JP2007236122A - Thermoelectric power generating device - Google Patents

Thermoelectric power generating device Download PDF

Info

Publication number
JP2007236122A
JP2007236122A JP2006055333A JP2006055333A JP2007236122A JP 2007236122 A JP2007236122 A JP 2007236122A JP 2006055333 A JP2006055333 A JP 2006055333A JP 2006055333 A JP2006055333 A JP 2006055333A JP 2007236122 A JP2007236122 A JP 2007236122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchange
heat
thermoelectric
members
fixing member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006055333A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5040124B2 (en
Inventor
Shoichi Iwamoto
昭一 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006055333A priority Critical patent/JP5040124B2/en
Publication of JP2007236122A publication Critical patent/JP2007236122A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5040124B2 publication Critical patent/JP5040124B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generating device in which the quantity of power generation can be prevented from deteriorating due to deformation. <P>SOLUTION: The thermoelectric power generating device 3 comprises, a plurality of heat exchange members 22, 23 and 24 having endothermic fins 22c, 23c and 24c for collecting heat from a heating medium and the case portions 22b, 23b and 24b of the endothermic fins and arranged in the flow direction of the heating medium, a thermoelectric power generating section 40 for generating power by utilizing the heat collected by the heat exchange members, a first fixing member 21 arranged on the upstream side of the heating medium in the flow direction for the plurality of heat exchange members, a second fixing member 25 arranged on the downstream side of the heating medium in the flow direction for the plurality of heat exchange members, and fixing means 27 and 30 for making the first fixing member and the second fixing member press the heat exchange members. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、高温の熱媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換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 that converts thermal energy of a high-temperature heat medium into electrical energy.

従来の熱電発電装置としては、例えば特許文献1に記載されているように、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行うものが知られている。特許文献1では、排気通路の一部となる管部材の内部に多数の集熱板を並べて配置することでユニットを形成し、このようなユニットを複数個つなげることで熱電発電装置が構成されている。管部材の外面には熱電発電部が配置されており、集熱板から熱の供給を受けて発電が行われる。なお、管部材のそれぞれの両端にはボルト穴を有するフランジが形成されており、フランジを重ね合わせてボルト止めすることにより、複数のユニットが互いに固定されている。   As a conventional thermoelectric power generation device, for example, as described in Patent Document 1, a device that generates electric power by converting thermal energy of exhaust gas into electric energy is known. In Patent Document 1, a unit is formed by arranging a large number of heat collecting plates side by side inside a pipe member that is a part of an exhaust passage, and a thermoelectric power generator is configured by connecting a plurality of such units. Yes. A thermoelectric power generation unit is disposed on the outer surface of the tube member, and power is generated by receiving heat from the heat collecting plate. Note that flanges having bolt holes are formed at both ends of the pipe member, and the plurality of units are fixed to each other by overlapping the flanges and bolting.

上述した熱電発電装置の構造では、熱電発電装置を構成する各部材は複数種類の材料を用いて構成されているため、温度変化の大きい環境で熱電発電装置を使用することができない。即ち、温度変化の大きい環境では、熱電発電装置を構成する各部材の熱膨張差が大きいため、各部材には過大な応力が作用し、各部材の熱変形が大きい。このため、管部材と熱電発電部との密着が損なわれてしまい、熱電発電部の発電量が低下してしまう。また、各部材には熱膨張差に起因して過大な応力が作用し、熱電発電装置の耐久性が低下してしまう、という問題がある。よって、上述した熱電発電装置は、熱膨張差があまり問題とならない温度変化の小さな環境でしか使用することができない。
特開2002−199762号公報
In the above-described structure of the thermoelectric power generation device, each member constituting the thermoelectric power generation device is configured using a plurality of types of materials, and thus the thermoelectric power generation device cannot be used in an environment with a large temperature change. That is, in an environment where the temperature change is large, each member constituting the thermoelectric power generation apparatus has a large difference in thermal expansion. Therefore, excessive stress acts on each member, and thermal deformation of each member is large. For this reason, the adhesion between the tube member and the thermoelectric power generation unit is impaired, and the power generation amount of the thermoelectric power generation unit is reduced. Further, there is a problem that excessive stress acts on each member due to a difference in thermal expansion, and the durability of the thermoelectric power generator is lowered. Therefore, the above-described thermoelectric generator can be used only in an environment with a small temperature change in which the difference in thermal expansion is not a problem.
JP 2002-199762 A

しかしながら、温度変化の大きい環境で熱電発電装置を使用する要求がある。例えば、自動車であればエキゾーストマニホールド直下に熱電発電装置を配置することが考えられる。このように温度変化の大きい環境で熱電発電装置を使用する場合には、熱変形に起因する発電量の低下や耐久性の低下を如何に防止するかが問題となる。   However, there is a need to use a thermoelectric generator in an environment with a large temperature change. For example, in the case of an automobile, it is conceivable to dispose a thermoelectric power generator directly under the exhaust manifold. When the thermoelectric generator is used in such an environment with a large temperature change, it is a problem how to prevent a decrease in the amount of power generation and a decrease in durability due to thermal deformation.

そこで、本発明は、熱変形に起因する発電量の低下を抑制することが可能な熱電発電装置を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the thermoelectric power generator which can suppress the fall of the electric power generation amount resulting from a thermal deformation.

上述した目的を達成するために、本発明に係る熱電発電装置は、熱媒体から熱を回収する吸熱フィンと、当該吸熱フィンのケース部とを有し、熱媒体の流れ方向に並べて配置された複数の熱交換部材と、熱交換部材により回収された熱を利用して発電を行う熱電発電部と、複数の熱交換部材に対して熱媒体の流れ方向の上流側に配置された第1固定部材と、複数の熱交換部材に対して熱媒体の流れ方向の下流側に配置された第2固定部材と、第1固定部材及び第2固定部材に熱交換部材を押圧させる固定手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a thermoelectric generator according to the present invention has a heat absorption fin that recovers heat from a heat medium and a case portion of the heat absorption fin, and is arranged side by side in the flow direction of the heat medium. A plurality of heat exchange members, a thermoelectric generator that generates electricity using heat recovered by the heat exchange members, and a first fixed disposed upstream of the plurality of heat exchange members in the flow direction of the heat medium. A member, a second fixing member disposed on the downstream side in the flow direction of the heat medium with respect to the plurality of heat exchange members, and a fixing unit that presses the heat exchange member against the first fixing member and the second fixing member. It is characterized by providing.

この構成によれば、熱媒体の流れる方向に積層して配置された複数の熱交換部材は、第1固定部材及び第2固定部材により押圧されて固定される。ここで、熱媒体から回収する熱により熱交換部材のそれぞれは熱変形するが、複数の熱交換部材が並べられた構造となっているため、一つの熱交換部材の熱変形が隣接する熱交換部材に伝達されない。よって、熱交換部材の熱変形に起因して熱電発電部の発電効率が低下することを抑制するとともに、熱電発電装置の耐久性を向上することができる。   According to this configuration, the plurality of heat exchange members that are stacked in the direction in which the heat medium flows are pressed and fixed by the first fixing member and the second fixing member. Here, each of the heat exchange members is thermally deformed by the heat recovered from the heat medium. However, since the heat exchange member has a structure in which a plurality of heat exchange members are arranged, the heat exchange of one heat exchange member is adjacent to the heat exchange. Not transmitted to the member. Therefore, it can suppress that the power generation efficiency of a thermoelectric power generation part falls due to the thermal deformation of a heat exchange member, and can improve the endurance of a thermoelectric power generator.

上述した熱電発電装置において、固定手段は、熱交換部材の中央を通過して第1固定部材及び第2固定部材と係合し、第1固定部材及び第2固定部材に熱交換部材を押圧させる部材を有することが好ましい。この構成によれば、熱交換部材の中央を通過する部材が第1固定部材及び第2固定部材に熱交換部材を押圧させるため、第1固定部材及び第2固定部材は熱交換部材を各位置において均一な力で押圧し、良好に熱交換部材を固定することができる。   In the above-described thermoelectric generator, the fixing means passes through the center of the heat exchange member, engages with the first fixing member and the second fixing member, and causes the first fixing member and the second fixing member to press the heat exchange member. It is preferable to have a member. According to this configuration, since the member passing through the center of the heat exchange member causes the first fixing member and the second fixing member to press the heat exchange member, each of the first fixing member and the second fixing member positions the heat exchange member at each position. The heat exchange member can be fixed well by pressing with a uniform force.

上述した熱電発電装置は、第1固定部材及び第2固定部材による熱交換部材の押圧に応じて変形するバネ部材をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、熱交換部材に熱変形が生じても、その熱変形はバネ部材の変形により吸収されるため、安定した力で熱交換部材を押圧することができる。よって、熱交換部材の熱変形に起因して熱電発電部の発電効率が低下することを抑制するとともに、熱電発電装置の耐久性を向上することができる。   It is preferable that the thermoelectric power generator described above further includes a spring member that is deformed in response to pressing of the heat exchange member by the first fixing member and the second fixing member. According to this configuration, even if thermal deformation occurs in the heat exchange member, the thermal deformation is absorbed by the deformation of the spring member, and thus the heat exchange member can be pressed with a stable force. Therefore, it can suppress that the power generation efficiency of a thermoelectric power generation part falls due to the thermal deformation of a heat exchange member, and can improve the endurance of a thermoelectric power generator.

上述した熱電発電装置において、固定手段は、熱媒体のバイパス通路が内部に形成されると共に第1固定部材及び第2固定部材と係合し、第1固定部材及び第2固定部材に熱交換部材を押圧させる部材を有することが好ましい。この構成によれば、第1固定部材及び第2固定部材に熱交換部材を押圧させる部材には、熱媒体のバイパス通路が内部に形成されている。よって、バイパス通路を有する熱電発電装置の構造を簡略化して、熱電発電装置をコンパクトにすることができる。   In the above-described thermoelectric generator, the fixing means has a heat medium bypass passage formed therein and engages with the first fixing member and the second fixing member, and the first fixing member and the second fixing member are heat exchange members. It is preferable to have a member that presses. According to this configuration, the heat medium bypass passage is formed inside the member that presses the heat exchange member against the first fixing member and the second fixing member. Therefore, the structure of the thermoelectric generator having the bypass passage can be simplified and the thermoelectric generator can be made compact.

上述した熱電発電装置は、熱交換部材の位置決めを行うための位置決め手段を、さらに備えることが好ましい。この構成によれば、位置決め手段により熱交換部材の位置が調整されるため、熱交換部材を所望の位置に配置することができる。   It is preferable that the thermoelectric power generator described above further includes positioning means for positioning the heat exchange member. According to this configuration, since the position of the heat exchange member is adjusted by the positioning means, the heat exchange member can be disposed at a desired position.

上述した熱電発電装置において、複数の熱交換部材の少なくとも1つは、他の熱交換部材と異なる材料で構成されていることが好ましい。この構成によれば、複数の熱交換部材の少なくとも1つが、他の熱交換部材と異なる材料で構成されている。即ち、既述のとおり熱電発電装置は複数の熱交換部材が並べて配置された構造となっているため、熱交換部材のそれぞれを所望の材料で構成することができる。   In the above-described thermoelectric generator, at least one of the plurality of heat exchange members is preferably made of a material different from that of the other heat exchange members. According to this configuration, at least one of the plurality of heat exchange members is made of a material different from that of the other heat exchange members. That is, since the thermoelectric generator has a structure in which a plurality of heat exchange members are arranged side by side as described above, each of the heat exchange members can be made of a desired material.

上述した熱電発電装置において、熱交換部材のケース部において吸熱フィンと反対側の位置に熱電発電部が配置されており、熱電発電部がケース部に接触する面積よりも、吸熱フィンがケース部に設けられる面積のほうが大きいことが好ましい。この構成によれば、熱電発電部がケース部に接触する面積よりも吸熱フィンがケース部に設けられる面積の方が大きいため、吸熱フィンにより回収された熱を熱電発電部に十分に供給することができ、熱電発電部の発電効率を向上することができる。   In the thermoelectric generator described above, the thermoelectric power generation unit is disposed at a position opposite to the heat absorption fin in the case part of the heat exchange member, and the heat absorption fin is in the case part than the area where the thermoelectric power generation unit contacts the case part. It is preferable that the provided area is larger. According to this configuration, since the area where the heat absorption fin is provided in the case portion is larger than the area where the thermoelectric generation portion contacts the case portion, the heat recovered by the heat absorption fin is sufficiently supplied to the thermoelectric generation portion. And the power generation efficiency of the thermoelectric power generation unit can be improved.

上述した熱電発電装置において、熱交換部材は、複数の板状部材を積層して構成されていることが好ましい。この構成によれば、板状部材は比較的に容易に加工できるため、熱電発電装置を容易に製造することができる。   In the thermoelectric generator described above, the heat exchange member is preferably configured by laminating a plurality of plate-like members. According to this configuration, since the plate-like member can be processed relatively easily, the thermoelectric generator can be easily manufactured.

上述した熱電発電装置において、上流側の板状部材の吸熱フィンエレメントに対して、下流側の板状部材の吸熱フィンエレメントは周方向にずらされており、吸熱フィンに段差が形成されていることが好ましい。この構成によれば、吸熱フィンに段差が形成されるため、吸熱フィンにより回収される熱媒体の熱量を増加させることができる。   In the above-described thermoelectric generator, the endothermic fin element of the downstream plate member is shifted in the circumferential direction with respect to the endothermic fin element of the upstream plate member, and a step is formed in the endothermic fin. Is preferred. According to this configuration, since the step is formed in the heat sink fin, the amount of heat of the heat medium recovered by the heat sink fin can be increased.

上述した熱電発電装置において、複数の板状部材の少なくとも1つは、他の板状部材と異なる材料で構成されていることが好ましい。この構成によれば、複数の板状部材の少なくとも1つが、他の板状部材と異なる材料で構成されている。即ち、既述のとおり熱交換部材は複数の板状部材が積層された構造となっているため、板状部材のそれぞれを所望の材料で構成することができる。   In the thermoelectric generator described above, it is preferable that at least one of the plurality of plate-like members is made of a material different from other plate-like members. According to this configuration, at least one of the plurality of plate-like members is made of a material different from that of the other plate-like members. That is, since the heat exchange member has a structure in which a plurality of plate-like members are laminated as described above, each of the plate-like members can be made of a desired material.

上述した熱電発電装置において、上流側の熱交換部材において所定位置を流れた熱媒体が、下流側の熱交換部材において熱電発電部に対して相対的に異なる位置を流れるように構成されていることが好ましい。この構成によれば、上流側の熱交換部材において所定位置を流れた熱媒体が、下流側の熱交換部材において相対的に異なる位置を流れるように構成されているため、上流側の熱交換部材においてあまり吸熱されなかった比較的に高温の熱媒体を、下流側の熱交換部材において熱電発電部に近い位置に流すことができ、熱電発電部の発電量を向上することができる。   In the above-described thermoelectric generator, the heat medium that has flown through the predetermined position in the upstream heat exchange member is configured to flow in a position that is relatively different from the thermoelectric power generation unit in the downstream heat exchange member. Is preferred. According to this configuration, the heat medium that has flowed through the predetermined position in the upstream heat exchange member is configured to flow in a relatively different position in the downstream heat exchange member, so the upstream heat exchange member The relatively high-temperature heat medium that has not absorbed much heat in the step can be passed to a position close to the thermoelectric power generation unit in the downstream heat exchange member, and the power generation amount of the thermoelectric power generation unit can be improved.

上述した熱電発電装置において、上流側の熱交換部材の吸熱フィンと下流側の熱交換部材の吸熱フィンとの間には、前記熱媒体の流れ方向に対して傾斜が付けられており、熱媒体の流れる位置を変えるプレートが配置されていることが好ましい。この構成によれば、上流側の吸熱フィンと下流側の吸熱フィンとの間に配置されたプレートにより熱媒体の流れる位置が変更されるため、上流側の熱交換部材においてあまり吸熱されなかった比較的に高温の熱媒体を、下流側の熱交換部材において熱電発電部に近い位置に流すことができ、熱電発電部の発電量を向上することができる。   In the above-described thermoelectric generator, an inclination is given to the flow direction of the heat medium between the heat absorption fin of the upstream heat exchange member and the heat absorption fin of the downstream heat exchange member. It is preferable that a plate for changing the position where the air flows is disposed. According to this configuration, the position where the heat medium flows is changed by the plate disposed between the upstream endothermic fin and the downstream endothermic fin, so that the heat exchange member on the upstream side does not absorb much heat. In particular, a high-temperature heat medium can be flowed to a position close to the thermoelectric power generation unit in the downstream heat exchange member, and the power generation amount of the thermoelectric power generation unit can be improved.

上述した熱電発電装置において、上流側の熱交換部材の取付け面に対して、下流側の熱交換部材の取付け面は、周方向にずれた位置に設けられていることが好ましい。この構成によれば、上流側の熱交換部材の取付け面に対して、下流側の熱交換部材の取付け面は、周方向にずれた位置に設けられているため、上流側の熱交換部材においてあまり吸熱されなかった比較的に高温の熱媒体を、下流側の熱交換部材において熱電発電部に近い位置に流すことができ、熱電発電部の発電量を向上することができる。   In the thermoelectric generator described above, it is preferable that the attachment surface of the downstream heat exchange member is provided at a position shifted in the circumferential direction with respect to the attachment surface of the upstream heat exchange member. According to this configuration, the mounting surface of the downstream heat exchange member is provided at a position shifted in the circumferential direction with respect to the mounting surface of the upstream heat exchange member. A relatively high-temperature heat medium that has not absorbed much heat can be flowed to a position close to the thermoelectric power generation unit in the downstream heat exchange member, and the power generation amount of the thermoelectric power generation unit can be improved.

上述した熱電発電装置において、上流側の熱交換部材の吸熱フィンと下流側の熱交換部材の吸熱フィンとの間には、熱媒体が流入する上流側開口と熱媒体が流出する下流側開口とが異なる位置に設けられている管状部材が配置されていることが好ましい。この構成によれば、上流側の熱交換部材の吸熱フィンと下流側の熱交換部材の吸熱フィンとの間に配置された管状部材により、熱媒体の流れる位置が変更されるため、上流側の熱交換部材においてあまり吸熱されなかった比較的に高温の熱媒体を、下流側の熱交換部材において熱電発電部に近い位置に流すことができ、熱電発電部の発電量を向上することができる。   In the thermoelectric generator described above, an upstream opening through which the heat medium flows and a downstream opening through which the heat medium flows out are disposed between the heat absorbing fins of the upstream heat exchange member and the heat absorbing fins of the downstream heat exchange member. It is preferable that tubular members provided at different positions are arranged. According to this configuration, the position where the heat medium flows is changed by the tubular member disposed between the heat absorption fin of the upstream heat exchange member and the heat absorption fin of the downstream heat exchange member. A relatively high-temperature heat medium that has not absorbed much heat in the heat exchange member can be flowed to a position close to the thermoelectric power generation unit in the downstream heat exchange member, and the power generation amount of the thermoelectric power generation unit can be improved.

本発明に係る熱電発電装置によれば、熱変形に起因する発電効率の低下を抑制することができる。   According to the thermoelectric generator according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency due to thermal deformation.

以下、図面を参照して、本発明の熱電発電装置に係る好適な実施形態について説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to a thermoelectric generator of the invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る熱電発電装置を備えた熱電発電システムを示す概略構成図である。同図において、熱電発電システム1は、自動車等の車両の排気系に配設されるものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a thermoelectric power generation system including a thermoelectric power generation apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, a thermoelectric power generation system 1 is disposed in an exhaust system of a vehicle such as an automobile.

熱電発電システム1は、エンジンのエキゾーストマニホールド2と接続された高温用の熱電発電装置3と、この熱電発電装置3に排気管4及び触媒5を介して接続された低温用の熱電発電装置6とを備えている。熱電発電装置6における触媒5の反対側には、マフラー7が接続されている。熱電発電装置3,6は、エンジンから排出される熱媒体である排気ガスの熱を利用して発電を行う装置である。熱電発電装置3は、熱回収流路8及びバイパス流路9を有している。熱電発電装置3よりも排気ガス流れ方向の上流側位置には、熱回収流路8とバイパス流路9とを切り換える排気ガス通路切換バルブ10が配置されている。   The thermoelectric power generation system 1 includes a high temperature thermoelectric generator 3 connected to an engine exhaust manifold 2, and a low temperature thermoelectric generator 6 connected to the thermoelectric generator 3 via an exhaust pipe 4 and a catalyst 5. It has. A muffler 7 is connected to the opposite side of the catalyst 5 in the thermoelectric generator 6. The thermoelectric generators 3 and 6 are devices that generate power using the heat of exhaust gas that is a heat medium discharged from the engine. The thermoelectric generator 3 has a heat recovery channel 8 and a bypass channel 9. An exhaust gas passage switching valve 10 that switches between the heat recovery passage 8 and the bypass passage 9 is disposed upstream of the thermoelectric generator 3 in the exhaust gas flow direction.

排気ガス通路切換バルブ10によってバイパス流路9が選択された場合には、エンジンからの排気ガスは、バイパス流路9を通り、更に触媒5を通過して熱電発電装置6に取り込まれる。そして、その排気ガスの熱が熱電発電装置6により熱回収され、発電が行われる。一方、排気ガス通路切換バルブ10によって熱回収流路8が選択された場合には、エンジンからの排気ガスが熱回収流路8を通り、排気ガスの熱が熱電発電装置3により熱回収され、発電が行われる。その後、残った排気ガスが触媒5を通って熱電発電装置6に取り込まれ、その排気ガスの熱が熱電発電装置6により熱回収される。熱電発電装置3,6により得られた電気は、図示はしないが、DC−DCコンバータで電圧変換された後、バッテリー等に蓄えられる。   When the bypass passage 9 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10, the exhaust gas from the engine passes through the bypass passage 9, further passes through the catalyst 5, and is taken into the thermoelectric generator 6. Then, the heat of the exhaust gas is recovered by the thermoelectric generator 6 to generate power. On the other hand, when the heat recovery passage 8 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10, the exhaust gas from the engine passes through the heat recovery passage 8, and the heat of the exhaust gas is recovered by the thermoelectric generator 3, Power generation is performed. Thereafter, the remaining exhaust gas is taken into the thermoelectric generator 6 through the catalyst 5, and the heat of the exhaust gas is recovered by the thermoelectric generator 6. Electricity obtained by the thermoelectric generators 3 and 6 is stored in a battery or the like after being voltage-converted by a DC-DC converter (not shown).

なお、通常は排気ガス通路切換バルブ10によって熱回収流路8が選択され、熱電発電装置3により発電が行われる。但し、エンジンの低負荷運転時には排気ガス通路切換バルブ10によってバイパス流路9が選択され、触媒5の温度が活性温度まで上昇するまで保持される。また、排気ガスの温度が熱電発電素子の使用限界を超える場合には、排気ガス通路切換バルブ10によってバイパス流路9が選択される。また、熱電発電装置3における排気ガスの圧力損失が問題となる場合には、排気ガス通路切換バルブ10によってバイパス流路9が選択される。   Normally, the heat recovery passage 8 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10 and power is generated by the thermoelectric generator 3. However, when the engine is operating at a low load, the bypass passage 9 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10 and is maintained until the temperature of the catalyst 5 rises to the activation temperature. Further, when the temperature of the exhaust gas exceeds the use limit of the thermoelectric power generation element, the bypass passage 9 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10. Further, when the pressure loss of the exhaust gas in the thermoelectric generator 3 becomes a problem, the bypass passage 9 is selected by the exhaust gas passage switching valve 10.

図2は、第1実施形態に係る熱電発電装置3の外観を示す斜視図である。図2において手前側が熱電発電装置3の上流側の一端であり、エキゾーストマニホールド2に接続されている。熱電発電装置3の上流側の一端には開口3aが形成されており、この開口3aから熱電発電装置3の内部の熱回収流路8に排気ガスが流入する。また、熱電発電装置3の上流側の一端の中央には開口3bが形成されており、この開口3bから熱電発電装置3の内部のバイパス流路9に排気ガスが流入する。一方、図2において奥側が熱電発電装置3の下流側の一端であり、排気管4に接続されている。熱電発電装置3の下流側の一端の中央には開口3c(図5参照)が形成されており、この開口3cを通って熱電発電装置3の内部から排気ガスが流出する。   FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the thermoelectric generator 3 according to the first embodiment. In FIG. 2, the front side is one end on the upstream side of the thermoelectric generator 3, and is connected to the exhaust manifold 2. An opening 3 a is formed at one end on the upstream side of the thermoelectric generator 3, and exhaust gas flows from the opening 3 a into the heat recovery flow path 8 inside the thermoelectric generator 3. An opening 3 b is formed at the center of one end on the upstream side of the thermoelectric generator 3, and the exhaust gas flows into the bypass channel 9 inside the thermoelectric generator 3 from this opening 3 b. On the other hand, the back side in FIG. 2 is one end on the downstream side of the thermoelectric generator 3 and is connected to the exhaust pipe 4. An opening 3c (see FIG. 5) is formed at the center of one end on the downstream side of the thermoelectric generator 3, and exhaust gas flows out of the thermoelectric generator 3 through the opening 3c.

以下の説明では、熱電発電装置3の手前側から奥側へ進む方向を、排気ガスの流れ方向と呼ぶ。また、熱電発電装置3の中心線Cを中心として角度が変化する方向を周方向と呼び、その中心線Cから熱電発電装置3の外側に向かう方向を径方向と呼ぶ。より詳細な理解のために、図2において排気ガス流れ方向(III)から見た熱電発電装置3を図3に示し、図2の排気ガス流れ方向と直行する側方(IV)から見た熱電発電装置3を図4に示す。また、図3におけるV−V断面を図5に示し、VI−VI断面を図6に示し、図4におけるVII−VII断面を図7に示す。   In the following description, the direction from the near side to the far side of the thermoelectric generator 3 is referred to as the exhaust gas flow direction. In addition, a direction in which the angle changes around the center line C of the thermoelectric generator 3 is referred to as a circumferential direction, and a direction from the center line C toward the outside of the thermoelectric generator 3 is referred to as a radial direction. For a more detailed understanding, FIG. 3 shows the thermoelectric generator 3 viewed from the exhaust gas flow direction (III) in FIG. 2, and the thermoelectric generator viewed from the side (IV) orthogonal to the exhaust gas flow direction of FIG. The power generator 3 is shown in FIG. Moreover, the VV cross section in FIG. 3 is shown in FIG. 5, the VI-VI cross section is shown in FIG. 6, and the VII-VII cross section in FIG. 4 is shown in FIG.

図8は、熱電発電装置3から熱電モジュール40、冷却ケース50及びそれらを固定する部材60等を取り外して示した斜視図である。図8に示されるように、熱電発電装置本体20の外周には、平面状の取付け面22a,23a,24aが複数形成されており、それぞれの取付け面22a,23a,24aに熱電モジュール40が密着した状態で取り付けられるようになっている。取付け面22a,23a,24aは、排気ガスの流れ方向のある位置において周方向に60°間隔で6つ形成されており、さらにこのような6つの取付け面22a,23a,24aが排気ガスの流れ方向に3段連続して形成されている。   FIG. 8 is a perspective view showing the thermoelectric generator 40 with the thermoelectric module 40, the cooling case 50, the member 60 for fixing them, and the like removed. As shown in FIG. 8, a plurality of flat mounting surfaces 22a, 23a, and 24a are formed on the outer periphery of the thermoelectric generator main body 20, and the thermoelectric module 40 is in close contact with each of the mounting surfaces 22a, 23a, and 24a. It is designed to be installed in the Six attachment surfaces 22a, 23a, and 24a are formed at intervals of 60 ° in the circumferential direction at a certain position in the exhaust gas flow direction, and further, such six attachment surfaces 22a, 23a, and 24a flow in the exhaust gas flow. It is formed in three steps in the direction.

図9は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電部として構成された熱電モジュール40の内部構造を示す断面図である。図9に示されるように、熱電モジュール40のケース41の内部には、複数の熱電変換素子42が配置される空間が形成されている。ここで、ケース41の内部空間には、熱電変換素子42が高温時に酸化されないように不活性ガス(例えば窒素)が充填され、外気が遮断されている。熱電モジュール40のケース41は、取付け面22a,23a,24a側の高温側端面41aと、取付け面22a,23a,24a側とは反対側(冷却ケース50側)の低温側端面41bとを有し、内部空間には高温側端面41a及び低温側端面41bに密接して絶縁板43が配置されている。さらに、絶縁板43に密接して電極44が配置されており、それらの電極44の間に複数の熱電変換素子42(例えばBi2Te3等からなるp型半導体及びn型半導体)が配置されている。熱電変換素子42は、両端面41a,41b間に生じる温度差に応じて、ゼーベック効果により起電力を発生させる。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing the internal structure of a thermoelectric module 40 configured as a thermoelectric power generation unit that converts thermal energy into electrical energy. As shown in FIG. 9, a space in which a plurality of thermoelectric conversion elements 42 are arranged is formed inside the case 41 of the thermoelectric module 40. Here, the internal space of the case 41 is filled with an inert gas (for example, nitrogen) so that the thermoelectric conversion element 42 is not oxidized at a high temperature, and the outside air is shut off. The case 41 of the thermoelectric module 40 has a high temperature side end surface 41a on the mounting surface 22a, 23a, 24a side and a low temperature side end surface 41b on the opposite side (cooling case 50 side) to the mounting surface 22a, 23a, 24a side. In the internal space, an insulating plate 43 is disposed in close contact with the high temperature side end surface 41a and the low temperature side end surface 41b. Furthermore, an electrode 44 is disposed in close contact with the insulating plate 43, and a plurality of thermoelectric conversion elements 42 (for example, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor made of Bi 2 Te 3 or the like) are disposed between the electrodes 44. The thermoelectric conversion element 42 generates an electromotive force by the Seebeck effect according to the temperature difference generated between the both end faces 41a and 41b.

図10に示されるように、熱電モジュール40は、樹脂製のモジュールステー39に嵌められてから、取付け面22a,23a,24aに取り付けられる。モジュールステー39は、熱電モジュール40の外形に合わせて形成された略矩形形状の枠部材であり、互いに反対にある2辺の中央には位置決め用の貫通穴39a,39bが形成されている。一方、取付け面22a,23a,24aは、熱電モジュール40の外形に合わせて形成された略矩形形状の平面であり、取付け面22a,23a,24aの近傍には、モジュールステー39の貫通穴39a,39bに対応して位置決め部材であるピン32が圧入して固定されている。モジュールステー39の貫通穴39a,39bのそれぞれが取付け面22a,23a,24aの近傍に配置されたピン32に嵌め込まれることにより、熱電モジュール40が取付け面22a,23a,24a上で位置決めされる。なお、貫通穴の一方39aはピン32とほぼ同径であるが、貫通穴39aの他方39bは長穴となっている。これにより、各部材の熱膨張差により生じる寸法変化を許容している。     As shown in FIG. 10, the thermoelectric module 40 is attached to the attachment surfaces 22 a, 23 a, and 24 a after being fitted to the resin module stay 39. The module stay 39 is a substantially rectangular frame member formed according to the outer shape of the thermoelectric module 40, and positioning through holes 39a and 39b are formed at the centers of two sides opposite to each other. On the other hand, the attachment surfaces 22a, 23a, 24a are substantially rectangular planes formed in accordance with the outer shape of the thermoelectric module 40, and in the vicinity of the attachment surfaces 22a, 23a, 24a, through holes 39a, Corresponding to 39b, a pin 32 as a positioning member is press-fitted and fixed. Each of the through holes 39a and 39b of the module stay 39 is fitted into the pin 32 disposed in the vicinity of the mounting surfaces 22a, 23a, and 24a, whereby the thermoelectric module 40 is positioned on the mounting surfaces 22a, 23a, and 24a. One of the through holes 39a has substantially the same diameter as the pin 32, but the other 39b of the through hole 39a is a long hole. Thereby, the dimensional change produced by the thermal expansion difference of each member is permitted.

図11には、図8の一部が拡大して示されている。図11に示されるように、熱電モジュール40の端には、リード端子45が接続され、その接続部位は絶縁体でなるカバー46で覆われる。熱電モジュール40の低温側端面41bに密接して冷却ケース50A,50B,50Cが配置される。冷却ケース50A〜50Cは熱電モジュール40を冷却するための冷却部材であり、冷却ケース50A〜50Cの内部には冷却水が通る冷却水通路が形成されている。最上流側に位置する冷却ケース50Aの冷却水通路及び最下流側に位置する冷却ケース50Cの冷却水通路は、冷却水管51,54を介してラジエータ(図示せず)に繋がっており、隣接する冷却ケース50A〜50Cの冷却水通路どうしが冷却水管52,53を介して互いに繋がっている。これにより、冷却ケース50A〜50Cの内部には、冷却水管51〜54及びラジエータを介して冷却水が循環するようになる。なお、隣接する冷却ケース50A〜50Cを接続する冷却水管52,53は、例えばなまし銅やアルミニウムなどの軟質な材料で形成することで、隣接する冷却ケース50A〜Cの位置が相対的に変化することを可能とし、各冷却ケース50の動きを自由にしている。これにより、各部材の熱膨張差により生じる寸法変化を許容している。また、隣接する冷却ケース50を接続する冷却水管は、ゴムホースや蛇腹管などを用いてもよい。   FIG. 11 shows an enlarged part of FIG. As shown in FIG. 11, the lead terminal 45 is connected to the end of the thermoelectric module 40, and the connection portion is covered with a cover 46 made of an insulator. Cooling cases 50 </ b> A, 50 </ b> B, and 50 </ b> C are arranged in close contact with the low temperature side end surface 41 b of the thermoelectric module 40. The cooling cases 50A to 50C are cooling members for cooling the thermoelectric module 40, and cooling water passages through which the cooling water passes are formed inside the cooling cases 50A to 50C. The cooling water passage of the cooling case 50A located on the most upstream side and the cooling water passage of the cooling case 50C located on the most downstream side are connected to a radiator (not shown) via cooling water pipes 51 and 54 and are adjacent to each other. The cooling water passages of the cooling cases 50 </ b> A to 50 </ b> C are connected to each other via cooling water pipes 52 and 53. Thereby, cooling water circulates through the cooling water pipes 51 to 54 and the radiator inside the cooling cases 50A to 50C. In addition, the cooling water pipes 52 and 53 connecting the adjacent cooling cases 50A to 50C are formed of a soft material such as annealed copper or aluminum, so that the positions of the adjacent cooling cases 50A to 50C change relatively. The cooling case 50 can be freely moved. Thereby, the dimensional change produced by the thermal expansion difference of each member is permitted. Moreover, a rubber hose, a bellows pipe, etc. may be used for the cooling water pipe which connects the adjacent cooling cases 50.

また、図11に示されるように、冷却ケース50A〜50Cの外側面には円形に窪んだ凹部50aが形成されており、この凹部50aに熱電モジュール40及び冷却ケース50A〜50Cを固定するための部材60が配置される。熱電モジュール40及び冷却ケース50A〜50Cを固定するための部材60は、内側から順に、円板状のキャップ61、バネサポータ62、4枚の皿バネ63A,63B,63C,63D、バネサポータ64、円筒状のキャップ65である。円板状のキャップ61を凹部50aに配置してから、その上にバネサポータ62、4枚の皿バネ63A〜63D、バネサポータ64を載せて、それらの部材に円筒状のキャップ65を被せることで、各部材62〜64が2つのキャップ61,65の間に収納される。円筒状のキャップ65の外側にバンド部材66(図8参照)を配置して、バンド部材66に形成されたネジ穴66aにスクリューネジ67を締め付けて、さらに緩み防止用のナット68をスクリューネジ67に螺着すると、図7に示される状態となる。なお、ナット68はスクリューネジ67に螺着されてからさらにかしめられて、緩み防止が施される。   Further, as shown in FIG. 11, a recessed portion 50a that is recessed in a circular shape is formed on the outer surface of the cooling cases 50A to 50C, and the thermoelectric module 40 and the cooling cases 50A to 50C are fixed to the recessed portion 50a. A member 60 is disposed. A member 60 for fixing the thermoelectric module 40 and the cooling cases 50A to 50C is, in order from the inside, a disc-shaped cap 61, a spring supporter 62, four disc springs 63A, 63B, 63C, 63D, a spring supporter 64, and a cylindrical shape. This is a cap 65. After disposing the disc-shaped cap 61 in the recess 50a, the spring supporter 62, the four disc springs 63A to 63D, and the spring supporter 64 are placed thereon, and the cylindrical cap 65 is covered on these members. Each member 62 to 64 is accommodated between the two caps 61 and 65. A band member 66 (see FIG. 8) is arranged outside the cylindrical cap 65, a screw screw 67 is tightened in a screw hole 66 a formed in the band member 66, and a nut 68 for preventing loosening is further attached to the screw screw 67. When it is screwed to the state shown in FIG. The nut 68 is further caulked after being screwed onto the screw screw 67 to prevent loosening.

図7に示されるように、スクリューネジ67が締め付けられると、4枚の皿バネ63A〜63D及びその両側のバネサポータ62,64を介して冷却ケース50が押圧され、さらに冷却ケース50により熱電モジュール40が押圧される。ここで、熱電モジュール40は皿バネ63A〜63Dを介して押圧されているため、熱電発電装置3が径方向に膨張しても熱変形が皿バネ63A〜63Dの変形により吸収されるため、熱電発電装置3の各部に生じる熱変形の影響により熱電モジュール40と冷却部材との密着状態が損なわれることが防止されている。なお、熱電発電装置3が径方向に膨張しても、バンド部材66の湾曲部66bと皿バネ63A〜63Dが弾性変形するため、熱電モジュール40に作用する押圧荷重は過大にならないように設定されている。   As shown in FIG. 7, when the screw screw 67 is tightened, the cooling case 50 is pressed through the four disc springs 63 </ b> A to 63 </ b> D and the spring supporters 62 and 64 on both sides thereof, and the cooling case 50 further presses the thermoelectric module 40. Is pressed. Here, since the thermoelectric module 40 is pressed through the disc springs 63A to 63D, the thermal deformation is absorbed by the deformation of the disc springs 63A to 63D even if the thermoelectric generator 3 expands in the radial direction. It is prevented that the contact | adherence state of the thermoelectric module 40 and a cooling member is impaired by the influence of the thermal deformation which arises in each part of the electric power generating apparatus 3. FIG. Even if the thermoelectric generator 3 expands in the radial direction, the curved portion 66b of the band member 66 and the disc springs 63A to 63D are elastically deformed, so that the pressing load acting on the thermoelectric module 40 is set not to be excessive. ing.

図12は、熱電発電装置本体20を分解して示した斜視図である。熱電発電装置本体20は、排気ガスの流れ方向に並べて配置された3個の熱交換部材22,23,24と、その上流側に配置された第1固定部材21と、その下流側に配置された第2固定部材25とを備えている。また、熱電発電装置本体20は、3つの熱交換部材22〜24、第1固定部材21及び第2固定部材25を積層された状態で固定するための手段として、それぞれの部材の中心に形成された空洞に挿通されるボルト部材27と、ボルト部材27に螺着されてボルト部材27と係合するナット部材30とを備えており、ボルト部材27にナット部材30が締め付けられることにより、両固定部材21,25により熱交換部材22〜24が挟まれて固定される。なお、第1固定部材21、熱交換部材22〜24及び第2固定部材25の間には、排気ガスの外部への漏れを防止するためのリング状のガスケット26が挿入されている。   FIG. 12 is an exploded perspective view of the thermoelectric generator main body 20. The thermoelectric generator main body 20 is arranged on three heat exchange members 22, 23, and 24 arranged side by side in the exhaust gas flow direction, a first fixing member 21 arranged on the upstream side thereof, and on the downstream side thereof. And a second fixing member 25. The thermoelectric generator main body 20 is formed at the center of each member as means for fixing the three heat exchange members 22 to 24, the first fixing member 21 and the second fixing member 25 in a stacked state. A bolt member 27 that is inserted into the cavity, and a nut member 30 that is screwed onto the bolt member 27 and engages with the bolt member 27. The heat exchange members 22 to 24 are sandwiched and fixed by the members 21 and 25. A ring-shaped gasket 26 is inserted between the first fixing member 21, the heat exchange members 22 to 24 and the second fixing member 25 to prevent the exhaust gas from leaking to the outside.

熱交換部材22〜24のそれぞれは、内側の空間が排気ガスの通路となる管状のケース部22b,23b,24bと、そのケース部22b〜24bの内側面から中心線に向けて延びる多数の吸熱フィン22c,23c,24cと、ケース部22b〜24bの上流側端部及び下流側端部のそれぞれに設けられた六角形形状のフランジ部22d,23d,24dと、熱電モジュール40が取り付けられる取付け面22a,23a,24aとを有しており、これらの部分が同一材料で一体的に構成されている。吸熱フィン22c〜24cは薄い板状の部材であり、その板面は排気ガスの流れ方向に平行にケース部22b〜24bから中心に向けて延びている。吸熱フィン22c〜24cは、ケース部22b〜24bの内面に周方向に隙間を空けて一定間隔ごとに設けられている。フランジ部22d〜24dのガスケット26と当接する位置には、面粗度が小さくされた当接面22e,23e,24eが形成されている。また、フランジ部22d〜24dには、六角形状の角部のそれぞれの近傍に、断面円形の棒状の部材である位置決め部材31を挿通するための貫通穴22f,23f,24fが形成されている。   Each of the heat exchange members 22 to 24 has tubular case portions 22b, 23b, and 24b in which the inner space serves as an exhaust gas passage, and a large number of heat absorptions extending from the inner side surfaces of the case portions 22b to 24b toward the center line. Fins 22c, 23c, 24c, hexagonal flange portions 22d, 23d, 24d provided at the upstream end portions and downstream end portions of the case portions 22b-24b, and the mounting surface to which the thermoelectric module 40 is mounted 22a, 23a, and 24a, and these parts are integrally formed of the same material. The heat-absorbing fins 22c to 24c are thin plate-like members, and the plate surfaces extend from the case portions 22b to 24b toward the center in parallel with the flow direction of the exhaust gas. The heat absorption fins 22c to 24c are provided at regular intervals with a gap in the circumferential direction on the inner surface of the case portions 22b to 24b. Contact surfaces 22e, 23e, and 24e having reduced surface roughness are formed at positions where the flange portions 22d to 24d contact the gasket 26. The flange portions 22d to 24d are formed with through holes 22f, 23f, and 24f in the vicinity of the hexagonal corner portions for inserting the positioning member 31 that is a rod-shaped member having a circular cross section.

上述した熱交換部材22〜24によれば、熱交換部材22〜24のケース部22b〜24bにおいて吸熱フィン22c〜24cと反対側の位置に、熱電モジュール40が取り付けられる取付け面22a〜24aが形成されている。ここで、図7が簡略化された図13に示されるように、1つの取付け面22a〜24aには60°の範囲の吸熱フィン22c〜24cが対応しており、熱電モジュール40の幅に対して、対応関係にある吸熱フィン22c〜24cの幅が大きい。また、図5が簡略化された図14に示されるように、熱電モジュール40の長さに対して、対応関係にある吸熱フィン22c〜24cの長さが大きい。よって、熱電モジュール40がケース部22b〜24bに接触する面積に対して、吸熱フィン22c〜24cがケース部22b〜24bに設けられる面積が大きい。この構成によれば、熱電モジュール40がケース部22b〜24bに接触する面積よりも吸熱フィン22c〜24cがケース部22b〜24bに設けられる面積の方が大きいため、吸熱フィン22c〜24cにより回収された熱を熱電モジュール40に十分に供給することができ、熱電モジュール40の発電効率を向上することができる。   According to the heat exchange members 22 to 24 described above, the attachment surfaces 22a to 24a to which the thermoelectric modules 40 are attached are formed at positions opposite to the heat absorption fins 22c to 24c in the case portions 22b to 24b of the heat exchange members 22 to 24. Has been. Here, as shown in FIG. 13 in which FIG. 7 is simplified, one mounting surface 22 a to 24 a corresponds to the endothermic fins 22 c to 24 c in the range of 60 °, and the width of the thermoelectric module 40 And the width | variety of the heat absorption fins 22c-24c in a corresponding relationship is large. Moreover, as FIG. 14 which simplified FIG. 5 shows, with respect to the length of the thermoelectric module 40, the length of the heat sink fins 22c-24c in a corresponding relationship is large. Therefore, the area where the heat absorption fins 22c to 24c are provided in the case portions 22b to 24b is larger than the area where the thermoelectric module 40 contacts the case portions 22b to 24b. According to this configuration, since the area where the heat absorption fins 22c to 24c are provided in the case portions 22b to 24b is larger than the area where the thermoelectric module 40 contacts the case portions 22b to 24b, the heat absorption fins 22c to 24c are recovered. The sufficient heat can be supplied to the thermoelectric module 40, and the power generation efficiency of the thermoelectric module 40 can be improved.

再び図12を参照すると、第1固定部材21及び第2固定部材25はほぼ同形状であるため、第1固定部材21の形状は、図12に示される第1固定部材21の形状を参照することに加え、第2固定部材25の形状を参照することで、より詳しく理解することができる。また同様に、第2固定部材25の形状は、図12に示される第2固定部材25の形状を参照することに加え、第1固定部材21の形状を参照することで、より詳しく理解することができる。また、第1固定部材21及び第2固定部材25の形状は、図2〜図7を参照することで、より詳しく理解することができる。   Referring to FIG. 12 again, since the first fixing member 21 and the second fixing member 25 have substantially the same shape, the shape of the first fixing member 21 refers to the shape of the first fixing member 21 shown in FIG. In addition, it can be understood in more detail by referring to the shape of the second fixing member 25. Similarly, the shape of the second fixing member 25 can be understood in more detail by referring to the shape of the first fixing member 21 in addition to referring to the shape of the second fixing member 25 shown in FIG. Can do. Moreover, the shape of the 1st fixing member 21 and the 2nd fixing member 25 can be understood in more detail with reference to FIGS.

図12に示されるように、第1固定部材21において上流側にある環状の部分は、4つの貫通穴21aが形成されたフランジ部21bである。熱電発電装置3が組み上げられた後に、第1固定部材21は貫通穴21aを利用してエキゾーストマニホールド2にボルト止め固定される。第1固定部材21において下流側にある環状の部分は、熱交換部材22を押圧する押圧部21cである。なお、フランジ部21bと押圧部21cとの間は、フランジ部21bから拡径しつつ押圧部21cまで延びる管状の接続部21dにより接続されている。   As shown in FIG. 12, the annular portion on the upstream side of the first fixing member 21 is a flange portion 21b in which four through holes 21a are formed. After the thermoelectric generator 3 is assembled, the first fixing member 21 is bolted and fixed to the exhaust manifold 2 using the through holes 21a. An annular portion on the downstream side of the first fixing member 21 is a pressing portion 21 c that presses the heat exchange member 22. The flange portion 21b and the pressing portion 21c are connected by a tubular connecting portion 21d that extends from the flange portion 21b to the pressing portion 21c.

押圧部21cの外形は六角形形状である。押圧部21cにおいて熱交換部材22側の面は、熱交換部材22を押圧する当接面21e(図5参照)である。当接面21eにおいて六角形形状の角部の近傍には、位置決め部材31を嵌入するための有底穴21f(図6参照)が形成されている。有底穴21fの内径は位置決め部材31の外径より若干大きい程度であり、位置決め部材31は殆ど隙間のない状態で有底穴21fに嵌合する。なお、熱電発電装置本体20が組み上げられた後に、押圧部21cの六角形形状の角部のそれぞれには補強板33(図2参照)がネジ止め固定され、熱電発電装置本体20が補強される。   The outer shape of the pressing portion 21c is a hexagonal shape. The surface on the heat exchanging member 22 side in the pressing portion 21c is an abutting surface 21e (see FIG. 5) that presses the heat exchanging member 22. A bottomed hole 21f (see FIG. 6) for inserting the positioning member 31 is formed near the corner of the hexagonal shape on the contact surface 21e. The inner diameter of the bottomed hole 21f is slightly larger than the outer diameter of the positioning member 31, and the positioning member 31 is fitted into the bottomed hole 21f with almost no gap. In addition, after the thermoelectric generator main body 20 is assembled, a reinforcing plate 33 (see FIG. 2) is screwed and fixed to each of the hexagonal corners of the pressing portion 21c, and the thermoelectric generator main body 20 is reinforced. .

押圧部21cの内側には押圧部21cよりも直径が小さい環状の係合部21gが形成されている。押圧部21cと係合部21gとの間は、6本の梁部21hが架設されて接続されている。ボルト部材27にナット部材30が締め付けられると、ボルト部材27の頭部27bが第1固定部材21の係合部21gに係合する。   An annular engaging portion 21g having a smaller diameter than the pressing portion 21c is formed inside the pressing portion 21c. Six beam portions 21h are installed and connected between the pressing portion 21c and the engaging portion 21g. When the nut member 30 is fastened to the bolt member 27, the head portion 27 b of the bolt member 27 is engaged with the engaging portion 21 g of the first fixing member 21.

一方、第2固定部材25は、第1固定部材21とほぼ同じ形状であるが、上流側と下流側とが逆になっている。第2固定部材25において下流側にある環状の部分は、4つの貫通穴25aが形成されたフランジ部25bである。熱電発電装置3が組み上げられた後に、第2固定部材25は貫通穴25aを利用して排気管4にボルト止め固定される。第2固定部材25において上流側にある環状の部分は、熱交換部材24を押圧する押圧部25cである。なお、フランジ部25bと押圧部25cとの間は、フランジ部25bから拡径しつつ押圧部25cまで延びる管状の接続部25dにより接続されている。   On the other hand, the second fixing member 25 has substantially the same shape as the first fixing member 21, but the upstream side and the downstream side are reversed. An annular portion on the downstream side of the second fixing member 25 is a flange portion 25b in which four through holes 25a are formed. After the thermoelectric generator 3 is assembled, the second fixing member 25 is bolted and fixed to the exhaust pipe 4 using the through hole 25a. An annular portion on the upstream side of the second fixing member 25 is a pressing portion 25 c that presses the heat exchange member 24. The flange portion 25b and the pressing portion 25c are connected by a tubular connecting portion 25d extending from the flange portion 25b to the pressing portion 25c while expanding in diameter.

押圧部25cの外形は六角形形状である。押圧部25cにおいて熱交換部材22側の面は、熱交換部材24を押圧する当接面25eである。当接面25eにおいて六角形形状の角部の近傍には、位置決め部材31を嵌入するための有底穴25f(図6参照)が形成されている。有底穴25fの内径は位置決め部材31の外径より若干大きい程度であり、位置決め部材31は殆ど隙間のない状態で有底穴25fに嵌合する。なお、熱電発電装置本体20が組み上げられた後に、押圧部25cの六角形形状の角部のそれぞれには補強板33(図2参照)がネジ止め固定され、熱電発電装置本体20が補強される。   The outer shape of the pressing portion 25c is a hexagonal shape. The surface on the heat exchange member 22 side in the pressing portion 25 c is an abutment surface 25 e that presses the heat exchange member 24. A bottomed hole 25f (see FIG. 6) for inserting the positioning member 31 is formed near the corner of the hexagonal shape on the contact surface 25e. The inner diameter of the bottomed hole 25f is slightly larger than the outer diameter of the positioning member 31, and the positioning member 31 is fitted into the bottomed hole 25f with almost no gap. In addition, after the thermoelectric generator main body 20 is assembled, a reinforcing plate 33 (see FIG. 2) is screwed and fixed to each of the hexagonal corners of the pressing portion 25c, and the thermoelectric generator main body 20 is reinforced. .

押圧部25cの内側には押圧部25cよりも直径が小さい環状の係合部25gが形成されている。押圧部25cと係合部25gとの間には、6本の梁部25hが架設されている。ボルト部材27にナット部材30が締め付けられると、皿バネ28が第2固定部材25の係合部25gに係合する。   An annular engaging portion 25g having a smaller diameter than the pressing portion 25c is formed inside the pressing portion 25c. Six beam portions 25h are installed between the pressing portion 25c and the engaging portion 25g. When the nut member 30 is fastened to the bolt member 27, the disc spring 28 is engaged with the engaging portion 25 g of the second fixing member 25.

ボルト部材27は、排気ガスの流れ方向に延びる略円筒形状の部材であり、その内部には上流側から下流側まで貫通する貫通穴27aが形成されている。このボルト部材27の貫通穴27aが、排気ガスをバイパスさせるためのバイパス流路9として利用されている。このようにボルト部材27の内部にバイパス流路9を設けることで、熱電発電装置3を全体として小型化することができる。なお、バイパス流路9には、コールドスタート用の触媒を内蔵してもよい。   The bolt member 27 is a substantially cylindrical member extending in the flow direction of the exhaust gas, and a through hole 27a penetrating from the upstream side to the downstream side is formed therein. The through hole 27a of the bolt member 27 is used as a bypass passage 9 for bypassing the exhaust gas. Thus, by providing the bypass channel 9 inside the bolt member 27, the thermoelectric generator 3 can be downsized as a whole. The bypass channel 9 may contain a cold start catalyst.

ボルト部材27の上流側の端部は、直径が大きな頭部27bとなっている。ボルト部材27にナット部材30が締め付けられると、ボルト部材27の頭部27bが第1固定部材21の係合部21gに係合する。一方、ボルト部材27の下流側の端部は、直径が小さな雄ネジ部27cとなっている。2枚の皿バネ28,29は、一般的に用いられている皿バネであり、ボルト部材27の直径に適合するものが選択されている。ナット部材30は、略円板形状の部材であり、皿バネ29と当接する平面状の当接部30aと、中央の貫通穴に形成された雌ネジ部30bと、当接部30aとは反対側に形成された六角柱状の突出部30cとを有している。六角柱状の突出部30cは、ボルト部材27にナット部材30を締め付けるときに締付け工具により把持されて、ナット部材30を回転させるために利用される。   The upstream end portion of the bolt member 27 is a head portion 27b having a large diameter. When the nut member 30 is fastened to the bolt member 27, the head portion 27 b of the bolt member 27 is engaged with the engaging portion 21 g of the first fixing member 21. On the other hand, the downstream end of the bolt member 27 is a male screw portion 27c having a small diameter. The two disc springs 28 and 29 are disc springs that are generally used, and those that match the diameter of the bolt member 27 are selected. The nut member 30 is a substantially disk-shaped member, and is opposite to the flat contact portion 30a that contacts the disc spring 29, the female screw portion 30b formed in the central through hole, and the contact portion 30a. And a hexagonal columnar protrusion 30c formed on the side. The hexagonal columnar protrusion 30 c is used to rotate the nut member 30 by being gripped by a tightening tool when the nut member 30 is fastened to the bolt member 27.

リング状のガスケット26は、第1固定部材21、第2固定部材25及び熱交換部材22〜24に形成された当接面21e〜25eの形状に合わせて作られており、その板面には漏れ防止のためのビードが形成されている。なお、ガスケット26は、ビード付きの薄いステンレス鋼を材料とするガスケットでもよいし、銅などの軟質の金属を材料とする金属ガスケットでもよいし、カーボン材を主な材料とするガスケットでもよい。位置決め部材31は断面円形の棒状部材であり、位置決め部材31の両端部のそれぞれは第1固定部材21及び第2固定部材25の有底穴21f,25fに嵌め込まれると共に、位置決め部材31の中央部は熱交換部材22〜24の貫通穴22f〜24fに挿通されて嵌合する。位置決め部材31が第1固定部材21,第2固定部材25及び熱交換部材22〜24に嵌合することにより、第1固定部材21及び第2固定部材25に対して熱交換部材22〜24を所望の位置に配置することができる。   The ring-shaped gasket 26 is made according to the shape of the contact surfaces 21e to 25e formed on the first fixing member 21, the second fixing member 25, and the heat exchange members 22 to 24, and on the plate surface thereof, A bead for preventing leakage is formed. The gasket 26 may be a gasket made of thin stainless steel with beads, a metal gasket made of a soft metal such as copper, or a gasket mainly made of a carbon material. The positioning member 31 is a rod-shaped member having a circular cross section, and both end portions of the positioning member 31 are fitted into the bottomed holes 21f and 25f of the first fixing member 21 and the second fixing member 25, and the center portion of the positioning member 31. Are inserted and fitted into the through holes 22f to 24f of the heat exchange members 22 to 24. When the positioning member 31 is fitted into the first fixing member 21, the second fixing member 25, and the heat exchange members 22 to 24, the heat exchange members 22 to 24 are arranged with respect to the first fixing member 21 and the second fixing member 25. It can be arranged at a desired position.

図15は、熱交換部材22〜24に形成された貫通穴22f〜24fの配置を示す配置図であり、図7に示される断面が簡略化して示されている。図15に示されるように、熱交換部材22〜24に形成された貫通穴22f〜24fは、周方向に短く、径方向に長い6つの長穴であり、略六角形状の角部の近傍に60°間隔で配置されている。貫通穴22f〜24fを長穴とすることにより、熱交換部材22から24を周方向に位置決めすると共に、熱交換部材22〜24と第1固定部材21及び第2固定部材25との径方向の熱膨張差を許容することができる。なお、熱交換部材22〜24に形成される貫通穴22f〜24fの位置及び個数は、上述した実施形態に限らない。即ち、熱交換部材22〜24に形成される貫通穴22f〜24fは2つ以上の個数であればよく、熱交換部材22〜24の任意の位置に設けられればよい。例えば、図16に示されるように、熱交換部材22〜24に3つの長穴22f,23f、24fを120°間隔で設けてもよい。   FIG. 15 is a layout diagram showing the layout of the through holes 22f to 24f formed in the heat exchange members 22 to 24, and the cross section shown in FIG. 7 is shown in a simplified manner. As shown in FIG. 15, the through holes 22 f to 24 f formed in the heat exchange members 22 to 24 are six long holes that are short in the circumferential direction and long in the radial direction, and are near the corners of the substantially hexagonal shape. They are arranged at intervals of 60 °. By positioning the through holes 22f to 24f as long holes, the heat exchange members 22 to 24 are positioned in the circumferential direction, and the radial direction between the heat exchange members 22 to 24 and the first fixing member 21 and the second fixing member 25 is determined. Thermal expansion differences can be tolerated. In addition, the position and the number of through holes 22f to 24f formed in the heat exchange members 22 to 24 are not limited to the above-described embodiments. That is, the number of through holes 22f to 24f formed in the heat exchange members 22 to 24 may be two or more, and may be provided at any position of the heat exchange members 22 to 24. For example, as shown in FIG. 16, the heat exchange members 22 to 24 may be provided with three elongated holes 22f, 23f, and 24f at intervals of 120 °.

なお、上述した熱電発電装置3を構成する各部材は、鍛造、鋳造、引き抜き、焼結、プレス成形などの公知の手法により製造することができる。   In addition, each member which comprises the thermoelectric power generation apparatus 3 mentioned above can be manufactured by well-known methods, such as forging, casting, drawing, sintering, and press molding.

上述した第1固定部材21、第2固定部材25、熱交換部材22〜24等が組み上げられて熱電発電装置3が完成した後の状態を、図5及び図6を参照して説明する。熱電発電装置3の完成後には、ボルト部材27の頭部27bは第1固定部材21の係合部21gと当接して係合し、ボルト部材27の頭部27bにより第1固定部材21の係合部21gが押圧される。一方、ナット部材30の当接部30aは皿バネ29と当接し、ナット部材30の当接部30aにより皿バネ29が押圧される。これにより、互いに当接する2枚の皿バネ28,29は、ナット部材30の当接部30aと第2固定部材25の係合部25gとの間で圧縮されて弾性変形する。さらに、皿バネ28は第2固定部材25の係合部25gと当接し、皿バネ28により第2固定部材25の係合部25gが押圧される。   A state after the first fixing member 21, the second fixing member 25, the heat exchange members 22 to 24 and the like are assembled and the thermoelectric generator 3 is completed will be described with reference to FIGS. 5 and 6. After the thermoelectric generator 3 is completed, the head portion 27b of the bolt member 27 comes into contact with and engages with the engaging portion 21g of the first fixing member 21, and the engagement of the first fixing member 21 with the head portion 27b of the bolt member 27. The joint portion 21g is pressed. On the other hand, the contact portion 30 a of the nut member 30 contacts the disc spring 29, and the disc spring 29 is pressed by the contact portion 30 a of the nut member 30. Accordingly, the two disc springs 28 and 29 that are in contact with each other are compressed and elastically deformed between the contact portion 30 a of the nut member 30 and the engagement portion 25 g of the second fixing member 25. Further, the disc spring 28 comes into contact with the engaging portion 25g of the second fixing member 25, and the engaging portion 25g of the second fixing member 25 is pressed by the disc spring 28.

ボルト部材27の頭部27bから第1固定部材21の係合部21gに付与された押圧力は、第1固定部材21の係合部21gと押圧部21cとの間に架設された梁部21hを介して第1固定部材21の押圧部21cに伝達されるため、第1固定部材21の押圧部21cによりガスケット26を介して熱交換部材22が押圧される。一方、ナット部材30から第2固定部材25の係合部25gに付与された押圧力は、第2固定部材25の係合部25gと押圧部25cとの間に架設された梁部25hを介して第2固定部材25の押圧部25cに伝達されるため、第2固定部材25の押圧部25cにより熱交換部材24が押圧される。このようにして3つの熱交換部材22〜24は、第1固定部材21及び第2固定部材25により挟まれて固定される。   The pressing force applied from the head portion 27b of the bolt member 27 to the engaging portion 21g of the first fixing member 21 is a beam portion 21h laid between the engaging portion 21g of the first fixing member 21 and the pressing portion 21c. Therefore, the heat exchange member 22 is pressed by the pressing portion 21c of the first fixing member 21 via the gasket 26. On the other hand, the pressing force applied from the nut member 30 to the engaging portion 25g of the second fixing member 25 is passed through the beam portion 25h provided between the engaging portion 25g of the second fixing member 25 and the pressing portion 25c. Therefore, the heat exchange member 24 is pressed by the pressing portion 25 c of the second fixing member 25. In this way, the three heat exchange members 22 to 24 are sandwiched and fixed between the first fixing member 21 and the second fixing member 25.

上述した熱電発電装置3の構成によれば、排気ガスの流れる方向に並べて配置された複数の熱交換部材22〜24は、第1固定部材21及び第2固定部材25から押圧力を受けて、その位置が固定される。ここで、排気ガスから回収する熱により熱交換部材22〜24のそれぞれは熱変形するが、上記の固定方法が採用されたことにより、熱交換部材22〜24において熱電モジュール40の取付け面22a〜24aに生じる熱変形が小さいため、熱交換部材22〜24の熱変形に起因して熱電モジュールの発電効率が低下することを防止することができる。また、熱交換部材22〜24は材料強度の観点から有利な押圧力により固定されるため、熱交換部材22〜24は破損しづらく、熱電発電装置3の耐久信頼性を向上することができる。   According to the configuration of the thermoelectric generator 3 described above, the plurality of heat exchange members 22 to 24 arranged side by side in the exhaust gas flow direction receive a pressing force from the first fixing member 21 and the second fixing member 25, Its position is fixed. Here, although each of the heat exchange members 22 to 24 is thermally deformed by the heat recovered from the exhaust gas, the mounting surfaces 22a to 22a of the thermoelectric module 40 in the heat exchange members 22 to 24 are adopted by adopting the fixing method described above. Since the thermal deformation generated in 24a is small, it is possible to prevent the power generation efficiency of the thermoelectric module from being reduced due to the thermal deformation of the heat exchange members 22 to 24. Further, since the heat exchange members 22 to 24 are fixed by a pressing force that is advantageous from the viewpoint of material strength, the heat exchange members 22 to 24 are not easily damaged, and the durability reliability of the thermoelectric generator 3 can be improved.

また、上述した熱電発電装置3によれば、複数の熱交換部材22〜24は排気ガスの流れる方向に並べて配置された構造であるため、熱交換部材22〜24に互いに熱膨張差がある場合でも、熱交換部材22〜24の取付け面22a〜24aと熱電モジュール40の密着状態を維持して、発電効率の低下を防止することができる。例えば、一つの熱交換部材23とこれに隣接する熱交換部材22,24に熱膨張差がある場合でも、熱交換部材22〜24は互いの境界に配置されたガスケット26の表面で滑るため、一つの熱交換部材23からこれに隣接する熱交換部材22,24に熱膨張による変形が伝達されない。よって、隣接する熱交換部材22,24の取付け面22a,24aは変形しないため、熱交換部材22,24の取付け面22a,24aと熱電モジュール40との密着状態が維持されて、発電効率の低下を防止することができる。   Moreover, according to the thermoelectric generator 3 described above, since the plurality of heat exchange members 22 to 24 are arranged side by side in the direction in which the exhaust gas flows, the heat exchange members 22 to 24 have a difference in thermal expansion from each other. However, the contact state between the mounting surfaces 22a to 24a of the heat exchange members 22 to 24 and the thermoelectric module 40 can be maintained, and a decrease in power generation efficiency can be prevented. For example, even when there is a difference in thermal expansion between one heat exchanging member 23 and the adjacent heat exchanging members 22 and 24, the heat exchanging members 22 to 24 slide on the surface of the gasket 26 disposed at the boundary between them, The deformation due to thermal expansion is not transmitted from one heat exchange member 23 to the heat exchange members 22 and 24 adjacent thereto. Therefore, since the attachment surfaces 22a and 24a of the adjacent heat exchange members 22 and 24 are not deformed, the close contact state between the attachment surfaces 22a and 24a of the heat exchange members 22 and 24 and the thermoelectric module 40 is maintained, and the power generation efficiency is reduced. Can be prevented.

また、上述した熱電発電装置3の構成によれば、ボルト部材27は熱交換部材22〜24の中心線に沿って延びてナット部材30と係合することで、第1固定部材21及び第2固定部材25に熱交換部材22〜24を押圧させている。この構成によれば、熱交換部材22〜24の中央を通過するボルト部材27にナット部材30が締め付けられることにより、第1固定部材21及び第2固定部材25は熱交換部材22〜24をより均一な力で押圧するため、熱交換部材22〜24を好適に固定することができる。   Further, according to the configuration of the thermoelectric generator 3 described above, the bolt member 27 extends along the center line of the heat exchange members 22 to 24 and engages with the nut member 30, whereby the first fixing member 21 and the second fixing member 21. The heat exchange members 22 to 24 are pressed by the fixing member 25. According to this configuration, when the nut member 30 is fastened to the bolt member 27 that passes through the center of the heat exchange members 22 to 24, the first fixing member 21 and the second fixing member 25 make the heat exchange members 22 to 24 more reliable. Since it presses with a uniform force, the heat exchange members 22-24 can be suitably fixed.

仮に、従来技術(特開2002−199762号公報)のように、熱回収用の管部材どうしを複数箇所でボルト止め固定した場合には、これらの管部材には局部的に大きな応力が作用するため、管部材に低強度の材料を用いることができなかった。これに対して、上述した構成によれば、熱交換部材22〜24の中央を通過するボルト部材27にナット部材30が締め付けられることにより、第1固定部材21及び第2固定部材25は熱交換部材22〜24を広い当接面積でより均一な力で押圧するため、熱交換部材22〜24には過大な応力が作用しないため、熱交換部材22〜24に銅やニッケルなどの低強度の材料を用いることができるようになった。   As in the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-199762), when pipe members for heat recovery are bolted and fixed at a plurality of locations, large stresses locally act on these pipe members. For this reason, a low-strength material could not be used for the pipe member. On the other hand, according to the above-described configuration, the nut member 30 is fastened to the bolt member 27 that passes through the center of the heat exchange members 22 to 24, whereby the first fixing member 21 and the second fixing member 25 exchange heat. Since the members 22 to 24 are pressed with a more uniform force with a large contact area, excessive stress does not act on the heat exchange members 22 to 24. Therefore, the heat exchange members 22 to 24 have a low strength such as copper or nickel. The material can be used.

また、上述した熱電発電装置3の構成によれば、ナット部材30と第2固定部材25との間に皿バネ28,29が配置されているため、ボルト部材27と熱交換部材22〜24との間に熱膨張差があっても、その熱膨張差は皿バネ28,29の弾性変形により吸収されるため、熱交換部材22〜24の熱変形に起因して、熱交換部材22〜24の取付け面22a〜24aと熱電モジュール40との間に隙間ができることが防止され、熱電モジュール40の発電効率が低下することを防止することができる。   Moreover, according to the structure of the thermoelectric generator 3 mentioned above, since the disc springs 28 and 29 are arrange | positioned between the nut member 30 and the 2nd fixing member 25, the bolt member 27 and the heat exchange members 22-24, Even if there is a difference in thermal expansion between them, the difference in thermal expansion is absorbed by the elastic deformation of the disc springs 28 and 29, so that the heat exchange members 22-24 are caused by the thermal deformation of the heat exchange members 22-24. It is possible to prevent a gap from being formed between the mounting surfaces 22a to 24a and the thermoelectric module 40, and to prevent the power generation efficiency of the thermoelectric module 40 from being lowered.

特に、皿バネ28,29として最適なバネ定数を有するものを選択することで、排気ガスの漏れを防止するために最低限必要なガスケット26の面圧を確保するとともに、熱交換部材22〜24に作用する押圧力を出来るだけ小さくして熱交換部材22〜24が変形することを防止することができる。なお、上述した実施形態では、ナット部材30と第2固定部材25との間に皿バネ28,29が配置されたが、他の実施形態では、ボルト部材27の頭部27bと第1固定部材21との間に皿バネ28,29が配置されてもよい。また、上述した実施形態では、皿バネ28,29を用いたが、他の形状のバネ部材であってもよい。   In particular, by selecting the one having the optimum spring constant as the disc springs 28 and 29, it is possible to secure the minimum surface pressure of the gasket 26 necessary to prevent the exhaust gas from leaking and the heat exchange members 22 to 24. It is possible to prevent the heat exchange members 22 to 24 from being deformed by reducing the pressing force acting on the heat exchange member as much as possible. In the above-described embodiment, the disc springs 28 and 29 are disposed between the nut member 30 and the second fixing member 25. However, in other embodiments, the head portion 27b of the bolt member 27 and the first fixing member. Belleville springs 28 and 29 may be arranged between the two. In the above-described embodiment, the disc springs 28 and 29 are used. However, spring members having other shapes may be used.

上述した実施形態における第1固定部材21、第2固定部材25及び熱交換部材22〜24の材料の選択について説明する。第1固定部材21、第2固定部材25及び熱交換部材22〜24には、様々な材料が用いられる。例えば、第1固定部材21及び第2固定部材25を高温環境下でもクリープが極めて小さく強度的に優れるステンレス鋼を用いて構成し、熱交換部材22〜24のそれぞれを熱伝導率の高いステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料やカーボンなどのセラミック材を用いて構成することができる。これらの中でも特に熱伝導率の高い銅、アルミニウム、ニッケルなどの材料は高温強度が比較的に小さいため破損を招きやすいが、上述した実施形態における熱交換部材22〜24の固定方法によれば、熱交換部材22〜24は広い面積で均一に押圧されるため、高温強度が比較的に小さい銅、アルミニウムなどの材料を使用することができる。   Selection of the material of the 1st fixing member 21, the 2nd fixing member 25, and the heat exchange members 22-24 in embodiment mentioned above is demonstrated. Various materials are used for the first fixing member 21, the second fixing member 25, and the heat exchange members 22 to 24. For example, the first fixing member 21 and the second fixing member 25 are made of stainless steel having extremely small creep and excellent strength even in a high temperature environment, and each of the heat exchange members 22 to 24 has high thermal conductivity. It can be configured using a metal material such as copper, aluminum, nickel, or a ceramic material such as carbon. Among these, materials such as copper, aluminum, and nickel, which have particularly high thermal conductivity, are likely to be damaged because the high-temperature strength is relatively small, but according to the fixing method of the heat exchange members 22 to 24 in the above-described embodiment, Since the heat exchange members 22 to 24 are uniformly pressed over a wide area, materials such as copper and aluminum having a relatively low high-temperature strength can be used.

また、熱交換部材22〜24のそれぞれを異なる材料で構成してもよい。例えば、上流側の熱交換部材22を吸熱性能が比較的に低い材料(例えば、ステンレス鋼)で構成し、中央の熱交換部材23を吸熱性能がより高い材料(例えば、ニッケル)で構成し、下流側の熱交換部材24を吸熱性能がさらに高い材料(例えば、銅、アルミニウム)で構成してもよい。このように熱交換部材22〜24の材料を選択した場合には、上流側の熱交換部材22は吸熱性能が比較的に低い材料で構成されているものの、排気ガスは極めて高温であることから十分な排熱が熱電モジュール40に供給されるため、熱電モジュール40に良好に発電させることができる。また、上流側の熱交換部材22により排熱が回収されるため、排気ガスが中央の熱交換部材23に到達したときには排気ガスの温度は若干低下しているが、中央の熱交換部材23は吸熱性能がより高い材料で構成されており、十分な排熱が熱電モジュール40に供給されるため、熱電モジュール40に良好に発電させることができる。また、上流側の熱交換部材22及び中央の熱交換部材23により排熱が回収されるため、排気ガスが下流側の熱交換部材24に到達したときには排気ガスの温度はさらに低下しているが、下流側の熱交換部材24は吸熱性能がさらに高い材料で構成されており、十分な排熱が熱電モジュール40に供給されるため、熱電モジュール40に良好に発電させることができる。   Moreover, you may comprise each of the heat exchange members 22-24 with a different material. For example, the upstream heat exchange member 22 is made of a material having a relatively low endothermic performance (for example, stainless steel), and the central heat exchange member 23 is made of a material having a higher endothermic performance (for example, nickel). The downstream heat exchange member 24 may be made of a material having higher heat absorption performance (for example, copper or aluminum). When the materials for the heat exchange members 22 to 24 are selected in this manner, the upstream heat exchange member 22 is composed of a material having a relatively low heat absorption performance, but the exhaust gas is extremely hot. Since sufficient exhaust heat is supplied to the thermoelectric module 40, the thermoelectric module 40 can generate electric power satisfactorily. Further, since the exhaust heat is recovered by the upstream heat exchange member 22, when the exhaust gas reaches the central heat exchange member 23, the temperature of the exhaust gas is slightly lowered. Since it is made of a material having higher heat absorption performance and sufficient exhaust heat is supplied to the thermoelectric module 40, the thermoelectric module 40 can generate electric power satisfactorily. Further, since the exhaust heat is recovered by the upstream heat exchange member 22 and the central heat exchange member 23, the temperature of the exhaust gas further decreases when the exhaust gas reaches the downstream heat exchange member 24. The heat exchange member 24 on the downstream side is made of a material having higher heat absorption performance, and sufficient exhaust heat is supplied to the thermoelectric module 40, so that the thermoelectric module 40 can generate electric power satisfactorily.

次に、上述した実施形態の変形例に係る熱電発電装置80について説明する。図17は、変形例に係る熱電発電装置80の側面図であり、図18は、図17の熱電発電装置80を断面化して示した図である。この変形例に係る熱電発電装置80では、6つの熱交換部材81〜86が積層して配置されている。このように積層される熱交換部材81〜86の個数は2つ以上の任意の個数とすることができる。このように熱交換部材81〜86の個数を変更することにより熱電発電装置80の寸法を調節可能とすれば、共通の部品を利用して異なる車種用の熱電発電装置80を構成できる。よって、熱電発電装置80の部品を共通化したり、製造ラインの自動化が容易であることなどから、熱電発電装置80の製造に要するコストを低減することができる。   Next, a thermoelectric generator 80 according to a modification of the above-described embodiment will be described. FIG. 17 is a side view of a thermoelectric generator 80 according to a modification, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the thermoelectric generator 80 of FIG. In the thermoelectric power generation device 80 according to this modification, six heat exchange members 81 to 86 are stacked and arranged. The number of heat exchange members 81 to 86 stacked in this way can be any number of two or more. If the dimensions of the thermoelectric generator 80 can be adjusted by changing the number of the heat exchange members 81 to 86 in this way, the thermoelectric generator 80 for different vehicle types can be configured using common parts. Therefore, since the components of the thermoelectric generator 80 can be shared and the production line can be easily automated, the cost required for manufacturing the thermoelectric generator 80 can be reduced.

なお、熱交換部材81〜86の個数を増やした場合でも、上述した実施形態と同様に、熱交換部材81〜86に様々な材料を用いることができる。例えば、最も上流側の熱交換部材81〜86を高温環境下でもクリープが極めて小さい材料(例えば、ステンレス鋼)で構成し、上流側から二番目の熱交換部材81〜86を吸熱性能がより高い材料(例えば、ニッケル)で構成し、上流側から三番目の熱交換部材81〜86を吸熱性能がより高い材料(例えば、銅)で構成し、下流側の3つの熱交換部材81〜86を吸熱性能がさらに高い材料(例えば、アルミニウム)で構成してもよい。このように熱交換部材81〜86の材料を最適に選択した場合には、熱交換部材81〜86の吸熱性能を向上させるとともに耐久性を向上することができる。   Even when the number of the heat exchange members 81 to 86 is increased, various materials can be used for the heat exchange members 81 to 86 as in the above-described embodiment. For example, the heat exchange members 81 to 86 on the most upstream side are made of a material (for example, stainless steel) that has extremely low creep even in a high temperature environment, and the heat absorption performance of the second heat exchange members 81 to 86 from the upstream side is higher. It is made of a material (for example, nickel), the third heat exchange members 81 to 86 from the upstream side are made of a material having higher heat absorption performance (for example, copper), and the three heat exchange members 81 to 86 on the downstream side are made You may comprise with a material (for example, aluminum) with higher heat absorption performance. Thus, when the material of the heat exchange members 81-86 is selected optimally, while improving the heat absorption performance of the heat exchange members 81-86, durability can be improved.

[第2実施形態]
次に、図面を参照して、本発明の熱電発電装置に係る第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について重点的に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described here.

第1実施形態の熱電発電装置3では、熱交換部材22,23,24のそれぞれは単一の部材として構成されたが、第2実施形態の熱電発電装置では、熱交換部材101のそれぞれは多数枚の薄い板状の部材102を積層して構成されている。図19には、熱交換部材101を構成する板状部材102が示されている。図19では、説明の便宜のため、板状部材102及びガスケット103を2枚ずつ示しているが、実際には熱交換部材101は数十枚から数百枚の板状部材102及びガスケット103を交互に積層して構成されている。   In the thermoelectric generator 3 of the first embodiment, each of the heat exchange members 22, 23, and 24 is configured as a single member, but in the thermoelectric generator of the second embodiment, each of the heat exchange members 101 is a large number. A thin plate-like member 102 is laminated. FIG. 19 shows a plate-like member 102 constituting the heat exchange member 101. In FIG. 19, for convenience of explanation, two plate-like members 102 and two gaskets 103 are shown, but actually, the heat exchange member 101 is composed of several tens to several hundreds of plate-like members 102 and gaskets 103. It is configured by alternately laminating.

板状部材102のそれぞれは、厚さの薄い金属板をプレス加工により円環部102a及び吸熱フィンエレメント102bを有する形状に打ち抜いて製造される。円環部102aの外周は略六角形形状であり、その角部の近傍には位置決め用の貫通穴102cが形成されている。また、円環部102aの略六角形形状の外周において、角部と角部の間の辺の部分(縁部)102dが熱電モジュール40を取り付けるための取付け面となっている。ここで、金属板の厚さは、吸熱フィンエレメント102bの延出長さや吸熱フィンエレメント102bどうしの隙間の大きさなどを考慮して打ち抜き加工が実施可能なものが選択される。打ち抜き加工により板状部材102は比較的に容易に加工できるため、熱電発電装置を容易に製造することができ、熱電発電装置の製造に要するコストを低減することができる。   Each of the plate-like members 102 is manufactured by punching a thin metal plate into a shape having an annular portion 102a and an endothermic fin element 102b by pressing. The outer periphery of the annular part 102a has a substantially hexagonal shape, and positioning through holes 102c are formed in the vicinity of the corners. In addition, on the outer periphery of the substantially hexagonal shape of the annular portion 102a, a side portion (edge portion) 102d between the corner portions serves as an attachment surface for attaching the thermoelectric module 40. Here, the thickness of the metal plate is selected so that punching can be performed in consideration of the extended length of the endothermic fin element 102b, the size of the gap between the endothermic fin elements 102b, and the like. Since the plate-like member 102 can be processed relatively easily by punching, the thermoelectric generator can be easily manufactured, and the cost required for manufacturing the thermoelectric generator can be reduced.

板状部材102の円環部102aに形成された貫通穴102cは、位置決め部材31の外径よりも若干小さな内径を有している。製造時には、板状部材102の貫通穴102cを位置決め部材31に圧入して、板状部材102を位置決め部材に固定する。そして、多数の板状部材102の縁部102dで形成されるため表面が粗くなっている取付け面を機械加工で削って整えることで、取付け面の平面度を向上させる。ガスケット103は、およそ0.1mm〜0.2mmのステンレス鋼の薄板をプレス加工することでより製造される。ガスケット103は、板状部材との接触圧を上昇させるため湾曲形状のビードを設けた構造とすることが好ましい。なお、ガスケット103は、銅などの軟質の金属を材料とする金属ガスケットでもよい。この場合、銅の表面にニッケルメッキを施せば、銅を材料とするガスケット103とステンレス鋼を材料とする板状部材102をロー付けにより接合できるため好ましい。また、上述した実施形態では、ガスケット103により板状部材102の間のシールを行っているが、ガスケット103を用いることなく板状部材102どうしをロー付けにより接合してもよい。   The through hole 102 c formed in the annular portion 102 a of the plate member 102 has an inner diameter that is slightly smaller than the outer diameter of the positioning member 31. At the time of manufacture, the through-hole 102c of the plate-like member 102 is press-fitted into the positioning member 31, and the plate-like member 102 is fixed to the positioning member. Further, the flatness of the mounting surface is improved by trimming the mounting surface, which is formed by the edge portions 102d of a large number of plate-like members 102, and has a rough surface by machining. The gasket 103 is manufactured by pressing a stainless steel thin plate of approximately 0.1 mm to 0.2 mm. The gasket 103 preferably has a structure in which a curved bead is provided in order to increase the contact pressure with the plate-like member. Note that the gasket 103 may be a metal gasket made of a soft metal such as copper. In this case, it is preferable to apply nickel plating to the copper surface because the gasket 103 made of copper and the plate-like member 102 made of stainless steel can be joined by brazing. Further, in the embodiment described above, the seal between the plate members 102 is performed by the gasket 103, but the plate members 102 may be joined by brazing without using the gasket 103.

上述した実施形態の効果を従来技術と対比しつつ説明する。仮に、従来技術のように板金加工することで熱交換部材101を製作する場合には、円環部用の部材と吸熱フィン用の部材を別部材として形成し、これらの部材をロー付け、かしめ等の方法で接合させて一体化させることになる。このような熱交換部材101の製作方法は、部材どうしの接合部において伝熱抵抗が大きくなるため、吸熱フィンで吸熱した熱を熱電モジュールへ十分に伝えにくくなるという問題がある。   The effects of the embodiment described above will be described in comparison with the prior art. If the heat exchange member 101 is manufactured by sheet metal processing as in the prior art, the ring member and the heat sink fin member are formed as separate members, and these members are brazed and caulked. It will be joined and integrated by such a method. Such a manufacturing method of the heat exchange member 101 has a problem that heat transfer resistance is increased at the joint portion between the members, so that it is difficult to sufficiently transfer the heat absorbed by the heat absorption fins to the thermoelectric module.

一方、押出し、鋳造、機械加工等の方法で熱交換部材101を一体的に製作すれば、円環部と吸熱フィンとの間の接合部はなくなるため、その分伝熱抵抗を小さくすることができ、吸熱フィンで吸熱した熱を熱電モジュール40へ伝えやすくなる。しかし、鋳造、機械加工等の方法で熱交換部材を製作した場合には、コストが上昇してしまうため好ましくない。押出し成形で熱交換部材101を製作した場合には、唯一コストを抑えることができるが、ステンレス鋼等の硬質の金属を材料とすることができず、素材がアルミニウム、銅等の軟質の金属に限定される。   On the other hand, if the heat exchange member 101 is integrally manufactured by a method such as extrusion, casting, or machining, there is no joint between the annular portion and the heat-absorbing fin, so that the heat transfer resistance can be reduced accordingly. The heat absorbed by the heat absorbing fins can be easily transmitted to the thermoelectric module 40. However, when the heat exchange member is manufactured by a method such as casting or machining, the cost increases, which is not preferable. When the heat exchange member 101 is manufactured by extrusion molding, the cost can be reduced only, but a hard metal such as stainless steel cannot be used as a material, and the material is a soft metal such as aluminum or copper. Limited.

これに対して、本実施形態では、多数枚の板状部材102が積層されることで熱交換部材を構成しているため、上述した問題点を解消している。即ち、本実施形態では、熱交換部材101を構成する各板状部材102は薄いため、プレス成形である打ち抜き加工によって、円環部102aから吸熱フィンエレメント102bが延びる複雑な形状の板状部材102を製作することが可能となった。この製作方法によれば、複雑な形状の板状部材102を製作するに際して、比較的容易に製作できるためコストを抑えることができ、吸熱フィンエレメント102bで吸熱した熱を熱電モジュール40へ伝えやすく、アルミニウム、銅等の軟質の金属だけでなく、ステンレス鋼等の硬質の金属を材料とすることができる。   On the other hand, in this embodiment, since the heat exchange member is comprised by laminating | stacking many plate-shaped members 102, the problem mentioned above is eliminated. That is, in this embodiment, since each plate-like member 102 constituting the heat exchange member 101 is thin, the plate-like member 102 having a complicated shape in which the heat-absorbing fin element 102b extends from the annular portion 102a by stamping which is press molding. Can be produced. According to this manufacturing method, when the plate-shaped member 102 having a complicated shape is manufactured, the manufacturing cost can be reduced because it can be manufactured relatively easily, and the heat absorbed by the heat absorbing fin element 102b can be easily transmitted to the thermoelectric module 40. Not only soft metals such as aluminum and copper but also hard metals such as stainless steel can be used as the material.

図20は、複数の板状部材102が積層された様子が示されている。図20では、図示を簡略化して6枚の板状部材102のみを示し、さらに周方向の一定範囲を切り出して示している。図20において板状部材102の積層体を矢視方向に見た図が、図21である。   FIG. 20 shows a state in which a plurality of plate-like members 102 are stacked. In FIG. 20, the illustration is simplified to show only six plate-like members 102, and a certain range in the circumferential direction is further cut out. FIG. 21 is a view of the laminated body of the plate-like members 102 as viewed in the direction of the arrows in FIG.

図20及び図21に示されるように、最も手前側の板状部材102Aの吸熱フィンエレメント102bに対して、二番目に手前側の板状部材102Bの吸熱フィンエレメント102bは、周方向に若干位置がずれている。二番目に手前側の板状部材102Bの吸熱フィンエレメント102bに対して、三番目に手前側の板状部材102Cの吸熱フィンエレメント102bは、周方向に若干位置がずれている。三番目に手前側の板状部材102Cの吸熱フィンエレメント102bに対して、四番目に手前側の板状部材102Dの吸熱フィンエレメント102bは、周方向に若干位置がずれている。四番目に手前側の板状部材102Dの吸熱フィンエレメント102bに対して、五番目に手前側の板状部材102Eの吸熱フィンエレメント102bは、周方向に若干位置がずれている。五番目に手前側の板状部材102Eの吸熱フィンエレメント102bに対して、六番目に手前側の板状部材102Fの吸熱フィンエレメント102bは、周方向に若干位置がずれている。さらに、奥側に積層される板状部材(図示せず)の吸熱フィンエレメントも同様に、その一つ手前側の板状部材の吸熱フィンエレメントに対して周方向に若干位置がずれている。このように、板状部材102の吸熱フィンエレメント102bは周方向に徐々にずらされており、吸熱フィンの板面には段差が形成されている。   As shown in FIGS. 20 and 21, the heat absorbing fin element 102b of the second plate member 102B on the front side is slightly positioned in the circumferential direction with respect to the heat absorbing fin element 102b of the plate member 102A on the most front side. Is off. The position of the heat absorbing fin element 102b of the plate-like member 102C on the third front side is slightly shifted in the circumferential direction with respect to the heat absorbing fin element 102b of the plate-like member 102B on the second front side. The position of the heat-absorbing fin element 102b of the plate member 102D on the fourth front side is slightly shifted in the circumferential direction with respect to the heat-absorbing fin element 102b of the plate member 102C on the third front side. The position of the heat absorbing fin element 102b of the plate member 102E on the fifth front side is slightly shifted in the circumferential direction with respect to the heat absorbing fin element 102b of the plate member 102D on the fourth front side. The position of the heat-absorbing fin element 102b of the plate member 102F on the sixth front side is slightly shifted in the circumferential direction with respect to the heat-absorbing fin element 102b of the plate member 102E on the fifth front side. Further, the endothermic fin element of the plate-like member (not shown) laminated on the back side is also slightly shifted in the circumferential direction with respect to the endothermic fin element of the one-side plate-like member. Thus, the heat absorption fin element 102b of the plate-like member 102 is gradually shifted in the circumferential direction, and a step is formed on the plate surface of the heat absorption fin.

上述したように、吸熱フィンの板面には段差が形成されているため、吸熱フィンの板面が退避するように形成された段差104では、排気ガスの乱流化が促進され、排気ガスから吸熱フィンへの熱伝達率を向上することができる。一方、吸熱フィンの板面が突出するように形成された段差105では、段差がない場合に比べて温度境界層が薄くなり、排気ガスから吸熱フィンへの熱伝達率を向上することができる。このように排気ガスから吸熱フィンへの熱伝達率を向上することにより、吸熱フィンの吸熱性能を向上することができる。吸熱フィンの吸熱量が増大することは、次の数式(1)からも理解できる。即ち、排気ガスが乱流化したり温度境界層が薄くなると、排気ガスと吸熱フィン表面の境界層温度差ΔTが大きくなるため、吸熱フィンの吸熱量を増大させることができる。   As described above, a step is formed on the plate surface of the endothermic fin. Therefore, in the step 104 formed so that the plate surface of the endothermic fin is retracted, the turbulence of the exhaust gas is promoted and The heat transfer rate to the heat sink fin can be improved. On the other hand, in the step 105 formed so that the plate surface of the endothermic fin protrudes, the temperature boundary layer becomes thinner than in the case where there is no step, and the heat transfer rate from the exhaust gas to the endothermic fin can be improved. Thus, by improving the heat transfer rate from the exhaust gas to the heat absorbing fins, the heat absorbing performance of the heat absorbing fins can be improved. It can be understood from the following formula (1) that the endothermic amount of the endothermic fin increases. That is, when the exhaust gas becomes turbulent or the temperature boundary layer becomes thin, the boundary layer temperature difference ΔT between the exhaust gas and the endothermic fin surface increases, so that the endothermic amount of the endothermic fin can be increased.

Q = K × S × E × ΔT ・・・(1)
ここで、
Q : 吸熱量(W)
K : 排気ガスと吸熱フィン表面の熱伝達率(W/m/K)
S : 吸熱フィン表面積(m
E : 吸熱フィン効率
ΔT: 排気ガスと吸熱フィン表面の境界層温度差(K)
Q = K × S × E × ΔT (1)
here,
Q: endothermic amount (W)
K: Heat transfer coefficient between exhaust gas and endothermic fin surface (W / m 2 / K)
S: endothermic fin surface area (m 2 )
E: endothermic fin efficiency ΔT: boundary layer temperature difference between exhaust gas and endothermic fin surface (K)

図22は、上述した熱交換部材101の変形例を示す図である。図22に示されるように、変形例に係る熱交換部材111において、板状部材112のそれぞれは、厚さの薄い金属板をプレス加工により円環部112a及び吸熱フィンエレメント112bを有する形状に打ち抜いて製造される。ここで、吸熱フィンエレメント112bは、円環部112aから中心に向けて延出するとともに湾曲した形状となっている。このように吸熱フィンエレメント112bを湾曲した形状とすることで、吸熱フィンの表面積を増加して、吸熱フィンの吸熱性能をさらに向上することができる。なお、このような複雑な形状の吸熱フィンエレメント112bをプレス加工で製造するためには、素材となる金属板の板厚をさらに薄くすればよい。   FIG. 22 is a view showing a modification of the heat exchange member 101 described above. As shown in FIG. 22, in the heat exchange member 111 according to the modification, each of the plate-like members 112 is formed by punching a thin metal plate into a shape having an annular portion 112a and a heat-absorbing fin element 112b by pressing. Manufactured. Here, the endothermic fin element 112b extends from the annular portion 112a toward the center and has a curved shape. Thus, by making the endothermic fin element 112b into a curved shape, the surface area of the endothermic fin can be increased, and the endothermic performance of the endothermic fin can be further improved. In addition, in order to manufacture the endothermic fin element 112b having such a complicated shape by press working, it is only necessary to further reduce the thickness of the metal plate as a material.

図23は、上述した熱交換部材101の別の変形例を示す図である。図23に示されるように、この変形例に係る熱交換部材121では、ステンレス鋼を材料とする板状部材122Aと、銅を材料とする板状部材122Bとが交互に積層されている。ここで、銅は比較的に強度に劣る材料であるため、ステンレス鋼でなる板状部材122Aよりも銅でなる板状部材122Bは薄いものが用いられている。このように異なる種類の材料でなる板状部材122A,122Bを積層することで、それぞれの材料の優れた特性を利用することができる。   FIG. 23 is a diagram showing another modification of the heat exchange member 101 described above. As shown in FIG. 23, in the heat exchange member 121 according to this modification, plate members 122A made of stainless steel and plate members 122B made of copper are alternately stacked. Here, since copper is a material that is relatively inferior in strength, the plate-like member 122B made of copper is thinner than the plate-like member 122A made of stainless steel. Thus, by laminating the plate-like members 122A and 122B made of different kinds of materials, the excellent characteristics of the respective materials can be utilized.

特に、上述したようにステンレス鋼でなる板状部材122Aと銅でなる板状部材122Bとを積層することで、ステンレス鋼の高温強度に優れた特性と、銅の熱伝導率が優れた特性を利用して、熱交換部材121の耐久性を確保しつつ吸熱性能を向上することができる。上述した構成では、熱電モジュール40を取り付けるための取付け面が、両板状部材122A,122Bが積層されて形成されるため、熱電モジュール40の押付け荷重が大きい場合には、ステンレス鋼でなる板状部材122Aの厚さを大きくし、銅でなる板状部材122Bの厚さを薄くすればよい。このように板状部材122A,122Bの厚さを調節することで、熱電モジュール40から受ける荷重による取付け面の変形を抑えることができる。   In particular, by laminating the plate-like member 122A made of stainless steel and the plate-like member 122B made of copper as described above, the properties of the stainless steel with excellent high-temperature strength and the properties of excellent copper thermal conductivity are obtained. By utilizing this, the heat absorption performance can be improved while ensuring the durability of the heat exchange member 121. In the configuration described above, the mounting surface for mounting the thermoelectric module 40 is formed by laminating the two plate-like members 122A and 122B. Therefore, when the pressing load of the thermoelectric module 40 is large, a plate shape made of stainless steel is used. The thickness of the member 122A may be increased, and the thickness of the plate member 122B made of copper may be decreased. In this way, by adjusting the thickness of the plate-like members 122A and 122B, deformation of the mounting surface due to the load received from the thermoelectric module 40 can be suppressed.

なお、図23に示される変形例では、両板状部材122A,122Bは交互に積層されているが、一方の板状部材122A又は122Bの間に他方の板状部材122B又は122Aが複数枚配置されてもよい。また、一方の板状部材122Aの材料をステンレス鋼とし、他方の板状部材122Bの材料を銅としているが、他の種類の材料でなる板状部材を積層してもよい。例えば、上述した変形例であれば、一方の板状部材122Bの材料である銅に代えて、同じく熱伝導率が優れたニッケルを用いることもできる。また、板状部材の材料の種類は3種類以上であってもよい。   In the modification shown in FIG. 23, both plate-like members 122A and 122B are alternately stacked, but a plurality of other plate-like members 122B or 122A are arranged between one plate-like member 122A or 122B. May be. Moreover, although the material of one plate-like member 122A is made of stainless steel and the material of the other plate-like member 122B is made of copper, plate-like members made of other types of materials may be laminated. For example, in the above-described modified example, nickel having excellent thermal conductivity can be used instead of copper which is a material of one plate-like member 122B. Moreover, the kind of material of a plate-shaped member may be 3 or more types.

図24及び図25は、上述した熱交換部材101のさらに別の変形例を示す図である。図24に示されるように、この変形例に係る熱交換部材131では、一方の板状部材132Aが、他方のシェル状の板状部材132Bに嵌めこまれて一体化される。一体化された板状部材132A,132Bの吸熱フィンエレメント133A,133Bが積層された様子が、図25に示される。ここで、一方の板状部材132Aの材料は銅であり、他方の板状部材132Bの材料はステンレス鋼である。このように異なる種類の材料でなる板状部材132A,132Bを積層することで、それぞれの材料の優れた特性を利用することができる。   24 and 25 are views showing still another modified example of the heat exchange member 101 described above. As shown in FIG. 24, in the heat exchange member 131 according to this modification, one plate-like member 132A is fitted and integrated with the other shell-like plate-like member 132B. FIG. 25 shows a state in which the endothermic fin elements 133A and 133B of the integrated plate-like members 132A and 132B are stacked. Here, the material of one plate-like member 132A is copper, and the material of the other plate-like member 132B is stainless steel. Thus, by laminating the plate-like members 132A and 132B made of different kinds of materials, the excellent characteristics of the respective materials can be utilized.

特に、上述したように銅でなる板状部材132Aとステンレス鋼でなる板状部材132Bとを積層することで、ステンレス鋼の高温強度に優れた特性と、銅の熱伝導率が優れた特性を利用して、熱交換部材131の耐久性を確保しつつ吸熱性能を向上することができる。また、一方の板状部材132Aの材料を銅とし、他方の板状部材132Bの材料をステンレス鋼としているが、他の種類の材料でなる板状部材を積層してもよい。例えば、上述した変形例であれば、一方の板状部材132Aの材料である銅に代えて、同じく熱伝導率が優れたニッケルを用いることもできる。また、カーボンなどの非金属の材料を用いることもできる。   In particular, by laminating the plate-like member 132A made of copper and the plate-like member 132B made of stainless steel as described above, the characteristics of the stainless steel with excellent high-temperature strength and the characteristics of excellent copper thermal conductivity are obtained. By utilizing this, the heat absorption performance can be improved while ensuring the durability of the heat exchange member 131. Moreover, although the material of one plate-shaped member 132A is copper and the material of the other plate-shaped member 132B is stainless steel, plate-shaped members made of other types of materials may be laminated. For example, in the modified example described above, nickel having the same excellent thermal conductivity can be used instead of copper which is the material of one plate-like member 132A. A non-metallic material such as carbon can also be used.

[第3実施形態]
次に、図面を参照して、本発明の熱電発電装置に係る第3実施形態について説明する。上述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について重点的に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the thermoelectric generator of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described here.

上述した第1実施形態の熱電発電装置3では、熱電発電装置3の内部で排気ガスが上流側から下流側へと流れるに伴って、熱交換部材22〜24の吸熱フィン22c〜24cにより排気ガスの熱が奪われるため、排気ガスの温度は低下していく。ここで、吸熱フィン22c〜24cが排気ガスから奪う熱量は、吸熱フィン22c〜24cの位置によって異なる。具体的には、熱交換部材22〜24において取付け面22a〜24aの反対側に設けられた吸熱フィン22c〜24cは、排気ガスから奪った熱を取付け面22a〜24aから熱電モジュール40に逃がしやすいため、隣り合う2つの取付け面22a〜24aの中間位置の内側に設けられた吸熱フィン22c〜24cよりも、排気ガスから多くの熱を奪う傾向にある。また、吸熱フィン22c〜24cの根元側部位は、排気ガスから奪った熱を取付け面22a〜24aから熱電モジュール40に逃がしやすいため、吸熱フィン22c〜24cの先端側部位よりも、排気ガスから多くの熱を奪う傾向にある。   In the thermoelectric generator 3 of the first embodiment described above, the exhaust gas is exhausted by the heat absorbing fins 22c to 24c of the heat exchange members 22 to 24 as the exhaust gas flows from the upstream side to the downstream side in the thermoelectric generator 3. Since the heat is taken away, the temperature of the exhaust gas decreases. Here, the amount of heat taken by the endothermic fins 22c to 24c from the exhaust gas varies depending on the position of the endothermic fins 22c to 24c. Specifically, the heat absorption fins 22c to 24c provided on the opposite sides of the mounting surfaces 22a to 24a in the heat exchange members 22 to 24 easily release the heat taken from the exhaust gas from the mounting surfaces 22a to 24a to the thermoelectric module 40. Therefore, it tends to take more heat from the exhaust gas than the heat absorbing fins 22c to 24c provided inside the intermediate position between the two adjacent mounting surfaces 22a to 24a. Further, the base side portions of the heat absorption fins 22c to 24c are more likely to release heat taken from the exhaust gas from the attachment surfaces 22a to 24a to the thermoelectric module 40, and therefore more from the exhaust gas than the tip side portions of the heat absorption fins 22c to 24c. Tend to take away the heat.

このように、吸熱フィン22c〜24cにより排気ガスから奪われる熱量が吸熱フィン22c〜24cの位置によって異なるため、排気ガスが下流側へ流れて行くほど排気ガスには温度差が生じる。よって、排気ガスが下流側へ流れて行くほど、排気ガスから多くの熱を奪うことが可能な位置にある吸熱フィン22c〜24cの近傍には、その上流側で既に吸熱されて温度が比較的に低くなった排気ガスが流れる一方で、排気ガスからあまり熱を奪わない位置にある吸熱フィン22c〜24cの近傍には、上流側であまり吸熱されないで温度が比較的に高い排気ガスが流れる。このため、下流側の吸熱フィン22c〜24cでは、排気ガスの熱が有効に回収されず、全体として排気ガスからの吸熱量が小さく、発電量の低下を招いてしまう。このような問題に対処した第3実施形態の熱電発電装置を、以下に説明する。   As described above, the amount of heat deprived from the exhaust gas by the endothermic fins 22c to 24c varies depending on the position of the endothermic fins 22c to 24c. Therefore, the temperature difference occurs in the exhaust gas as the exhaust gas flows downstream. Therefore, as the exhaust gas flows toward the downstream side, the heat absorption fins 22c to 24c in the vicinity of the heat absorption fins 22c to 24c in positions where they can take more heat from the exhaust gas have already absorbed heat on the upstream side and the temperature is relatively low. On the other hand, the exhaust gas having a relatively low temperature flows in the vicinity of the endothermic fins 22c to 24c in a position where heat is not taken away from the exhaust gas. For this reason, in the heat sink fins 22c to 24c on the downstream side, the heat of the exhaust gas is not effectively recovered, and the heat absorption amount from the exhaust gas is small as a whole, resulting in a decrease in the power generation amount. A thermoelectric generator according to a third embodiment that addresses such problems will be described below.

図26には、第3実施形態に係る熱電発電装置200が示されている。図26では、説明の便宜のため、中央の熱交換部材23を省略している。図26に示されるように、中央の熱交換部材23と下流側の熱交換部材24との間には、複数のプレート201が配置されている。図27には、複数のプレート201を排気ガスの流れ方向から見た様子が示されており、図28には、1つのプレート201を径方向から見た様子が示されている。   FIG. 26 shows a thermoelectric generator 200 according to the third embodiment. In FIG. 26, the central heat exchange member 23 is omitted for convenience of explanation. As shown in FIG. 26, a plurality of plates 201 are arranged between the central heat exchange member 23 and the downstream heat exchange member 24. FIG. 27 shows a state where a plurality of plates 201 are viewed from the exhaust gas flow direction, and FIG. 28 illustrates a state where one plate 201 is viewed from the radial direction.

図27に示されるように、ボルト部材27の外周にはリング状の基部202が固定されており、このリング状の基部202の周囲には6つのプレート201が周方向に60°間隔で設けられている。各プレート201は、基部202から径方向外側に延びている。ここで、各プレート201は、基部202から六角形状の角部に向かって延びており、言い換えれば、各プレート201は、基部202から隣り合う2つの取付け面24aの中間位置に向かって延びている。なお、図28に示されるように、各プレート201は、排気ガスの流れ方向に対して傾斜が付けられている。   As shown in FIG. 27, a ring-shaped base portion 202 is fixed to the outer periphery of the bolt member 27, and six plates 201 are provided around the ring-shaped base portion 202 at intervals of 60 ° in the circumferential direction. ing. Each plate 201 extends radially outward from the base portion 202. Here, each plate 201 extends from the base portion 202 toward the hexagonal corner, in other words, each plate 201 extends from the base portion 202 toward an intermediate position between two adjacent mounting surfaces 24a. . As shown in FIG. 28, each plate 201 is inclined with respect to the flow direction of the exhaust gas.

図29に示されるように、上流側から流れてきた排気ガスがプレート201に至ると、排気ガスの流れの向きはプレート201により変えられる。これにより、上流側の吸熱フィン23cにおいて隣り合う2つの取付け面の中間位置の内側を流れてきた排気ガスが、下流側の吸熱フィン24cでは取付け面の内側を流れることとなる。よって、上流側の吸熱フィン23cによってあまり吸熱されず温度が高いままの排気ガスが、下流側の吸熱フィン24cでは効率良く吸熱されるため、排気ガスの熱が有効に回収されて、全体として排気ガスからの吸熱量が大きくし、熱電モジュール40の発電量を向上することができる。なお、上流側から2番目の熱交換部材23と上流側から3番目の熱交換部材24との間に配置されたプレート201について説明したが、上流側から1番目の熱交換部材22と上流側から2番目の熱交換部材23との間にも同様にプレートが配置されている。   As shown in FIG. 29, when the exhaust gas flowing from the upstream side reaches the plate 201, the flow direction of the exhaust gas is changed by the plate 201. As a result, the exhaust gas flowing inside the intermediate position between the two adjacent attachment surfaces in the upstream heat absorption fins 23c flows inside the attachment surface in the downstream heat absorption fins 24c. Therefore, since the exhaust gas that has not been absorbed much by the upstream heat absorption fins 23c and remains at a high temperature is efficiently absorbed by the downstream heat absorption fins 24c, the heat of the exhaust gas is effectively recovered, and the exhaust gas is exhausted as a whole. The amount of heat absorbed from the gas can be increased, and the power generation amount of the thermoelectric module 40 can be improved. The plate 201 disposed between the second heat exchange member 23 from the upstream side and the third heat exchange member 24 from the upstream side has been described. However, the first heat exchange member 22 and the upstream side from the upstream side have been described. Similarly, a plate is disposed between the second heat exchange member 23 and the second heat exchange member 23.

[第4実施形態]
次に、図面を参照して、本発明の熱電発電装置に係る第4実施形態について説明する。第4実施形態の熱電発電装置300では、第3実施形態と同様に排気ガスの温度差に起因して発電効率が低下する問題に対処している。上述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について重点的に説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, with reference to drawings, 4th Embodiment which concerns on the thermoelectric power generating apparatus of this invention is described. In the thermoelectric power generation device 300 of the fourth embodiment, the problem that the power generation efficiency is reduced due to the temperature difference of the exhaust gas is dealt with similarly to the third embodiment. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described here.

図30には、第4実施形態に係る熱電発電装置300が示されている。図30に示されるように、第4実施形態に係る熱電発電装置300では、4つの熱交換部材301,302,303,304が積層されて配置されている。ここで、熱交換部材301〜304は、互いに周方向にずらされている。熱電発電装置300を側方から見た様子が図31に示されており、さらに図31のR−R断面が図32に示され、T−T断面が図33に示されている。   FIG. 30 shows a thermoelectric generator 300 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 30, in the thermoelectric generator 300 according to the fourth embodiment, four heat exchange members 301, 302, 303, and 304 are stacked and arranged. Here, the heat exchange members 301 to 304 are shifted from each other in the circumferential direction. FIG. 31 shows a state where the thermoelectric generator 300 is viewed from the side, FIG. 32 shows the RR cross section of FIG. 31, and FIG. 33 shows the TT cross section.

図30〜図33を参照すると理解できるように、最も上流側の熱交換部材301の取付け面301aに対して、上流側から2番目の熱交換部材302の取付け面302aは周方向に30°ずらされている。上流側から2番目の熱交換部材302の取付け面302aに対して、上流側から3番目の熱交換部材303の取付け面303aは周方向に30°ずらされている。上流側から3番目の熱交換部材303の取付け面303aに対して、上流側から4番目の熱交換部材304の取付け面304aは周方向に30°ずらされている。   As can be understood with reference to FIGS. 30 to 33, the attachment surface 302 a of the second heat exchange member 302 from the upstream side is shifted by 30 ° in the circumferential direction with respect to the attachment surface 301 a of the most upstream heat exchange member 301. Has been. The mounting surface 303a of the third heat exchange member 303 from the upstream side is shifted by 30 ° in the circumferential direction with respect to the mounting surface 302a of the second heat exchange member 302 from the upstream side. The mounting surface 304a of the fourth heat exchange member 304 from the upstream side is shifted by 30 ° in the circumferential direction with respect to the mounting surface 303a of the third heat exchange member 303 from the upstream side.

上述した熱交換部材301〜304によれば、最も上流側の熱交換部材301において隣り合う2つの取付け面301aの中間位置の内側を流れてきた排気ガスは、上流側から2番目の熱交換部材302において取付け面302aの内側を流れることとなる。同様に、上流側から2番目の熱交換部材302において隣り合う2つの取付け面302aの中間位置の内側を流れてきた排気ガスは、上流側から3番目の熱交換部材303において取付け面303aの内側を流れることとなる。同様に、上流側から3番目の熱交換部材303において隣り合う2つの取付け面303aの中間位置の内側を流れてきた排気ガスは、上流側から4番目の熱交換部材304において取付け面304aの内側を流れることとなる。   According to the heat exchange members 301 to 304 described above, the exhaust gas flowing inside the intermediate position between the two adjacent attachment surfaces 301a in the most upstream heat exchange member 301 is the second heat exchange member from the upstream side. In 302, it flows inside the mounting surface 302a. Similarly, the exhaust gas flowing inside the intermediate position between the two adjacent mounting surfaces 302a in the second heat exchange member 302 from the upstream side becomes the inner side of the mounting surface 303a in the third heat exchange member 303 from the upstream side. Will flow. Similarly, the exhaust gas flowing inside the intermediate position between two adjacent mounting surfaces 303a in the third heat exchanging member 303 from the upstream side becomes the inner side of the mounting surface 304a in the fourth heat exchanging member 304 from the upstream side. Will flow.

上述したように、上流側の熱交換部材301,302又は303において、隣り合う2つの取付け面301a,302a又は303aの中間位置の内側を流れてきた排気ガスは、次段の下流側の熱交換部材302,303又は304において、取付け面302a,303a又は304aの内側を流れることとなる。よって、上流側の吸熱フィン301b,302b又は303bによりあまり吸熱されず温度が高いままの排気ガスが、次段の下流側の吸熱フィン302b,303b又は304bの効率良く吸熱されるため、排気ガスの熱が有効に回収されて、全体として排気ガスからの吸熱量が大きくし、熱電モジュール40の発電量を向上することができる。   As described above, in the upstream heat exchange member 301, 302, or 303, the exhaust gas that has flowed inside the intermediate position between the two adjacent attachment surfaces 301 a, 302 a, or 303 a is subjected to heat exchange on the downstream side of the next stage. In the member 302, 303 or 304, it flows inside the mounting surface 302a, 303a or 304a. Therefore, since the exhaust gas that has not received much heat by the upstream endothermic fins 301b, 302b, or 303b and remains at a high temperature is efficiently absorbed by the downstream endothermic fins 302b, 303b, or 304b, The heat is effectively recovered, the amount of heat absorbed from the exhaust gas as a whole is increased, and the power generation amount of the thermoelectric module 40 can be improved.

[第5実施形態]
次に、図面を参照して、本発明の熱電発電装置に係る第5実施形態について説明する。第5実施形態の熱電発電装置400では、第3実施形態と同様に排気ガスの温度差に起因して発電効率が低下する問題に対処している。上述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について重点的に説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the thermoelectric generator 400 of the fifth embodiment, as in the third embodiment, the problem of reduced power generation efficiency due to the temperature difference of the exhaust gas is addressed. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and different parts will be mainly described here.

図34には、第5実施形態に係る熱電発電装置400が示されている。図34では、説明の便宜のため、中央の熱交換部材23を省略している。図34に示されるように、第5実施形態に係る熱電発電装置400では、中央の熱交換部材23と下流側の熱交換部材24との間には、多数の扁平形状の管状部材402が積層されて一体化された積層体401が配置されている。吸熱フィン24cと同数の管状部材402が積層されており、積層した状態で互いにロー付けされて接合されることで一体化され、全体としてリング状となっている。多数の管状部材402が一体化された積層体401は、下流側の熱交換部材24の吸熱フィン24cにロー付けされて固定されている。   FIG. 34 shows a thermoelectric generator 400 according to the fifth embodiment. In FIG. 34, the central heat exchange member 23 is omitted for convenience of explanation. As shown in FIG. 34, in the thermoelectric generator 400 according to the fifth embodiment, a large number of flat tubular members 402 are laminated between the central heat exchange member 23 and the downstream heat exchange member 24. Thus, an integrated laminate 401 is disposed. The same number of tubular members 402 as the heat-absorbing fins 24c are laminated, and are integrated by being brazed and joined together in a laminated state to form a ring shape as a whole. A laminated body 401 in which a large number of tubular members 402 are integrated is brazed and fixed to the heat absorbing fins 24c of the heat exchange member 24 on the downstream side.

熱電発電装置400から取り外された熱交換部材24が図35に示されている。さらに、熱交換部材24を排気ガスの流れ方向に見た様子が図36に示されており、熱交換部材24を側方から見た様子が図37に示されている。なお、図36に示されるように、多数の管状部材402は中央側の位置で互いに接合されて固定されており、外側の位置では2つの隣接する管状部材402の間に隙間403が存在している。   The heat exchange member 24 removed from the thermoelectric generator 400 is shown in FIG. Further, FIG. 36 shows a state where the heat exchange member 24 is viewed in the flow direction of the exhaust gas, and FIG. 37 shows a state where the heat exchange member 24 is viewed from the side. As shown in FIG. 36, many tubular members 402 are joined and fixed to each other at the central position, and there are gaps 403 between two adjacent tubular members 402 at the outer position. Yes.

図38には、管状部材402の一つが拡大して示されている。排気ガスの流路内において、管状部材402は、上流側の位置から下流側の位置まで延設されている。管状部材402の上流側の位置には、排気ガスの入口となる開口402aが形成されており、管状部材402の下流側の位置には排気ガスの出口となる開口402bが形成されている。管状部材402の上流側の開口402aと管状部材402の下流側の開口402bとは、径方向及に異なる位置に設けられている。即ち、管状部材402の上流側の開口402aは、熱交換部材24の中央でボルト部材27が配置される位置の近傍にあり、管状部材402の下流側の開口402bは、熱交換部材24の外側で熱交換部材24のケース部24bの近傍にある。また、管状部材402の上流側の開口402aと管状部材402の下流側の開口402bとは、周方向に若干異なる位置に設けられている。   In FIG. 38, one of the tubular members 402 is shown enlarged. In the exhaust gas flow path, the tubular member 402 extends from an upstream position to a downstream position. An opening 402 a serving as an exhaust gas inlet is formed at an upstream position of the tubular member 402, and an opening 402 b serving as an exhaust gas outlet is formed at a downstream position of the tubular member 402. The upstream opening 402a of the tubular member 402 and the downstream opening 402b of the tubular member 402 are provided at different positions in the radial direction. That is, the upstream opening 402 a of the tubular member 402 is in the vicinity of the position where the bolt member 27 is disposed at the center of the heat exchange member 24, and the downstream opening 402 b of the tubular member 402 is outside the heat exchange member 24. In the vicinity of the case portion 24b of the heat exchange member 24. The upstream opening 402a of the tubular member 402 and the downstream opening 402b of the tubular member 402 are provided at slightly different positions in the circumferential direction.

上流側から流れてきた排気ガスは、管状部材402の上流側の開口402aから流入すると、管状部材402の内部を通過して、管状部材402の下流側の開口402bから流出する。これにより、排気ガスの流路内において内側を流れていた排気ガスは、管状部材402を通過した後には外側を流れるようになる。一方、既述のとおり隣接する2つの管状部材402の間には隙間403があるため、排気ガスの流路内において外側を流れていた排気ガスは、管状部材402を通過した後には内側を流れるようになる。   When the exhaust gas flowing from the upstream side flows into the upstream opening 402 a of the tubular member 402, the exhaust gas passes through the tubular member 402 and flows out of the downstream opening 402 b of the tubular member 402. As a result, the exhaust gas flowing inside the exhaust gas flow path flows outside after passing through the tubular member 402. On the other hand, since there is a gap 403 between two adjacent tubular members 402 as described above, the exhaust gas flowing outside in the flow path of the exhaust gas flows inside after passing through the tubular member 402. It becomes like this.

既述のとおり、吸熱フィン22c〜24cの根元側部位は、排気ガスから奪った熱を取付け面22a〜24aから熱電モジュール40に逃がしやすい。このため、吸熱フィン22c〜24cの根元側部位は、吸熱フィン22c〜24cの先端側部位よりも、排気ガスから多くの熱を奪う傾向にある。よって、排気ガスが下流側へ流れて行くほど排気ガスには温度差が生じる。これに対して、上述したように熱交換部材23と熱交換部材24との間に管状部材402を配置することで、上流側の熱交換部材23では吸熱フィン23cの先端側部位を流れてきた排気ガスが、下流側の熱交換部材24では吸熱フィン24cの根元側部位を流れることとなり、上流側の熱交換部材23では吸熱フィン23cの根元側部位を流れてきた排気ガスが、下流側の熱交換部材24では吸熱フィン24cの先端側部位を流れることとなる。よって、上流側の吸熱フィン23cによりあまり吸熱されず温度が高いままの排気ガスが、下流側の吸熱フィン24cでは効率良く吸熱されるため、排気ガスの熱が有効に回収して、全体として排気ガスからの吸熱量が大きくし、熱電モジュール40の発電量を向上することができる。   As described above, the base side portions of the heat-absorbing fins 22c to 24c easily release the heat taken from the exhaust gas from the mounting surfaces 22a to 24a to the thermoelectric module 40. For this reason, the root side portions of the endothermic fins 22c to 24c tend to take more heat from the exhaust gas than the tip side portions of the endothermic fins 22c to 24c. Therefore, the temperature difference occurs in the exhaust gas as the exhaust gas flows downstream. On the other hand, by arranging the tubular member 402 between the heat exchange member 23 and the heat exchange member 24 as described above, the upstream heat exchange member 23 has flowed through the tip side portion of the heat absorbing fins 23c. The exhaust gas flows through the root side portion of the heat absorption fin 24c in the downstream heat exchange member 24, and the exhaust gas flowing through the root side portion of the heat absorption fin 23c in the upstream heat exchange member 23 flows downstream. In the heat exchange member 24, it flows through the tip side portion of the heat absorbing fin 24c. Therefore, the exhaust gas that is not absorbed much by the upstream endothermic fin 23c and remains at a high temperature is efficiently absorbed by the downstream endothermic fin 24c, so that the heat of the exhaust gas is effectively recovered and exhausted as a whole. The amount of heat absorbed from the gas can be increased, and the power generation amount of the thermoelectric module 40 can be improved.

上述した実施形態では、上流側から2番目の熱交換部材23と上流側から3番目の熱交換部材24との間に配置された管状部材402について説明したが、上流側から1番目の熱交換部材22と上流側から2番目の熱交換部材23との間にも同様に管状部材が配置されている。また、上述した実施形態では、管状部材402は周方向の全ての位置に設けられたが、管状部材402は周方向の一部の位置にのみ設けられてもよい。また、上述した実施形態では、管状部材402は吸熱フィンと同数であったが、管状部材402は吸熱フィンよりも多くてもよいし少なくてもよい。   In the above-described embodiment, the tubular member 402 disposed between the second heat exchange member 23 from the upstream side and the third heat exchange member 24 from the upstream side has been described, but the first heat exchange from the upstream side has been described. A tubular member is similarly arranged between the member 22 and the second heat exchange member 23 from the upstream side. In the above-described embodiment, the tubular member 402 is provided at all positions in the circumferential direction. However, the tubular member 402 may be provided only at some positions in the circumferential direction. In the above-described embodiment, the number of the tubular members 402 is the same as the number of the heat absorbing fins, but the number of the tubular members 402 may be more or less than the number of the heat absorbing fins.

本発明に係る熱電発電装置の一実施形態を備えた熱電発電システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the thermoelectric power generation system provided with one Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on this invention. 第1実施形態に係る熱電発電装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the thermoelectric generator which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る熱電発電装置を上流側から見た図である。It is the figure which looked at the thermoelectric power generating device concerning a 1st embodiment from the upper stream side. 第1実施形態に係る熱電発電装置を側方から見た図である。It is the figure which looked at the thermoelectric power generating device concerning a 1st embodiment from the side. 図3のV−V断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the VV cross section of FIG. 図3のVI−VI断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the VI-VI cross section of FIG. 図4のVII−VII断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the VII-VII cross section of FIG. 第1実施形態に係る熱電発電装置を分解して示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles and shows the thermoelectric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment. 熱電モジュールの内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of a thermoelectric module. 熱電モジュールが取り付けられる様子を示す斜視図であるIt is a perspective view which shows a mode that a thermoelectric module is attached. 熱電モジュールを固定するための部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the member for fixing a thermoelectric module. 熱電発電装置本体を分解して示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles and shows a thermoelectric generator main body. 図7の一部を拡大して示す簡略化された断面図である。FIG. 8 is a simplified cross-sectional view showing a part of FIG. 7 in an enlarged manner. 図5の一部を拡大して示す簡略化された断面図である。FIG. 6 is a simplified cross-sectional view showing a part of FIG. 5 in an enlarged manner. 第1実施形態における位置決め部材の配置を示す概略図である。It is the schematic which shows arrangement | positioning of the positioning member in 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例における位置決め部材の配置を示す概略図である。It is the schematic which shows arrangement | positioning of the positioning member in the modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例に係る熱電発電装置の外観を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance of the thermoelectric power generator which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例に係る熱電発電装置の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態に係る熱電発電装置において積層される板状部材及びガスケットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate-shaped member and gasket which are laminated | stacked in the thermoelectric generator which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置における板状部材の積層構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the laminated structure of the plate-shaped member in the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 図20の板状部材を矢視方向に見た図である。It is the figure which looked at the plate-shaped member of FIG. 20 in the arrow direction. 第2実施形態の熱電発電装置の第1変形例における板状部材の積層構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the laminated structure of the plate-shaped member in the 1st modification of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第2変形例における板状部材の積層構造を示す図である。It is a figure which shows the laminated structure of the plate-shaped member in the 2nd modification of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第3変形例における板状部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the plate-shaped member in the 3rd modification of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第2実施形態の熱電発電装置の第3変形例における板状部材の積層構造を示す図である。It is a figure which shows the laminated structure of the plate-shaped member in the 3rd modification of the thermoelectric generator of 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る熱電発電装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the thermoelectric generator which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態のプレートを上流側から見た図である。It is the figure which looked at the plate of 3rd Embodiment from the upstream. 第3実施形態のプレートを径方向から見た図である。It is the figure which looked at the plate of 3rd Embodiment from the radial direction. 第3実施形態のプレートの周辺における排気ガスの流れを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flow of the exhaust gas in the periphery of the plate of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る熱電発電装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the thermoelectric power generator which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る熱電発電装置を側方から見た図である。It is the figure which looked at the thermoelectric power generation apparatus which concerns on 4th Embodiment from the side. 図31のR−R断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the RR cross section of FIG. 図31のT−T断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the TT cross section of FIG. 第5実施形態に係る熱電発電装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the thermoelectric generator which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係る熱交換部材及び管状部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat exchange member and tubular member which concern on 5th Embodiment. 第5実施形態に係る熱交換部材及び管状部材を上流側から見た図である。It is the figure which looked at the heat exchange member and tubular member which concern on 5th Embodiment from the upstream. 第5実施形態に係る熱交換部材及び管状部材を側方から見た図である。It is the figure which looked at the heat exchange member and tubular member which concern on 5th Embodiment from the side. 第5実施形態に係る管状部材を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the tubular member which concerns on 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…熱電発電システム、2…エキゾーストマニホールド、3…熱電発電装置、4…排気管、8…熱回収流路、9…バイパス流路、10…排気ガス通路切換バルブ、20…熱電発電装置本体、21…第1固定部材、25…第2固定部材、22,23,24…熱交換部材、22b,23b,24b…ケース部、22c,23c,24c…吸熱フィン、26…ガスケット、27…ボルト部材(固定手段)、28,29…皿バネ、30…ナット部材(固定手段)、31…位置決め部材、40…熱電モジュール(熱電変換部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric power generation system, 2 ... Exhaust manifold, 3 ... Thermoelectric power generation device, 4 ... Exhaust pipe, 8 ... Heat recovery flow path, 9 ... Bypass flow path, 10 ... Exhaust gas passage switching valve, 20 ... Thermoelectric power generation apparatus main body, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... 1st fixing member, 25 ... 2nd fixing member, 22, 23, 24 ... Heat exchange member, 22b, 23b, 24b ... Case part, 22c, 23c, 24c ... Endothermic fin, 26 ... Gasket, 27 ... Bolt member (Fixing means), 28, 29 ... disc spring, 30 ... nut member (fixing means), 31 ... positioning member, 40 ... thermoelectric module (thermoelectric converter).

Claims (14)

熱媒体から熱を回収する吸熱フィンと、当該吸熱フィンのケース部とを有し、熱媒体の流れ方向に並べて配置された複数の熱交換部材と、
前記熱交換部材により回収された熱を利用して発電を行う熱電発電部と、
前記複数の熱交換部材に対して熱媒体の流れ方向の上流側に配置された第1固定部材と、
前記複数の熱交換部材に対して熱媒体の流れ方向の下流側に配置された第2固定部材と、
前記第1固定部材及び前記第2固定部材に前記熱交換部材を押圧させる固定手段と、
を備えることを特徴とする熱電発電装置。
A plurality of heat exchanging members that are arranged side by side in the flow direction of the heat medium, having heat absorption fins for recovering heat from the heat medium, and case portions of the heat absorption fins;
A thermoelectric generator that generates electricity using heat recovered by the heat exchange member;
A first fixing member disposed on the upstream side in the flow direction of the heat medium with respect to the plurality of heat exchange members;
A second fixing member disposed on the downstream side in the flow direction of the heat medium with respect to the plurality of heat exchange members;
Fixing means for pressing the heat exchange member against the first fixing member and the second fixing member;
A thermoelectric generator characterized by comprising:
前記固定手段は、前記熱交換部材の中央を通過して前記第1固定部材及び前記第2固定部材と係合し、前記第1固定部材及び前記第2固定部材に前記熱交換部材を押圧させる部材を有することを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。   The fixing means passes through the center of the heat exchange member, engages with the first fixing member and the second fixing member, and causes the first fixing member and the second fixing member to press the heat exchange member. The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising a member. 前記第1固定部材及び前記第2固定部材による前記熱交換部材の押圧に応じて変形するバネ部材をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising a spring member that deforms in response to pressing of the heat exchange member by the first fixing member and the second fixing member. 前記固定手段は、熱媒体のバイパス通路が内部に形成されると共に前記第1固定部材及び前記第2固定部材と係合し、前記第1固定部材及び前記第2固定部材に前記熱交換部材を押圧させる部材を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   The fixing means has a heat medium bypass passage formed therein and engages with the first fixing member and the second fixing member, and the heat exchanging member is connected to the first fixing member and the second fixing member. The thermoelectric power generator according to claim 1, further comprising a member to be pressed. 前記熱交換部材の位置決めを行うための位置決め手段を、さらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric power generator according to claim 1, further comprising positioning means for positioning the heat exchange member. 複数の前記熱交換部材の少なくとも1つは、他の前記熱交換部材と異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   6. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein at least one of the plurality of heat exchange members is made of a material different from that of the other heat exchange members. 前記熱交換部材のケース部において前記吸熱フィンと反対側の位置に前記熱電発電部が配置されており、
前記熱電発電部が前記ケース部に接触する面積よりも、前記吸熱フィンが前記ケース部に設けられる面積のほうが大きいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱電発電装置。
The thermoelectric generator is disposed at a position opposite to the heat sink fin in the case portion of the heat exchange member,
The thermoelectric power generation device according to any one of claims 1 to 6, wherein an area where the heat-absorbing fin is provided in the case portion is larger than an area where the thermoelectric power generation portion is in contact with the case portion. .
前記熱交換部材は、複数の板状部材を積層して構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat exchange member is configured by laminating a plurality of plate-like members. 上流側の前記板状部材の前記吸熱フィンエレメントに対して、下流側の前記板状部材の前記吸熱フィンエレメントは周方向にずらされており、前記吸熱フィンに段差が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の熱電発電装置。   The endothermic fin element of the plate member on the downstream side is shifted in the circumferential direction with respect to the endothermic fin element of the plate member on the upstream side, and a step is formed in the endothermic fin. The thermoelectric generator according to claim 8. 複数の前記板状部材の少なくとも1つは、他の前記板状部材と異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 8 or 9, wherein at least one of the plurality of plate-like members is made of a material different from that of the other plate-like members. 上流側の前記熱交換部材において所定位置を流れた熱媒体が、下流側の前記熱交換部材において前記熱電発電部に対して相対的に異なる位置を流れるように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱電発電装置。   The heat medium that has flowed through a predetermined position in the heat exchange member on the upstream side is configured to flow in a position that is relatively different from the thermoelectric power generation unit in the heat exchange member on the downstream side. The thermoelectric power generator according to any one of claims 1 to 6. 上流側の前記熱交換部材の前記吸熱フィンと下流側の前記熱交換部材の前記吸熱フィンとの間には、前記熱媒体の流れ方向に対して傾斜が付けられており、熱媒体の流れる位置を変えるプレートが配置されていることを特徴とする請求項11に記載の熱電発電装置。   Between the heat sink fin of the heat exchange member on the upstream side and the heat sink fin of the heat exchange member on the downstream side, an inclination is given to the flow direction of the heat medium, and the position where the heat medium flows The thermoelectric power generator according to claim 11, wherein a plate for changing the temperature is arranged. 上流側の熱交換部材の取付け面に対して、下流側の熱交換部材の取付け面は、周方向にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項11に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 11, wherein the mounting surface of the downstream heat exchange member is provided at a position shifted in the circumferential direction with respect to the mounting surface of the upstream heat exchange member. 上流側の熱交換部材の吸熱フィンと下流側の熱交換部材の吸熱フィンとの間には、前記熱媒体が流入する上流側開口と前記熱媒体が流出する下流側開口とが異なる位置に設けられている管状部材が配置されていることを特徴とする請求項11に記載の熱電発電装置。   Between the heat sink fin of the upstream heat exchange member and the heat sink fin of the downstream heat exchange member, the upstream opening through which the heat medium flows and the downstream opening through which the heat medium flows out are provided at different positions. The thermoelectric power generator according to claim 11, wherein a tubular member is disposed.
JP2006055333A 2006-03-01 2006-03-01 Thermoelectric generator Expired - Fee Related JP5040124B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006055333A JP5040124B2 (en) 2006-03-01 2006-03-01 Thermoelectric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006055333A JP5040124B2 (en) 2006-03-01 2006-03-01 Thermoelectric generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007236122A true JP2007236122A (en) 2007-09-13
JP5040124B2 JP5040124B2 (en) 2012-10-03

Family

ID=38556140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006055333A Expired - Fee Related JP5040124B2 (en) 2006-03-01 2006-03-01 Thermoelectric generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5040124B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012206085A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG heat exchangers
US8661801B2 (en) 2011-12-15 2014-03-04 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
JP2014515071A (en) * 2011-03-18 2014-06-26 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Exhaust train with integrated thermoelectric generator
US9145812B2 (en) 2011-12-12 2015-09-29 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
US9145811B2 (en) 2011-12-15 2015-09-29 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
JP2018166368A (en) * 2017-03-28 2018-10-25 三菱電機エンジニアリング株式会社 Thermoelectric generator
JP2020150017A (en) * 2019-03-11 2020-09-17 古河機械金属株式会社 Thermoelectric conversion device
CN113107658A (en) * 2021-05-14 2021-07-13 烟台大学 Integrated power generation device combining tail gas waste heat temperature difference and tail gas self-driven motion

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004360522A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Toyota Motor Corp Exhaust system
JP2005117755A (en) * 2003-10-06 2005-04-28 Toyota Motor Corp Generator
JP2005223131A (en) * 2004-02-05 2005-08-18 Toyota Motor Corp Thermoelectric generator of internal combustion engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004360522A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Toyota Motor Corp Exhaust system
JP2005117755A (en) * 2003-10-06 2005-04-28 Toyota Motor Corp Generator
JP2005223131A (en) * 2004-02-05 2005-08-18 Toyota Motor Corp Thermoelectric generator of internal combustion engine

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014515071A (en) * 2011-03-18 2014-06-26 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア Exhaust train with integrated thermoelectric generator
US9540982B2 (en) 2011-03-18 2017-01-10 Basf Se Exhaust train having an integrated thermoelectric generator
US9145812B2 (en) 2011-12-12 2015-09-29 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
US8661801B2 (en) 2011-12-15 2014-03-04 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
US9145811B2 (en) 2011-12-15 2015-09-29 Hyundai Motor Company Thermoelectric generator of vehicle
DE102012206085A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG heat exchangers
DE102012206085B4 (en) * 2012-04-13 2013-11-21 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG heat exchangers
US9163545B2 (en) 2012-04-13 2015-10-20 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Thermoelectric generator with heat exchanger
JP2018166368A (en) * 2017-03-28 2018-10-25 三菱電機エンジニアリング株式会社 Thermoelectric generator
JP2020150017A (en) * 2019-03-11 2020-09-17 古河機械金属株式会社 Thermoelectric conversion device
CN113107658A (en) * 2021-05-14 2021-07-13 烟台大学 Integrated power generation device combining tail gas waste heat temperature difference and tail gas self-driven motion
CN113107658B (en) * 2021-05-14 2022-07-05 烟台大学 Integrated power generation device combining tail gas waste heat temperature difference and tail gas self-driven motion

Also Published As

Publication number Publication date
JP5040124B2 (en) 2012-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5040124B2 (en) Thermoelectric generator
JP4423989B2 (en) Thermoelectric generator for internal combustion engine
CN102369611B (en) Thermoelectric generator unit
JP3676504B2 (en) Thermoelectric module
JP4872741B2 (en) Thermoelectric generator
JP4715333B2 (en) Thermoelectric generator
JP5443947B2 (en) Thermoelectric generator
EP2180534A1 (en) Energy conversion devices and methods
US20050217714A1 (en) Exhaust heat recovery system
JP2008042994A (en) Thermoelectric generator
JP2004208476A (en) Waste heat power generator
US9293679B2 (en) Thermoelectric module for a thermoelectric generator of a vehicle and vehicle having thermoelectric modules
US20130327369A1 (en) Thermoelectric system with mechanically compliant element
JP2008035595A (en) Thermal power generation equipment and its manufacturing method
JPH10234194A (en) Waste-heat power generation apparatus
JP2009295752A (en) Thermoelectric power generation module
WO2017100718A1 (en) Multi-layer thermoelectric generator
JP4677891B2 (en) Heat transfer parts
JP5443952B2 (en) Thermoelectric generator
JP2007157908A (en) Thermal power generator
JP2007149841A (en) Thermal power generating system
JP4285144B2 (en) Waste heat energy recovery device
JP2009278830A (en) Thermoelectric generator
JP2005210782A (en) Exhaust heat recovery equipment
JP2006002704A (en) Thermoelectric power generation device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111028

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120612

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120625

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5040124

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150720

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees