JP2014232831A - Thermoelectric element mounting vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電素子搭載車両に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric element-equipped vehicle.
吸熱要素とヒートシンクを有し、これらの間の温度勾配によって電気エネルギを発生する熱電発電機を、内燃機関に直接配置された車両が知られている(特許文献1)。 There is known a vehicle in which a thermoelectric generator that has a heat absorbing element and a heat sink and generates electric energy by a temperature gradient between them is directly arranged in an internal combustion engine (Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の技術では、内燃機関等の熱エネルギ源へ熱電発電機を直接密着させる必要があるが、内燃機関の接触面の形状や接着材料等の熱伝導性により効率的に熱エネルギを得ることが難しいという問題がある。 However, in the above prior art, it is necessary to make the thermoelectric generator directly adhere to a thermal energy source such as an internal combustion engine. However, the thermal energy is efficiently transferred due to the shape of the contact surface of the internal combustion engine and the thermal conductivity of the adhesive material. There is a problem that it is difficult to obtain.
本発明が解決しようとする課題は、熱エネルギを効率的に吸熱できる熱電素子搭載車両を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric element-equipped vehicle capable of efficiently absorbing heat energy.
本発明は、熱伝導性金属を含有する接着剤を介して熱電素子を内燃機関に接着することによって上記課題を解決する。 This invention solves the said subject by adhere | attaching a thermoelectric element to an internal combustion engine through the adhesive agent containing a heat conductive metal.
本発明によれば、熱伝導性金属を含有する接着剤を用いて熱電素子を内燃機関に接着するので、内燃機関に特別な加工を施すことなく、内燃機関の熱エネルギを熱電素子の吸熱部に効率的に吸熱することができる。 According to the present invention, since the thermoelectric element is bonded to the internal combustion engine using the adhesive containing the heat conductive metal, the heat energy of the internal combustion engine can be transferred to the heat absorbing portion of the thermoelectric element without performing special processing on the internal combustion engine. Can absorb heat efficiently.
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1Aは本例の熱電素子1を示す分解斜視図、図1Bは温度センサユニット3を示す斜視図である。本例の熱電素子搭載車両1(以下、単に車両1ともいう。)は、市場に投入した自動車の走行環境データ、たとえばエンジンルーム内の温度データなどを収集するための温度センサユニット3が装着され、この温度センサユニット3の電源として熱電素子1が搭載されている。こうした各種データ収集のための測定ユニットは、実験車両などに一時的に搭載されることがあり、データ収集が終われば取り外される。したがって、測定ユニットの電源も、車載バッテリから供給するのではなく着脱可能な熱電素子1を用いると、バッテリケーブルの配策が不要で利便性がよい。このため、本例の車両1では、内燃機関21で生じる熱エネルギを利用して温度センサユニット3に供給する電力を発電する熱電素子1を搭載している。なお、本発明に係る熱電素子1の電力の供給先は温度センサユニット3にのみ限定されず、その他の電力負荷であってもよい。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is an exploded perspective view showing the
本例の熱電素子1は、図1A(熱電素子本体11の内部構造については図10参照)に示すように、吸熱部112と放熱部113との間に熱電材料11p,11nが設けられた熱電素子本体11と、吸熱部112に熱的に接続された装着基板12と、放熱部113に熱的に接続されたヒートシンク13とを有する。
As shown in FIG. 1A (refer to FIG. 10 for the internal structure of the thermoelectric element body 11), the
熱電素子本体11の基本構造と発電原理を図10に示す。一般的に熱電素子は、熱起電力の異なる2種類の金属または半導体を接合した素子であって、両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用して発電する素子である。図10に示す例では、キャリアが正孔である3つのp型熱電材料11p(たとえばp型半導体)と、キャリアが電子である3つのn型熱電材料11n(たとえばn型半導体)を交互に並設してこれらを直列に接続し、各熱電材料11p,11nの一端に吸熱部112を設け、他端に放熱部113を設ける。
FIG. 10 shows the basic structure and power generation principle of the
そして、吸熱部112を内燃機関21に接続することにより当該吸熱部112に熱エネルギを供給するとともに、放熱部113にヒートシンク13を設けることにより当該放熱部113から熱エネルギを放出すると、p型熱電材料11pでは吸熱部112から放熱部113に向かって正孔が移動し(つまり放熱部113から吸熱部112に向かって電子が移動する)、n型熱電材料11nでは吸熱部112から放熱部113に向かって電子が移動する。これらp型熱電材料とn型熱電材料は、図10に示すように直列に接続されているので、左端のp型熱電材料11pから右端のn型熱電材料11nに向かって直列的に電子が移動する。その結果、2つの端子P1,P2間に電圧差が生じ、P1とP2を結ぶ回路114に反時計回りの電流が流れることになる。
When the
熱電材料11p,11nとしては、ビスマス・テルル(Bi2Te3)系、鉛・テルル(PbTe)系、コバルト・アンチモン(CoSb3)系、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)系、ランタン・テルル(La3Te4)系などを例示できるが、図9に示すようにビスマス・テルル系熱電材料は、オイルパン22の温度である100〜140℃で最も発電効率がよいのでこれを用いることが望ましい。
As the
図1Aに戻り、熱電素子本体11の吸熱部112には、ナットなどのネジ孔(図1Aでは隠れている)にボルト121を螺合することにより装着基板12が固定されている。この装着基板12は、熱電素子本体11とヒートシンク13を支持できる程度の剛体であることが必要とされる。また後述するように、図1Aに示す裏面が内燃機関21の壁面やオイルパン22に接着され、ここからの熱エネルギを熱電素子本体11の吸熱部112に伝達する必要があるため、熱伝導性に富んだ材料、アルミニウム、鉄、銅などの金属から構成することが望ましい。なお、装着基板12は、図示するように平板状である必要はなく、内燃機関21の装着部位の形状に応じて適宜成形すればよい。
Returning to FIG. 1A, the
熱電素子本体11の放熱部113には、ナットなどのネジ孔111にボルト131を螺合することによりヒートシンク13が固定されている。このヒートシンク13は、放熱部113から熱エネルギを放出する(放熱部113を冷却する)必要があるため、熱伝導性に富んだ材料、アルミニウム、鉄、銅などの金属から構成することが望ましい。なお、ヒートシンク13は、図6に示すように熱電素子1を内燃機関21のオイルパン22に装着する場合には、走行時の空気流に晒されるようにレイアウトすることが望ましい。また、同図に示すように内燃機関21の背面に装着する場合には、走行時の空気流が届かず空気が淀むため、ヒートシンク13の表面に放熱塗料を塗布することが好ましい。この放熱塗料とは、基材樹脂はアクリル系樹脂など特に限定されないが、熱放射率の高いシリカ、ジルコニア、炭化珪素、窒化アルミニウムなどを添加した塗料である。放熱塗料を塗布することにより、シートシンク13に伝わった熱が赤外線電磁波の形で放射されることになる。
The
図1Bに示す温度センサユニット3は、温度センサと、当該温度センサで計測された温度データを送信する通信回路を含むマイクロチップと、二次電池がユニット化されてなり、その電源としての熱電素子1の出力端子14に電線31が接続される。電線31は温度センサユニット3を装着する部位と熱電素子1を装着する部位とを結ぶに必要な長さとされている。このように熱電素子1と温度センサユニット3を分離して構成することで、それぞれにとって最適な部位に装着することができ、またマイクロチップや二次電池といった耐熱性に問題がある部品を熱電素子1が装着される高熱部から離間させることができる。
A
本例の熱電素子1は、図6に示すように内燃機関21の壁面やオイルパン22に接着剤15により接着される。本例で用いて好ましい接着剤15は、基材樹脂としてはエポキシ系樹脂やメタクリレート系樹脂など特に限定されないが、アルミニウムや銅など熱伝導率の高い金属が添加された接着剤(パテ材を含む)である。市販品としてITWデブコン社製HR−303パテ材や、ITWプレクサス社製構造用接着剤Mシリーズなどを例示することができる。こうした熱伝導性金属を含有する接着剤15を装着基板12及び/又は内燃機関21の壁面やオイルパン22に塗布し硬化させることにより、内燃機関21の熱エネルギを装着基板12に対して効率的に伝達することができる。
The
なお、図3に示すように、装着基板12の接着面を凹凸状に加工してもよい。こうすることで、装着基板12の凸部は直接的に内燃機関21に接触する一方、凹部は接着剤15による接着効果を発揮するので、より効率的に熱エネルギを伝達することができる。
In addition, as shown in FIG. 3, you may process the adhesion surface of the mounting
次に熱電素子1の装着部位について説明する。図4は本例の熱電素子1を装着する車両2を示すフロント部側面図、図5はエンジンルームを床裏から見た底面図、図6は図5のVI-VI線に沿う断面図、図7は図6のVII矢視図、図8は図6のVIII矢視図である。
Next, the mounting part of the
図5のエンジンルームの床裏を示す図において、21が内燃機関の底面、22がオイルパン、23がフロントクロスメンバ、24がエンジンアンダーカバー(ハーフタイプ)である。また、図6において、25がエンジンアンダーカバー(古タイプ)、26がラヂエータである。本例の熱電素子1は、図6に示すように、車両進行方向前側のオイルパン22の前面(ここに装着する熱電素子を1Aと称する)か、あるいは車両進行方向後側の内燃機関21の背面211(ここに装着する熱電素子を1Bと称する)に装着される。
In the figure showing the floor behind the engine room in FIG. 5, 21 is a bottom surface of the internal combustion engine, 22 is an oil pan, 23 is a front cross member, and 24 is an engine under cover (half type). In FIG. 6, 25 is an engine undercover (old type), and 26 is a radiator. As shown in FIG. 6, the
オイルパン22の前面に装着した熱電素子1Aを図7に示し、内燃機関21の背面211に装着した熱電素子1Bを図8に示す。なお、図6において、実線で示すハーフタイプのエンジンアンダーカバー24は、フロントクロスメンバ23から内燃機関21の前部に至る範囲に設けられ、飛び石等による内燃機関21の損傷を防止する部品である。これに対して、点線で示すフルタイプのエンジンアンダーカバー25は、フロントクロスメンバ23から内燃機関21の後部までの範囲に設けられ、同じく飛び石等による内燃機関21の損傷を防止する部品である。
A
オイルパン22の前面に装着した熱電素子1Aにあっては、図6に示すように、エンジンアンダーカバー24又は25による陰部に接着されている。これにより、熱電素子1Aに対するチッピングを防止することができる。また、図6に示すように、オイルパン22の前面は、ラヂエータ26を通過した走行時の空気流が最も多く流れる流路に位置するのでヒートシンク13による放熱部113の冷却能力が高く、これにより発電量も増加することになる。
As shown in FIG. 6, the
これに対して、内燃機関21の背面211に装着した熱電素子1Bにあっては、チッピングによる損傷を受け難い一方、走行時の空気流が淀むためヒートシンク13による放熱部113の冷却能力が劣る。しかしながら、上述したとおりヒートシンク13に放熱塗料を塗布するなどすることにより放熱部113の冷却能力を補うことができる。
On the other hand, the
以上のとおり、本例の熱電素子搭載車両によれば以下の効果を奏する。
(1)本例では、熱伝導性金属を含有する接着剤15を介して熱電素子1を熱源に接着するので、熱源の熱エネルギを効率的に吸熱部112に伝達することができ、その結果、発電量を増加させることができる。また、接着剤15による固定であるため、装着時は脱落しないがデータ収集が終了すれば取り外すことができるので、内燃機関21などに特別な加工を施す必要もない。
As described above, the thermoelectric element-equipped vehicle of this example has the following effects.
(1) In this example, since the
(2)本例では、図3に示すように装着基板12の装着面を凹凸状に加工しているので、凸部は直接的に内燃機関21に接触する一方、凹部は接着剤15による接着効果を発揮する。これにより、より効率的に熱エネルギを伝達することができる。
(2) In this example, as shown in FIG. 3, the mounting surface of the mounting
(3)本例では、熱電素子1Aを車両進行方向前側のオイルパン22の前面に装着するので、ラヂエータ26を通過した走行時の空気流が最も多く流れる流路に位置し、ヒートシンク13による放熱部113の冷却能力が高く、これにより発電量が増加する。
(3) In this example, since the
(4)本例では、熱電素子1Aをエンジンアンダーカバー24又は25による陰部に接着するので、熱電素子1Aに対するチッピングを防止することができる。
(4) In this example, since the
(5)本例では、熱電素子1Bを内燃機関21の背面211に装着するので、チッピングによる損傷を受け難い。また、走行時の空気流が淀むためヒートシンク13による放熱部113の冷却能力が劣るが、ヒートシンク13に放熱塗料を塗布することにより放熱部113の冷却能力を補うことができる。
(5) In this example, since the
(6)本例では、熱電素子1と温度センサユニット3を分離して構成するので、それぞれにとって最適な部位に装着することができ、またマイクロチップや二次電池といった耐熱性に問題がある部品を熱電素子1が装着される高熱部から離間させることができる。
(6) In this example, since the
上記ヒートシンク13は本発明に係る放熱部材に相当する。
The
1,1A,1B…熱電素子
11…熱電素子本体
11p,11n…熱電材料
111…ネジ孔
112…吸熱部
113…放熱部
12…装着基板
121…ボルト
13…ヒートシンク
131…ボルト
14…出力端子
2…車両
21…内燃機関
211…背面
22…オイルパン
23…フロントクロスメンバ
24…エンジンアンダーカバー(ハーフタイプ)
25…エンジンアンダーカバー(フルタイプ)
26…ラヂエータ
3…温度センサユニット
31…電線
DESCRIPTION OF
25 ... Engine under cover (full type)
26 ...
Claims (7)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013113735A JP2014232831A (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Thermoelectric element mounting vehicle |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013113735A JP2014232831A (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Thermoelectric element mounting vehicle |
Publications (1)
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ID=52126042
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2013113735A Pending JP2014232831A (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Thermoelectric element mounting vehicle |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020181845A (en) * | 2019-04-23 | 2020-11-05 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | Thermoelectric conversion member, thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion device |
JP2021093474A (en) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | いすゞ自動車株式会社 | Power generator |
-
2013
- 2013-05-30 JP JP2013113735A patent/JP2014232831A/en active Pending
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JP7354577B2 (en) | 2019-04-23 | 2023-10-03 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | Thermoelectric conversion members, thermoelectric conversion elements, and thermoelectric conversion devices |
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