JPH1155974A

JPH1155974A - 熱発電ユニット

Info

Publication number: JPH1155974A
Application number: JP9217174A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Kitayama; 勝也北山; Masanori Enomoto; 正徳榎本; Shingo Kimura; 新悟木村; Hiroshi Kikuchi; 啓菊地; Hisataka Yakabe; 久孝矢加部
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Gastar Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Gastar Co Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】熱発電素子を絶縁物を介して挟持する高・低
熱源の密着性を広範囲に渡って向上させること。【解決手段】温度差に基づいて起電力を発生する導電
性の高い熱発電素子１２と、この熱発電素子１２を挟持
して、これに温度差を与える高熱源１３及び低熱源１４
と、前記熱発電素子と高熱源及び低熱源との接触面とを
それぞれ電気絶縁する絶縁物１５とを備えており、これ
ら熱発電素子１２及び絶縁物１５を貫通する挿通部１９
を形成し、この挿通部に固定手段を挿通して、高熱源１
３及び低熱源１４を絶縁物１５を介して熱発電素子に密
着させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性の高い熱発
電素子を電気絶縁物を介して高・低熱源で挟持する熱発
電ユニットに係り、特に高・低熱源が均一に密着するよ
うに構造を改良した熱発電ユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】熱発電素子は熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換する半導体であり、熱起電力が大きくて電気
伝導度が大きく、かつ熱伝導度が小さいことが要求され
る。このような熱発電素子としては、Ｂｉ₂Ｔｅ₃系，
ＰｂＴｅ系，ＳｉＧｅ系，ＦｅＳｉ₂系などのものが挙
げられる。

【０００３】図７は、従来の熱発電ユニットを示す斜視
図である。図において、熱発電ユニット１は、熱発電素
子２をプレート状の高・低熱源３，４とで挟持したもの
である。この熱発電素子２は、Ｂｉ₂Ｔｅ₃系の熱発電
素子であり、不純物ドーピングによる過剰電子のＮ型半
導体と、不足電子のＰ型半導体とによって構成されてい
る。

【０００４】上述したように、熱発電素子２は高熱源３
と低熱源４との間に挟持されるが、特にＢｉ₂Ｔｅ₃系
の熱発電素子は導電性が高いので、高・低熱源３，４と
直接に接触させることはできない。従って、熱発電素子
２と高熱源３又は低熱源４との間には、熱伝導性が良好
な固体の電気絶縁物５，５が介設されている。

【０００５】即ち、絶縁物５，５を介設しても、高・低
熱源３，４から熱発電素子２への熱伝導は妨げられない
ので、Ｎ型半導体とＰ型半導体との間に閉回路を形成す
れば、高熱源３と低熱源４との温度差によって、熱発電
素子２から起電力が得られる。尚、Ｂｉ₂Ｔｅ₃系の熱
発電素子２では、高熱源３の温度は約摂氏２５０度に設
定され、低熱源４の温度は約摂氏３０度に設定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱発電素子
２から得られる起電力は極小であるため、例えばモータ
を駆動することができる程度の大電力を得るには、単位
発電素子としての熱発電素子２同志を直列に接続し、熱
発電素子２の面積を大きくする必要がある。そこで、従
来の熱発電ユニット１では、大電力を得るべく、大きな
面積の熱発電素子２を、従来と同じように、絶縁物５，
５を介して、より大きな面積の高・低熱源３，４で挟持
する。そして、高熱源３及び低熱源４の四隅にネジ孔を
形成し、相対向するネジ孔にネジ６を挿通させてナット
７で締結することにより、高・低熱源３，４を絶縁物
５，５を介して熱発電素子２に密着させようとすると、
図８に示すように、使用中に高熱源３と低熱源４との温
度差によって、高熱源３及び低熱源４が反り返ることが
あった。

【０００７】このように、高・低熱源３，４が反り返る
と、高・低熱源３，４から熱発電素子２へ均一に熱伝達
されなくなる。また、高・低熱源３，４と絶縁物５，５
との隙間Ｓ，Ｓに空気層が存在し、この空気層が高・低
熱源３，４からの熱伝達を妨げる熱抵抗となる。従っ
て、高・低熱源３，４から熱発電素子２への熱伝達が良
好に行われず、発電効率が低下するので、大電力が得ら
れないという問題があった。この点について、本発明者
等は、さらにその原因を調査したところ、特に次の点が
明らかとなった。すなわち、上述のように、大電力を得
ようとして熱発電素子の面積を大きくするために、熱発
電素子２の領域を除いて、その周囲の四隅をネジ６にて
締めつける構造としているため、中央部に隙間Ｓが生じ
てしまう。また、特に、熱発電素子を構成するものにＢ
ｉ₂Ｔｅ₃系（ＰｂＴｅ系）を用いる場合には、ＳｉＧ
ｅ系，ＦｅＳｉ₂系と異なり、熱による体積変化を生じ
ることが判明した。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、熱発電素子を絶縁物を介して挟持する高・
低熱源の密着性を広範囲に渡って向上させることによ
り、発電効率の低下を防止し、大電力を得ることができ
る熱発電ユニットを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、温度差に基づいて起電力を発生する導電性の高い
熱発電素子と、この熱発電素子を挟持して、これに温度
差を与える高熱源及び低熱源と、前記熱発電素子と高熱
源及び低熱源との接触面とをそれぞれ電気絶縁する絶縁
物とを備えており、これら熱発電素子及び絶縁物を貫通
する挿通部を形成し、この挿通部に固定手段を挿通し
て、高熱源及び低熱源を絶縁物を介して熱発電素子に密
着させた、熱発電ユニットにより、達成される。

【００１０】好ましくは、前記挿通部が、貫通孔または
隙間である熱発電ユニットにより、達成される。

【００１１】また、好ましくは、前記挿通部に挿通固定
される固定手段が、熱発電素子と電気絶縁されている熱
発電ユニットにより、達成される。

【００１２】さらに、好ましくは、前記高熱源が、給湯
器又は風呂釜のバーナで加熱されるフィン付き加熱プレ
ートによって形成され、前記低熱源が、給湯器又は風呂
釜の給水管で水冷される冷却プレートによって形成され
ている熱発電ユニットにより、達成される。

【００１３】本発明によれば、熱発電ユニットを構成す
る熱発電素子及び絶縁物を貫通する挿通部を形成し、こ
の挿通部に固定手段を挿通固定して、高熱源及び低熱源
を絶縁物を介して熱発電素子に密着させたので、高熱源
と低熱源との温度差によって高熱源及び低熱源が反り返
ろうとしても、熱発電素子及び絶縁物を貫通する固定手
段がその反り返りを抑制する。

【００１４】従って、熱発電素子の面積を大きく形成し
ても、高熱源及び低熱源が絶縁物を介して熱発電素子に
均一かつ広範囲に密着するので、高・低熱源から熱発電
素子への熱伝達が良好に行われる。さらに、高・低熱源
と絶縁物との間に隙間が形成されず、熱抵抗となる空気
層が存在しえないので、高熱源又は低熱源から熱発電素
子に良好に熱伝達される。即ち、高熱源及び低熱源の密
着性の向上により、高・低熱源から熱発電素子への熱伝
達が良好に行われ、発電効率の低下が防止されるので、
大電力を得ることができる。

【００１５】上記挿通部は、熱発電素子、絶縁物及び高
・低熱源を貫通する貫通孔として形成しても良いし、そ
の一部を熱発電素子同士を隔てた隙間により形成しても
良い。

【００１６】また、上記固定手段を熱発電素子と電気絶
縁することにより、熱発電素子及び絶縁物を貫通する挿
通部に固定手段を挿通固定しても、熱発電素子の電気絶
縁性が確実に保持されるものである。

【００１７】さらに、高熱源を給湯器又は風呂釜のバー
ナで加熱されるフィン付き加熱プレート、低熱源を給湯
器又は風呂釜の給水管で水冷される冷却プレートによっ
て形成したので、これらの温度差に基づいて熱発電素子
から得られる起電力を、給湯器又は風呂釜の排気ファン
を駆動させる予備電力として積極的に使用することがで
きる。

【００１８】前記固定手段が挿通部に通されるネジで構
成され、このネジは、前記熱発電素子の熱膨張率に応じ
て、これと近似する熱膨張率をもつ材質により形成され
ていてもよい。

【００１９】前記固定手段は、前記熱発電素子の熱膨張
によって、前記高熱源及び／又は低熱源の変形を防止す
る変形防止手段を有するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に述べ
る実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術
的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範
囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記
載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【００２１】図１及び図２は本発明に係る熱発電ユニッ
トの一実施形態を示すものであり、図３はその具体的構
造を示している。図において、本実施形態の熱発電ユニ
ット１１に採用する熱発電素子１１は、例えば、電気抵
抗が小さく、素子同士を直列接続すると高出力の得られ
るＢｉ₂Ｔｅ₃系熱発電素子である。Ｂｉ₂Ｔｅ₃系熱
発電素子１２は、不純物ドーピングによる過剰電子のＮ
型半導体１２ａと、不足電子のＰ型半導体１２ｂとによ
って構成されている。図３に示すように、これらＮ型半
導体１２ａ及びＰ型半導体１２ｂは、これらの間に後述
する絶縁物１５の垂直部分１５ｂを挟んで交互に並んで
おり、隣り合うＮ型半導体１２ａ，１２ｂ同志は絶縁物
１５ｂにより絶縁されている。また、これらＮ型半導体
１２ａ及びＰ型半導体１２ｂは、各熱源１３，１４にそ
れぞれ配設された高温側電極１３ａと低温側電極１４ａ
との間に配置されており、これら各電極を挟んで直列接
続されている。このようにＮ型半導体１２ａとＰ型半導
体１２ｂとを直列接続するのは、大きな電圧を得るため
である。

【００２２】この熱発電素子１２を高熱源１３と低熱源
１４との間に挟持すると、熱電対が構成され、高熱源１
３と低熱源１４との温度差に基づいて、熱発電素子１２
からゼーベック効果によって起電力が得られる。しか
し、熱発電素子１２を高熱源１３と低熱源１４との間に
挟持するに際して、Ｂｉ₂Ｔｅ₃系熱発電素子は導電性
が高いので、高熱源１３及び低熱源１４と直接に接触さ
せることはできない。

【００２３】従って、熱発電素子１２と高熱源１３又は
低熱源１４との間には、電気絶縁物１５，１５を介設し
ている。この電気絶縁物１５，１５は、それぞれ水平に
延びる部分１５ａと、この各水平部１５ａから互いに垂
直に延びる垂直部１５ｂとを有している。図３において
は、特に電気絶縁物１５の水平部１５ａが、熱発電素子
１２と高熱源１３又は低熱源１４との間に配置されてい
る。この絶縁物１５には、例えばアルミナセラミックス
（Ａｌ₂Ｏ₃）を採用する。アルミナセラミックスは電
気絶縁性に優れているので、例えば厚さ０．３ｍｍ程度
の薄板であれば、電気絶縁性は十分であり、かつ上記の
ようにアルミナセラミックスを介設しても高熱源１３又
は低熱源１４から熱発電素子１１への熱伝導はさほど妨
げられない。

【００２４】尚、上記絶縁物１５は、本実施形態では、
アルミナセラミックスを採用しているが、電気絶縁性及
び耐熱性が良好で熱伝導性が低いものであれば、樹脂等
の他の材料を用いることができる。また、絶縁物１５の
水平部分１５ａと垂直部分１５ｂを図示のように同じも
のでつくらなくてもよい。絶縁物１５の水平部分１５ａ
は荷重がかかることから、上記のような固体でなければ
ならないが、垂直部分１５ｂは電気絶縁性を有していれ
ば固体でなくてもよく、例えば空気，窒素，アルゴンそ
の他の不活性ガスでもよい。

【００２５】上記高熱源１３及び低熱源１４は、本実施
形態では、熱発電素子１２よりも大きな面積を有する矩
形の銅製プレートによって形成されている。銅製プレー
トは熱伝導性に優れており、高熱源１３の場合には後述
するバーナの輻射熱等によって加熱され、低熱源１４の
場合には後述する給水管等との接触によって冷却され
る。本実施形態にあっては、高熱源１３及び低熱源１４
を矩形の銅製プレートによって形成したが、その材質や
形状等はこれに限るものではない。

【００２６】即ち、大きな面積の熱発電素子１２を絶縁
物１５，１５を介して、より大きな面積の高・低熱源１
３，１４で挟持している。そして、高熱源１３及び低熱
源１４の四隅にはネジ孔１６が形成されており、相対向
するネジ孔１６にネジ１７を挿通させてナット１８で締
結している。さらに、上記熱発電素子１２、絶縁物１
５，１５及び高・低熱源１３，１４には、これらを貫通
する複数の挿通部１９が形成されている。図２では、挿
通部１９は貫通孔により形成され、各貫通孔１９には固
定手段としての付け具が挿通固定されている。具体的に
は、貫通孔１９はネジ孔として形成され、各ネジ孔１９
にネジ２０を挿通させてナット２１で締結している。

【００２７】また図３では、挿通部１９は、熱発電素子
１２，１２同士の間の隙間Ｄ内に形成されている。尚、
熱発電素子１２ａ１２ａ同士はこの隙間Ｄを囲んでその
周囲に一体に形成されており、これによりＮ型半導体１
２ａとＰ型半導体１２ｂとの直列接続は妨げられない。
そして、絶縁物１５，１５及び高・低熱源１３，１４に
は、これらを貫通するネジ孔１９（上記挿通部１９に対
応）が形成されており、このネジ孔１９にネジ２０を挿
通させてナット２１で締結している。

【００２８】即ち、高熱源１３及び低熱源１４の四隅を
ネジ締結するだけでなく、高熱源１３及び低熱源１４の
中央部をも複数箇所においてネジ締結しているので、高
熱源１３及び低熱源１４を絶縁物１５，１５を介して熱
発電素子１２に均一かつ広範囲に密着させることができ
る。上記ネジ２０は、熱発電素子１２がＢｉ₂Ｔｅ₃系
である場合には、これとほぼ同じ熱膨張率を示すＳＵＳ
系のネジを用いることが好ましい。また、熱発電素子１
２がＰｂＴｅ系である場合には、同様の理由により、ア
ルミニウム材でなるネジを用いることが好ましい。この
ように、ネジ２０の材質は、熱発電素子１２の熱膨張率
に近似したものを選択することが好ましい。ネジ２０の
材質としては上記の他、例えば熱膨張率の小さいものと
してセラミックス製のものも選択でき、熱膨張率の小さ
い熱発電素子１２と組み合わせて用いることができる。
尚、ネジ２０をＳＵＳ系のネジやアルミニウム材等で形
成する場合、これらの材質は熱伝導率が良好であるか
ら、熱発電素子１２の機能を阻害しないように、ネジ２
０と各熱源１３，１４及び熱発電素子１２の間に断熱手
段を配置する必要がある。この点からすれば、図３の構
造においては、このような断熱手段を用いないのであれ
ば、ネジ２０として用いるのはセラミックス製のものが
適している。

【００２９】さらに、挿通部としてのネジ孔１９の内周
部には電気絶縁物２３が被覆されており、ネジ孔１９に
挿通固定される固定手段としてのネジ２０が、熱発電素
子１２と電気絶縁されている。この電気絶縁物２３に
は、例えばアルミナセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリ
コン系充填剤（Ｓｉ）を採用する。尚、本実施形態にあ
っては、挿通部としてのネジ孔１９の内周部に電気絶縁
物２３を被覆したが、これに限るものではなく、取付け
具としてのネジ２０自体を電気絶縁物で被覆しても良
い。

【００３０】また、挿通部を設けることで、熱発電素子
１２を挟んで高熱源１３及び低熱源１４を固定できれ
ば、高熱源１３及び低熱源１４の四隅のネジ締結を行わ
なくてもよい。つまり、例えば挿通部を複数設けること
で、十分な固定強度が得られれば、高熱源１３及び低熱
源１４の四隅のネジ締結は不要となる。さらに、図４
（ａ）に示すように、熱発電ユニット２１の挿通部とし
てのネジ孔２６を貫通孔としない構成であってもよい。
すなわち、高熱源１３側では孔２６ａが貫通している
が、低熱源１４側では孔２６ａが有底の凹部として形成
されており、ネジ孔２６全体としては、貫通孔とはなっ
ていない。この場合であっても、ネジ２７によって熱発
電素子１２、絶縁物１５，１５及び高・低熱源１３，１
４を密着させて固定することができる。

【００３１】図４（ｂ）は、固定手段のさらに異なる構
成例を示している。図においては、固定手段がネジ２０
と、このネジ２０に緩く嵌め込まれる変形防止手段とし
てのスプリング４５とを有している。つまり、この固定
手段では、ネジ２０の頭の部分と高熱源１３の上面との
間にワッシャ４６を介してスプリング４５が介在し、ネ
ジ２０は貫通した挿通部２６を通って、ナット４７で締
めつけることにより固定されるようになっている。これ
により、変形防止手段としてのスプリング４５はワッシ
ャ４６を介してネジ２０の頭部を図において上方に付勢
している。このネジ２０は、ナット４７により固定され
ているので、結局、熱発電素子１２が温度変化等により
熱膨張した場合に、低熱源１４と高熱源１３とが外側に
押されて変形しようとするとき、低熱源１４と高熱源１
３とを互いに接近する方向に締めつける力として働く。

【００３２】これによって、スプリング４５は、低熱源
１４と高熱源１３とが外方へ膨らんで変形することを防
止する作用を発揮する。このため、高・低熱源１３，１
４が反り返ることがなく、より一層、熱発電素子１２と
の間に隙間を生じることを有効に防止できる。したがっ
て、変形防止手段としては、このようなスプリング４５
に限らず、同様の作用を発揮するものであれば、種々の
ものが採用できる。同様に、低熱源１４と高熱源１３と
を四隅で締めつけるネジ１７にも変形防止手段としての
スプリング４５を介在させている。尚、固定手段は上記
したネジに限るものではなく、熱発電素子を間に挟ん
で、両側から高熱源及び低熱源を配置して、互いに位置
ずれを生じないものであれば、種々の構成のもが採用で
きる。また、上記の場合に、スプリング４５及びワッシ
ャ４６をセラミックス材で構成すれば、ネジ２０をＳＵ
Ｓ系等の金属材にて構成してもよい。この場合、スプリ
ング４５及びワッシャ４６がネジ２０と高熱源１３及び
低熱源１４に対して断熱手段となるからである。

【００３３】本発明の実施の形態に係る熱発電ユニット
１１，２１は以上のように構成されるが、絶縁物１５，
１５を介設しても、高・低熱源１３，１４から熱発電素
子１２への熱伝導は妨げられないので、直列接続したＮ
型半導体１２ａとＰ型半導体１２ｂとの間に閉回路を形
成すれば、高熱源１３と低熱源１４との温度差に基づい
て、熱発電素子１２から起電力が得られる。

【００３４】図５は、本実施形態の熱発電ユニットの給
湯器への組込み状態を示す概略図である。図示する給湯
器３０において、水が供給される給水管３１には、これ
に接触するように冷却プレート３２が取り付けられてい
る。また、この給水管３１は、給湯用熱交換器３３を経
て、給湯管３４に接続されている。さらに、図示してい
ないが、給水管３１にはフローセンサと、入水サーミス
タとが接続されており、給湯管３４には給湯サーミスタ
が接続されている。

【００３５】上記給湯用熱交換器３３は、Ｕ字状の通水
管３３ａと、この通水管３３ａに取り付けられた複数枚
のフィン３３ｂとから構成され、給湯用バーナ３５を収
容する燃焼室３６の上部に設けられている。この燃焼室
３６の一側壁には、給湯用バーナ３５に臨むようにフィ
ン付き加熱プレート３７が取り付けられている。このフ
ィン付き加熱プレート３７は、銅製の加熱プレート上に
直角に複数の銅製フィンを取り付けたものであり、銅製
フィンを給湯用バーナ３５に臨ませている。

【００３６】この給湯器３０において、熱発電ユニット
１１は、上記冷却プレート３２とフィン付き加熱プレー
ト３７との間に挟持されている。即ち、冷却プレート３
２が低熱源１４、フィン付き加熱プレート３７の加熱プ
レートが高熱源１３の役目を果たし、これらの温度差に
基づいて、熱発電ユニット１１内の熱発電素子１２から
起電力が得られる。

【００３７】また、燃焼室３６上には排気ダクト３８が
設けられており、この排気ダクト３８の排気口３８ａに
は外部へ向けて送風する排気ファン３９が設けられてい
る。そして、この排気ファン３９の給電配線４０は中継
基板４１を介して熱発電ユニット１１内の熱発電素子１
２と接続されている。

【００３８】すなわち、本実施形態の熱発電ユニット１
１を給湯器３０に組み込む場合には、冷却プレート３２
とフィン付き加熱プレート３７の加熱プレートとの温度
差に基づいて、熱発電ユニット１１内の熱発電素子１２
から得られる起電力により、排気ダクト３８の排気口３
８ａに設けられた排気ファン３９を駆動させるものであ
る。

【００３９】また、図６は、本実施形態の熱発電ユニッ
トの複合型風呂釜への組込み状態を示す概略図である。
この複合型風呂釜５０は、給湯機能を備えた複合器とし
ての自動風呂釜を構成している。図において、風呂釜５
０は、本体内に給湯用熱交換器５１と、風呂用熱交換器
５２とを備えており、図示していないが、給湯管５３か
ら分岐して追焚き管路５４に接続された分岐管路を備え
ている。

【００４０】追焚き管路５４は、図示していないが、浴
槽の循環金具に接続されて追焚き循環管路を形成してお
り、その戻り管には追焚き流水スイッチと、温水循環用
ポンプとを備えている。この循環管路５４の戻り管に
は、風呂用熱交換器５２の入側に風呂サーミスタを備え
ている。

【００４１】一方、水が供給される給水管５５には、こ
れに接触するように冷却プレート５６が取り付けられて
いる。また、この給水管５５は、給湯用熱交換器５１を
経て、給湯管５３に接続されている。さらに、図示して
いないが、給水管５１にはフローセンサと、入水サーミ
スタとが接続されており、給湯管５３には給湯サーミス
タが接続されている。尚、給湯管５３から分岐した分岐
管路には、注湯電磁弁と、水位検出手段としての圧力セ
ンサとが接続されている。

【００４２】上記給湯用熱交換器５１は、Ｕ字状の通水
管５１ａと、この通水管５１ａに取り付けられた複数枚
のフィン５１ｂとから構成され、給湯用バーナ５７を収
容する給湯用燃焼室５８の上部に設けられている。この
燃焼室５８上には給湯用排気ダクト５９が設けられてい
る。

【００４３】また、上記風呂用熱交換器５２は、給湯用
熱交換器５１と同様に、Ｕ字状の通水管５２ａと複数枚
のフィン５２ｂとから構成され、風呂用バーナ６０を収
容する風呂用燃焼室６１の上部に設けられている。この
燃焼室６１上には風呂用排気ダクト６２が設けられてお
り、その延出端部は上記給湯用排気ダクト５９に連通さ
れている。

【００４４】さらに、この給湯用排気ダクト５９には、
補助バーナ６３上に設けられた補助排気ダクト６４が連
通されている。この補助排気ダクト６４の一側壁には、
補助バーナ６３に臨むようにフィン付き加熱プレート６
５が取り付けられている。即ち、この補助バーナ６３
は、フィン付き加熱プレートを加熱するための専用バー
ナとして、給湯用バーナ５７及び風呂用バーナ６０とは
別個に設けられている。このフィン付き加熱プレート６
５は、銅製の加熱プレート上に直角に複数の銅製フィン
を取り付けたものであり、銅製フィンを補助バーナ６３
に臨ませている。

【００４５】この複合型風呂釜５０において、本実施形
態の熱発電ユニット１１は、冷却プレート５６とフィン
付き加熱プレート６５の加熱プレートとの間に挟持され
ている。上述したように、この冷却プレート５６が低熱
源１３、フィン付き加熱プレート６５の加熱プレートが
高熱源１２の役目を果たし、これらの温度差に基づい
て、熱発電ユニット１１内の熱発電素子１２から起電力
が得られる。

【００４６】また、給湯用排気ダクト５９、風呂用排気
ダクト６２及び補助排気ダクト６４を連通して排気する
排気口６６には、外部へ向けて送風する排気ファン６７
が設けられている。そして、この排気ファン６７の給電
配線６８は中継基板６９を介して熱発電ユニット１１内
の熱発電素子１２と接続されている。

【００４７】すなわち、本実施形態の熱発電ユニット１
１を複合型風呂釜５０に組み込む場合には、冷却プレー
ト５６とフィン付き加熱プレート６５の加熱プレートと
の温度差に基づいて、熱発電ユニット１１内の熱発電素
子１２から得られる起電力により、給湯用排気ダクト５
９、風呂用排気ダクト６２及び補助排気ダクト６４を連
通して排気する排気口６６に設けられた排気ファン６７
を駆動させるものである。

【００４８】このように本実施形態の熱発電ユニット１
１は、冷却プレート３２，５６とフィン付き加熱プレー
ト３７，６５の加熱プレートとの温度差に基づいて、熱
発電素子１２から得られる起電力を、給湯器３０の排気
ファン３９又は複合型風呂釜５０の排気ファン６７を駆
動させる予備電力として積極的に使用することができる
ので、電気供給のない地域における給湯器３０又は複合
型風呂釜５０の使用を可能にするものである。

【００４９】給湯器３０又は複合型風呂釜５０に熱発電
ユニット１１を組み込むに際して、この熱発電ユニット
１１では、熱発電素子１２、絶縁物１５，１５及び高・
低熱源１３，１４を貫通する複数のネジ孔１９を形成
し、各ネジ孔１９にネジ２０を挿通しナット２１を締結
して、高熱源１３及び低熱源１４を絶縁物１５，１５を
介して熱発電素子１２に密着させている。従って、高熱
源１３と低熱源１４との温度差によって、高熱源１３及
び低熱源１４が反り返ろうとしても、熱発電素子１２、
絶縁物１５，１５及び高・低熱源１３，１４を貫通する
ネジ２０及びナット２１がその反り返りを抑制する。

【００５０】即ち、Ｎ型半導体１２ａとＰ型半導体１２
ｂとを直列接続して熱発電素子１２の面積を大きく形成
しても、高熱源１３及び低熱源１４が絶縁物１５，１５
を介して熱発電素子１２に均一かつ広範囲に密着するこ
とになり、高・低熱源１３，１４から熱発電素子１２へ
の熱伝達が良好に行われる。さらに、高・低熱源１３，
１４と絶縁物１５，１５との間に隙間が形成されず、熱
抵抗となる空気層が存在しえないので、高熱源１３又は
低熱源１４から熱発電素子１２に良好に熱伝達される。
このように高熱源１３及び低熱源１４の密着性を向上さ
せることにより、高・低熱源１３，１４から熱発電素子
１２への熱伝達が良好に行われ、発電効率の低下が防止
されるので、大電力を得ることができるものである。

【００５１】また、熱発電素子１２、絶縁物１５，１５
及び高・低熱源１３，１４を貫通するネジ孔１９にネジ
２０を挿通しても、ネジ孔１９の内周部に電気絶縁物２
３を被覆したので、ネジ２０と熱発電素子１２とが電気
絶縁され、熱発電素子１２の電気絶縁性を確実に保持す
ることができるものである。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る熱発電
ユニットによれば、熱発電素子を絶縁物を介して挟持す
る高・低熱源の密着性を広範囲に渡って向上させること
により、発電効率の低下を防止し、大電力を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱発電ユニットの一実施形態を示
す斜視図である。

【図２】本実施形態の熱発電ユニットを示す側面図であ
る。

【図３】本実施形態の熱発電ユニットの具体的構造を示
す概略断面図である。

【図４】本実施形態の熱発電ユニットの（ａ）第１の変
形例、（ｂ）第２の変形例をそれぞれ示す部分断面図で
ある。

【図５】本実施形態の熱発電ユニットの給湯器への組込
み状態を示す概略図である。

【図６】本実施形態の熱発電ユニットの複合型風呂釜へ
の組込み状態を示す概略図である。

【図７】従来の熱発電ユニットを示す斜視図である。

【図８】従来の熱発電ユニットを示す側面図である。

【符号の説明】

１１熱発電ユニット１２熱発電素子１２ａＮ型半導体１２ｂＰ型半導体１３高熱源１４低熱源１５絶縁物１６ネジ孔１７ネジ１８ナット１９挿通部２０ネジ２１ナット２３電気絶縁物３０給湯器３１給水管３２冷却プレート３３給湯用熱交換器３３ａ通水管３３ｂフィン３４給湯管３５給湯用バーナ３６燃焼室３７フィン付き加熱プレート３８排気ダクト３８ａ排気口３９排気ファン４０給電配線４１中継基板５０複合型風呂釜５１給湯用熱交換器５１ａ通水管５１ｂフィン５２風呂用熱交換器５２ａ通水管５２ｂフィン５３給湯管５４追焚き管路５５給水管５６冷却プレート５７給湯用バーナ５８給湯用燃焼室５９給湯用排気ダクト６０風呂用バーナ６１風呂用燃焼室６２風呂用排気ダクト６３補助バーナ６４補助排気ダクト６５フィン付き加熱プレート６６排気口６７排気ファン６８給電配線６９中継基板

フロントページの続き (72)発明者木村新悟神奈川県大和市深見台３丁目４番地株式会社ガスター内 (72)発明者菊地啓神奈川県川崎市多摩区宿河原２−20−25− 105 (72)発明者矢加部久孝東京都墨田区緑２−13−７−911

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度差に基づいて起電力を発生する導電
性の高い熱発電素子と、この熱発電素子を挟持して、これに温度差を与える高熱
源及び低熱源と、前記熱発電素子と高熱源及び低熱源との接触面とをそれ
ぞれ電気絶縁する絶縁物とを備えており、これら熱発電素子及び絶縁物を貫通する挿通部を形成
し、この挿通部に固定手段を挿通して、高熱源及び低熱
源を絶縁物を介して熱発電素子に密着させたことを特徴
とする、熱発電ユニット。
【請求項２】前記挿通部が、貫通孔または隙間である
ことを特徴とする、請求項１に記載の熱発電ユニット。
【請求項３】前記挿通部に挿通固定される固定手段
が、熱発電素子と電気絶縁されていることを特徴とす
る、請求項１または請求項２に記載の熱発電ユニット。
【請求項４】前記高熱源が、給湯器又は風呂釜のバー
ナで加熱されるフィン付き加熱プレートによって形成さ
れ、前記低熱源が、給湯器又は風呂釜の給水管で水冷さ
れる冷却プレートによって形成されていることを特徴と
する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱発電
ユニット。
【請求項５】前記固定手段が挿通部に通されるネジで
構成され、このネジは、前記熱発電素子の熱膨張率に応
じて、これと近似する熱膨張率をもつ材質により形成さ
れていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれ
かに記載の熱発電ユニット。
【請求項６】前記固定手段は、前記熱発電素子の熱膨
張によって、前記高熱源及び／又は低熱源の変形を防止
する変形防止手段を有することを特徴とする、請求項１
ないし５のいずれかに記載の熱発電ユニット。