JP2000286469A - Thermoelectric power-generating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、従来捨て
られていた内燃機関等の駆動装置から排出される排ガス
や焼却炉等の燃焼設備から排出される排ガスのもつ熱エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して回収するのに好適
な熱電発電装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the conversion of thermal energy of exhaust gas discharged from a drive unit of an internal combustion engine or the like or exhaust gas discharged from a combustion facility such as an incinerator into electric energy. And a thermoelectric generator suitable for recovery.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、高温の排ガスを排出する自動車や
工場などでは、エンジンや炉などから排出される排ガス
のもつ熱エネルギーを回収して電力に変換するために、
例えば、特開昭６３−２６２０７５号公報に開示されて
いる排熱発電装置が用いられることがある。2. Description of the Related Art Conventionally, in a car or a factory which emits high-temperature exhaust gas, in order to recover heat energy of exhaust gas discharged from an engine or a furnace and convert it into electric power,
For example, a waste heat power generation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-262075 may be used.
【０００３】図６は、上記特開昭６３−２６２０７５号
公報に開示されている排熱発電装置を示すものであっ
て、この排熱発電装置４１では、自動車のエンジンから
排出される排ガスが流れる排気管４２に箱形状の吸熱筒
４３が取りつけられ、この吸熱筒４３には対向する平面
が２面形成されたものとしていて、これらの平面には複
数の熱電変換モジュール４４が対向して配置されてお
り、各熱電変換モジュール４４の高温端面と吸熱筒４３
の平面とが密着されたものとしている。FIG. 6 shows an exhaust heat power generator disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-262075. In this exhaust heat power generator 41, exhaust gas discharged from an automobile engine flows. A box-shaped heat-absorbing cylinder 43 is attached to the exhaust pipe 42. The heat-absorbing cylinder 43 is formed with two opposing planes, and a plurality of thermoelectric conversion modules 44 are arranged on these planes to face each other. The high-temperature end face of each thermoelectric conversion module 44 and the heat-absorbing cylinder 43
Is in close contact with the flat surface.
【０００４】そして、熱電変換モジュール４４の低温端
面と水冷ジャケット４５とが対向して配置されていて、
この熱電変換モジュール４４の低温端面と水冷ジャケッ
ト４５の冷却面とが接触したものとしている。[0004] A low-temperature end face of the thermoelectric conversion module 44 and a water-cooling jacket 45 are arranged to face each other.
It is assumed that the low-temperature end face of the thermoelectric conversion module 44 and the cooling surface of the water cooling jacket 45 are in contact.
【０００５】上記した構造の排熱発電装置４１では、排
気管４２において矢印Ａ方向から流入した排ガスがもつ
高温の排熱が吸熱筒４３の平面を介して熱電変換モジュ
ール４４の高温端面に伝達される。また同時に、熱電変
換モジュール４４の低温端面は冷却水給・排管４６を通
して水冷ジャケット４５内を還流する冷却水により冷却
される。そして、熱電変換モジュール４４の高温端面と
低温端面との間に生じた温度勾配に応じてゼーベック効
果による熱起電力が発生して発電され、導電線４７、電
圧調整器および電流逆流防止器４８、電力計４９等を介
して蓄電器５０に蓄えられる。In the exhaust heat generator 41 having the above-described structure, the high-temperature exhaust heat of the exhaust gas flowing from the direction of the arrow A in the exhaust pipe 42 is transmitted to the high-temperature end face of the thermoelectric conversion module 44 via the plane of the heat-absorbing cylinder 43. You. At the same time, the low-temperature end face of the thermoelectric conversion module 44 is cooled by cooling water circulating in the water cooling jacket 45 through a cooling water supply / discharge pipe 46. Then, a thermoelectromotive force is generated and generated by the Seebeck effect according to the temperature gradient generated between the high-temperature end surface and the low-temperature end surface of the thermoelectric conversion module 44, and the conductive wire 47, the voltage regulator and the current backflow preventer 48, It is stored in the battery 50 via the power meter 49 and the like.
【０００６】一般的に、熱電変換モジュールは、複数の
ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが交互に配列され、各熱
電素子の両端において隣接する熱電素子と電極を介して
電気的に接続された構成をとる。Generally, in a thermoelectric conversion module, a plurality of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements are alternately arranged, and both ends of each thermoelectric element are electrically connected to adjacent thermoelectric elements via electrodes. Configuration.
【０００７】そして、このように、複数の熱電素子を電
気的に接続した熱電変換モジュールを一旦形成した後、
集熱側部材である排気管４２と冷却側部材である水冷ジ
ャケット４５との間に前記熱電変換モジュール４４を複
数設置することにより、熱電素子間の電気的接続を確実
にとりながら、多数の熱電素子を簡便に設置して熱電発
電装置として機能することができる特長がある。[0007] After once forming a thermoelectric conversion module in which a plurality of thermoelectric elements are electrically connected,
By installing a plurality of the thermoelectric conversion modules 44 between the exhaust pipe 42 which is a heat collecting side member and the water cooling jacket 45 which is a cooling side member, a large number of thermoelectric elements can be securely connected between the thermoelectric elements. Has the advantage that it can be easily installed and function as a thermoelectric generator.
【０００８】一方、熱電変換モジュールは、前記したよ
うに、複数のｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが交互に配
列され、各熱電素子の両端において隣接する熱電素子の
端面同士を電極を介して電気的に接続した構成をとるの
が一般的であって、熱電素子の両端に形成された電極部
分のうち一方を高温の熱源に接触させ、他方を低温の熱
源に接触させることにより、発電を行うもので、複数の
熱電素子は、熱的に並列に、電気的には直列に接続され
た構成をもつものとしている。On the other hand, in the thermoelectric conversion module, as described above, a plurality of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements are alternately arranged, and end faces of adjacent thermoelectric elements at both ends of each thermoelectric element are sandwiched by electrodes. It is common to adopt a configuration in which the electrodes are electrically connected to each other, and one of the electrode portions formed at both ends of the thermoelectric element is brought into contact with a high-temperature heat source, and the other is brought into contact with a low-temperature heat source to generate power. The plurality of thermoelectric elements are configured to be connected in parallel thermally and electrically in series.
【０００９】そして、電極の表面には絶縁層が形成され
ている場合もあり、また、隣接する熱電素子の側面同士
の間には、断熱性が高い絶縁材が設置されている場合も
ある。An insulating layer may be formed on the surface of the electrode, and an insulating material having high heat insulation may be provided between the side surfaces of adjacent thermoelectric elements.
【００１０】このような熱電素子の材料としては、熱電
素子の高温端側の温度が２５０℃くらいまでの比較的低
温領域で使用できるものとしてビスマステルル化合物や
ＹｂＡｌ3化合物があり、４００〜５００℃くらいの中
温領域まで使用できるものとして鉛テルル化合物、Ｔｅ
−Ｓｂ−Ｇｅ−Ａｇ系材料、コバルトアンチモン化合物
などがあり、さらに、６００℃以上の高温領域で使用で
きるものとしてＮａ−Ｃｏ−Ｏ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｏ系、
Ｃａ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ系などの酸化物系材料や、Ｆｅ−
Ｓｉ系、Ｍｎ−Ｓｉ系などの金属シリサイド系材料や、
シリコンゲルマニウム化合物、炭化シリコン、ホウ素化
合物などがある。As materials for such a thermoelectric element, there are bismuth telluride compounds and YbAl 3 compounds which can be used in a relatively low temperature range where the temperature at the high temperature end of the thermoelectric element is up to about 250 ° C. Lead tellurium compound, Te that can be used up to the middle temperature range
-Sb-Ge-Ag-based materials, cobalt antimony compounds, and the like, and Na-Co-O-based, Zn-Al-O-based,
Oxide-based materials such as Ca-Mn-In-O-based materials and Fe-
Metal silicide-based materials such as Si-based and Mn-Si-based,
Examples include a silicon germanium compound, silicon carbide, and a boron compound.
【００１１】さらに、８００℃の高温領域で使用でき、
しかも高効率で熱電変換できる熱電素子として、異なる
熱電材料を層状に積み重ねたセグメント型熱電素子が研
究されている（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｌ．ｇｏ．
ｊｐ．／ｗｗｗ−ｊ／Ｗｈａｔｓ−ｎｅｗ／７０２−
２．ｈｔｍｌ）。このセグメント型熱電素子は、高温端
側からシリコンゲルマニウム化合物からなる熱電素子、
電極、鉛テルル化合物からなる熱電素子、電極、ビスマ
ステルル化合物からなる熱電素子を積み重ねたものとし
ており、シリコンゲルマニウム素子側を高温の集熱側部
材に密着させるとと共にビスマステルル素子側を冷却し
て発電するようにしたものである。そして、このような
セグメント型熱電素子の構成とすることにより、高温の
集熱側部材に密着させて使用できる特長があるばかりで
なく、熱電素子に流入した熱量に対する熱電出力の比率
である変換効率を約１７％という極めて大きいものとす
ることができる特長がある。Furthermore, it can be used in a high temperature range of 800 ° C.
Moreover, as a thermoelectric element capable of performing thermoelectric conversion with high efficiency, a segment-type thermoelectric element in which different thermoelectric materials are stacked in layers has been studied (http: //www.nal.go.
jp. / Www-j / Whats-new / 702-
2. html). This segment type thermoelectric element is a thermoelectric element made of a silicon germanium compound from the high temperature end side,
Electrodes, thermoelectric elements made of lead tellurium compound, electrodes, thermoelectric elements made of bismuth tellurium compound are stacked. It is designed to generate electricity. The configuration of such a segment-type thermoelectric element not only has a feature that the thermoelectric element can be used in close contact with a high-temperature heat collecting side member, but also has a conversion efficiency that is a ratio of thermoelectric output to the amount of heat flowing into the thermoelectric element. Is about 17%.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】排ガス熱発電装置の発
電出力は、この熱電発電装置に導入される排ガスのもつ
熱量に、この排ガス熱量から熱電発電装置が熱交換した
熱量の割合と、熱電発電装が熱交換した熱量のうち熱電
素子部分で電気に変換された変換効率を乗じたものであ
る。また、変換効率は、熱電素子両端の温度差に比例し
て大きくなるが、低温用熱電変換モジュールではその使
用上限温度を超えると破壊する問題がある。また、集熱
側部材である集熱管と冷却側部材との間に熱電変換モジ
ュールが排ガス流方向に沿って複数個設置された構成の
ものでは、集熱管の入り口部分から排ガスが流入し、第
１の熱電変換モジュールの設置部分を通過する間に、集
熱管の内側に設けられた集熱フィンと熱交換することに
よって排ガスのもつ熱量の一部を集熱管に伝達するた
め、第１の熱電変換モジュールの設置部分を通過し終わ
った排ガスはその熱量が減少し、温度が低下した排ガス
となる。The power output of the exhaust gas thermoelectric generator is based on the ratio of the amount of heat exchanged by the thermoelectric generator to the amount of heat of the exhaust gas introduced into the thermoelectric generator, It is a value obtained by multiplying the conversion efficiency converted into electricity in the thermoelectric element portion of the heat exchanged by the device. Further, the conversion efficiency increases in proportion to the temperature difference between both ends of the thermoelectric element. However, there is a problem that the thermoelectric conversion module for low temperature is destroyed when the temperature exceeds the upper limit temperature of use. Further, in a configuration in which a plurality of thermoelectric conversion modules are installed along the exhaust gas flow direction between the heat collection tube and the cooling side member that are the heat collection side members, the exhaust gas flows from the inlet portion of the heat collection tube, While passing through the installation portion of the first thermoelectric conversion module, heat exchange is performed with a heat collection fin provided inside the heat collection tube to transfer a part of the heat amount of the exhaust gas to the heat collection tube. Exhaust gas that has passed through the installation part of the conversion module has a reduced calorific value, and becomes exhaust gas whose temperature has decreased.
【００１３】そして、第２の熱電変換モジュールの設置
部分においても、集熱フィンによって排ガスのもつ熱量
の一部が奪われ、第３の熱電変換モジュールの設置部分
においても熱量の一部が奪われるので、排ガスの下流に
行くほど排ガスのもつ熱量は減少し、排ガス温度は低下
する。[0013] At the installation portion of the second thermoelectric conversion module, a part of the heat amount of the exhaust gas is also taken away by the heat collecting fins, and at the installation portion of the third thermoelectric conversion module, a part of the heat amount is also taken away. Therefore, the calorie of the exhaust gas decreases as the exhaust gas goes downstream, and the exhaust gas temperature decreases.
【００１４】それゆえ、排ガスの下流に行くほど、排ガ
ス温度の低下に伴って集熱管の表面のモジュール設置面
の温度が低下し、熱電変換モジュールの両端に発生する
温度差が小さくなるので、発電出力は急激に減少するこ
とになる。Therefore, as the temperature of the exhaust gas decreases, the temperature of the module installation surface on the surface of the heat collection tube decreases as the temperature of the exhaust gas decreases, and the temperature difference generated at both ends of the thermoelectric conversion module decreases. The output will decrease sharply.
【００１５】つまり、排ガスの上流部分で熱交換効率が
高すぎると、発電装置の全体としては発電出力が小さく
なってしまう問題が生じる。That is, if the heat exchange efficiency is too high in the upstream part of the exhaust gas, there arises a problem that the power generation output of the entire power generation device becomes small.
【００１６】また、排ガス温度が５００℃以上の場合
は、排ガス上流側の集熱管の表面温度は２５０℃以上に
上昇する場合が多く、熱電変換効率が高いビスマステル
ル系熱電素子から構成される低温用熱電変換モジュール
は耐熱性が不足しているため、設置できない問題もあ
る。When the temperature of the exhaust gas is 500 ° C. or higher, the surface temperature of the heat collecting tube on the upstream side of the exhaust gas often rises to 250 ° C. or higher, and the low temperature is constituted by a bismuth telluride thermoelectric element having high thermoelectric conversion efficiency. There is also a problem that the thermoelectric conversion module cannot be installed due to insufficient heat resistance.
【００１７】集熱フィンの形状などを考慮することによ
って排ガスと集熱管との熱抵抗を小さくすることによ
り、第１のモジュール設置部分を通過する間に排ガスか
ら集熱管に伝達される熱量を小さくし、集熱管の表面温
度が低温用熱電変換モジュールの使用できる温度に調整
した場合は、排ガス流方向に対する排ガス温度の低下も
小さくなるので、排ガス流方向に対するモジュール両端
の温度差の低下率も抑制できることから、排ガス流方向
に急激に発電出力が低下することもなくなる。By reducing the thermal resistance between the exhaust gas and the heat collecting tube by considering the shape of the heat collecting fins, the amount of heat transferred from the exhaust gas to the heat collecting tube while passing through the first module installation portion is reduced. However, when the surface temperature of the heat collection tube is adjusted to a temperature at which the thermoelectric conversion module for low temperature can be used, the decrease in the exhaust gas temperature in the exhaust gas flow direction is also small, so the rate of decrease in the temperature difference between both ends of the module in the exhaust gas flow direction is also suppressed. As a result, the power generation output does not suddenly decrease in the exhaust gas flow direction.
【００１８】しかし、熱電発電装置の全体で排ガスから
集熱管へ熱交換される熱量を少なくした場合は、熱電変
換モジュールに流入する熱量が減少するため、発電装置
全体の発電出力は低下する問題がある。However, when the amount of heat exchanged from the exhaust gas to the heat collection tube is reduced in the entire thermoelectric generator, the amount of heat flowing into the thermoelectric conversion module decreases, and the power generation output of the entire power generator decreases. is there.
【００１９】発電装置全体での熱交換量を増加させるた
めには、熱電変換モジュールの設置面積を大きくして、
単位面積当たりの熱交換量を少なくすることもできる
が、その場合は、熱電発電装置が相当大きくなってしま
う問題がある。In order to increase the amount of heat exchange in the entire power generator, the installation area of the thermoelectric conversion module is increased,
The amount of heat exchange per unit area can be reduced, but in that case, there is a problem that the thermoelectric generator becomes considerably large.
【００２０】特に、自動車エンジンの排ガスを用いる場
合のような排ガスの熱量が豊富ではなく、コンパクト性
が要求される場合に、大きな発電出力を得るには、熱電
発電装置が排ガスから熱交換する割合を制御することが
重要になる。そこで、熱交換する割合を排ガス流の下流
に行くほど増加させるため、集熱フィンの形状を排ガス
流方向に向かって変化させるようになすこともできる。In particular, when the exhaust gas is not rich in heat, such as when using exhaust gas from an automobile engine, and compactness is required, in order to obtain a large power generation output, the rate at which the thermoelectric generator exchanges heat from the exhaust gas is required. It is important to control Therefore, the shape of the heat collecting fins can be changed in the exhaust gas flow direction in order to increase the heat exchange ratio toward the downstream of the exhaust gas flow.
【００２１】しかし、集熱管の内側に排ガス流方向に形
状が異なるフィンを形成することは極めて煩雑であり、
大量生産には不向きである問題がある。また、熱交換効
率を増大させるために、複雑形状で表面積の大きい集熱
フィンを設置するほど、排気抵抗が大きくなってしまう
問題が生じる。そして、排ガス抵抗が大き過ぎる場合
は、排ガスを発生する内燃機関や燃焼炉が不完全燃焼し
てしまうなど運転状態に悪影響が出るため好ましくな
い。However, it is extremely complicated to form fins having different shapes in the exhaust gas flow direction inside the heat collecting tube.
There is a problem that is not suitable for mass production. In addition, in order to increase the heat exchange efficiency, the more the heat collecting fins having a complicated shape and a large surface area are provided, the more the exhaust resistance increases. If the exhaust gas resistance is too high, the operating state is adversely affected, such as incomplete combustion of the internal combustion engine or the combustion furnace that generates exhaust gas, which is not preferable.
【００２２】[0022]
【発明の目的】本発明は、かかる従来の問題点を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、排ガス温度が高く、熱量が豊富でない排ガスを導入
した場合であっても集熱フィンの形状を排ガス流方向に
変化させる必要がない簡便な構造で、大きな発電出力が
得られる熱電発電装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to introduce an exhaust gas having a high exhaust gas temperature and a low calorific value. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric power generation device that has a simple structure that does not require changing the shape of the heat collecting fins in the exhaust gas flow direction and that can obtain a large power generation output.
【００２３】また、本発明の別の目的は、高温の排ガス
を導入することが可能な発電装置で、熱電変換モジュー
ルが高温で破壊することがなく、耐久性が高く、大きな
発電出力が得られる熱電発電装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a power generation device capable of introducing high-temperature exhaust gas, which can prevent the thermoelectric conversion module from being broken at a high temperature, has high durability, and provides a large power generation output. It is to provide a thermoelectric generator.
【００２４】さらに、本発明の別の目的は、発電装置の
排ガス抵抗が小さく、大きな発電出力が得られると共に
燃焼装置において不完全燃焼などの不具合をもたらさな
い熱電発電装置を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a thermoelectric power generator which has a low exhaust gas resistance of the power generator, provides a large power output, and does not cause a problem such as incomplete combustion in the combustion apparatus.
【００２５】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱電発電
装置は、請求項１に記載しているように、集熱側部材と
冷却側部材との間に、熱電素子の一方側に高温側電極を
設けると共に他方側に低温側電極をそなえた熱電変換モ
ジュールを高温熱媒体の流れ方向に複数設置した熱電発
電装置において、高温熱媒体の流れ方向の上流側に高温
用熱電変換モジュールを設置すると共に高温熱媒体の流
れ方向の下流側に低温用熱電変換モジュールを設置した
構成としたことを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric power generation device which is disposed between a heat collection side member and a cooling side member and has a high temperature side between one side of the thermoelectric element. In a thermoelectric generator in which electrodes are provided and a plurality of thermoelectric conversion modules each having a low-temperature-side electrode on the other side are installed in the flow direction of the high-temperature heat medium, the thermoelectric conversion module for high temperature is installed on the upstream side in the flow direction of the high-temperature heat medium. In addition, a low-temperature thermoelectric conversion module is installed on the downstream side in the flow direction of the high-temperature heat medium.
【００２６】そして、本発明に係わる熱電発電装置にお
いては、請求項２に記載しているように、高温用熱電変
換モジュールはその熱電素子材料がシリコンゲルマニウ
ム化合物を主成分とするものであり、低温用熱電変換モ
ジュールはその熱電素子材料がビスマステルル化合物を
主成分とするものであるようになすことができる。In the thermoelectric generator according to the present invention, the high-temperature thermoelectric conversion module has a thermoelectric element material whose main component is a silicon germanium compound and has a low temperature. The thermoelectric conversion module for use can be made so that the thermoelectric element material has a bismuth tellurium compound as a main component.
【００２７】同じく、本発明に係わる熱電発電装置にお
いては、請求項３に記載しているように、集熱側部材は
これに接続される排気管から高温熱媒体である排ガスを
流すことができる集熱管をそなえ、集熱管の内側表面に
は排ガスとの熱交換を促進する集熱フィンや集熱用仕切
り板などの集熱補助部材が設けられていると共に集熱管
の外側表面には高温用および低温用熱電変換モジュール
のそれぞれ高温端を密着させることのできる平坦なモジ
ュール設置面をそなえ、前記モジュール設置面のうち排
ガス流方向の上流側に高温用熱電変換モジュールの高温
端を設置すると共に前記モジュール設置面のうち排ガス
流方向の下流側に低温用熱電変換モジュールの高温端を
設置したものとなすことができる。Similarly, in the thermoelectric generator according to the present invention, as described in claim 3, the heat collecting side member can flow exhaust gas as a high-temperature heat medium from an exhaust pipe connected thereto. A heat collection tube is provided.On the inside surface of the heat collection tube, there are provided heat collection auxiliary members such as heat collection fins and heat collection partition plates that promote heat exchange with exhaust gas. And a flat module installation surface on which the high-temperature end of the low-temperature thermoelectric conversion module can be brought into close contact with each other, and installing the high-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module upstream of the module installation surface in the exhaust gas flow direction. The high-temperature end of the thermoelectric conversion module for low temperature may be installed on the downstream side of the module installation surface in the exhaust gas flow direction.
【００２８】同じく、本発明に係わる熱電発電装置は、
請求項４に記載しているように、断面形状が対向するモ
ジュール設置面２面を有する扁平ないしは矩形形状をな
している集熱管と、２分割されていて内部に集熱管を間
隔をおいて収容して固定することができると共に前記集
熱管のモジュール設置面と対向しかつ高温側および低温
側熱電変換モジュールの低温端を密着させることができ
るモジュール設置面を有している冷却ジャケットをそな
えたものとすることができる。Similarly, the thermoelectric generator according to the present invention comprises:
As set forth in claim 4, a flat or rectangular heat collector tube having two module installation surfaces whose cross-sectional shapes are opposed to each other, and a heat collector tube that is divided into two and housed at an interval therebetween. A cooling jacket having a module installation surface which can be fixed and fixed, and has a module installation surface facing the module installation surface of the heat collection tube and allowing the low-temperature ends of the high-temperature side and low-temperature side thermoelectric conversion modules to be in close contact with each other. It can be.
【００２９】同じく、本発明に係わる熱電発電装置は、
請求項５に記載しているように、集熱管の内側表面の集
熱フィンが排ガス流方向と平行に設置されており、集熱
管の外側表面に高温用熱電変換モジュールが設置されて
いる部分を流れる排ガスから冷却側部材と熱交換を行う
冷却媒体までの熱抵抗Ｒｈと、低温用熱電変換モジュー
ルが設置されている部分の排ガスから高温用熱電変換モ
ジュールの低温端が設置された冷却ジャケットと熱交換
を行う冷却媒体までの熱抵抗Ｒｃとの比Ｒｈ／Ｒｃが１
〜１０となるように集熱フィンおよび熱電変換モジュー
ルを設置したものとすることができる。Similarly, the thermoelectric generator according to the present invention comprises:
As described in claim 5, the heat collecting fins on the inner surface of the heat collecting tube are installed in parallel with the exhaust gas flow direction, and the portion where the high-temperature thermoelectric conversion module is installed on the outer surface of the heat collecting tube. The thermal resistance Rh from the flowing exhaust gas to the cooling medium that performs heat exchange with the cooling side member, and the cooling jacket and the heat from the exhaust gas in the portion where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed to the low-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module The ratio Rh / Rc to the thermal resistance Rc up to the cooling medium to be replaced is 1
The heat collecting fins and the thermoelectric conversion module may be installed so as to be 10 to 10.
【００３０】同じく、本発明に係わる熱電発電装置は、
請求項６に記載しているように、低温用熱電変換モジュ
ールを設置した部分の集熱管を流れる排ガスと集熱管の
モジュール設置面との間の熱抵抗Ｒｃｆと、集熱管のモ
ジュール設置面から冷却側部材のモジュール設置面まで
の熱抵抗Ｒｃｍとの比Ｒｃｆ／Ｒｃｍが０．７〜２．０
となるように集熱フィンおよび熱電変換モジュールを設
置したものとすることができる。Similarly, the thermoelectric generator according to the present invention comprises:
As described in claim 6, the thermal resistance Rcf between the exhaust gas flowing through the heat collection tube in the portion where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed and the module installation surface of the heat collection tube, and cooling from the module installation surface of the heat collection tube. The ratio Rcf / Rcm to the thermal resistance Rcm up to the module installation surface of the side member is 0.7 to 2.0.
The heat collecting fins and the thermoelectric conversion module may be installed such that
【００３１】同じく、本発明に係わる熱電発電装置は、
請求項７に記載しているように、集熱管のモジュール設
置面に設置された高温用熱電変換モジュールの高温端面
積Ｓｈと低温用熱電変換モジュールの高温端面積Ｓｃと
の比Ｓｈ／Ｓｃが０．０５〜１０であるものとすること
ができる。Similarly, the thermoelectric generator according to the present invention comprises:
As described in claim 7, the ratio Sh / Sc between the high-temperature end area Sh of the high-temperature thermoelectric conversion module installed on the module installation surface of the heat collection tube and the high-temperature end area Sc of the low-temperature thermoelectric conversion module is 0. .05-10.
【００３２】同じく、本発明に係わる熱電発電装置は、
請求項８に記載しているように、冷却側部材に液体冷却
媒体を流すことができる流路が形成され、液体冷却媒体
を流すことにより冷却側部材に設置された高温用および
低温用熱電変換モジュールの低温端を冷却するものとな
すことができる。Similarly, the thermoelectric generator according to the present invention comprises:
As described in claim 8, a flow path through which the liquid cooling medium can flow through the cooling member is formed, and the high-temperature and low-temperature thermoelectric converters installed in the cooling member by flowing the liquid cooling medium. It can be used to cool the cold end of the module.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】本発明に係わる熱電発電装置は、
上述した構成を有するものであるが、以下さらに詳細に
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A thermoelectric generator according to the present invention
Although having the above-described configuration, it will be described in further detail below.
【００３４】まず、熱電発電装置の排ガス流方向におけ
る第１段めの高温用熱電変換モジュールの設置部分だけ
を考える。First, only the installation portion of the first-stage high-temperature thermoelectric conversion module in the exhaust gas flow direction of the thermoelectric generator is considered.
【００３５】排ガスが通過する間に集熱管に熱交換され
る熱量Ｑ１は、排ガスから冷却側部材と熱交換を行う冷
却媒体までの熱抵抗Ｒｈに比例する。この熱抵抗Ｒｈは
排ガスから集熱管のモジュール設置面の表面までの熱抵
抗Ｒｈｆと、集熱管のモジュール設置面の表面から冷却
側部材のモジュール設置面の表面までの熱抵抗Ｒｈｍ
と、冷却側部材のモジュール設置面の表面から冷却媒体
までの熱抵抗Ｒｈｗとの和であり、さらに、熱抵抗Ｒｈ
ｍは集熱管や冷却側部材の表面とモジュール端面の接触
抵抗Ｒｈｍｓと熱電変換モジュール自体の熱抵抗Ｒｈｍ
０の和で示される。The amount of heat Q1 that is exchanged with the heat collection tube while the exhaust gas passes is proportional to the thermal resistance Rh from the exhaust gas to the cooling medium that exchanges heat with the cooling member. The thermal resistance Rh is the thermal resistance Rhf from the exhaust gas to the surface of the module installation surface of the heat collection tube, and the thermal resistance Rhm from the surface of the module installation surface of the heat collection tube to the surface of the module installation surface of the cooling member.
And the thermal resistance Rhw from the surface of the module installation surface of the cooling side member to the cooling medium, and further, the thermal resistance Rh
m is the contact resistance Rhms between the surface of the heat collecting tube or the cooling side member and the module end face and the thermal resistance Rhm of the thermoelectric conversion module itself.
It is indicated by the sum of 0.
【００３６】一方、発電出力Ｐ１はモジュール両端の温
度差ΔＴ１の２乗に比例し、温度差ΔＴ１はＱ１×Ｒｈ
ｍ０に比例する。そして、発電出力を大きくする場合、
熱量Ｑを大きくするとともに、温度差ΔＴを大きくする
ことが重要である。つまり、大きな発電出力を得るため
には、熱抵抗Ｒｈを小さくし、熱抵抗比Ｒｈｍ０／Ｒｈ
を大きくすることが重要となる。On the other hand, the power generation output P1 is proportional to the square of the temperature difference ΔT1 between both ends of the module, and the temperature difference ΔT1 is Q1 × Rh
It is proportional to m0. And when increasing the power generation output,
It is important to increase the heat quantity Q and the temperature difference ΔT. That is, in order to obtain a large power generation output, the thermal resistance Rh is reduced, and the thermal resistance ratio Rhm0 / Rh
It is important to increase.
【００３７】例えば、高温用熱電変換モジュール設置部
分の熱抵抗Ｒｈや低温用熱電変換モジュール設置部分の
熱抵抗Ｒｃをそれぞれ小さくするために、各部分での排
ガスから集熱管表面までの熱抵抗ＲｈｆあるいはＲｃｆ
を小さくすることが考えられる。そして、集熱管の内側
に設置される集熱フィンの設置密度が大きく、乱流が生
じ易い形状のもの程、熱抵抗ＲｈｆあるいはＲｃｆを小
さくすることが可能になる。しかしながら、実際には、
複雑な集熱フィンを具備した集熱管では、製造が容易で
なかったり、量産性に不適当であったりするため好まし
くない。For example, in order to reduce the thermal resistance Rh of the high-temperature thermoelectric conversion module installation portion and the thermal resistance Rc of the low-temperature thermoelectric conversion module installation portion, respectively, the thermal resistance Rhf from the exhaust gas to the surface of the heat collection tube at each portion. Rcf
Can be reduced. The heat-dissipating fins installed inside the heat-collecting tubes have a higher installation density, and the shape in which turbulence is more likely to occur can reduce the thermal resistance Rhf or Rcf. However, in practice,
A heat collecting tube provided with a complicated heat collecting fin is not preferable because it is not easy to manufacture or is unsuitable for mass production.
【００３８】また、熱電変換モジュール設置部分の熱抵
抗ＲｈあるいはＲｃを小さくするために、集熱管や冷却
側部材の表面と熱電変換モジュール端面の接触抵抗Ｒｈ
ｍｓあるいはＲｃｍｓ、熱電変換モジュール自体の熱抵
抗Ｒｈｍ０あるいはＲｃｍ０をそれぞれ小さくすること
が考えられる。そして、熱電変換モジュール自体の熱抵
抗Ｒｈｍ０あるいはＲｃｍ０は、例えば、熱電変換モジ
ュールの高さを薄くしたり、集熱管の単位モジュール設
置面積に対する設置密度を増加したりすることにより、
減少させることができる。Further, in order to reduce the thermal resistance Rh or Rc of the thermoelectric conversion module installation portion, the contact resistance Rh between the surface of the heat collecting tube or the cooling side member and the thermoelectric conversion module end face is reduced.
It is conceivable to reduce ms or Rcms and the thermal resistance Rhm0 or Rcm0 of the thermoelectric conversion module itself. Then, the thermal resistance Rhm0 or Rcm0 of the thermoelectric conversion module itself is, for example, by reducing the height of the thermoelectric conversion module or increasing the installation density of the heat collection tube with respect to the unit module installation area.
Can be reduced.
【００３９】しかし、熱抵抗比Ｒｈｍ０／Ｒｈあるいは
Ｒｃｍ０／Ｒｃが小さくなると、モジュール両端に発生
する温度差が小さくなるため、それぞれの発電出力が低
下する問題がある。また、熱電変換モジュールの高さが
薄すぎると、モジュール両端の温度差に起因する熱応力
により、割れが発生することがありうるなど耐久性が低
下する問題がある。However, when the thermal resistance ratio Rhm0 / Rh or Rcm0 / Rc decreases, the temperature difference generated at both ends of the module decreases, and there is a problem that the power generation output of each decreases. Further, if the height of the thermoelectric conversion module is too small, there is a problem that the durability is lowered such that a crack may be generated due to a thermal stress caused by a temperature difference between both ends of the module.
【００４０】排ガス上流に高温用熱電変換モジュールと
してシリコンゲルマニウム系熱電素子から構成されるモ
ジュールを使用し、下流に低温用熱電変換モジュールと
してビスマステルル系熱電素子から構成されるモジュー
ルを使用する場合、温度差ΔＴに比例する発電出力の関
数はそれぞれ異なるため、最大の発電出力を得るには、
高温用熱電変換モジュールと低温用熱電変換モジュール
でそれぞれ熱量Ｑと温度差ΔＴを最適化する必要があ
る。When a module composed of a silicon-germanium-based thermoelectric element is used upstream of the exhaust gas as a high-temperature thermoelectric conversion module and a module composed of a bismuth telluride-based thermoelectric element is used downstream as a low-temperature thermoelectric conversion module, Since the functions of the power generation output proportional to the difference ΔT are different, to obtain the maximum power generation output,
It is necessary to optimize the heat quantity Q and the temperature difference ΔT between the high-temperature thermoelectric conversion module and the low-temperature thermoelectric conversion module.
【００４１】しかし、低温用熱電変換モジュールは高温
端温度が３００℃程度以上では、破壊したり耐久性が著
しく低下したりする問題がある。また、例えば、一本の
集熱管に高温用熱電変換モジュールと低温用熱電変換モ
ジュールを設置する場合、熱抵抗ＲｈｆとＲｃｆの比を
大きく変化させると、集熱管の製造が煩雑になったり、
排気抵抗が増加したりする問題が発生する。また、集熱
フィンの設置密度が大きく異なることにより、集熱管の
熱的あるいは機械的強度が大きく異なることになる。However, when the high-temperature end temperature is about 300 ° C. or more, the low-temperature thermoelectric conversion module has a problem that it is broken or the durability is significantly reduced. Further, for example, when installing a high-temperature thermoelectric conversion module and a low-temperature thermoelectric conversion module in one heat collection tube, if the ratio of the thermal resistance Rhf and Rcf is greatly changed, the production of the heat collection tube becomes complicated,
A problem such as an increase in exhaust resistance occurs. Further, when the installation density of the heat collecting fins is largely different, the thermal or mechanical strength of the heat collecting tube is largely different.
【００４２】そのため、高温の排ガスによって集熱管が
不均質に熱膨張して歪みが生じる結果、集熱管と熱電変
換モジュールの高温端面が浮いてしまう箇所が発生する
のにともない、急激に発電出力が低下することになる問
題がある。また、排ガスは高温であるばかりでなく、わ
ずかならがＮＯｘやＳＯｘ、塩素成分などの酸性成分を
含有することが多いため、集熱管に使用できる材質も熱
伝導度などの特性だけでなく、耐久性を十分考慮して選
定する必要がある。As a result, the heat collection tube is inhomogeneously thermally expanded by the high-temperature exhaust gas to cause distortion, and as a result, a portion where the heat collection tube and the high-temperature end face of the thermoelectric conversion module float is generated. There is a problem that will decrease. Exhaust gas is not only hot, but also often contains a small amount of acidic components such as NOx, SOx, and chlorine components. It is necessary to take into consideration the nature of the selection.
【００４３】このように、本発明は、大きな発電出力を
得ることができるだけではなく、耐熱性、耐久性、製造
容易性や量産性をも考慮してなされたものである。すな
わち、集熱管の外側表面に高温用熱電変換モジュールが
設置されている部分を流れる排ガスから冷却側部材と熱
交換を行う冷却媒体までの熱抵抗Ｒｈと、低温用熱電変
換モジュールが設置されている部分の排ガスから高温用
熱電変換モジュールの低温端が設置された冷却ジャケッ
トと熱交換を行う冷却媒体までの熱抵抗Ｒｃとの比Ｒｈ
／Ｒｃが１〜１０となるようにするのが好適であること
を見出した。As described above, the present invention has been made in consideration of not only high power generation output but also heat resistance, durability, ease of production and mass productivity. That is, the thermal resistance Rh from the exhaust gas flowing through the portion where the high-temperature thermoelectric conversion module is installed on the outer surface of the heat collection tube to the cooling medium that exchanges heat with the cooling member, and the low-temperature thermoelectric conversion module are installed. The ratio Rh of the thermal resistance Rc from the exhaust gas of the portion to the cooling jacket in which the low-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module is installed and the cooling medium that exchanges heat.
It has been found that it is preferable that / Rc be 1 to 10.
【００４４】そして、上記比Ｒｈ／Ｒｃが１より小さい
場合は、高温用熱電変換モジュール設置部分で排ガスか
ら集熱管に熱交換される熱量が多すぎるため、低温用熱
電変換モジュール部分での発電が小さくなってしまうた
め、発電装置全体の発電出力が小さくなってしまい、好
ましくない。また、上記比Ｒｈ／Ｒｃが１０より大きい
場合は、低温用熱電変換モジュール設置部分で排ガスか
ら集熱管に熱交換される熱量が多すぎるため、低温用熱
電変換モジュールの高温端温度が高くなりすぎ、断線破
壊を生じたり、発電装置の寿命が短くなったりするため
好ましくない。また、低温用熱電変換モジュールの高温
端温度を上昇させ過ぎず、大きい発電出力を得るために
は、熱電発電装置が相当大型化してしまう問題がある。
また、集熱フィンの設置密度あるいはモジュールの設置
密度を調整して小型化を図る場合は、高温用熱電変換モ
ジュール部分と低温用熱電変換モジュール部分とで設置
密度が大きく異なり過ぎるため、排気抵抗が増加する問
題や、集熱管の製造容易性が著しく低下する問題、ある
いはまた集熱管が高温排ガスにより不均質に熱膨張して
歪むことにより発電出力が低下する問題などが発生す
る。When the ratio Rh / Rc is less than 1, the amount of heat exchanged from the exhaust gas to the heat collection tube at the portion where the high-temperature thermoelectric conversion module is installed is too large. Since it becomes small, the power generation output of the whole power generation device becomes small, which is not preferable. If the ratio Rh / Rc is greater than 10, the amount of heat exchanged from the exhaust gas to the heat collection tube at the portion where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed is too large, and the high-temperature end temperature of the low-temperature thermoelectric conversion module is too high. However, it is not preferable because breakage of the wire occurs or the life of the power generation device is shortened. Further, there is a problem that the thermoelectric power generation device becomes considerably large in order to obtain a large power generation output without excessively increasing the high temperature end temperature of the low temperature thermoelectric conversion module.
When the installation density of the heat collection fins or the installation density of the modules is adjusted to reduce the size, the installation density of the high-temperature thermoelectric conversion module and that of the low-temperature thermoelectric conversion module are significantly different from each other. There are problems such as an increase, a problem that manufacturing easiness of the heat collecting tube is remarkably reduced, and a problem that a power generating output is reduced due to a non-uniform thermal expansion and distortion of the heat collecting tube due to the high-temperature exhaust gas.
【００４５】さらに、低温用熱電変換モジュールを設置
した部分の集熱管を流れる排ガスと集熱管のモジュール
設置面との間の熱抵抗Ｒｃｆと、集熱管のモジュール設
置面から冷却側部材のモジュール設置面までの熱抵抗Ｒ
ｃｍとの比Ｒｃｆ／Ｒｃｍが０．７〜２．０となるよう
にすることが好ましい。そして、この比Ｒｃｆ／Ｒｃｍ
が０．７より小さい場合は、低温用熱電変換モジュール
の高温端温度が高くなりすぎて耐久性が低下するととも
に、排気抵抗が大きくなり過ぎる問題がある。あるいは
また、低温用熱電変換モジュールの設置数を増加するた
めに発電装置が大型化する問題がある。他方、この比Ｒ
ｃｆ／Ｒｃｍが２．０より大きい場合、モジュール高さ
が小さくなるために、熱応力に対してモジュールが破壊
しやすくなり、耐久性が低下する問題がある。また、大
きな発電出力を得るためには、高温用熱電変換モジュー
ル部分と低温用熱電変換モジュール部分の集熱管形状を
大きく変える必要があるため、発電装置の製造が煩雑で
高価なものになる問題や、高温排ガスによる歪みを誘発
して出力低下を起こす問題がある。Further, the thermal resistance Rcf between the exhaust gas flowing through the heat collection tube in the portion where the low temperature thermoelectric conversion module is installed and the module installation surface of the heat collection tube, and the module installation surface of the cooling side member from the module installation surface of the heat collection tube Thermal resistance R up to
It is preferable that the ratio Rcf / Rcm with respect to cm be 0.7 to 2.0. And this ratio Rcf / Rcm
Is smaller than 0.7, the high-temperature end temperature of the low-temperature thermoelectric conversion module becomes too high, whereby the durability is lowered and the exhaust resistance becomes too large. Alternatively, there is a problem that the power generation device becomes large in size because the number of thermoelectric conversion modules for low temperature is increased. On the other hand, this ratio R
When cf / Rcm is larger than 2.0, the module height is reduced, and the module is easily broken due to thermal stress, and there is a problem that durability is reduced. In addition, in order to obtain a large power output, it is necessary to greatly change the shape of the heat collection tubes in the high-temperature thermoelectric conversion module and the low-temperature thermoelectric conversion module, which makes the production of the power generator complicated and expensive. In addition, there is a problem in that the output is reduced by inducing distortion due to high-temperature exhaust gas.
【００４６】さらに、本発明に係わる熱電発電装置にお
いては、集熱管のモジュール設置面に設置された高温用
熱電変換モジュールの高温端の合計面積Ｓｈと、低温用
熱電変換モジュールの高温端の合計面積Ｓｃとの比Ｓｈ
／Ｓｃが０．０５〜１０であるものとなるようにするこ
とが好ましい。そして、この比Ｓｈ／Ｓｃが０．０５よ
り小さい場合は、これに伴ってモジュール設置面の単位
面積当たりの設置密度が高温端で著しく小さくする結果
となるため、モジュール一個当たりにかかる集熱管と冷
却側部材の締め付け圧力が大きくなり、高温用熱電変換
モジュールに亀裂が入るなど耐久性が低下する問題が生
じる。また、この比Ｓｈ／Ｓｃが１０より大きい場合
は、高温用熱電変換モジュールのうち下流側に設置した
モジュールや低温用熱電変換モジュールが高い変換効率
を発揮できるモジュール両端温度差に設定されないた
め、発電装置全体としての発電出力が著しく低下する問
題がある。Further, in the thermoelectric generator according to the present invention, the total area Sh of the high-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module installed on the module installation surface of the heat collection tube and the total area of the high-temperature end of the low-temperature thermoelectric conversion module are set. Ratio Sh with Sc
It is preferable that / Sc be 0.05 to 10. When the ratio Sh / Sc is smaller than 0.05, the installation density per unit area of the module installation surface is significantly reduced at the high-temperature end. The tightening pressure of the cooling-side member becomes large, and there is a problem that durability is lowered such as cracking of the high-temperature thermoelectric conversion module. If the ratio Sh / Sc is greater than 10, the module installed at the downstream side of the high-temperature thermoelectric conversion module or the low-temperature thermoelectric conversion module is not set to the temperature difference between both ends of the module that can exhibit high conversion efficiency. There is a problem that the power generation output of the entire apparatus is significantly reduced.
【００４７】本発明に使用される熱電変換モジュール
は、複数のｐ型とｎ型の半導体からなる熱電素子と、そ
の両端に形成されかつ隣接するｐ型とｎ型の熱電素子を
電気的に直列に接続する電極から構成される。この電極
は、熱電変換機能を有する必要はなく、熱電素子より電
気伝導度が高い層である。そして、電極と熱電素子との
界面には、接合層や、拡散バリア層、濡れ性改善層、熱
応力緩和層などの中間層が形成されている場合もある。
また、電極の表面には絶縁層が形成されている場合もあ
り、さらにまた、隣接する熱電素子の側面同士の間に
は、断熱性が高い絶縁材が設置されている場合もある。The thermoelectric conversion module used in the present invention is composed of a plurality of thermoelectric elements made of p-type and n-type semiconductors, and p-type and n-type thermoelectric elements formed at both ends and adjacent to each other. And an electrode connected to it. This electrode does not need to have a thermoelectric conversion function, and is a layer having higher electric conductivity than the thermoelectric element. In addition, a bonding layer, an intermediate layer such as a diffusion barrier layer, a wettability improving layer, and a thermal stress relaxation layer may be formed at the interface between the electrode and the thermoelectric element.
Further, an insulating layer may be formed on the surface of the electrode, and an insulating material having high heat insulation may be provided between the side surfaces of adjacent thermoelectric elements.
【００４８】本発明で使用される熱電変換モジュール
は、熱電素子の形状やサイズ、熱電素子の配列パターン
に制限されるものではなく、例えば、ｐ型とｎ型８対の
熱電素子が正方形に配列したモジュールを使用すること
もできるし、ｐ型とｎ型の熱電素子が１列に配列したラ
イン型モジュールを使用することもできる。The thermoelectric conversion module used in the present invention is not limited to the shape and size of the thermoelectric elements and the arrangement pattern of the thermoelectric elements. For example, eight pairs of p-type and n-type thermoelectric elements are arranged in a square. Alternatively, a line-type module in which p-type and n-type thermoelectric elements are arranged in one line can be used.
【００４９】本発明で用いる低温用熱電変換モジュール
は、熱電素子として、ビスマステルル系材料を主に使用
したものとするのが好適であり、また、高温用熱電変換
モジュールは、熱電素子として、シリコンゲルマニウム
系材料を主に使用したものとするのが好適である。そし
て、ｐ型あるいはｎ型にするために、それぞれ公知のド
ーパントを含有するものとなすことができる。また、熱
電素子の製造方法は、公知のホットプレス法や放電プラ
ズマ焼結法、常圧焼結法などを使用した焼結法を採用す
ることができるし、溶射法や印刷法などによる厚膜形成
法を採用することももちろんできる。It is preferable that the low-temperature thermoelectric conversion module used in the present invention mainly uses a bismuth telluride-based material as a thermoelectric element, and the high-temperature thermoelectric conversion module uses a silicon thermoelectric element as a thermoelectric element. It is preferable to use mainly a germanium-based material. Then, in order to obtain a p-type or an n-type, each of them may contain a known dopant. Further, as a method of manufacturing the thermoelectric element, a sintering method using a known hot press method, a discharge plasma sintering method, a normal pressure sintering method, or the like, or a thick film by a thermal spraying method, a printing method, or the like can be used. Of course, a forming method can be adopted.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明による熱電発電装置では、請求項
１に記載しているように、集熱側部材と冷却側部材との
間に、熱電素子の一方側に高温側電極を設けると共に他
方側に低温側電極をそなえた熱電変換モジュールを高温
熱媒体の流れ方向に複数設置した熱電発電装置におい
て、高温熱媒体の流れ方向の上流側に高温用熱電変換モ
ジュールを設置すると共に高温熱媒体の流れ方向の下流
側に低温用熱電変換モジュールを設置した構成としたか
ら、耐熱性に優れ、コンパクトで発電出力が大きい熱電
発電装置を提供することができ、高温排ガスから直接熱
交換することが可能で、高温排ガスを導入する場合に低
温用熱電変換モジュールの高温端温度が上昇し過ぎるの
を防止することができるとともに、集熱管と冷却側部材
との温度差や熱流方向の上流部分と下流部分との温度差
に起因して各部が歪んだり熱電変換モジュールにクラッ
クが入るなどして発電出力が低下するのを防止すること
ができ、耐久性に優れた熱電発電装置を提供することが
できる。さらに、集熱管および冷却側部材の各部構成が
排ガス等の流れ方向に対して変化しないので、例えば、
押し出し成形法などの量産に適した方法で容易に製造す
ることが可能であり、さらにまた、排ガス等の熱流抵抗
が小さく、エンジンや燃焼炉などの運転条件に多大な影
響を及ぼさないので、排気管等に取付けることが容易
で、大きな発電出力が得られる熱電発電装置を提供する
ことができるという著大なる効果がもたらされる。In the thermoelectric generator according to the present invention, a high-temperature side electrode is provided on one side of the thermoelectric element between the heat collecting side member and the cooling side member, and the other side is provided between the heat collecting side member and the cooling side member. In a thermoelectric generator with a plurality of thermoelectric conversion modules with low-temperature electrodes on the side in the flow direction of the high-temperature heat medium, a high-temperature thermoelectric conversion module is installed upstream of the flow direction of the high-temperature heat medium, and A thermoelectric conversion module for low temperature is installed on the downstream side in the flow direction, so it is possible to provide a thermoelectric generator that is excellent in heat resistance, compact and has high power generation output, and can directly exchange heat from high-temperature exhaust gas. Therefore, when introducing high-temperature exhaust gas, it is possible to prevent the high-temperature end temperature of the low-temperature thermoelectric conversion module from rising excessively, and also to prevent the temperature difference between the heat collection tube and the cooling side member and the heat flow direction. It is possible to prevent the power generation output from lowering due to distortion of each part or cracks in the thermoelectric conversion module due to the temperature difference between the upstream part and the downstream part of the thermoelectric generator. Can be provided. Furthermore, since the configuration of each part of the heat collection tube and the cooling side member does not change with respect to the flow direction of the exhaust gas or the like, for example,
It can be easily manufactured by a method suitable for mass production such as extrusion molding, and has a small heat flow resistance such as exhaust gas, and does not greatly affect the operating conditions of engines and combustion furnaces. A remarkable effect is provided that a thermoelectric generator that can be easily attached to a pipe or the like and that can obtain a large power generation output can be provided.
【００５１】そして、請求項２に記載しているように、
高温用熱電変換モジュールはその熱電素子材料がシリコ
ンゲルマニウム化合物を主成分とするものであり、低温
用熱電変換モジュールはその熱電素子材料がビスマステ
ルル化合物を主成分とするものであるようになすことに
よって、低温用熱電変換モジュールの高温端温度を上昇
させすぎることなく発電装置全体としての発電出力が大
きい熱電発電装置を提供することができるという著大な
る効果がもたらされる。And, as described in claim 2,
The high-temperature thermoelectric conversion module has a thermoelectric element material whose main component is a silicon germanium compound, and the low-temperature thermoelectric conversion module has a thermoelectric element material whose main component is a bismuth telluride compound. In addition, a remarkable effect that a thermoelectric generator having a large power generation output as a whole power generator can be provided without excessively increasing the high-temperature end temperature of the low-temperature thermoelectric conversion module.
【００５２】また、請求項３に記載しているように、集
熱側部材はこれに接続される排気管から高温熱媒体であ
る排ガスを流すことができる集熱管をそなえ、集熱管の
内側表面には排ガスとの熱交換を促進する集熱フィンや
集熱用仕切り板などの集熱補助部材が設けられていると
共に集熱管の外側表面には高温用および低温用熱電変換
モジュールのそれぞれ高温端を密着させることのできる
平坦なモジュール設置面をそなえ、前記モジュール設置
面のうち排ガス流方向の上流側に高温用熱電変換モジュ
ールの高温端を設置すると共に前記モジュール設置面の
うち排ガス流方向の下流側に低温用熱電変換モジュール
の高温端を設置したものとすることによって、排ガスの
もつ熱エネルギーを集熱側部材を介して高温用熱電変換
モジュールおよび低温用熱電変換モジュールへと効率良
く伝達することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。Further, as described in claim 3, the heat collecting side member has a heat collecting tube through which exhaust gas as a high-temperature heat medium can flow from an exhaust pipe connected to the heat collecting side member, and an inner surface of the heat collecting tube. Is provided with heat collecting auxiliary members such as heat collecting fins and heat collecting partition plates that promote heat exchange with exhaust gas, and the high temperature end of the high temperature and low temperature thermoelectric conversion modules is provided on the outer surface of the heat collecting tube. And a flat module installation surface on which the high-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module is installed on the upstream side in the exhaust gas flow direction of the module installation surface, and the module installation surface is downstream in the exhaust gas flow direction. By setting the high-temperature end of the low-temperature thermoelectric conversion module on the side, the heat energy of the exhaust gas is transferred to the high-temperature thermoelectric conversion module and Significantly excellent effect that it is possible to efficiently transmit to the thermoelectric conversion module temperature results.
【００５３】さらにまた、請求項４に記載しているよう
に、断面形状が対向するモジュール設置面２面を有する
扁平ないしは矩形形状をなしている集熱管と、２分割さ
れていて内部に集熱管を間隔をおいて収容して固定する
ことができると共に前記集熱管のモジュール設置面と対
向しかつ高温側および低温側熱電変換モジュールの低温
端を密着させることができるモジュール設置面を有して
いる冷却ジャケットをそなえたものとすることによっ
て、集熱管と冷却側部材との組み付けを良好なものとす
ることが可能であると共に、高温側および低温側熱電変
換モジュールの冷却を効率良く行うことによってモジュ
ール両端の温度差を十分に確保することにより全体とし
ての発電出力の大きい熱電発電装置を提供することが可
能であるという著大なる効果がもたらされる。Further, as set forth in claim 4, a flat or rectangular heat collector tube having two module installation surfaces having opposing cross-sectional shapes, and a heat collector tube divided into two and provided therein. And a module installation surface facing the module installation surface of the heat collection tube and allowing the low-temperature ends of the high-temperature and low-temperature thermoelectric conversion modules to be in close contact with each other. By providing a cooling jacket, it is possible to improve the assembling of the heat collecting tube and the cooling side member, and efficiently cool the high-temperature side and low-temperature side thermoelectric conversion modules. By securing a sufficient temperature difference between both ends, it is possible to provide a thermoelectric generator having a large power generation output as a whole. That effect is brought about.
【００５４】さらにまた、請求項５に記載しているよう
に、集熱管の内側表面の集熱フィンが排ガス流方向と平
行に設置されており、集熱管の外側表面に高温用熱電変
換モジュールが設置されている部分を流れる排ガスから
冷却側部材と熱交換を行う冷却媒体までの熱抵抗Ｒｈ
と、低温用熱電変換モジュールが設置されている部分の
排ガスから高温用熱電変換モジュールの低温端が設置さ
れた冷却ジャケットと熱交換を行う冷却媒体までの熱抵
抗Ｒｃとの比Ｒｈ／Ｒｃが１〜１０となるように集熱フ
ィンおよび熱電変換モジュールを設置することによっ
て、低温用熱電変換モジュールの高温端温度を上昇させ
過ぎることなく高温側および低温側熱電変換モジュール
の両方において適度に大きな発電出力を得ることができ
るため全体としての発電出力が大きい熱電発電装置を提
供することが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。Further, as described in claim 5, the heat collecting fins on the inner surface of the heat collecting tube are installed in parallel with the exhaust gas flow direction, and the high temperature thermoelectric conversion module is provided on the outer surface of the heat collecting tube. Thermal resistance Rh from the exhaust gas flowing through the installed part to the cooling medium that exchanges heat with the cooling side member
The ratio Rh / Rc between the exhaust gas in the portion where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed and the thermal resistance Rc from the cooling jacket where the low-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module is installed to the cooling medium that performs heat exchange is 1 By installing the heat collecting fins and the thermoelectric conversion module so as to be 10 to 10, a moderately large power generation output in both the high temperature side and the low temperature side thermoelectric conversion module without excessively increasing the high temperature end temperature of the low temperature thermoelectric conversion module Can be obtained, so that it is possible to provide a thermoelectric generator having a large power generation output as a whole.
【００５５】さらにまた、請求項６に記載しているよう
に、低温用熱電変換モジュールを設置した部分の集熱管
を流れる排ガスと集熱管のモジュール設置面との間の熱
抵抗Ｒｃｆと、集熱管のモジュール設置面から冷却側部
材のモジュール設置面までの熱抵抗Ｒｃｍとの比Ｒｃｆ
／Ｒｃｍが０．７〜２．０となるように集熱フィンおよ
び熱電変換モジュールを設置することによって、低温用
熱電変換モジュールの高温端温度を高くしすぎることな
くかつまたモジュール高さを小さくしすぎることなく耐
久性の良い発電出力が大きい熱電発電装置を提供するこ
とが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。Further, as described in claim 6, the thermal resistance Rcf between the exhaust gas flowing through the heat collecting tube at the portion where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed and the module installation surface of the heat collecting tube, and the heat collecting tube Rcf from the thermal resistance Rcm from the module installation surface to the module installation surface of the cooling side member
By installing the heat collecting fins and the thermoelectric conversion module so that / Rcm is 0.7 to 2.0, the high-temperature end temperature of the low-temperature thermoelectric conversion module is not excessively increased and the module height is reduced. A remarkably excellent effect is obtained that it is possible to provide a thermoelectric generator having high durability and a large power generation output without being too long.
【００５６】さらにまた、請求項７に記載しているよう
に、集熱管のモジュール設置面に設置された高温用熱電
変換モジュールの高温端面積Ｓｈと低温用熱電変換モジ
ュールの高温端面積Ｓｃとの比Ｓｈ／Ｓｃが０．０５〜
１０であるものとすることによって、モジュール１個あ
たりに付加される集熱管と冷却側部材の締め付け圧力が
大きくなりすぎるのを防止することができ、耐久性の良
い発電出力が大きい熱電発電装置を提供することが可能
であるという著しく優れた効果がもたらされる。Furthermore, as described in claim 7, the high-temperature end area Sh of the high-temperature thermoelectric conversion module installed on the module installation surface of the heat collection tube and the high-temperature end area Sc of the low-temperature thermoelectric conversion module are set. The ratio Sh / Sc is 0.05-
By setting it to 10, it is possible to prevent the tightening pressure of the heat collecting tube and the cooling side member added per one module from becoming too large, and to provide a thermoelectric power generation device with good durability and large power generation output. A remarkably excellent effect is provided that it can be provided.
【００５７】さらにまた、請求項８に記載しているよう
に、冷却側部材に液体冷却媒体を流すことができる流路
が形成され、液体冷却媒体を流すことにより冷却側部材
に設置された高温用および低温用熱電変換モジュールの
低温端を冷却するものとなすことによって、高温側およ
び低温側熱電変換モジュールの低温端側を効率良く冷却
することができ、モジュール両端の温度差を大きなもの
として発電出力の大きい熱電発電装置を提供することが
可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。Further, as described in claim 8, a flow path through which the liquid cooling medium can flow is formed in the cooling side member, and the high temperature installed in the cooling side member by flowing the liquid cooling medium is formed. Cooling the low-temperature end of the thermoelectric conversion module for low-temperature and low-temperature use, it is possible to efficiently cool the low-temperature end of the high-temperature and low-temperature thermoelectric conversion modules, and generate a large temperature difference between both ends of the module. A remarkably excellent effect of being able to provide a thermoelectric generator having a large output is provided.
【００５８】[0058]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限定さ
れないことはいうまでもない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to only such embodiments.
【００５９】図１は本発明による熱電発電装置の一実施
例による斜視図であり、図２は排ガス流方向と直角方向
の断面図を示している。図に示熱電発電装置１におい
て、冷却側部材２は排ガス流方向において上下に２分割
されており、その開口側が対向して配置される横断面形
状がコ字形状の上部冷却側部材２Ｕと下部冷却側部材２
Ｄとを有している。そして、この冷却側部材２はそれぞ
れ開口側内面に、モジュール設置面２Ｕ−Ｍと２Ｄ−Ｍ
を有している。このモジュール設置面２Ｕ−Ｍ，２Ｄ−
Ｍの表面は、研削加工により平面に形成した後表面粗さ
Ｒａ＝４μｍ程度の研磨加工を行ったものとしている。FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the exhaust gas flow direction. In the thermoelectric generator 1 shown in the figure, a cooling-side member 2 is divided into upper and lower parts in the exhaust gas flow direction, and an upper cooling-side member 2U having a U-shape in cross section and having an opening side facing each other and a lower part. Cooling side member 2
D. The cooling-side members 2 are respectively provided on the inner surfaces on the opening side with the module installation surfaces 2U-M and 2D-M.
have. This module installation surface 2U-M, 2D-
The surface of M is formed to have a flat surface by grinding and then polished to a surface roughness Ra of about 4 μm.
【００６０】また、冷却側部材２の内部には冷却水流路
２Ｗが形成されており、冷却側部材２の外側表面の排ガ
ス流下流側には冷却水導入口３が形成されていると共に
排ガス流上流側には冷却水排出口４が形成されていて、
冷却水配管（図示せず）を接続することができるものと
なっている。A cooling water passage 2W is formed inside the cooling member 2 and a cooling water inlet 3 is formed on the outer surface of the cooling member 2 downstream of the exhaust gas flow. A cooling water discharge port 4 is formed on the upstream side,
A cooling water pipe (not shown) can be connected.
【００６１】さらに、冷却側部材２の外側の排ガス流と
平行方向の端部には、締め付け用のボルト穴２Ｂが多数
形成されており、上部冷却側部材２Ｕと下部冷却側部材
２Ｄとの間に後述する集熱管５と熱電変換モジュール６
を挾持し、ボルト穴２Ｂにボルト７を貫通させて締め付
ける構成になっている。この実施例では、冷却側部材２
としてアルミニウムにより形成したものを用いた。Further, a large number of bolt holes 2B for tightening are formed at the outer end of the cooling side member 2 in the direction parallel to the exhaust gas flow, so that a gap between the upper cooling side member 2U and the lower cooling side member 2D is formed. Collector tube 5 and thermoelectric conversion module 6 described later
And the bolt 7 is passed through the bolt hole 2B and tightened. In this embodiment, the cooling side member 2
Used was formed of aluminum.
【００６２】集熱側部材は断面形状が矩形の管状をして
いる集熱管５であり、この集熱管５は両端の接続フラン
ジ５Ｇ部分で自動車の排気管と接続用異径管（図示せ
ず）を介して接続される。そして、この集熱管５の内側
には、排ガスからの熱交換効率を高める集熱フィン５Ｆ
が形成されている。この集熱フィン５Ｆは、モジュール
設置面２Ｕ−Ｍと２Ｄ−Ｍ部分の集熱管内側表面に、排
ガス流方向に平行に板状フィンが設置されている。そし
て、図２に示すように、集熱フィン５Ｆはフィン高さが
高いフィンと低いフィンとが交互に設けられている。The heat-collecting side member is a heat-collecting tube 5 having a rectangular cross-section and a tubular shape. The heat-collecting tube 5 has a connecting flange 5G at both ends and an exhaust pipe of a vehicle and a connecting pipe of different diameter (not shown). ). Further, inside the heat collecting tube 5, a heat collecting fin 5F for improving heat exchange efficiency from exhaust gas is provided.
Are formed. The heat collecting fins 5F are provided with plate-like fins on the inner surfaces of the heat collecting tubes at the module installation surfaces 2U-M and 2D-M in parallel with the exhaust gas flow direction. As shown in FIG. 2, the heat collecting fins 5F are provided with fins having a high fin height and fins having a low fin height alternately.
【００６３】また、集熱管５は上部冷却側部材２Ｕある
いは下部冷却側部材２Ｄのモジュール設置面２Ｕ−Ｍ，
２Ｄ−Ｍと間隔をおいて平行に形成される上下２面のモ
ジュール設置面５−Ｍを有している。そして、この実施
例では、集熱管５および集熱フィン５Ｆはステンレス鋼
（ＳＵＳ３０４）で形成したものとしている。そして、
各モジュール設置面５−Ｍは、ホワイトアルミナ層を周
知の溶射厚膜形成法により形成した後、排ガス流方向に
４分割すると共に排ガス流方向と直交方向に２分割し
て、それぞれ表面粗さＲａ＝０．５μｍ程度に研磨を行
ったものとしている。The heat collecting tubes 5 are provided on the module mounting surfaces 2UM of the upper cooling member 2U or the lower cooling member 2D.
It has two upper and lower module installation surfaces 5-M formed in parallel with 2D-M at an interval. In this embodiment, the heat collecting tube 5 and the heat collecting fins 5F are formed of stainless steel (SUS304). And
Each of the module installation surfaces 5-M is formed by forming a white alumina layer by a well-known thermal spray thick film forming method, then dividing the white alumina layer into four parts in the exhaust gas flow direction and two parts in the direction perpendicular to the exhaust gas flow direction. = Polished to about 0.5 µm.
【００６４】図３および図４は本発明の実施例による熱
電発電装置１に用いる熱電変換モジュール６の製造工程
の概略を示すものであって、まず、図３の（Ａ）に示す
ように、ｐ型（およびｎ型）のＳｉ4Ｇｅ原料粉末を用
いて公知の方法でホットプレス焼結を行うことによっ
て、ｐ型焼結体２１ｐ（およびｎ型焼結体２１ｎ）を得
る。次いで、図３の（Ｂ）に示すように、ｐ型焼結体２
１ｐ（およびｎ型焼結体２１ｎ）を切断して３．５ｍｍ
角×６．０ｍｍのｐ型熱電素子２２ｐ（およびｎ型熱電
素子２２ｎ）を作製する。FIGS. 3 and 4 show the outline of the manufacturing process of the thermoelectric conversion module 6 used in the thermoelectric generator 1 according to the embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. Hot press sintering is performed using a p-type (and n-type) Si 4 Ge raw material powder by a known method to obtain a p-type sintered body 21p (and an n-type sintered body 21n). Next, as shown in FIG.
3.5 mm by cutting 1p (and 21 n-type sintered body)
A p-type thermoelectric element 22p (and an n-type thermoelectric element 22n) having a square × 6.0 mm is manufactured.
【００６５】次いで、図３の（Ｃ）に示すように、コー
ジェライト製のハニカム構造体からなる枠状断熱絶縁材
２３の貫通孔内に、それぞれｐ型熱電素子２２ｐとｎ型
熱電素子２２ｎを交互に挿入し、各熱電素子２２ｐ，２
２ｎの側面と枠状断熱絶縁材２３の貫通孔の内側壁面と
の間に、セラミックスボンドからなる絶縁性接着剤２４
を充填する。Next, as shown in FIG. 3C, a p-type thermoelectric element 22p and an n-type thermoelectric element 22n are respectively inserted into the through holes of the frame-shaped heat insulating material 23 made of a cordierite honeycomb structure. The thermoelectric elements 22p, 2 are inserted alternately.
An insulating adhesive 24 made of a ceramic bond is provided between the 2n side surface and the inner wall surface of the through hole of the frame-shaped heat insulating material 23.
Fill.
【００６６】続いて、熱処理を行うことにより絶縁性接
着剤２４を固化させて図３の（Ｄ）に示すようなモジュ
ールコア２５を作製し、モジュールコア２５の上面側の
高温端面と下面側の低温端面をそれぞれ研削する。Subsequently, the insulating adhesive 24 is solidified by heat treatment to produce a module core 25 as shown in FIG. 3D, and the high-temperature end face on the upper surface side and the lower surface side of the module core 25 are produced. Grind each low-temperature end face.
【００６７】次いで、図４の（Ｅ）に示すように、モジ
ュールコア２５の両端面にそれぞれ厚さ０．１５ｍｍの
Ｍｏ製高温側電極２６ＨおよびＭｏ製低温側電極２６Ｌ
を設けるにあたり、モジュールコア２５内の全てのｐ型
熱電素子２２ｐおよびｎ型熱電素子２２ｎが交互に電気
的に直列に接続されるパターンでろう付けをおこなうこ
とによって図４の（Ｆ）に示すような熱電変換モジュー
ル原型２７を作製する。Next, as shown in FIG. 4E, the 0.15 mm-thick Mo high-temperature side electrode 26H and the Mo low-temperature side electrode 26L are provided on both end surfaces of the module core 25, respectively.
Is provided by brazing in a pattern in which all the p-type thermoelectric elements 22p and the n-type thermoelectric elements 22n in the module core 25 are alternately and electrically connected in series, as shown in FIG. A thermoelectric conversion module prototype 27 is manufactured.
【００６８】そして、ここで作製した熱電変換モジュー
ル原型２７の両端面に図４の（Ｇ）に示すように厚さ
０．１ｍｍのアルミナ板からなる高温端側絶縁層２８Ｈ
および低温端側絶縁層２８Ｌを形成して、モジュール高
さ（ｈ）が６．６ｍｍの熱電変換モジュール６を作成す
る。Then, as shown in FIG. 4G, a high-temperature end-side insulating layer 28H made of an alumina plate having a thickness of 0.1 mm is formed on both end surfaces of the thermoelectric conversion module prototype 27 manufactured here.
Then, the low-temperature end-side insulating layer 28L is formed to form the thermoelectric conversion module 6 having a module height (h) of 6.6 mm.
【００６９】次いで、集熱管５のモジュール設置面５−
Ｍに前記熱電変換モジュール６の高温側電極２６Ｈが密
着するように設置し、各モジュールの低温側電極２６Ｌ
の表面には熱伝導性グリースを塗布して、０．０５ｍｍ
厚さのアルミナ板を貼付し、このアルミナ板の上に０．
５ｍｍと２ｍｍ厚さのスズ板（軟質金属部材）を設置
し、冷却側部材２を上から押し付けて設置した。そし
て、このようにして設置した下部冷却側部材２Ｄと上部
冷却側部材２Ｕとを締め付け用ボルト７で締め付けて固
定した。Next, the module installation surface 5-
M, the high-temperature-side electrode 26H of the thermoelectric conversion module 6 is installed in close contact with the low-temperature-side electrode 26L of each module.
Apply thermal conductive grease on the surface of
An alumina plate having a thickness is stuck, and a 0.1 mm thick alumina plate is placed on the alumina plate.
Tin plates (soft metal members) having a thickness of 5 mm and 2 mm were installed, and the cooling-side member 2 was pressed and installed from above. Then, the lower cooling-side member 2D and the upper cooling-side member 2U thus installed were fixed by tightening with the tightening bolts 7.
【００７０】上記の熱電変換モジュール６としては、熱
電素子材料がビスマステルル系材料で形成されている低
温用熱電変換モジュール６Ｌと、熱電素子材料がシリコ
ンゲルマニウム系材料で形成されている高温用熱電変換
モジュール６Ｈを使用する。そして、この実施例では、
図１に示すように、集熱管５の各モジュール設置面５−
Ｍの８分割されたモジュール設置領域のうち、排ガス流
上流側の４分割部分に高温用熱電変換モジュール６Ｈを
設置し、下流側の４分割部分に低温用熱電変換モジュー
ル６Ｌを設置した。The thermoelectric conversion module 6 includes a low-temperature thermoelectric conversion module 6L in which the thermoelectric element material is formed of a bismuth telluride-based material, and a high-temperature thermoelectric conversion module in which the thermoelectric element material is formed of a silicon germanium-based material. Module 6H is used. And in this example,
As shown in FIG. 1, each module installation surface 5-
Among the eight divided module installation areas of M, the thermoelectric conversion module for high temperature 6H was installed in the four divided parts on the upstream side of the exhaust gas flow, and the thermoelectric conversion module 6L for low temperature was installed in the four divided parts on the downstream side.
【００７１】この場合、高温用熱電変換モジュール６Ｈ
は、モジュール高さ６．６ｍｍであり、最上流側の２つ
の領域にはモジュール設置領域の５０％にモジュール高
温側電極（２６Ｈ）面が密着するように設置し、次の２
つの領域には、設置領域の８５％にモジュール高温側電
極（２６Ｈ）面が密着するように設置した。一方、排気
下流側の４領域にはモジュール高さ５．１ｍｍの低温用
熱電変換モジュール６Ｌを設置することとし、モジュー
ル設置領域の８０％にモジュール高温側電極（２６Ｈ）
面が密着しているように設置した。In this case, the high-temperature thermoelectric conversion module 6H
Has a module height of 6.6 mm, and is installed in the two most upstream areas so that the surface of the module high-temperature side electrode (26H) is in close contact with 50% of the module installation area.
In the two areas, the module high-temperature side electrode (26H) was installed so as to be in close contact with 85% of the installation area. On the other hand, the low-temperature thermoelectric conversion module 6L having a module height of 5.1 mm is installed in the four areas on the exhaust downstream side, and the module high-temperature side electrode (26H) is provided in 80% of the module installation area.
It was installed so that the surfaces were in close contact.
【００７２】そして、高温用熱電変換モジュール６Ｈと
低温用熱電変換モジュール６Ｌとの高さの差および各モ
ジュール６Ｈ，６Ｌのモジュール高さのバラツキは、モ
ジュール低温端と冷却側部材２との間に設置したスズ板
を押しつぶして締め付けることにより、吸収することが
できるものとした。そしてこの結果、熱電発電装置１の
サイズは、４４０ｍｍ×９０ｍｍ×２１０ｍｍのもので
あった。The difference in height between the high-temperature thermoelectric conversion module 6H and the low-temperature thermoelectric conversion module 6L and the variation in module height between the modules 6H and 6L are caused by the difference between the low-temperature end of the module and the cooling side member 2. By crushing and tightening the installed tin plate, it can be absorbed. As a result, the size of the thermoelectric generator 1 was 440 mm × 90 mm × 210 mm.
【００７３】また、モジュール設置領域に設置されたモ
ジュールは電気的に直列に接続し、排ガス状態や必要と
される発電電圧、発電電流に応じて、モジュール領域ご
とに直列・並列接続を切り替えることが可能であるもの
とした。The modules installed in the module installation area are electrically connected in series, and the series / parallel connection can be switched for each module area in accordance with the state of exhaust gas, required power generation voltage and power generation current. It was possible.
【００７４】この実施例では、熱電発電装置１の集熱管
５を燃焼器の排気管に異径管を介して接続し、冷却側部
材２の冷却水流路２Ｗには水冷配管を接続した。そし
て、温度：７００℃、排気流量：６０ｇ／ｓｅｃの燃焼
排ガスを集熱管５に導入し、また、温度：２５℃、流
量：１５Ｌ／ｍｉｎの冷却水を流して発電させた。In this embodiment, the heat collecting pipe 5 of the thermoelectric generator 1 was connected to the exhaust pipe of the combustor via a different-diameter pipe, and a water cooling pipe was connected to the cooling water flow passage 2W of the cooling member 2. Then, combustion exhaust gas having a temperature of 700 ° C. and an exhaust flow rate of 60 g / sec was introduced into the heat collection tube 5, and cooling water was flowed at a temperature of 25 ° C. and a flow rate of 15 L / min to generate power.
【００７５】その結果、熱電発電装置１の内部抵抗と同
じ大きさの外部抵抗器を接続して発電させた場合、発電
出力は高温用熱電変換モジュール６Ｈと低温用熱電変換
モジュール６Ｌの合計で２２０Ｗ（発電電圧：１３Ｖ、
発電電流：１７Ａ）を得ることができた。また、このと
きの排ガス差圧は１０ｍｍＨｇと小さく、燃焼器の運転
条件に影響を及ぼす程の排気抵抗とはならなかった。As a result, when an external resistor having the same size as the internal resistance of the thermoelectric generator 1 is connected to generate power, the power output is 220 W in total of the high-temperature thermoelectric conversion module 6H and the low-temperature thermoelectric conversion module 6L. (Generation voltage: 13V,
A generated current of 17 A) was obtained. Further, the exhaust gas differential pressure at this time was as small as 10 mmHg, and did not become exhaust resistance enough to affect the operating conditions of the combustor.
【００７６】図５に本実施例による熱電発電装置１の排
ガス流方向の断面を示す。この図５において、黒丸は熱
電対による温度の測定点を示す。表１に各測定点の温度
と各モジュール設置領域で熱交換した熱量および熱抵抗
を示す。そして、熱抵抗ＲｈまたはＲｃを算出する場合
の排ガス温度は、各モジュール領域を通過する前の排ガ
ス温度と通過した後の排ガス温度の平均値を使用した。
また、各モジュール設置領域部分を通過する冷却水温度
は、Ｔｗ−ｉｎとＴｗ−ｏｕｔの平均温度を使用した。FIG. 5 shows a cross section in the exhaust gas flow direction of the thermoelectric generator 1 according to this embodiment. In FIG. 5, the black circles indicate the measurement points of the temperature by the thermocouple. Table 1 shows the temperature at each measurement point, the amount of heat exchanged in each module installation area, and the thermal resistance. As the exhaust gas temperature when calculating the thermal resistance Rh or Rc, the average value of the exhaust gas temperature before passing through each module area and the exhaust gas temperature after passing through each module area was used.
The average temperature of Tw-in and Tw-out was used as the temperature of the cooling water passing through each module installation area.
【００７７】例えば、最上流の高温用熱電変換モジュー
ル６Ｈの設置領域（すなわち、図５の左側の領域）で
は、平均排ガス温度が６６５℃であり、この領域を通過
する間に集熱管５に熱交換された熱量は１．９ｋＷとな
る。それゆえ、この領域の熱抵抗Ｒh-1は、Ｒh-1＝（６
６５℃−３０℃）／１９００Ｗ＝０．３３℃／Ｗとな
る。For example, in the installation region of the thermoelectric conversion module for high temperature 6H at the most upstream position (that is, the region on the left side in FIG. 5), the average exhaust gas temperature is 665 ° C. The heat exchanged is 1.9 kW. Therefore, the thermal resistance R h-1 in this region is R h-1 = (6
65 ° C.-30 ° C.) / 1900 W = 0.33 ° C./W.
【００７８】したがって、高温用熱電変換モジュール６
Ｈの設置領域における熱抵抗の合計Ｒｈは、 １／Ｒｈ＝１／Ｒh-1＋１／Ｒh-2 となるので、熱抵抗Ｒｈ＝０．１４となり、一方、低温
用熱電変換モジュール６Ｌの設置領域における熱抵抗の
合計Ｒｃは、Ｒｃ＝０．０９となるので、Ｒｈ／Ｒｃ＝
１．５である。Therefore, the high-temperature thermoelectric conversion module 6
The total Rh of the thermal resistance in the installation region of H is 1 / Rh = 1 / Rh -1 + 1 / Rh -2 , so that the thermal resistance Rh = 0.14. On the other hand, the low-temperature thermoelectric conversion module 6L Since the total thermal resistance Rc in the installation area is Rc = 0.09, Rh / Rc =
1.5.
【００７９】また、例えば、最下流の低温用熱電変換モ
ジュール６Ｌの設置領域における排ガス平均温度は５４
２．５℃であり、この領域を通過する間に集熱管５に熱
交換された熱量は２．９ｋＷとなり、集熱管５の表面温
度は２５０℃、冷却側部材２の平均温度は４５℃である
ので、 Ｒｃｆ／Ｒｃｍ＝（（５４２．５℃−２５０℃）／２９
００Ｗ）／（（２５０℃−４５０℃）／２９００Ｗ）＝
１．４３ ということになる。さらに、高温用熱電変換モジュール
６Ｈの高温端面積は、それぞれ同面積のモジュール設置
領域に５０％と８５％、低温用は８０％と８０％となる
ように設置したので、Ｓｈ／Ｓｃ＝（０．５＋０．８
５）／（０．８＋０．８）＝０．８４である。Further, for example, the average temperature of the exhaust gas in the installation area of the thermoelectric conversion module 6L for the lowermost stream is 54
2.5 ° C., the amount of heat exchanged with the heat collecting tube 5 during passing through this region is 2.9 kW, the surface temperature of the heat collecting tube 5 is 250 ° C., and the average temperature of the cooling side member 2 is 45 ° C. Rcf / Rcm = ((542.5 ° C.-250 ° C.) / 29
00W) / ((250 ° C.-450 ° C.) / 2900 W) =
1.43. Further, since the high-temperature end areas of the high-temperature thermoelectric conversion module 6H are set to 50% and 85% and the low-temperature type is set to 80% and 80% in the module installation areas of the same area, respectively, Sh / Sc = (0 .5 + 0.8
5) / (0.8 + 0.8) = 0.84.
【００８０】[0080]
【表１】 [Table 1]
【００８１】次に、同じ熱電発電装置を使用し、導入す
る排ガス温度と排ガス流量を変えて発電を行った。その
結果、温度：７３０℃、流量：３０ｇ／ｓｅｃの場合に
１５２Ｗ、温度：６００℃、流量：４０ｇ／ｓｅｃの場
合に１４８Ｗ発電することができた。さらに、温度：７
００℃、流量：３０ｇ／ｓｅｃの排ガスを導入して耐久
テストを行ったところ、１００時間発電し続けた後の発
電出力は、発電当初の９５％以上の出力が得られ、耐久
性に優れていることが確かめられた。Next, power generation was performed using the same thermoelectric generator while changing the temperature of the introduced exhaust gas and the flow rate of the exhaust gas. As a result, it was possible to generate 152 W when the temperature was 730 ° C. and the flow rate was 30 g / sec, and 148 W when the temperature was 600 ° C. and the flow rate was 40 g / sec. In addition, temperature: 7
When an endurance test was conducted by introducing exhaust gas at 00 ° C. and a flow rate of 30 g / sec, the power generation output after continuous power generation for 100 hours was 95% or more of that at the beginning of power generation, and was excellent in durability. It was confirmed that there was.
【００８２】本発明は、高温用熱電変換モジュールの設
置領域の合計の熱抵抗と低温用熱電変換モジュールの設
置領域の合計の熱抵抗との比に着目したところに特徴が
ある。また、高温用熱電変換モジュールの高温端の合計
面積と低温用熱電変換モジュールの高温端の合計面積と
の比に着目したところにも特徴がある。The present invention is characterized by focusing on the ratio of the total thermal resistance of the installation area of the high-temperature thermoelectric conversion module to the total thermal resistance of the installation area of the low-temperature thermoelectric conversion module. Another feature is that attention is paid to the ratio of the total area of the high-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module to the total area of the high-temperature end of the low-temperature thermoelectric conversion module.
【００８３】本実施例では、モジュール設置領域を排ガ
ス流方向に４分割し、上流側の２分割部分に高温用熱電
変換モジュールを設置すると共に、下流側の２分割部分
に低温用熱電変換モジュールを設置した形態としたが、
モジュール設置領域の分割数をもっと増加させることも
可能であるし、また、高温用熱電変換モジュールが設置
される分割領域を増減させることもでき、モジュール設
置領域の数や面積には限定されない。In the present embodiment, the module installation area is divided into four parts in the exhaust gas flow direction, the high-temperature thermoelectric conversion module is installed in the upstream two-part part, and the low-temperature thermoelectric conversion module is installed in the two downstream part. Although it was in the installed form,
It is possible to further increase the number of divisions of the module installation area, and it is also possible to increase or decrease the number of division areas where the high-temperature thermoelectric conversion modules are installed, and the number and area of the module installation areas are not limited.
【００８４】また、モジュール１個の大きさにも制限さ
れるものではなく、例えば、高温端面積が４ｃｍ2程度
の小さいモジュールを多数設置することもできるし、４
９ｃｍ2程度の大面積のモジュールを少数設置すること
もできる。そしてまた、高温端面が正方形のものでも、
リボン状あるいは長方形状のものでも使用することがで
きる。The size of one module is not limited. For example, a large number of small modules having a high-temperature end area of about 4 cm 2 can be provided.
It is also possible to install a small number of modules having a large area of about 9 cm 2 . Also, even if the hot end face is square,
A ribbon-shaped or rectangular-shaped one can also be used.
【００８５】さらにまた、熱抵抗比Ｒｈ／Ｒｃを調整す
るために、例えば、モジュール設置領域内に高温端面積
が小さいモジュールを間隔を空けて設置するなど、モジ
ュール設置密度によって調整することができるし、モジ
ュール設置密度を排ガス流方向に沿って変化させること
もできる。Further, in order to adjust the thermal resistance ratio Rh / Rc, it is possible to adjust the thermal resistance ratio Rh / Rc according to the module installation density, for example, by installing modules having a small high-temperature end area at intervals in the module installation area. Also, the module installation density can be changed along the exhaust gas flow direction.
【００８６】また、設置するモジュールの高さによって
も調整することができる。そして、本実施例において
は、モジュール高さのバラツキを吸収し、モジュール端
面と集熱管あるいは冷却側部材の間の熱伝達効率を向上
させる目的で、モジュールと冷却側部材の間に、軟質金
属材としてスズ板を挿入した構成としたが、熱抵抗比Ｒ
ｈ／ＲｃとＲｃｆ／Ｒｃｍを調整する目的で、モジュー
ルの高温端と集熱管モジュール設置面との間に、金属板
やセラミックス板などを設置する構成とすることも可能
である。Further, it can be adjusted by the height of the module to be installed. In the present embodiment, a soft metal material is provided between the module and the cooling side member for the purpose of absorbing variations in module height and improving heat transfer efficiency between the module end face and the heat collection tube or the cooling side member. Is a configuration in which a tin plate is inserted.
For the purpose of adjusting h / Rc and Rcf / Rcm, it is also possible to adopt a configuration in which a metal plate, a ceramic plate, or the like is installed between the high-temperature end of the module and the heat collecting tube module installation surface.
【００８７】次に、高温用熱電変換モジュールと低温用
熱電変換モジュールの設置領域と設置密度を変えて同様
の熱電発電装置を作成し、発電テストを行った。この場
合、排ガス流方向に４分割したモジュール設置領域の
内、最上流部分にのみ高温用熱電変換モジュールを設置
することとし、設置したモジュール高温端面積が設置領
域の５０％になる設置密度で設置し、残りの３分割部分
に低温用熱電変換モジュールを設置することとして、上
流側から設置密度５４％、６７％、９５％で設置した。
その後は、同様にして発電装置を組み立て、温度：７０
０℃、流量：５０ｇ／ｓｅｃの排ガスを導入したとこ
ろ、２４０Ｗの発電出力を得ることができ、このときの
熱抵抗比は、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０、Ｒｃｆ／Ｒｃｍ＝
１．１〜１．８、Ｓｈ／Ｓｃ＝０．６９であった。Next, similar thermoelectric generators were prepared by changing the installation area and the installation density of the high-temperature thermoelectric conversion module and the low-temperature thermoelectric conversion module, and a power generation test was performed. In this case, the high-temperature thermoelectric conversion module is installed only in the uppermost part of the module installation area divided into four in the exhaust gas flow direction, and installed at an installation density where the installed high-temperature end area is 50% of the installation area. Then, assuming that the low-temperature thermoelectric conversion module was installed in the remaining three divided portions, the installation density was 54%, 67%, and 95% from the upstream side.
Thereafter, the power generator is assembled in the same manner, and the temperature is set to 70:
When an exhaust gas at 0 ° C. and a flow rate of 50 g / sec was introduced, a power generation output of 240 W was obtained, and the thermal resistance ratio at this time was Rh / Rc = 4.0 and Rcf / Rcm =
1.1 to 1.8, Sh / Sc = 0.69.
【図１】本発明の実施例による熱電発電装置の概略構成
を示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例による熱電発電装置の排ガス流
と直角方向の断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view in a direction perpendicular to the exhaust gas flow of the thermoelectric generator according to the embodiment of the present invention.
【図３】熱電変換モジュールの製造工程の前半部分を
（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the first half of the manufacturing process of the thermoelectric conversion module divided into (A) to (D).
【図４】熱電変換モジュールの製造工程の後半部分を
（Ｅ）〜（Ｇ）に分けて示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the latter half of the manufacturing process of the thermoelectric conversion module divided into (E) to (G).
【図５】本発明の実施例による熱電発電装置における排
ガス流方向の温度測定部位を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a temperature measurement site in the exhaust gas flow direction in the thermoelectric generator according to the embodiment of the present invention.
【図６】従来による熱電発電装置の概略構成を示す斜視
説明図である。FIG. 6 is a perspective explanatory view showing a schematic configuration of a conventional thermoelectric generator.
１ 熱電発電装置 ２ 冷却側部材 ２Ｕ 上部冷却側部材 ２Ｄ 下部冷却側部材 ２Ｕ−Ｍ 上部冷却側部材のモジュール設置面 ２Ｄ−Ｍ 下部冷却側部材のモジュール設置面 ２Ｗ 冷却水流路 ３ 冷却水導入口 ４ 冷却水排出口 ５ 集熱管（集熱側部材） ５Ｆ 集熱管の集熱フィン ５Ｇ 集熱管の接続フランジ ５−Ｍ 集熱管のモジュール設置面 ６ 熱電変換モジュール ６Ｈ 高温用熱電変換モジュール ６Ｌ 低温用熱電変換モジュール ２６Ｈ 熱電変換モジュールの高温側電極 ２６Ｌ 熱電変換モジュールの低温側電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermoelectric generator 2 Cooling member 2U Upper cooling member 2D Lower cooling member 2U-M Module installation surface of upper cooling member 2D-M Module installation surface of lower cooling member 2W Cooling water channel 3 Cooling water inlet 4 Cooling water outlet 5 Heat collection tube (heat collection side member) 5F Heat collection fin of heat collection tube 5G Connection flange of heat collection tube 5-M Module installation surface of heat collection tube 6 Thermoelectric conversion module 6H Thermoelectric conversion module for high temperature 6L Thermoelectric conversion for low temperature Module 26H High temperature side electrode of thermoelectric conversion module 26L Low temperature side electrode of thermoelectric conversion module
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 林 正 和 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 古 谷 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masakazu Kobayashi Nissan Motor Co., Ltd., 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Kenji Furuya 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Inside the corporation
Claims (8)
素子の一方側に高温側電極を設けると共に他方側に低温
側電極をそなえた熱電変換モジュールを高温熱媒体の流
れ方向に複数設置した熱電発電装置において、高温熱媒
体の流れ方向の上流側に高温用熱電変換モジュールを設
置すると共に高温熱媒体の流れ方向の下流側に低温用熱
電変換モジュールを設置したことを特徴とする熱電発電
装置。1. A thermoelectric conversion module having a high-temperature side electrode provided on one side of a thermoelectric element and a low-temperature side electrode provided on the other side between a heat collecting side member and a cooling side member in a flow direction of a high temperature heat medium. In a plurality of installed thermoelectric generators, a high-temperature thermoelectric conversion module is installed on the upstream side in the flow direction of the high-temperature heat medium, and a low-temperature thermoelectric conversion module is installed on the downstream side in the flow direction of the high-temperature heat medium. Thermoelectric generator.
子材料がシリコンゲルマニウム化合物を主成分とするも
のであり、低温用熱電変換モジュールはその熱電素子材
料がビスマステルル化合物を主成分とするものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。2. The high-temperature thermoelectric conversion module has a thermoelectric element material mainly composed of a silicon germanium compound, and the low-temperature thermoelectric conversion module has a thermoelectric element material mainly composed of a bismuth tellurium compound. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein:
ら高温熱媒体である排ガスを流すことができる集熱管を
そなえ、集熱管の内側表面には排ガスとの熱交換を促進
する集熱フィンや集熱用仕切り板などの集熱補助部材が
設けられていると共に集熱管の外側表面には高温用およ
び低温用熱電変換モジュールのそれぞれ高温端を密着さ
せることのできる平坦なモジュール設置面をそなえ、前
記モジュール設置面のうち排ガス流方向の上流側に高温
用熱電変換モジュールの高温端を設置すると共に前記モ
ジュール設置面のうち排ガス流方向の下流側に低温用熱
電変換モジュールの高温端を設置したことを特徴とする
請求項１または２に記載の熱電発電装置。3. The heat collecting side member has a heat collecting tube through which exhaust gas as a high-temperature heat medium can flow from an exhaust pipe connected to the heat collecting side member, and a heat collecting tube for promoting heat exchange with the exhaust gas is provided on an inner surface of the heat collecting tube. A flat module installation surface on which the heat collection auxiliary members such as heat fins and heat collection partition plates are provided, and the high-temperature ends of the high-temperature and low-temperature thermoelectric conversion modules can be closely attached to the outer surface of the heat collection tube. The high-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module is installed on the upstream side of the exhaust gas flow direction of the module installation surface, and the high-temperature end of the low-temperature thermoelectric conversion module is installed on the downstream side of the exhaust gas flow direction of the module installation surface. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the thermoelectric generator is installed.
面を有する扁平ないしは矩形形状をなしている集熱管
と、２分割されていて内部に集熱管を間隔をおいて収容
して固定することができると共に前記集熱管のモジュー
ル設置面と対向しかつ高温側および低温側熱電変換モジ
ュールの低温端を密着させることができるモジュール設
置面を有している冷却ジャケットをそなえたことを特徴
とする請求項３に記載の熱電発電装置。4. A module installation surface 2 whose cross-sectional shape is opposite
A heat collecting tube having a flat or rectangular shape having a surface, and a heat collecting tube which is divided into two so that the heat collecting tube can be housed and fixed at an interval and is opposed to the module installation surface of the heat collecting tube and has a high temperature. The thermoelectric generator according to claim 3, further comprising a cooling jacket having a module installation surface to which the low-temperature ends of the side and low-temperature thermoelectric conversion modules can be brought into close contact.
流方向と平行に設置されており、集熱管の外側表面に高
温用熱電変換モジュールが設置されている部分を流れる
排ガスから冷却側部材と熱交換を行う冷却媒体までの熱
抵抗Ｒｈと、低温用熱電変換モジュールが設置されてい
る部分の排ガスから高温用熱電変換モジュールの低温端
が設置された冷却ジャケットと熱交換を行う冷却媒体ま
での熱抵抗Ｒｃとの比Ｒｈ／Ｒｃが１〜１０となるよう
に集熱フィンおよび熱電変換モジュールを設置したこと
を特徴とする請求項４に記載の熱電発電装置。5. A heat collecting fin on an inner surface of the heat collecting tube is installed in parallel with a flow direction of the exhaust gas, and a cooling side member is formed from exhaust gas flowing on a portion where the high temperature thermoelectric conversion module is installed on an outer surface of the heat collecting tube. And the thermal resistance Rh up to the cooling medium that exchanges heat, and from the exhaust gas where the low-temperature thermoelectric conversion module is installed to the cooling medium that exchanges heat with the cooling jacket where the low-temperature end of the high-temperature thermoelectric conversion module is installed The thermoelectric generator according to claim 4, wherein the heat collection fins and the thermoelectric conversion module are installed such that the ratio Rh / Rc to the thermal resistance Rc of the thermoelectric generator is 1 to 10.
分の集熱管を流れる排ガスと集熱管のモジュール設置面
との間の熱抵抗Ｒｃｆと、集熱管のモジュール設置面か
ら冷却側部材のモジュール設置面までの熱抵抗Ｒｃｍと
の比Ｒｃｆ／Ｒｃｍが０．７〜２．０となるように集熱
フィンおよび熱電変換モジュールを設置したことを特徴
とする請求項３ないし５のいずれかに記載の熱電発電装
置。6. A thermal resistance Rcf between an exhaust gas flowing through a heat collecting tube in a portion where a low-temperature thermoelectric conversion module is installed and a module installing surface of the heat collecting tube, and a module installing surface of the cooling member from the module installing surface of the heat collecting tube. The thermoelectric device according to any one of claims 3 to 5, wherein the heat collecting fins and the thermoelectric conversion module are installed such that a ratio Rcf / Rcm with respect to the thermal resistance Rcm is 0.7 to 2.0. Power generator.
高温用熱電変換モジュールの高温端面積Ｓｈと低温用熱
電変換モジュールの高温端面積Ｓｃとの比Ｓｈ／Ｓｃが
０．０５〜１０であるものとしたことを特徴とする請求
項３ないし６のいずれかに記載の熱電発電装置。7. The ratio Sh / Sc of the high-temperature end area Sh of the high-temperature thermoelectric conversion module installed on the module installation surface of the heat collection tube to the high-temperature end area Sc of the low-temperature thermoelectric conversion module is 0.05 to 10. The thermoelectric generator according to any one of claims 3 to 6, wherein:
できる流路が形成され、液体冷却媒体を流すことにより
冷却側部材に設置された高温用および低温用熱電変換モ
ジュールの低温端を冷却するものとしたことを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれかに記載の熱電発電装置。8. A flow path through which a liquid cooling medium can flow in the cooling member, and cools the low-temperature ends of the high-temperature and low-temperature thermoelectric conversion modules installed in the cooling member by flowing the liquid cooling medium. The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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