温度检测装置技术领域
本发明涉及温度检测装置。
背景技术
检测从发动机等装置产生的废气等流体的温度、在早期掌握异常发生的监控系
统，被认为是有效防止装置的故障或事故的手段。
日本专利特开2004-157052号公报(专利文献1)记载了在废气净化装置的催化转
换器的内部和排气管的内部这样的高温环境下，将元件设置在被测定流体流通的流通路
内，用于进行被测定流体的温度检测的温度传感器的一例。
日本专利特开2012-112710号公报(专利文献2)记载了温度监控装置的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-157052号公报
专利文献2：日本专利特开2012-112710号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了构建流体温度的监控系统，要求在多个地方设置温度传感器，形成感测网络，
但为了设置温度传感器，例如专利文献1所记载的温度传感器那样，通常的温度传感器为有
线连接型，需要布线。为了伴随着布线在多个地方设置温度传感器，设置场所的制约、以及
设置所需要的成本都成为问题，现实中无法设置足够多数量的温度传感器。
于是，考虑使用不需要布线的无线温度传感器来代替有线连接型的温度传感器，
但该情况下，需要具备电池作为动作电源，电池的替换成本成为问题，因此仍然难以形成充
足的感测网络。
另一方面，专利文献2所记载的装置中，使用热电转换元件基于从监视对象物接收
的热能进行发电，由从热电转换元件输出的电压信号生成温度信息，经由天线向外部发送
温度信息。然而，专利文献2中，没有对用途、与热源的接触方法、冷却方法等进行详细叙述，
具体的结构不清楚。
于是，本发明的目的在于提供一种不需要用于确保电源的布线铺设或电池更换，
检测热源的温度，能持续动作的温度检测装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达成所述目的，基于本发明的温度检测装置，包括：检测部，该检测部包括检
测热源的温度的温度接收元件；发电部，该发电部与所述检测部隔开设置，包括热电转换元
件；第一传热部，该第一传热部将所述热源的热或冷热传输至所述发电部；放出部，该放出
部与所述发电部隔开设置，将热或冷热向外部放出；第二传热部，该第二传热部从所述发电
部接收热或冷热，传输至所述放出部；以及输出部，该输出部输出从所述温度接收元件得到
的测定结果，所述热电转换元件利用所述热电转换元件的所述第一传热部侧的面，与所述
热电转换元件的所述第二传热部侧的面之间的温度差进行发电，为了使所述温度接收元件
以及所述输出部动作所必须的电力由所述热电转换元件提供。
发明效果
根据本发明，温度检测装置利用在热电转换元件产生的温度差自行发电，能提供
用于温度接收元件以及输出部动作的电力，因此不需要用于确保电源的布线铺设或电池更
换，就能实现能够检测热源的温度、持续动作的温度检测装置。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式1中温度检测装置的概念图。
图2是基于本发明的实施方式1中温度检测装置的剖视图。
图3是基于本发明的实施方式1中温度检测装置的局部放大剖视图。
图4是简单的发电模块的一例的概念图。
图5是基于本发明的实施方式2中温度检测装置的剖视图。
图6是基于本发明的实施方式3中温度检测装置的剖视图。
图7是实施例3中制作的发电模块的概念图。
具体实施方式
下面，“热源”这一概念不限于具有高于常温的温度的热源，也包含低于常温的温
度的热源、即冷热源。另外，“热源”不仅包含停留在一处的物体，也包含持续流动的流体。
(实施方式1)
参照图1～图3，对基于本发明的实施方式1中的温度检测装置进行说明。图1概念性地
表示本实施方式中的温度检测装置101。
本实施方式中的温度检测装置101，包括：检测部11，该检测部11包括检测热源1的
温度的温度接收元件2；发电部12，该发电部12与检测部11隔开设置，包括热电转换元件3；
第一传热部41，该第一传热部41将热源1的热或冷热传输至发电部12；放出部13，该放出部
13与发电部12隔开设置，将热或冷热向外部放出；第二传热部42，该第二传热部42从发电部
12接收热或冷热，传输至放出部13；以及输出部14，该输出部14输出从温度接收元件2得到
的测定结果。热电转换元件3利用热电转换元件3的第一传热部31侧的面3a与热电转换元件
3的第二传热部42侧的面3b之间的温度差进行发电。为了使温度接收元件2以及输出部14动
作所必须的电力由热电转换元件3提供。
在检测部11设置的温度接收元件2和输出部14之间利用布线4连接。热电转换元件
3和输出部14之间利用布线5连接。在输出部14也可设置电子电路。作为输出部14的输出方
法，虽然也考虑了在下文中实施方式2所说明的那样以无线进行发送的方法，但也考虑利用
某种显示装置显示的方法。
图1中，第一传热部41的前端被描绘在与检测部11不同的位置上，但也可将温度接
收元件2和第一传热部41的前端共同设置在检测部11中。
图2表示温度检测装置101更具体的结构。图2中，为了方便说明，壳体6等几个器件
以切割一半的状态来表示。这里所说的上下的概念只是为了方便说明，实际使用时不限于
以这样的方位来使用。
如图2所示的例子中，第一传热部41被收纳在筒状的壳体6中。壳体6的下端封闭，
具有圆顶状的外形。温度接收元件2被设置在壳体6的内部。壳体6的下端附近、收纳温度接
收元件2的部分为检测部11。温度接收元件2与壳体6的内表面相接。第一传热部41的前端也
与壳体6的内表面相接。如图2所示的例子中，第一传热部41的前端与温度接收元件2同样地
设置在检测部11。
壳体6的上端开口，呈为了收纳热电转换元件3而展开的形状的发电部壳体6a。通
过以将热电转换元件3收纳在发电部壳体6a的状态下，进一步从上侧安装固定器件7，热电
转换元件3被固定。如图2所示的例子中，在发电部壳体6a的内表面设置内螺纹，在固定器件
7的下部外面设置外螺纹。通过以将热电转换元件3向下侧按压的状态拧入发电部壳体6a从
而组装固定器件7。图3表示放大了热电转换元件3的附近的情形。使热电转换元件3具有相
互相对的面3a和面3b。热电转换元件3的面3b与第一传热部41的一端相接，面3a与第二传热
部42的一端相接。
热电转换元件中，一个面被加热，另一面被冷却，在两个面之间形成温度差时进行
发电。该温度差越大则发电量越大。
基于本实施方式的温度检测装置101中，第一传热部41将热源1的热或冷热传输至
发电部12，另一方面，发电部12的热或冷热利用第二传热部42传输至放出部13，因此发电部
12中热电转换元件3的第一传热部41侧的面3a和第二传热部42侧的面3b之间产生温度差，
热电转换元件3能利用该温度差进行发电。发出的电力经由布线5提供至输出部14。利用该
电力，能提供为了使温度接收元件2以及输出部14进行动作所必须的电力。温度接收元件2
从输出部14经由布线4被使用。
本实施方式中，发电部12与检测部11隔开设置，因此热电转换元件3的面3a、3b之
间的温度差因为来自热源1的热量难以造成损失，能高效地形成较大的温度差。由此，能高
效地进行发电。例如作为单纯的例子，如图4所示，也考虑将热电转换元件3设置为一个面与
热源1相接，另一个面与放出部13相接的结构，但像这样的结构中，由于来自热源1的热量而
使整体的温度上升，热电转换元件3的两个面之间的温度差难以增大。然而，本实施方式中，
如图2所示，发电部12与检测部11隔开设置，因此能高效地形成较大的温度差。
根据本实施方式中的温度检测装置，能自身发电，提供用于温度接收元件2以及输
出部14进行动作的电力，因此不需要使用一次性电池，能实现几乎免维护地、能半永久性动
作的、无线的温度检测装置。即，本实施方式中的温度检测装置，是不需要用于确保电源的
布线铺设或电池更换、能检测热源的温度、持续动作的温度检测装置。
另外，优选地，第一传热部41为热管或金属棒。因为通过采用该结构，第一传热部
41能高效地向热电转换元件3传输热或冷热。
优选地，第一传热部41的外周面以绝热材料或空间覆盖。如图2所示的例子中，第
一传热部41的外周面由空间8覆盖。即，图2所示的例子中，在壳体6的内侧隔着以筒状形成
的空间8设置第一传热部41。空间8可以是真空或充满空气的空间。也可采用在壳体6的内侧
设置筒状的绝热材料，在该绝热材料的内侧设置第一传热部41的结构，以代替在第一传热
部41的周围像这样设置空间8。
例如热源1为高温的情况下，从热源1进入第一传热部41的下端的热量，假设按照
第一传热部41、热电转换元件3、第二传热部42、放出部13的顺序依次传导。期望尽可能将从
热源1进入第一传热部41的下端的热抑制为不会泄漏至该路线以外的路线而进行传输。因
为，为了使热电转换元件3中的温度差尽可能大，期望从热源1进入第一传热部41的下端的
热量，尽可能地直接传输至热电转换元件3的面3a。通过以绝热材料或空间覆盖第一传热部
41的外周面，能使进入第一传热部41的下端的热量不在中途泄漏。
例如高温的被测定流体通过配管内的情况下，配管的中心部为高温，与此相对，在
配管的外周附近温度有稍微降低的倾向。像这样的情况下，设置为使第一传热部41的前端
以及检测部11到达配管的中心部的情况下，第一传热部41在配管的中心部接收的热量在第
一传热部41的内部传输的途中，为了不被配管的外周附近的流体所夺取，以绝热材料或空
间覆盖第一传热部41的外周面也是有效的。
另外，也要求尽可能抑制其它的热量从外部混入温度检测装置的不期望的部分。
因为，若不需要成为高温的部分由于来自外部的热量而变成高温，则热电转换元件3中的温
度差减小。通过以绝热材料或空间覆盖第一传热部41的外周面，能防止在第一传热部41传
输的热量加热热电转换元件3以外的不期望的器件。
本实施方式中，例示了设置壳体6以包围第一传热部41。像这样，优选地，具备至少
收纳第一传热部41的壳体6。壳体6是为了防止由于第一传热部41直接暴露在高温的被测定
流体中而使第一传热部41劣化。作为温度检测装置也考虑没有壳体6的结构。没有收纳第一
传热部41的壳体6的情况下，也设置温度接收元件2以及第一传热部41。该情况下，优选地，
第一传热部41仅前端露出，而外周面以绝热材料覆盖。
本实施方式中，优选地，第二传热部42为热管或金属棒。因为通过采用该结构，第
二传热部42能高效地向放出部13传输热或冷热。
优选地，第二传热部42的外周面以绝热材料或空间覆盖。如图2所示的例子中，第
二传热部42的外周面由绝热材料9覆盖。也可采用设置包围第二传热部42的某种壳体，以空
间覆盖第二传热部42的外周面的结构，以代替使用绝热材料9。该空间可以是真空或充满空
气的空间。根据像这样的结构，能防止从第一传热部41等不经由热电转换元件3而在周边传
递的热量进入第二传热部42，因此能防止热电转换元件3中的温度差减小。另外，根据该结
构，还能防止外部环境的辐射热进入第二传热部42。
优选地，从热源1观察，输出部14位于比放出部13更远的位置。通过采用该结构，能
抑制来自热源1的热量对输出部14的影响的程度。输出部14通常包含电子电路。一般地，电
子电路耐热较差。由此，包含有电子电路的输出部14的情况下，输出部14的耐热性有时也会
成为问题，优选地，避免使其暴露在高温中。与输出部14同样地，也会根据需要设置用于执
行除输出从温度接收元件2得到的测定结果的动作以外的的动作的器件、即电源管理器件、
通信器件、蓄电器件等，对于这些器件，优选地，从热源1观察，位于比放出部13更远的位置。
通过抑制热量对这些器件的影响，能抑制由于温度上升造成的电能损失。
另外，发电部12也可用于例如将温度检测装置101固定于被测定流体流过的配管
等。该情况下，安装温度检测装置101以贯通配管的外壁。即，将温度检测装置101安装至配
管，使得下侧的部分比图2中的发电部12更向配管的内部突出，上侧的部分比图2中的发电
部12更向配管的外部突出。结果，检测部11被设置在进入配管的内部一定程度的位置上，放
出部13被设置在配管之外隔开一定程度的位置上。
(实施方式2)
参照图5，对基于本发明的实施方式2中的温度检测装置102进行说明。
本实施方式中的温度检测装置102包括与实施方式1示出的温度检测装置101基本
相同的结构，但以下的方面不同。温度检测装置102中，输出部14包括利用无线发出信号的
无线信号发送装置14c。无线信号发送装置14c为输出部14的一部分，因此用于无线信号发
送装置14c动作的电力也作为用于输出部14动作的电力的一部分，由热电转换元件3提供。
本实施方式中，由于输出部14包括无线信号发送装置14c，因此即使没有用于发送
信号的布线，也能将从温度接收元件得到的测定结果发送至较远的位置。本实施方式中的
温度检测装置能利用温度差自己进行发电，不需要用于从外部提供电力的布线，因此若进
一步地将测定结果作为无线信号发送，则能完全地以无线半永久地使用，从布线的制约中
完全得到解放。这样，相对于监视对象物容易将数量非常多的温度检测装置设置于期望的
地点，有助于构筑用于监控监视对象物的传感器网络。
(实施方式3)
参照图6，对基于本发明的实施方式3中的温度检测装置103进行说明。
本实施方式中的温度检测装置103包括与实施方式1示出的温度检测装置101基本
相同的结构，但以下的方面不同。温度检测装置103包括用于促进放出部13中的热或冷热的
放出的风扇15。用于风扇15动作所必须的电力由热电转换元件3提供。
本实施方式中，由于包括促进放出部13中热或冷热的放出的风扇15，因此能充分
地进行放出部13中的热或冷热的放出。放出部13中的热或冷热的放出不充分的情况下，有
时会对输出部14产生恶劣影响，但通过利用风扇15，促进放出，避免了对输出部14的恶劣影
响。输出部14包括电子电路，放出部13放出的为热量的情况下，由于电子电路耐热较差，因
此利用风扇15使热量高效率地放出变得重要。图6所示的例子中，依次设置放出部13、风扇
15以及输出部14，但这只是一例，这些各部分的设置不限于此。
另外，基于本发明的温度检测装置，一般地，假设为对高温流体使用。该情况下设
想为，热量从热源1传输至第一传热部41，热电转换元件3中，通过使图2中的下表面为高温
侧，上表面为低温侧，形成温度差，从而发电，从第一传热部41经由热电转换元件3传输至第
二传热部42的热量进一步传输至放出部13，在放出部13进行放热。然而，基于本发明的温度
检测装置对低温的流体也能使用。即，基于本发明的温度检测装置中，热源1为低于常温的
冷热源，通过在放出部13中放出冷热，利用在热电转换元件3的第一传热部41侧的面和热电
转换元件3的第二传热部42侧的面之间产生的温度差，热电转换元件3也可发电。放出部13
中放出冷热是指，放出部13从外部接收热量。该情况下，热电转换元件3的图2中的下表面为
低温侧，上表面为高温侧，形成温度差。作为基于本发明的温度检测装置，也可为这样的结
构。
(实施例1)
制作多个图2所示的温度检测装置101作为试料，加热下部进行从发电量导出温度差的
实验。作为热电转换元件3采用利用了氧化物材料生成的层叠型的热电转换元件。热电转换
元件3的尺寸为7mm×6mm×3mm，能使用到400℃为止。这里采用的热电转换元件3机械强度
也足够强。作为放出部13，采用铝制的50mm×50mm×20mm的散热器。热源1和热电转换元件3
之间的第一传热部41，以及热电转换元件3和放出部13之间的第二传热部42直径均为8mm，
不同的传热部用于不同的试料。作为试料编号1～9，分别如表1所示，采用铜制的棒、铝制的
棒、或铜-水型的热管。将筒状的壳体6的下部加热至设定温度，测定发电量。基于测定的发
电量，考虑热电转换元件3的输出特性，计算并导出被认为是在热电转换元件3的两面之间
产生的温度差。
[表1]
导出的温度差如表1所示。从试料1～9的实验结果可知，与传热部仅使用铝制的棒
的情况相比，使用铜制的棒或铜-水热管的情况下，有热电转换元件3中的温度差增大的倾
向。
(实施例2)
采用实施方式2所说明的温度检测装置102，这次实际设置在柴油发动机的废气的配管
进行发电，利用该电力进行温度测定以及结果的无线发送。使用直径8mm的铜-水型的热管
作为在热电转换元件3和放出部13之间的第二传热部42，使用直径8mm的铜制的棒作为热源
1和热电转换元件3之间的第一传热部41。另外，使用包含DC-DC转换器(Linear
Technology：凌力尔特公司制，LTC3108)的电源电路作为电源管理电路，使用Pt1000温度传
感器(RS：欧时公司制)作为温度接收元件2。进一步地，使用315MHz通信模块(EnOcean：易
能森公司制)作为无线信号发送装置14c。在蓄电部使用0.5mF的铝电解电容器。
实施该实验时的废气的温度约为290℃。温度检测装置102的各部位的温度如表2
所示。
[表2]
部位
温度[℃]
电路部
50
放出部
70
热电转换元件的热源侧表面
138
检测部
230
从发电量计算，则被认为是热电转换元件3中产生的温度差为46℃。
该实验的结果，能确认测定的温度的信号以一秒间隔被无线发送。由于用于该发
送的电力不从外部提供，因此也可以说利用从热电转换元件3中的温度差所发出的电力进
行无线发送。被无线发送的信号在设置了柴油发动机的25m×25m的房间的内部的任何地点
都能以毫无问题的强度接收。
(比较例)
制作图4所示的结构的发电模块作为比较例。采用实验例1、2所说明的相同的部件作为
热电转换元件3、放出部13。
将该发电模块设置在与实验例2同样地使废气通过的配管的表面。该发电模块的
各部位的温度如表3所示。
[表3]
部位
温度[℃]
放出部
100
检测部
130
虽然图4所示的发电模块不包括能明确地与检测部11区分开的部分，但表3所示的
“检测部”表示热电转换元件3的下表面附近。
从发电量计算，则被认为是热电转换元件3中产生的温度差为11℃。
(实施例3)
制作多个图7所示结构的发电模块，加热下部进行从发电量导出温度差的实验。调查放
出部、热电转换元件的温度差。热电转换元件分别使用热传导率为10W/mK的层叠型的高温
对应热电转换元件，以及1W/mK的π型热电转换元件。热电转换元件的尺寸分别为7mm×6mm
×3mm，一个试料使用一个。作为放出部13，采用铝制的50mm×50mm×25mm的散热器。使用直
径10mm的铜制的棒或铜-水型的热管作为热电转换元件3和放出部13之间的传热部40。让第
二传热器件42的长度不同而制作多个试料。放出部13在室温下利用自然风冷被冷却。另外，
室温为25℃。
如上文所述，作为实施例3，热电转换元件有两种类型，第二传热部有两种类型，因此下
面对单独的实验结果进行说明。
(实施例3-1)
首先，采用热传导率10W/mK的热电转换元件，采用铜制的棒作为传热部40的试料中，测
定热源温度的各设定条件和传热部40的长度的各条件的组合分别产生的放出部13的温度，
得到的结果如表4所示。
[表4]
基于表4所示的放出部13的温度的测定结果，考虑热电转换元件3的输出特性，计
算并导出被认为是在热电转换元件3的两面间产生的温度差。结果如表5所示。
[表5]
(实施例3-2)
接着，采用热传导率10W/mK的热电转换元件，采用热管作为传热部40的试料中，测定热
源温度的各设定条件和传热部40的长度的各条件的组合分别产生的放出部13的温度，得到
的结果如表6所示。
[表6]
基于表6所示的放出部13的温度的测定结果，考虑热电转换元件3的输出特性，计
算并导出被认为是在热电转换元件3的两面间产生的温度差。结果如表7所示。
[表7]
(实施例3-3)
首先，采用热传导率1W/mK的热电转换元件，采用铜制的棒作为传热部40的试料中，测
定热源温度的各设定条件和传热部40的长度的各条件的组合分别产生的放出部13的温度，
得到的结果如表8所示。
[表8]
基于表8所示的放出部13的温度的测定结果，考虑热电转换元件3的输出特性，计
算并导出被认为是在热电转换元件3的两面间产生的温度差。结果如表9所示。
[表9]
(实施例3-4)
接着，采用热传导率1W/mK的热电转换元件，采用热管作为传热部40的试料中，测定热
源温度的各设定条件和传热部40的长度的各条件的组合分别产生的放出部13的温度，得到
的结果如表10所示。
[表10]
基于表10所示的放出部13的温度的测定结果，考虑热电转换元件3的输出特性，计
算并导出被认为是在热电转换元件3的两面间产生的温度差。结果如表11所示。
[表11]
图4所示的比较例的结构，相当于图7所示的试料中的传热部的长度为0的结构。由
此，表4～表11中“第二传热部的长度”为0mm的一列相当于比较例。如表5、表7、表9以及表11
所示，实施例3-1～实施例3-4中的任一种情况下，通过增长传热部40的长度，能得到比比较
例更大的温度差。从实施例3-1～实施例3-4整体可知，能得到比较例的1.25倍～4.0倍的温
度差。一般地，热电转换元件的发电量与温度差的平方成正比，因此通过增长传热部40的长
度，能得到比较例的1.5～16倍的发电量。
采用热传导率较低的热电转换元件得到的效果更大。采用热传导率较高的传热部
得到的效果更大。通过增长传热部的长度能抑制由于来自热源的放射热等造成的放出部的
温度上升。然而，传热部过长则在传热部中产生热量损失，结果，热电转换元件中得到的温
度差有减少的可能性。另外，传热部越长还产生传热部的机械强度的问题。由此，作为传热
部并不宜过长，存在最适宜的长度。最适宜的长度的条件根据使用环境而不同，但能得到比
较例(长度0mm的情况)的两倍以上的温度差的、50mm以上300mm以下的长度被认为最适宜。
另外放出部的温度较低的情况下，也能在放出部设置电子电路。
另外，本次公开的上述实施方式以及实施例中全部的点都为例示，并不具备限定
性。本发明的范围不是以上述说明而是以权利要求书来表示，包含与权利要求书等同的意
思以及范围内的全部变更。
工业上的实用性
本发明能利用在温度检测装置中。
标号说明
1热源
2温度接收元件
3热电转换元件
4、5布线
6壳体
6a发电部壳体
7固定器件
8空间
9绝热材料
11检测部
12发电部
13放出部
14输出部
14c无线信号发送装置
15风扇
40传热部
41第一传热部
42第二传热部
101温度检测装置