JP2016079969A - 内燃機関用発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンから発生する燃焼熱を効果的に再活用し、併せて商用化された熱電素子を適用位置にかかわらずに活用する内燃機関用発電装置を提供する。【解決手段】 本発明は、排気ガスが流動する排気マニホールドを被せて前記排気マニホールドから放出された熱エネルギーを吸収するヒートプロテクター、及び前記ヒートプロテクターに配置され、前記ヒートプロテクターが吸収した熱エネルギーから電気エネルギーを生成する熱電モジュールを含むことを特徴とする。 また、本発明は、排気ガスが流動する排気マニホールドの吸入段と吐出段との間に配置され、前記排気マニホールドから排出される熱エネルギーを吸収する熱電モジュール、及び前記熱電モジュールから熱エネルギーを吸収する冷却ジャケットを含むことを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関用発電装置に係り、より詳しくは、エンジンから発生する高温の廃熱を活用して電気エネルギーに変換することにより、既存の内燃機関の燃費を向上させる内燃機関用発電装置に関する。
最近、車両で発生する廃熱を再活用するために熱電素子を利用した熱電発電システムが開発されている。しかし、開発されている大部分の車両用熱電発電システムは、排気マフラーや排気パイプに関するものであり排気マフラーや排気パイプから放出される熱エネルギーは、エンジンから発生した燃焼熱に比べて相対的に少ないため、高い出力値を出せない問題点があった。
本発明の目的は、エンジンから発生する燃焼熱を効果的に再活用し、併せて商用化された熱電素子を適用位置にかかわらずに活用する内燃機関用発電装置を提供することにある。
本発明の内燃機関用発電装置は、排気ガスが流動する排気マニホールドを被せて前記排気マニホールドから放出された熱エネルギーを吸収するヒートプロテクター、及び前記ヒートプロテクターに配置され、前記ヒートプロテクターが吸収した熱エネルギーから電気エネルギーを生成する熱電モジュールを含むことを特徴とする。
また、本発明の内燃機関用発電装置は、排気ガスが流動する排気マニホールドの吸入段と吐出段との間に配置され、前記排気マニホールドから排出される熱エネルギーを吸収する熱電モジュール、及び前記熱電モジュールから熱エネルギーを吸収する冷却ジャケットを含むことを特徴とする。
本発明によれば、
エンジンから発生する燃焼熱を効果的に再活用することができる。
また、商用化された熱電素子を適用位置にかかわらずに活用することができる。
さらに、捨てられる熱エネルギーのみを利用するので、触媒段の活性化温度に及ぼす影響を最小化することができる。
エンジンから発生する燃焼熱を効果的に再活用することができる。
また、商用化された熱電素子を適用位置にかかわらずに活用することができる。
さらに、捨てられる熱エネルギーのみを利用するので、触媒段の活性化温度に及ぼす影響を最小化することができる。
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置がエンジンに配置された形状を表した斜視図である。図2は、本発明の一実施形態による排気マニホールド1の斜視図である。図7は、排気マニホールド1から放出された熱エネルギーが、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置に伝達されることを表したブロック図である。
図1、図2及び図7に示す通り、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、排気ガスが流動する排気マニホールド1を被せて排気マニホールド1から放出された熱エネルギーを吸収するヒートプロテクター20、及びヒートプロテクター20に配置され、ヒートプロテクター20が吸収した熱エネルギーから電気エネルギーを生成する熱電モジュール10を含む。
図1は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置がエンジンに配置された形状を表した斜視図である。図2は、本発明の一実施形態による排気マニホールド1の斜視図である。図7は、排気マニホールド1から放出された熱エネルギーが、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置に伝達されることを表したブロック図である。
図1、図2及び図7に示す通り、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、排気ガスが流動する排気マニホールド1を被せて排気マニホールド1から放出された熱エネルギーを吸収するヒートプロテクター20、及びヒートプロテクター20に配置され、ヒートプロテクター20が吸収した熱エネルギーから電気エネルギーを生成する熱電モジュール10を含む。
排気マニホールド1は、内燃機関の排気口に連結される構成品であって、燃焼した排気ガスを集めて排気パイプを介して排出する装置である。
排気マニホールド1は、複数の燃焼室と連結されるように幾つかの枝からなる多岐菅で形成される。
ヒートプロテクター20は、排気マニホールド1から排出される熱を遮断して車両内部の部品を保護する。ヒートプロテクター20は、排気マニホールド1を被せて熱エネルギーを吸収する。
熱電モジュール10は、ゼーベック効果により熱エネルギーの移動を介して電気エネルギーを生成する熱電素子を含む。生成された電気エネルギーはバッテリーに貯蔵される。熱電モジュール10は、排気マニホールドから放出された熱を介して電気エネルギーを生成する。
排気マニホールド1は、複数の燃焼室と連結されるように幾つかの枝からなる多岐菅で形成される。
ヒートプロテクター20は、排気マニホールド1から排出される熱を遮断して車両内部の部品を保護する。ヒートプロテクター20は、排気マニホールド1を被せて熱エネルギーを吸収する。
熱電モジュール10は、ゼーベック効果により熱エネルギーの移動を介して電気エネルギーを生成する熱電素子を含む。生成された電気エネルギーはバッテリーに貯蔵される。熱電モジュール10は、排気マニホールドから放出された熱を介して電気エネルギーを生成する。
図3は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置の斜視図である。図4は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置の左側面図である。図5は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置の右側面図である。
図3から図5に示す通り、ヒートプロテクター20は、熱電モジュール10と接触し、平らに形成された熱伝達パネル21、22、23、24、25、26を含む。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、導電率に優れた金属性素材である。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1を取り囲む形状である。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1から熱を吸収するので、触媒段に及ぼす影響が減少される。
図3から図5に示す通り、ヒートプロテクター20は、熱電モジュール10と接触し、平らに形成された熱伝達パネル21、22、23、24、25、26を含む。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、導電率に優れた金属性素材である。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1を取り囲む形状である。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1から熱を吸収するので、触媒段に及ぼす影響が減少される。
熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は複数備えられ、ヒートプロテクター20は、複数の熱伝達パネル21、22、23、24、25、26が互いに連結されて形成される。ヒートプロテクター20は、熱電モジュール10と接触する面積を最大化するために平らに形成される。熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は平らに形成される。
熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は複数備えられ、複数の熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1の吸入段3上側に配置された第1パネル21;排気マニホールド1の排出段上側に配置された第2パネル22、及び第1パネル21と第2パネル22との間に配置され、第1パネル21及び第2パネル22と角張るように連結された第3パネル23を含む。第1パネル21、第2パネル22及び第3パネル23は傾斜して配置される。
熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は複数備えられ、複数の熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1の吸入段3上側に配置された第1パネル21;排気マニホールド1の排出段上側に配置された第2パネル22、及び第1パネル21と第2パネル22との間に配置され、第1パネル21及び第2パネル22と角張るように連結された第3パネル23を含む。第1パネル21、第2パネル22及び第3パネル23は傾斜して配置される。
本発明の一実施形態による熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、排気マニホールド1の側面に配置され、第1、2、3パネルの側端部と角張るように連結された第4パネル24を含む。本発明の一実施形態による熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、第1パネル21の側端部と角張るように連結され、第4パネル24と対向する面に配置された第5パネル25を含む。本発明の一実施形態による熱伝達パネル21、22、23、24、25、26は、第2、3、5パネル22、23、25と角張るように連結され、第4パネル24と対向する面に配置された第6パネル26を含む。
熱電モジュール10は、第1から第6パネル26にそれぞれ配置される。したがって、第1から第6パネル26は、排気マニホールドの上面及び側面を完全に取り囲む形状である。また、第1から第6パネル26は平らに形成されるので、熱電モジュール10と接触する部位を最大化することができる。さらに、多数の熱電モジュール10を配置することができるので、排熱エネルギーの吸収率が増加する。また、第1から第6パネル26の面積と角度の調節を介して外形及び面積を容易に変更可能である。
外形と面積の変更で単位面積当たりの熱伝達パネル21、22、23、24、25、26から排出される熱エネルギーが変わるので、それぞれ異なる仕様の熱電モジュール10も配置することができる。すなわち、熱電モジュール10の耐熱性に合わせてヒートプロテクター20を変更することができる。また、高温用熱電モジュール10を付着して内燃機関用発電装置の効率を増加させることもできる。
図6は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置の断面図である。
図6及び図7に示す通り、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、熱電モジュール10から熱エネルギーを吸収する冷却ジャケット30を含む。
図6は、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置の断面図である。
図6及び図7に示す通り、本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、熱電モジュール10から熱エネルギーを吸収する冷却ジャケット30を含む。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、排気ガスが流動する排気マニホールド1の吸入段3と吐出段5との間に配置され、排気マニホールド1から排出される熱エネルギーを吸収する熱電モジュール10、及び熱電モジュール10から熱エネルギーを吸収する冷却ジャケット30を含む。冷却ジャケット30は、冷却水が流動する冷却流路が形成される。冷却ジャケット30は、熱電モジュール10から熱エネルギーを吸収して電気エネルギーの生成を促進する。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、熱電モジュール10とヒートプロテクター20との間に配置された第1ヒートスプレッダ41、及び冷却ジャケット30と熱電モジュール10との間に配置された第2ヒートスプレッダ42を含む。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、熱電モジュール10とヒートプロテクター20との間に配置された第1ヒートスプレッダ41、及び冷却ジャケット30と熱電モジュール10との間に配置された第2ヒートスプレッダ42を含む。
ヒートスプレッダは、熱エネルギーを均一に分散する機能を有する。したがって、熱電モジュール10に熱エネルギーを均一に供給する。第1ヒートスプレッダ41は、第2ヒートスプレッダ42よりも大きさがさらに大きい。したがって、熱電モジュール10の縁部付近での冷却による温度不均一を防止することができる。また、ヒートプロテクター20との結合のための締結部を確保することができる。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、第1ヒートスプレッダ41と熱電モジュール10との間、及び熱電モジュール10と第2ヒートスプレッダ42との間にそれぞれ配置されたグラファイトシート50を含む。グラファイトシート50は、界面での熱伝達抵抗を最小化して振動を吸収する。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、第1ヒートスプレッダ41と熱電モジュール10との間、及び熱電モジュール10と第2ヒートスプレッダ42との間にそれぞれ配置されたグラファイトシート50を含む。グラファイトシート50は、界面での熱伝達抵抗を最小化して振動を吸収する。
本発明の一実施形態による内燃機関用発電装置は、熱エネルギーの移動を調節するようにヒートプロテクター20と排気マニホールド1との間に配置された媒体60を含む。ヒートプロテクター20の内部に熱伝導性素材を充填または付着して、カバーの表面温度を制御することができる。すなわち、低温用熱電モジュール10を付着する場合、熱伝導性の低い媒体60を配置し、高温用熱電モジュール10を付着する場合、熱伝導性の高い媒体60を配置する。
以上、本発明の好ましい実施例を図示して説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
1 排気マニホールド
3 吸入段
5 吐出段
10 熱電モジュール
20 ヒートプロテクター
21 第1パネル、熱伝達パネル
22 第2パネル、熱伝達パネル
23 第3パネル、熱伝達パネル
24 第4パネル、熱伝達パネル
25 第5パネル、熱伝達パネル
26 第6パネル、熱伝達パネル
30 冷却ジャケット
41 第1ヒートスプレッダ
42 第2ヒートスプレッダ
50 グラファイトシート
60 媒体
3 吸入段
5 吐出段
10 熱電モジュール
20 ヒートプロテクター
21 第1パネル、熱伝達パネル
22 第2パネル、熱伝達パネル
23 第3パネル、熱伝達パネル
24 第4パネル、熱伝達パネル
25 第5パネル、熱伝達パネル
26 第6パネル、熱伝達パネル
30 冷却ジャケット
41 第1ヒートスプレッダ
42 第2ヒートスプレッダ
50 グラファイトシート
60 媒体
Claims (16)
- 排気ガスが流動する排気マニホールドを被せて前記排気マニホールドから放出された熱エネルギーを吸収するヒートプロテクター、及び
前記ヒートプロテクターに配置され、前記ヒートプロテクターが吸収した熱エネルギーから電気エネルギーを生成する熱電モジュールを含むことを特徴とする内燃機関用発電装置。 - 前記ヒートプロテクターは、
前記熱電モジュールと接触して、平らに形成されている熱伝達パネルを含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用発電装置。 - 前記熱伝達パネルは複数備えられ、
前記ヒートプロテクターは、前記複数の熱伝達パネルが互いに連結されて形成されていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用発電装置。 - 前記熱伝達パネルは複数備えられ、
前記複数の熱伝達パネルは、
前記排気マニホールドの吸入段上側に配置された第1パネル、
前記排気マニホールドの排出段上側に配置された第2パネル、及び
前記第1パネルと前記第2パネルとの間に配置され、前記第1パネル及び前記第2パネルと角張るように連結された第3パネルを含むことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用発電装置。 - 前記第1パネル、前記第2パネル及び前記第3パネルは、傾斜して配置されることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記排気マニホールドの側面に配置され、前記第1、2、3パネルの側端部と角張るように連結された第4パネルをさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記第1パネルの側端部と角張るように連結され、前記第4パネルと対向する面に配置された第5パネルをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記第2、3、5パネルと角張るように連結され、前記第4パネルと対向する面に配置された第6パネルをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記熱電モジュールは、前記第1から前記第6パネルにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記熱電モジュールから熱エネルギーを吸収する冷却ジャケットをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記冷却ジャケットは、
冷却水が流動する冷却流路が形成されていることを特徴とする請求項10に記載の内燃機関用発電装置。 - 前記熱電モジュールと前記ヒートプロテクターとの間に配置された第1ヒートスプレッダ、及び
前記冷却ジャケットと前記熱電モジュールとの間に配置された第2ヒートスプレッダをさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の内燃機関用発電装置。 - 前記第1ヒートスプレッダは、前記第2ヒートスプレッダよりも大きさがさらに大きいことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関用発電装置。
- 前記第1ヒートスプレッダと前記熱電モジュールとの間、及び前記熱電モジュールと前記第2ヒートスプレッダとの間にそれぞれ配置されたグラファイトシートをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関用発電装置。
- 熱エネルギーの移動を調節するように前記ヒートプロテクターと前記排気マニホールドとの間に配置された媒体をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用発電装置。
- 排気ガスが流動する排気マニホールドの吸入段と吐出段との間に配置され、前記排気マニホールドから排出される熱エネルギーを吸収する熱電モジュール、及び
前記熱電モジュールから熱エネルギーを吸収する冷却ジャケットを含むことを特徴とする内燃機関用発電装置。
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