JP2011166925A

JP2011166925A - 排熱エネルギ変換装置

Info

Publication number: JP2011166925A
Application number: JP2010026218A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoshino; 靖吉野
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】高温ガスと低温冷媒との間の温度差を電気エネルギに変換する熱変換素子を用いた排熱エネルギ変換装置において、高温ガス流通の第１チューブと低温ガス流通の第２チューブと伝熱変換素子とを簡単な構成で均一かつ確実に密着固定することができる構造の装置の提供。
【解決手段】第１チューブ１と第２チューブ２とを山形に曲折するとともに、第１チューブ１と第２チューブ２との間に偏平な第３チューブ３を配置し、かつその第３チューブ３と第１チューブ１および、第２チューブ２との間に偏平な熱伝変換素子４を介装する。そして、第１チューブ１外周に整合する圧着プレート7ａと第２チューブ２内周に整合するくさび体７との間をそれぞれの頂部を貫通する締結ボルト８によって、互いに圧接する方向へ一体的に締結固定する。
【選択図】図２

Description

高温排ガスと低温冷媒との間の温度差を電気エネルギに変換する熱電変換素子を用いた排熱エネルギ変換装置に関する。

複数の熱電素子が排ガス通路と冷却水流通路の間に介装され、それらの高温排ガスと低温冷媒の温度差によって、電気を発生させる装置として下記特許文献が知られている。
その特許文献１の「排熱エネルギ回収装置」は、排ガス流通方向の垂直断面において、略円形に近い多角形の形状を有するケーシングの中心からそのケーシングを十字型に仕切る様に４つの排ガス流通路が設けられており、２つの排ガス流通路とケーシングとの間にある空間に冷却水流路を設け、さらに排ガス流通路と冷却水流路との間に熱電変換素子を介装したもので、これらが中心から放射状に配置されている。
特許文献２の装置は、冷却流通路と排ガス流通路が多層に積層されており、それらの通路の間に熱電変換素子を設置するものである。

特許第４２８５１４４号特表２００７−０２６４３２号

特許文献１の装置の場合、構造が複雑で組立てが面倒であると共に、四つエレメントに均一に圧力を加えることができないおそれがある。
特許文献２の装置も、長期に渡り、熱電素子とエレメントおよび偏平チューブとが一定の押圧力を均一に保持できるとは限らない。
そこで、本発明は組立てが容易で、確実に一定の押圧力を均一に保持できる装置の提供を課題とする。

請求項１に記載の本発明は、高温排ガスと低温冷媒との間の温度差を電気エネルギに変換する熱電変換素子を用いた排熱エネルギ変換装置において、
内部に冷媒流通用の流路を有する一対の横断面偏平な第１チューブ(1) と第２チューブ(2)とが、それぞれ立上がり面と立下り面を有する山形に曲折され、
その第１チューブ(1) と第２チューブ(2)とが積層されると共に、それらの間に排ガス流通用の偏平な第３チューブ(3)が介装され且つ、前記第１チューブ(1) と第３チューブ(3)の間および前記第２チューブ(2)と第３チューブ(3)との間にそれぞれ偏平な熱電変換素子(4)が介装されるコア(5)と、
第１チューブ(1) の外周に整合して、その第１チューブ(1)を被嵌する山形の圧着プレート(7a)と、
第２チューブ(2)の内周に整合して、その第２チューブ(2)に嵌着する山形のくさび体(7)と、を有し、
前記圧着プレート(7a)の頂部とくさび体(7)の頂部を締結ボルト(8)が貫通して、前記圧着プレート(7a)とコア(5)とくさび体(7)との間が、前記締結ボルト(8)によって互いに圧接する方向へ一体的に締結固定され、
前記第３チューブ(3)に高温の排ガス(9)が流通し、
前記第１チューブ(1) および第２チューブ(2)に低温の冷媒(10)が流通する排熱エネルギ変換装置である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記圧着プレート(7a)の下端が第１チューブ(1) の下端部まで被嵌し、
前記くさび体(7)が第２チューブ(2)の内側に嵌着するとともに、その下端位置が前記圧着プレート(7a)の下端位置にほぼ一致し、
前記第１チューブ(1)および第２チューブ(2)の冷媒の流通方向と、前記第３チューブ(3)の排ガスの流通方向とが直交するように構成し、その第３チューブ(3)の両端部が排ガス用のヘッダプレート(6)の挿通孔(6a)に挿通された排熱エネルギ変換装置である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記第１チューブ(1) の冷媒出口側端部と前記第２チューブ(2)の冷媒入口側端部とが接続された排熱エネルギ変換装置である。

本発明は、第１チューブ１と第２チューブ２が山形に形成されると共に、それらに整合して圧着プレート7aとくさび体７とが、それぞれ山形に曲折され、その間に排ガス流通用の第３チューブ３が介装され、その第３チューブ３と第１チューブ１および第２チューブ２との間に熱電変換素子４がそれぞれ介装されてコア５を構成し、圧着プレート7ａとコア５とくさび体７とが、その頂部間を貫通する締結ボルト８によって、それらの両側から一体的に締結固定されるので、
第１チューブ１、第２チューブ２、第３チューブ３と、熱電変換素子４とが均一に押圧され、それらの密着性が向上する。それとともに、部品点数も少なく、構造が簡単で組立が容易となる。また、その接触を永続的に保持することができる。

請求項２に記載のように、第１チューブ１および第２チューブ２の冷媒の流通方向と、第３チューブ３の排ガスの流通方向とを直交するようにし、その第３チューブ３の両端部がヘッダプレート６の挿通孔6ａに挿通された場合には、冷媒および排ガスの出入り口が互いに干渉せず、構造の簡単な排熱エネルギ変換装置を提供できる。
上記構成において、請求項３に記載のように、第１チューブ１の冷媒出口側端部と第２チューブ２の冷媒入り口側端部とを接続した場合には、さらに構造が簡単な排熱エネルギ変換装置を提供できる。

本発明の第１実施例の排熱エネルギ変換装置の分解斜視図。同組立て状態を示す説明図。図２のIII−III矢視断面図。図２のIV-IV矢視断面図。本発明の第２の実施の形態を示す説明図。

（第１実施例）
図１〜図４は、本発明の第１の実施の形態を示す。
この装置は、それぞれ山形に形成された圧着プレート7ａと第１チューブ１と第２チューブ２とくさび体７とを有する。そして、第１チューブ１と第２チューブ２との間に第３チューブ３が介装されるとともに、第３チューブ３と第１チューブ１との間および、第３チューブ３と第２チューブ２との間に偏平な熱伝変換素子４が介装される。

そして、くさび体７、第１チューブ１、第２チューブ２、圧着プレート7ａの頂部にはそれぞれ貫通孔が形成されている。なお、第１チューブ１、第２チューブ２の頂部は図３に示す如く、その中央の貫通孔の周縁が凹陥して円形状に閉塞されている。そして、その閉塞部に締結ボルト８が挿通するボルト孔が穿設される。

圧着プレート7ａの内周は第１チューブ１の外周に整合し、くさび体７の外周は第２チューブ２の内周に整合する。第１チューブ１、第２チューブ２にはそれぞれパイプ12が接続されている。そして、冷媒10が第１チューブ１、第２チューブ２内を山形に流通する。第３チューブ３は、その冷媒10の流通方向と直行する方向に排ガス９が流通する。
一対の第３チューブ３は、ハの字状に配置され、各第３チューブ３の両端部がヘッダプレート６の挿通孔6ａに気密に挿通され、そのヘッダプレート６にヘッダ本体11の端部が固定される。

（作用）
図２のように組立てられた装置は、締結ボルト８を締結することにより、各部品間が互いに圧接する方向へ一体的に締結固定される。それによって、第１チューブ１と熱伝変換素子４と第３チューブ３との間、および第３チューブ３と熱伝変換素子４と第２チューブ２との間が圧接状態で密着する。

この例では、第１チューブ１の出口側のパイプ12と第２チューブ２の入口側のパイプ12とが連結される。そして、冷媒10は第１チューブ１の入口側のパイプ12から流入し、山形に流通して、第１チューブ１の終端から第２チューブ２の入口側のパイプ12と連結し、逆向きに流通して、その出口側のパイプ12より流出する。また、排ガス９は一方のヘッダ本体11から第３チューブ３内に流通し、他方のヘッダ本体11を介して流出する。そして、各熱伝変換素子４はその一方側の面が高温の排ガス９によって加熱され、他方の面が低温の冷媒10によって冷却される。それらの温度差によって熱伝変換素子４は電気エネルギを発生させる。

（第２実施例）
次に、図５は本発明の第２の実施の形態を示す。
この例は、第１チューブ１、第２チューブ２が複数の山形を有する波状に形成されたものである。そして、各山形ごとに圧着プレート7ａ、くさび体７並びに締結ボルト８が設けられ、それらにより熱伝変換素子４と第３チューブ３と第１チューブ１、第２チューブ２との間が均一に締結固定される。
この例でも、第１チューブ１を流通した冷媒10が、その終端で第２チューブ２の始端に連結され、第１チューブ１とは逆向きにそれが流通する。なお、冷媒10は第１チューブ１、第２チューブ２に並列して同時に流入（同じ方向へ流通）させることも可能である。また、この（同じ方向へ流通させる）場合パイプ12を一対のタンクに置換え、第１チューブ１および第２チューブ２の冷媒出入り口端部をタンクに連通させることもできる。

なお、図２において、第１チューブ１の出口パイプ12と第２チューブ２の入口パイプ12とを省略し、各チューブ１，２の両端を連続させてもよい。また、図５の例において、圧着プレート7aの形状を第１チューブ１同様に連続した山状に形成してもよい。

また、くさび体７は固い金属材料でも良いが、弾性を持つゴム材を第２チューブ２とくさび体７との間に挟持し、若しくは、くさび体７をゴム材又はプラスチック材のような軟らかい材料にすることで、圧着プレート７ａの形状になじみ、面圧着力をより得やすくなる。これらの材料については圧着プレート７ａに使用することもできる。
また、圧着プレート７ａは、くさび体７の角度より狭い角度としておくことで、締結時の面圧着力を得やすくなる。

１第１チューブ
２第２チューブ
３第３チューブ
４熱伝変換素子
６ヘッダプレート
6a 挿通孔

７くさび体
7a 圧着プレート
８締結ボルト
９排ガス
10 冷媒
11 ヘッダ本体
12 パイプ

Claims

高温排ガスと低温冷媒との間の温度差を電気エネルギに変換する熱電変換素子を用いた排熱エネルギ変換装置において、
内部に冷媒流通用の流路を有する一対の横断面偏平な第１チューブ(1) と第２チューブ(2)とが、それぞれ立上がり面と立下り面を有する山形に曲折され、
その第１チューブ(1) と第２チューブ(2)とが積層されると共に、それらの間に排ガス流通用の偏平な第３チューブ(3)が介装され且つ、前記第１チューブ(1) と第３チューブ(3)の間および前記第２チューブ(2)と第３チューブ(3)との間にそれぞれ偏平な熱電変換素子(4)が介装されるコア(5)と、
第１チューブ(1) の外周に整合して、その第１チューブ(1)を被嵌する山形の圧着プレート(7a)と、
第２チューブ(2)の内周に整合して、その第２チューブ(2)に嵌着する山形のくさび体(7)と、を有し、
前記圧着プレート(7a)の頂部とくさび体(7)の頂部を締結ボルト(8)が貫通して、前記圧着プレート(7a)とコア(5)とくさび体(7)との間が、前記締結ボルト(8)によって互いに圧接する方向へ一体的に締結固定され、
前記第３チューブ(3)に高温の排ガス(9)が流通し、
前記第１チューブ(1) および第２チューブ(2)に低温の冷媒(10)が流通する排熱エネルギ変換装置。
請求項１において、
前記圧着プレート(7a)の下端が第１チューブ(1) の下端部まで被嵌し、
前記くさび体(7)が第２チューブ(2)の内側に嵌着するとともに、その下端位置が前記圧着プレート(7a)の下端位置にほぼ一致し、
前記第１チューブ(1)および第２チューブ(2)の冷媒の流通方向と、前記第３チューブ(3)の排ガスの流通方向とが直交するように構成し、その第３チューブ(3)の両端部が排ガス用のヘッダプレート(6)の挿通孔(6a)に挿通された排熱エネルギ変換装置。
請求項１または請求項２において、
前記第１チューブ(1) の冷媒出口側端部と前記第２チューブ(2)の冷媒入口側端部とが接続された排熱エネルギ変換装置。