JP2015171308A - 温度差発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用場所に制約を受けることがなく、しかも、発電能力が高い温度差発電装置を提供する。
【解決手段】発熱体２に接触する加熱面プレート３と、加熱面プレート３に加熱面５ａが接触する熱電素子５とを備える。熱電素子５の冷却面５ｂに接触する冷却面プレート１２を有し、この冷却面プレート１２を底部とする有底筒状に形成された伝熱用筐体１１を備える。伝熱用筐体１１の熱を大気中に放散させる第１のヒートシンク４と、伝熱用筐体１１内の空気と熱交換を行う第２のヒートシンク１４と、第２のヒートシンク１４に空気を送る空冷部２４とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱電素子によって発電する温度差発電装置に関するものである。

熱電素子を使用して発電する従来の温度差発電装置は、液体配管の接続が必要であったり設置箇所が制限される大型のものや、センサを駆動するために必要な電力しか発電しない超小型のものが一般的である。大型の温度差発電装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがあり、超小型の温度差発電装置としては、例えば特許文献２に記載されたものがある。
特許文献１に開示された温度差発電装置は、鍋の底に熱電素子を設けて構成されている。特許文献２に開示された温度差発電装置は、人体の体温を利用して発電し、人工内耳を駆動するものである。

特開２０１３−４２８６２号公報 特開２００６−２０４６４６号公報

特許文献１に開示されている温度差発電装置は、火を熱源とするものであるため、使用場所に制約を受けるという問題があった。この温度差発電装置では、例えば工場内で高温になる部品に取付けて発電することはできない。
特許文献２に開示されている温度差発電装置は、発電能力が低いから、例えば灯火を点灯させたり、モータを駆動することはできないものである。

この種の温度差発電装置において、発電能力を高くするにあたっては、熱電素子の加熱部に高温の流体を供給するとともに、冷却部に低温の流体を供給する構成を採ることによって実現することが可能である。しかし、このような構成の温度差発電装置は、配管が必要であったり、専有面積が大きくなるために、使用場所に制約を受けるものである。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、使用場所に制約を受けることがなく、しかも、発電能力が高い温度差発電装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る温度差発電装置は、発熱体に接触する受熱部と、前記受熱部に加熱面が接触する状態で取付けられた熱電素子と、前記熱電素子の冷却面に接触する冷却部を有し、この冷却部を底部とする有底筒状に形成された伝熱用筐体と、前記筐体の開口部に設けられ、前記筐体の熱を大気中に放散させる第１のヒートシンクと、前記冷却部に設けられ、前記筐体内の空気と熱交換を行う第２のヒートシンクと、前記第２のヒートシンクに空気を送る空冷部とを備えているものである。

本発明は、前記発明において、前記空冷部は、前記筐体内の空気を前記第２のヒートシンクに送るファンと、前記筐体内の空気と熱交換を行い、前記空気の熱を前記第１のヒートシンクに伝達する熱交換部材とを備えていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記受熱部と前記冷却部との間に形成され、前記熱電素子を収容する空間と、前記冷却部に形成され、前記ファンによって送られた空気を前記空間に導く空気入口と、前記冷却部に形成され、前記空間と前記筐体内とを連通する空気出口とをさらに備えていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記ファンを駆動するモータは、前記熱電素子を電源とするものであることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記空冷部は、前記筐体内に設けられ、前記冷却部との間に通風用空間を形成する隔壁と、前記筐体に設けられ、前記通風用空間と筐体外とを連通する複数の空気流入口と、前記通風用空間内であって前記第２のヒートシンクと対向する位置に一端部が開口し、かつ他端部が前記第１のヒートシンクを貫通して大気中に開口する排気用筒体とを備えていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記空冷部は、前記筐体内に設けられ、前記冷却部との間に通風用空間を形成する隔壁と、前記筐体に設けられ、前記通風用空間と筐体外とを連通する複数の空気流入口と、前記通風用空間内であって前記第２のヒートシンクと対向する位置に一端部が開口し、かつ他端部が前記ヒートシンクの内部に挿入された有底筒状の導風部材と、前記導風部材の中に設けられ、前記通風用空間内の空気を導風部材の他端部に送るファンと、前記導風部材の他端部に設けられ、導風部材の内外を連通する複数の連通孔とを備えていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記ファンを駆動するモータは、前記熱電素子を電源とするものであることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記筐体内には、前記熱電素子によって発電された電気を蓄える二次電池が収容されていることを特徴とする。

本発明は、前記発明において、前記筐体の外部に取付けられた箱部材をさらに備え、前記箱部材の内部には、前記熱電素子によって発電された電気を蓄える二次電池が収容されていることを特徴とする。

本発明に係る温度差発電装置において、熱電素子の冷却面は、筐体および第１のヒートシンクを有する第１の冷却部と、第２のヒートシンクおよび空冷部を有する第２の冷却部とによって冷却される。このため、熱電素子を効率よく冷却することができるから、高い発電能力が得られる。
また、本発明に係る温度差発電装置は、上述した第２の冷却部が筐体の中に設けられているから、冷却部を二つ備えているにもかかわらず、小型に形成することができる。しかも、この温度差発電装置は、受熱部を高温の部品に接触させることにより発電するから、使用場所に制約を受けることがないものである。
したがって、本発明によれば、小型で使用場所に制約を受けることがなく、しかも、発電能力が高い温度差発電装置を提供することができる。

第１の実施の形態による温度差発電装置の斜視図である。 第１の実施の形態による温度差発電装置の断面図である。 第１の実施の形態による温度差発電装置の分解斜視図である。 第１の実施の形態の変形例を示す斜視図である。 第２の実施の形態による温度差発電装置の斜視図である。 第２の実施の形態による温度差発電装置の断面図である。 第２の実施の形態による温度差発電装置の分解斜視図である 第２の実施の形態の変形例を示す斜視図である。 第３の実施の形態による温度差発電装置の斜視図である。 第３の実施の形態による温度差発電装置の断面図である。 第３の実施の形態による温度差発電装置の分解斜視図である。 第３の実施の形態の変形例を示す斜視図である。 第３の実施の形態の変形例を示す斜視図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る温度差発電装置の一実施の形態を図１〜図３によって詳細に説明する。この実施の形態による温度差発電装置は、請求項１〜請求項４と、請求項７および請求項８とに記載した温度差発電装置を構成している。
図１に示す温度差発電装置１は、発熱体２（図２参照）に重ねられる加熱面プレート３を有し、この加熱面プレート３が加熱されるとともに、この加熱面プレート３とは反対側に位置する第１のヒートシンク４から大気中に熱が放散することによって発電するものである。この温度差発電装置１は、例えばランプ（図示せず）を点灯させたり、モータ（図示せず）を駆動させることが可能な電力を発電する。

前記加熱面プレート３は、図２および図３に示すように、発熱体２の表面形状に倣う平坦な接触面３ａ（図２参照）を有する板状に形成されている。この加熱面プレート３を形成する材料は、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導率が高い材料が用いられている。加熱面プレート３は、図示していない取付用ブラケットやボルトなどによって発熱体２に接触する状態で固定されている。この実施の形態においては、この加熱面プレート３が本発明でいう「受熱部」に相当する。

この加熱面プレート３の中央部には、熱電素子５を取付けるための取付座６が突設されている。加熱面プレート３には断熱材７が重ねられている。この断熱材７には、図３に示すように、取付座６を通すための穴８と、この穴８の両側方に延びる第１の凹溝９と第２の凹溝１０とが形成されている。

熱電素子５は、ゼーベック効果により起電力を生じるものであり、上述した取付座６と、後述する伝熱用筐体１１の冷却面プレート１２とに挟まれている。熱電素子５の加熱面５ａは、取付座６に接触し、冷却面５ｂは、冷却面プレート１２に接触している。熱電素子５は、取付座６と冷却面プレート１２とに挟まれた状態においては、断熱材７の第１、第２の凹溝９，１０の間に位置付けられる。すなわち、加熱面プレート３と冷却面プレート１２との間には、断熱材７の穴８と、第１の凹溝９と、第２の凹溝１０とによって熱電素子５を収容する空間が形成されている。以下においては、第１の凹溝９の中に形成されている空間を第１の空間Ｓ１といい、第２の凹溝１０の中に形成されている空間を第２の空間Ｓ２という。

伝熱用筐体１１は、板状に形成されて熱電素子５の冷却面５ｂに接触する冷却面プレート１２と、角筒状に形成された本体１３とを備えている。これらの冷却面プレート１２および本体１３は、上述した加熱面プレート３と同様に熱伝導率が高い材料によって形成されている。この実施の形態においては、冷却面プレート１２によって、本発明でいう「冷却部」が構成されている。

冷却面プレート１２は、本体１３の一端部の中に嵌合している。すなわち、この実施の形態による伝熱用筐体１１は、冷却面プレート１２を底部とする有底角筒状に形成されている。冷却面プレート１２と本体１３との嵌合部分は、ろう付けによって接合されるか、あるいは、熱伝導性が高い接着剤によって接着されている。また、この嵌合部分は、気密となるようにシールされている。

冷却面プレート１２には、第２のヒートシンク１４が設けられているとともに、貫通穴からなる空気入口１５と、空気出口１６とが穿設されている。第２のヒートシンク１４は、伝熱用筐体１１内の空気と熱交換を行うもので、伝熱用筐体１１内に向けて突出する複数のピン１７によって構成されている。
空気入口１５は、第１の空間Ｓ１と伝熱用筐体１１内とを連通している。空気出口１６は、第２の空間Ｓ２と伝熱用筐体１１内とを連通している。この空気出口１６には、熱電素子５に接続されたリード線１８が通されている。

伝熱用筐体１１の本体１３における冷却面プレート１２が嵌合した一端部は、連結用筒体２１によって加熱面プレート３に接続されている。連結用筒体２１は、加熱面プレート３と、断熱材７と、伝熱用筐体１１の本体１３とに嵌合しており、上述した空間Ｓ１および空間Ｓ２と外気とを遮断するためのカバーとして機能している。
連結用筒体２１と加熱面プレート３や本体１３との嵌合は、熱電素子５が加熱面プレート３と冷却面プレート１２との間に挟まれて固定される状態で行う。熱電素子５の固定方法は、図示してはいないが、固定用ねじを使う方法と、接着剤を使う方法とがある。

固定用ねじを使う固定方法は、冷却面プレート１２から加熱面プレート３に向かって一定圧力が加わるように固定用ねじを締め込み、熱電素子５を加熱面プレート３と冷却面プレート１２とに密着させて行う。
接着剤を使う方法は、熱電素子５の加熱面５ａと冷却面５ｂとに伝導性の高い接着剤を塗布し、熱電素子５を加熱面プレート３と冷却面プレート１２とに接着して行う。

本体１３の他端部は、板状の熱交換部材２２とによって閉塞されている。この熱交換部材２２は、本体１３の他端部内に嵌合している。熱交換部材２２には、伝熱用筐体１１内に突出する複数のピン２３が設けられている。この熱交換部材２２は、後述する空冷部２４の一部を構成するものである。

本体１３の他端面（伝熱用筐体１１の開口部）と、熱交換部材２２における伝熱用筐体１１内とは反対側に位置する外端面とには、上述した第１のヒートシンク４がそれぞれ熱伝達可能に取付けられている。この第１のヒートシンク４および上述した熱交換部材２２は、加熱面プレート３と同様に熱伝導率が高い材料によって形成されている。熱交換部材２２は、伝熱用筐体１１内の空気と熱交換を行い、伝熱用筐体１１内の空気の熱を第１のヒートシンク４に伝達する。第１のヒートシンク４は、複数のピン２５を有しており、伝熱用筐体１１の本体１３と熱交換部材２２の熱を複数のピン２５から大気中に放散させる。

空冷部２４は、熱電素子５の冷却を促進させるためのものである。この実施の形態による空冷部２４は、上述した熱交換部材２２と、伝熱用筐体１１内に設けられたファン３１とを備えている。ファン３１は、モータ（図示せず）によって駆動されて回転するものである。このファン３１は、伝熱用筐体１１内の一側部における上述した空気入口１５と対向する位置であって、冷却面プレート１２から予め定めた距離だけ熱交換部材２２側へ離間する位置に配置されている。ファン３１のモータは、ファン３１に一体的に設けられている。このファン３１は、図示していないブラケットによって伝熱用筐体１１に支持されている。

また、このファン３１は、伝熱用筐体１１内に設けられた制御基板３２にリード線３３を介して接続されている。制御基板３２は、第２のヒートシンク１４と熱交換部材２２との間に二次電池３４とともに配置されている。二次電池３４は、熱電素子５によって発電された電力のうち、余剰の電力を蓄えるためのもので、リード線３５によって制御基板３２に接続されている。この二次電池３４は、制御基板３２と第２のヒートシンク１４との間に位置付けられている。

制御基板３２と二次電池３４は、図示していないブラケットによって伝熱用筐体１１に支持されている。なお、制御基板３２と二次電池３４を伝熱用筐体１１内で保持するためには、図示してはいないが、このようなブラケットを使用することなく、クッション材を用いて行うことができる。この場合、制御基板３２と二次電池３４とを互いに重ね合わせた状態で両側からクッション材で挟み、この組立体を第２のヒートシンク１４と熱交換部材２２とによって挟んで保持する。

制御基板３２は、この温度差発電装置１の動作を制御するための制御回路（図示せず）が設けられている。この制御基板３２には、熱電素子５のリード線１８と、ファン３１のリード線３３と、二次電池３４のリード線３５と、伝熱用筐体１１の外面に設けられた出力端子３６のケーブル３７とが接続されている。出力端子３６は、この温度差発電装置１によって発電された電力を外部に供給するためのもので、伝熱用筐体１１の本体１３に取り付けられている。

熱電素子５から制御基板３２に送られた電力は、制御回路の動作と、ファン３１の運転および外部への電力供給に使用される。熱電素子５から制御回路に送られた電力のうち、余剰の電力は、二次電池３４の充電に使用される。制御回路の動作と、ファン３１の運転および外部への電力供給に対して発電電力が不足する場合には、二次電池３４に充電されている電力を使用する。また、制御回路は、二次電池３４に充電されている電力を常に監視し、制御回路が動作可能な最低限の電力が常に残るように制御する。

ファン３１は、制御回路からモータに電力が供給されることにより回転し、空気を空気入口１５に向けて送る。ファン３１が回転することにより、この温度差発電装置１内で空気が流れる。この空気は、図２中に破線の矢印で示す方向に流れる。
ここで、温度差発電装置１内で空気の流れる方向について説明する。

ファン３１によって送られた空気の一部は、冷却面プレート１２に当たることにより流れる方向が変えられ、第２のヒートシンク１４に向けて流れる。この空気は、第２のヒートシンク１４のピン１７に接触しながら第２のヒートシンク１４を横切って伝熱用筐体１１内の反対側に流れる。空気は、ピン１７に接触することによりピン１７の熱を吸熱する。

一方、空気入口１５に流入した空気は、第１の凹溝９の中の第１の空間Ｓ１に供給される。そして、この空気は、熱電素子５の内部に形成されている隙間（図示せず）を通って第２の空間Ｓ２に入る。この空気は、熱電素子５に接触することにより熱電素子５の熱を吸熱する。第２の空間Ｓ２に流入した空気は、冷却面プレート１２の空気出口１６を通って伝熱用筐体１１内に戻り、第２のヒートシンク１４を通過した空気と合流して熱交換部材２２に向けて流れる。制御基板３２と二次電池３４は、このように流れる空気の流路を構成するガイドとしても機能する。このため、第２のヒートシンク１４を通過した空気と空気出口１６を通過した空気は、大部分が熱交換部材２２に導かれる。そして、この空気は、熱交換部材２２の中を通過し、ファン３１に吸い込まれる。熱交換部材２２のピン２３は、空気が接触したときに空気の熱を吸熱する。

このように構成された温度差発電装置１においては、発熱体２の熱が加熱面プレート３を介して熱電素子５の加熱面５ａに伝達される。なお、この実施の形態による温度差発電装置１において、発熱体２の熱は、詳細は後述するが、図２中に実線で描いた矢印によって示す方向に伝達される。
熱電素子５は、加熱面５ａと冷却面５ｂとに温度差が生じることにより発電する。熱電素子５が発電すると、制御回路による制御によってファン３１が回転し、出力端子３６から電力を取り出すことが可能になる。余剰な電力は、二次電池３４に蓄えられる。

熱電素子５の冷却面５ｂは、冷却面プレート１２に熱が伝導されることにより冷却される。また、熱電素子５の内部は、第１の空間Ｓ１から熱電素子５内を通過して第２の空間Ｓ２に流れる空気に熱が吸熱されることによって冷却される。第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２は、断熱材７の第１の凹溝９と第２の凹溝１０とによって形成されている。このため、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２を流れる空気が加熱面プレート３の熱で加熱されることを防ぐことができる。

冷却面プレート１２は、後述する第１の冷却部４１と第２の冷却部４２とによって冷却される。第１の冷却部４１は、伝熱用筐体１１の本体１３と第１のヒートシンク４とによって構成されている。第２の冷却部４２は、第２のヒートシンク１４と空冷部２４とによって構成されている。第１の冷却部４１においては、冷却面プレート１２の熱が本体１３から第１のヒートシンク４に伝導によって伝わり、第１のヒートシンク４のピン２５から大気中に放散される。第２の冷却部４２においては、第２のヒートシンク１４に空気が送られることにより冷却面プレート１２が空冷によって冷却される。

このため、この実施の形態による空冷部２４を備えた温度差発電装置１においては、第１の冷却部４１と第２の冷却部４２とによって熱電素子５を効率よく冷却することができるから、高い発電能力が得られる。
また、この実施の形態に係る温度差発電装置１は、上述した第２の冷却部４２が伝熱用筐体１１の中に設けられているから、冷却部を二つ備えているにもかかわらず、小型に形成することができる。しかも、この温度差発電装置１は、加熱面プレート３を高温の部品（発熱体２）に接触させることにより発電するから、使用場所に制約を受けることがないものである。
したがって、この実施の形態によれば、小型で使用場所に制約を受けることがなく、しかも、発電能力が高い温度差発電装置を提供することができる。

この実施の形態による空冷部２４は、伝熱用筐体１１内の空気を第２のヒートシンク１４に送るファン３１と、伝熱用筐体１１内の空気と熱交換を行い、空気の熱を第１のヒートシンク４に伝達する熱交換部材２２とを備えている。
このため、第２のヒートシンク１４と熱交換部材２２に空気が流れることにより対流熱伝達が促進され、冷却面プレート１２が強制的に空気によって冷却される。この結果、冷却面プレート１２が効率よく冷却される。
また、伝熱用筐体１１が実質的にファン３１を保護する保護部材として機能する。このため、ファン３１が外部の部材に接触することがないから、ファン３１の故障率を軽減することができる。

この実施の形態による温度差発電装置１は、加熱面プレート３と冷却面プレート１２との間に熱電素子５を収容する空間が形成されている。この空間とは、断熱材７の穴８と、第１の凹溝９内の第１の空間Ｓ１と、第２の凹溝１０内の第２の空間Ｓ２である。
冷却面プレート１２には、ファン３１によって送られた空気を上述した空間に導く空気入口１５と、この空間と伝熱用筐体１１内とを連通する空気出口１６とが形成されている。
このため、この実施の形態によれば、熱電素子５の内部に空気が流れることにより対流熱伝達が促進され、熱電素子５の内部を空気によって冷却することができる。この結果、熱電素子５の冷却面５ｂの温度をより一層低くすることができるから、高い発電能力が得られる。

この実施の形態によるファン３１のモータは、熱電素子５を電源とするものである。このため、強制空冷を実現するに当たって専用の電源は不要であるから、より一層小型化された温度差発電装置を提供することができる。また、この実施の形態による温度差発電装置１は、強制空冷式の空冷部２４を備えているにもかかわらず、外部からの電源供給を必要としないものである。このため、この実施の形態によれば、設置位置の自由度が高い温度差発電装置を提供することができる。

この実施の形態による伝熱用筐体１１の内部には、熱電素子５によって発電された電気を蓄える二次電池３４が収容されている。
このため、発熱体２の温度が低いときに二次電池３４の電力を出力端子３６から外部に供給することができるから、動作の信頼性が高い温度差発電装置を提供することができる。
なお、発熱体２の温度が低い状態が長い期間にわたって継続されると、二次電池３４に充電された電力でも不足するおそれがある。このため、この温度差発電装置１においては、このような電力不足を補うために、伝熱用筐体１１の中に一次電池（図示せず）を備えることもできる。

（第１の実施の形態の変形例）
第１の実施の形態に示す温度差発電装置は、図４に示すように構成することができる。図４において、図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図４に示す温度差発電装置５１は、図１〜図３に示した温度差発電装置１を利用して構成されており、制御ボックス５２を備えている。この温度差発電装置５１は、請求項９に記載した温度差発電装置を構成するものである。この実施の形態においては、制御ボックス５２が請求項９記載の発明でいう「箱部材」に相当する。

制御ボックス５２は、伝熱用筐体１１の外部に取付けられている。この制御ボックス５２の中には、図示してはいないが、制御基板３２と二次電池３４とが収容されている。この実施の形態による伝熱用筐体１１の中には、制御基板３２と二次電池３４とは設けられていない。
制御ボックス５２の外側には、３種類の出力端子５３〜５５と、表示パネル５６などが設けられている。
表示パネル５６は、熱電素子５の発電状況を含む温度差発電装置５１の運転状態や、二次電池３４の残量、アラームなどを表示することが可能なものである。アラームは、二次電池３４の残量が予め定めた量を下回ったときに発生するように構成することができる。

この実施の形態においては、伝熱用筐体１１の中に制御基板３２と二次電池３４が設けられていない分だけ伝熱用筐体１１内が広くなる。このため、この実施の形態によれば、伝熱用筐体１１内の空気がファン３１によって撹拌され易くなる。また、発熱する部材である制御基板３２と二次電池３４が伝熱用筐体１１の外に出るため、伝熱用筐体１１の温度を相対的に低くすることができる。
したがって、この実施の形態によれば、冷却面プレート１２の冷却をより一層効率よく行うことが可能な温度差発電装置を提供することができる。

（第２の実施の形態）
本発明に係る温度差発電装置の空冷部は、図５〜図７に示すように構成することができる。図５〜図７において、図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。この実施の形態による温度差発電装置６１は、請求項１と、請求項５および請求項８とに記載した温度差発電装置１を構成するものである。

この温度差発電装置６１は、図５に示すように、第１のヒートシンク４の中央部に露出する排気用筒体６２を備えている。排気用筒体６２は、この実施の形態による空冷部２４（図６参照）の一部を構成するものである。この排気用筒体６２は、円筒状に形成されており、図６および図７に示すように、伝熱用筐体１１の内部に設けられた隔壁６３に一端部が取付けられた状態で第１のヒートシンク４の中央部を貫通している。排気用筒体６２の一端部は、隔壁６３を貫通しており、第２のヒートシンク１４と対向する位置に開口している。排気用筒体６２の他端部は、第１のヒートシンク４を貫通して大気中に開口している。

排気用筒体６２の内周面は、図６に示すように、一端部から他端部に向かうにしたがって内径が漸次小さくなるテーパ面によって形成されている。この実施の形態による伝熱用筐体１１の開口部は、第１のヒートシンク４によって閉塞されている。すなわち、この実施の形態による温度差発電装置６１は、第１の実施の形態で示した熱交換部材２２を備えていない。また、この温度差発電装置６１には、第１の実施の形態で示したファン３１も設けられていない。この実施の形態による冷却面プレート１２には、熱電素子５のリード線１８を通すためのケーブル孔６４のみが形成されている。

隔壁６３は、伝熱用筐体１１内であって第２のヒートシンク１４の近傍に位置付けられており、伝熱用筐体１１内を通風用空間６５と収納空間６６とに分けている。隔壁６３には、図６および図７に示すように、熱電素子５のリード線１８を通すための貫通孔６７が形成されている。
通風用空間６５は、隔壁６３と冷却面プレート１２との間に形成されている。この通風用空間６５は、伝熱用筐体１１の本体１３に設けられた複数の空気流入口６８を介して伝熱用筐体１１外に接続されている。

空気流入口６８は、本体１３を貫通して通風用空間６５と伝熱用筐体１１の外とを連通する貫通孔によって形成されている。これらの空気流入口６８は、角筒状を呈する本体１３の四つの側壁にそれぞれ設けられている。
収納空間６６は、隔壁６３と第１のヒートシンク４との間に形成されている。この収納空間６６には、制御基板３２と二次電池３４とが収容されている。

この実施の形態による空冷部２４は、上述した排気用筒体６２と、隔壁６３と、伝熱用筐体１１の空気流入口６８などによって構成されている。この空冷部２４においては、第２のヒートシンク１４によって暖められた空気が排気用筒体６２の中を上昇し、排気用筒体６２の中に上昇気流が生じる。このため、いわゆる煙突効果によって空気流入口６８から空気（相対的に温度が低い外気）が通風用空間６５内に吸い込まれる。

この空気は、第２のヒートシンク１４に四方向から流れ込み、第２のヒートシンク１４の中央部から排気用筒体６２の一端部内に入る。排気用筒体６２内に入った空気は、排気用筒体６２の他端部から大気中に排出される。このため、この実施の形態による空冷部２４を備えた温度差発電装置６１によれば、伝熱用筐体１１と第１のヒートシンク４とからなる第１の冷却部４１と、第２のヒートシンク１４と空冷部２４とを有する第２の冷却部４２とによって冷却面プレート１２を効率よく冷却することができるから、第１の実施の形態を採るときと同等の効果が得られる。
特に、この実施の形態においては、電力を使用することなく、第２のヒートシンク１４に空気が流れて対流熱伝達を促進させることができる。このため、この実施の形態による温度差発電装置６１は、ファン３１を用いる温度差発電装置と較べて消費電力が少ないものとなる。

この実施の形態による伝熱用筐体１１内には、熱電素子５によって発電された電気を蓄える二次電池３４が収容されている。
このため、発熱体２の温度が低いときに二次電池３４の電力を出力端子から外部に供給することができるから、動作の信頼性が高い温度差発電装置を提供することができる。なお、この実施の形態を採る場合であっても、発熱体２の温度が低い状態が長い期間にわたって継続されると、二次電池３４に充電された電力が不足するおそれがある。このため、この温度差発電装置６１においても、このような電力不足を補うために、伝熱用筐体１１の中に一次電池（図示せず）を備えることができる。

（第２の実施の形態の変形例）
第２の実施の形態に示す温度差発電装置は、図８に示すように構成することができる。図８において、図４〜図７によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

図８に示す温度差発電装置７１は、図５〜図７に示した温度差発電装置６１を利用して構成されており、制御ボックス５２を備えている。この温度差発電装置７１は、請求項９に記載した温度差発電装置を構成するものである。この実施の形態においては、制御ボックス５２が請求項９記載の発明でいう「箱部材」に相当する。
制御ボックス５２は、伝熱用筐体１１の外部に取付けられている。この制御ボックス５２の中には、図示してはいないが、制御基板３２と二次電池３４とが収容されている。このように制御基板３２と二次電池３４が制御ボックス５２の中に収容されることによって、伝熱用筐体１１内に収納空間６６（図６参照）が不要になる。

このため、伝熱用筐体１１の筒状の本体１３の長さを短く形成することができ、第１の冷却部４１の熱抵抗が小さくなる。また、発熱する部材である制御基板３２と二次電池３４が伝熱用筐体１１の外に出るため、伝熱用筐体１１の温度を相対的に低くすることができる。
したがって、この実施の形態によれば、冷却面プレート１２の冷却をより一層効率よく行うことが可能な温度差発電装置を提供することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に係る温度差発電装置の空冷部は、図９〜図１１に示すように構成することができる。図９〜図１１において、図１〜図３および図５〜図７によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。この実施の形態による温度差発電装置８１は、請求項１と、請求項６〜請求項８とに記載した温度差発電装置１を構成するものである。
この温度差発電装置８１は、図９に示すように、第１のヒートシンク４の中央部に露出する導風部材８２を備えている。

導風部材８２は、この実施の形態による空冷部２４の一部を構成するものである。この導風部材８２は、一端部が開口する有底円筒状に形成されており、図１０および図１１に示すように、伝熱用筐体１１の内部に設けられた隔壁８３に一端部が取付けられた状態で第１のヒートシンク４の中央部を貫通している。隔壁８３は、伝熱用筐体１１内であって第２のヒートシンク１４の近傍に位置付けられており、伝熱用筐体１１内を通風用空間６５と収納空間６６とに分けている。

導風部材８２の一端部は、その開口部分が隔壁８３の貫通穴８３ａに接続される状態で隔壁８３に固定されている。隔壁８３の貫通穴８３ａは、第２のヒートシンク１４の中央部と対向する位置に形成されている。このため、導風部材８２の一端部は、第２のヒートシンク１４と対向する位置に開口している。
導風部材８２の他端部（有底円筒の底部）は、第１のヒートシンク４を貫通してピン２５の先端と同等の位置まで突出している。また、導風部材８２の他端部には、導風部材８２の内外を連通する複数の連通孔８４が穿設されている。これらの連通孔８４は、導風部材８２における第１のヒートシンク４のピン２５と隣り合う部位に設けられている。

導風部材８２の一端部内には、ファン３１が設けられている。この実施の形態によるファン３１は、回転することにより通風用空間６５内の空気を吸引し、導風部材８２の他端部に送る。このファン３１は、一体的に設けられたモータ（図示せず）によって駆動されて回転する。このモータは、図示していないリード線によって制御基板３２に接続されている。このモータの動作は、制御基板３２の制御回路（図示せず）によって制御される。

この実施の形態による空冷部２４は、上述した導風部材８２と、隔壁８３と、連通孔８４と、ファン３１と、伝熱用筐体１１の空気流入口６８などによって構成された強制空冷式のものである。この空冷部２４においては、ファン３１が回転することによって、第２のヒートシンク１４によって暖められた空気が通風用空間６５から導風部材８２の一端部内に吸い込まれる。

このため、空気流入口６８から空気（相対的に温度が低い外気）が通風用空間６５内に吸い込まれる。この空気は、第２のヒートシンク１４に四方向から流れ込み、第２のヒートシンク１４の中央部から導風部材８２の一端部内に入る。導風部材８２内に入った空気は、導風部材８２の他端部に送られた後に連通孔８４を通って導風部材８２の外に吹き出す。導風部材８２の周囲には第１のヒートシンク４のピン２５が位置している。このため、導風部材８２から吹き出した空気がピン２５に当たりながら第１のヒートシンク４を横切るように流れて大気中に排出される。

この実施の形態による空冷部２４を備えた温度差発電装置８１によれば、第１のヒートシンク４と伝熱用筐体１１の本体１３とからなる第１の冷却部４１と、第２のヒートシンクに空気を送るファン３１および導風部材８２などを有する第２の冷却部４２とによって冷却面プレート１２を効率よく冷却することができるから、第１の実施の形態を採るときと同等の効果が得られる。
特に、この実施の形態においては、導風部材８２から吹き出した空気が第１のヒートシンク４による放熱を促進させるから、冷却効率がより一層高くなり、発電電力を増大させることが可能になる。

なお、この実施の形態を採る場合であっても、発熱体２の温度が低い状態が長い期間にわたって継続されると、二次電池３４に充電された電力が不足するおそれがある。このため、この温度差発電装置８１においても、このような電力不足を補うために、伝熱用筐体１１の中に一次電池（図示せず）を備えることができる。

この実施の形態によるファン３１を駆動するモータは、熱電素子５を電源とするものである。このため、強制空冷を実現するに当たって専用の電源は不要であるから、より一層の小型化された温度差発電装置を提供することができる。また、この実施の形態による温度差発電装置８１は、強制空冷式の空冷部２４を備えているにもかかわらず、外部からの電源供給を必要としないものである。このため、この実施の形態によれば、設置位置の自由度が高い温度差発電装置を提供することができる。

この実施の形態によるファン３１は、伝熱用筐体１１の内部に位置付けられている。このため、伝熱用筐体１１が実質的にファン３１を保護する保護部材として機能し、ファン３１が外部の部材に接触することがないから、ファン３１の故障率を軽減することができる。

（第３の実施の形態の変形例１）
第３の実施の形態に示す温度差発電装置は、図１２に示すように構成することができる。図１２において、図１〜図１１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

図１２に示す温度差発電装置９１は、図９〜図１１に示した温度差発電装置８１を利用して構成されており、制御ボックス５２を備えている。この温度差発電装置９１は、請求項９に記載した温度差発電装置を構成するものである。この実施の形態においては、制御ボックス５２が請求項９記載の発明でいう「箱部材」に相当する。
制御ボックス５２は、伝熱用筐体１１の外部に取付けられている。この制御ボックス５２の中には、図示してはいないが、制御基板３２と二次電池３４とが収容されている。

このように制御基板３２と二次電池３４が制御ボックス５２の中に収容されることによって、伝熱用筐体１１内に収納空間６６が不要になる。このため、伝熱用筐体１１の筒状の本体１３の長さを短く形成することができ、第１の冷却部４１の熱抵抗が小さくなる。また、発熱する部材である制御基板３２と二次電池３４が伝熱用筐体１１の外に出るため、伝熱用筐体１１の温度を相対的に低くすることができる。
したがって、この実施の形態によれば、冷却面プレート１２の冷却をより一層効率よく行うことが可能な温度差発電装置を提供することができる。

（第３の実施の形態の変形例２）
第３の実施の形態に示す温度差発電装置は、図１３に示すように構成することができる。図１３において、図１〜図３と、図５〜図７および図９〜図１１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図１３に示す温度差発電装置９２の伝熱用筐体１１は、複数の第３のヒートシンク９３を備えている。

これらの第３のヒートシンク９３は、伝熱用筐体１１の本体１３に取付けられた基板９４と、この基板９４の外面から突出する長方形状の多数の放熱フィン９５とによって構成されている。基板９４と放熱フィン９５は、一体成形により一体に形成されている。
この第３のヒートシンク９３は、伝熱用筐体１１の本体１３における四つの外側面にそれぞれ設けられている。放熱フィン９５は、導風部材８２の長手方向に長くなる状態で設けられている。

この実施の形態においては、伝熱用筐体１１の熱が第３のヒートシンク９３からも大気中に放散されるから、伝熱用筐体１１の冷却が促進される。
したがって、この実施の形態を採ることにより、冷却効率が高くなるから、発電能力がさらに高い温度差発電装置を提供することができる。

１，５１，６１，７１，８１，９１，９２…温度差発電装置、２…発熱体、３…加熱面プレート（受熱部）、４…第１のヒートシンク、５…熱電素子、８…穴、１１…伝熱用筐体、１２…冷却面プレート（冷却部）、１３…本体、１４…第２のヒートシンク、１５…空気入口、１６…空気出口、２２…熱交換部材、２４…空冷部、３１…ファン、３４…二次電池、５２…制御ボックス（箱部材）、６２…排気用筒体、６３，８３…隔壁、６５…通風用空間、６８…空気流入口、８２…導風部材、８４…連通孔、Ｓ１…第１の空間、Ｓ２…第２の空間。

Claims (9)

1. 発熱体に接触する受熱部と、
   前記受熱部に加熱面が接触する状態で取付けられた熱電素子と、
   前記熱電素子の冷却面に接触する冷却部を有し、この冷却部を底部とする有底筒状に形成された伝熱用筐体と、
   前記筐体の開口部に設けられ、前記筐体の熱を大気中に放散させる第１のヒートシンクと、
   前記冷却部に設けられ、前記筐体内の空気と熱交換を行う第２のヒートシンクと、
   前記第２のヒートシンクに空気を送る空冷部とを備えている温度差発電装置。
2. 請求項１記載の温度差発電装置において、
   前記空冷部は、
   前記筐体内の空気を前記第２のヒートシンクに送るファンと、
   前記筐体内の空気と熱交換を行い、前記空気の熱を前記第１のヒートシンクに伝達する熱交換部材とを備えていることを特徴とする温度差発電装置。
3. 請求項２記載の温度差発電装置において、
   前記受熱部と前記冷却部との間に形成され、前記熱電素子を収容する空間と、
   前記冷却部に形成され、前記ファンによって送られた空気を前記空間に導く空気入口と、
   前記冷却部に形成され、前記空間と前記筐体内とを連通する空気出口と
   をさらに備えていることを特徴とする温度差発電装置。
4. 請求項２または請求項３記載の温度差発電装置において、
   前記ファンを駆動するモータは、前記熱電素子を電源とするものであることを特徴とする温度差発電装置。
5. 請求項１記載の温度差発電装置において、
   前記空冷部は、
   前記筐体内に設けられ、前記冷却部との間に通風用空間を形成する隔壁と、
   前記筐体に設けられ、前記通風用空間と筐体外とを連通する複数の空気流入口と、
   前記通風用空間内であって前記第２のヒートシンクと対向する位置に一端部が開口し、かつ他端部が前記第１のヒートシンクを貫通して大気中に開口する排気用筒体とを備えていることを特徴とする温度差発電装置。
6. 請求項１記載の温度差発電装置において、
   前記空冷部は、
   前記筐体内に設けられ、前記冷却部との間に通風用空間を形成する隔壁と、
   前記筐体に設けられ、前記通風用空間と筐体外とを連通する複数の空気流入口と、
   前記通風用空間内であって前記第２のヒートシンクと対向する位置に一端部が開口し、かつ他端部が前記ヒートシンクの内部に挿入された有底筒状の導風部材と、
   前記導風部材の中に設けられ、前記通風用空間内の空気を導風部材の他端部に送るファンと、
   前記導風部材の他端部に設けられ、導風部材の内外を連通する複数の連通孔とを備えていることを特徴とする温度差発電装置。
7. 請求項６記載の温度差発電装置において、
   前記ファンを駆動するモータは、前記熱電素子を電源とするものであることを特徴とする温度差発電装置。
8. 請求項１ないし請求項６のうちいずれか一つに記載の温度差発電装置において、
   前記筐体内には、前記熱電素子によって発電された電気を蓄える二次電池が収容されていることを特徴とする温度差発電装置。
9. 請求項１ないし請求項６のうちいずれか一つに記載の温度差発電装置において、
   前記筐体の外部に取付けられた箱部材をさらに備え、
   前記箱部材の内部には、前記熱電素子によって発電された電気を蓄える二次電池が収容されていることを特徴とする温度差発電装置。

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