JP2007221895A - Thermoelectric generator - Google Patents
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Abstract
【課題】熱発電体を挟み込んだ加熱部と冷却部との間のシール性を確保することができる熱発電装置を得る。
【解決手段】排気熱発電装置10は、それぞれ高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電モジュール16と、熱発電モジュール16の高温側に接触して設けられた高温側熱交換器12と、高温側熱交換器12との間に熱発電モジュール16を挟むようにして該熱発電モジュール16の低温側に接触して設けられた低温側熱交換器14と、熱発電モジュール16を周囲から囲む枠状を成し高温側熱交換器12と低温側熱交換器14の間に挟まれて該高温側熱交換器12と低温側熱交換器14の間をシールする耐熱性の防水フレーム50とを備える。
【選択図】図1A thermoelectric generator capable of securing a sealing property between a heating unit and a cooling unit sandwiching a thermoelectric generator is obtained.
An exhaust thermoelectric generator includes a thermoelectric generator module that generates an electromotive force due to a temperature difference between a high temperature side and a low temperature side, and a high temperature side heat exchange provided in contact with the high temperature side of the thermoelectric generator module. The low temperature side heat exchanger 14 provided in contact with the low temperature side of the thermoelectric generation module 16 so as to sandwich the thermoelectric generation module 16 between the heat exchanger 12 and the high temperature side heat exchanger 12, and the thermoelectric generation module 16 A heat-resistant waterproof frame which is formed in a frame shape surrounded by a high temperature side heat exchanger 12 and a low temperature side heat exchanger 14 and seals between the high temperature side heat exchanger 12 and the low temperature side heat exchanger 14. 50.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気等の高温流体が有する熱を利用して発電を行なう熱発電装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric generator that generates electricity using heat of a high-temperature fluid such as exhaust of an automobile engine.
熱電素子を吸熱板と放熱板との間に挟み込まれ冷却装置や電子加熱装置を構成する熱発電モジュールを、吸熱板と放熱板との間に挟まれて圧縮固定されたゴム成形品の封止部材にて封止し、熱発電モジュールの防湿を図る技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の如き従来の技術では、高温の熱源を利用する熱発電装置に適用すると、ゴム成形品の封止部材が熱劣化し、所要のシール性能を確保することができなることが懸念される。 However, in the conventional technology as described above, when applied to a thermoelectric generator using a high-temperature heat source, there is a concern that the sealing member of the rubber molded product may be thermally deteriorated and required sealing performance can be ensured. The
本発明は上記事実を考慮して、熱発電体を挟み込んだ加熱部と冷却部との間のシール性を確保することができる熱発電装置を得ることが目的である。 In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a thermoelectric generator capable of ensuring a sealing property between a heating unit and a cooling unit sandwiching a thermoelectric generator.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る熱発電装置は、それぞれ高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電体と、前記熱発電体の高温側に接触して設けられ、該熱発電体の高温側を加熱するための加熱部と、前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触して設けられ、該熱発電体の低温側を冷却するための冷却部と、前記熱発電体を周囲から囲む枠状を成し、前記加熱部と冷却部の間に挟まれて該加熱部と冷却部の間をシールする耐熱性のシール手段と、を備えている。 In order to achieve the above object, a thermoelectric generator according to claim 1 is in contact with a thermoelectric generator that generates an electromotive force due to a temperature difference between a high temperature side and a low temperature side, and a high temperature side of the thermoelectric generator. A heating unit for heating the high temperature side of the thermoelectric generator and the low temperature side of the thermoelectric generator so as to sandwich the thermoelectric generator between the heating unit, A cooling part for cooling the low temperature side of the power generation body and a frame shape surrounding the thermoelectric generation body from the periphery, and sandwiched between the heating part and the cooling part to seal between the heating part and the cooling part Heat resistant sealing means.
請求項1記載の熱発電装置では、熱発電体は、高温側(吸熱側)が加熱部にて加熱されると共に低温側(放熱側)が冷却部にて冷却されることにより生じる(維持される)該高温側と低温側との温度差によって起電力を生じる。この熱発電体は、加熱部と冷却部とに挟まれて該加熱部と冷却部との間をシールする枠状のシール手段にて周囲から囲まれることで、該シール手段、加熱部、及び冷却部に囲まれた閉空間内に配設されている。これにより、例えば、熱発電体の被水防止等が測られる。 In the thermoelectric generator according to claim 1, the thermoelectric generator is generated (maintained) when the high temperature side (heat absorption side) is heated by the heating unit and the low temperature side (heat dissipation side) is cooled by the cooling unit. An electromotive force is generated by the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side. The thermoelectric generator is surrounded by a frame-shaped sealing unit that is sandwiched between the heating unit and the cooling unit and seals between the heating unit and the cooling unit, so that the sealing unit, the heating unit, and It is arrange | positioned in the closed space enclosed by the cooling part. Thereby, for example, prevention of flooding of the thermoelectric generator is measured.
ここで、シール手段は、耐熱性を有する(例えば、セラミックやロックウール等の耐熱性を有する材料にて構成されている)ため、加熱部からの熱によって劣化することが防止される。これにより、加熱部が高温で運転される場合でも、所要のシール性を確保することができる。 Here, since the sealing means has heat resistance (for example, is composed of a heat-resistant material such as ceramic or rock wool), it is prevented from being deteriorated by heat from the heating unit. Thereby, even when a heating part is drive | operated at high temperature, a required sealing performance can be ensured.
このように、請求項1記載の熱発電装置では、熱発電体を挟み込んだ加熱部と冷却部との間のシール性を確保することができる。特に、シール手段が断熱性を有する場合には、加熱部と冷却部とのシール手段を介した熱移動が抑制され、熱発電体による発電効率が向上する。 Thus, in the thermoelectric generator according to the first aspect, the sealing property between the heating unit and the cooling unit sandwiching the thermoelectric generator can be ensured. In particular, when the sealing means has a heat insulating property, the heat transfer through the sealing means between the heating unit and the cooling unit is suppressed, and the power generation efficiency by the thermoelectric generator is improved.
請求項2記載の発明に係る熱発電装置は、請求項1記載の熱発電装置において、前記加熱部又は冷却部における前記熱発電体との接触面の周囲には、前記シール手段の端部が全周に亘って入り込む環状の溝部が形成されている。 The thermoelectric generator according to a second aspect of the present invention is the thermoelectric generator according to the first aspect, wherein an end of the sealing means is provided around a contact surface of the heating unit or the cooling unit with the thermoelectric generator. An annular groove portion is formed to enter the entire circumference.
請求項2記載の熱発電装置では、溝部にシール手段の一部が入り込むようにしたので、シール手段のセット(組み付け作業)が容易で、組み付け精度も向上する。また、溝部の内面(溝壁面又は底面)のみをシール手段と接触するシール面(精度管理面)とすることができるので、精度管理が容易である。 In the thermoelectric generator according to claim 2, since a part of the sealing means enters the groove portion, the sealing means can be easily set (assembling work) and the assembling accuracy is improved. In addition, since only the inner surface (groove wall surface or bottom surface) of the groove portion can be used as a sealing surface (accuracy management surface) in contact with the sealing means, accuracy management is easy.
請求項3記載の発明に係る熱発電装置は、請求項1又は請求項2記載の熱発電装置において、前記シール手段は、熱による寸法変化を吸収して前記加熱部と冷却部との間のシールを維持するシール維持構造を有する。 The thermoelectric generator according to a third aspect of the present invention is the thermoelectric generator according to the first or second aspect, wherein the sealing means absorbs a dimensional change due to heat and is between the heating unit and the cooling unit. A seal maintenance structure for maintaining the seal is provided.
請求項3記載の熱発電装置では、例えば加熱部やシール手段が加熱部からの熱によって寸法変化を生じた場合、この寸法変化は、シール手段のシール維持構造によって吸収され、シール手段は、加熱部及び冷却部のそれぞれに適正に接触して該加熱部と冷却部との間のシールを確保(維持)する。これにより、例えば高温側である加熱部が冷却部よりも大きく熱変形した場合でも、所要のシール性が確保される。 In the thermoelectric generator according to claim 3, for example, when the heating part or the sealing means undergoes a dimensional change due to heat from the heating part, the dimensional change is absorbed by the seal maintaining structure of the sealing means, and the sealing means is heated. Properly contact each of the heating part and the cooling part to ensure (maintain) a seal between the heating part and the cooling part. Thereby, for example, even when the heating part on the high temperature side is more thermally deformed than the cooling part, the required sealing performance is ensured.
なお、シール維持構造としては、例えば、加熱部又は冷却部との接触部を半円筒面等の凸曲面として接触姿勢に依らずシール性を確保する構造、加熱部又は冷却部との接触部間に熱変形吸収部を設けた構造等を採用することができる。 In addition, as the seal maintenance structure, for example, the contact portion with the heating portion or the cooling portion is a convex curved surface such as a semi-cylindrical surface, and the sealing property is ensured regardless of the contact posture, between the contact portions with the heating portion or the cooling portion. It is possible to adopt a structure provided with a heat deformation absorbing portion.
請求項4記載の発明に係る熱発電装置は、請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の熱発電装置において、前記シール手段は、単一の枠状を成し、複数の前記熱発電体を囲んでいる。 A thermoelectric generator according to a fourth aspect of the present invention is the thermoelectric generator according to any one of the first to third aspects, wherein the sealing means has a single frame shape and a plurality of the heat generators. Surrounds the generator.
請求項4記載の熱発電装置では、単一の枠状(環状)を成すシール手段の内側の仕切られていない共通の設置空間に複数の熱発電体が配設されている。これにより、個々の熱発電体を専用のシール手段にて囲む構成と比較して、シール手段による加熱部と冷却部との間の熱伝達経路が少なくなるので、シール手段を介した熱移動が抑制されて熱発電体による発電効率が向上する。 In the thermoelectric generator according to claim 4, a plurality of thermoelectric generators are arranged in a common unspaced installation space inside the sealing means having a single frame shape (annular shape). This reduces the heat transfer path between the heating unit and the cooling unit by the sealing unit as compared with the configuration in which the individual thermoelectric generators are surrounded by the dedicated sealing unit. It is suppressed and the power generation efficiency by the thermoelectric generator is improved.
以上説明したように本発明に係る熱発電装置は、熱発電体を挟み込んだ加熱部と冷却部との間のシール性を確保することができるという優れた効果を有する。 As described above, the thermoelectric generator according to the present invention has an excellent effect that the sealing performance between the heating unit and the cooling unit sandwiching the thermoelectric generator can be secured.
本発明の第1の実施形態に係る熱発電装置である排気熱発電装置10について、図1乃至図6に基づいて説明する。なお、以下の説明では、便宜上、矢印Uで示す側を上側、矢印Wで示す方向を幅方向、矢印Fで示す側を排気ガス流れ方向の上流側とする。
An exhaust
図2には、排気熱発電装置10の概略全体構成が斜視図にて示されており、図1には、排気熱発電装置10の分解斜視図が示されている。また、図3には、図2の3−3線に沿った断面図が示されている。これらの図に示される如く、排気熱発電装置10は、加熱部としての高温側熱交換器12と、冷却部としての低温側熱交換器14との間に、それぞれ熱発電体としての複数の熱発電モジュール16を挟み込んで構成されている。各熱発電モジュール16は、それぞれ上下方向に扁平した平面視矩形状に形成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic overall configuration of the exhaust
図1及び図3に示される如く、高温側熱交換器12は、上下高が幅と比較して小さい扁平矩形状に形成されており、上面12Aと上側の低温側熱交換器14との間に複数の熱発電モジュール16を挟み込んで保持すると共に、下面12Bと下側の低温側熱交換器14との間に上側と同数の熱発電モジュール16を挟み込んで保持している。この実施形態では、排気熱発電装置10は、高温側熱交換器12の片面側において、排気ガス流れ方向に2つで幅方向に2つの各4つの熱発電モジュール16を保持しており、両面合わせて計8個の熱発電モジュール16を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the high temperature
図3に示される如く、高温側熱交換器12は、扁平矩形状に形成された高温側熱交換器ケース18内に、集熱フィン20を配設した構造とされている。図1に示される如く、高温側熱交換器ケース18の上流部には、図示しないエンジン側の排気管との間に介在するダクト部材22が接続されている。ダクト部材22は、排気管に接続されるパイプ部22Aと、パイプ部22Aの下流端から高温側熱交換器ケース18の入口まで流路断面を徐変させる連結ダクト部22Bとで構成されている。
As shown in FIG. 3, the high temperature
また、図示は省略するが、高温側熱交換器ケース18の下流端には、図示しない大気開放(マフラ)側の排気管との間に介在するダクト部材が接続されている。このダクト部材は、ダクト部材22を上下流方向に反転させた如く構成されている。これにより、高温側熱交換器ケース18すなわち高温側熱交換器12は、図示しない内燃機関エンジンから、排気管、ダクト部材22を経由した排気ガスが導入され、集熱フィン20で熱を回収した後の排気ガスを大気開放側に排出するようになっている。
Although not shown, a duct member is connected to the downstream end of the high temperature side
図1に示される如く、低温側熱交換器14は、平面視で高温側熱交換器ケース18とほぼ同等の長さ及び幅を有する矩形状に形成されると共に上下方向に扁平して形成されている。図3に示される如く、低温側熱交換器14は、低温側熱交換器ケース24内に放熱フィン26が配設されて構成されている。低温側熱交換器ケース24内に放熱フィン26は、低温側熱交換器ケース24における4つの熱発電モジュール16との接触面を構成する伝熱壁24Aから立設されている。
As shown in FIG. 1, the low temperature
図1に示される如く、上下の低温側熱交換器14は、それぞれ冷却水入口14A、冷却水出口14Bが設けられており、冷却水入口14Aから導入された冷却水出口14Bから排出される冷却水に熱発電モジュール16からの熱を放出する構成とされている。
As shown in FIG. 1, the upper and lower low temperature
図6(B)には、熱発電モジュール16の内部構造が模式的な断面図にて示されている。この図に示される如く、熱発電モジュール16は、それぞれ多数のP型熱発電素子28とN型熱発電素子30とを全体として格子状を成すように交互に配置し、隣接するP型熱発電素子28の高温側とN型熱発電素子30の高温側とを高温側電極32で接続すると共に、高温側電極32とは異なる組み合わせとなるように隣接するP型熱発電素子28の低温側とN型熱発電素子30の低温側とを低温側電極34で接続することで構成されている。
FIG. 6B shows a schematic cross-sectional view of the internal structure of the
各熱発電モジュール16は、上記の如く直列に接合してモジュール化されたP型熱発電素子28、N型熱発電素子30を絶縁物によるモールディングしてモールド部35を形成することにより構成されている。図6(A)に示される如く、高温側電極32、低温側電極34は、モールド部35から外部に露出している。したがって、この実施形態における熱発電モジュール16は、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14との接触電極が露出した所謂スケルトンタイプとされている。
Each
このスケルトンタイプの熱発電モジュール16は、高温側電極32、低温側電極34が露出させることで、高温側と低温側との温度に基づく熱膨脹差によりP型熱発電素子28、N型熱発電素子30、高温側電極32、低温側電極34に作用する応力を最小限に抑えるようになっている。したがって、スケルトンタイプの熱発電モジュール16は、主に高温側と低温側との温度差が大きい場合に用いられる。これらの熱発電モジュール16には、発電した電力を取り出すための一対の端子36が設けられている。
In this skeleton type
なお、熱発電モジュール16は、図6(C)に示される如く、高温側電極32、低温側電極34の何れか一方がモールディング35に埋め込まれた構成としても良い。他方、高低温両者の電極がセラミック基板に埋め込まれた所謂セラミックタイプの熱発電モジュール16(外観は図6(C)に示すものと同様)も存在するが、このセラミックタイプの熱発電モジュール16は、主に高温側と低温側との温度差(熱膨脹差)が小さい場合に用いられ、排気ガスの熱を利用する本実施形態では採用されることは少ない。
Note that the
以上説明した熱発電モジュール16は、それぞれ扁平した矩形状に形成されており、例えば、各発電素子28、30のゼーベック効果によって高温側と低温側との温度差(熱落差)に基づく起電力を生じるようになっている。そして、各熱発電モジュール16は、高温側と低温側との温度差を確保するために、上記した通り高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との間に挟み込まれている。具体的には、各熱発電モジュール16は、高温側の面16Aを構成する高温側電極32を図示しない薄板状又は薄膜状の絶縁体を介して高温側熱交換器12(上面12A又は下面12B)に熱伝達可能に圧接し、低温側の面16Bを構成する低温側電極34を図示しない薄板状又は薄膜状の絶縁体を介して低温側熱交換器14(伝熱壁24A)に熱伝達可能に圧接させている。すなわち、各熱発電モジュール16は、高温側の面16Aにおいて高温側熱交換器12から吸熱し、低温側の面16Bにおいて低温側熱交換器14に放熱するように、高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との間に挟み込まれている。
The
また、この排気熱発電装置10では、図2及び図3に示される如く、正面視で略矩形環状に形成された枠体としての部品保持ブラケット38と、該部品保持ブラケット38に設けられた保持力付与機構40とによって、高温側熱交換器12と上下の低温側熱交換器14との間にそれぞれ熱発電モジュール16が挟み込まれた圧接状態に保持されるようになっている。具体的には、部品保持ブラケット38は、それぞれ正面視で略ハット形状に形成された半体38A、38Bの重ね合わされたフランジ部38Cがボルト・ナットを主要構成要素とする締結手段38Dにて固定されることで、上記の通り全体として環状に形成されている。環状に形成され高温側熱交換器12に対し非接触である部品保持ブラケット38は、該高温側熱交換器12からの熱影響を受け難い構成とされている。
Further, in this exhaust
保持力付与機構40は、図3及び図4(A)に示される如く、部品保持ブラケット38に固着されたウェルドナット42に螺合した保持力調整ボルト44と、保持力調整ボルト44の先端と低温側熱交換器14との間に圧縮状態で配設された皿ばね46とを主要構成要素として構成されている。保持力付与機構40は、各皿ばね46の復元力に基づく保持荷重によって上下の低温側熱交換器14、熱発電モジュール16を高温側熱交換器12側に押し付け、高温側熱交換器12に対し低温側熱交換器14、熱発電モジュール16を保持するようになっている。また、保持力付与機構40は、ウェルドナット42に対する保持力調整ボルト44の螺合位置すなわち皿ばね46の圧縮量を変化することで、上記した保持荷重を調整可能とされている。
As shown in FIGS. 3 and 4A, the holding
図2に示される如く、部品保持ブラケット38は、前後方向に沿って配設された熱発電モジュール16の列毎に計2つ設けられており、保持力付与機構40は、熱発電モジュール16毎に計8つ設けられている。したがって、この実施形態では、各熱発電モジュール16を個別に独立して保持荷重の調整可能とされている。また、この実施形態では、各半体38A、38Bにおける部品保持ブラケット38の角隅部を構成する部分が内側に折り曲げられており、締結手段38Dによる締結前(保持力付与機構40による保持力付与前)に、高温側熱交換器12、熱発電モジュール16、低温側熱交換器14を積層した状態で仮保持するための仮保持部38Eを構成している。
As shown in FIG. 2, a total of two
また、排気熱発電装置10では、高温側熱交換器12と上下の低温側熱交換器14との間に、それぞれシール手段としての防水フレーム50が配設されている。図1に示される如く、防水フレーム50は、矩形枠状に形成されており、その内側に4つの熱発電モジュール16を位置させるようになっている。すなわち、高温側熱交換器12の上側又は下側の各4つの熱発電モジュール16は、防水フレーム50で周囲を囲まれると共に高温側熱交換器12及び低温側熱交換器14によって閉止された閉空間R内に上記した圧接状態で配設されている。
In the exhaust
より具体的には、図1及び図3に示される如く、高温側熱交換器12の上面12A、下面12Bには、それぞれ防水フレーム50の上下方向の端部が入り込む矩形環状の溝部としてのシール溝52が形成されている。また、上下の低温側熱交換器14の伝熱壁24Aには、それぞれ防水フレーム50におけるシール溝52側とは反対側の上下方向端部が入り込む矩形環状の溝部としてのシール溝54が形成されている。これにより、各防水フレーム50は、それぞれ上下方向端部50Aをシール溝52、54の溝底面52A、54Aに接触させて、上記閉空間R内への雨水や跳ね水等の水の浸入を防止している。すなわち、排気熱発電装置10では、熱発電モジュール16の被水防止構造が採用されている。
More specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, the
以上説明した防水フレーム50は、ロックウールをフェルト(不織布)状に成形した高密度高性能断熱材にて構成されている。これにより、防水フレーム50は、防水シール性を有すると共に、断熱性能を有しており、自らを経由した高温側熱交換器12から低温側熱交換器14への熱伝達(熱移動)が抑制される構成としている。
The
また、ロッククール素材は、熱間収縮温度が650℃(グラスウールで400℃)以上である不燃材であり、防火性能が高く高温の排気ガスからの熱を回収する高温側熱交換器12との接触によって熱劣化することがない防水フレーム50を構成している。さらに、ロッククール素材は吸水性が小さく脱水性が高いため、防水フレーム50は、内部に含水し(水を抱え込み)難く撥水性が高い構成とされている。このため、閉空間R内の空間を予め低湿度としたり、閉空間R内に防湿層(吸湿層)を設けることで、閉空間R内での結露を防止する構造とすることができる。また、この実施形態の防水フレーム50は、ロックウールの繊維密度が40%以上とされており、防音性能が高い構成とされている。
The rock cool material is a non-combustible material having a hot shrinkage temperature of 650 ° C. (400 ° C. for glass wool) or higher, and has a high fire prevention performance and recovers heat from high-temperature exhaust gas. The
さらに、図5(A)及び図5(B)に示される如く、防水フレーム50には、各熱発電モジュール16の端子36に接続されたリード線48を閉空間Rの外側に導出するための窓部56が形成されている。リード線48は、略矩形状の切欠部として形成されており、この切欠縁は低温側熱交換器14側を向いて開口している。すなわち、高温側電極28は、防水フレーム50の上下方向における低温側熱交換器14側に配置されている。このリード線48(と溝底面54Aの間)には、リード線防水栓(グロメット)58が装着されている。この実施形態では、リード線防水栓58は、ゴム製とされている。
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
リード線防水栓58にはリード線48を貫通させる導出孔58Aが形成されており、リード線48はリード線防水栓58における導出孔58Aの縁部との圧接状態で該導出孔58Aを貫通(挿通)している。これにより、排気熱発電装置10では、防水フレーム50によるシール性すなわち閉空間Rに対する防水性を確保しつつ、リード線48すなわち熱発電モジュール16が発電した電力を外部に取り出すことができる構成とされている。また、リード線防水栓58(窓部56)が低温側である低温側熱交換器14側に配置されているため、上記の通りゴム製のリード線防水栓58を用いて窓部56のシール性が確保されている。
The lead wire
熱源として排気ガスを用いる高温側熱交換器12を備えた排気熱発電装置10は、排気系部品として、図示しない排気管、触媒コンバータ、マフラ等と共に車体のフロア下に配置されている。
An exhaust
次に、第1の実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
上記構成の排気熱発電装置10では、自動車の内燃機関エンジンが始動すると、このエンジンの排気ガスがエンジン側の排気管、ダクト部材22を経由して高温側熱交換器12(高温側熱交換器ケース18)に導入される。高温側熱交換器12では、排気ガスと接触する集熱フィン20によって該排気ガスの熱が集熱され、高温側熱交換器12の上面12A、下面12Bに伝達される。これにより、高温側熱交換器12の上面12A、下面12Bに接触している各熱発電モジュール16の高温側が加熱される。上記熱交換によって冷却されつつ高温側熱交換器12を通過した排気ガスは、下流側の排気管を通じて大気開放される。
In the exhaust
一方、エンジン冷却水は、エンジンの図示しないウォータポンプの作動によって、上下の低温側熱交換器14の冷却水入口14Aから導入される。低温側熱交換器14では、熱発電モジュール16の熱が伝熱壁24A、放熱フィン26を経由してエンジン冷却水に放熱され、各熱発電モジュール16の低温側が冷却される。低温側熱交換器14を通過したエンジン冷却水は、冷却水出口14Bから排出されて所定の循環経路(エンジン、ラジエータ、ヒータコア等)を循環し、再び冷却水入口14Aから低温側熱交換器14に導入される。
On the other hand, the engine coolant is introduced from the
以上のように、各熱発電モジュール16の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電モジュール16の低温側がエンジン冷却水にて冷却されることで、各熱発電モジュール16の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電モジュール16は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、排気熱発電装置10では、各熱発電モジュール16が発電を行なう。発電された電力は、例えば自動車に搭載された蓄電池であるバッテリ等に蓄えられる(バッテリを充電する)。
As described above, the high temperature side of each
ここで、排気熱発電装置10では、熱発電モジュール16の周囲が防水フレーム50にて囲まれているため、換言すれば、熱発電モジュール16が閉空間R内に配設されているため、例えば、車両走行に伴って熱発電モジュール16が雨水や跳ね水等を被水することが防止される。これにより、高温側電極32、低温側電極34がそれぞれ露出しているスケルトンタイプの熱発電モジュール16を用いた排気熱発電装置10において、熱発電モジュール16の水の浸入によるマイグレーション(電気的短絡)やリード線48や端子36等の腐食による断線が防止される。
Here, in the exhaust
そして、ロックウールから成る防水フレーム50は、耐熱性を有するため、高温の排気ガスの熱を回収する高温側熱交換器12との接触によって熱劣化することがない。これにより、高温の排気ガスの熱を利用して熱発電モジュール16に効率良く起電力を生じさせる排気熱発電装置10において、所要のシール性を確保することができる。
Since the
このように、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10では、熱発電モジュール16が配設された閉空間Rに対する防水性(シール性)を確保することができる。
Thus, in the exhaust
しかも、防水フレーム50は断熱性を有するため、高温側熱交換器12が回収した排気ガスの熱が、熱発電モジュール16をバイパスして防水フレーム50から低温側熱交換器14に伝わる(逃げる)ことが防止される。特に、排気熱発電装置10では、高温側熱交換器12に対する上下一方側に位置する4つの熱発電モジュール16が共通の防水フレーム50によって囲まれているため、個々の熱発電モジュール16を独立して防水フレームにて囲む構成と比較して、高温側熱交換器12から低温側熱交換器14への防水フレーム50を経由した熱移動経路が小さくなる。したがって、排気ガスの熱が、熱発電モジュール16をバイパスして防水フレーム50から低温側熱交換器14に伝わることが一層効果的に防止される。これらにより、高温側熱交換器12で回収した熱を効率的に利用して発電を行なうことができる。
Moreover, since the
以上により、排気熱発電装置10を全体として防水カバー(ケース)等で覆う必要がなくなる。このため、排気熱発電装置10では、防水カバー等で全体を覆う構成と比較して、組み付け作業が容易であり、また質量も軽減することができる。また、上記の如く、複数の熱発電モジュール16に対し共通の防水フレーム50を設けたため、複数の熱発電モジュール16を閉空間R内で結線してリード線防水栓58の設置数を最小化することもできる。
Thus, it is not necessary to cover the exhaust
またここで、排気熱発電装置10では、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14に形成したシール溝52、シール溝54に入り込ませた防水フレーム50の上下方向端部50Aをそれぞれ該シール溝52、シール溝54の溝底面52A、溝底面54A(シール面)に接触させてシールを確保する構造であるため、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14に対する防水フレーム50の位置決めが容易で組み付け作業性が向上する。また、水の浸入経路(沿面距離)長くなるため、換言すれば、シール溝52、54と防水フレーム50とで迷路構造を形成するため、シール性すなわち水の侵入防止効果が向上する。しかも、防水フレーム50の上下方向端部50Aが接触する溝底面52A、54Aだけを、平面度の管理を要する管理面(シール面)として、精度管理を容易にすると共に加工時間を短縮することが可能になる。
Here, in the exhaust
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第1の実施形態又は前での構成と基本的に同一の部品、部分については、第1の実施形態又は前での構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。 Next, another embodiment of the present invention will be described. The parts and portions that are basically the same as those in the first embodiment or the previous configuration are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment or the previous configuration, and the description thereof is omitted. May be omitted.
(第2の実施形態)
図7(A)には、本発明の第2の実施形態に係る排気熱発電装置60における防水シール部が断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置60は、防水フレーム50に代えて、上下の端部62Aが略半円筒面とされた(断面視円弧状の縁部を有する)防水フレーム62を備える点で、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10とは異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 7A shows a cross-sectional view of the waterproof seal portion in the exhaust
防水フレーム62は、上記の通り上下の端部62Aがそれぞれ円弧状に丸められているため、図7(B)や図7(C)に示される如く寸法変化や姿勢変化を生じても、溝底面52A、54Aとの接触が維持される。このため、防水フレーム62は、高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との熱膨張差によって上下の端部62A(溝底面52A、54A)に相対変位が生じたり、また自らが熱膨脹したりした場合でも、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14との間のシール性を確保することができる。
As described above, the
排気熱発電装置60の他の構成は、排気熱発電装置10の対応する構成と同じである。
Other configurations of the exhaust heat
したがって、第2の実施形態に係る排気熱発電装置60によっても、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、排気熱発電装置60では、防水フレーム62がシール維持構造である略半円筒面状の上下の端部62Aに有する構造であるため、防水フレーム62が熱膨脹によって上下に伸びた場合に、図7(B)に示される如く傾斜しても、図7(C)に示される如く湾曲しても、上下の端部62Aと溝底面52A、54Aとの接触状態が確実に維持される。すなわち、排気熱発電装置60では、防水フレーム62に熱膨脹が生じても所要のシール性能を確保することができる。
Therefore, the exhaust gas
また、同様に、溝底面52Aの特定部位と溝底面54Aの特定部位との間に、排気熱発電装置60の長手方向(排気ガス流れ方法)や高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との接離(上下)方向の相対変位が生じた場合でも、排気熱発電装置60では、所要のシール性能を確保することができる。
Similarly, between the specific part of the
(第3の実施形態)
図8(A)には、本発明の第3の実施形態に係る排気熱発電装置70における防水シール部が断面図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置70は、防水フレーム62に代えて、上下の端部がラビリンスシール部72Aとされた防水フレーム72を備える点で、第2の実施形態に係る排気熱発電装置10とは異なる。
(Third embodiment)
FIG. 8A shows a waterproof seal portion in an exhaust
防水フレーム72は、上下のラビリンスシール部72Aと、これらラビリンスシール部72Aを連結するシール維持構造としての変形吸収部72Bとを含んで構成されている。具体的には、ラビリンスシール部72Aは、基部74から複数の薄肉リップ部76が上下方向に沿って立設されており、厚み方向に離間している各薄肉リップ部76の先端が溝底面52A、54Aに接触するようになっている。また、変形吸収部72Bは、それぞれ基部74よりも薄肉(細幅)とされると共に各薄肉リップ部76よりも厚肉とされている。
The
これにより、防水フレーム72は、例えば防水フレーム72の微小な寸法変化や高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との微小な相対変位は、主に薄肉リップ部76の変形によって吸収され、例えば比較的大きな防水フレーム72の寸法(姿勢)変化や高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との相対変位は、図8(B)に示される如く変形吸収部72Bの変形によって吸収されるようになっている。
As a result, the
排気熱発電装置70の他の構成は、排気熱発電装置60の対応する構成と同じである。
Other configurations of the exhaust
したがって、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60によっても、第2の実施形態に係る排気熱発電装置60と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。防水フレーム72によるシール性能につい補足すると、排気熱発電装置70では、防水フレーム72がラビリンスシール部72Aを有するため、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14との間のシール性が良好である。また、防水フレーム72が変形吸収部72Bを有するため、防水フレーム72が熱膨脹によって上下に伸びた場合に、図8(B)に示される如く変形吸収部72Bを変形させて(撓ませて)熱望長文を吸収させることができ、各薄肉リップ部76の先端と溝底面52A、54Aとの接触状態が確実に維持される。すなわち、排気熱発電装置70では、防水フレーム72の熱膨脹が生じても所要のシール性能を確保することができる。
Therefore, the exhaust gas
また、同様に、溝底面52Aの特定部位と溝底面54Aの特定部位との間に、排気熱発電装置70の長手方向(排気ガス流れ方法)や高温側熱交換器12と低温側熱交換器14との接離方向の相対変位が生じた場合でも、排気熱発電装置70では、防水フレーム72の変形吸収部72Bを変形させて所要のシール性能を確保することができる。
Similarly, between the specific part of the
なお、上記各実施形態では、高温側熱交換器12、低温側熱交換器14がそれぞれシール溝52、54を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、シール溝を高温側熱交換器12及び低温側熱交換器14の何れか一方にのみ設けた構成としても良く、シール溝を設けない構成としても良い。
In each of the above embodiments, the high temperature
また、上記各実施形態では、防水フレーム50、62、72が複数(4つ)の熱発電モジュール16に共通のシール手段である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、各熱発電モジュール16を個別にシールするシール手段を設けた構成としても良い。
Moreover, in each said embodiment, although the
さらに、上記各実施形態では、防水フレーム50等にリード線48導出用の窓部56(リード線防水栓58)を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、配線等を低温側熱交換器14や該低温側熱交換器14と間に介在される絶縁部材に設定した構成として、窓部56、リード線防水栓58を有しない構成とすることも可能である。
Further, in each of the above embodiments, the example in which the window portion 56 (lead wire waterproof plug 58) for leading out the
10 排気熱発電装置(熱発電装置)
12 高温側熱交換器(加熱部)
14 低温側熱交換器(冷却部)
16 熱発電モジュール(熱発電体)
50 防水フレーム(シール手段)
52・54 シール溝(溝部)
60・70 排気熱発電装置(熱発電装置)
62・72 防水フレーム(シール手段)
62A 端部(シール維持構造)
72B 変形吸収部(シール維持構造)
10 Exhaust thermoelectric generator (Thermoelectric generator)
12 High temperature side heat exchanger (heating unit)
14 Low temperature side heat exchanger (cooling section)
16 Thermoelectric module (thermoelectric generator)
50 Waterproof frame (sealing means)
52 ・ 54 Seal groove (groove)
60/70 Exhaust heat power generator (Thermoelectric power generator)
62/72 Waterproof frame (sealing means)
62A end (seal maintenance structure)
72B Deformation absorber (seal maintenance structure)
Claims (4)
前記熱発電体の高温側に接触して設けられ、該熱発電体の高温側を加熱するための加熱部と、
前記加熱部との間に前記熱発電体を挟むようにして該熱発電体の低温側に接触して設けられ、該熱発電体の低温側を冷却するための冷却部と、
前記熱発電体を周囲から囲む枠状を成し、前記加熱部と冷却部の間に挟まれて該加熱部と冷却部の間をシールする耐熱性のシール手段と、
を備えた熱発電装置。 A thermoelectric generator that generates an electromotive force due to a temperature difference between the high temperature side and the low temperature side,
A heating unit provided in contact with the high temperature side of the thermoelectric generator, for heating the high temperature side of the thermoelectric generator;
A cooling unit for cooling the low temperature side of the thermoelectric generator, provided in contact with the low temperature side of the thermoelectric generator so as to sandwich the thermoelectric generator between the heating unit,
A heat-resistant sealing means which forms a frame shape surrounding the thermoelectric generator from the periphery, and is sandwiched between the heating unit and the cooling unit to seal between the heating unit and the cooling unit;
Thermoelectric generator with
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