JP2006138296A - Exhaust heat recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばハイブリッド車などの車輌に用いられ、気体中に含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために、気体中に含まれる熱エネルギーを回収する排熱回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device that is used in a vehicle such as a hybrid vehicle and recovers heat energy contained in gas in order to convert heat energy contained in gas into electric energy.
自動車のエンジンから排出される排気ガスなどには、熱エネルギーが含まれてため、排気ガスをそのまま捨てるとエネルギーの無駄となる。そこで、排気ガスに含まれる熱エネルギーを排熱回収装置によって回収し、電気エネルギーに変換し、たとえばバッテリーに充電しておくための発電装置がある。 Exhaust gas discharged from an automobile engine contains thermal energy, so if the exhaust gas is discarded as it is, energy is wasted. Therefore, there is a power generation device for recovering thermal energy contained in exhaust gas by an exhaust heat recovery device, converting it into electrical energy, and charging a battery, for example.
このような発電装置として、従来、特開昭61−254082号公報に開示された排気熱発電装置がある。この排気熱発電装置は、熱電変換素子を備えており、この熱電変換素子は、保持部に収容され排気ガスの流路外周に保持されている。
しかし、上記特許文献1に開示された排気熱発電装置における熱電変換素子は、保持部に密着した状態で収容されている。このため、熱電変換素子では、熱電変換を行う際に熱が発生するが、上記特許文献1に開示された排気熱発電装置では、熱電変換素子から発生した熱が保持部(封入容器)に伝わり、この保持部が変形してしまうおそれがある。このような変形が無秩序に生じると、熱電変換効率の低下などといった信頼性の低下につながることがあるという問題があった。
However, the thermoelectric conversion element in the exhaust thermoelectric generator disclosed in
そこで、本発明の課題は、封入容器に熱電変換素子が収容された封入容器の無秩序な変形を防止することにより、熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる排熱回収装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to prevent exhaustion of the encapsulated container in which the thermoelectric conversion element is housed in the encapsulated container, thereby preventing a decrease in thermoelectric conversion efficiency and the like, and thereby obtaining high reliability. It is to provide a recovery device.
上記課題を解決した本発明に係る排熱回収装置は、熱源から放出され、流路を流れる気体の熱を利用した熱電変換によって発電を行う複数の熱電変換素子を備え、複数の熱電変換素子が、気体の流路の外側で互いに離間して配置された排熱回収装置において、複数の熱電変換素子を収容する封入容器を備え、封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されているものである。 The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention that has solved the above problems includes a plurality of thermoelectric conversion elements that generate power by thermoelectric conversion using the heat of gas that is released from a heat source and flows through a flow path, and the plurality of thermoelectric conversion elements includes In the exhaust heat recovery apparatus disposed apart from each other outside the gas flow path, the heat recovery device includes a sealed container that houses a plurality of thermoelectric conversion elements, and the sealed container absorbs deformation due to thermal expansion. Is formed.
本発明に係る排熱回収装置においては、複数の熱電変換素子が封入容器内に収容されており、封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されている。この熱膨張吸収部が形成されていることにより、封入容器が無秩序に変形することを防止することができる。熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる。 In the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention, a plurality of thermoelectric conversion elements are accommodated in a sealed container, and the sealed container is formed with a thermal expansion absorbing portion that absorbs deformation due to thermal expansion. By forming this thermal expansion absorption part, it is possible to prevent the enclosing container from being deformed in a disorderly manner. It is possible to prevent a decrease in thermoelectric conversion efficiency and to obtain high reliability.
ここで、前記熱膨張吸収部は、前記封入容器に形成された溝である態様とすることができる。このように、封入容器に溝を形成し、この溝を熱膨張吸収部とすることにより、熱膨張吸収部を容易に形成することができる。 Here, the said thermal expansion absorption part can be made into the aspect which is the groove | channel formed in the said enclosure. Thus, a thermal expansion absorption part can be easily formed by forming a groove | channel in an enclosure and making this groove into a thermal expansion absorption part.
本発明に係る排熱回収装置によれば、封入容器に熱電変換素子が収容された封入容器の無秩序な変形を防止することにより、熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる。 According to the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention, by preventing disordered deformation of the encapsulated container in which the thermoelectric conversion element is accommodated in the encapsulated container, it is possible to prevent a decrease in thermoelectric conversion efficiency and thereby obtain high reliability. Can do.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図1は、本発明の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図2は、その側断面である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. FIG. 1 is a plan sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side section thereof.
図1および図2に示すように、排熱回収装置1には、4本の排気流路11が形成されている。4本の排気流路11には、本発明の熱源である図示しないエンジンが接続されており、エンジンから排出される排気ガスが流通し、図示しない触媒の方向に排出される。排気ガスは、排気流路11において矢印Fで示す方向に流通する。この矢印Fで示す方向の上流側にエンジンが配置され、下流側に触媒が配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust
各排気流路11には、それぞれ排気ガスに含まれる熱エネルギーを回収するためのフィン部材12が設けられている。フィン部材12は、伝熱部12Aとフィン本体12Bとを備えており、伝熱部12Aに複数のフィン本体12Bが取り付けられている。これらの伝熱部12Aと複数のフィン本体12Bとは押し出し成形などによって一体的に形成されている。
Each
また、フィン部材12における伝熱部12Aの側方には、本発明の熱電変換素子である熱電変換モジュール13が配設されている。熱電変換モジュール13は、いわゆるゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。この熱電変換モジュール13は、本発明の封入容器であるケース14に収容されており、フィン部材12の伝熱部12Aには、ケース14が接触している。このため、熱電変換モジュール13には、ケース14を介してフィン部材12からの熱が伝達される。
Moreover, the
熱電変換モジュール13は、図3に示すように、P型素子13AとN型素子13Bとが、排気流路11に沿って離間して交互に配置されており、P型素子13AとN型素子13Bとの間にN2ガス13Cが充填されている。また、隣接するP型素子13AとN型素子13Bとの間は、低温側(下側)または高温側(上側)で交互に電極13Dによって電気的に接続されている。具体的には、一番上流側のP型素子13Aとその下流側で隣接するN型素子13Bとが、低温側で電極13Dによって接続されており、そのN型素子13Bと、さらにその下流側に配置されたP型素子13Aとは、高温側で電極13Dによって接続されている。
As shown in FIG. 3, the
また、電極13Dの外側には、絶縁シート14Aが配設されており、その外側にケース14におけるケース本体14Bが配置されている。したがって、熱電変換モジュール13は、ケース本体14Bに対して絶縁された状態とされている。
An
ケース14におけるケース本体14Bには、図1に示すように、複数、本実施形態では4つの熱電変換モジュール13が収容されている。これらの複数の熱電変換モジュール13は、排気流路11の外側で排気流路11に沿って互いに離間して配置されている。また、ケース本体14Bにおける熱電変換モジュール13が収容されている部分の間では、ケース本体14Bの上面および下面にそれぞれ、本発明の熱膨張吸収部である溝14Cが形成されている。溝14Cは、図3に示すように、ケース本体14Bにおける横方向(排気流路11に直交する方向)に沿って直線状に形成された蛇腹状をなしている。ケース14が熱によって膨張する際には、ケース本体14Bにおける溝14Cの部分が変形して、熱膨張を吸収し、ケース14における無秩序な変形を防止している。
As shown in FIG. 1, a plurality of
さらに、ケース14におけるフィン部材12と接触する面の反対側の面には、モジュール冷却部材15が取り付けられており、モジュール冷却部材15には、冷却水路15Aが形成されている。また、モジュール冷却部材15における冷却水路15Aには、図示しない冷却液配管が接続され、冷却液配管は、ラジエータが接続されている。このラジエータから、冷却液配管を介してモジュール冷却部材15に冷却液が循環供給され、モジュール冷却部材15によって熱電変換モジュール13内の温度差を付けている。
Further, a
さらに、モジュール冷却部材15におけるフィン部材12と接触している面の反対側の面には、スプリング16が取り付けられている。スプリング16は、皿ばねからなり、モジュール冷却部材15をフィン部材12方向し付勢することにより、モジュール冷却部材15をフィン部材12に押し付けている。
Further, a
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置においては、エンジンから排出された排気ガスが排気流路11を流通する。排気ガスが排気流路11を流通する際、排気ガスがフィン部材12におけるフィン本体12Bに接触し、排気ガスに含まれる熱がフィン本体12Bから伝熱部12Aを介して熱電変換モジュール13に伝達される。熱電変換モジュール13では、フィン部材12が接触している面の反対側がモジュール冷却部材15で冷却されることにより、ゼーベック効果を利用した熱電変換が行われる。こうして、排気ガス中に含まれる熱が回収される。
In the exhaust heat recovery apparatus according to the present embodiment having the above-described configuration, the exhaust gas exhausted from the engine flows through the
排気ガスに含まれる熱を回収するにあたり、熱電変換モジュール13には、熱が伝達されることから、熱電変換モジュール13の温度は上昇する。この温度上昇に伴い、熱電変換モジュール13の温度が上昇し、さらにはケース14の温度も上昇する。また、排気ガスの熱が直接ケース14に伝達されることによっても、ケース14の温度が上昇する。ケース14の温度が上昇すると、ケース14に変形が生じ、この変形が無秩序に生じると、フィン部材12、熱電変換モジュール13、およびモジュール冷却部材15の間で熱の伝達が悪くなり、熱電変換効率が低下することが懸念される。
When recovering the heat contained in the exhaust gas, the heat is transferred to the
この点、本実施形態に係る排熱回収装置においては、ケース14に溝14Cが形成されている。この溝14Cが形成されていることにより、ケース14に伝達された熱によってケース14が変形する際には、まず溝14Cが変形する。このため、ケース14におけるフィン部材12、熱電変換モジュール13、およびモジュール冷却部材15との接触部位における変形を防止している。したがって、フィン部材12からの熱電変換モジュール13に対して熱を円滑に伝達することができるので、熱電変換効率を低下させないようにすることができる。
In this regard, in the exhaust heat recovery apparatus according to the present embodiment, a
なお、上記の実施形態では、ケース14として、ケース本体14Bに熱膨張吸収部として溝14Cを形成したものを用いているが、この溝14Cを形成していない、矩形のケースに複数の熱電変換モジュールを収容した排熱回収装置とすることもできる。この排熱回収装置では、複数のフィン部材に対して、それぞれケースに収容された熱電変換モジュールを取り付ける場合と比較すると、ケースの壁の数(熱が伝達される壁断面)を少なくすることができる。したがって、熱電変換モジュール以外に伝達される熱を少なくすることができるので、熱電変換効率の向上に寄与することができる。また、熱電変換モジュールを排熱回収装置として組み付ける際の組付性が向上し、その組み付けを容易なものとすることができる。
In the above-described embodiment, the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ケースにおいて、熱電変換モジュールの間のすべてに溝を設けているが、この一部のみに溝を形成する態様とすることもできる。また、上記実施形態では、ケースに4つの熱電変換モジュールを収容しているが、その他の数の熱電変換モジュールを収容する態様とすることもできる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the groove is provided in the case between the thermoelectric conversion modules. However, the groove may be formed only in a part of the groove. Moreover, in the said embodiment, although the four thermoelectric conversion modules are accommodated in the case, it can also be set as the aspect which accommodates another number of thermoelectric conversion modules.
1…排熱回収装置、11…排気流路、12…フィン部材、12A…伝熱部、12B…フィン本体、13…熱電変換モジュール、13A…P型素子、13B…N型素子、14…ケース、14A…絶縁シート、14B…ケース本体、14C…溝、15…モジュール冷却部材、16…スプリング。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数の熱電変換素子を収容する封入容器を備え、
前記封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されていることを特徴とする排熱回収装置。 A plurality of thermoelectric conversion elements that generate electricity by thermoelectric conversion using heat of gas that flows from the heat source and flows through the flow path, and the plurality of thermoelectric conversion elements are arranged apart from each other outside the gas flow path In the exhausted heat recovery device,
An enclosure for housing the plurality of thermoelectric conversion elements;
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein a thermal expansion absorbing portion that absorbs deformation due to thermal expansion is formed in the sealed container.
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