JP2013038219A

JP2013038219A - 熱電発電装置

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Publication number: JP2013038219A
Application number: JP2011173025A
Authority: JP
Inventors: Takuomi Kaminaga; 拓臣神長; Yojiro Iriyama; 要次郎入山; Toshiro Murata; 登志朗村田; Hideyuki Yukimitsu; 秀之幸光
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: JP5673426B2

Abstract

【課題】高温の排出ガスに対しても熱電変換素子の熱害を抑制できる熱電発電装置を提供する。
【解決手段】排出ガスＧを流通させる排気管７０と、冷却水Ｗを流通させる冷却水管７１と、排気管７０の外側部と冷却水管７１の外側部との間に挟まれるとともに、排気管７０の外側部と冷却水管７１の外側部とに接触して設けられる熱電変換素子７２とを備える熱電発電装置７であって、熱電変換素子７２の排気管７０に接触する熱電変換素子排気管側部７２ａと、排気管７０の熱電変換素子７２に接触する排気管熱電変換素子側外側部７０ａと、排気管７０の内側部であって排気管熱電変換素子側外側部７０ａの真裏に相当する排気管熱電変換素子側内側部７０ｂと、の少なくとも一部の領域に、熱放射率あるいは熱吸収率を低下させるコート材を塗布してなる低熱放射皮膜７３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温側部材および低温側部材に接触するとともに、高温側部材および低温側部材の温度差により発電する熱電変換素子を備えた熱電発電装置に関する。

熱電変換素子としてペルチェ素子を備えた熱電発電装置が知られている。この種の熱電発電装置では、熱電変換素子の両端部を高温側部材と低温側部材とに接触させる。このように、熱電変換素子に温度差を与えることにより、ペルチェ効果の逆作用であるゼーベック効果を熱電変換素子に生じさせ、温度差を電力に変換するようになっている。また、熱電変換素子には、耐熱性が高いが発電効率は比較的低いものと、耐熱性は低いが発電効率は比較的高いものとがある。

耐熱性が高いが発電効率は比較的低い熱電変換素子の例としては、例えば、耐熱温度が約５００℃のＭｇ−Ｓｉ系の熱電変換素子が挙げられる。耐熱性は低いが発電効率は比較的高い熱電変換素子の例としては、例えば、耐熱温度が約２００℃のＢｉ−Ｔｅ系の熱電変換素子が挙げられる。

この種の熱電発電装置として、熱電変換素子と、高温側部材と、低温側部材とを備えるとともに、熱電変換素子の両面を非晶質炭素（Diamond Like Carbon；ＤＬＣ）膜で被覆したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この熱電発電装置は、自動車のエキゾーストマニホールドの下流側近傍に設けられている。そして、高温側部材の熱源は排出ガスであるとともに、低温側部材の熱源は冷却水であるようにしている。

この熱電発電装置によれば、ＤＬＣ膜の熱伝導率が高いため、高温側部材から熱電変換素子への熱伝導率を向上できるとともに、熱電変換素子から低温側部材への熱伝導率を向上できる。これにより、熱電発電装置の発電効率を向上することができる。

特開２００５−２２３１３１号公報

しかしながら、上述のような従来の熱電発電装置にあっては、熱伝導率の高いＤＬＣ膜を熱電変換素子に被覆している。このため、排出ガスの温度が熱電変換素子の耐熱温度を超える場合には、耐熱性の高い熱電変換素子を使用している場合であっても、熱電変換素子の耐熱温度を超える温度の熱が排気管から伝導されてしまうことがある。これにより、熱電変換素子の本体やケーブルが熱害を受け損傷してしまうという問題があった。また、熱電変換素子と排気管との間に微小な隙間がある場合に、排気管の外側面から熱電変換素子に放射される熱については、何ら考慮されていない。

そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、高温の排出ガスに対しても熱電変換素子の熱害を抑制できる熱電発電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱電発電装置は、上記目的達成のため、（１）排出ガスを流通させる排気管と、冷却水を流通させる冷却水管と、前記排気管の外側部と前記冷却水管の外側部との間に挟まれるとともに、前記排気管の前記外側部と前記冷却水管の前記外側部とに接触して設けられる熱電変換素子とを備える熱電発電装置であって、前記熱電変換素子の前記排気管に接触する熱電変換素子排気管側部と、前記排気管の前記熱電変換素子に接触する排気管熱電変換素子側外側部と、前記排気管の内側部であって前記排気管熱電変換素子側外側部の真裏に相当する排気管熱電変換素子側内側部と、の少なくとも一部の領域に、熱放射率あるいは熱吸収率を低下させるコート材を塗布してなる低熱放射皮膜を形成することを特徴とする。

排気管と熱電変換素子との間には、一部に微小な隙間が存在する。隙間の部分では熱伝導がなされずに、熱放射あるいは熱吸収により熱が移動する。ここで、本明細書中で熱放射率とは、高温側部材および低温側部材が対向する場合に、高温側部材に形成された熱放射皮膜から放射される熱についての熱放射率、すなわち黒体を１としたときの放射熱量の比を意味する。また、本明細書中で熱吸収率とは、高温側部材および低温側部材が対向する場合に、低温側部材に形成された熱放射皮膜から吸収される熱についての熱吸収率、すなわち黒体を１としたときの吸収熱量の比を意味する。さらに、熱放射率と熱吸収率とは、キルヒホッフの法則により、同じ材質で同じ厚さの熱放射皮膜であれば等しくなる。さらに、本明細書中で熱の移動とは、互いに接触する高温側部材および低温側部材の高温側部材から低温側部材に熱が移動する熱伝導の他に、互いに離れて対向する高温側部材および低温側部材の高温側部材から低温側部材に熱が移動する熱放射も含めた意味としている。

本発明の構成により、排気管を流通する排出ガスの熱が熱電変換素子に移動される際に、熱電変換素子に移動される熱の少なくとも一部は低熱放射皮膜を放射または吸収により通過するので、低熱放射皮膜を設けない場合に比べて排気管から熱電変換素子への熱移動量を低減することができる。このため、排出ガスの温度が熱電変換素子の耐熱温度より高い場合でも、熱電変換素子が熱により損傷することを防止できる。

上記（１）に記載の熱電発電装置においては、（２）前記低熱放射皮膜は、前記排気管熱電変換素子側外側部と、前記排気管熱電変換素子側内側部との全体に形成されていることが好ましい。

この構成により、排気管を流通する排出ガスの熱が熱電変換素子に移動される際に、熱電変換素子に移動される熱の大部分は低熱放射皮膜を通過するので、排気管から熱電変換素子への熱移動量をさらに低減することができる。

上記（１）または（２）に記載の熱電発電装置においては、（３）前記熱電変換素子の前記冷却水管と接触する熱電変換素子冷却水管側部と、前記冷却水管の外側部と、前記冷却水管の内側部との少なくとも一部の領域に、熱放射率あるいは熱吸収率を上昇させるコート材を塗布してなる高熱放射皮膜を形成することが好ましい。

この構成により、熱電変換素子の熱が冷却水管を介して冷却水に移動され、さらに冷却水の熱が冷却水管を介して大気に移動される際に、熱電変換素子から大気まで移動される熱の少なくとも一部は高熱放射皮膜を放射または吸収により通過する。このため、高熱放射皮膜を設けない場合に比べて、熱電変換素子からの放熱量を増大することができる。このため、熱電変換素子における熱電変換素子排気管側接触部と熱電変換素子冷却水管側接触部との温度差を大きくすることができるので、発電効率を高めることができる。

上記（３）に記載の熱電発電装置においては、（４）前記高熱放射皮膜は、前記冷却水管の外側部と、前記冷却水管の内側部との全体に形成されていることが好ましい。

この構成により、熱電変換素子の熱が冷却水管を介して冷却水に移動され、さらに冷却水の熱が冷却水管を介して大気に移動される際に、熱電変換素子から大気まで移動される熱の大部分は高熱放射皮膜を通過する。このため、熱電変換素子からの放熱量をさらに増大することができる。

上記（３）に記載の熱電発電装置においては、（５）前記高熱放射皮膜は、前記冷却水管の前記熱電変換素子に接触する熱電変換素子側外側領域と、前記冷却水管の内側部であって前記熱電変換素子側外側領域の真裏に相当する熱電変換素子側内側領域との全体に形成されていることが好ましい。

この構成により、熱電変換素子の熱が冷却水管を介して冷却水に移動される際に、全ての熱は高熱放射皮膜を通過する。このため、熱電変換素子からの放熱量を増大することができる。また、冷却水管の他の部位には高熱放射皮膜を形成しないので、高熱放射皮膜を形成するための材料費の上昇を抑えることができる。

上記（１）から（５）に記載の熱電発電装置においては、（６）前記低熱放射皮膜の前記熱放射率あるいは前記熱吸収率は、前記排出ガスの上流側から下流側にかけて高くなることが好ましい。ここで、排出ガスは排気管を上流側から下流側に流通するにつれて、排気管を介して熱を外部に放出するので、排出ガスの温度は徐々に低下する。

この構成により、上流側より温度が低下した下流側の排出ガスの熱を、上流側の熱放射率より高い熱放射率の下流側の低熱放射皮膜を介して熱電変換素子に移動することができる。よって、下流側の低熱放射皮膜では、排出ガスの温度が低いので熱電変換素子の損傷を防止できるとともに、排出ガスの熱を無駄にすることなく効率良く熱電変換素子に移動して発電量を向上することができる。

本発明によれば、高温の排出ガスに対しても熱電変換素子の熱害を抑制できる熱電発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱電発電装置が搭載された内燃機関を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る熱電発電装置を示す縦断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る熱電発電装置を示す図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。本発明の他の実施の形態に係る熱電発電装置を示す概略の縦断面図であり、（ａ）は第２の実施の形態、（ｂ）は第３の実施の形態である。本発明の第４の実施の形態に係る熱電発電装置を示す横断面図である。本発明の他の実施の形態に係る熱電発電装置を示す概略の縦断面図であり、（ａ）は第５の実施の形態、（ｂ）は第６の実施の形態である。本発明の第７の実施の形態に係る熱電発電装置を示す概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。本発明の第７の実施の形態に係る熱電発電装置を示す図６（ｂ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。本発明の第８の実施の形態に係る熱電発電装置を示す概略図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、熱電発電装置を、自動車に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。

（第１の実施の形態）
まず、構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態のエンジン１は、エンジン本体２と、吸気装置３と、排気装置４と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation排出ガス再循環）装置５と、冷却装置６と、熱電発電装置７と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit 電子制御ユニット）８とを含んで構成されている。

エンジン本体２は、シリンダブロック２０と、シリンダヘッド２１とを含んで構成されている。

シリンダブロック２０は、複数のシリンダ２２と、ピストン２３と、コネクティングロッド２４と、クランクシャフト２５とを備えている。シリンダ２２は、シリンダブロック２０の内部に鉛直に形成されている。ピストン２３は、シリンダ２２に対して上下方向に往復動可能に設けられている。ピストン２３は、コネクティングロッド２４に回転可能に連結されている。コネクティングロッド２４は、クランクシャフト２５に回転可能に連結されている。

また、エンジン本体２では、シリンダブロック２０とシリンダヘッド２１とピストン２３とによって、燃焼室３１が形成されている。エンジン１は、燃焼室３１において燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストン２３を往復動させ、コネクティングロッド２４を介してクランクシャフト２５を回転させるようになっている。

シリンダヘッド２１は、吸気ポート２６と、吸気バルブ２７と、図示しない吸気カムシャフトと、排気ポート２８と、排気バルブ２９と、図示しない排気カムシャフトと、点火プラグ３０とを備えている。吸気ポート２６は、吸気装置３の吸気通路と燃焼室３１とを連通する。吸気バルブ２７は、昇降により吸気ポート２６と燃焼室３１との間を開閉し、吸気装置３の吸気通路から燃焼室３１への燃焼用空気Ａの導入を制御するようになっている。吸気カムシャフトは、吸気バルブ２７を昇降させる。

排気ポート２８は、燃焼室３１と排気装置４の排気通路とを連通する。排気バルブ２９は、昇降により燃焼室３１と排気ポート２８との間を開閉し、燃焼室３１から排気装置４の排気通路への排出ガスの排出を制御するようになっている。排気カムシャフトは、排気バルブ２９を昇降させる。

吸気バルブ２７は、その開弁時に燃焼室３１を吸気通路に連通させ、排気バルブ２９は、その開弁時に燃焼室３１を排気通路に連通させるようになっている。そして、吸気バルブ２７の開弁により燃焼室３１が吸気通路に連通した状態でピストン２３が下降するとき、燃焼室３１は、吸気通路を通して燃焼用空気Ａを吸入することができる。また、排気バルブ２９の開弁により燃焼室３１が排気通路に連通した状態でピストン２３が上昇するとき、燃焼室３１は、排気通路を通して排出ガスＧを排出することができる。

点火プラグ３０は、燃焼室３１内に火花点火可能に露出して設けられている。点火プラグ３０は、ＥＣＵ８によって、点火時期を制御されるようになっている。

吸気装置３は、吸気管３２と、図示しないエアクリーナと、吸気マニホールド３３とを備えている。吸気マニホールド３３は、シリンダヘッド２１の吸気ポート２６が開口された部位に接続されている。燃焼用空気Ａは、吸気管３２によりエアクリーナを経て吸気マニホールド３３にまで流通されて、各シリンダ２２に流入されるようになっている。

排気装置４は、排気マニホールド４０と、上流側排出ガス管４１と、下流側排出ガス管４２と、図示しない排気後処理器とを含んで構成されている。

排気マニホールド４０は、各シリンダ２２から排出された排出ガスＧを流通させる。この排気マニホールド４０と各シリンダ２２との接続により、エンジン本体２と排気装置４とが接続されている。上流側排出ガス管４１は、排気マニホールド４０と熱電発電装置７とを接続している。下流側排出ガス管４２は熱電発電装置７と排気後処理器とを接続している。

ＥＧＲ装置５は、図中一点鎖線で示すように、排気装置４と吸気装置３との間に接続されるとともに、排気装置４の排出ガスＧの一部を吸気装置３に還流させるものとなっている。ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲクーラ５０と、図示しないＥＧＲバルブとを含んで構成されている。ＥＧＲクーラ５０は、再循環される排出ガスＧと冷却水Ｗとの間で熱交換を行うことにより、排出ガスＧの温度を下げるようになっている。また、ＥＧＲクーラ５０は、冷却水Ｗの流入部５０ａと流出部５０ｂとを備えている。

冷却装置６は、ウォータポンプ６０と、ウォータジャケット６１と、ラジエータ６２と、リザーブタンク６３と、サーモスタット６４と、ヒータコア６５と、接続管６６とを含んで構成されている。

ウォータポンプ６０は、冷却水Ｗの吸入部６０ａと吐出部６０ｂとを備えている。ウォータジャケット６１は、シリンダブロック２０およびシリンダヘッド２１の内部のシリンダ２２の周囲に形成されている。ウォータジャケット６１は、シリンダブロック２０に形成された流入部６１ａと、シリンダヘッド２１に形成された流出部６１ｂと、冷却水温度センサ６１ｃとを備えている。ウォータジャケット６１の流入部６１ａは、ウォータポンプ６０の吐出部６０ｂに接続管６６により接続されている。ウォータジャケット６１は、内部に冷却水Ｗを流通させることによりエンジン本体２を冷却するようになっている。

ラジエータ６２は、冷却水Ｗと外部の空気とを熱交換することにより冷却水Ｗを冷却するようになっている。ラジエータ６２は、冷却水Ｗの流入部６２ａと流出部６２ｂとを備えている。リザーブタンク６３は、例えば完全密閉式であり、ラジエータ６２に装着されている。

サーモスタット６４は、冷却水Ｗの温度に感応して開弁あるいは閉弁するようになっている。サーモスタット６４は、冷却水Ｗの流入部６４ａと流出部６４ｂとを備えている。サーモスタット６４の流入部６４ａは、ラジエータ６２の流出部６２ｂに接続管６６により接続されている。また、サーモスタット６４の流入部６４ａは、ＥＧＲクーラ５０の流出部５０ｂに接続管６６により接続されている。サーモスタット６４の流出部６４ｂは、ウォータポンプ６０の吸入部６０ａに接続管６６により接続されている。

ヒータコア６５は、車室内の暖房などのために冷却水Ｗと空気との間の熱交換を行うようになっている。ヒータコア６５は、冷却水Ｗの流入部６５ａと流出部６５ｂとを備えている。ヒータコア６５の流入部６５ａは、ウォータジャケット６１の流出部６１ｂに接続管６６により接続されている。ヒータコア６５の流出部６５ｂは、ＥＧＲクーラ５０の流入部５０ａに接続管６６により接続されている。

図２および図３に示すように、熱電発電装置７は、排気管７０と、冷却水管７１と、熱電変換素子７２と、低熱放射皮膜７３と、高熱放射皮膜７４とを含んで構成されている。

排気管７０は、円筒形状で、上流側排出ガス管４１および下流側排出ガス管４２の間に接続され、上流側排出ガス管４１から下流側排出ガス管４２へ排出ガスＧを流通させる。排気管７０は、排気管熱電変換素子側外側部７０ａと、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂとを備えている。排気管熱電変換素子側外側部７０ａは、排気管７０の熱電変換素子７２に接触する領域である。排気管熱電変換素子側内側部７０ｂは、排気管７０の内側部であって排気管熱電変換素子側外側部の真裏に相当する領域である。

冷却水管７１は、冷却水流通部７５と、中心透孔部７６と、冷却水流入部７７と、冷却水流出部７８とを備えている。冷却水流通部７５は、扁平な管を排気管７０の外周面に沿って排気管７０の周囲を取り囲むように円筒形状に設けてなる。中心透孔部７６は、冷却水流通部７５の中心を軸方向に沿って貫通する孔部から形成されている。冷却水管７１の中心透孔部７６には、排気管７０が挿入されている。

冷却水流通部７５は、排気管７０と同軸で排気管７０から離隔して設けられている。ここで、排気管７０を流通する排出ガスＧの流通方向上流側を排気上流側Ｕとするとともに、排気管７０を流通する排出ガスＧの流通方向下流側を排気下流側Ｄとする。

冷却水流通部７５は、熱電変換素子側外側領域７５ａと、熱電変換素子側内側領域７５ｂと、開放側外側領域７５ｃと、開放側内側領域７５ｄとを備えている。熱電変換素子側外側領域７５ａは、冷却水流通部７５の熱電変換素子７２に接触する部位としている。熱電変換素子側内側領域７５ｂは、冷却水流通部７５の内側部であって熱電変換素子側外側領域７５ａの真裏に相当する部位としている。開放側外側領域７５ｃは、冷却水流通部７５の外側部であって熱電変換素子側外側領域７５ａ以外の部位としている。開放側内側領域７５ｄは、冷却水流通部７５の内側部であって開放側外側領域７５ｃの真裏に相当する部位としている。

冷却水流入部７７は、冷却水流通部７５の排気下流側Ｄに形成されている。冷却水流入部７７は、ヒータコア６５の流出部６５ｂに接続管６６により接続されている。冷却水流出部７８は、冷却水流通部７５の排気上流側Ｕに形成されている。冷却水流出部７８は、ＥＧＲクーラ５０の流入部５０ａに接続管６６により接続されている。

熱電変換素子７２は、排気管７０と同軸の円筒形状で、排気管７０の外側部と冷却水管７１の中心透孔部７６とに接触あるいは一部は隙間を空けて挟まれている。熱電変換素子７２は、軸方向に複数個連続して設けられている。

熱電変換素子７２は、Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子の対からなるペルチェ素子により構成されている。熱電変換素子７２は、内周側に設けられたペルチェ素子の高温側端部７２ａと、外周側に設けられたペルチェ素子の低温側端部７２ｂとを備えている。

高温側端部７２ａは、排気管７０の外側部に接触あるいは一部は隙間を空けて対向するとともに、本発明の熱電発電装置の熱電変換素子排気管側部を構成する。低温側端部７２ｂは、冷却水管７１の中心透孔部７６に接触あるいは一部は隙間を空けて対向するとともに、本発明の熱電発電装置の熱電変換素子冷却水管側部を構成する。熱電変換素子７２は、高温側端部７２ａおよび低温側端部７２ｂの間で温度差に応じたゼーベック効果を生じさせることにより発電させることができる公知のものである。ここでの熱電変換素子７２の耐熱温度は、例えば５００℃としている。

低熱放射皮膜７３は、外側低熱放射皮膜７３ａと、内側低熱放射皮膜７３ｂとを備えている。外側低熱放射皮膜７３ａは、排気管熱電変換素子側外側部７０ａに設けられている。内側低熱放射皮膜７３ｂは、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂに設けられている。低熱放射皮膜７３は、排気管熱電変換素子側外側部７０ａおよび排気管熱電変換素子側内側部７０ｂの全体に、熱放射率を低下させるコート材を塗布して形成されている。低熱放射皮膜７３を形成するコート材は、例えばニッケルや銀などの白い塗装材としている。

ここで、低熱放射皮膜７３は、排気管７０の排気管熱電変換素子側外側部７０ａおよび排気管熱電変換素子側内側部７０ｂ以外の部位にも形成することが好ましい。これにより、排気管７０から冷却水管７１への熱放射を抑えて、冷却水Ｗの温度上昇を抑制することができる。

高熱放射皮膜７４は、熱電変換素子側外側高熱放射皮膜７４ａと、熱電変換素子側内側高熱放射皮膜７４ｂと、開放側外側高熱放射皮膜７４ｃと、開放側内側高熱放射皮膜７４ｄとを備えている。熱電変換素子側外側高熱放射皮膜７４ａは、熱電変換素子側外側領域７５ａに設けられている。熱電変換素子側内側高熱放射皮膜７４ｂは、熱電変換素子側内側領域７５ｂに設けられている。開放側外側高熱放射皮膜７４ｃは、開放側外側領域７５ｃに設けられている。開放側内側高熱放射皮膜７４ｄは、開放側内側領域７５ｄに設けられている。

高熱放射皮膜７４は、冷却水流通部７５の外側部と、冷却水流通部７５の内側部との全体に、熱放射率を上昇させるコート材を塗布して形成されている。高熱放射皮膜７４を形成するコート材は、例えばガラスコートや酸化クロムなどの黒い塗装材としている。

また、熱電発電装置７の設置位置により冷却水管７１の周囲に排気管７０などの高温部材が位置する場合は、高温部材による冷却水Ｗの加熱を防止するために、高熱放射皮膜７４を形成しないか、あるいは低熱放射皮膜７３を形成することが好ましい。

ＥＣＵ８は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Read Only Memory）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどを有する入力インターフェース回路と、駆動回路などを有する出力インターフェース回路とを含んで構成されている。

ＥＣＵ８の入力インターフェース回路には、冷却水温度センサ６１ｃなどが接続されている。冷却水温度センサ６１ｃなどからのセンサ情報は、ＥＣＵ８に取り込まれるようになっている。

ＥＣＵ８の出力インターフェース回路には、ＥＧＲバルブの電磁駆動部などが接続されている。ＥＣＵ８が、エンジン１の運転制御、例えばＥＧＲバルブのＥＧＲ率制御などを実行するようになっている。

次に、動作について説明する。

図１〜図３に示すように、エンジン１が稼働しているとき、エンジン本体２の燃焼室３１で排出ガスＧが発生すると、排出ガスＧは排気マニホールド４０から上流側排出ガス管４１を経て熱電発電装置７に供給される。熱電発電装置７に供給された排出ガスＧは排気管７０を流通する。

排気管７０の排気管熱電変換素子側内側部７０ｂには、内側低熱放射皮膜７３ｂが形成されている。また、排気管７０の排気管熱電変換素子側外側部７０ａには、外側低熱放射皮膜７３ａが形成されている。

ここで、ステファンボルツマンの法則により、排気管７０と熱電変換素子７２との間の微小な隙間の部分において、排気管熱電変換素子側外側部７０ａから外側低熱放射皮膜７３ａを介して熱電変換素子７２に放射される熱量が減少される。すなわち、外側低熱放射皮膜７３ａは熱放射率を低下する。また、キルヒホッフの法則により、放射率は吸収率となるため、排出ガスＧから内側低熱放射皮膜７３ｂを介して排気管熱電変換素子側内側部７０ｂに吸収される熱量が減少される。すなわち、内側低熱放射皮膜７３ｂは熱吸収率を低下する。

このため、排出ガスＧの熱は、排出ガスＧから熱電変換素子７２に移動しにくくなっている。これにより、例えば排出ガスＧが７００℃であっても、熱電変換素子７２の高温側端部７２ａは５００℃程度に抑制される。

また、冷却装置６が稼働することにより冷却水Ｗが循環する。これにより、熱電発電装置７に冷却水Ｗが供給される。熱電発電装置７に供給された冷却水Ｗは、冷却水管７１を流通する。冷却水管７１の熱電変換素子側外側領域７５ａには、熱電変換素子側外側高熱放射皮膜７４ａが形成されている。冷却水管７１の熱電変換素子側内側領域７５ｂには、熱電変換素子側内側高熱放射皮膜７４ｂが形成されている。

ここで、ステファンボルツマンの法則により、熱電変換素子７２と冷却水管７１との間の微小な隙間の部分において、熱電変換素子側内側領域７５ｂから熱電変換素子側内側高熱放射皮膜７４ｂを介して冷却水Ｗに放射される熱量が増大される。すなわち、熱電変換素子側内側高熱放射皮膜７４ｂは熱放射率を上昇する。また、キルヒホッフの法則により、放射率は吸収率となるため、熱電変換素子７２から熱電変換素子側外側高熱放射皮膜７４ａを介して熱電変換素子側外側領域７５ａに吸収される熱量が増大される。すなわち、熱電変換素子側外側高熱放射皮膜７４ａは熱吸収率を上昇する。

このため、熱電変換素子７２の熱は、熱電変換素子７２から冷却水管７１の冷却水Ｗに移動しやすくなっている。これにより、熱電変換素子７２の低温側端部７２ｂは十分に冷却されるので、熱電変換素子７２は高い効率で発電することができる。

また、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃには、開放側外側高熱放射皮膜７４ｃが形成されている。冷却水管７１の開放側内側領域７５ｄには、開放側内側高熱放射皮膜７４ｄが形成されている。

ここで、ステファンボルツマンの法則により、開放側外側領域７５ｃから開放側外側高熱放射皮膜７４ｃを介して大気に放射される熱量が増大される。すなわち、開放側外側高熱放射皮膜７４ｃは熱放射率を上昇する。また、キルヒホッフの法則により、放射率は吸収率となるため、冷却水Ｗから開放側内側高熱放射皮膜７４ｄを介して開放側内側領域７５ｄに吸収される熱量が増大される。すなわち、開放側内側高熱放射皮膜７４ｄは熱吸収率を上昇する。

このため、冷却水Ｗの熱は高熱放射皮膜７４を通過して大気に放出される。これにより、冷却水Ｗから十分に放熱が行われるので、熱電変換素子７２は高い効率で発電することができる。

以上のように、本実施の形態に係る熱電発電装置７によれば、排気管７０の排気管熱電変換素子側内側部７０ｂおよび排気管熱電変換素子側外側部７０ａに、低熱放射皮膜７３が形成されている。このため、排出ガスＧから熱電変換素子７２への熱移動量を低減することができる。このため、排出ガスＧの温度が熱電変換素子７２の耐熱温度より高い場合でも、熱電変換素子７２の本体やケーブルが熱で損傷することを防止できる。

また、本実施の形態に係る熱電発電装置７によれば、冷却水管７１の熱電変換素子側外側領域７５ａおよび熱電変換素子側内側領域７５ｂに、高熱放射皮膜７４が形成されている。このため、熱電変換素子７２を効果的に冷却することができる。さらに、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃおよび開放側内側領域７５ｄに、高熱放射皮膜７４が形成されている。これにより、発電効率を向上することができる。

上述した本実施の形態の熱電発電装置７においては、低熱放射皮膜７３は排気管熱電変換素子側内側部７０ｂおよび排気管熱電変換素子側外側部７０ａに形成されている。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、低熱放射皮膜７３が、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂと、排気管熱電変換素子側外側部７０ａと、熱電変換素子７２の高温側端部７２ａとの少なくとも１つの全領域に形成されるようにしてもよい。あるいは、低熱放射皮膜７３が、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂと、排気管熱電変換素子側外側部７０ａと、熱電変換素子７２の高温側端部７２ａとの少なくとも１つの一部領域に形成されるようにしてもよい。

このように、低熱放射皮膜７３をどの部材に形成するか、あるいは形成する領域を任意に設定することができるので、設計条件に応じて所望の低熱放射皮膜７３を得ることができる。また、低熱放射皮膜７３が高温の熱を吸収する熱吸収率は、低熱放射皮膜７３が低温の熱を吸収する熱吸収率よりも高い。このため、低熱放射皮膜７３を形成する位置は、排出ガスＧに近い方が熱吸収率の観点から好ましい。

また、本実施の形態の熱電発電装置７においては、冷却水流通部７５に高熱放射皮膜７４を形成している。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、冷却水流通部７５に高熱放射皮膜７４を形成しなくてもよい。この場合、冷却水流通部７５に高熱放射皮膜７４を形成する工程が不要になるので、部品コストを低減することができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置１０７においては、第１の実施の形態の高熱放射皮膜７４の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図４（ａ）に示すように、本実施の形態の高熱放射皮膜１７４は、熱電変換素子側外側高熱放射皮膜１７４ａおよび熱電変換素子側内側高熱放射皮膜１７４ｂを備えている。熱電変換素子側外側高熱放射皮膜１７４ａは、冷却水管７１の熱電変換素子側外側領域７５ａに設けられている。熱電変換素子側内側高熱放射皮膜１７４ｂは、冷却水管７１の熱電変換素子側内側領域７５ｂに設けられている。また、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃおよび開放側内側領域７５ｄには、高熱放射皮膜１７４は形成されていない。

本実施の形態の熱電発電装置１０７によれば、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃおよび開放側内側領域７５ｄに高熱放射皮膜１７４は形成されていないので、冷却水管７１の外側部全体および内側部全体に高熱放射皮膜１７４を設ける場合に比べて、材料費を抑えることができる。

また、冷却水管７１の熱電変換素子側外側領域７５ａおよび熱電変換素子側内側領域７５ｂは、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃおよび開放側内側領域７５ｄよりも温度が高い。このため、熱電変換素子側外側領域７５ａおよび熱電変換素子側内側領域７５ｂに高熱放射皮膜１７４を形成しているので、開放側外側領域７５ｃおよび開放側内側領域７５ｄのみに高熱放射皮膜１７４を設ける場合に比べて、効率良く伝熱効率を高めることができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置２０７においては、第１の実施の形態の高熱放射皮膜７４の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図４（ｂ）に示すように、本実施の形態の高熱放射皮膜２７４は、開放側外側高熱放射皮膜２７４ａおよび開放側内側高熱放射皮膜２７４ｂを備えている。開放側外側高熱放射皮膜２７４ａは、冷却水管７１の開放側外側領域７５ｃに設けられている。開放側内側高熱放射皮膜２７４ｂは、冷却水管７１の開放側内側領域７５ｄに設けられている。また、冷却水管７１の熱電変換素子側外側領域７５ａおよび冷却水管熱電変換素子側内側部７１ｂには、高熱放射皮膜２７４は形成されていない。

本実施の形態の熱電発電装置２０７によれば、熱電変換素子側外側領域７５ａおよび熱電変換素子側内側領域７５ｂに高熱放射皮膜２７４は形成されていないので、冷却水管７１の外側部全体および内側部全体に高熱放射皮膜２７４を設ける場合に比べて、材料費を抑えることができる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置３０７においては、第１の実施の形態の熱電変換素子７２の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図５に示すように、本実施の形態の熱電変換素子１７２は、軸方向に沿って分割された形状となっている。この熱電変換素子１７２は、正面側から見た際に排気管７０を中心とする周方向の４５度ごとの８箇所で分割されるとともに、互いに隙間１７３を有して配置されている。

本実施の形態の熱電発電装置３０７によれば、板状の熱電変換素子１７２を利用することができるので、環状の熱電変換素子を利用する場合に比べて材料費を抑えることができる。

（第５の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置４０７においては、第１の実施の形態の低熱放射皮膜７３の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図６（ａ）に示すように、本実施の形態の低熱放射皮膜４７３は、熱放射率が排出ガスＧの排気上流側Ｕから排気下流側Ｄにかけて高くなるように構成されている。この低熱放射皮膜４７３は、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂに形成されるとともに、上流側低熱放射皮膜４７３ａと、中間低熱放射皮膜４７３ｂと、下流側低熱放射皮膜４７３ｃとを備えている。上流側低熱放射皮膜４７３ａと、中間低熱放射皮膜４７３ｂと、下流側低熱放射皮膜４７３ｃとは、コート材の材質は同じであるとともに、厚さを異ならせている。

上流側低熱放射皮膜４７３ａは、低熱放射皮膜４７３の最も排気上流側Ｕに配置されるとともに、中間低熱放射皮膜４７３ｂおよび下流側低熱放射皮膜４７３ｃよりも厚く形成されている。このため、上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率は、中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率および下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率よりも低い。上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率は、排気管７０に導入されたばかりの高温の排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。

下流側低熱放射皮膜４７３ｃは、低熱放射皮膜４７３の最も排気下流側Ｄに配置されるとともに、中間低熱放射皮膜４７３ｂおよび上流側低熱放射皮膜４７３ａよりも薄く形成されている。このため、下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率および中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率よりも高い。下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率は、中間低熱放射皮膜４７３ｂから吸熱されて低温化された排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。例えば、上流側低熱放射皮膜４７３ａの厚さと下流側低熱放射皮膜４７３ｃの厚さとの比を１０：１とすることができる。

中間低熱放射皮膜４７３ｂは、上流側低熱放射皮膜４７３ａおよび下流側低熱放射皮膜４７３ｃの間に配置されるとともに、上流側低熱放射皮膜４７３ａおよび下流側低熱放射皮膜４７３ｃの間の厚さで形成されている。このため、中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率と下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率との中間となる。中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜４７３ａから吸熱されて低温化された排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。

本実施の形態の熱電発電装置４０７によれば、排出ガスＧは、排気上流側Ｕから排気下流側Ｄに流通するにつれて、排気管７０を介して熱を奪われて低温化される。これに対し、排気上流側Ｕから排気下流側Ｄに流通するにつれて、低熱放射皮膜４７３の熱放射率が高くなっている。

このため、中間低熱放射皮膜４７３ｂ近傍の排出ガスＧの温度は上流側低熱放射皮膜４７３ａ近傍の排出ガスＧの温度よりも低いので、中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率が上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率よりも高くても熱電変換素子の損傷を防止できる。また、中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率は上流側低熱放射皮膜４７３ａの熱放射率よりも高いので、排出ガスＧの熱を無駄にすることなく効率良く熱電変換素子７２に移動して発電量を向上することができる。

同様に、下流側低熱放射皮膜４７３ｃ近傍の排出ガスＧの温度は中間低熱放射皮膜４７３ｂ近傍の排出ガスＧの温度よりも低いので、下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率が中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率よりも高くても熱電変換素子の損傷を防止できる。また、下流側低熱放射皮膜４７３ｃの熱放射率は中間低熱放射皮膜４７３ｂの熱放射率よりも高いので、排出ガスＧの熱を無駄にすることなく効率良く熱電変換素子７２に移動して発電量を向上することができる。

このように、排気下流側Ｄで熱電変換素子７２に移動する熱量を増加させることができる。これにより、熱電変換素子７２の全体でバランス良く発電を行うことができるようになり、熱電変換素子７２の全体の発電効率が向上する。

上述した本実施の形態の熱電発電装置４０７においては、低熱放射皮膜４７３は、上流側低熱放射皮膜４７３ａと、中間低熱放射皮膜４７３ｂと、下流側低熱放射皮膜４７３ｃとの３つの皮膜から構成されている。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、例えば、低熱放射皮膜４７３が２つの皮膜から構成されたり、あるいは４つ以上の皮膜から構成されるようにしてもよい。

（第６の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置５０７においては、第１の実施の形態の低熱放射皮膜７３の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図６（ｂ）に示すように、本実施の形態の低熱放射皮膜５７３は、熱放射率が排出ガスＧの排気上流側Ｕから排気下流側Ｄにかけて高くなるように構成されている。この低熱放射皮膜５７３は、排気管熱電変換素子側内側部７０ｂに形成されるとともに、上流側低熱放射皮膜５７３ａと、中間低熱放射皮膜５７３ｂと、下流側低熱放射皮膜５７３ｃとを備えている。上流側低熱放射皮膜５７３ａと、中間低熱放射皮膜５７３ｂと、下流側低熱放射皮膜５７３ｃとは、厚さは同じであるとともに、コート材の材質を異ならせている。

上流側低熱放射皮膜５７３ａは、低熱放射皮膜５７３の最も排気上流側Ｕに配置されるとともに、中間低熱放射皮膜５７３ｂおよび下流側低熱放射皮膜５７３ｃよりも白色のコート材により形成されている。このため、上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率は、中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率および下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率よりも低い。上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率は、排気管７０に導入されたばかりの高温の排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。

下流側低熱放射皮膜５７３ｃは、低熱放射皮膜５７３の最も排気下流側Ｄに配置されるとともに、中間低熱放射皮膜５７３ｂおよび上流側低熱放射皮膜５７３ａよりも黒色のコート材により形成されている。このため、下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率および中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率よりも高い。下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率は、中間低熱放射皮膜５７３ｂから吸熱されて低温化された排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。

中間低熱放射皮膜５７３ｂは、上流側低熱放射皮膜５７３ａおよび下流側低熱放射皮膜５７３ｃの間に配置されるとともに、上流側低熱放射皮膜５７３ａおよび下流側低熱放射皮膜５７３ｃの間の中間色、すなわち灰色のコート材により形成されている。このため、中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率と下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率との中間である。中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率は、上流側低熱放射皮膜５７３ａから吸熱されて低温化された排出ガスＧが熱電発電素子７２を損傷しない範囲で高く設定する。

本実施の形態の熱電発電装置５０７によれば、排出ガスＧは、排気上流側Ｕから排気下流側Ｄに流通するにつれて、排気管７０を介して熱を奪われて低温化される。これに対し、排気上流側Ｕから排気下流側Ｄに流通するにつれて、低熱放射皮膜５７３の熱放射率が高くなっている。

このため、中間低熱放射皮膜５７３ｂ近傍の排出ガスＧの温度は上流側低熱放射皮膜５７３ａ近傍の排出ガスＧの温度よりも低いので、中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率が上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率よりも高くても熱電変換素子の損傷を防止できる。また、中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率は上流側低熱放射皮膜５７３ａの熱放射率よりも高いので、排出ガスＧの熱を無駄にすることなく効率良く熱電変換素子７２に移動して発電量を向上することができる。

同様に、下流側低熱放射皮膜５７３ｃ近傍の排出ガスＧの温度は中間低熱放射皮膜５７３ｂ近傍の排出ガスＧの温度よりも低いので、下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率が中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率よりも高くても熱電変換素子の損傷を防止できる。また、下流側低熱放射皮膜５７３ｃの熱放射率は中間低熱放射皮膜５７３ｂの熱放射率よりも高いので、排出ガスＧの熱を無駄にすることなく効率良く熱電変換素子７２に移動して発電量を向上することができる。

上述した本実施の形態の熱電発電装置５０７においては、低熱放射皮膜５７３は、上流側低熱放射皮膜５７３ａと、中間低熱放射皮膜５７３ｂと、下流側低熱放射皮膜５７３ｃとの３つの皮膜から構成されている。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、例えば、低熱放射皮膜５７３が２つの皮膜から構成されたり、あるいは４つ以上の皮膜から構成されるようにしてもよい。

また、本実施の形態の熱電発電装置５０７においては、上流側低熱放射皮膜５７３ａは白色のコート材、中間低熱放射皮膜５７３ｂは灰色のコート材、下流側低熱放射皮膜５７３ｃは黒色のコート材により、それぞれ形成されている。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、例えば、上流側低熱放射皮膜５７３ａは白色のコート材、中間低熱放射皮膜５７３ｂは薄い灰色のコート材、下流側低熱放射皮膜５７３ｃは濃い灰色のコート材により、それぞれ形成されるようにしてもよい。

また、上述した第１〜第６の実施の形態の構成のうちの複数を備えた熱電発電装置としてもよい。

（第７の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置６０７においては、第１の実施の形態の冷却水管７１の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図７（ａ）（ｂ）および図８に示すように、本実施の形態の熱電発電装置６０７は、ケーシング６００と、排気管６７０と、冷却水管６７１と、熱電変換素子７２と、低熱放射皮膜７３とを備えている。ケーシング６００は円筒形状で、排気管６７０と、冷却水管６７１と、熱電変換素子７２と、低熱放射皮膜７３とを収容している。

排気管６７０は７本設けられている。すなわち、この熱電発電装置６０７は、多管式と呼ばれるものである。排気管６７０は、正面側から見た際に１本を中心にして、他の６本が周方向６０度ごとに配置されている。冷却水管６７１は、７本の排気管６７０を囲っている。低熱放射皮膜７３は、各排気管６７０の内部のみに形成されている。

本実施の形態の熱電発電装置６０７によれば、排気管６７０を複数有しているので、全ての排気管６７０の断面積を合計した面積と等しい断面積を持つ１本の排気管を利用するよりも排気管６７０の外周面積を増大することができる。このため、排出ガスＧと冷却水Ｗとの熱交換の効率をさらに向上することができる。

（第８の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係る熱電発電装置７０７においては、第１の実施の形態の排気管７０および冷却水管７１の構成が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図９（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の熱電発電装置７０７は、ケーシング７００と、排気管７７０と、冷却水管７７１と、熱電変換素子７２と、低熱放射皮膜７３とを備えている。ケーシング７００は円筒形状で、排気管７７０と、冷却水管７７１と、熱電変換素子７２と、低熱放射皮膜７３とを収容している。

排気管７７０は、第１の直線部７７０ａと、第２の直線部７７０ｂと、円弧部７７０ｃとを有して略Ｕ字形状に形成されている。第１の直線部７７０ａおよび第２の直線部７７０ｂは平行とされている。第１の直線部７７０ａは第２の直線部７７０ｂの上側に設けられている。第１の直線部７７０ａおよび第２の直線部７７０ｂは、円弧部７７０ｃにより連結されている。

すなわち、この熱電発電装置７０７は、Ｕチューブ式と呼ばれる熱交換器を応用したものである。排気管７７０の第１の直線部７７０ａおよび第２の直線部７７０ｂには、熱電変換素子７２が設けられている。排出ガスＧは、第２の直線部７７０ｂから導入されるとともに、第１の直線部７７０ａから排出される。

冷却水管７７１は、第１の直線部７７１ａと、第２の直線部７７１ｂと、第１の連結部７７１ｃと、第２の連結部７７１ｄと、冷却水流入部７７と、冷却水流出部７８とを備えている。第１の直線部７７１ａは、排気管７７０の第１の直線部７７０ａを囲っている。第２の直線部７７１ｂは、排気管７７０の第２の直線部７７０ｂを囲っている。冷却水流入部７７は、第１の直線部７７１ａの排気下流側Ｄに形成されている。冷却水流出部７８は、第２の直線部７７１ｂの排気下流側Ｄに形成されている。第１の連結部７７１ｃは、第１の直線部７７１ａおよび第２の直線部７７１ｂを冷却水流入部７７近傍で連結する。第２の連結部７７１ｄは、第１の直線部７７１ａおよび第２の直線部７７１ｂを冷却水流出部７８近傍で連結する。

本実施の形態の熱電発電装置７０７によれば、排気管７７０および冷却水管７７１をＵ字型としているので、直線状にする場合に比べて全長を短くして熱電発電装置７０７のコンパクト化を図ることができる。

上述した本実施の形態の熱電発電装置７０７においては、Ｕチューブ式熱交換器を熱電発電装置７０７に応用している。しかしながら、本発明に係る熱電発電装置においては、これに限られず、例えば、プレート式熱交換器、渦巻式熱交換器、ヒートループ式熱交換器など、各種の熱交換器に応用することができる。

以上のように、本発明に係る熱電発電装置は、高温の排出ガスに対しても熱電変換素子の熱害を抑制できるという効果を奏するものであり、高温側部材および低温側部材に接触するとともに、高温側部材および低温側部材の温度差により発電する熱電変換素子を備えた熱電発電装置に有用である。

１エンジン（内燃機関）
２エンジン本体
７，１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０７，７０７熱電発電装置
７０，６７０，７７０排気管
７０ａ排気管熱電変換素子側外側部（排気管の外側部）
７０ｂ排気管熱電変換素子側内側部
７１，６７１，７７１冷却水管
７２，１７２熱電変換素子
７２ａ高温側端部（熱電変換素子排気管側部）
７２ｂ低温側端部（熱電変換素子冷却水管側部）
７３，４７３，５７３低熱放射皮膜
７４，１７４，２７４高熱放射皮膜
７４ａ熱電変換素子側外側高熱放射皮膜
７４ｂ熱電変換素子側内側高熱放射皮膜
７５冷却水流通部
７５ａ熱電変換素子側外側領域（冷却水管の外側部）
７５ｂ熱電変換素子側内側領域
７５ｃ開放側外側領域
７５ｄ開放側内側領域
Ｇ排出ガス
Ｗ冷却水

Claims

排出ガスを流通させる排気管と、冷却水を流通させる冷却水管と、前記排気管の外側部と前記冷却水管の外側部との間に挟まれるとともに、前記排気管の前記外側部と前記冷却水管の前記外側部とに接触して設けられる熱電変換素子とを備える熱電発電装置であって、
前記熱電変換素子の前記排気管に接触する熱電変換素子排気管側部と、前記排気管の前記熱電変換素子に接触する排気管熱電変換素子側外側部と、前記排気管の内側部であって前記排気管熱電変換素子側外側部の真裏に相当する排気管熱電変換素子側内側部と、の少なくとも一部の領域に、熱放射率あるいは熱吸収率を低下させるコート材を塗布してなる低熱放射皮膜を形成することを特徴とする熱電発電装置。
前記低熱放射皮膜は、前記排気管熱電変換素子側外側部と、前記排気管熱電変換素子側内側部との全体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
前記熱電変換素子の前記冷却水管と接触する熱電変換素子冷却水管側部と、前記冷却水管の外側部と、前記冷却水管の内側部との少なくとも一部の領域に、熱放射率あるいは熱吸収率を上昇させるコート材を塗布してなる高熱放射皮膜を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置。
前記高熱放射皮膜は、前記冷却水管の外側部と、前記冷却水管の内側部との全体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電発電装置。
前記高熱放射皮膜は、前記冷却水管の前記熱電変換素子に接触する熱電変換素子側外側領域と、前記冷却水管の内側部であって前記熱電変換素子側外側領域の真裏に相当する熱電変換素子側内側領域との全体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電発電装置。
前記低熱放射皮膜の前記熱放射率あるいは前記熱吸収率は、前記排出ガスの上流側から下流側にかけて高くなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の熱電発電装置。