的熱電發(fā)電模塊的電力的取出構(gòu)造的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

目前，已知有在受熱板與冷卻板之間安裝多個(gè)熱電發(fā)電模塊而構(gòu)成的熱電發(fā)電裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1的熱電發(fā)電裝置中，與熱電發(fā)電模塊連接的電力取出用的引線通過(guò)受熱板與冷卻板之間的空間，并且通過(guò)在冷卻板設(shè)置的貫通孔而被向冷卻板的表面?zhèn)壤觥?/p>

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開(kāi)2013－080883號(hào)公報(bào)

但是，在專利文獻(xiàn)1記載的熱電發(fā)電裝置中，在受熱板與冷卻板之間的空間通過(guò)的引線會(huì)與高溫的受熱板接觸，引線的覆蓋超過(guò)耐熱性的極限而損壞，具有引起絕緣破壞的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠可靠地防止引線部件的熱引起的劣化及損傷的熱電發(fā)電裝置。

本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置具有：受熱的受熱板；維持在比所述受熱板低的低溫的冷卻板；安裝在所述受熱板及所述冷卻板之間的熱電發(fā)電模塊，所述熱電發(fā)電模塊具有與所述冷卻板相對(duì)的相對(duì)面，并且具有多個(gè)熱電元件、與所述熱電元件導(dǎo)通的端子部、與所述端子部接合的引線部件，所述引線部件貫通所述相對(duì)面而向所述冷卻板側(cè)延伸設(shè)置。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述熱電發(fā)電模塊具有薄膜片，其遍及整個(gè)區(qū)域覆蓋多個(gè)所述熱電元件的與所述冷卻板相對(duì)的一側(cè)，并且形成所述相對(duì)面，所述端子部在所述薄膜片的設(shè)置所述熱電元件側(cè)的面形成，所述引線部件貫通所述薄膜片而焊接在所述端子部上。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，在所述端子部接合有支承該端子部的支承部件。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述支承部件以包圍所述端子部的與所述引線部件接合的接合部分的方式配置有多個(gè)，另外，優(yōu)選的是，所述支承部件為與所述熱電元件相同的外形形狀。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述熱電發(fā)電模塊還具有薄膜片，其遍及整個(gè)區(qū)域覆蓋多個(gè)所述熱電元件的與所述受熱板相對(duì)的一側(cè)，在所述受熱板側(cè)的薄膜片的設(shè)有所述熱電元件側(cè)的面上形成有與所述端子部相對(duì)的支承用端子部，在所述端子部及所述支承用端子部之間接合有所述支承部件。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述端子部具有連接所述熱電元件的元件連接部，所述支承用端子部在俯視觀察下具有與所述元件連接部大致相同的形狀的部分。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述端子部具有連接所述熱電元件的規(guī)定長(zhǎng)度的元件連接部、連接所述引線部件的規(guī)定長(zhǎng)度的引線連接部，并且以所述元件連接部及所述引線連接部的相互的長(zhǎng)度方向正交的方式俯視看形成為大致L形。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述端子部的引線連接部的長(zhǎng)度尺寸比沿著與該引線連接部的長(zhǎng)度方向平行的所述元件連接部的寬度方向的寬度尺寸長(zhǎng)2倍以上。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述引線部件及所述端子部分別設(shè)置在串聯(lián)配置的多個(gè)所述熱電元件構(gòu)成的電路的正極側(cè)的端部和負(fù)極側(cè)的端部，俯視看，這些端子部彼此為相互線對(duì)稱的形狀。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述引線部件通過(guò)在所述冷卻板設(shè)置的貫通孔而被向外部拉出。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，在所述貫通孔的內(nèi)面形成有絕緣膜。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，在所述貫通孔與所述引線部件之間填充有絕緣材料。

在本發(fā)明的熱電發(fā)電裝置中，優(yōu)選的是，所述引線部件既可以通過(guò)金屬制造形成為柱狀，也可以具有利用絕緣材料覆蓋導(dǎo)線的引線。

根據(jù)本發(fā)明，與熱電發(fā)電模塊的端子部接合的引線部件從該端子部貫通與冷卻板的相對(duì)面而向冷卻板側(cè)延伸設(shè)置，故而與以往不同，不在受熱板與冷卻板之間被拉出。因此，引線部件與高溫的受熱板接觸等而劣化或損壞。而且，例如在引線部件為引線(由絕緣覆蓋就導(dǎo)體覆蓋的電纜等)的情況下，不會(huì)擔(dān)心由于來(lái)自受熱板的熱而損壞絕緣覆蓋，能夠可靠地防止在與受熱板之間引起絕緣破壞的情況，能夠提高絕緣性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置的整體立體圖；

圖2是表示熱電發(fā)電裝置的主要部分的截面的立體圖；

圖3是將熱電發(fā)電裝置的主要部分放大表示的剖面圖；

圖4A是從圖3的箭頭標(biāo)記A－A看到的圖；

圖4B是從圖3的箭頭標(biāo)記B－B看到的圖；

圖5A是表示本發(fā)明第一變形例的剖面圖；

圖5B是表示本發(fā)明第二變形例的剖面圖；

圖5C是表示本發(fā)明第三變形例的剖面圖；

圖5D是表示本發(fā)明第四變形例的剖面圖。

標(biāo)記說(shuō)明

1：熱電發(fā)電裝置

10：受熱板

20：冷卻板

21：貫通孔

22：絕緣膜

23：絕緣材料

30：熱電發(fā)電模塊

32、32N、32P：熱電元件

33：端子部

34、39：引線部件

35：薄膜片

37：作為支承用端子部的支承端子部

38：作為支承部件的支承元件

39A：引線

具體實(shí)施方式

[熱電發(fā)電裝置的整體說(shuō)明]

以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是本實(shí)施方式的熱電發(fā)電裝置1的整體立體圖，圖2是表示熱電發(fā)電裝置1的主要部分的截面的立體圖，圖3是將熱電發(fā)電裝置的主要部分放大表示的剖面圖。

在圖1～圖3中，熱電發(fā)電裝置1具有配置在圖中下側(cè)的受熱用的受熱板10、維持在比受熱板10低的低溫的冷卻板20、安裝在受熱板10及冷卻板20之間的熱電發(fā)電模塊30，俯視看，熱電發(fā)電裝置1形成四邊形。這樣的熱電發(fā)電裝置1例如在配置在熱處理爐中的燃燒器燃燒部分的情況下，受熱板10被燃燒器的火焰烘烤，將此時(shí)的熱能轉(zhuǎn)換成電。

[受熱板及冷卻板的概略說(shuō)明]

受熱板10例如為鐵、銅或鋁制造的，通過(guò)火焰等被加熱到約280℃左右。

冷卻板20例如為鋁制的，在內(nèi)部具有冷卻水等冷卻液流通的未圖示的冷卻回路，通過(guò)該冷卻液將整體冷卻到20～40℃左右并維持。冷卻回路在冷卻板20的外部與冷卻液的循環(huán)裝置連接。

[熱電發(fā)電模塊的說(shuō)明]

熱電發(fā)電模塊30具有：多個(gè)熱電元件32(N型熱電元件32N、P型熱電元件32P)，其具有與受熱板10相對(duì)的相對(duì)面31A及與冷卻板20相對(duì)的相對(duì)面31B，并且配置在相對(duì)面31A、31B之間；一對(duì)端子部33(在圖2中僅表示了一端側(cè))，其與位于串聯(lián)連接的多個(gè)熱電元件32的兩端(正極側(cè)、負(fù)極側(cè))的熱電元件32導(dǎo)通；引線部件34，其與各自的端子部33接合；上下一對(duì)的薄膜片35，其為聚酰亞胺制造等，將多個(gè)熱電元件32的與受熱板10相對(duì)側(cè)的整個(gè)區(qū)域及與冷卻板20相對(duì)側(cè)的整個(gè)區(qū)域覆蓋，并且形成相對(duì)面31A、31B。

在此，形成相對(duì)面31A、31B的薄膜片35將多個(gè)熱電元件32N、32P作為一體而單元化，并且具有將由于受熱而熱膨脹的受熱板10、和由于貫通熱而熱膨脹的熱電元件32N、32P的面內(nèi)方向(由圖3中的X軸及Y軸劃分的面的面內(nèi)方向)的熱膨脹差吸收的功能。另外，被單元化的熱電發(fā)電模塊30相對(duì)于冷卻板20通過(guò)具有絕緣性的粘接劑而接合，但相對(duì)于受熱板10，不使用粘接劑，由未圖示的適當(dāng)?shù)穆?lián)接裝置在相互按壓的狀態(tài)下被保持。通過(guò)在與受熱板10之間配置的碳片36A、由粘接劑形成的粘接層36B(參照?qǐng)D3)，將由于受熱而熱膨脹的受熱板10、和由于貫通熱而熱膨脹的熱電元件32N、32P的厚度方向(圖中Z軸方向)的熱膨脹差吸收。

另外，在受熱板10側(cè)的薄膜片35的內(nèi)側(cè)面形成有多個(gè)受熱側(cè)電極35A。在冷卻板20側(cè)的薄膜片35的內(nèi)側(cè)面形成有多個(gè)冷卻側(cè)電極35B。N型熱電元件32N及P型熱電元件32P的受熱板10側(cè)的端面焊接在受熱側(cè)電極35A上，冷卻板20側(cè)的端面焊接在冷卻側(cè)電極35B上。如圖3所示，N型熱電元件32N和P型熱電元件32P交替地經(jīng)由受熱側(cè)電極35A及冷卻側(cè)電極35B而串聯(lián)地電連接。這樣的電極35A、35B通過(guò)粘附在薄膜片35上的銅箔的蝕刻處理等而形成。

如圖4A所示，在串聯(lián)連接的熱電元件32中、在端部配置的熱電元件32上連接有俯視看大致L形的端子部33。端子部33具有端部連接熱電元件32、321的細(xì)長(zhǎng)的元件連接部33A、與元件連接部33A一體形成并連接引線部件34的寬幅的引線連接部33B。這樣的端子部33也與電極35A、35B同樣地，通過(guò)粘附在薄膜片35上的銅箔的蝕刻處理等而形成。

[端子部的支承構(gòu)造的說(shuō)明]

相對(duì)于端子部33，在與圖2、圖3中的下方相對(duì)的位置設(shè)有構(gòu)成端子部33的支承構(gòu)造的一部分的作為支承用端子部的支承端子部37。支承端子部37的整體形狀在本實(shí)施方式中為將端子部33的元件連接部33A的長(zhǎng)度縮短的形狀，俯視看為大致L形。

在圖4A、圖4B中表示了端子部33及支承端子部37的具體形狀。在圖4A中，形成L形的端子部33的一方的片部分的元件連接部33A具有沿著構(gòu)成冷卻板20的直角的一方的邊緣的X軸方向的長(zhǎng)度尺寸La1、比熱電元件32的寬度稍大的Y軸方向的寬度尺寸Wa1。

形成端子部33的另一方的片部分的引線連接部33B具有沿著冷卻板20的另一方的邊緣的Y軸方向的長(zhǎng)度尺寸La2、X軸方向的寬度尺寸Wa2。在此，引線連接部33B的長(zhǎng)度尺寸La2為比沿著與該引線連接部33B的長(zhǎng)度方向(與Y軸方向相同)平行的元件連接部33A的寬度方向的寬度尺寸Wa1長(zhǎng)2倍以上，在本實(shí)施方式中約為7倍。另外，引線連接部33B的寬度尺寸Wa2比元件連接部33A的寬度尺寸Wa1長(zhǎng)2倍以上，在本實(shí)施方式中約為5倍。

端子部33俯視看形成為大致L形是因?yàn)椋哂虚L(zhǎng)度尺寸La1的元件連接部33A及具有長(zhǎng)度尺寸La2的引線連接部33B的相互的長(zhǎng)度方向正交。對(duì)支承端子部37來(lái)說(shuō)也是同樣的。

在圖4B中，支承端子部37作為與端子部33的元件連接部33A相當(dāng)?shù)牟糠?，具有比長(zhǎng)度尺寸La1短的長(zhǎng)度尺寸Lb1，并且具有與寬度尺寸Wa1相同長(zhǎng)度的寬度尺寸Wb1。支承端子部37作為與端子部33的引線連接部33B相當(dāng)?shù)牟糠?，還具有與長(zhǎng)度尺寸La2相同長(zhǎng)度的長(zhǎng)度尺寸Lb2，并且具有與寬度尺寸Wa2相同長(zhǎng)度的寬度尺寸Wb2。

支承端子部37的形成方法與端子部33及各電極35A、35B相同。

另外，由于在支承端子部37未連接熱電元件32，故而雖然存在與端子部33的引線連接部33B相當(dāng)?shù)牟糠?，但在端子?3的元件連接部33A的細(xì)長(zhǎng)部分的前端側(cè)不存在相當(dāng)部位，不理想。因此，作為支承端子部37的整體形狀，也可以為僅具有與端子部33的引線連接部33B相當(dāng)?shù)牟糠值木匦巍?/p>

另外，在引線部件34設(shè)置在正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的本實(shí)施方式中，作為端子部33及支承端子部37也設(shè)有一對(duì)。一對(duì)端子部33彼此雖然省略圖示，但俯視看形成為相互線對(duì)稱的形狀，俯視看，一對(duì)支承端子部37還為相互線對(duì)稱的形狀。即，端子部33彼此的形狀及支承端子部37彼此的形狀為將一對(duì)引線部件34間的中央橫切的線，俯視看，以將熱電發(fā)電裝置1一分為二的線I－I(參照?qǐng)D1)為中心而線對(duì)稱。

另一方面，在端子部33與支承端子部37之間安裝有避開(kāi)引線部件34的連接部分而支承端子部33的作為支承部件的多個(gè)支承元件38。支承元件38的外形形狀與熱電元件32相同。在圖4A、圖4B中，為了容易區(qū)分熱電元件32和支承元件38，對(duì)熱電元件32不進(jìn)行蝕刻，僅對(duì)支承元件38進(jìn)行蝕刻并進(jìn)行圖示。

在端子部33的引線連接部33B，在引線部件34的圖中左側(cè)沿著X軸方向接合有兩個(gè)支承元件38，在引線部件34的圖中右側(cè)沿著X軸方向接合有三個(gè)支承元件38。這樣，支承元件38以將端子部33中的引線部件34的接合部分包圍的方式配置有多個(gè)。即，本實(shí)施方式的引線部件34大致為圓柱狀，重量也重。因此，以通過(guò)連接引線部件34而不使端子部33撓曲的方式形成為由支承元件38支承其連接部分的周?chē)臉?gòu)造。另外，也可以在引線部件34的圖中的下面與下方的支承端子部37之間安裝其他的支承部件并直接支承引線部件34。

[引線部件及其周邊構(gòu)造的說(shuō)明]

在圖3中，引線部件34為銅等具有導(dǎo)電性的金屬制造，具有圓柱狀的主體部34A、在主體部34A的下端設(shè)置的凸緣狀的焊接部34B、在主體部34A的上端突出設(shè)置的小徑的接線部34C。這樣的引線部件34相對(duì)于將主體部34A的上部側(cè)設(shè)于端子部33的貫通開(kāi)口33C、及在上方的薄膜片35設(shè)置的貫通開(kāi)口35C從下方插通，引線部件34的焊接部34B的凸緣狀的上面在端子部33的下面在周向上連續(xù)焊接。

通過(guò)該焊接，將端子部33的貫通開(kāi)口33C與引線部件34的焊接部34B之間密封，防止水分侵入熱電發(fā)電模塊30內(nèi)。另外，雖然省略圖示，但熱電發(fā)電模塊30的外周側(cè)通過(guò)安裝或者填充在受熱板10及冷卻板20之間的膏狀的密封材料及填充劑而相對(duì)于外部進(jìn)行密封。

通過(guò)焊接在端子部33上立設(shè)的引線部件34貫通形成相對(duì)面31B的薄膜片35的貫通開(kāi)口35C，在與其面內(nèi)方向正交的方向(圖3所示的Z軸的箭頭標(biāo)記方向)、即從與端子部33的接合部分向冷卻板20豎直地延伸設(shè)置。在冷卻板20上設(shè)有上下貫通的貫通孔21，通過(guò)貫通孔21將引線部件34的上端側(cè)向冷卻板20的外部拉出。因此，引線部件34不會(huì)與受熱板10接觸。在從冷卻板20露出的引線部件34的接線部34C的上端，通過(guò)焊接等連接有未圖示的引線，進(jìn)而將該引線拉出到所希望的位置。

另一方面，在插通引線部件34的冷卻板20的貫通孔21的內(nèi)面，通過(guò)實(shí)施絕緣涂敷而形成有絕緣膜22。另外，在本實(shí)施方式中，在引線部件34與貫通孔21之間，以將其間隙填埋的方式填充有絕緣材料23。通過(guò)絕緣膜22及絕緣材料23確保冷卻板20與引線部件34之間的絕緣耐力。

其中，根據(jù)貫通孔21與引線部件34的間隙的大小，也具有由該空隙確保足夠的絕緣耐力的情況，在這樣的情況下，能夠省略絕緣膜22及絕緣材料23。另外，在圖3所示的引線部件34的接合部分，絕緣膜22及絕緣材料23進(jìn)入薄膜片35的貫通開(kāi)口35C內(nèi)，絕緣膜22及絕緣材料23的下端部分達(dá)到端子部33的上面，但這樣的接合部分的具體構(gòu)造只要為水分等難以侵入熱電發(fā)電模塊30內(nèi)的構(gòu)造即可，不限于圖3所示的構(gòu)造。

[實(shí)施方式的效果]

根據(jù)以上說(shuō)明的本實(shí)施方式，在熱電發(fā)電裝置1中，與熱電發(fā)電模塊30的端子部33接合的引線部件34從端子部33貫通與冷卻板20相對(duì)的相對(duì)面31B而向冷卻板20側(cè)、即圖3中的Z方向箭頭標(biāo)記側(cè)延伸設(shè)置，故而不會(huì)與高溫的受熱板10接觸，能夠可靠地防止由熱導(dǎo)致的劣化等。

[變形例]

另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明目的的范圍內(nèi)的變形、改進(jìn)等也包含在本發(fā)明中。

例如，在上述實(shí)施方式中，作為本發(fā)明的引線部件，使用了整體由金屬制造的圓柱狀的引線部件34，但也可以如圖5A～圖5D的第一～第四變形例所示，為具有引線39A的引線部件39。這里的引線39A為由樹(shù)脂制的覆蓋材料覆蓋金屬制的引線的電纜等。

具體地，在圖5A的第一變形例中，引線部件39具有由適當(dāng)?shù)碾娎|構(gòu)成的引線39A、與實(shí)施方式的引線部件34相比，上下尺寸小的金屬制的焊接部件39B。引線39A與焊接于端子部33的焊接部件39B在焊接部件39B向冷卻板20側(cè)貫通該端子部33和由薄膜片35形成的相對(duì)面31B的部位連接。引線39A還通過(guò)冷卻板20的貫通孔21而被向外部拉出。另外，在本變形例中，與所述實(shí)施方式同樣地，在貫通孔21內(nèi)形成絕緣膜22并且填充有絕緣材料23。

在圖5B的第二變形例中，代替將絕緣材料23填充在貫通孔21內(nèi)，而使用由具有彈性的耐熱性樹(shù)脂等構(gòu)成的環(huán)狀的襯墊24。襯墊24被嵌入貫通孔21內(nèi)的上下方向(連通方向)的大致中間位置，通過(guò)在其中央把持引線39A而防止該引線39A和冷卻板20的接觸、及水分從貫通孔21向熱電發(fā)電模塊30的侵入。

在圖5C的第三變形例使用的襯墊24為收納在貫通孔21中的圓柱狀，在其內(nèi)部設(shè)有以使引線39A插通的狀態(tài)把持的多段把持部25。

在圖5D的第四變形例中，引線部件39僅由引線39A構(gòu)成，不具有焊接部件39B。這樣的引線39A直接焊接在端子部33的下面，貫通該端子部33，并且貫通由薄膜片35形成的相對(duì)面31B而被向冷卻板20側(cè)拉出，在該狀態(tài)下通過(guò)貫通孔21而被向冷卻板20的外部拉出。另外，在本變形例中，顯然也可以填充絕緣材料23或使用任意形狀的襯墊24。另外，絕緣膜22等只要根據(jù)需要形成即可，能夠省略，其在第一～第三變形例中也同樣。

在上述實(shí)施方式中，由于引線部件34為柱狀，引線部件34從與端子部33的接合部分向冷卻板20側(cè)筆直地(與相對(duì)面31B正交的方向、圖3中的Z軸的箭頭標(biāo)記方向)被拉出，但若在熱電發(fā)電模塊30內(nèi)，則也可以例如在一對(duì)薄膜片35之間暫時(shí)向面內(nèi)方向(與相對(duì)面31B平行的方向、即由圖3中的X軸及Y軸劃分的面的面內(nèi)方向)行進(jìn)，之后貫通相對(duì)面31B而被向冷卻板20側(cè)拉出。在這樣的情況下，由于并非向受熱板10與冷卻板20之間的空間被拉出，故而能夠同樣地得到本發(fā)明的效果，包含在本發(fā)明中。

除此之外，關(guān)于端子部33及支承端子部37的具體形狀，不限于上述實(shí)施方式中說(shuō)明的形狀，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以采用適當(dāng)?shù)男螤睢?/p>

【產(chǎn)業(yè)上的可利用性】

本發(fā)明除了能夠利用于在熱處理爐設(shè)置的熱電發(fā)電裝置之外，也能夠利用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣路徑中的高溫部分設(shè)置的熱電發(fā)電裝置等。