JP2006086419A - 排熱回収装置 - Google Patents

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egr
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internal combustion
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Koichi Machida
耕一 町田
Yoshihide Takenaka
嘉英 竹中
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Hino Motors Ltd
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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Abstract

【課題】適用範囲を拡大することにより、更に排熱を効果的に回収して発電を行い得るようにした排熱回収装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１を冷却することにより高温となった冷却水Ｗ１ａをラジエータ４へ送給する管路５に熱電モジュール１４を装着すると共に、ＥＧＲガスＧＥＧＲを冷却することにより高温となった冷却水Ｗ２ａをラジエータ４へ送給する管路１２に熱電モジュール１５を装着する。熱電モジュール１４，１５は、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は排熱回収装置に関するものである。
従来から、内燃機関、原動機、焼却炉等の排ガスから熱電素子を備えた熱電モジュールを用いて排熱を回収し、発電を行なうようにした排熱回収装置が知られている。而して、内燃機関の排ガスから熱電モジュールにより排熱を回収して発電を行なうようにしたものとしては、例えば、特許文献１がある。
特許文献１では、エンジンのエキゾーストマニホールド外側部及び触媒ケースの外側部に熱電素子を取付けている。
特開平１１−２５７０６４号公報
しかしながら、従来の排熱回収装置では、排熱の回収は充分とはいえず、期待どおりの省エネルギ効果を果たしているとはいえない。
本発明は、上述の実情に鑑み、適用範囲を拡大することにより、更に排熱を効果的に回収して発電を行い得るようにした排熱回収装置を提供することを目的としてなしたものである。
本発明の排熱回収装置は、内燃機関を冷却することにより高温となった冷却水をラジエータへ送給する管路及び／又はＥＧＲガスを冷却することにより高温となった冷却水をラジエータへ送給する管路に、熱電モジュールを装着したものである。
又、本発明の排熱回収装置においては、熱電モジュールは、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続されているものである。
本発明の排熱回収装置によれば、冷却水に捨てていた熱エネルギを電力として回収することができるため、熱電モジュールの適用範囲を拡大することができ、従って、従来よりもより一層排熱を効果的に回収することができるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例である。図１中、１はディーゼルエンジン等の内燃機関、２は内燃機関１の吸気側に設けられたインテークマニホールド、３は内燃機関１の排気側に設けられたエキゾーストマニホールド、４はラジエータ、５は内燃機関１を冷却して高温となった冷却水Ｗ１ａをラジエータ４に送給する管路、６は内燃機関１により駆動されるファン７によりラジエータ４において空冷された冷却水Ｗ１ｂを内燃機関１へ送給するための管路、８は一端が３キゾーストマニホールド３に接続され、且つ他端がインテークマニホールド２に接続された吸気管９に接続されたＥＧＲ管路である。
又、１０はＥＧＲ管路８の中途部に設けられたＥＧＲクーラ、１１はＥＧＲ管路８におけるＥＧＲガスＧＥＧＲの流れ方向下流側に設けられたＥＧＲバルブ、１２はＥＧＲクーラ１０でＥＧＲガスＧＥＧＲを冷却して高温となった冷却水Ｗ２ａをラジエータ４に送給する管路、１３はファン７によりラジエータ４において空冷された冷却水Ｗ２ｂをＥＧＲクーラ１０へ送給するための管路である。
更に、１４は管路５の外周部に装着された熱電モジュール、１５は管路１２の外周部に装着された熱電モジュールである。而して、熱電モジュール１４，１５の詳細は図２に示されている。
図中、１６はｐ型熱電素子、１７はｎ型熱電素子、１８は両熱電素子１６，１７を連結するよう両熱電素子１６，１７の一端面に接続された電極板、１９はｐ型熱電素子１６の他端面に接続された電極板、２０はｎ型熱電素子１７の他端面に接続された電極板である。ｐ型熱電素子１６，ｎ型熱電素子１７としては、例えばＢｉ−Ｔｅ系が使用され、電極板１８，１９，２０としては、銅合金等の熱伝導性及び電導性が良好な材料が使用される。而して、ｐ型熱電素子１６及びｎ型熱電素子１７は電気的に直列に接続されている。
２１は電極板１８の外面に固設された絶縁材、２２は電極板１９，２０の外面に固設された絶縁材である。絶縁材２１，２２としては、例えば、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックが使用される。
熱電モジュール１４，１５は絶縁材２１を介して管路５，１２の外周に装着されており、図２に示す排熱回収装置においては、管路５，１２内を高温の冷却水Ｗ１ａ，Ｗ２ａが矢印方向へ送給されると共に、熱電モジュール１４，１５の外部をファン７からの冷却空気Ａｃが矢印方向へ送給される。このため、ｐ型熱電素子１６及びｎ型熱電素子１７の電極板１８側は加熱され、ｐ型熱電素子１６の電極板１９側及びｎ型熱電素子１７の電極板２０側は冷却され、熱電素子１６，１７の両端面に温度差により電位差が生じる（ゼーベック効果）。電位差により生じた電流２３は負荷２４に給電されるようになっている。
次に、本発明の作動について説明する。
内燃機関１が運転される場合において、ＥＧＲ運転が行なわれない場合はＥＧＲバルブ１１は閉止されている。従って、この場合は、内燃機関１内部を冷却して高温となった冷却水Ｗ１ａは管路５を通ってラジエータ４へ送給され、ラジエータ４においては、ファン７からの冷却空気Ａｃにより空冷され、温度の下降した冷却水Ｗ１ｂは管路６から内燃機関１内へ導入される。
この際、高温の冷却水Ｗ１ａにより、熱電モジュール１４の電極板１８側が加熱され、冷却空気Ａｃにより電極板１９，２０側が冷却されるため、熱電素子１６，１７の両端面に温度差により電位差が生じ、電位差により生じた電流２３は負荷２４に給電される。
又、内燃機関１が運転される場合においてＥＧＲ運転が行なわれる場合は、上述のように熱電モジュール１４において発電が行なわれると共に、熱電モジュール１５においても発電が行なわれる。すなわち、ＥＧＲ運転が行なわれる場合は、ＥＧＲバルブ１１は開いている。このため、内燃機関１からの排ガスの一部はＥＧＲガスＧＥＧＲとして、ＥＧＲ管路８を通り、ＥＧＲクーラ１０へ送給され、ＥＧＲクーラ１０において、管路１３からの冷却水Ｗ２ｂにより冷却され、ＥＧＲバルブ１１を経て吸気管９内へ流入し、空気Ａと共にインテークマニホールド２を経て内燃機関１へ導入される。
ＥＧＲクーラ１０でＥＧＲガスＧＥＧＲを冷却して高温となった冷却水Ｗ２ａは管路１２を通ってラジエータ４へ導入される。この際、熱電モジュール１５の電極板１８側が加熱され、冷却空気Ａｃにより電極板１９，２０側が冷却されるため、熱電素子１６，１７の両端面に温度差により電位差が生じ、電位差により生じた電流２３は負荷２４に給電される。
本図示例によれば、管路５，１２を流通する高温となった冷却水Ｗ１ａ，Ｗ２ａから、熱電モジュール１４，１５により熱エネルギを電力として回収することができるため、熱電モジュール１４，１５の適用範囲を拡大することができ、従って、従来よりもより一層排熱を効果的に回収することができる。
なお、本発明においては、熱電モジュールに適用するｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子は電気的に直列となるよう接続されれば、数量はいくつであっても適用できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明の排熱回収装置の実施の形態の一例を示す概念図である。 図１の排熱回収装置に適用される熱電モジュールの断面図である。
符号の説明
１ 内燃機関
４ ラジエータ
５ 管路
１２ 管路
１４ 熱電モジュール
１５ 熱電モジュール
１６ ｐ型熱電素子
１７ ｎ型熱電素子
ＧＥＧＲ ＥＧＲガス
Ｗ１ａ 冷却水
Ｗ２ａ 冷却水

Claims (2)

  1. 内燃機関を冷却することにより高温となった冷却水をラジエータへ送給する管路及び／又はＥＧＲガスを冷却することにより高温となった冷却水をラジエータへ送給する管路に、熱電モジュールを装着したことを特徴とする排熱回収装置。
  2. 熱電モジュールは、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続されている請求項１に記載の排熱回収装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012506973A (ja) * 2008-11-05 2012-03-22 スカニア シーブイ アクチボラグ 燃焼機関内の再循環排気ガスの冷却装置
JP2015048774A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 コベルコ建機株式会社 建設機械の冷却装置

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