JP2004360681A - Thermoelectric power generation apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generation apparatus capable of ensuring maximum power generation amount corresponding to the operation load of an engine without need for upsizing a radiator. <P>SOLUTION: This thermoelectric power generation apparatus, which performs power generation using a thermoelectric element 111 with exhaust gas from the engine 10 as a hot temperature side heat source and cooling water for the engine 10 cooled by the radiator 21 as a low temperature side heat source, is provided with a variable means for varying the supply condition of at least one of exhaust gas or cooling water to the thermoelectric element 111 so that a temperature difference generated at the thermoelectric element 111 becomes larger as a radiator allowance heat radiation capacity ΔQx is larger, which is obtained by subtracting a cooling loss Qe for the engine 10 from a heat radiation capacity Qr of the radiator 21 at the operation of the engine 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱電素子によってエンジンの排気ガスの持つ熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する熱電発電装置に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric generator for recovering heat energy of the exhaust gas of the engine as electric energy by the thermoelectric elements.

従来の熱電発電装置として、例えば特許文献1に示されるものが知られている。 As a conventional thermoelectric generator, such as those disclosed in Patent Document 1 is known. これは、エンジンの排気ガスを高温側熱源とし、外気を低温側熱源として熱電素子によって発電を行うものであり、ここでは、エンジンの排気管から複数の枝管を介してバイパスするバイパス通路を設け、このバイパス通路に熱電素子を当接させている。 This exhaust gas of the engine and the high temperature heat source, which generates power by thermoelectric elements outside air as a low-temperature heat source, here, a bypass passage bypassing through a plurality of branch pipes from the exhaust pipe of the engine the thermoelectric elements are brought into contact in the bypass passage. そして、各枝管を開閉する電磁弁を設け、排気ガス温度が所定値以上となった時に、制御部によって各電磁弁を個別に閉じてバイパス通路内の排気ガス流量を制御することで、熱電素子の高温側温度を耐熱温度以下の一定温度に保持するようにしている。 Then, the electromagnetic valve for opening and closing each branch pipe is provided, when the exhaust gas temperature exceeds a predetermined value, by controlling the exhaust gas flow in the bypass passage is closed individually each solenoid valve by a control unit, a thermoelectric the hot side temperature of the device is to hold the heat-resistant temperature below a predetermined temperature.

また、特許文献2に示されるように、低温側熱源としてエンジン冷却用の冷却水を用いたものが知られており、安定した低温側熱源を容易に確保するようにしている。 Further, as shown in Patent Document 2, so that it is known that using a cooling water for cooling the engine as a low-temperature heat source, easily ensure stable low temperature heat source.
実開昭63−162916号公報 Japanese Utility Model Publication No. 63-162916 特開2000−297699号公報 JP 2000-297699 JP

しかしながら、上記特許文献1の技術においては、所定値より低い排気ガス温度領域では、その時の排気ガス温度と外気温度との成り行きによって発電量が決定されることになり、積極的に有効な発電量を得ようとする思想は無い。 However, in the technique of Patent Document 1, the low exhaust gas temperature region than a predetermined value, will be the power generation amount is determined by the consequences of the exhaust gas temperature and the outside air temperature at that time, actively effective power generation amount thought to be obtained to is not.

また、特許文献2の技術においては、排気ガスの熱が冷却水に吸熱されることから、発電量によっては冷却水の温度上昇が大きくなり、エンジンのオーバーヒートに繋がることが考えられる。 Further, in the technique of Patent Document 2, the heat of the exhaust gas from being absorbed by the cooling water, the temperature rise of the cooling water is increased by the power generation amount, it is considered that lead to overheating of the engine. これを防止するためには、ラジエータの大型化の考慮が必要となる。 To prevent this, it is necessary to consider the size of the radiator.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、エンジン冷却水を低温側熱源として使用するものにおいて、ラジエータの大型化を必要とせずに、エンジンの作動負荷に応じて最大限の発電量を確保可能とする熱電発電装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, in those using engine cooling water as a low-temperature heat source, without requiring an increase in the size of the radiators, and allows ensure maximum power generation amount according to the operation load of the engine and to provide a thermoelectric generator for.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 The present invention, in order to achieve the above object, adopts the following technical means.

請求項1に記載の発明では、高温側熱源をエンジン(10)からの排気ガスとし、低温側熱源をラジエータ(21)によって冷却されるエンジン(10)の冷却水とし、熱電素子(111)によって発電を行う熱電発電装置において、エンジン(10)作動時におけるラジエータ(21)の放熱能力(Qr)から、エンジン(10)の冷却損失分(Qe)を除いたラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、熱電素子(111)に生ずる温度差が大きくなるように、熱電素子(111)への排気ガスあるいは冷却水の少なくとも一方の供給条件を可変する可変手段を設けたことを特徴としている。 In the invention described in claim 1, the high temperature heat source to the exhaust gas from the engine (10), the cooling water of the engine (10) to be cooled to a low temperature heat source by the radiator (21), by the thermoelectric element (111) the power generation thermoelectric generator that performs an engine (10) from the heat radiating capacity of the radiator (21) during operation (Qr), a radiator margin radiation performance excluding cooling loss and (Qe) of the engine (10) (DerutaQx) is large becomes enough, so that the temperature difference created thermoelectric element (111) is increased, is characterized in that a varying means for varying at least one of supply conditions of the exhaust gas or cooling water to the thermoelectric element (111).

これにより、ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)分で排気ガスから冷却水が吸熱する分の放熱がまかなえる。 Thus, minute heat radiation to the heat absorbing cooling water from the exhaust gas by the radiator margin radiation performance (ΔQx) content can cover. そして、その放熱可能分に見合った排気ガスあるいは冷却水を熱電素子(111)に供給することで、ラジエータ(21)を大型化する事無く、最大限の発電が可能となる。 By supplying the heat radiation can amount to commensurate exhaust gas or cooling water in thermoelectric element (111), without increasing the size of the radiator (21), it is possible to maximize power generation.

具体的には、請求項2に記載の発明のように、可変手段としては、排気ガスが流通する本流路(11)から分岐する分岐流路(112)と、分岐流路(112)を開閉する開閉弁(112a)と、開閉弁(112a)の開度を制御する制御装置(120)とを有し、熱電素子(111)には分岐流路(112)に供給される排気ガスによって高温側熱源を成すようにし、制御装置(120)は、ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、開閉弁(112a)の開度を大きくする側に制御すると良い。 Specifically, as in the embodiment described in claim 2, as the variable means, closing the branch flow path exhaust gases is branched from the main channel (11) in communication with the (112), the branch flow path (112) hot off valve and (112a), and a control device for controlling the opening of the on-off valve (112a) (120), the thermoelectric elements (111) by the exhaust gas supplied to the branch passage (112) to so as form side heat source, the control device (120), as the radiator afford heat dissipation capacity (DerutaQx) increases may be controlled on the side to increase the opening degree of the on-off valve (112a).

これにより、ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)分に見合った排気ガスを分岐流路(112)に流入させることで、ラジエータ(21)を大型化する事無く、最大限の発電が可能となる。 Thus, by flowing the exhaust gas commensurate with the radiator margin radiation performance (DerutaQx) content in the branch flow path (112), without increasing the size of the radiator (21), it is possible to maximize power generation.

また、請求項3に記載の発明のように、可変手段としては、冷却水が流通するエンジン冷却水回路(20)から分岐する分岐水流路(114)と、分岐水流路(114)の分岐部に設けられて、エンジン冷却水回路(20)側および分岐水流路(114)側への冷却水の流量割合を調節する流量調節弁(114a)と、流量調節弁(114a)の開度を制御する制御装置(120)とを有し、熱電素子(111)には分岐水流路(114)に供給される冷却水によって低温側熱源を成すようにし、制御装置(120)は、ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、流量調節弁(114a)の分岐水流路(114)側の開度を大きくするように制御しても良い。 It is preferable as defined in claim 3, the changing means, the branch water passage for cooling water is branched from the engine cooling water circuit for circulating (20) and (114), the branch portion of the branch water channel (114) provided, the control flow control valve for adjusting the flow rate of the cooling water to the engine cooling water circuit (20) side and the branch flow path (114) side (114a), the flow regulating valve the opening of (114a) and a control unit (120) which, in the thermoelectric element (111) so as to form a low-temperature heat source by the cooling water supplied to the branch flow path (114), the controller (120), a radiator afford heat dissipation capacity (ΔQx) enough to increase, the branch flow path of the flow control valve (114a) (114) may be controlled so as to increase the side of the opening.

これにより、ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)分に見合った冷却水を分岐水流路(114)に流入させることで、ラジエータ(21)を大型化する事無く、最大限の発電が可能となる。 Thus, by flowing the cooling water commensurate with the radiator margin radiation performance (DerutaQx) content in the branch water channel (114), without increasing the size of the radiator (21), it is possible to maximize power generation.

請求項4に記載の発明では、熱電素子(111)の低温側熱源は、ラジエータ(21)を通過した後の冷却水によって形成されることを特徴としている。 In the invention described in claim 4, the low-temperature heat source of the thermoelectric element (111) is characterized by being formed by the cooling water after passing through the radiator (21).

これにより、ラジエータ(21)によって温度低下した冷却水を低温側熱源とすることができるので、高温側熱源(排気ガス)との温度差を大きくして発電量を増加させることができる。 Thus, the cooling water temperature decreases by the radiator (21) can be the low-temperature heat source, it is possible to increase the power generation amount by increasing the temperature difference between the hot side heat source (exhaust gas).

請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の発明において、エンジン冷却水回路(20)中で、ラジエータ(21)の上流側および流量調節弁(114a)の下流側を結ぶバイパス流路(22)と、制御装置(120)によって制御されると共に、バイパス流路(22)下流側およびエンジン冷却水回路(20)の合流点に設けられ、合流点からラジエータ(21)へ向かう流路、バイパス流路(22)、合流点からエンジン(10)に戻る流路同士の連通状態を切替える切替え弁(24)とを設けたことを特徴としている。 In the invention described in claim 5, in the invention described in claim 4, in the engine cooling water circuit (20), a bypass passage connecting the downstream side of the upstream and the flow control valve of the radiator (21) (114a) and (22), while being controlled by a control device (120), the bypass passage (22) downstream and provided at the confluence of the engine cooling water circuit (20), a flow path extending from the confluence to the radiator (21) , the bypass passage (22) is characterized in that a switching valve and (24) for switching a communication state of a flow path between the return to the engine (10) from the meeting point.

これにより、通常、バイパス流路(22)に配設されるサーモスタット(23)では、冷却水温度によってラジエータ(21)側あるいはバイパス流路(22)側への冷却水の流量が規制されるが、ここでは冷却水温度に関わらず、切替え弁(24)によって、例えばエンジン(10)始動時にバイパス流路(22)側から流量調節弁(114a)を介して、熱電素子(111)側へ供給することで、発電を可能とすると共に、発電時の冷却水の吸熱によって、早期暖機が可能となる。 Thus, typically, the thermostat (23) disposed in the bypass passage (22), the flow rate of the cooling water by the cooling water temperature to the radiator (21) side or the bypass passage (22) side is regulated , wherein irrespective of the cooling water temperature, by switching valve (24), for example, an engine (10) flow rate control valve from the bypass passage (22) side at the time of start-up via (114a) supplied to the thermoelectric element (111) side doing, while enabling power generation by the heat absorption of the cooling water at the time of power generation, enabling early warm-up. このように、冷却水温度に関わらず冷却水の流し方を種々設定可能となるので、発電、エンジン暖機、エンジン冷却等におけるきめ細かな制御が可能となる。 Thus, since it is possible variously set how flow of the cooling water regardless of the coolant temperature, power, engine warm-up, it is possible to fine control the engine cooling or the like.

請求項6に記載の発明では、請求項4または請求項5に記載の発明において、ラジエータ(21)の放熱部(211)は、所定放熱能力を確保する第1放熱部(211a)と、残りの第2放熱部(211b)とに分割されており、第1放熱部(211a)を通過した冷却水の出口側(212a)は、流量調節弁(114a)の下流側に接続され、第2放熱部(211b)を通過した冷却水の出口側(212b)は、流量調節弁(114a)に接続されたことを特徴としている。 The invention according to claim 6, in the invention described in claim 4 or claim 5, the heat radiating portion of the radiator (21) (211), the first heat radiating unit to secure a predetermined heat dissipation capacity and (211a), the remaining It is divided into the second heat radiating unit and (211b) of the outlet side of the cooling water which has passed through the first heat radiating part (211a) (212a) is connected to the downstream side of the flow control valve (114a), second radiating portion (211b) the outlet side of the cooling water which has passed through the (212b) is characterized in that it is connected to a flow control valve (114a).

これにより、流量調節弁(114a)を分岐水流路(114)側に開くことで、第2放熱部(211b)を通過した冷却水が熱電素子(111)側に流れることに成るが、分岐水流路(114)はエンジン冷却水回路(20)より通水抵抗が高くなるため、第2放熱部(211b)を通過する冷却水量が少なくなる。 Thus, by opening the flow regulating valve (114a) to the branch flow path (114) side, the cooling water passing through the second radiating part (211b) it is made to flow in the thermoelectric element (111) side, the branch water flow road (114) is because the water flow resistance is higher than the engine coolant circuit (20), the cooling water which passes through the second heat radiating portion (211b) is reduced. よって、第2放熱部(211b)の出口側(212b)の冷却水温度(Tw2)を第1熱交換部(211a)の出口側(212a)の冷却水温度(Tw3)よりも低くすることができるので、熱電素子(111)における発電量を増大させることができる。 Therefore, to be lower than the cooling water temperature at the outlet side (212a) of the first heat exchange unit cooling water temperature (Tw2) of the outlet (212b) of the second heat radiating portion (211b) (211a) (Tw3) because it can increase the power generation amount of the thermoelectric element (111).

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 Incidentally, reference numerals in parentheses of each means described above is intended to show the relationship of the specific means described embodiments to be described later.

(第1実施形態) (First Embodiment)
本発明の熱電発電装置100は、水冷式のエンジン10を有する車両に適用され、熱電素子111における排気ガスと冷却水との温度差よって発電を行うものとしている。 Thermoelectric generator 100 of the present invention is applied to a vehicle having an engine 10 of a water-cooled, it is assumed that generates power by temperature difference between the exhaust gas and the cooling water in thermoelectric element 111. 尚、ここでは発電後の排気ガスを用いて、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスの冷却機能も持たせるようにしている。 Here, by using the exhaust gas after power generation is so as to be given the function of cooling the EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas. まず、図1〜図6を用いてその基本構成について説明する。 First described the basic configuration with reference to Figs.

図1に示すように、エンジン10には燃焼用の空気を吸入する吸気管12と、燃焼後の排気ガスを排出する排気管11が設けられている。 As shown in FIG. 1, an intake pipe 12 to the engine 10 to the intake air for combustion is provided with an exhaust pipe 11 for discharging exhaust gas after combustion. 吸気管12内には、図示しない車両に設けられたアクセルペダルの踏み込み量に応じて開度が可変されるスロットルバルブ12aが設けられている。 The intake pipe 12, a throttle valve 12a is provided opening is varied according to the amount of depression of the accelerator pedal provided in the vehicle (not shown).

エンジン10は、エンジン制御装置14によって最適な作動が制御される。 Engine 10, the optimum operation controlled by the engine control unit 14. 具体的には、エンジン制御装置14には、エンジン回転数信号、スロットルバルブ開度信号、車速信号等が入力される。 Specifically, the engine control unit 14, an engine speed signal, a throttle valve opening signal, the vehicle speed signal and the like are input. そして、エンジン回転数信号およびスロットルバルブ開度信号に対する燃料噴射量を対応付けたマップを予め記憶しており、このマップに基づいて吸気管12側に所定のタイミングで必要とされる燃料が噴射される。 Then, stores a map that associates the fuel injection amount for the engine speed signal and the throttle valve opening signal in advance, fuel required at a predetermined timing in the intake pipe 12 side on the basis of this map is injected that. 尚、エンジン制御装置14は後述する制御装置120と互いの信号の授受が可能となるように接続されている。 Incidentally, the engine control unit 14 is connected so as to allow exchange of control unit 120 and the mutual signal described later.

また、エンジン10にはエンジン冷却水回路20が設けられている。 The engine coolant circuit 20 is provided in the engine 10. エンジン冷却水回路20は、エンジン10内の冷却水がウォータポンプ13によってラジエータ21を通って循環するようにした回路である。 Engine coolant circuit 20, the cooling water of the engine 10 is a circuit which is adapted to circulate through the radiator 21 by the water pump 13. ここではウォータポンプ13はエンジン10の駆動力を受けて作動するエンジン駆動式のポンプとしている。 Here the water pump 13 is a pump of an engine driven type that operates by the driving force of the engine 10. そして、ラジエータ21の放熱によって冷却水は冷却され、エンジン10の作動温度が適切に制御される。 Then, the cooling water by the radiation of the radiator 21 is cooled, the operating temperature of the engine 10 is appropriately controlled. 因みに、エンジン冷却水回路20には、ラジエータ21をバイパスするバイパス流路22と、ラジエータ21側あるいはこのバイパス流路22側への冷却水流量を調節するサーモスタット(流量制御弁)23とが設けられている。 Incidentally, the engine coolant circuit 20, a bypass passage 22 which bypasses the radiator 21, a thermostat for adjusting the cooling water flow rate to the radiator 21 side, or the bypass passage 22 side (the flow control valve) 23 and is provided ing. 冷却水温度が所定温度(例えば90℃)以下においては、サーモスタット23によってラジエータ21側が閉じられ、冷却水がバイパス流路22側を流通することで冷却水の過冷却が防止される。 Coolant temperature is in a predetermined temperature (e.g. 90 ° C.) or less, the radiator 21 side is closed by the thermostat 23, supercooled cooling water is prevented by the cooling water flows through the bypass passage 22 side. これは、例えばエンジン10始動直後のように冷却水が充分に昇温していない場合に対応し、エンジン10の暖機が促進される。 This example corresponds to a case where the cooling water as immediately after the engine 10 starts is not sufficiently heated, the warm-up of the engine 10 is promoted.

尚、エンジン冷却水回路20には、ラジエータ21に対して並列となるようにヒータコア31が配設されて冷却水回路を形成するヒータ温水回路30が設けられている。 Incidentally, the engine coolant circuit 20, the heater hot-water circuit 30 which the heater core 31 so as to be parallel with the radiator 21 is arranged to form a coolant circuit is provided. ヒータコア31は、冷却水(温水)を熱源として空調用空気を加熱する暖房装置用の熱交換器である。 The heater core 31 is a heat exchanger for heating apparatus for heating an air-conditioning air cooling water (hot water) as a heat source.

そして、熱電発電装置100は、上記エンジン10の燃焼後の排気ガスおよび冷却水回路20の冷却水を用いたものとしており、熱電発電器110と制御装置120とから成る。 The thermoelectric generator 100 is composed of is assumed that using the cooling water of the exhaust gas and the cooling water circuit 20 after combustion of the engine 10, the thermoelectric generator 110 the control unit 120..

熱電発電器110は、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電素子111に後述する分岐流路112および冷却水配管114が配設されたものとしている。 Thermoelectric generator 110, it is assumed that the branch passage 112 and the cooling water pipe 114 will be described later to the thermoelectric element 111 for generating electric power by utilizing the Seebeck effect are disposed.

即ち、分岐流路112は、エンジン10の排気管(本発明の本流路に対応)11から分岐して再び排気管11に合流するように形成された流路であり、排気ガスの一部が流通できるようにしている。 That is, the branch flow path 112 is a flow path formed so as to join the exhaust pipe 11 again branches off from the exhaust pipe (corresponding to the main channel of the present invention) 11 of the engine 10, a portion of the exhaust gas so that can flow. そして、分岐流路112は、熱電素子111の一側面側に当接され、排気ガスが熱電素子111の高温側熱源となるようにしている。 Then, the branch passage 112 is in contact with the one side of the thermoelectric element 111, the exhaust gas so that a high temperature heat source of the thermoelectric element 111. また、分岐流路112の熱電素子111に対する排気ガスの上流側には、この分岐流路112を開閉する分岐開閉弁(電磁弁)112aが設けられている。 Further, on the upstream side of the exhaust gas to the thermoelectric element 111 of the branch channel 112, it is provided branching off valve (solenoid valve) 112a for opening and closing the branch flow path 112.

一方、冷却水配管114は、エンジン冷却水回路20のラジエータ21の下流側から分岐してウォータポンプ13側に接続される回路として形成されており、熱電素子111の他側面側に当接されるようにしている。 On the other hand, the cooling water pipe 114 is formed as a circuit connected to the water pump 13 side branches from the downstream side of the radiator 21 of the engine coolant circuit 20, it is brought into contact with the other side of the thermoelectric element 111 It is way. 即ち、ラジエータ21を通過した後の冷却水が熱電素子111側に供給され、この冷却水が熱電素子111の低温側熱源となるようにしている。 That is, the cooling water after passing through the radiator 21 is supplied to the thermoelectric element 111 side, the cooling water is set to be low-temperature heat source of the thermoelectric element 111.

また、分岐流路112の熱電素子111に対する排気ガスの下流側において、分岐流路112からエンジン10の吸気管12に連通する導入流路113が設けられている。 Further, at the downstream side of the exhaust gas to the thermoelectric element 111 of the branch channel 112 is provided with inlet flow path 113 communicating from the branch passage 112 in the intake pipe 12 of the engine 10. 更に、導入流路113には、この導入流路113を開閉する導入開閉弁(電磁弁)113aが設けられている。 Furthermore, the introduction passage 113 is provided introducing on-off valve (solenoid valve) 113a for opening and closing the inlet path 113.

そして、排気管11内には排気ガスの温度を検出する排気温センサ130が設けられており、この排気温センサ130で検出された温度信号は、後述する制御装置120に出力されるようにしている。 Then, the exhaust pipe 11 and the exhaust temperature sensor 130 is provided for detecting the temperature of the exhaust gas, it detected temperature signals in this exhaust gas temperature sensor 130, so as to be outputted to the control unit 120 to be described later there.

制御装置120は、以下に説明する軸トルクマップ、エンジン10の冷却損失熱量マップ、エンジン10の通水流量マップ、ラジエータ21の基準放熱量マップ、分岐開閉弁112aの開度マップや各種演算式を予め記憶しており、これらのマップや演算式に基づいて分岐開閉弁112aの開度を制御する。 Controller 120, the shaft torque map described below, the cooling heat loss map of the engine 10, water passing the flow map of the engine 10, the reference heat dissipation amount map of the radiator 21, the opening degree map and various arithmetic expression of the branch-off valve 112a previously stores, controls the opening of the branch-off valve 112a based on these maps and expression. また、上記排気温センサ130から得られる排気ガス温度に基づいて導入開閉弁113aの開度を制御する。 Also, it controls the opening of the introduction opening and closing valve 113a based on the exhaust gas temperature obtained from the exhaust temperature sensor 130.

本実施形態では、上記分岐流路112、分岐開閉弁112a、制御装置120によって、熱電素子111への排出ガスの供給条件を可変する可変手段が形成される。 In the present embodiment, the branch channel 112, the branch-off valve 112a, the control unit 120, a variable means for varying the supply condition of the exhaust gas to the thermoelectric element 111 is formed.

以下、各種マップおよび演算式について説明する。 The following describes various maps and expression. 軸トルクマップは、図2に示すように、エンジン制御装置14から得られる燃料噴射量Lと軸トルクTとを予め関係付けたものであり、エンジン10作動時における軸トルクTを算出するために用いられる。 Shaft torque map, as shown in FIG. 2, which was previously associated with the fuel injection amount L and the axial torque T obtained from the engine control unit 14, in order to calculate the axial torque T at engine 10 operation used. そして、この軸トルクTとエンジン制御装置14から得られるエンジン回転数Neとから数式1に基づいて軸出力Pを算出するようにしている。 Then, and to calculate the axial output P based on Equation 1 from the engine speed Ne obtained from the axial torque T and the engine control unit 14.

(数1) (Number 1)
軸出力P=a×エンジン回転数Ne×軸トルクT Shaft power P = a × engine speed Ne × torque T
尚、aは定数である。 Incidentally, a is a constant.

冷却損失熱量マップは、図3に示すように、軸出力Pをパラメータ(ここでは無負荷P1〜全負荷P7)として、エンジン回転数Neとエンジン10の冷却損失熱量Qeとを予め関係付けたものであり、エンジン10作動時における冷却損失熱量Qeを算出するために用いられる。 Cooling heat loss map, as shown in FIG. 3, the shaft output P as a parameter (here no load P1~ full load P7), that previously associated with the cooling heat loss quantity Qe of the engine speed Ne and the engine 10 , and the used to calculate the cooling heat loss quantity Qe when the engine 10 operates. 因みに、冷却損失熱量Qeは、エンジン10における燃料の全燃焼熱量に冷却損失を乗じたものであり、ラジエータ21で放熱される熱量である。 Incidentally, the cooling heat loss Qe are those multiplied by the cooling loss in the total heat of combustion of the fuel in the engine 10, a quantity of heat radiated by the radiator 21.

通水流量マップは、図4に示すように、エンジン回転数Ne(Ne1〜Ne4・・・であり、これはウォータポンプ13の回転数に比例する)をパラメータにしたウォータポンプ特性Δhpと、エンジン冷却水回路20、ヒータ温水回路30、冷却水配管114を含めた通水抵抗特性Δhtとを示したもので、エンジン10を流通するエンジン通水流量Veを算出するために用いられる。 Passing water flow map, as shown in FIG. 4, (a NE1 to NE4 · · ·, which is proportional to the rotational speed of the water pump 13) the engine speed Ne and the water pump characteristics Δhp that the a parameter, the engine cooling water circuit 20, the heater hot-water circuit 30, an illustration and a flow resistance characteristic Δht including cooling water pipes 114, is used to calculate the engine through water flow Ve circulating through the engine 10.

そして、エンジン通水流量Veマップから得られたエンジン通水流量Veから数式2に基づいて、ラジエータ21を流通するラジエータ通水流量Vwを算出するようにしている。 Based from the engine through water flow rate Ve obtained from the engine through water flow rate Ve mapped to Equation 2, to calculate the radiator through the water flow rate Vw flowing through the radiator 21.

(数2) (Number 2)
ラジエータ通水流量Vw=K×エンジン通水流量Ve Radiator through the water flow rate Vw = K × engine through water flow rate Ve
尚、Kはラジエータ21、バイパス流路22、サーモスタット23、ヒータコア31、冷却水配管114の各抵抗係数から決定される定数である。 Incidentally, K is the radiator 21, the bypass passage 22, thermostat 23, the heater core 31 is a constant determined from the resistance coefficient of the cooling water pipe 114.

基準放熱量マップは、図5に示すように、上記数式2によって得られるラジエータ通水流量Vw(低流量Vw1〜高流量Vw4・・・)をパラメータとして、ラジエータ21のコア部前面に流入する空気の前面風速vaとラジエータ21の基準放熱量Qrとを予め関係付けたものであり、エンジン10作動時における基準放熱量Qrを算出するために用いられる。 Reference heat dissipation amount map, as shown in FIG. 5, flows to the radiator through the water flow rate Vw (low flow Vw1~ High Flow Vw4 · · ·) obtained by the above equation 2 as a parameter, the core portion front surface of the radiator 21 the air of are those that advance associated with the reference radiation amount Qr of face velocity va and the radiator 21, it is used to calculate the reference radiation amount Qr when the engine 10 operates. 尚、ここで前面風速vaは、エンジン制御装置14から得られる車速vを用いて決定するようにしており、車両のバンパーやグリルによる抵抗分を考慮して、数式3で算出されるようにしている。 Here, face velocity va is to be determined using the vehicle speed v obtained from the engine controller 14, in consideration of the resistance caused by the bumper and grill of the vehicle, so as to be calculated by Equation 3 there.

(数3) (Number 3)
前面風速va=b×車速v Front wind speed va = b × vehicle speed v
尚、bは定数であり、ここでは1/5としている。 Incidentally, b are constants, taken here to be 1/5.

開度マップは、図6に示すように、排気放熱量Qexと分岐開閉弁112aの開度とを予め関係付けたものである。 Opening degree map, as shown in FIG. 6, in which associated the exhaust heat radiation amount Qex and opening of the branch-off valve 112a in advance. ここで排気放熱量Qexは、以下の数式4によって算出されるラジエータ21の余裕熱量ΔQxに等しい熱量としている。 Here the exhaust heat radiation amount Qex is in equal amount of heat to afford heat ΔQx of the radiator 21 which is calculated by Equation 4 below.

(数4) (Number 4)
余裕熱量ΔQx=基準放熱量Qr−冷却損失熱量Qe=排気放熱量Qex Margin heat DerutaQx = ​​reference radiation amount Qr- cooling heat loss quantity Qe = exhaust heat radiation amount Qex
分岐開閉弁112aの開度は、排気放熱量Qexが大きくなる程、大きくなるように対応付けている。 Opening of the branch-off valve 112a is, as the exhaust heat radiation amount Qex increases, are associated so as to increase.

次に、上記構成に基づく作動について説明する。 It will now be described operation based on the above configuration. エンジン10の作動において、スロットルバルブ12aの開度に応じて、吸入管12から燃焼用の空気が吸入され、図示しないインジェクタから噴射される燃料と混合されて燃焼される。 In operation of the engine 10, in accordance with the opening degree of the throttle valve 12a, the air for combustion from the suction pipe 12 is sucked, it is burned mixed with fuel injected from the injector (not shown). そして、燃焼後の排気ガスは図示しない触媒によって浄化され排気管11から大気に排出される。 Then, the exhaust gas after combustion is being purified by the catalyst (not shown) is discharged from the exhaust pipe 11 to atmosphere. また、ウォータポンプ13の作動により、冷却水はエンジン冷却水回路20および冷却水配管114を循環する。 Further, by the operation of the water pump 13, the cooling water circulates through the engine cooling water circuit 20 and the cooling water pipe 114.

制御装置120は、図2〜図6に示す各マップおよび数式1〜数式4に基づいて分岐開閉弁112aの開度を調整する。 Controller 120 adjusts the opening of the branch-off valve 112a based on the maps and formulas 1 to Equation 4 shown in Figures 2-6. 図7は、その時の制御フローを示すものであり、以下、その詳細を説明する。 FIG. 7 shows a control flow at that time will be described below in detail.

まず、ステップS100で各種信号(燃料噴射量L、エンジン回転数Ne、スロットルバルブ開度Bk、車速v等のデータ)を読み込み、ステップS110で冷却損失熱量Qeを算出する。 First, various signals at step S100 reads (fuel injection amount L, the engine speed Ne, throttle valve opening Bk, data such as the vehicle speed v), calculates the cooling heat loss quantity Qe in step S110. 即ち、図2の軸トルクマップからその時の燃料噴射量Lに対応する軸トルクTを算出し、数式1より、軸出力Pをa×Ne×Tとして算出する。 That is, to calculate the axial torque T corresponding to the fuel injection amount L at that time from the shaft torque map in FIG. 2, is calculated from Equation 1, the shaft power P as a × Ne × T. そして、図3の冷却損失熱量マップから、その時のエンジン回転数Neおよび上記で得られた軸出力Pに対応する冷却損失熱量Qeを算出する。 Then, from the cooling heat loss map of Fig. 3, it calculates the cooling heat loss quantity Qe corresponding to shaft output P obtained by the engine speed Ne and the at that time.

次に、ステップS120で基準放熱量Qrを算出する。 Then, to calculate the reference radiation amount Qr in step S120. ここでは、図4の通水流量マップからその時のエンジン回転数Neにおけるポンプ特性Δhpと通水抵抗特性Δhtとの交点からエンジン通水流量Veを算出する。 Here, calculates the engine through water flow Ve from the intersection of the pump characteristic Δhp and water flow resistance characteristic Δht in the engine speed Ne at that time from the passing water flow rate map of FIG. 更に、このエンジン通水流量Veから数式2を用いてラジエータ通水流量Vwを算出する。 Moreover, to calculate the radiator passing water flow rate Vw using Equation 2 from the engine through water flow rate Ve. そして、図5の基準放熱量マップからその時のラジエータ通水流量Vwにおける前面風速va(数式3を用いて算出)に対応する基準放熱量Qrを算出する。 Then, to calculate the reference radiation amount Qr corresponding to face velocity va (calculated using Equation 3) of the radiator through the water flow rate Vw at that time from the reference heat dissipation amount map of FIG.

次に、ステップS130で上記の冷却損失熱量Qeと基準放熱量Qrを用いて、数式4から余裕熱量ΔQxをQr−Qeとして算出する。 Next, using the above cooling heat losses Qe and the reference radiation amount Qr in step S130, it is calculated from the formula 4 to afford heat ΔQx as Qr-Qe.

次に、ステップS140で余裕熱量ΔQxがゼロより大きいかを判定し、否と判定するとステップS150で分岐開閉弁112aを閉じて、ステップS100に戻る。 Next, a margin amount of heat ΔQx it is determined greater than zero at step S140, closes the branch off valve 112a in step S150 when it is determined that not, the process returns to step S100. 即ち、これは、エンジン10の負荷が最も高く、本来の基準放熱量Qrで冷却損失熱量Qeをすべて放熱させる場合であり、熱電発電器110側への排気ガスの供給を停止させることで、冷却水配管114中の冷却水の温度上昇を避けて、エンジン10のオーバーヒートを防止する。 In other words, this is a load of the engine 10 is highest, a case of radiating the entire cooling heat loss quantity Qe in the original reference radiation amount Qr, by stopping the supply of exhaust gas to the thermoelectric generator 110 side, the cooling avoiding a temperature rise of the cooling water in the water pipe 114, to prevent overheating of the engine 10.

一方、ステップS140で余裕熱量ΔQxがゼロより大きいと判定すると、ステップS160で排気放熱量Qexを算出する。 On the other hand, when the margin amount of heat ΔQx is determined to be greater than zero at step S140, it calculates the exhaust heat radiation amount Qex at step S160. この排気放熱量Qexは、数式4より余裕熱量ΔQxに等しい値として設定する。 The exhaust heat radiation amount Qex is set as equal to afford heat ΔQx from Equation 4. 尚、余裕熱量ΔQxがゼロより大きいということは、エンジン10の負荷が低く、ラジエータ21にとってはエンジン10の冷却損失熱量Qe分の放熱を行いつつ、余裕熱量ΔQx分の放熱能力を有することを意味する。 Incidentally, the fact that afford heat ΔQx is greater than zero, low load of the engine 10, while performing the heat radiation of the cooling heat losses Qe amount of the engine 10 for the radiator 21, it means having a heat transfer capability of the margin amount of heat ΔQx min to.

そして、ステップS170で図6の開度マップに基づき、分岐開閉弁112a Then, based on the opening map of FIG. 6 at step S170, the branch-off valve 112a
の開度を可変する。 To vary the degree of opening. 即ち、排気放熱量Qexが大きい程、開度を大きくして、分岐流路112に流入する排気ガスの量を増加させ(排気ガス側の温度を高めて)、冷却水配管114内の冷却水との温度差を大きくして熱電素子111による発電量を積極的に増加させる。 That is, the larger the exhaust heat radiation amount Qex, by increasing the opening degree increases the amount of exhaust gas flowing into the branch passage 112 (by increasing the temperature of the exhaust gas side), the cooling water in the cooling water pipe 114 increasing the temperature difference aggressively increase the power generation amount of the thermoelectric elements 111 and. そして、この発電によって得られた電力は、図示しない充電器(バッテリ)へ充電されたり、各種補機作動のために使用される。 The electric power obtained by the power generation, or is charged to the charger, not shown (battery) is used for various accessory operation. この時、排気ガスによって冷却水は吸熱することになるが、その吸熱分はラジエータ21の余裕熱量ΔQxによって放熱がまかなわれる訳である。 At this time, will be endothermic cooling water by the exhaust gas, the heat absorption amount is mean that the heat radiation is covered by a margin amount of heat ΔQx the radiator 21.

尚、制御装置120は、排気温センサ130からの排気ガス温度が低い程、即ちエンジン10の負荷が低い程、導入開閉弁113aの開度を大きくする側に調整する。 The control device 120, the lower the exhaust gas temperature from the exhaust temperature sensor 130, i.e., as the load of the engine 10 is low, adjusted on the side to increase the opening of the introduction opening and closing valve 113a. 上記のように熱電素子111によって発電が行われる際に、排気ガスは冷却水配管114の冷却水によって逆に冷却されることになる。 When power generation by the thermoelectric element 111 as described above is performed, the exhaust gas will be cooled in the reverse by the cooling water of the cooling water pipe 114. そして、この冷却された排気ガスは、導入開閉弁113aから導入流路113を流通して、吸入管12内に流入する。 Then, the cooled exhaust gas is flowed through the introduction channel 113 from the inlet on-off valve 113a, it flows into the suction pipe 12.

これは、あたかも専用の熱交換器で排気ガスを冷却した後に、この排気ガスを吸気側に流入させるEGRガス冷却装置と等価な作用を果たすものと成り、エンジン10における出力を低下させること無く、燃焼温度を低下させ、排気ガス中のNO 濃度を低下させる。 This is as if after the exhaust gas is cooled by a dedicated heat exchanger made shall serve equivalent effect and EGR gas cooling device to flow into the intake side of the exhaust gas, without reducing the output of the engine 10, lowering the combustion temperature, thereby reducing the concentration of NO X in the exhaust gas.

このように本発明においては、熱電素子111の低温側の熱源をエンジン10の冷却水を用いるようにし、エンジン10作動時におけるラジエータ21の基準放熱量Qrから、エンジン10の冷却損失熱量Qeを除いたラジエータ21の余裕熱量ΔQexが大きくなる程、分岐開閉弁112aの開度を大きくする側に制御するようにしているので、余裕熱量ΔQexで排気ガスから冷却水が吸熱する分の放熱がまかなえる。 Thus, in the present invention, the low-temperature side of the heat source of the thermoelectric element 111 to use a cooling water of the engine 10, from the reference radiation amount Qr of the radiator 21 when the engine 10 operates, except for the cooling heat loss quantity Qe of the engine 10 enough to afford heat DerutaQex of the radiator 21 increases were, since so as to control the side to increase the opening of the branch-off valve 112a, can cover the amount of the heat radiation of the heat absorbing cooling water from the exhaust gas at room heat DerutaQex. そして、その放熱可能分に見合った排気ガスを分岐流路112に流入させることで、ラジエータ21を大型化する事無く、最大限の発電が可能となる。 Then, by introducing the exhaust gas commensurate with the heat radiation can amount to a branch passage 112, without increasing the size of the radiator 21, it is possible to maximize power generation.

そして、熱電素子111の発電によりエンジン10においては本来の発電機(オルターネータ)に要する作動負荷を低減できるので、エンジン10の燃費を向上させることができる。 Since the engine 10 by the power generation of the thermoelectric element 111 can reduce the operation load required for the original generator (alternator), it is possible to improve the fuel efficiency of the engine 10.

また、熱電素子111の低温側熱源としてラジエータ21を通過した後の冷却水を用いるようにしているので、ラジエータ21によって温度低下した冷却水を低温側熱源とすることができ、高温側熱源(排気ガス)との温度差を大きくして発電量を増加させることができる。 Also, since to use a cooling water after passing through the radiator 21 as a low-temperature heat source of the thermoelectric element 111 may be a cooling water temperature decreases by the radiator 21 and the low temperature heat source, hot side heat source (exhaust it can be increased significantly by the power generation amount of the temperature difference between the gas).

尚、冷却水配管114は、上記第1実施形態に対してサーモスタット23の下流側から分岐するようにしたり、また、ラジエータ21の上流側から分岐するようにしても良い。 The cooling water pipe 114, or so as to branch from the downstream side of the thermostat 23 with respect to the first embodiment, also, may be branched from the upstream side of the radiator 21.

また、図8に示すように、冷却水配管114(熱電素子111)をラジエータ21に対して、直列に配置するようにしても良い。 Further, as shown in FIG. 8, the cooling water pipe 114 (thermoelectric elements 111) with respect to the radiator 21 may be arranged in series.

また、エンジン10の出力や排気ガス中のNO の濃度に応じて、導入流路113および導入開閉弁113aは廃止するようにしても良い。 Also, depending on the concentration of the NO X output and exhaust gas of the engine 10, the introduction passage 113 and introduced on-off valve 113a may be abolished.

(第2実施形態) (Second Embodiment)
本発明の第2実施形態を図9に示す。 The second embodiment of the present invention shown in FIG. 第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、低温側熱源となる冷却水の流量を可変するようにしたものである。 The second embodiment differs from the above-described first embodiment, in which the flow rate of the cooling water temperature becomes low heat source so that the variable.

ここでは、第1実施形態と同様に、エンジン冷却水回路20のラジエータ21の下流側から分岐してウォータポンプ13側に接続される冷却水配管(本発明における分岐水流路に対応)114を設けており、熱電素子111の低温側熱源となるようにしている。 Here, as in the first embodiment, the engine coolant branched to the cooling water pipe connected to the water pump 13 side from the downstream side of the radiator 21 of the circuit 20 (corresponding to the branch water passage in the present invention) 114 provided and, so that the low-temperature heat source of the thermoelectric element 111.

そして、冷却水配管114の分岐点に流量調節弁114aを設けている。 Then, there is provided a flow control valve 114a to the branch point of the cooling water pipe 114. 流量調節弁114aは、エンジン冷却水回路20側(以下、エンジン10側)および冷却水配管114側への冷却水の流量割合を調節可能とする弁であり、制御装置120によって、その開度が制御されるようにしている。 Flow control valve 114a, the engine cooling water circuit 20 side (hereinafter, the engine 10 side) is a valve that allows adjusting the flow rate of the cooling water to and the cooling water pipe 114 side, by the controller 120, its opening It is to be controlled. 本実施形態では、上記冷却水配管114、流量調節弁114a、制御装置120によって、熱電素子111への冷却水の供給条件を可変する可変手段が形成される。 In the present embodiment, the cooling water pipe 114, the flow regulating valve 114a, the control unit 120, a variable means for varying the supply condition of the cooling water to the thermoelectric element 111 is formed.

そして、制御装置120は、エンジン10作動時におけるラジエータ21の余裕熱量ΔQx(第1実施形態の数式4)が大きくなる程、流量調節弁114aの冷却水配管114側の開度を大きくして、冷却水配管114を流通する冷却水量を増加させ、分気流路112内の排気ガスとの温度差を大きくして熱電素子111による発電量を積極的に増加させる。 Then, the control unit 120, as the margin heat ΔQx the radiator 21 when the engine 10 operates (Equation 4 in the first embodiment) increases, by increasing the opening degree of the cooling water pipe 114 side of the flow control valve 114a, increasing the amount of cooling water flowing through the cooling water pipe 114, to increase the temperature difference between the exhaust gas in the partial air flow path 112 aggressively increase the power generation amount of the thermoelectric element 111.

これにより、余裕熱量ΔQx分で排気ガスから冷却水が吸熱する分の放熱がまかなえるため、余裕熱量ΔQx分に見合った冷却水を冷却水配管114に流入させることで、ラジエータ21を大型化する事無く、最大限の発電が可能となる。 Accordingly, since the can cover the amount of the heat radiation of the heat absorbing cooling water from the exhaust gas at room heat ΔQx content, by flowing cooling water commensurate with the extra heat ΔQx min the cooling water pipe 114, increasing the size of the radiator 21 no, it is possible to maximize power generation.

(第3実施形態) (Third Embodiment)
本発明の第3実施形態を図10〜図12に示す。 A third embodiment of the present invention shown in FIGS. 10 to 12. 第3実施形態は、上記第2実施形態に対して、サーモスタット23を、制御装置120によって開度が制御される切替え弁24に変更したものである。 The third embodiment, with respect to the second embodiment, the thermostat 23, in which the opening degree by the control device 120 is changed to the switching valve 24 to be controlled.

切替え弁24は、図11に示すように、内部の弁体位置が制御装置120によって回動され、ラジエータ21へ向かう流路、バイパス流路22、エンジン10に戻る流路同士の連通状態を切替え可能とする弁としている。 Switching valve 24, as shown in FIG. 11, the interior of the valve body position is rotated by the controller 120, switching the flow path toward the radiator 21, the bypass passage 22, the communication state of a flow path between the return to the engine 10 is a valve that allows.

即ち、この切替え弁24においては、図11(a)〜(c)に示す、通常のサーモスタット23と同様の連通状態に加えて、図11(d)のバイパス流路22からラジエータ21へ向かう流路への連通状態の形成も可能としている。 That is, in this switching valve 24 is shown in FIG. 11 (a) ~ (c), in addition to the communication with the normal thermostat 23, flow toward the radiator 21 from the bypass passage 22 shown in FIG. 11 (d) formation of the communication state of the road is also possible.

そして、エンジン10始動後に、切替え弁24を図11(d)の連通状態に切替えることにより、また、流量調節弁114aを冷却水配管114側およびエンジン10側の両者を開状態にすることにより、図12に示すような冷却水の流れが形成でき、熱電素子111による発電を可能とすると共に、発電時の冷却水の吸熱によって、エンジン10の早期暖機が可能となる。 Then, after the engine 10 starts, by switching the switching valve 24 in communication with the FIG. 11 (d), the addition, by the flow control valve 114a to both of the cooling water pipe 114 side and the engine 10 side to the open state, Figure 12 can flow of the cooling water is formed as shown, while allowing the power generation by thermoelectric element 111, the heat absorption of the cooling water at the time of power generation, enabling early warm-up of the engine 10. このように、サーモスタット23とは異なり、冷却水温度の制約を受けずに冷却水の流し方を種々設定可能となるので、発電、エンジン暖機、エンジン冷却等におけるきめ細かな制御が可能となる。 Thus, unlike the thermostat 23, since it is possible variously set how flow of the cooling water without the constraints of the cooling water temperature, the generator, the engine warm-up, it is possible to fine control the engine cooling or the like.

尚、上記第3実施形態の変形例として、図13に示すように、流量調節弁114aと切替え弁24とを統合した切替え弁24aとしても良い。 As a modification of the third embodiment, as shown in FIG. 13, it may be switching valve 24a that integrates the switching valve 24 and the flow regulating valve 114a. この切替え弁24aにおいては、例えば、4つの接続部(ラジエータ21側、バイパス流路22側、エンジン10側、冷却水配管114側)に対して、それぞれ独立して開閉可能な弁体を設けるものとすれば良く、部品点数の低減が可能となる。 In the switching valve 24a, for example, four connection portions (radiator 21 side, the bypass passage 22 side, the engine 10 side, the cooling water pipe 114 side) with respect to, those independently provided an openable valve if the well, reducing the number of components is possible.

(第4実施形態) (Fourth Embodiment)
本発明の第4実施形態を図14〜図16に示す(熱電発電器110への分岐流路112の図示は省略している)。 A fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 14 to 16 (shown in branch flow path 112 to the thermoelectric generator 110 is omitted). 第4実施形態は、上記第2実施形態に対して、冷却水配管114にから熱電素子111に供給する冷却水の温度を可変するようにしたものである。 The fourth embodiment is obtained by with respect to the second embodiment, so as to vary the temperature of the cooling water supplied from the second cooling water pipe 114 to the thermoelectric element 111.

図14に示すように、ここでは、ラジエータ21の放熱部211を第1放熱部211aと第2放熱部211bとの2つに分割している。 As shown in FIG. 14, here, it divides the radiating portion 211 of the radiator 21 into two and the first heat radiating part 211a and the second heat radiating portion 211b. 第1放熱部211aは、車両の高負荷時(例えば低速登坂時)に対して、それよりも負荷の軽い中負荷時(例えば高速走行時)での放熱能力(本発明における所定放熱能力)を確保するサイズ(全体の略75%)にしており、残りを第2放熱部211bとしている。 First heat radiating portion 211a, a high load of the vehicle with respect to (e.g., time slow uphill), when the load in light load than it (for example, high speed running) heat transfer capability of the at (predetermined heat transfer capability of the present invention) and the size (almost 75% of the total) to ensure, that the rest and the second heat releasing part 211b.

ラジエータ21の出口側タンク212内には、第1放熱部211aおよび第2放熱部211bの境界部となる位置に仕切り板212cを設けている。 In the outlet tank 212 of the radiator 21, and the partition plate 212c is provided at a position at the boundary portion of the first heat radiating part 211a and the second heat radiating portion 211b. そして、第1放熱部211aに対応する出口側タンク212に第1出口部212aを設け、第2放熱部211bに対応する出口側タンク212に第2出口部212bを設けている。 Then, the first outlet portion 212a provided at the outlet side tank 212 corresponding to the first heat radiating portion 211a, and a second outlet portion 212b provided at the outlet side tank 212 corresponding to the second heat radiating portion 211b. よって、ラジエータ21を流通する冷却水は、第1放熱部211aを通り、第1出口部212aから流出するものと、第2放熱部211bを通り、第2出口部212bから流出するものとに分かれる。 Therefore, the cooling water flowing through the radiator 21 passes through the first heat radiating portion 211a, and which flows out from the first outlet 212a, it passes through the second heat radiating portion 211b, divided into those flowing out of the second outlet portion 212b .

そして、第1出口部212aは、流量調節弁114aとサーモスタット23との間(流量調節弁114aの下流側)に接続され、また、第2出口部212bは、流量調節弁114aに接続されている。 The first outlet portion 212a is connected between the flow regulating valve 114a and the thermostat 23 (the downstream side of the flow regulating valve 114a), The second outlet 212b is connected to the flow control valve 114a .

次に、上記構成に基づく作動およびその作用効果について説明する。 It will now be described operation and effects based on the above configuration.

1. 1. 低負荷時(アイドリング、通常走行時) 図14 Low load (idling, during normal running) 14
エンジン10出口側の冷却水温度は、低いレベルにあり(例えば82℃以下)、サーモスタット23は、ラジエータ21側を閉じている。 Coolant temperature of the engine 10 outlet side is in a low level (e.g., 82 ° C. or less), the thermostat 23 is closed the radiator 21 side. 制御装置120は、流量調節弁114aのエンジン10側(エンジン冷却回路20側)と冷却水配管114側の両者を開くようにする。 Controller 120 to open the engine 10 side of the flow regulating valve 114a (engine cooling circuit 20 side) of both of the cooling water pipe 114 side.

エンジン10出口側から流出する冷却水は、バイパス流路22側とラジエータ21側に分かれる。 Cooling water flowing out from the engine 10 outlet side is divided into the bypass passage 22 side and the radiator 21 side. バイパス流路22側へ流れた冷却水は、エンジン10に戻る。 Cooling water flows into the bypass passage 22 side is returned to the engine 10. 一方、ラジエータ21側に流れた冷却水は、第1放熱部211a、第2放熱部211bをそれぞれ流れる。 On the other hand, the cooling water flows to the radiator 21 side, flows first heat radiating portion 211a, a second heat radiating portion 211b respectively.

第1放熱部211aを経て第1出口部212aから流出する冷却水は、サーモスタット23によって止められ、流量調節弁114a側に流れる。 Cooling water flowing out from the first outlet 212a through the first heat radiating portion 211a is stopped by the thermostat 23, it flows through the flow control valve 114a side. また、第2放熱部211bを経て第2出口部212bから流出する冷却水は、流量調節弁114aに至り、上記第1出口部212aからの冷却水と合流して、冷却水配管114を通りエンジン10に戻る。 The cooling water flowing out from the second outlet 212b through the second heat radiating portion 211b is led to the flow regulating valve 114a, and joins with the cooling water from the first outlet 212a, through the engine cooling water piping 114 Back to 10. この時、熱電素子111(熱電発電器110)において、発電が行われる。 In this case, the thermoelectric element 111 (thermoelectric generator 110) for generating electricity.

ここで、温度の低い冷却水がラジエータ21で冷却され、且つ、この冷却水の全量が熱電素子111に至ることになるので、排気ガス側との温度差を大きくして充分な発電量を確保することができる。 Here, low temperature cooling water is cooled by the radiator 21, and, since the whole amount of the cooling water would lead to the thermoelectric element 111, ensure a sufficient amount of power generation by increasing the temperature difference between the exhaust gas side can do. 尚、冷却水は、ラジエータ21において冷却されるものの、熱電素子111において排気ガスの熱を吸熱するのでエンジン10にとっては、暖機性の悪化は抑えられる。 The cooling water, although it is cooled in the radiator 21, for the engine 10 so that absorbs the heat of the exhaust gas in the thermoelectric element 111, deterioration of the warm-up is suppressed.

2. 2. 中負荷時(高速走行時) 図15 At medium load (high speed running) 15
エンジン10出口側の冷却水温度Tw1は、中間レベルにあり(例えば82℃から100℃)、サーモスタット23は、ラジエータ21側とバイパス流路22側の両者を開いている(冷却水温度Tw1が高い程、ラジエータ21側の開度が大きくなる)。 Coolant temperature Tw1 of the engine 10 outlet side is in an intermediate level (e.g., 100 ° C. from 82 ° C.), the thermostat 23 is open both radiator 21 side and the bypass passage 22 side (coolant temperature Tw1 is higher extent, the opening of the radiator 21 side becomes larger). 制御装置120は、流量調節弁114aの冷却水配管114側を開くようにする。 Controller 120 to open the cooling water pipe 114 side of the flow regulating valve 114a.

エンジン10出口側から流出する冷却水は、バイパス流路22側とラジエータ21側に分かれる。 Cooling water flowing out from the engine 10 outlet side is divided into the bypass passage 22 side and the radiator 21 side. バイパス流路22側へ流れた冷却水は、エンジン10に戻る。 Cooling water flows into the bypass passage 22 side is returned to the engine 10. 一方、ラジエータ21側に流れた冷却水は、第1放熱部211a、第2放熱部211bをそれぞれ流れる。 On the other hand, the cooling water flows to the radiator 21 side, flows first heat radiating portion 211a, a second heat radiating portion 211b respectively.

第1放熱部211aを経て第1出口部212aから流出する冷却水は、サーモスタット23を通り、エンジン10に戻る。 Cooling water flowing out from the first outlet 212a through the first heat radiating portion 211a passes through the thermostat 23 returns to the engine 10. また、第2放熱部211bを経て第2出口部212bから流出する冷却水は、流量調節弁114aに至り、冷却水配管114を通りエンジン10に戻る。 The cooling water flowing out from the second outlet 212b through the second heat radiating portion 211b is led to the flow regulating valve 114a, it returns the cooling water pipe 114 as engine 10. この時、熱電素子111(熱電発電器110)において、発電が行われる。 In this case, the thermoelectric element 111 (thermoelectric generator 110) for generating electricity.

ここで、冷却水配管114はエンジン冷却水回路20より通水抵抗が高くなるため、第1放熱部211aを通過する冷却水量Vw3に比べて、第2放熱部211bを通過する冷却水量Vw2は少なくなる。 Here, the cooling water pipe 114 for water flow resistance than the engine coolant circuit 20 is high, compared to the amount of cooling water Vw3 passing through the first heat radiating portion 211a, a cooling water Vw2 passing through the second heat radiating portion 211b is small Become. よって、第2放熱部211bの流出側の冷却水温度Tw2を第1熱交換部211aの流出側の冷却水温度Tw3よりも低くすることができるので、熱電素子111における発電量を増大させることができる。 Therefore, it is possible to make the cooling water temperature Tw2 the outflow side of the second heat radiating portion 211b lower than the cooling water temperature Tw3 on the outflow side of the first heat exchange portion 211a, to increase the power generation amount of the thermoelectric element 111 it can.

因みに、本発明者の一試算例を以下に示す。 Incidentally, it shows an estimation of the present inventors described below. ラジエータ21の放熱部211を分割せずに全体で放熱するものとし、例えばエンジン10の出口側の冷却水温度Tw1を100℃、ラジエータ21の冷却水流量が40L/min、ラジエータ21の前面風速が3m/sec、ラジエータ21の入口空気温度が30℃とすると、ラジエータ21の出口側の冷却水温度は、93℃となる。 Shall radiating throughout without dividing the heat radiation portion 211 of the radiator 21, for example 100 ° C. The cooling water temperature Tw1 at the outlet side of the engine 10, cooling water flow rate of the radiator 21 is 40L / min, face velocity of the radiator 21 3m / sec, when the inlet air temperature of the radiator 21 and 30 ° C., the cooling water temperature at the outlet side of the radiator 21 becomes 93 ° C.. この冷却水(93℃)と400℃の排気ガスとを熱電素子111に供給すると、温度差307℃で発電することになる。 When the cooling water and (93 ° C.) and 400 ° C. in the exhaust gas is supplied to the thermoelectric element 111, it will be generated by the temperature difference 307 ° C..

一方、本実施形態のラジエータ21の放熱部211を分割したものにおいては、第2放熱部211bを流通する冷却水流量Vw2が5L/minとなり、第2放熱部211bを経て第2出口部212bから流出する冷却水温度Tw2は、82℃となる。 On the other hand, in a subdivision of the heat radiating portion 211 of the radiator 21 of the present embodiment, the second coolant flow Vw2 is 5L / min becomes flowing in the heat radiating portion 211b, a second outlet 212b through the second heat radiating portion 211b coolant temperature Tw2 flowing out becomes 82 ° C.. この冷却水(82℃)と400℃の排気ガスとを熱電素子111に供給すると、温度差318℃で発電することになる。 When the exhaust gas of the cooling water (82 ° C.) and 400 ° C. is supplied to the thermoelectric element 111, it will be generated by the temperature difference 318 ° C..

ここで、熱電素子111における最大発電量は、以下の数式5に示されるように、排気ガス温度THと冷却水温度TLとの温度差の2乗に比例する。 Here, the maximum power generation amount in the thermoelectric element 111, as shown in Equation 5 below, is proportional to the square of the temperature difference between the exhaust gas temperature TH and the cooling water temperature TL.

(数5) (Number 5)
最大発電量=1/4・pf・(TH−TL) The maximum amount of power generation = 1/4 · pf · ( TH-TL) 2
但し、pfはゼーベック係数(W/K)である。 However, pf is the Seebeck coefficient (W / K).

よって、上記の放熱部211を分割したものにおいては、分割しないものに比べて最大発電量は、318 /309 =107から、7%の向上が見込めることになる。 Therefore, in those dividing the heat radiation unit 211, the maximum power generation amount as compared to those not divided from 318 2/309 2 = 107, so that the increase of 7% can be expected.

3. 3. 高負荷時(低速登坂走行時) 図16 High load (during the low-speed hill climbing) 16
エンジン10出口側の冷却水温度は、高いレベルにあり(例えば100℃以上)、サーモスタット23は、ラジエータ21側を開いている。 Coolant temperature of the engine 10 outlet side is in a high level (e.g., 100 ° C. or higher), the thermostat 23 opens the radiator 21 side. 制御装置120は、流量調節弁114aのエンジン冷却水回路20側を開くようにする。 Controller 120, to open the engine cooling water circuit 20 side of the flow regulating valve 114a.

エンジン10出口側から流出する冷却水は、ラジエータ21側に流れ、第1放熱部211a、第2放熱部211bをそれぞれ流れる。 Cooling water flowing out from the engine 10 outlet flows to the radiator 21 side, flows first heat radiating portion 211a, a second heat radiating portion 211b respectively.

第1放熱部211aを経て第1出口部212aから流出する冷却水は、サーモスタット23を通り、エンジン10に戻る。 Cooling water flowing out from the first outlet 212a through the first heat radiating portion 211a passes through the thermostat 23 returns to the engine 10. また、第2放熱部211bを経て第2出口部212bから流出する冷却水は、流量調節弁114aに至り、上記第1出口部212aからの冷却水と合流して、エンジン10に戻る。 The cooling water flowing out from the second outlet 212b through the second heat radiating portion 211b is led to the flow regulating valve 114a, and joins with the cooling water from the first outlet 212a, the flow returns to the engine 10. この時、熱電素子111(熱電発電器110)には冷却水が供給されないので、発電は停止される。 In this case, the thermoelectric element 111 (thermoelectric generator 110) since the cooling water is not supplied, the power generation is stopped. 即ち、冷却水はラジエータ21でフルに冷却され、エンジン10の負荷に対応する訳である。 That is, the cooling water is cooled in full by the radiator 21, which mean that corresponding to the load of the engine 10.

このように、本実施形態においては、エンジン10の負荷(余裕熱量ΔQx)に応じて、熱電素子111への冷却水量を可変すると共に、ラジエータ21の出口側温度を低下させることで、より効果的な発電を可能としている。 Thus, in the present embodiment, in accordance with the load of the engine 10 (margin calorimetry DerutaQx), the amount of cooling water to the thermoelectric elements 111 together with varying, by lowering the outlet temperature of the radiator 21, effectively thereby making it possible to Do power generation.

(その他の実施形態) (Other embodiments)
上記第1実施形態では、排気ガスの流量を可変するものとし、上記第2〜第4実施形態では、冷却水の流量あるいは温度を可変するものとして説明したが、両者(排気ガスおよび冷却水)の可変を組合せたものとしても良い。 In the first embodiment, it is assumed for varying the flow rate of the exhaust gas, in the second to fourth embodiments have been described the flow rate or temperature of the cooling water as being variable, both (the exhaust gas and cooling water) it may be a combination of variable.

本発明の第1実施形態における全体構成を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing the overall configuration of a first embodiment of the present invention. 燃料噴射量と軸トルクとの関係を示す軸トルクマップである。 A shaft torque map showing the relationship between the fuel injection amount and the shaft torque. 軸出力をパラメータとしたエンジン回転数とエンジン冷却損失熱量との関係を示す冷却損失熱量マップである。 Engine speed in which the shaft output parameter and a cooling heat loss quantity map showing a relationship between the engine cooling heat losses. エンジン通水流量に対するポンプ特性および通水抵抗特性を示す通水流量マップである。 A water flow rate map showing the pump characteristics and water flow resistance characteristics of the engine through water flow rate. 前面風速vaとラジエータの基準放熱量Qrとの関係を示す基準放熱量マップである。 A reference radiation amount map showing a relationship between the reference radiation amount Qr of face velocity va and the radiator. 排気放熱量Qexと分岐開閉弁の開度との関係を示す開度マップである。 A opening map showing the relationship between the exhaust heat radiation amount Qex the opening of the branch-off valve. 分岐開閉弁の開度を制御するための制御フローチャートである。 It is a control flowchart for controlling the opening of the branch-off valve. 第1実施形態の変形例1における全体構成を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing an overall configuration of a modified example 1 of the first embodiment. 本発明の第2実施形態における全体構成を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態における全体構成を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing the overall configuration of the third embodiment of the present invention. 切替え弁の切替え状態を示す断面図である。 It is a sectional view showing a state switching of the switching valve. 第3実施形態における冷却水の流れ方の一例を示す模式図である。 Is a schematic diagram showing an example of a flow direction of the coolant in the third embodiment. 第3実施形態の変形例2における全体構成を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing the overall configuration of the second modification of the third embodiment. 本発明の第4実施形態における全体構成を示す模式図である(低負荷時)。 It is a schematic diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of the present invention (low load). 本発明の第4実施形態における全体構成を示す模式図である(中負荷時)。 Is a schematic diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of the present invention (at the time of medium load). 本発明の第4実施形態における全体構成を示す模式図である(高負荷時)。 Is a schematic diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of the present invention (high load).

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 エンジン 11 排気管(本流路) 10 engine 11 exhaust pipe (main channel)
21 ラジエータ 22 バイパス流路 24 切替え弁 100 熱電発電装置 111 熱電素子 112 分岐流路 112a 分岐開閉弁 114 冷却水配管(分岐水流路) 21 radiator 22 bypass passage 24 switching valve 100 thermoelectric generator 111 thermoelectric elements 112 branch passage 112a branched off valve 114 cooling water pipe (branch water flow path)
114a 流量調節弁 120 制御装置 211 放熱部 211a 第1放熱部 211b 第2放熱部 212a 第1出口部(出口側) 114a flow control valve 120 control unit 211 radiating portion 211a first heat radiating part 211b second heat releasing part 212a first outlet portion (outlet side)
212b 第2出口部(出口側) 212b second outlet portion (outlet side)

Claims (6)

  1. 高温側熱源をエンジン(10)からの排気ガスとし、低温側熱源をラジエータ(21)によって冷却される前記エンジン(10)の冷却水とし、熱電素子(111)によって発電を行う熱電発電装置において、 The hot side heat source and the exhaust gas from the engine (10), the cooling water of the engine to be cooled to a low temperature heat source by the radiator (21) (10), the thermoelectric generator for generating power by the thermoelectric element (111),
    前記エンジン(10)作動時における前記ラジエータ(21)の放熱能力(Qr)から、前記エンジン(10)の冷却損失分(Qe)を除いたラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、前記熱電素子(111)に生ずる温度差が大きくなるように、前記熱電素子(111)への前記排気ガスあるいは前記冷却水の少なくとも一方の供給条件を可変する可変手段を設けたことを特徴とする熱電発電装置。 Wherein the heat transfer capability of the engine (10) wherein during operation the radiator (21) (Qr), higher the radiator afford heat dissipation capacity (DerutaQx) increases except the cooling loss of the engine (10) and (Qe), the thermoelectric as the temperature difference generated in the element (111) is increased, the thermoelectric generator, characterized in that a varying means for varying at least one of supply conditions of the exhaust gas or the cooling water of the the thermoelectric element (111) apparatus.
  2. 前記可変手段は、前記排気ガスが流通する本流路(11)から分岐する分岐流路(112)と、 Said varying means, the branch passage where the exhaust gas is branched from the main channel for distribution (11) and (112),
    前記分岐流路(112)を開閉する開閉弁(112a)と、 Off valve the opening and closing the branch passage (112) and (112a),
    前記開閉弁(112a)の開度を制御する制御装置(120)とを有し、 And a controller (120) for controlling the opening of the on-off valve (112a),
    前記熱電素子(111)には前記分岐流路(112)に供給される前記排気ガスによって前記高温側熱源を成すようにし、 So forming the hot side heat source the thermoelectric element (111) by the exhaust gas supplied to the branch flow path (112),
    前記制御装置(120)は、前記ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、前記開閉弁(112a)の開度を大きくする側に制御することを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。 Wherein the control device (120), the larger the radiator afford heat dissipation capacity (DerutaQx) increases, the on-off valve thermoelectric according to claim 1, characterized in that the control on the side of the opening to increase the (112a) power apparatus.
  3. 前記可変手段は、前記冷却水が流通するエンジン冷却水回路(20)から分岐する分岐水流路(114)と、 It said varying means, the cooling water is branched from the engine cooling water circuit for circulating (20) branch water channel (114),
    前記分岐水流路(114)の分岐部に設けられて、前記エンジン冷却水回路(20)側および前記分岐水流路(114)側への前記冷却水の流量割合を調節する流量調節弁(114a)と、 Wherein provided in the branch portion of the branch water channel (114), the engine cooling water circuit (20) side and the branch flow path (114) flow rate control valve for adjusting the flow rate of cooling water to the side (114a) When,
    前記流量調節弁(114a)の開度を制御する制御装置(120)とを有し、 And a controller (120) for controlling the opening of the flow regulating valve (114a),
    前記熱電素子(111)には前記分岐水流路(114)に供給される前記冷却水によって前記低温側熱源を成すようにし、 So as form the low-temperature-side heat source wherein the thermoelectric element (111) by the cooling water supplied to the branch flow path (114),
    前記制御装置(120)は、前記ラジエータ余裕放熱能力(ΔQx)が大きくなる程、前記流量調節弁(114a)の前記分岐水流路(114)側の開度を大きくするように制御することを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。 Wherein the control device (120), wherein the larger the radiator afford heat dissipation capacity (DerutaQx) increases, it is controlled so as to increase the branch water channel (114) side opening of the flow regulating valve (114a) thermoelectric generator according to claim 1,.
  4. 前記熱電素子(111)の低温側熱源は、前記ラジエータ(21)を通過した後の冷却水によって形成されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の熱電発電装置。 Cold heat source of the thermoelectric element (111) is a thermoelectric power generating device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is formed by the cooling water after passing through the radiator (21).
  5. 前記エンジン冷却水回路(20)中で、前記ラジエータ(21)の上流側および前記流量調節弁(114a)の下流側を結ぶバイパス流路(22)と、 In the engine cooling water circuit (20), a bypass passage connecting the downstream side of the upstream side and the flow control valve of the radiator (21) (114a) and (22),
    前記制御装置(120)によって制御されると共に、前記バイパス流路(22)下流側および前記エンジン冷却水回路(20)の合流点に設けられ、前記合流点から前記ラジエータ(21)へ向かう流路、前記バイパス流路(22)、前記合流点から前記エンジン(10)に戻る流路同士の連通状態を切替える切替え弁(24)とを設けたことを特徴とする請求項4に記載の熱電発電装置。 Said controller while being controlled by the (120), said bypass passage (22) provided at the confluence of the downstream and the engine cooling water circuit (20), a flow path directed from the meeting point to the radiator (21) the bypass passage (22), the thermoelectric generator according from the confluence to claim 4, characterized in that a switching valve and (24) for switching a communication state of a flow path between the return to the engine (10) apparatus.
  6. 前記ラジエータ(21)の放熱部(211)は、所定放熱能力を確保する第1放熱部(211a)と、残りの第2放熱部(211b)とに分割されており、 The heat radiating portion of the radiator (21) (211), the first heat radiating unit to secure a predetermined heat dissipation capacity and (211a), is divided into the second heat radiating portion remaining between (211b),
    前記第1放熱部(211a)を通過した前記冷却水の出口側(212a)は、前記流量調節弁(114a)の下流側に接続され、 The first heat radiating portion (211a) the outlet side of the cooling water which has passed through the (212a) is connected to the downstream side of the flow control valve (114a),
    前記第2放熱部(211b)を通過した前記冷却水の出口側(212b)は、前記流量調節弁(114a)に接続されたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の熱電発電装置。 Said second heat radiating portion (211b) the outlet side of the cooling water which has passed through the (212b), the thermoelectric generator according to claim 4 or claim 5, characterized in that connected to said flow control valve (114a) apparatus.
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