JP2011165976A - Thermoelectric converter and thermoelectric conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電気変換素子を用いて温度差により熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電気変換装置および熱電気変換方法に関し、詳しくは熱電気変換モジュールを2個以上備えた熱電気変換装置および熱電気変換方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion device and a thermoelectric conversion method for converting thermal energy into electric energy by a temperature difference using a thermoelectric conversion element, and more specifically, a thermoelectric conversion device including two or more thermoelectric conversion modules, and The present invention relates to a thermoelectric conversion method.
近年、人類のエネルギ消費量は、産業や科学技術の発達に伴い、歴史的に例を見ないほど加速された。その結果、CO2等の温室効果ガスによる地球温暖化の問題が浮上している。温室効果ガスの発生をできるだけ抑制するために、現在ガス焼却炉や火力プラント等各種産業をはじめとして、自動車等の内燃機関から未利用のまま廃棄されている高温の熱エネルギを、可能な限り電気エネルギとして回収する発電装置の製品化が期待されている。 In recent years, the energy consumption of mankind has accelerated unprecedentedly with the development of industry and science and technology. As a result, the problem of global warming due to greenhouse gases such as CO2 has emerged. In order to suppress the generation of greenhouse gases as much as possible, the high-temperature heat energy that is currently discarded from internal combustion engines such as automobiles, as well as various industries such as gas incinerators and thermal power plants, can be used as much as possible. The production of power generators that recover energy is expected.
熱エネルギを電気エネルギとして回収する電気変換装置としては、熱電気変換素子を用いた熱電気変換技術がよく知られている。熱電気変換素子は、金属あるいは半導体の両端に温度差を与えると、高温部と低温部との間に電位差を生じさせるというゼーベック効果を利用したものである。また、熱電気変換素子は、温度差が大きいほど発電量も大きくなる性質を有する。熱電気変換素子は、通常、複数の熱電気変換素子を組み込んだ熱電気変換モジュールという形態で用いられることが多い。 As an electrical conversion device that recovers thermal energy as electrical energy, a thermoelectric conversion technique using a thermoelectric conversion element is well known. The thermoelectric conversion element utilizes the Seebeck effect that, when a temperature difference is given to both ends of a metal or a semiconductor, a potential difference is generated between a high temperature portion and a low temperature portion. In addition, the thermoelectric conversion element has a property that the power generation amount increases as the temperature difference increases. The thermoelectric conversion element is usually used in the form of a thermoelectric conversion module incorporating a plurality of thermoelectric conversion elements.
たとえば、特許文献1(特開2004−119833号公報)には、内燃機関の排気熱エネルギを電気エネルギに変換することを目的として、熱電気変換モジュールを、バンド等で締付けることにより押圧状態とし、熱電気変換モジュールの高温の面と低温の面とに高温媒体流路と冷却媒体流路をそれぞれ接触させ、熱エネルギを電気エネルギに変換する構成としたものが開示されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-119833), for the purpose of converting exhaust heat energy of an internal combustion engine into electric energy, the thermoelectric conversion module is brought into a pressed state by tightening with a band or the like, A structure in which a high temperature medium flow path and a cooling medium flow path are brought into contact with a high temperature surface and a low temperature surface of a thermoelectric conversion module to convert heat energy into electric energy is disclosed.
また、非特許文献1(「熱電変換工学−基礎と応用−」)には、熱源である高温側流体を装置の中心部に備えた伝熱管に流通させ、伝熱管の周囲に複数個の熱電気変換モジュールをボルトおよびナット、またはバンド等でまとめて締め付けることにより、熱電気変換モジュールを伝熱管表面に押圧状態で固定する熱電気変換装置が開示されている。 In Non-Patent Document 1 ("Thermoelectric Conversion Engineering-Fundamentals and Applications"), a high-temperature side fluid as a heat source is circulated through a heat transfer tube provided in the center of the apparatus, and a plurality of heat is supplied around the heat transfer tube. A thermoelectric conversion device is disclosed that fixes a thermoelectric conversion module to a heat transfer tube surface in a pressed state by collectively tightening the electric conversion module with bolts and nuts, bands, or the like.
図25は、非特許文献1、特許文献2(特開2009−88408号公報)等に記載された従来の熱電気変換装置51の一例の縦断面図である。図25に示すように、従来の熱電気変換装置51は、配管やダクト等の部材を用いて形成され、排気ガス等が流れる高温側流体流路部20と、熱電気変換モジュール10と、水等が流れる低温側流体流路部30と、が別部材になっている。また、高温側流体流路部20と、熱電気変換モジュール10と、低温側流体流路部30とは、押圧部材57、57間に配置され、押圧部材57、57をボルト・ナット58で締め付けられることにより構成される。
FIG. 25 is a longitudinal sectional view of an example of a conventional
熱電気変換装置51の熱電気変換モジュール10は、高温側表面部およびその近傍が、200℃以上の高温で用いられたり、腐食環境で用いられたりする。このため、熱電気変換モジュール10は、熱電気変換モジュール10に内蔵される熱電気変換素子等を酸化等の劣化から保護して信頼性を向上させるために、通常、熱電気変換素子等をケース11中に封止した封止構造になっている。
In the
しかし、非特許文献1等に記載された従来の熱電気変換装置51は、熱電気変換モジュール10等の設置位置やバンドの締め付け具合が充分でないと、高温側流体流路形成部20と熱電気変換モジュール10との接触面59における接触熱抵抗が大きくなり、熱電気変換モジュール10に内蔵された熱電気変換素子への入熱が低下して、十分な性能を実現できないおそれがあるという問題があった。
However, the conventional
また、非特許文献1等に記載された従来の熱電気変換装置51の熱電気変換モジュール10を伝熱管の周囲に配置させた場合は、装置全体寸法に対する熱交換量、すなわち熱交換密度を大きくできない上、組立が容易でなく量産化に向かない等の問題があった。このため、たとえば熱電気変換モジュール10を自動車等内燃機関の排気管に用いる場合、熱電気変換モジュール10は設置場所の制限を受け、要求される出力を満足する十分な数の熱電気変換モジュール10を設置することが難しい上、熱電気変換モジュール10の製作費の低減も困難であるという問題があった。
Further, when the
さらに、非特許文献1等に記載された従来の熱電気変換装置51の熱電気変換モジュール10は、別部材である、熱電気変換モジュール10と、高温側流体流路部20を構成する部材25との接触面59で接触熱抵抗が発生するため、熱電気変換モジュール10に内蔵された熱電気変換素子への供給熱量が少なくなり、発電性能が低下するという問題があった。
Further, the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱エネルギから電気エネルギへの効率よい変換を実現し、軽量かつ高性能の発電機能が得られる熱電気変換装置および熱電気変換方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a thermoelectric conversion device and a thermoelectric conversion method that achieve efficient conversion from heat energy to electric energy and obtain a light-weight and high-performance power generation function. The purpose is to do.
本発明は、熱電気変換モジュールの高温側表面部と、隣接する熱電気変換モジュール間を連接する高温側流体流路形成部とで高温側流体流路部を形成して、熱電気変換モジュールを高密度且つ熱抵抗の低い状態で配置することにより、熱電気変換装置における熱エネルギから電気エネルギへの変換効率が向上し、熱電気変換装置が軽量かつ発電性能が高くなり、構造健全性および信頼性、並びに取付けおよびメンテナンス等の作業性にも優れることを見出して完成されたものである。 The present invention provides a thermoelectric conversion module by forming a high temperature side fluid flow path section with a high temperature side surface section of a thermoelectric conversion module and a high temperature side fluid flow path forming section connecting adjacent thermoelectric conversion modules. By arranging in a state of high density and low thermal resistance, the conversion efficiency from thermal energy to electrical energy in the thermoelectric conversion device is improved, the thermoelectric conversion device is lighter and has higher power generation performance, structural soundness and reliability It has been completed by finding that it is excellent in workability and workability such as mounting and maintenance.
また、本発明は、熱電気変換モジュールを適正な押圧状態に保持すると、構造健全性および信頼性、並びに取付けおよびメンテナンス等の作業性がより優れることを見出して完成されたものである。 In addition, the present invention has been completed by finding that when the thermoelectric conversion module is held in an appropriate pressed state, structural soundness and reliability, and workability such as mounting and maintenance are more excellent.
本発明に係る熱電気変換装置は、上記問題点を解決するものであり、高温側表面部と低温側表面部と側面部とで囲まれてなるモジュールケース中に、前記高温側表面部と低温側表面部の間にある温度差を用いて熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子が内蔵された熱電気変換モジュールと、この熱電気変換モジュールの高温側表面部側に設けられる高温側流体流路部と、前記熱電気変換モジュールの低温側表面部側に設けられる低温側流体流路部と、を備えた熱電気変換装置において、前記熱電気変換モジュールを2個以上用い、前記高温側流体流路部は、各熱電気変換モジュールの高温側表面部と、隣接する熱電気変換モジュール間を連接する高温側流体流路形成部とを連接して形成されたことを特徴とする。 The thermoelectric conversion device according to the present invention solves the above-described problems. In a module case surrounded by a high temperature side surface portion, a low temperature side surface portion, and a side surface portion, the high temperature side surface portion and the low temperature side Thermoelectric conversion module including a thermoelectric conversion element that converts thermal energy into electrical energy using a temperature difference between the side surface portions, and a high temperature side fluid provided on the high temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module In a thermoelectric conversion device comprising a flow path portion and a low temperature side fluid flow path portion provided on the low temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module, two or more thermoelectric conversion modules are used, and the high temperature side The fluid flow path part is formed by connecting a high temperature side surface part of each thermoelectric conversion module and a high temperature side fluid flow path forming part connecting adjacent thermoelectric conversion modules.
また、本発明に係る熱電気変換方法は、上記問題点を解決するものであり、高温側表面部と低温側表面部と側面部とで囲まれてなるモジュールケース中に、前記高温側表面部と低温側表面部の間にある温度差を用いて熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換素子が内蔵された熱電気変換モジュールと、この熱電気変換モジュールの高温側表面部側に設けられる高温側流体流路部と、前記熱電気変換モジュールの低温側表面部側に設けられる低温側流体流路部と、を備えた熱電気変換装置を用いた熱電気変換方法において、前記熱電気変換装置は、前記熱電気変換モジュールを2個以上用いるとともに、前記高温側流体流路部が、各熱電気変換モジュールの高温側表面部と、隣接する熱電気変換モジュール間を連接する高温側流体流路形成部とを連接して形成されたものであり、高温側流体を前記高温側流体流路部に流通させるとともに、低温側流体を前記低温側流体流路部に流通させることを特徴とする。 Further, the thermoelectric conversion method according to the present invention solves the above-mentioned problem, and the high temperature side surface portion is included in a module case surrounded by a high temperature side surface portion, a low temperature side surface portion and a side surface portion. And a thermoelectric conversion module with a built-in thermoelectric conversion element that converts thermal energy into electric energy using a temperature difference between the surface portion and the low temperature side surface portion, and a high temperature provided on the high temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module In the thermoelectric conversion method using the thermoelectric conversion device provided with the side fluid flow path part and the low temperature side fluid flow path part provided on the low temperature side surface part side of the thermoelectric conversion module, the thermoelectric conversion apparatus Uses two or more thermoelectric conversion modules, and the high temperature side fluid flow path portion connects the high temperature side surface portion of each thermoelectric conversion module and the adjacent thermoelectric conversion modules. form And in a section that is formed by connecting, with circulating the hot side fluid to the hot side fluid flow path unit, and wherein the circulating the cold side fluid to the cold-side fluid passage portion.
本発明に係る熱電気変換装置および熱電気変換方法によれば、熱エネルギから電気エネルギへの変換が効率よくなり、熱電気変換装置が軽量かつ発電性能が高くなるとともに、構造健全性および信頼性、並びに取付けおよびメンテナンス等の作業性が優れる。 According to the thermoelectric conversion device and the thermoelectric conversion method according to the present invention, conversion from heat energy to electric energy becomes efficient, the thermoelectric conversion device is light in weight and has high power generation performance, and structural soundness and reliability. In addition, workability such as mounting and maintenance is excellent.
以下、本発明に係る熱電気変換装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a thermoelectric conversion device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る熱電気変換装置の第1実施形態の斜視図である。図2は、図1に示す熱電気変換装置の断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a thermoelectric converter according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the thermoelectric converter shown in FIG.
図1および図2に示す熱電気変換装置1は、モジュールケース11中に熱電変換素子が内蔵された2個の熱電気変換モジュール10、10と、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15側に設けられる1個の高温側流体流路部20と、各熱電気変換モジュール10の低温側表面部16側に設けられる2個の低温側流体流路部30、30と、を備える。
The thermoelectric conversion device 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes two
図2に示すように、熱電気変換装置1の高温側流体流路部20は、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15と、各熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17のうちの高温側表面部15側の一部と、2個の熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25を用いて断面略矩形状に形成される。高温側流体流路部20は、内部に断面略矩形状の高温側流体流路21を形成する。
As shown in FIG. 2, the high temperature side fluid
高温側流体流路部20中、熱電気変換装置1の高温側流体流路部20、20間には、断面櫛状のフィン40が設けられる。
A
このような構成により、熱電気変換装置1は、高温側流体流路部20を中央側としたときに、高温側流体流路部20が熱電気変換装置1の中央側に形成され、低温側流体流路部30が熱電気変換装置1の周辺側に形成されたようになっている。
With such a configuration, the thermoelectric conversion device 1 has the high temperature side fluid
以下、熱電気変換装置1の各構成について詳細に説明する。 Hereinafter, each structure of the thermoelectric conversion apparatus 1 is demonstrated in detail.
(熱電気変換モジュール)
図3は、熱電気変換モジュールの一例の斜視図である。図4は、熱電気変換モジュールの他の一例の斜視図である。
(Thermoelectric conversion module)
FIG. 3 is a perspective view of an example of the thermoelectric conversion module. FIG. 4 is a perspective view of another example of the thermoelectric conversion module.
図3に示すように、熱電気変換モジュール10は、高温側表面部15と、低温側表面部16と、4面の側面部17とで囲まれてなるボックス形のモジュールケース11を備える。
As shown in FIG. 3, the
モジュールケース11は、通常、高温側表面部15を含む高温側部材12と、低温側表面部16を含む低温側部材13と、を重ね合わせ、溶接やロウ付けで接合することにより作製される。
The
高温側部材12や低温側部材13としては、たとえば、高温側表面部15や低温側表面部16を底部とするとともに、高温側表面部15や低温側表面部16の対面が開放されたボックス状になっており、かつ開放端の周囲にフランジが設けられたものが用いられる。
As the high
これらのフランジが設けられた高温側部材12と低温側部材13とを重ね合わせ、フランジ同士を溶接やロウ付けで接合すると、図4に示すような、側面部17の周囲にフランジ18が形成されたモジュールケース11が得られる。
When the high
熱電気変換モジュール10のモジュールケース11中には、高温側表面部15と低温側表面部16の間にある温度差を用いて熱エネルギを電気エネルギに変換する図示しないp型およびn型の熱電変換素子が内蔵される。
In the
熱電変換素子としては、たとえば、希土類元素、トリウム、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、アンチモン、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、錫、コバルト、シリコン、マンガン、亜鉛、ボロン、炭素、窒素、酸素、ガリウム、バナジウム、バリウム、マグネシウム、クロム、タンタル、モリブデン、アルミニウム、ビスマスのうち少なくも3種類の元素から構成される熱−電気直接変換半導体が用いられる。 Examples of thermoelectric conversion elements include rare earth elements, thorium, cobalt, nickel, iron, palladium, antimony, titanium, zirconium, hafnium, tin, cobalt, silicon, manganese, zinc, boron, carbon, nitrogen, oxygen, gallium, and vanadium. Thermal-electric direct conversion semiconductors composed of at least three elements among barium, magnesium, chromium, tantalum, molybdenum, aluminum, and bismuth are used.
熱−電気直接変換半導体としては、たとえば、スクッテルダイト型結晶構造を有するコバルトアンチモナイド化合物を主相とする熱電気変換材料、充填スクッテルダイト型結晶構造を有するコバルトアンチモナイド化合物を主相とする熱電変換材料、クラスレート化合物を主相とする熱電気変換材料、ハーフホイスラー化合物を主相とする熱電気変換材料のうちの少なくとも1種類、またはこれらの材料からなる化合物、混合物もしくは固溶体等が用いられる。 As the thermo-electric direct conversion semiconductor, for example, a thermoelectric conversion material having a cobalt antimonide compound having a skutterudite type crystal structure as a main phase and a cobalt antimonide compound having a filled skutterudite type crystal structure are mainly used. At least one of thermoelectric conversion materials having a phase, thermoelectric conversion materials having a clathrate compound as a main phase, thermoelectric conversion materials having a half-Heusler compound as a main phase, or a compound, mixture or solid solution comprising these materials Etc. are used.
熱電気変換モジュール10内には、n型熱−電気直接変換半導体とp型熱−電気直接変換半導体とが、低温側表面部16側に配置された低温側電極、高温側表面部15側に配置された高温側電極、等とともに内蔵されている。具体的には、熱電気変換モジュール10内には、第1の低温側電極、n型熱電変換半導体、高温側電極、p型熱電変換半導体および第2の低温側電極がこの順番に電気的に直列接続された状態で内蔵されている。
In the
これにより、熱電気変換モジュール10内の熱電変換素子は、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と低温側表面部16の間にある温度差を用いて熱エネルギを電気エネルギに変換することができるようになっている。
Thereby, the thermoelectric conversion element in the
熱電気変換モジュール10は、通常、モジュールケース11を構成する高温側部材12および低温側部材13の少なくともいずれか一方に熱電変換素子等を配置した後、高温側部材12と低温側部材13とを重ね合わせ、フランジ等の接合部を溶接やロウ付けで接合することにより製造される。
In the
高温側部材12と低温側部材13とフランジで接合した場合、得られる熱電気変換モジュール10は、図4に示すように、フランジ18を備えたものになる。このフランジ18は、高温側流体流路形成部25の高温側流体流路形成部材26として用いることができる。
When the high
熱電気変換モジュール10の高温側表面部15は、高温側流体に曝される。このため、高温側表面部15は、高温側流体としての腐食性流体等に曝されたり、400℃以上、場合によっては800℃以上の高温に曝されたりする。このため、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や、高温側表面部15を含む高温側部材12の材質には、耐食性と高温強度の高いことが要求される。また、熱電気変換モジュール10を高温側部材12を用いて作製する場合は、高温側部材12に、溶接の容易性や加工性も必要とされる。
The high temperature
このため、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や高温側部材12の材質としては、耐食性、高温強度の高いこと、溶接の容易性や加工性等を満たす材料である、クロムモリブデン鋼、フェライト系ステンレス鋼、またはオーステナイト系ステンレス鋼等が用いられる。
For this reason, as the material of the high temperature
一方、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16は、低温側流体流路部30に隣接している。低温側流体流路部30内には、通常、水等の低温側流体が流通する。低温側流体が水の場合、低温側流体の温度は、通常100℃以下、たとえば、外気温程度になる。
On the other hand, the low temperature
このため、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16や、低温側表面部16を含む低温側部材13の材質は、150℃程度の耐熱性があれば充分である。このため、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16や低温側表面部16を含む低温側部材13の材質としては、たとえば、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や、高温側表面部15を含む高温側部材12の材質と同じものを用いることができる。
For this reason, the material of the low temperature
熱電気変換モジュール10は、板状であればよく、その外形は矩形状に限らない。また、熱電気変換モジュール10は、モジュールケース11内が、一般的に不活性ガスで置換されるとともに圧力が大気圧以下で維持されており、熱電変換素子等が気密封止されている。このような気密封止タイプのモジュールとしては、たとえば、株式会社東芝製のgigatopaz(登録商標)モジュールを用いることができる。
The
(高温側流体流路部)
図2に示すように、高温側流体流路部20は、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15と、各熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17のうちの高温側表面部15側の一部と、隣接する2個の熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25とを連接して断面略矩形状に形成される。高温側流体流路部20の内部には、断面略矩形状の高温側流体流路21が形成される。
(High temperature side fluid flow path)
As shown in FIG. 2, the high-temperature side fluid
ここで、高温側流体流路形成部25とは、高温側流体流路部20を構成する部材のうち、熱電気変換モジュール10以外の部材全体を意味する。具体的には、高温側流体流路形成部25は、熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17間を連接して、高温側流体流路部20を構成するものである。
Here, the high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部25は、高温側流体流路形成部材26から構成される。ここで、高温側流体流路形成部材26とは、高温側流体流路形成部25を構成する部材である。高温側流体流路形成部25は、たとえば、2つの高温側流体流路形成部材26を溶接、ロウ付け等により接合することにより得られる。
The high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部材26としては、熱電気変換モジュール10がフランジ18を有する場合に、このフランジ18をそのまま高温側流体流路形成部材26として用いることができる。また、高温側流体流路形成部材26としては、熱電気変換モジュール10のフランジ18とは別部材として用意した板材等を用いてもよい。
As the high temperature side fluid flow
熱電気変換モジュール10のフランジ18や高温側流体流路形成部材26には、高温側流体流路部20を構成したときに、高温側流体が漏れないように、通気性のないものが用いられる。
The
高温側流体流路形成部材26の材質には、高温側流体流路部20を構成する熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と同様の特性が要求される。具体的には、高温側流体流路形成部材26の材質には、耐食性と高温強度が高いこと、さらに溶接の容易性や加工性も必要とされる。
The material of the high temperature side fluid flow
このため、高温側流体流路形成部材26の材質としては、たとえば、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と同様のものが用いられる。
For this reason, as a material of the high temperature side fluid flow
高温側流体流路部20は、熱電気変換モジュール10と高温側流体流路形成部25とを接合したり、高温側流体流路形成部25同士を接合したりすることにより、形成される。
The high temperature side fluid
図5〜図7は、高温側流体流路部20の作製工程を説明する図である。図7は、図6を高温側流体流路の流路方向からみた図である。
5-7 is a figure explaining the preparation process of the high temperature side fluid flow-
図5〜図7は、具体的には、熱電気変換モジュール10がフランジ18を備える場合に、このフランジ18を高温側流体流路形成部25の高温側流体流路形成部材26として用いて、高温側流体流路部20を作製する作製工程を説明する図である。
5-7, when the
図4に示すように熱電気変換モジュール10が側面部17の周囲にフランジ18を備えるものである場合、対向する側面部17、17から突出したフランジ18、18を高温側流体流路形成部材26として用いるために折り曲げると、図5に示すような形状になる。このようにフランジ18を折り曲げた熱電気変換モジュール10を2個作製する。
As shown in FIG. 4, when the
次に、フランジ18が折り曲げられた2個の熱電気変換モジュール10、10を用い、折り曲げられたフランジ18の先端部分同士を溶接、ロウ付け等により接合すると、図6および図7に示すように、2個の熱電気変換モジュール10、10のフランジ18、18の先端部分同士が接合部28で接合されたものが得られる。
Next, when the two
図6および図7に示すように、2個の熱電気変換モジュール10、10がフランジ18の先端部分同士で接合されたものは、高温側流体流路部20を形成する。具体的には、高温側流体流路部20は、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15と、各熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17のうちの高温側表面部15側の一部と、フランジ18から形成された高温側流体流路形成部材26の先端部同士が接合部28で接合されてなる高温側流体流路形成部25と、からなり、断面略矩形状に形成される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the two
なお、高温側流体流路形成部20では、フランジ18を折り曲げて高温側流体流路形成部材26を作製する際に、フランジ18を熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15同士が接近する方向に向けて剛性範囲内で強く折り曲げ、固定すると、常温時においても熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に圧縮応力を発生させることができるため好ましい。
In the high temperature side fluid flow
高温側流体流路部20内には、断面略矩形状の高温側流体流路21が形成される。
In the high temperature side fluid
高温側流体流路21中には、通常、自動車の排気ガスや、製鉄所、窯業等の工場の排気ガス等の高温側流体が流通する。高温側流体は、たとえば、400℃〜800℃程度である。
In the high temperature side
高温側流体流路部20の内面は、高温側流体流路21中の高温、たとえば、400℃〜800℃程度の高温側流体にさらされる。しかし、高温側流体流路部20を構成する熱電気変換モジュール10の高温側表面部15、高温側流体流路形成部25等の各部材は、耐食性と高温強度が高い材質からなるため、高温の高温側流体にさらされても、耐食性や高温強度に問題は生じない。
The inner surface of the high temperature side fluid
高温側流体流路部20の外面は、ガラス繊維等からなる断熱材で被覆する等により、大気との間で断熱処理されていることが望ましい。
It is desirable that the outer surface of the high-temperature side fluid
(低温側流体流路部)
低温側流体流路部30は、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16側に設けられる。図1および図2に示すように、低温側流体流路部30は、低温側流体流路形成部35で囲まれて断面矩形状に形成される。
(Low temperature side fluid flow path)
The low temperature side fluid
低温側流体流路部30の内部には、断面略矩形状の低温側流体流路31が形成される。低温側流体流路部30中には、通常、100℃以下の水等の低温側流体が流通する。低温側流体として水が用いられる場合、通常、水は外気温程度の温度になる。
Inside the low temperature side fluid
このため、低温側流体流路形成部35の材質は、150℃程度の耐熱性があれば充分である。また、低温側流体流路形成部35の材質には、軽量化を図るため、低比重で、低温側流体に対する耐食性および高熱伝導率を有する材料が求められる。 For this reason, the material of the low temperature side fluid flow path forming part 35 is sufficient if it has a heat resistance of about 150 ° C. Further, the material of the low temperature side fluid flow path forming portion 35 is required to have a low specific gravity, a corrosion resistance against the low temperature side fluid, and a high thermal conductivity in order to reduce the weight.
150℃程度の耐熱性、低比重、耐食性、高熱伝導率に鑑み、低温側流体流路形成部35の材質としては、たとえば、アルマイト処理等の陽極酸化処理を施したA6061等のアルミニウム合金を適用することが望ましい。 In view of heat resistance of about 150 ° C., low specific gravity, corrosion resistance, and high thermal conductivity, for example, an aluminum alloy such as A6061 subjected to anodizing treatment such as alumite treatment is applied as the material of the low temperature side fluid flow path forming portion 35. It is desirable to do.
また、軽量化、強度、耐食性が強く要求される場合には、低温側流体流路形成部35の材質を、チタン合金にすることが有効である。 In the case where weight reduction, strength, and corrosion resistance are strongly required, it is effective to use a titanium alloy as the material of the low temperature side fluid flow path forming portion 35.
一方、軽量化が要求されない場合には、低温側流体流路形成部35に、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼を使用してもよい。 On the other hand, when weight reduction is not required, austenitic stainless steel such as SUS304 may be used for the low temperature side fluid flow path forming portion 35.
なお、本実施例では、低温側流体流路部30および低温側流体流路31が断面矩形状に形成される例を示したが、低温側流体流路部30および低温側流体流路31の形状は断面矩形状以外でもよい。
In the present embodiment, an example in which the low temperature side fluid
たとえば、低温側流体流路部30の耐食性向上と軽量化を図るために、低温側流体流路形成部35の基材をアルミニウム合金とし、低温側流体流路形成部35内の低温側流体流路部を形成する部材として、別途焼鈍したステンレス製の管材をHIP加工により埋め込むようにしてもよい。
For example, in order to improve the corrosion resistance and reduce the weight of the low temperature side fluid
この場合、低温側流体流路31の形状は断面円状になり、低温側流体流路部30の断面形状も矩形状でなくなるが、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16を冷却可能なものであるかぎり、問題はない。
In this case, the low temperature side
また、低温側流体流路部30と熱電気変換モジュール10との間には、接触熱抵抗低減または温度分布の均一化を図るため、シリコングリースや熱伝導シートを介在させてもよい。
Moreover, between the low temperature side fluid
さらに、低温側流体流路部30と熱電気変換モジュール10とは、接触している部分を溶接、ロウ付け等の冶金的接合を施したり、カシメ、押し出し等の機械的接合を施したりすることにより、低温側流体流路部30と熱電気変換モジュール10とを一体構造にしてもよい。
Furthermore, the low temperature side fluid
(フィン)
フィン40は、高温側流体流路部20内で、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15間に配置される。
(fin)
The
フィン40は、熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15に接触するように配置される。
The
フィン40は、受熱能力を高める、すなわち、高温側流体の熱を、フィン40を介して熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効率よく伝えるためのものである。フィン40を設けると、熱電気変換装置1の熱効率が向上する。
The
フィン40は、高温の高温側流体にさらされると、熱膨張して熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15を押圧するため、熱電気変換装置1の構造強度および信頼性を向上させる。
When the
フィン40は高温の高温側流体にさらされるため、フィン40の材質には耐食性と高温強度の高いことが要求される。このため、フィン40の材質には、たとえば、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や、高温側表面部15を含む高温側部材12の材質と同じものを用いることができる。
Since the
フィン40の形状は特に限定されないが、たとえば、図1や図2に示すように、板材を長手方向が高温側流体流路21と一致するように多数配置して、断面櫛状にしたものが用いられる。
The shape of the
なお、フィン40の形状は、断面櫛状のものに限られない。たとえば、図8の(a)、(b)や、図9の(a)、(b)に示すような断面形状のフィン40S、40T、40U、40V等を用いることができる。
Note that the shape of the
図8の(a)、(b)に示すフィン40S、40Tは、一枚の板材をプレス成形して作製することができ、生産性および製造コストが低減されるため好ましい。
The
また、図9の(a)、(b)に示すフィン40Uは、フィン40Vのフィン構成部材41、42を用い、フィン構成部材41、42を押し付け、接合等を行うことにより作製することができる。
9A and 9B can be manufactured by using the fin constituent members 41 and 42 of the
フィン40S〜40Vの中では、フィン40Tが、作製が容易で強度および受熱効率が高いため好ましい。
Among the
(高温側流体流路部を構成する材料の線膨張係数αmと、前記フィン40の線膨張係数αfの関係)
高温側流体流路部20を構成する材料、すなわち、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と高温側流体流路形成部25との線膨張係数αmと、フィン40の線膨張係数αfとは、下記式(1)
[数1]
αm<αf (1)
の関係を満たすことが好ましい。
(Relationship between the linear expansion coefficient α m of the material constituting the high temperature side fluid flow path section and the linear expansion coefficient α f of the fin 40)
The material constituting the high temperature side fluid
[Equation 1]
α m <α f (1)
It is preferable to satisfy the relationship.
高温側流体流路21中に高温側流体を流通させたときは、一般的に、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や高温側流体流路形成部25、フィン40等の各部材の剛性が低下する。
When the high-temperature fluid is circulated in the high-
しかし、高温側流体流路部20を構成する材料とフィン40との線膨張係数が式(1)の関係を満たすと、高温側流体流路21中に高温側流体を流通させたときに、フィン40が、高温側流体流路部20を構成する材料、すなわち、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15や高温側流体流路形成部25よりも膨張の度合いが大きくなり、フィン40が熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を押し付ける圧縮応力を発生させる。
However, if the linear expansion coefficient between the material constituting the high temperature side fluid
フィン40からの圧縮応力は、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を介して、熱電気変換モジュール10内部の熱電気変換素子等の各構造物に圧縮応力を発生させる。これにより、熱電気変換装置1は、運転時、すなわち熱電気変換モジュール10の高温側表面部15が高温になった時の安定性および信頼性が向上する。
The compressive stress from the
(作用)
はじめに、高温側流体流路部20の高温側流体流路21中に高温側流体を流通させるとともに、低温側流体流路部30の低温側流体流路31中に低温側流体を流通させる。高温側流体としては、400℃〜800℃程度の自動車の排気ガス等が用いられる。低温側流体としては、100℃程度の水等が用いられる。
(Function)
First, the high temperature fluid is circulated in the high
熱電気変換モジュール10の高温側表面部15は、高温側流体流路部20を構成し、高温側流体流路21に露出している。このため、高温側流体を流通すると、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15は、高温側流体に直接接触して効率よく加熱される。
The high temperature
一方、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16は、低温側流体流路部30に接触しているため、冷却される。
On the other hand, since the low temperature
これにより、熱電気変換モジュール10内では、高温側表面部15と低温側表面部16との間に大きな温度差が速やかに生じ、熱エネルギが電気エネルギに効率よく変換されるようになる。
Thereby, in the
また、高温側流体流路部20を構成する材料、すなわち、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と、各熱電気変換モジュール10の側面部17のうちの高温側表面部15側の一部と、高温側流体流路形成部25との線膨張係数αmと、フィン40の線膨張係数αfとは、それぞれ、上記式(1)の関係を満たす。
Further, the material constituting the high temperature side fluid
このため、熱電気変換装置1の運転のために、高温側流体流路21中に高温側流体を流通させると、高温側流体流路部20を構成する材料よりもフィン40の方がより膨張することから、フィン40が2個の熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15を押し付ける圧縮応力を発生させる。
For this reason, when the high-temperature fluid is circulated in the high-
これにより、熱電気変換装置1は、運転時、すなわち熱電気変換モジュール10の高温側表面部15が高温になった時の安定性および信頼性がより向上する。
Thereby, the thermoelectric conversion device 1 is further improved in stability and reliability during operation, that is, when the high temperature
上記のように、熱電気変換装置1は、高温側流体流路部20を形成する高温側流体流路形成部25と、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と、熱電気変換モジュール10の側面部17のうちの高温側表面部15側の一部とが一体化して、高温側流体流路部20を形成している。
As described above, the thermoelectric conversion device 1 includes the high temperature side fluid flow
このため、熱電気変換装置1によれば、熱電気変換モジュール10に熱を供給するための伝熱距離を短縮することにより、熱電気変換モジュール10内の熱電気変換素子に伝える熱量を増加させることが可能になる。
Therefore, according to the thermoelectric conversion device 1, the amount of heat transferred to the thermoelectric conversion element in the
また、従来の熱電気変換装置は、熱電気変換モジュールと、高温側流体流路部とが別部材であり、熱電気変換モジュールの高温側表面部と、高温側流体流路部との間で接触熱抵抗が発生していた。 Further, in the conventional thermoelectric conversion device, the thermoelectric conversion module and the high temperature side fluid flow path portion are separate members, and between the high temperature side surface portion of the thermoelectric conversion module and the high temperature side fluid flow path portion. Contact thermal resistance was generated.
しかし、熱電気変換装置1によれば、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15自体が高温側流体流路部20を形成しており、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と高温側流体流路部20との間に接触熱抵抗が発生することがないため、熱電気変換モジュール10内の熱電気変換素子を通過する熱量を増加させ、発電性能が高い。
However, according to the thermoelectric conversion device 1, the high temperature
さらに、熱電気変換装置1は、高温側流体流路部20を中央側としたときに、高温側流体流路部20が熱電気変換装置1の中央側に形成され、低温側流体流路部30が熱電気変換装置1の周辺側に形成されたようになっている。
Further, in the thermoelectric conversion device 1, when the high temperature side fluid
熱電気変換装置1の周辺側に形成された低温側流体流路部30は、外気で冷却されるため、低温側流体流路31内の低温側流体は、速やかに冷却され、外気温程度の温度になる。
Since the low-temperature side fluid
一方、熱電気変換装置1の中央側に形成された高温側流体流路部20は、熱電気変換装置1の中央側に形成され、実質的に外気で冷却されることがない。
On the other hand, the high temperature side fluid
このため、熱電気変換装置1によれば、高温側流体の保持している熱が熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効率よく与えられるとともに、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16が効率よく冷却されることにより、大気に放出されることにより損出する熱量を低減しており、発電性能を高く維持することができる。
For this reason, according to the thermoelectric conversion device 1, the heat held by the high temperature side fluid is efficiently given to the high temperature
なお、第1の実施形態として示した熱電気変換装置1では、高温側流体流路部20が、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15と、各熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17のうちの高温側表面部15側の一部と、2個の熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25を用いて断面略矩形状に形成されるように構成した。
In addition, in the thermoelectric conversion apparatus 1 shown as 1st Embodiment, the high temperature side fluid flow-
しかし、本発明では、高温側流体流路部が、2個の各熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15と、2個の熱電気変換モジュール10、10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25を用いて断面略矩形状に形成されるように構成してもよい。
However, in the present invention, the high temperature side fluid flow path section includes the high temperature
すなわち、高温側流体流路部は、熱電気変換モジュール10のうち、側面部17を含まないようにしてもよい。
That is, the high-temperature side fluid flow path portion may not include the
また、第1の実施形態として示した熱電気変換装置1では、フランジ18、18を溶接、ロウ付け等で接合するとしたが、本発明の熱電気変換装置では、フランジ18、18の先端部をカシメ等で固着してもよい。
In the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment, the
さらに、第1の実施形態として示した熱電気変換装置1では、フィン40を設ける構成としたが、本発明の熱電気変換装置においてフィン40は必須のものでなく、フィン40を設けない構成としてもよい。フィン40を配置しない場合は、熱電気変換装置1の低コスト化が可能になる。
Furthermore, in the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment, the
また、第1の実施形態として示した熱電気変換装置1では、高温側流体流路部20および高温側流体流路21が断面略矩形状に形成される構成としたが、本発明の熱電気変換装置において、高温側流体流路部20および高温側流体流路21の形状は、断面略矩形状に限定されない。
Further, in the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment, the high temperature side fluid
さらに、図2に示すように、第1の実施形態として示した熱電気変換装置1では、低温側流体流路部30の幅が熱電気変換モジュール10の幅と略同じになっているが、本発明の熱電気変換装置では、図10に示す熱電気変換装置1pのように、低温側流体流路部30の幅が熱電気変換モジュール10の幅よりも幅広になっていてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 2, in the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment, the width of the low temperature side fluid
[第1の実施形態の第1の変形例]
図11は、図7に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路形成部20の第1の変形例の断面図である。
[First Modification of First Embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a first modification of the high temperature side fluid flow
図11に示すように、高温側流体流路形成部の第1の変形例20Sは、図7に示した高温側流体流路形成部20において、折り曲げられた形状の高温側流体流路形成部材26に代えて、湾曲した形状の高温側流体流路形成部材26Sを用いたものである。
As shown in FIG. 11, the first modification 20S of the high temperature side fluid flow path forming portion is a high temperature side fluid flow path forming member that is bent in the high temperature side fluid flow
なお、図11では、高温側流体流路形成部20S内で、熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15に接触するように配置されるフィン40の図示を省略する。
In FIG. 11, illustration of the
高温側流体流路形成部材26Sは、たとえば、熱電気変換モジュール10のフランジ18を剛性範囲内で湾曲させ、フランジ18の先端を接合部28で接合して固定することにより得られる。
The high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部20Sによれば、図7に示した高温側流体流路形成部20と同様の作用を有する。
According to the high temperature side fluid flow path forming part 20S, it has the same action as the high temperature side fluid flow
なお、高温側流体流路形成部20Sでは、フランジ18を湾曲して高温側流体流路形成部材26Sを作製する際に、フランジ18を熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15同士が接近する方向に向けて剛性範囲内で強く湾曲して固定すると、常温時においてもフィン40から押圧されて熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に圧縮応力を発生させることができるため好ましい。
In the high temperature side fluid flow path forming portion 20S, when the
[第1の実施形態の第2の変形例]
図12は、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置の高温側流体流路形成部の第2の変形例の断面図である。具体的には、図12(a)は高温側流体流路形成部の第2の変形例の断面図であり、図12(b)は第2の変形例を構成する高温側流体流路形成部材の断面図である。
[Second Modification of First Embodiment]
FIG. 12 is a cross-sectional view of a second modification of the high temperature side fluid flow path forming part of the thermoelectric conversion device shown as the first embodiment in FIG. 1. Specifically, FIG. 12A is a cross-sectional view of a second modification of the high temperature side fluid flow path forming portion, and FIG. 12B is a high temperature side fluid flow path formation that constitutes the second modification. It is sectional drawing of a member.
図13は、図12に示した高温側流体流路形成部の変形例の斜視図である。 13 is a perspective view of a modified example of the high temperature side fluid flow path forming portion shown in FIG.
図14は、図12に示した高温側流体流路形成部の変形例を用いた熱電気変換装置の変形例の断面図である。 14 is a cross-sectional view of a modified example of the thermoelectric conversion device using the modified example of the high temperature side fluid flow path forming unit shown in FIG.
図12(a)に示す高温側流体流路形成部の第2の変形例20Tは、図7に示した高温側流体流路形成部20において、折り曲げられた形状の高温側流体流路形成部材26に代えて平板状の高温側流体流路形成部材26Tを用いるとともに、2枚の平板状の高温側流体流路形成部材26Tを接合する高温側流体流路形成部材27Tを用いたものである。高温側流体流路形成部材27Tは、高温側流体流路形成部25Tの一部分を構成する部材である。
A second modified example 20T of the high temperature side fluid flow path forming section shown in FIG. 12A is a bent high temperature side fluid flow path forming member in the high temperature side fluid flow
なお、図12(a)では、高温側流体流路形成部20T内で、熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15に接触するように配置されるフィン40の図示を省略する。
In FIG. 12A, illustration of the
図12(b)に示すように、高温側流体流路形成部材27Tは、断面がコの字状の板材である。高温側流体流路形成部材27Tの材質は、高温側流体流路形成部材26と同様のものが用いられる。
As shown in FIG. 12B, the high-temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部20Tは、たとえば、2個の熱電気変換モジュール10、10のフランジ18、18に、高温側流体流路形成部材27Tの両端を接合部28で接合して固定することにより得られる。熱電気変換モジュール10のフランジ18は、高温側流体流路形成部20Tにおいて高温側流体流路形成部材26となる。
The high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部20Tによれば、図7に示した高温側流体流路形成部20と同様の作用を有する。
According to the high temperature side fluid flow
また、高温側流体流路形成部20Tでは、高温側流体流路形成部20や20Sのように、フランジ18を折り曲げたり湾曲させたりする必要がないため、作製が容易である。
Also, the high temperature side fluid flow
なお、高温側流体流路形成部20Tでは、フランジ18を熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15同士が接近する方向に向けて剛性範囲内で湾曲させた上で、高温側流体流路形成部材27Tと接合すると、常温時においてもフィン40から押圧されて熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に圧縮応力を発生させることができるため好ましい。
In the high temperature side fluid flow
また、高温側流体流路形成部材27Tは、高温側流体流路形成部25の一部分を構成する部材であるから、高温側流体流路形成部材27Tの線膨張係数αmは、上記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
Further, since the high temperature side fluid flow
図13は、図12(a)に示す高温側流体流路形成部20Tの斜視図である。また、高温側流体流路形成部20Tを、図10に示す熱電気変換装置1pの高温側流体流路形成部20に代えて用いると、図14に示す熱電気変換装置1qが得られる。
FIG. 13 is a perspective view of the high-temperature side fluid flow
[第1の実施形態の第3の変形例]
図15は、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置の高温側流体流路形成部の第3の変形例の断面図である。具体的には、図15(a)は高温側流体流路形成部の第3の変形例の断面図であり、図15(b)は第3の変形例を構成する高温側流体流路形成部材の断面図である。
[Third Modification of First Embodiment]
FIG. 15 is a cross-sectional view of a third modification of the high temperature side fluid flow path forming part of the thermoelectric conversion device shown as the first embodiment in FIG. 1. Specifically, FIG. 15A is a cross-sectional view of a third modified example of the high temperature side fluid flow path forming portion, and FIG. 15B is a high temperature side fluid flow path formation constituting the third modified example. It is sectional drawing of a member.
図15(a)に示す高温側流体流路形成部の第3の変形例20Uは、図12(a)に示した高温側流体流路形成部20Tにおいて、内側に案内溝が設けられていない高温側流体流路形成部材27Tに代えて内側に案内溝が設けられた高温側流体流路形成部材27Uを用いたものである。
A third modification 20U of the high temperature side fluid flow path forming portion shown in FIG. 15A is not provided with a guide groove on the inner side in the high temperature side fluid flow
なお、図15(a)では、高温側流体流路形成部20U内で、熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15に接触するように配置されるフィン40の図示を省略する。
In FIG. 15A, illustration of the
図15(b)に示すように、高温側流体流路形成部材27Uは、断面が略コの字状の板材であり、さらに図中上下の2箇所に案内溝29が設けられている。案内溝29は、熱電気変換モジュール10のフランジ18を案内することにより、高温側流体流路形成部材27Uと、熱電気変換モジュール10のフランジ18との組み立て、接合を容易にする。
As shown in FIG. 15 (b), the high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部20Uによれば、図7に示した高温側流体流路形成部20と同様の作用を有する。
According to the high temperature side fluid flow path forming part 20U, it has the same action as the high temperature side fluid flow
また、高温側流体流路形成部20Uによれば、図12(a)に示した高温側流体流路形成部20Tと同様の作用を有する。
Moreover, according to the high temperature side fluid flow path formation part 20U, it has an effect | action similar to the high temperature side fluid flow
さらに、高温側流体流路形成部20Uによれば、高温側流体流路形成部材27Uに案内溝29が形成されているため、高温側流体流路形成部20Tに比べて、高温側流体流路形成部材27Uと、熱電気変換モジュール10のフランジ18との組み立て、接合が容易である。
Furthermore, according to the high temperature side fluid flow path forming part 20U, the
なお、高温側流体流路形成部20Uでは、フランジ18を熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15同士が接近する方向に向けて剛性範囲内で湾曲させた上で、高温側流体流路形成部材27Uと接合すると、常温時においてもフィン40から押圧されて熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に圧縮応力を発生させることができるため好ましい。
In the high temperature side fluid flow path forming portion 20U, the
また、高温側流体流路形成部材27Uは、高温側流体流路形成部25の一部分を構成する部材であるから、高温側流体流路形成部材27Uの線膨張係数αmは、上記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
Further, since the high temperature side fluid flow
[第1の実施形態の第4の変形例]
図16は、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置の高温側流体流路形成部の第4の変形例の断面図である。具体的には、図16(a)は高温側流体流路形成部の第4の変形例の断面図であり、図16(b)は第4の変形例を構成する高温側流体流路形成部材の断面図である。
[Fourth Modification of First Embodiment]
FIG. 16 is a cross-sectional view of a fourth modification of the high temperature side fluid flow path forming part of the thermoelectric conversion device shown as the first embodiment in FIG. 1. Specifically, FIG. 16A is a cross-sectional view of a fourth modification of the high temperature side fluid flow path forming portion, and FIG. 16B is a high temperature side fluid flow path formation constituting the fourth modification. It is sectional drawing of a member.
図16(a)に示す高温側流体流路形成部の第4の変形例20Vは、図12(a)に示した高温側流体流路形成部20Tにおいて、断面コの字状の高温側流体流路形成部材27Tに代えて平板な高温側流体流路形成部材27Vを用いたものである。
A
なお、図16(a)では、高温側流体流路形成部20V内で、熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15に接触するように配置されるフィン40の図示を省略する。
In FIG. 16A, illustration of the
図16(b)に示すように、高温側流体流路形成部材27Vは、平板な板材である。このため、高温側流体流路形成部材27Vは、加工が容易であり、高温側流体流路形成部材27Tや27Uに比べて部品加工費が低減される。
As shown in FIG. 16B, the high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部材27Vの材質は、高温側流体流路形成部材26と同様のものが用いられる。
The material of the high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部20Vによれば、図7に示した高温側流体流路形成部20と同様の作用を有する。
According to the high temperature side fluid flow
また、高温側流体流路形成部20Vによれば、図12(a)に示した高温側流体流路形成部20Tと同様の作用を有する。
Moreover, according to the high temperature side fluid flow
さらに、高温側流体流路形成部20Vによれば、高温側流体流路形成部20Tや20Uの高温側流体流路形成部材27Tや27Uに比べて、高温側流体流路形成部材27Vの加工が容易であり、部品加工費が低減される。
Furthermore, according to the high temperature side fluid flow
なお、高温側流体流路形成部20Uでは、フランジ18を熱電気変換モジュール10、10の高温側表面部15、15同士が接近する方向に向けて剛性範囲内で湾曲させた上で、高温側流体流路形成部材27Uと接合すると、常温時においてもフィン40から押圧されて熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に圧縮応力を発生させることができるため好ましい。
In the high temperature side fluid flow path forming portion 20U, the
[第2の実施形態]
図17は、本発明に係る熱電気変換装置の第2実施形態の斜視図である。
[Second Embodiment]
FIG. 17 is a perspective view of a second embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention.
図17に示す熱電気変換装置1Aは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1を、2個積み重ねるとともに、積み重ねることによって重複する低温側流体流路部30を共通化して、低温側流体流路部30を1個省略したものに相当する。
A
このため、図17に第2実施形態として示した熱電気変換装置1Aは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
Therefore, in the
熱電気変換装置1Aは、具体的には、図面中、下から上に、低温側流体流路部30、熱電気変換モジュール10およびフィン40が、低温側流体流路部30/熱電気変換モジュール10/フィン40/熱電気変換モジュール10/低温側流体流路部30/熱電気変換モジュール10/フィン40/熱電気変換モジュール10の順番で積層されている。
Specifically, in the
また、熱電気変換装置1Aは、各フィン40とフィン40に隣接した熱電気変換モジュール10の高温側表面部15とを含むように、2個の高温側流体流路部20、20が形成されている。
In addition, the thermoelectric conversion device 1 </ b> A has two high temperature side fluid
熱電気変換装置1Aによれば、熱電気変換装置1と同様な効果を奏する。また、熱電気変換装置1Aによれば、熱電気変換装置1を2個単純に積層した場合に比べて、低温側流体流路部30を1個形成する必要がなくなるため、コンパクト化することができる。
According to the thermoelectric conversion device 1 </ b> A, the same effects as the thermoelectric conversion device 1 can be obtained. In addition, according to the
[第3の実施形態]
図18および図19は、本発明に係る熱電気変換装置の第3実施形態の断面図である。図20は、図19に示した熱電気変換装置の第3の実施形態の斜視図である。
[Third Embodiment]
18 and 19 are cross-sectional views of a third embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention. FIG. 20 is a perspective view of the third embodiment of the thermoelectric conversion device shown in FIG.
図18および図19に示す熱電気変換装置1Bは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1に比較して、2個の熱電気変換モジュール10を用いることに代えて4個の熱電気変換モジュール10を用いる点、熱電気変換装置1の2個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を含む高温側流体流路部20に代えて、4個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を含む高温側流体流路部20Bを形成した点、およびフィン40に代えてフィン40Bを用いた点で異なり、他の構成は同じである。
The
このため、図18および図19に第3実施形態として示す熱電気変換装置1Bと、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1との間で、同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure between the
なお、図19および図20では、図18に示された構成のうち、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16の外側に設けられる低温側流体流路部30と、高温側流体流路部20B内の高温側流体流路21中に配置されるフィン40Bとの図示を省略する。
19 and 20, in the configuration shown in FIG. 18, the low temperature side fluid
図18および図19に示すように、熱電気変換装置1Bの高温側流体流路部20Bは、4個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と、各熱電気変換モジュール10の側面部17のうちの高温側表面部15側の一部と、隣接する熱電気変換モジュール10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25Bとからなる。
As shown in FIGS. 18 and 19, the high-temperature side fluid
高温側流体流路形成部25Bは、熱電気変換モジュール10の側面部17の周囲に形成された高温側流体流路形成部材26と、隣接する高温側流体流路形成部材26、26の端面を接合する接合部28とからなる。
The high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部材26は、図4に示される熱電気変換モジュール10のフランジ18を、そのまま高温側流体流路形成部材26として用いたものである。
The high temperature side fluid flow
フィン40Bは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1のフィン40と異なり、4個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15の全てに接触する形状になっている。
Unlike the
具体的には、フィン40Bの断面形状は、高温側流体流路部20Bの断面の2本の対角線の一部からなる2本の対角方向線部と、これら2本の対角方向線部から各熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に垂直に下ろした複数本の垂線部とを有するものになっている。
Specifically, the cross-sectional shape of the
フィン40Bは、このような形状を採ることにより、高温側流体流路21を流通する高温側流体の熱を4個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効率よく伝えることができるようになっている。
By adopting such a shape, the
また、フィン40Bを上記形状とすることにより、運転時、すなわち熱電気変換モジュール10の高温側表面部15が高温になった時に、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効果的かつ均等に圧縮応力を発生させることが可能である。
Further, by forming the
さらに、熱電気変換装置1Bは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様に、高温側流体流路部20Bを構成する材料、すなわち、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と高温側流体流路形成部25Bとの線膨張係数αmと、フィン40Bの線膨張係数αfとが、上記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
Furthermore, the
熱電気変換装置1Bによれば、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様の効果を奏する上、さらに、以下の効果を奏する。
According to the
すなわち、熱電気変換装置1Bによれば、高温側流体流路部20Bの周囲に熱電気変換モジュール10を密に配置することができるため、高温側流体流路21内を流通する高温側流体の熱の利用効率が高くなる。また、熱電気変換装置1Bによれば、断面積あたりの熱電気変換モジュール10の配置個数が多くなるため、スペース効率が高くなる。
That is, according to the
なお、熱電気変換装置1Bでは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様に、高温側流体流路部20B内にフィン40Bを配置しない構成とすることも可能である。フィン40Bを配置しない場合は、熱電気変換装置1Bの低コスト化が可能になる。
Note that, in the
[第4の実施形態]
図21は、本発明に係る熱電気変換装置の第4実施形態の断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 21 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a thermoelectric conversion device according to the present invention.
図21に示す熱電気変換装置1Cは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1に比較して、2個の熱電気変換モジュール10を用いることに代えて6個の熱電気変換モジュール10を用いる点、熱電気変換装置1の2個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を含む高温側流体流路部20に代えて、6個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15を含む高温側流体流路部20Cを形成した点、およびフィン40に代えて図示しないフィンを用いた点で異なり、他の構成は同じである。
A thermoelectric conversion device 1C shown in FIG. 21 has six thermoelectrics instead of using two
このため、図21に第4実施形態として示す熱電気変換装置1Cと、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1との間で、同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。 For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure between 1 C of thermoelectric conversion apparatuses shown as 4th Embodiment in FIG. 21, and the thermoelectric conversion apparatus 1 shown as 1st Embodiment in FIG. The explanation of the action is omitted or simplified.
なお、図21では、熱電気変換モジュール10の低温側表面部16の外側に設けられる低温側流体流路部30と、高温側流体流路部20C内の高温側流体流路21中に配置されるフィンとの図示を省略する。
In FIG. 21, the
図21に示すように、熱電気変換装置1Cの高温側流体流路部20Cは、6個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と、各熱電気変換モジュール10の側面部17のうちの高温側表面部15側の一部と、隣接する熱電気変換モジュール10の側面部17、17間を連接する高温側流体流路形成部25Cとからなる。
As shown in FIG. 21, the high temperature side fluid
高温側流体流路形成部25Cは、熱電気変換モジュール10の側面部17の周囲に形成された高温側流体流路形成部材26と、隣接する高温側流体流路形成部材26、26の端面を接合する接合部28とからなる。
The high temperature side fluid flow path forming portion 25C is formed by connecting the high temperature side fluid flow
高温側流体流路形成部材26は、図4に示される熱電気変換モジュール10のフランジ18を、そのまま高温側流体流路形成部材26として用いたものである。
The high temperature side fluid flow
図21では、フィンの図示を省略しているが、熱電気変換装置1Cの高温側流体流路部20C内に配置されるフィンは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1のフィン40と異なり、6個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15の全てに接触する形状になっている。具体的には、熱電気変換装置1Cのフィンとしては、図18に第3実施形態として示す熱電気変換装置1Bのフィン40Bにおいて、フィン40Bの接触する熱電気変換モジュール10の数を6個にしたものが用いられる。
In FIG. 21, the fins are not shown, but the fins arranged in the high-temperature side fluid
具体的には、熱電気変換装置1Cに用いられるフィンの断面形状は、高温側流体流路部20Cの断面において対向する一番遠い頂点同士、すなわち接合部28、28同士を結ぶ一番長い3本の対角線の一部からなる3本の対角方向線部と、これら3本の対角方向線部から各熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に垂直に下ろした複数本の垂線部とを有するものとすることが好ましい。3本の対角方向線部が交わってなす断面形状は、アスタリスク記号に類似した形状になる。
Specifically, the cross-sectional shape of the fin used in the thermoelectric conversion device 1C is the longest 3 connecting the farthest vertices facing each other in the cross section of the high-temperature side fluid flow path portion 20C, that is, the
このような形状のフィンを用いることにより、高温側流体流路21を流通する高温側流体の熱を6個の熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効率よく伝えることができるようになっている。
By using the fins having such a shape, the heat of the high temperature side fluid flowing through the high temperature
また、フィンを上記形状とすることにより、運転時、すなわち熱電気変換モジュール10の高温側表面部15が高温になった時に、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15に効果的かつ均等に圧縮応力を発生させることが可能である。
In addition, by making the fins have the above shape, when the high temperature
さらに、熱電気変換装置1Cは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様に、高温側流体流路部20Bを構成する材料、すなわち、熱電気変換モジュール10の高温側表面部15と高温側流体流路形成部25Cとの線膨張係数αmと、図示しないフィンの線膨張係数αfとが、上記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
Further, the thermoelectric conversion device 1C is similar to the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment in FIG. 1, and the material constituting the high temperature side fluid
熱電気変換装置1Cによれば、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様の効果を奏する上、さらに、以下の効果を奏する。 According to the thermoelectric conversion device 1 </ b> C, the same effects as the thermoelectric conversion device 1 shown as the first embodiment in FIG.
すなわち、熱電気変換装置1Cによれば、高温側流体流路部20Cの周囲に熱電気変換モジュール10を密に配置することができるため、高温側流体流路21内を流通する高温側流体の熱の利用効率が高くなる。また、熱電気変換装置1Cによれば、断面積あたりの熱電気変換モジュール10の配置個数が多くなるため、スペース効率が高くなる。
That is, according to the thermoelectric conversion device 1C, since the
さらに、熱電気変換装置1Cによれば、高温側流体流路部20Cの断面形状が六角形であり、円に近い形状であるため、たとえば、自動車の排気マニホールド等に用いることが容易である。 Furthermore, according to the thermoelectric conversion device 1C, the cross-sectional shape of the high temperature side fluid flow path portion 20C is a hexagon and is a shape close to a circle, so that it can be easily used for, for example, an exhaust manifold of an automobile.
なお、熱電気変換装置1Cでは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同様に、高温側流体流路部20C内にフィンを配置しない構成とすることも可能である。フィンを配置しない場合は、熱電気変換装置1Cの低コスト化が可能になる。 In addition, in the thermoelectric conversion apparatus 1C, it is also possible to adopt a configuration in which no fins are disposed in the high temperature side fluid flow path portion 20C, similarly to the thermoelectric conversion apparatus 1 shown as the first embodiment in FIG. When fins are not disposed, the cost of the thermoelectric conversion device 1C can be reduced.
[第5の実施形態]
図22は、本発明に係る熱電気変換装置の第5実施形態の斜視図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 22 is a perspective view of a fifth embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention.
図22に示す熱電気変換装置1Dは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1を、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して2個直列に配置したものに相当する。
A
このため、図22に第5実施形態として示した熱電気変換装置1Dは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
For this reason, the
熱電気変換装置1Dにおいて、高温側流体流路部20Dは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路部20の2個が、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に沿って接合部28で接合されて延長されたものになっている。
In the
熱電気変換装置1Dにおいて、各低温側流体流路部30は、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の低温側流体流路部30の2個が、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に沿って図示しない接合部で接合されて延長されたものになっている。
In the
熱電気変換装置1Dによれば、熱電気変換装置1と同様な効果を奏する。また、熱電気変換装置1Dによれば、熱電気変換装置1に比べて、熱電気変換モジュール10の設置個数が同じ場合に、電気容量が大きくかつコンパクトになる。
According to the
なお、図22に示す熱電気変換装置1Dは、熱電気変換装置1を2個直列に配置した例であるが、本発明では、熱電気変換装置1を3個以上直列に配置してもよい。
The
また、図22に示す熱電気変換装置1Dでは、フィン40が、図中、高温側流体流路21の流路方向に独立して1組ずつ、合計2組用いられている。すなわち、それぞれのフィン40は、図中、上下に配置された2個の熱電気変換モジュール10、10間のみに接触する構成になっている。
Further, in the
しかし、本発明では、2組のフィン40に代えて、2組のフィン40を高温側流体流路21の流路方向に一体化して作製した1組の図示しない長尺のフィン、すなわち、図22において高温側流体の流路方向に2組配置されたフィン40、40間の高温側流体流路21の流路方向の空間にもフィンが配置される長尺のフィン、を用いてもよい。
However, in the present invention, instead of the two sets of
このような一体化した長尺のフィンを用いた場合、フィンが高温側流体の熱をより多く回収し、熱電気変換装置の発電性能を向上させることができる。 When such an integrated long fin is used, the fin can recover more heat from the high-temperature side fluid and improve the power generation performance of the thermoelectric conversion device.
[第6の実施形態]
図23は、本発明に係る熱電気変換装置の第6実施形態の斜視図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 23 is a perspective view of a sixth embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention.
図23に示す熱電気変換装置1Eは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1を、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して2個並列に配置したものに相当する。 A thermoelectric conversion device 1E shown in FIG. 23 includes two thermoelectric conversion devices 1 shown as the first embodiment in FIG. 1 arranged in parallel with respect to the flow direction of the high temperature side fluid flow path and the low temperature side fluid flow path. Is equivalent to
このため、図22に第5実施形態として示した熱電気変換装置1Eは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1と同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。 For this reason, the thermoelectric conversion apparatus 1E shown as FIG. 22 as 5th Embodiment attaches | subjects the same code | symbol to the same structure as the thermoelectric conversion apparatus 1 shown as 1st Embodiment in FIG. Is omitted or simplified.
熱電気変換装置1Eの高温側流体流路部20Eは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路部20の2個が、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して単に並列に配置されたものとは異なる。
The high temperature side fluid
すなわち、熱電気変換装置1Eの高温側流体流路部20Eは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路部20が、2個並列に配置されるとともに、隣接する高温側流体流路部20の流路壁を除去し、流路壁が除去された開放端が接合部28E、28Eで接合された形状になっている。このため、熱電気変換装置1Eの高温側流体流路部20Eは、流路壁がなく、断面が、単一の幅広な矩形状に形成されている。
That is, the high temperature side fluid
これにより、熱電気変換装置1Eの高温側流体流路部20Eは、部品点数の低減を図るとともに高温側流体の圧力損失を低減することが可能になっている。
Thereby, the high temperature side fluid
熱電気変換装置1Eによれば、熱電気変換装置1と同様な効果を奏する。また、熱電気変換装置1Eによれば、熱電気変換装置1に比べて、熱電気変換モジュール10の設置個数が同じ場合に、電気容量が大きくかつコンパクトであり、部品点数の低減を図るとともに高温側流体の圧力損失を低減することができる。
According to the thermoelectric conversion device 1E, the same effects as the thermoelectric conversion device 1 can be obtained. Further, according to the thermoelectric conversion device 1E, compared to the thermoelectric conversion device 1, when the number of
なお、熱電気変換装置1Eでは、熱電気変換装置1Eの高温側流体流路部20Eは、流路壁がなく、断面が、単一の幅広な矩形状に形成されている。しかし、本発明では、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路部20をそのまま変更せずに、高温側流体流路部20の2個を、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して単に並列に配置し、隣接する高温側流体流路部20同士を接合して高温側流体流路部を形成してもよい。この場合、隣接する高温側流体流路部20同士が接合された部分は、高温側流体流路部20E内における流路壁となるが、量産効果による製造コストの低減を図ることが可能になる。
In the thermoelectric conversion device 1E, the high temperature side fluid
また、図23に示す熱電気変換装置1Eは、熱電気変換装置1を2個並列に配置した例であるが、本発明では、熱電気変換装置1を3個以上並列に配置してもよい。 Moreover, although the thermoelectric conversion apparatus 1E shown in FIG. 23 is an example in which two thermoelectric conversion apparatuses 1 are arranged in parallel, in the present invention, three or more thermoelectric conversion apparatuses 1 may be arranged in parallel. .
さらに、図23に示す熱電気変換装置1Eでは、フィン40が、図中、左右に独立して1組ずつ、合計2組用いられている。すなわち、それぞれのフィン40は、図中、上下に配置された2個の熱電気変換モジュール10、10間のみに接触する構成になっている。
Further, in the thermoelectric conversion device 1E shown in FIG. 23, a total of two sets of
しかし、本発明では、2組のフィン40に代えて、2組のフィン40を図中横方向に一体化して作製した1組の図示しない幅広形状のフィン、すなわち、図23に示す2組のフィン40間の空間にもフィンが配置される幅広形状のフィン、を用いてもよい。
However, in the present invention, instead of the two sets of
このような一体化した幅広形状のフィンを用いた場合、フィンが高温側流体の熱をより多く回収し、熱電気変換装置の発電性能を向上させることができる。 When such an integrated wide fin is used, the fin collects more heat from the high-temperature side fluid, and the power generation performance of the thermoelectric converter can be improved.
[第7の実施形態]
図24は、本発明に係る熱電気変換装置の第7実施形態の斜視図である。
[Seventh Embodiment]
FIG. 24 is a perspective view of a seventh embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention.
図24に示す熱電気変換装置1Fは、図23に第6実施形態として示した熱電気変換装置1Eを、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して2個直列に配置したものに相当する。
A
すなわち、図24に示す熱電気変換装置1Fは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1を、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して2個直列かつ並列に配置したものに略相当する。
That is, in the
このため、図24に第7実施形態として示した熱電気変換装置1Fは、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1および図23に第6実施形態として示した熱電気変換装置1Eと同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
Therefore, the
熱電気変換装置1Fによれば、熱電気変換装置1と同様な効果を奏する。また、熱電気変換装置1Fによれば、熱電気変換装置1に比べて、熱電気変換モジュール10の設置個数が同じ場合に、電気容量が大きくかつコンパクトであり、部品点数の低減を図るとともに高温側流体の圧力損失を低減することができる。
According to the
なお、熱電気変換装置1Fでは、熱電気変換装置1Fの高温側流体流路部20Fは、流路壁がなく、断面が、単一の幅広な矩形状に形成されている。しかし、本発明では、図1に第1実施形態として示した熱電気変換装置1の高温側流体流路部20をそのまま変更せずに、高温側流体流路部20の2個を、高温側流体流路および低温側流体流路の流通方向に対して単に並列および直列に配置し、隣接する高温側流体流路部20同士を接合して高温側流体流路部を形成してもよい。この場合、隣接する高温側流体流路部20同士が接合された部分は、高温側流体流路部20F内における流路壁となるが、量産効果による製造コストの低減を図ることが可能になる。
In the
また、図24に示す熱電気変換装置1Fは、熱電気変換装置1を2個直列に配置するとともに2個並列に配置した例であるが、本発明では、熱電気変換装置1を2個以上直列に配置するとともに2個以上並列に配置してもよい。 24 is an example in which two thermoelectric conversion devices 1 are arranged in series and two are arranged in parallel, but in the present invention, two or more thermoelectric conversion devices 1 are arranged. Two or more may be arranged in parallel as well as arranged in series.
さらに、図24に示す熱電気変換装置1Fでは、フィン40が、図中、左右前後に独立して1組ずつ、合計4組用いられている。すなわち、それぞれのフィン40は、図中、上下に配置された2個の熱電気変換モジュール10、10間のみに接触する構成になっている。
Furthermore, in the
しかし、本発明では、4組のフィン40に代えて、図中の高温側流体流路21の流路方向の手前側かつ左右に配置された2組のフィン40同士を一体化して作製した図示しない幅広形状のフィンと、図中の高温側流体流路21の流路方向の奥側かつ左右に配置された2組のフィン40同士を一体化して作製した図示しない幅広形状のフィンと、の2組のフィンを用いてもよい。
However, in the present invention, instead of the four sets of
このような一体化した幅広形状のフィンを用いた場合、フィンが高温側流体の熱をより多く回収し、熱電気変換装置の発電性能を向上させることができる。 When such an integrated wide fin is used, the fin collects more heat from the high-temperature side fluid, and the power generation performance of the thermoelectric converter can be improved.
また、本発明では、4組のフィン40に代えて、図中の高温側流体の流路方向の左側に配置された2組のフィン40同士を一体化して作製した図示しない長尺のフィンと、図中の高温側流体の流路方向の右側に配置された2組のフィン40同士を一体化して作製した図示しない長尺のフィンと、の2組のフィンを用いてもよい。
Further, in the present invention, instead of the four pairs of
このような一体化した長尺のフィンを用いた場合、フィンが高温側流体の熱をより多く回収し、熱電気変換装置の発電性能を向上させることができる。 When such an integrated long fin is used, the fin can recover more heat from the high-temperature side fluid and improve the power generation performance of the thermoelectric conversion device.
さらに、本発明では、4組のフィン40に代えて、4組のフィン40を図中横方向および高温側流体流路21の流路方向に一体化して作製した1組の図示しないフィン、すなわち、図24に示す4組のフィン40間の空間にもフィンが配置される面積の大きなフィン、を用いてもよい。
Furthermore, in the present invention, instead of the four sets of
このような一体化した面積の大きなフィンを用いた場合、幅広形状のフィンや長尺のフィンを用いる場合に比べて、フィンが高温側流体の熱をさらに多く回収し、熱電気変換装置の発電性能をより向上させることができる。 When such an integrated large-area fin is used, the fin collects more heat from the high-temperature side fluid than when a wide fin or a long fin is used, and the thermoelectric converter generates power. The performance can be further improved.
[熱電気変換方法]
本発明に係る熱電気変換方法は、本発明に係る熱電気変換装置、たとえば、上記の熱電気変換装置1〜1Fを用い、高温側流体を高温側流体流路部20等に流通させるとともに、低温側流体を低温側流体流路部30等に流通させる熱電気変換方法である。
[Thermoelectric conversion method]
The thermoelectric conversion method according to the present invention uses the thermoelectric conversion device according to the present invention, for example, the thermoelectric conversion devices 1 to 1F described above, and causes the high temperature side fluid to flow through the high temperature side fluid
本発明に係る熱電気変換装置の作用は、本発明に係る熱電気変換装置に示した作用と同様であるため、説明を省略する。 Since the operation of the thermoelectric conversion device according to the present invention is the same as the operation shown in the thermoelectric conversion device according to the present invention, description thereof is omitted.
本発明に係る熱電気変換装置によれば、熱エネルギから電気エネルギへの変換が効率よくなり、熱電気変換装置が軽量かつ発電性能が高くなるとともに、構造健全性および信頼性、並びに取付けおよびメンテナンス等の作業性が優れる。 According to the thermoelectric conversion device of the present invention, the conversion from heat energy to electric energy becomes efficient, the thermoelectric conversion device is lightweight and has high power generation performance, structural soundness and reliability, and installation and maintenance. Excellent workability.
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F 熱電気変換装置
10 熱電気変換モジュール
11 モジュールケース
12 モジュールケースの高温側部材
13 モジュールケースの低温側部材
15 モジュールケースの高温側表面部
16 モジュールケースの低温側表面部
17 モジュールケースの側面部
18 熱電気変換モジュールのフランジ
20、20B、20C、20D、20E、20F、20S、20T、20U、20V 高温側流体流路部
21 高温側流体流路
25、25B、25C、25T、25U、25V 高温側流体流路形成部
26、26S、26T、27T、27U、27V 高温側流体流路形成部材
28、28E 接合部
29 案内溝
30 低温側流体流路部
31 低温側流体流路
35 低温側流体流路形成部
40、40B、40S、40T、40U、40V フィン
41 フィン構成部材
42 フィン構成部材
51 従来の熱電気変換装置
57 押圧部材
58 ボルト・ナット
59 高温側流体流路形成部と熱電気変換モジュールとの接触面
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E,
Claims (5)
この熱電気変換モジュールの高温側表面部側に設けられる高温側流体流路部と、
前記熱電気変換モジュールの低温側表面部側に設けられる低温側流体流路部と、
を備えた熱電気変換装置において、
前記熱電気変換モジュールを2個以上用い、
前記高温側流体流路部は、各熱電気変換モジュールの高温側表面部と、隣接する熱電気変換モジュール間を連接する高温側流体流路形成部とを連接して形成されたことを特徴とする熱電気変換装置。 In a module case surrounded by a high temperature side surface portion, a low temperature side surface portion, and a side surface portion, heat energy is converted into electrical energy using a temperature difference between the high temperature side surface portion and the low temperature side surface portion. A thermoelectric conversion module with a built-in thermoelectric conversion element;
A high temperature side fluid flow path provided on the high temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module;
A low temperature side fluid flow path portion provided on the low temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module;
In a thermoelectric conversion device comprising:
Using two or more thermoelectric conversion modules,
The high temperature side fluid flow path portion is formed by connecting a high temperature side surface portion of each thermoelectric conversion module and a high temperature side fluid flow path forming portion connecting adjacent thermoelectric conversion modules. Thermoelectric conversion device.
[数1]
αm<αf (1)
の関係を満たすことを特徴とする請求項2に記載の熱電気変換装置。 The linear expansion coefficient α m of the material constituting the high temperature side fluid flow path portion and the linear expansion coefficient α f of the fin are expressed by the following formula (1).
[Equation 1]
α m <α f (1)
The thermoelectric conversion device according to claim 2, wherein the relationship is satisfied.
この熱電気変換モジュールの高温側表面部側に設けられる高温側流体流路部と、
前記熱電気変換モジュールの低温側表面部側に設けられる低温側流体流路部と、
を備えた熱電気変換装置を用いた熱電気変換方法において、
前記熱電気変換装置は、前記熱電気変換モジュールを2個以上用いるとともに、前記高温側流体流路部が、各熱電気変換モジュールの高温側表面部と、隣接する熱電気変換モジュール間を連接する高温側流体流路形成部とを連接して形成されたものであり、
高温側流体を前記高温側流体流路部に流通させるとともに、低温側流体を前記低温側流体流路部に流通させることを特徴とする熱電気変換方法。 In a module case surrounded by a high temperature side surface portion, a low temperature side surface portion, and a side surface portion, heat energy is converted into electrical energy using a temperature difference between the high temperature side surface portion and the low temperature side surface portion. A thermoelectric conversion module with a built-in thermoelectric conversion element;
A high temperature side fluid flow path provided on the high temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module;
A low temperature side fluid flow path portion provided on the low temperature side surface portion side of the thermoelectric conversion module;
In a thermoelectric conversion method using a thermoelectric conversion device comprising:
The thermoelectric conversion device uses two or more thermoelectric conversion modules, and the high temperature side fluid flow path portion connects between the high temperature side surface portion of each thermoelectric conversion module and the adjacent thermoelectric conversion modules. It is formed by connecting the high temperature side fluid flow path forming part,
A thermoelectric conversion method characterized in that a high temperature side fluid is allowed to flow through the high temperature side fluid flow path portion and a low temperature side fluid is allowed to flow through the low temperature side fluid flow path portion.
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