CN104081031B - 热电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的特征为,提供一种热电发电装置,所述热电发电装置可以减小热电转换组件的热应变以将热电转换组件大型化,可以谋求使制造作业容易及制造成本降低。热电发电装置(17)构成为包括:容纳热电转换组件(27)的本体壳体(20);设置于本体壳体、与热电转换组件(27)的受热基板(31)相对的排气管部(19);安装在本体壳体(20)的外方、与热电转换组件(27)的放热基板(32)对向的蒸气容器(37);设置在本体壳体(20)的上部的蒸气容器(40);在蒸气容器(40)上与放热基板(43)相对地设置在蒸气容器(40)的上部的热电转换组件(41);与热电转换组件(41)的放热基板(42)相对地设置在热电转换组件(41)的上部的冷却水容器(51)。

Description

热电发电装置
技术领域
本发明涉及热电发电装置,特别是,涉及利用从内燃机排出的废气进行热电发电的热电发电装置。
背景技术
过去,由于在从汽车等车辆的内燃机排出的废气等中,包含有热能,所以,若将废气直接舍弃,则热能被白白浪费。因此,利用热电发电装置将包含在废气中的热能回收并转换成电能,例如,对蓄电池充电。
作为过去这种热电发电装置,已知有使热电转换组件的高温部与被导入从内燃机排出的废气的排气管接触,并且,使热电转换组件的低温部与冷却水流通的冷却水管接触的热电发电装置(例如,参照专利文献1)。
该热电转换组件构成为包括半导体等热电转换元件、电极、成为高温部的受热基板以及成为低温部的放热基板等,利用塞贝克(Seebeck)效应,借助温度高的废气和温度低的冷却水,使热电转换组件的高温部与低温部之间产生温度差,进行发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-18095号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是,在这种过去的热电发电装置中,由于将高温(例如,500℃左右)的废气导入热电转换组件的高温部,将低温(例如,40℃)的冷却水导入低温部,所以,热电转换组件的高温部与低温部的温度差会变大。
因此,热电转换组件的高温部会相对于低温部膨胀,产生大的热应变,存在着热电转换组件破损的担忧。假如,为了使热电转换组件不因热应变而破损,而有必要将热电转换组件小型化,但是,当将热电转换组件小型化时,为了确保热电转换组件的发电量,需要多个热电转换组件。
从而,连接多个热电转换组件用的多个配线等成为必要的,产生热电发电装置的制造作业繁琐,并且,热电发电装置的制造成本会增大的问题。
本发明是为了解决上述现有的问题而做出的,其目的是提供一种热电发电装置,所述热电发电装置可以减小热电转换组件的热应变以将热电转换组件大型化,可以谋求使制造作业容易以及制造成本降低。
解决课题的手段
为了达到上述目的,根据本发明的热电发电装置配备有根据高温部与低温部的温度差进行热电发电的热电转换组件,所述热电发电装置配备有废气导入部和蒸气流通部,所述废气导入部将从内燃机排出的废气导入到所述高温部,所述蒸气流通部将被废气的热加热的制冷剂的蒸气导入到所述低温部。
该热电发电装置,由于将从内燃机排出的废气导入到热电转换组件的高温部,并且,将被废气的热加热的制冷剂的蒸气导入到热电转换组件的低温部,所以,可以防止高温部与低温部的温度差变得过大,抑制热电转换组件的热应变。
因此,可以将热电转换组件大型化,在将热电转换组件安装到了热电发电装置上时,可以减少配线等。其结果是,可以使热电发电装置的制造作业变得容易,并且,可以降低热电发电装置的制造成本。
优选地,热电发电装置也可以构成为,所述热电转换组件由工作温度区域高的第一热电转换组件和与所述第一热电转换组件相比工作温度区域低的第二热电转换组件构成,并且,所述蒸气流通部由第一蒸气流通部和与所述第一蒸气流通部连通的第二蒸气流通部构成,所述热电发电装置包括:本体壳体、所述废气导入部、所述第一蒸气流通部、所述第二蒸气流通部、所述第二热电转换组件和冷却水流通部,所述本体壳体容纳所述第一热电转换组件;所述废气导入部设置于所述本体壳体,与所述第一热电转换组件的高温部相对;所述第一蒸气流通部安装在所述本体壳体的外部,与所述第一热电转换组件的低温部相对;所述第二蒸气流通部设置在所述本体壳体的上部;所述第二热电转换组件以低温部与所述第二蒸气流通部相对的方式形成,并且设置在所述第二蒸气流通部的上部;所述冷却水流通部与所述第二热电转换组件的高温部相对地设置在所述第二热电转换组件的上部。
该热电发电装置,由于废气被导入到工作温度区域高的第一热电转换组件的高温部,蒸气被导入到第一热电转换组件的低温部,所以,可以防止第一热电转换组件的高温部和低温部的温度差变得过大,可以抑制第一热电转换组件的热应变。
另外,由于蒸气被导入到与第一热电转换组件相比工作温度区域低的第二热电转换组件的高温部,冷却水被导入到第二热电转换组件的低温部,所以,可以防止第二热电转换组件的高温部与低温部的温度差以抑制第二热电转换组件的热应变。
另外,通过在废气的温度高的区域,利用第一热电转换组件及第二热电转换组件进行发电,在废气的温度低的区域,利用第二热电转换组件进行发电,可以在宽的温度范围,即,在车辆的宽的运转区域,进行发电。
另外,由于在第一热电转换组件的低温部及第二热电转换组件的高温部导入同一温度的蒸气,所以,可以谋求第一热电转换组件的低温部及第二热电转换组件的高温部的温度的均匀化,可以提高第一热电转换组件及第二热电转换组件的发电效率。
优选地,热电发电装置的所述第一蒸气流通部可以以包围所述本体壳体的方式形成,并且安装于所述本体壳体,所述第一热电转换组件隔着所述废气导入部相对地安装于所述本体壳体的宽度方向两侧。
该热电发电装置,由于第一蒸气流通部以包围本体壳体的方式安装于本体壳体,第一热电转换组件隔着废气导入部相对地安装于本体壳体的宽度方向两侧,所以,可以利用第一蒸气流通部内的蒸气的压力,向本体壳体均匀地施加压力。
当向本体壳体均匀地施加压力时,本体壳体与第一热电转换组件的低温部的接触压力变高,可以提高蒸气向第一热电转换组件的低温部的传热效率。
另外,通过向第一热电转换组件的低温部均匀地施加蒸气的压力,可以提高第一热电转换组件的高温部与废气导入部的接触压力,可以提高向第一热电转换组件的高温部的传热效率。其结果是,可以提高第一热电转换组件的发电效率。
优选地,热电发电装置可以构成为具有控制机构,所述控制机构基于向所述废气导入部导入的废气的温度,控制所述蒸气流通部内的压力。
这种热电发电装置,由于基于向废气导入部导入的废气的温度控制蒸气流通部内的压力,所以,可以提高第一热电转换组件的发电效率。
具体地说,由于第一热电转换组件具有发电效率高的温度区域,所以,如果能够推定废气温度,就能够推定当蒸气温度处于何种程度时,第一热电转换组件的发电效率变得最大。
例如,通过在规定的气压下以规定的温度使制冷剂沸腾而产生的饱和蒸气,由于压力与温度具有相关关系,所以,通过基于向废气导入部导入的废气的温度来控制蒸气流通部内的压力,相对于废气的温度,控制饱和蒸气的温度,由此,可以提高第一热电转换组件的发电效率。
优选地,热电发电装置也可以具有控制机构,所述控制机构基于向所述冷却水流通部导入的冷却水的温度,控制所述蒸气流通部内的压力。
该热电发电装置,基于向冷却水流通部导入的冷却水的温度控制蒸气流通部内的压力,相对于冷却水的温度控制饱和蒸气的温度,由此,可以提高第二热电转换组件的发电效率。
优选地,热电发电装置也可以构成为,第二蒸气导入部具有载置部和可动部,所述载置部载置所述第二热电转换组件,所述可动部设置于所述载置部,与向所述第二蒸气导入部导入的蒸气的压力相应地发生位移。
该热电发电装置,由于在第二蒸气导入部的载置部设置与第二蒸气导入部内的蒸气的压力相应地发生位移的可动部,所以,通过可动部的位移,载置部上升,载置部可以向第二热电转换组件的高温部均匀地施加压力。
因此,可以提高饱和蒸气向第二热电转换组件的高温部的传热效率。
另外,通过向第二热电转换组件的高温部均匀地施加饱和蒸气的压力,可以提高第二热电转换组件的低温部与冷却水流通部的接触压力,可以提高向第二热电转换组件的低温部的传热效率。其结果是,可以提高第二热电转换组件的发电效率。
发明的效果
根据本发明,可以提供一种热电发电装置,所述热电发电装置可以减小热电转换组件的热应力以将热电转换组件大型化,可以谋求使制造作业容易及制造成本降低。
附图说明
图1是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是配备有热电发电装置的发动机的排气系统的概略结构图。
图2是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是热电发电装置的侧视图。
图3是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是图2的A-A方向的向视剖视图。
图4是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是图2的B-B方向的向视剖视图。
图5是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是工作温度区域高的热电转换组件的透视图。
图6是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是工作温度区域低的热电转换组件的透视图。
图7是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是表示蒸气容器的可动部的图。
图8是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图,是表示蒸气容器的可动部变形而载置部位移到上方的状态的图。
具体实施方式
下面,利用附图对于根据本发明的热电发电装置的实施方式进行说明。另外,在本实施方式中,对于将热电发电装置应用于搭载在汽车等车辆上的水冷式的多气缸的内燃机、例如四冲程汽油发动机(下面,简单地称为发动机)的情况进行说明。另外,发动机并不局限于汽油发动机。
图1~图8是表示根据本发明的热电发电装置的一种实施方式的图。
首先,对结构进行说明。
如图1所示,作为搭载在汽车等车辆上的内燃机的发动机1,在将从进气系统供应的空气和从燃料供应系统供应的燃料以适当的空燃比混合而成的混合气供应给燃烧室以使之燃烧之后,将伴随着该燃烧而产生的废气从排气系统放出到大气中。
排气系统构成为包含有安装在发动机1上的排气歧管2、和经由球面接头3连接到排气歧管2上的排气管4,利用排气歧管2和排气管4形成排气通路。
球面接头3起着允许排气歧管2和排气管4的适度摆动,并且,不使发动机1的振动或运动传递给排气管4、或者将发动机1的振动或运动衰减而传递给排气管4的作用。
在排气管4上串列地设置有两个催化剂5、6,利用这些催化剂5、6净化废气。
在所述催化剂5、6之中,在排气管4中设置在废气的排气方向的上游侧的催化剂5是称为所谓的起始催化剂(S/C)的催化剂,在排气管4中设置在废气的排气方向的下游侧的催化剂6,是称为所谓的主催化剂(M/C)或者车厢地板下催化剂(U/F)的催化剂。
这些催化剂5、6例如由三元催化剂构成。该三元催化剂发挥通过化学反应使一氧化碳(CO)、炭化氢(HC)、氮氧化物(NOx)一并变化成无害的成分的净化作用。
在发动机1的内部形成有水冷套,在该水冷套中填充有称为长寿命冷却剂(LLC)的冷却液(下面,简单地称之为冷却水)。
该冷却水在被从安装在发动机1上的导出管8导出之后,被供应给散热器7,从该散热器7经由冷却水的回流管9返回到发动机1。
散热器7将被水泵10循环的冷却水通过与外部气体的热交换而进行冷却。
另外,旁通管12被连接到回流管9上,在该旁通管12与回流管9之间夹装恒温器11,利用该恒温器11调节在散热器7中流通的冷却水量和在旁通管12中流通的冷却水量。
例如,在发动机1的暖机运转时,增加旁通管12侧的冷却水量,以便促进暖机。
加热器配管13连接于旁通管12,在该加热器配管13的途中设置有加热器芯14。该加热器芯14是利用冷却水的热进行车室内的供暖用的热源。
被该加热器芯14加热的空气被鼓风机15导入到车室内。另外,由加热器芯14和鼓风机15构成加热器单元16。
另外,在加热器配管13上设置有向后面将要描述的热电发电装置17供应冷却水的上游侧配管18a,在热电发电装置17与回流管9之间,设置有将冷却水从热电发电装置17排出到回流管9的下游侧配管18b。
因此,在热电发电装置17中进行废热回收动作(对于该废热回收动作的详细情况,将在后面描述)的情况下,在下游侧配管18b中流动的冷却水变得比在上游侧配管18a中流动的冷却水的温度高。
另一方面,在发动机1的排气系统中,设置有如图1、图2所示的热电发电装置17,该热电发电装置17回收从发动机1排出的废气的热,将废气的热能转换成电能。
如图3所示,热电发电装置17配备有本体壳体20,所述本体壳体20具有作为将从发动机1排出的废气导入的废气导入部的排气管部19。
如图2所示,在排气管部19的排气方向上游侧设置有连接到排气管4上的导入管部21,在排气管部19的排气方向下游侧设置有连接到后尾管23上的排出管部22。
因此,从排气管4经由导入管部21排出到排气管部19的废气,在从排气管部19经由排出管部22排出到了后尾管23中之后,从后尾管23排出到外部大气中。
另外,如图3所示,在排气管部19的内部形成有多个吸热风扇24,该吸热风扇24将废气的热传递给排气管部19。
另外,在本体壳体20上隔着排气管部19形成有组件室25、26,在该组件室25、26中容纳有作为第一热电转换组件的热电转换组件27。
即,热电转换组件27以隔着排气管部19相对的方式安装在本体壳体20的宽度方向两侧。
另外,在本发明的热电发电装置17中定义的排气方向,指的是在排气管部19中流动的废气的排气方向,上游及下游是相对于该排气方向而言的方向。即,相对于热电发电装置17而言,上游侧是发动机1侧,下游侧是后尾管23侧。
如图5所示,热电转换组件27,在构成高温部的绝缘陶瓷制的受热基板31与构成低温部的绝缘陶瓷制的放热基板32之间,设置有利用塞贝克效应产生与温度差相对应的电动势的多个N型热电转换元件33及P型热电转换元件34,N型热电转换元件33及P型热电转换元件34经由电极35a、35b交替地串列连接。
多个热电转换组件27,在组件室25、26内如图2所示地沿着排气方向串列地设置,在排气方向上邻接的热电转换组件27经由配线36电连接起来。
如图2所示,热电转换组件27的受热基板31与排气管部19相对地与排气管部19接触,并且,放热基板32与后面描述的蒸气容器37相对地与本体壳体20接触,通过与受热基板31和放热基板32的温度差相对应地进行热电发电,经由图中未示出的电缆向蓄电池供电。
另外,N型热电转换元件33及P型热电转换元件34由Mg-Si系等热电材料构成,具有在工作温度区域为400℃~500℃左右的情况下热电转换效率变高的特性。另外,在图2、图3中,将热电转换组件27进行了简化。
另一方面,如图2~图4所示,在本体壳体20的外方以包围本体壳体20的方式设置有作为蒸气流通部及第一蒸气流通部的蒸气容器37,该蒸气容器37隔着本体壳体20与热电转换组件27的放热基板32相对。
如图3所示,在蒸气容器37的底面,作为制冷剂,例如贮存有水Wo,蒸气容器27经由支承托架38安装于本体壳体20。另外,支承托架38,例如,可以相互隔离地设置在本体壳体20的上游端和下游端,也可以设置在本体壳体20的排气方向中央部。
在本体壳体20的上部,经由支承台39设置有作为蒸气流通部及第二蒸气流通部的蒸气容器40。在图3中,在本体壳体20的上部右侧、支承台39的右侧及蒸气容器40的下部右侧分别形成有连通孔20a、39a、40a,蒸气容器37的内部及蒸气容器40的内部经由连通孔20a、39a、40a连通起来。另外,连通孔20a、39a、40a可以在排气方向上以一定的间隔形成,也可以遍及整个排气方向延伸。
在本实施方式中,当废气被导入到排气管部19中时,废气的热经由本体壳体20被传递给蒸气容器37,由此,蒸气容器37内的水Wo蒸发,饱和蒸气在蒸气容器37内上升。
这时,利用在排气管部19中流动的废气与在蒸气容器37中上升的饱和蒸气的温度差,热电转换组件27发电。
另外,在该蒸气容器37中上升的饱和蒸气,通过连通孔20a、39a、40a被导入到蒸气容器40内。
另外,蒸气容器37、40的上游端及下游端被闭塞(在图4中,表示蒸气容器37、40的上游端),蒸气容器37、40的内部成为密闭空间。
蒸气容器40的上部构成载置部40b,在该载置部40b,经由作为第二热电转换组件的热电转换组件41,设置有作为冷却水流通部的冷却水容器51。
冷却水容器51配备有连接到上游侧配管18a上的冷却水导入部51a及连接到下游侧配管18b上的冷却水排出部51b。
该冷却水容器51相对于冷却水排出部51b将冷却水导入部51a设置在排气方向上游侧,以便从冷却水导入部51a被导入到冷却水容器51中的冷却水W在与废气的排气方向相同的方向上流动(参照图1、图2)。
如图6所示,热电转换组件41,在构成高温部的绝缘陶瓷制的受热基板42与构成低温部的绝缘陶瓷制的放热基板43之间,设置有利用塞贝克效应产生与温度差相对应的电动势的多个N型热电转换元件44及P型热电转换元件45,N型热电转换元件44及P型热电转换元件45经由电极46a、46b交替地串列连接。
多个热电转换组件41在与排气方向正交的方向上并列地设置,并且,沿着排气方向串列地设置,邻接的热电转换组件41经由配线47电连接。
热电转换组件41的受热基板42与蒸气容器40相对地与蒸气容器40接触,并且,放热基板43与冷却水容器51相对地与冷却水容器51接触,通过与受热基板42与放热基板43的温度差相对应地进行热电发电,经由图中未示出的电缆,向蓄电池供电。
另外,N型热电转换元件44及P型热电转换元件45由Bi-Te系等热电材料构成,具有在工作温度区域为100℃~200℃左右的情况下热电转换效率变高的特性。另外,在图2~图4中,将热电转换组件41进行了简化。
即,本实施方式的热电转换组件27的工作温度区域被设定得高,热电转换组件41相对于热电转换组件27而言工作温度区域被设定得低。
另外,如图3、图4、图7所示,在蒸气容器40的载置部40b设置有波纹状的可动部40c,可动部40c借助向蒸气容器40导入的饱和蒸气的压力可自由地位移。因此,伴随着可动部40c的位移,载置部40b在上下方向上位移。
在本实施方式中,当饱和蒸气被从蒸气容器37向蒸气容器40导入时,借助该饱和蒸气与在冷却水容器51中流动的冷却水W的温度差,热电转换组件41发电。
这时,被导入到蒸气容器40中的饱和蒸气被在冷却水容器51中流动的冷却水W冷却,变成冷凝水,该冷凝水被贮存在蒸气容器40内。
如图3所示,蒸气容器40的底部构成以从右侧向左侧变低的方式形成锥形的锥形部40d,在蒸气容器40内冷凝的冷凝水,在图3中沿着锥形部40d从右方向左方移动。
在图3、图4中,在蒸气容器37及冷却水容器51的左端设置有回流管52,蒸气容器37及冷却水容器51经由回流管52连通起来。
该回流管52使贮存在蒸气容器40内的冷凝水从蒸气容器40回流到蒸气容器37中,回流到蒸气容器37中的冷凝水被贮存在蒸气容器37的底面。
另外,在回流管52中设置有开关阀53,该开关阀53由常开型的电磁阀构成。该开关阀53,当被从ECU(电子控制装置)61输入关闭信号时被关闭,当没有从ECU61输入关闭信号时打开。
另外,在蒸气容器40上连接有由管式泵、隔膜式泵等构成的调压泵54,在该调压泵54与蒸气容器40之间设置有常闭型的开关阀55。
该开关阀55,当被从ECU61输入打开信号时被打开,当没有从ECU61输入打开信号时关闭。
另外,在冷却水导入部51a设置有水温传感器62,该水温传感器62检测被导入到冷却水容器51中的冷却水W的温度,将检测信息输出到ECU61。另外,水温传感器62也可以设置于上游侧配管18a。
另外,在排气管4或者排气管部19设置有检测废气的温度的废气温度传感器63,该废气温度传感器63检测向排气管部19导入的废气的温度,将检测信息输出到ECU61。
ECU61由包含CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存储器)以及输入输出接口等的电子控制电路构成,基于来自于水温传感器62或者废气温度传感器63的检测信息,进行开关阀53、55的开关控制。在本实施方式中,调压泵54、开关阀55及ECU61构成控制机构。
其次,对作用进行说明。
由密闭空间构成的蒸气容器37、40被调压泵54调压到一定的气压下,贮存在蒸气容器37中的水Wo在规定的温度(沸点)变成饱和蒸气。即,通过利用调压泵54调整蒸气容器37、40内的压力,可以调整在蒸气容器37内产生的饱和蒸气的温度。
在发动机1冷起动时,催化剂5、6、发动机1的冷却水全部变成低温(外部大气温度的程度)。
当发动机1从该状态被起动时,伴随着发动机1的起动,低温的废气从发动机1经由排气歧管2被排出到排气管4,两个催化剂5、6被废气升温。
另外,通过冷却水不经过散热器7而经由旁通管12返回到发动机1,进行暖机运转。
在发动机1的冷起动时,借助从排气管4导入到排气管部19的废气,蒸气容器37内的水Wo变成饱和蒸气,从蒸气容器37通过连通孔20a、39a、40a被导入到蒸气容器40内。
因此,在冷却水容器51中流通的冷却水W被升温,促进发动机1的暖机。
另外,在发动机1暖机后,由于旁通管12与回流管9的连通被恒温器11切断,所以,从发动机1经由导出管8被导出的冷却水,经由散热器7被回流管9导出。因此,可以将低温的冷却水被供应给发动机1,提高发动机1的冷却性能。
其次,说明热电发电装置17的作用。
当发动机1的废气从排气管4被导入到排气管部19时,废气的热通过热电转换组件27被传递给蒸气容器37,蒸气容器37内的水Wo蒸发,通过连通孔20a、39a、40a被导入到蒸气容器40。
这时,高温的废气的热被传递给热电转换组件27的受热基板31,比冷却水的温度高且比废气的温度低、即中等温度的饱和蒸气的热被传递给放热基板32,热电转换组件27利用废气与饱和蒸气之间的温度差进行发电。
并且,由热电转换组件27发出的电力经由图中未示出的电缆被供应给蓄电池,对蓄电池充电。另外,该蓄电池例如由向车辆的辅机供电的辅机蓄电池构成,
另外,被导入到蒸气容器40的中等温度的饱和蒸气被传递给热电转换组件41的受热基板42,低温的冷却水的热被传递给放热基板43,热电转换组件41利用冷却水与饱和蒸气之间的温度差进行发电。并且,由热电转换组件41发出的电力经由图中未示出的电缆被供应给蓄电池,给蓄电池充电。
这里,充满蒸气容器37、40内的饱和蒸气是借助处于减压状态的蒸气容器37、40在规定温度蒸发的饱和蒸气,包含有水分。另外,在蒸气容器40中被冷却水W冷却的饱和蒸气变成冷凝水,沿着蒸气容器40的锥形部40d在图3中向左方移动,通过回流管52回流到蒸气容器37中。
因此,蒸气容器37总是处于贮存了水Wo的状态,在蒸气容器37中产生的饱和蒸气从蒸气容器37被导入到蒸气容器40中,在蒸气容器40中产生并冷凝的冷凝水反复进行向蒸气容器37回流的动作。即,本实施方式的热电发电装置17由蒸气容器37、40形成蒸气环路。
另一方面,由于在发动机1的高旋转区域,废气的温度例如变成500℃以上,所以,利用高温的废气与中等温度的饱和蒸气的温度差,由工作温度区域高的热电转换组件27进行发电。另外,利用中等温度的饱和蒸气与低温的冷却水的温度差,由工作温度低的热电转换组件41进行发电。
即,本实施方式的热电发电装置17借助工作温度区域高的热电转换组件27以及工作温度低的热电转换组件41进行两个阶段的发电。
另外,由于在发动机1的低旋转区域,废气的温度例如变成300℃以下,所以,热电转换组件27对于发电来说不是有效率的温度区域。但是,由于利用中温的饱和蒸气与冷却水的温度差发电的热电转换组件41成为对于发电有效率的温度区域,所以,利用热电转换组件41进行发电。
另外,本实施方式的热电发电装置17,蒸气容器37以包围本体壳体20的方式安装于本体壳体20,热电转换组件27以隔着排气管部19在本体壳体20的宽度方向上对向的方式安装于本体壳体20。
因此,利用蒸气容器37内的蒸气的压力,均匀地对本体壳体20施加压力。当均匀地对本体壳体20施加压力时,本体壳体20与热电转换组件27的放热基板32的接触压力变高,可以提高饱和蒸气向热电转换组件27的放热基板32的传热效率。
另外,通过向热电转换组件27的放热基板32的低温部均匀地施加饱和蒸气的压力,可以提高热电转换组件27的受热基板31与排气管部19的接触压力,可以提高向热电转换组件27的受热基板31的传热效率。其结果是,可以提高热电转换组件27的发电效率。
另外,本实施方式的热电发电装置17的蒸气容器40具有载置热电转换组件41的载置部40b、和设置在载置部40a且根据被导入蒸气容器40的蒸气的压力而位移的可动部40c。
因此,如图8所示,通过可动部40c根据蒸气容器40内的饱和蒸气的压力而向上方位移,载置部40b上升,载置部40b能够均匀地向热电转换组件41的受热基板42施加压力。
因此,可以提高饱和蒸气向热电转换组件41的受热基板42的传热效率。
另外,通过向热电转换组件41的受热基板42均匀地施加蒸气容器40内的饱和蒸气的压力,可以提高热电转换组件41的放热基板43与冷却水容器51的接触压力,可以提高向热电转换组件41的放热基板43的传热效率。其结果是,可以提高热电转换组件41的发电效率。
另一方面,当发动机1的高负荷运转继续时,存在着受到被导入到冷却水容器51中的中等温度的饱和蒸气的影响,冷却水W的温度上升,冷却水沸腾的担忧。
本实施方式的热电发电装置17,其ECU61基于来自于水温传感器62的检测信息监测冷却水的温度,判断冷却水的温度是否在容易沸腾的规定温度以上,以达到规定温度以上作为条件,向开关阀53发送关闭信号,关闭开关阀53。
因此,蒸气容器37与蒸气容器40的连通被切断,蒸气容器37内的冷凝水不会回流到蒸气容器40,冷凝水贮存在蒸气容器40内。即,在蒸气容器40内,贮存被冷却水容器51的冷却水W冷却了的低温的冷凝水。
其结果是,冷却水容器51的冷却水W不会被饱和蒸气沸腾,可以防止发动机1的冷却性能降低。
另外,ECU61也可以基于来自于废气温度传感器63的检测信息,取得被导入到排气管部19中的废气的温度,将打开信号发送给开关阀55,打开开关阀55,基于废气的温度,将调压泵54加压或者减压,调整蒸气容器37、40内的压力。
具体地说,由于工作温度区域高的热电转换组件27具有发电效率高的温度区域,所以,如果知道废气温度,就可以推定蒸气容器37、40内的饱和蒸气的温度在什么程度时,热电转换组件27的发电效率变成最大。
通过在规定的气压下在规定的温度使水Wo沸腾而产生的饱和蒸气,具有当压力增大时温度上升,当压力降低时温度降低这样的温度与压力的相关关系。因此,在废气的温度高的运转区域,通过基于被导入排气管部19的废气的温度,控制蒸气容器37、40内的压力,相对于废气的温度来控制饱和蒸气的温度,可以提高热电转换组件27的发电效率。
另外,ECU61也可以基于来自于水温传感器62的检测信息取得被导入冷却水容器51的冷却水的温度,将打开信号发送到开关阀55,打开开关阀55,基于废气的温度将调压泵54加压或者减压,调整蒸气容器37、40内的压力。
具体地说,由于工作温度区域低的热电转换组件41具有发电效率高的温度区域,所以,如果知道冷却水的温度,就可以推定蒸气容器37、40内的饱和蒸气的温度在什么程度时,热电转换组件41的发电效率变得最大。
从而,在废气的温度低的运转区域,通过基于被导入到冷却水容器51的冷却水的温度来控制蒸气容器37、40内的压力,相对于冷却水的温度控制饱和蒸气的温度,可以提高热电转换组件41的发电效率。
另外,ECU61基于来自于废气温度传感器63的检测信息,取得废气的温度信息,但是,取得废气的温度的手段并不局限于此。
例如,也可以基于从车辆上已有的空气流量计取得的吸入空气量等发动机负荷信息或来自于检测加速踏板的开度的加速器开度传感器等的检测信息,ECU61参照将废气的温度与发动机负荷和加速踏板开度联系起来的映射,推定废气的温度。
这样,本实施方式的热电发电装置17包含有:容纳热电转换组件27的本体壳体20;设置于本体壳体20、与热电转换组件27的受热基板31对向的排气管部19;安装在本体壳体20的外方、与热电转换组件27的放热基板32对向的蒸气容器37;设置在本体壳体20的上部的蒸气容器40;在蒸气容器40上与放热基板43对向地设置在蒸气容器40的上部的热电转换组件41;以及与热电转换组件41的受热基板42对向地设置在热电转换组件41的上部的冷却水容器51。
该热电发电装置17,由于将废气导入到工作温度区域高的热电转换组件27的受热基板31,将饱和蒸气导入到热电转换组件27的放热基板32,所以,可以防止受热基板31与放热基板32的温度差变得过大,抑制热电转换组件27的热应变。
因此,可以将热电转换组件27大型化,在将热电转换组件27安装到热电发电装置17的本体壳体20上时,可以减少配线等。
另外,由于饱和蒸气被导入到与热电转换组件27相比工作温度区域低的热电转换组件41的受热基板42,冷却水被导入到热电转换组件41的放热基板43上,所以,可以防止热电转换组件41的受热基板42与放热基板43的温度差变得过大,可以抑制热电转换组件41的热应变。
因此,可以将热电转换组件41大型化,在将热电转换组件41夹装于热电发电装置17的蒸气容器40与冷却水容器51之间时,可以减少配线等。
其结果是,可以使热电发电装置17的制造作业容易,并且,可以降低热电发电装置17的制造成本。
另外,通过在废气的温度高的区域,用热电转换组件27、41进行发电,在废气的温度低的区域,利用热电转换组件41进行发电,可以在宽的温度范围内、即在车辆的宽的运转区域进行发电。
另外,由于在热电转换组件27的放热基板32及热电转换组件41的受热基板42导入同一温度的蒸气,所以,可以谋求热电转换组件27的放热基板32及热电转换组件41的受热基板42的温度的均匀化,可以提高热电转换组件27、41的发电效率。
另外,在本实施方式中,作为制冷剂,使用水,但是,作为制冷剂并不局限于水,例如,只要是酒精等那样能够在废气的温度下产生蒸气的制冷剂即可。
如上所述,根据本发明的热电发电装置,具有可以减小热电转换组件的热应变而将热电转换组件大型化,可以谋求使制造作业容易及制造成本降低的效果,作为利用从内燃机排出的废气进行热电发电的热电发电装置等是有用的。
附图标记说明
1发动机(内燃机)
17热电发电装置
19排气管部(废气导入部)
20本体壳体
27热电转换组件(第一热电转换组件)
31、42受热基板(受热部)
32、43放热基板(放热部)
37蒸气容器(蒸气流通部,第一蒸气流通部)
40蒸气容器(蒸气流通部,第二蒸气流通部)
40b载置部
40c可动部
41热电转换组件(第二热电转换组件)
51冷却水容器(冷却水流通部)
54调压泵(控制机构)
55开关阀(控制机构)
61ECU(控制机构)

Claims (5)

1.一种热电发电装置,配备有根据高温部与低温部的温度差进行热电发电的热电转换组件,其特征在于,
所述热电发电装置配备有废气导入部和蒸气流通部,所述废气导入部将从内燃机排出的废气导入到所述高温部,所述蒸气流通部将被废气的热加热的制冷剂的蒸气导入到所述低温部,
所述热电转换组件由工作温度区域高的第一热电转换组件和与所述第一热电转换组件相比工作温度区域低的第二热电转换组件构成,并且,所述蒸气流通部由第一蒸气流通部和与所述第一蒸气流通部连通的第二蒸气流通部构成,
所述热电发电装置构成为包括:本体壳体、所述废气导入部、所述第一蒸气流通部、所述第二蒸气流通部、所述第二热电转换组件和冷却水流通部,
所述本体壳体容纳所述第一热电转换组件;
所述废气导入部设置于所述本体壳体,与所述第一热电转换组件的高温部相对;
所述第一蒸气流通部安装在所述本体壳体的外部,与所述第一热电转换组件的低温部相对;
所述第二蒸气流通部设置在所述本体壳体的上部;
所述第二热电转换组件以高温部与所述第二蒸气流通部相对的方式形成,并且设置在所述第二蒸气流通部的上部;
所述冷却水流通部与所述第二热电转换组件的低温部相对地设置在所述第二热电转换组件的上部。
2.如权利要求1所述的热电发电装置,其特征在于,
所述第一蒸气流通部以包围所述本体壳体的方式形成,并且安装于所述本体壳体,
所述第一热电转换组件隔着所述废气导入部相对地安装于所述本体壳体的宽度方向两侧。
3.如权利要求1或2所述的热电发电装置,其特征在于,具有控制机构,所述控制机构基于向所述废气导入部导入的废气的温度,控制所述蒸气流通部内的压力。
4.如权利要求1或2所述的热电发电装置,其特征在于,具有控制机构,所述控制机构基于向所述冷却水流通部导入的冷却水的温度,控制所述蒸气流通部内的压力。
5.如权利要求1或2所述的热电发电装置,其特征在于,所述第二蒸气导入部具有载置部和可动部,所述载置部载置所述第二热电转换组件,所述可动部设置于所述载置部,与向所述第二蒸气导入部导入的蒸气的压力相应地发生位移。
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