JP2016143677A - Thermoelectric power generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generation device that can be enhanced in heat energy recovery rate of high temperature fluid to enhance the power generation efficiency.SOLUTION: A thermoelectric power generation device 10 includes a recovery part 31 for recovering heat of high temperature fluid flowing at the downstream side of a branch part 13a out of a high temperature flow passage 13. Accordingly, heat energy of exhaust gas flowing in the high temperature flow passage 13 can be recovered by the recovery part 31. A thermoelectric element 12 can generate electric power by using the recovered heat. Accordingly, not only the heat energy of the high temperature fluid flowing in a branch flow path 24, but also the heat energy flowing in the high temperature flow passage 13 can be used for power generation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関から排出される排ガスの熱を利用して発電する熱電発電装置に関する。   The present invention relates to a thermoelectric power generation device that generates power using heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

従来の熱電発電装置は、内燃機関の排ガスを高温側熱源とし、内燃機関の冷却水を低温側熱源として、排ガスと冷却水の温度差を利用して熱電素子によって発電している。したがって大気に放出されて無駄になる排ガスの熱エネルギーを、電気エネルギーに用いることができる。   A conventional thermoelectric power generation apparatus uses a thermoelectric element to generate power by using a temperature difference between exhaust gas and cooling water, using exhaust gas from the internal combustion engine as a high temperature side heat source and cooling water from the internal combustion engine as a low temperature side heat source. Therefore, the heat energy of exhaust gas that is discharged to the atmosphere and is wasted can be used as electric energy.

熱電発電装置は、アクセル開度が所定値以上の場合、高温の排ガスによって熱電素子が損傷するのを防止するために、流量調整弁を閉弁方向に駆動させることで、熱電素子と連結している熱交換器を通過する排ガス流量を調整し、別流路にて排ガスを通過させている。これによって熱電素子を通過する熱通過量を所定値以下にするようにしている(たとえば特許文献1参照)。   When the accelerator opening is greater than or equal to a predetermined value, the thermoelectric generator is connected to the thermoelectric element by driving the flow rate adjustment valve in the valve closing direction in order to prevent the thermoelectric element from being damaged by high temperature exhaust gas. The exhaust gas flow rate passing through the heat exchanger is adjusted, and the exhaust gas is allowed to pass through another flow path. Thus, the amount of heat passing through the thermoelectric element is set to a predetermined value or less (see, for example, Patent Document 1).

特開2014−66236号公報JP 2014-66236 A

前述の特許文献1に記載の技術では、高温の排ガスを熱電素子と連結している熱交換器に通過させずに、別流路にて排ガスを通過させているため、排ガスの熱エネルギーを有効に回収できていない。そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、高温流体の熱エネルギーの回収率を向上して、発電効率を向上することができる熱電発電装置を提供することを目的とする。   In the technique described in Patent Document 1 described above, since the exhaust gas is passed through a separate flow path without passing the high temperature exhaust gas through the heat exchanger connected to the thermoelectric element, the thermal energy of the exhaust gas is effectively used. Have not been recovered. Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric power generation apparatus that can improve the power generation efficiency by improving the heat energy recovery rate of the high-temperature fluid. .

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。   The present invention employs the following technical means in order to achieve the aforementioned object.

本発明は、高温流路(13)に設けられる分岐部(13a)から分岐して、高温流体が流れる分岐流路(24)と、高温流路のうち分岐部の下流側を流れる高温流体の熱を回収する回収部(31,32)と、を含み、回収部によって回収された熱は、熱電素子の分岐流路側の端部に伝えられ、熱電素子の発電に用いられることを特徴とする熱電発電装置である。   The present invention branches from a branch part (13a) provided in the high-temperature channel (13), and a branch channel (24) through which a high-temperature fluid flows, and a high-temperature fluid that flows downstream of the branch unit in the high-temperature channel. And a heat recovery part (31, 32) for recovering heat, wherein the heat recovered by the recovery part is transmitted to the end of the thermoelectric element on the branch flow path side and used for power generation of the thermoelectric element. It is a thermoelectric generator.

このような本発明に従えば、高温流路のうち分岐部の下流側を流れる高温流体の熱を回収する回収部を含むので、高温流路を流れる高温流体の熱エネルギーを回収部によって回収することができる。そして回収した熱を用いて、熱電素子は発電することができる。したがって分岐流路(24)を流れる高温流体の熱エネルギーだけでなく、高温流路における分岐部の下流側(31)を流れる熱エネルギーも発電に用いることができる。回収部によって回収された熱を熱電素子の発電に用いるためには、回収された熱を熱電素子の分岐流路側の端部に伝える必要がある。したがって分岐流路を流れる高温流体とは違って、回収部によって回収された熱は間接的に熱電素子に伝わる。したがって熱電素子が回収部によって回収された熱によって過度に高温になることを抑制することができる。これによって高温流体の熱エネルギーの回収率を向上して、発電効率を向上することができる。   According to the present invention as described above, the recovery unit recovers the heat of the high-temperature fluid flowing in the downstream side of the branching portion of the high-temperature flow path, so that the recovery unit recovers the thermal energy of the high-temperature fluid flowing in the high-temperature flow path be able to. And the thermoelectric element can generate electric power using the recovered heat. Therefore, not only the thermal energy of the high-temperature fluid flowing in the branch flow path (24) but also the thermal energy flowing in the downstream side (31) of the branch portion in the high-temperature flow path can be used for power generation. In order to use the heat recovered by the recovery unit for power generation of the thermoelectric element, it is necessary to transfer the recovered heat to the end of the thermoelectric element on the branch flow path side. Therefore, unlike the high-temperature fluid flowing through the branch channel, the heat recovered by the recovery unit is indirectly transmitted to the thermoelectric element. Therefore, it can suppress that a thermoelectric element becomes high temperature too much with the heat | fever collect | recovered by the collection | recovery part. Thereby, the recovery rate of the thermal energy of the high-temperature fluid can be improved, and the power generation efficiency can be improved.

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each above-mentioned means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

熱電発電装置10とエンジン11との配管関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a piping relationship between a thermoelectric generator 10 and an engine 11. 分岐開閉弁26が閉状態の熱電発電装置10を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the thermoelectric generator 10 with the branch on-off valve 26 closed. 分岐開閉弁26が開状態の熱電発電装置10を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the thermoelectric generator 10 with the branch on-off valve 26 open. 排ガスの温度推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the temperature transition of waste gas. 発電量の推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of transition of electric power generation amount. 第2実施形態の熱電発電装置10を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the thermoelectric generator 10 of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。   Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In some embodiments, portions corresponding to the matters described in the preceding embodiments may be given the same reference numerals, or one letter may be added to the preceding reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted. In addition, when a part of the configuration is described in each embodiment, the other parts of the configuration are the same as those of the embodiment described in advance. In addition to the combination of parts specifically described in each embodiment, the embodiments may be partially combined as long as the combination does not hinder the combination.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に関して、図1〜図5を用いて説明する。第1実施形態の熱電発電装置10は、水冷式のエンジン11を有する車両に適用される。熱電発電装置10は、熱電素子12を有し、エンジン11の排ガスとエンジン11の冷却水との温度差よって発電を行う。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The thermoelectric generator 10 of the first embodiment is applied to a vehicle having a water-cooled engine 11. The thermoelectric power generation apparatus 10 includes a thermoelectric element 12 and generates power based on a temperature difference between exhaust gas from the engine 11 and cooling water from the engine 11.

内燃機関であるエンジン11には燃焼用の空気を吸入する吸気管(図示せず)と、燃焼後の排ガスを排出する排気管13が設けられている。吸気管内には車両に設けられたアクセルペダルの踏み込み量に応じて開度が可変されるスロットルバルブが設けられている。   An engine 11 that is an internal combustion engine is provided with an intake pipe (not shown) for sucking combustion air and an exhaust pipe 13 for discharging exhaust gas after combustion. A throttle valve whose opening is variable according to the amount of depression of an accelerator pedal provided in the vehicle is provided in the intake pipe.

エンジン11は、エンジン制御装置(図示せず)によって最適な作動が制御される。具体的には、エンジン制御装置には、エンジン回転数信号、スロットルバルブ開度信号、および車速信号等が入力される。エンジン制御装置は、エンジン回転数信号およびスロットルバルブ開度信号に対する燃料噴射量を対応付けた制御マップを予め記憶しており、制御マップに基づいて吸気管側に所定のタイミングで必要とされる燃料が噴射される。エンジン制御装置は熱電発電装置10の制御装置10aと互いの信号の授受が可能となるように接続されている。   The engine 11 is optimally controlled by an engine control device (not shown). Specifically, an engine speed signal, a throttle valve opening signal, a vehicle speed signal, and the like are input to the engine control device. The engine control device stores in advance a control map in which fuel injection amounts are associated with the engine speed signal and the throttle valve opening signal, and fuel required at a predetermined timing on the intake pipe side based on the control map. Is injected. The engine control device is connected to the control device 10a of the thermoelectric generator 10 so as to be able to exchange signals with each other.

また、エンジン11にはエンジン冷却水回路14が設けられている。エンジン冷却水回路14は、エンジン11を冷却するためエンジン11内の冷却水がウォータポンプ15によって冷却水出口部16からラジエータ17を通って、冷却水入口部18に循環するようにした回路である。ここではウォータポンプ15はエンジン11の駆動力を受けて作動するエンジン駆動式のポンプとしている。そして、ラジエータ17の放熱によって冷却水は冷却され、エンジン11の作動温度が適切に制御される。   The engine 11 is provided with an engine coolant circuit 14. The engine cooling water circuit 14 is a circuit in which the cooling water in the engine 11 is circulated from the cooling water outlet portion 16 through the radiator 17 to the cooling water inlet portion 18 by the water pump 15 to cool the engine 11. . Here, the water pump 15 is an engine-driven pump that operates by receiving the driving force of the engine 11. And the cooling water is cooled by the heat radiation of the radiator 17, and the operating temperature of the engine 11 is appropriately controlled.

エンジン冷却水回路14には、ラジエータ17をバイパスするバイパス流路19と、ラジエータ17側あるいはバイパス流路19側への冷却水流量を調節するサーモスタット20とが設けられている。冷却水温度が第1所定温度(例えば85℃)以下においては、サーモスタット20によってラジエータ17側が閉じられ、冷却水がバイパス流路19側を流通することで冷却水の過冷却が防止される。これは、例えばエンジン始動直後のように冷却水が充分に昇温していない場合(低温始動時)に対応し、エンジン11の暖機が促進される。さらにサーモスタット20は、エンジン11の暖機が終了して冷却水温度が第1所定温度を超えると、ラジエータ17側を開き始め、第2所定温度(例えば90℃)以上でバイパス流路19側を閉じ、ラジエータ17側を全開とする。   The engine coolant circuit 14 is provided with a bypass passage 19 that bypasses the radiator 17 and a thermostat 20 that adjusts the coolant flow rate to the radiator 17 side or the bypass passage 19 side. When the cooling water temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature (for example, 85 ° C.), the thermostat 20 closes the radiator 17 side, and the cooling water flows through the bypass channel 19 side, thereby preventing the cooling water from being overcooled. This corresponds to a case where the cooling water is not sufficiently heated (for example, at a low temperature start) just after the engine is started, and warming up of the engine 11 is promoted. Further, the thermostat 20 starts to open the radiator 17 side when the warm-up of the engine 11 is finished and the coolant temperature exceeds the first predetermined temperature, and the bypass channel 19 side is opened above the second predetermined temperature (for example, 90 ° C.). Closed and the radiator 17 side is fully open.

エンジン冷却水回路14には、ラジエータ17に対して並列となるようにヒータコア21が配設されてエンジン冷却水回路14を形成するヒータ温水回路22が設けられている。ヒータコア21は、冷却水(温水)を熱源として空調用空気を加熱する暖房装置用の熱交換器である。   The engine coolant circuit 14 is provided with a heater hot water circuit 22 in which a heater core 21 is disposed in parallel with the radiator 17 to form the engine coolant circuit 14. The heater core 21 is a heat exchanger for a heating device that heats air for air conditioning using cooling water (hot water) as a heat source.

そして、熱電発電装置10は、エンジン11の燃焼後の排ガスおよびエンジン冷却水回路14の冷却水を用いたものとしており、熱電発電器23と制御装置10aとを含んで構成される。熱電発電器23は、ゼーベック効果を利用して発電を行う熱電素子12に分岐流路24およびエンジン入口側流路25が配設されたものとしている。   The thermoelectric generator 10 uses exhaust gas after combustion of the engine 11 and cooling water of the engine cooling water circuit 14 and includes a thermoelectric generator 23 and a control device 10a. In the thermoelectric generator 23, the branch flow path 24 and the engine inlet-side flow path 25 are provided in the thermoelectric element 12 that generates power using the Seebeck effect.

分岐流路24は、エンジン11の排気管13の分岐部13aから分岐して再び排気管13に合流するように形成された流路であり、排ガスの一部が流通できるようにしている。そして、分岐流路24は、熱電素子12の一側面側に当接され、排ガスが熱電素子12の高温側熱源となるようにしている。   The branch flow path 24 is a flow path formed so as to branch from the branch portion 13a of the exhaust pipe 13 of the engine 11 and merge with the exhaust pipe 13 again, and allows a part of the exhaust gas to flow therethrough. The branch flow path 24 is brought into contact with one side surface of the thermoelectric element 12 so that the exhaust gas becomes a high temperature side heat source of the thermoelectric element 12.

また、分岐流路24の熱電素子12に対する排ガスの下流側には、この分岐流路24を開閉する分岐開閉弁26が設けられている。分岐開閉弁26は、分岐部13aから分岐流路24に流れる流量を調節する流量調整手段である。   A branch opening / closing valve 26 for opening and closing the branch channel 24 is provided on the downstream side of the exhaust gas with respect to the thermoelectric element 12 in the branch channel 24. The branch opening / closing valve 26 is a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate flowing from the branching portion 13 a to the branch flow path 24.

一方、エンジン入口側流路25は、バイパス流路19よりもエンジン11側となる流路であり、ここでは、ラジエータ17の下流側で、且つ、サーモスタット20と冷却水入口部18とを繋ぐ流路としている。そして、このエンジン入口側流路25が熱電素子12の他側面側に当接されるようにしている。即ち、バイパス流路19からサーモスタット20を流れる冷却水、あるいは、ラジエータ17を通過しサーモスタット20を流れる冷却水が熱電素子12側に供給され、この冷却水が熱電素子12の低温側熱源となるようにしている。   On the other hand, the engine inlet-side flow path 25 is a flow path that is closer to the engine 11 than the bypass flow path 19, and here is a flow that is downstream of the radiator 17 and that connects the thermostat 20 and the cooling water inlet 18. The road. The engine inlet side flow path 25 is brought into contact with the other side surface of the thermoelectric element 12. That is, the cooling water flowing through the thermostat 20 from the bypass channel 19 or the cooling water passing through the radiator 17 and flowing through the thermostat 20 is supplied to the thermoelectric element 12 side so that this cooling water becomes a low temperature side heat source of the thermoelectric element 12. I have to.

制御装置10aは、軸トルクマップ、エンジン11の冷却損失熱量マップ、エンジン11の通水流量マップ、ラジエータ17の基準放熱量マップ、分岐開閉弁26の開度マップや各種演算式を予め記憶している。そして制御装置10aは、これらのマップや演算式に基づいて分岐開閉弁26の開度を制御する。   The control device 10a stores in advance a shaft torque map, a cooling loss heat amount map of the engine 11, a water flow rate map of the engine 11, a reference heat release amount map of the radiator 17, an opening degree map of the branch on-off valve 26, and various arithmetic expressions. Yes. And the control apparatus 10a controls the opening degree of the branch on-off valve 26 based on these maps and arithmetic expressions.

軸トルクマップは、エンジン制御装置から得られる燃料噴射量と軸トルクとを予め関係付けたものであり、エンジン11作動時における軸トルクを算出するために用いられる。そして、この軸トルクとエンジン制御装置から得られるエンジン回転数とから軸出力を算出するようにしている。   The shaft torque map is obtained by associating the fuel injection amount obtained from the engine control device with the shaft torque in advance, and is used for calculating the shaft torque when the engine 11 is operated. The shaft output is calculated from the shaft torque and the engine speed obtained from the engine control device.

冷却損失熱量マップは、軸出力をパラメータ(ここでは無負荷全負荷)として、エンジン回転数とエンジン11の冷却損失熱量とを予め関係付けたものであり、エンジン11作動時における冷却損失熱量を算出するために用いられる。冷却損失熱量は、エンジン11における燃料の全燃焼熱量に冷却損失を乗じたものであり、ラジエータ17で放熱される熱量である。   The cooling loss heat quantity map is obtained by previously relating the engine speed and the cooling loss heat quantity of the engine 11 with the shaft output as a parameter (here, no-load full load), and calculating the cooling loss heat quantity when the engine 11 is operated. Used to do. The cooling loss heat amount is obtained by multiplying the total combustion heat amount of the fuel in the engine 11 by the cooling loss, and is a heat amount radiated by the radiator 17.

通水流量マップは、エンジン回転数をパラメータにしたウォータポンプ15特性と、エンジン冷却水回路14、ヒータ温水回路22を含めた通水抵抗特性とを示したもので、エンジン11を流通するエンジン通水流量を算出するために用いられる。そして、通水流量マップから得られたエンジン通水流量からラジエータ17を流通するラジエータ通水流量を算出するようにしている。   The water flow map shows the water pump 15 characteristics using the engine speed as a parameter, and the water resistance characteristics including the engine cooling water circuit 14 and the heater hot water circuit 22. Used to calculate water flow rate. And the radiator water flow volume which distribute | circulates the radiator 17 is calculated from the engine water flow volume obtained from the water flow map.

基準放熱量マップは、ラジエータ17通水流量をパラメータとして、ラジエータ17のコア部前面に流入する空気の前面風速とラジエータ17の基準放熱量とを予め関係付けたものであり、エンジン11作動時における基準放熱量を算出するために用いられる。開度マップは、排気放熱量と分岐開閉弁26の開度とを予め関係付けたものである。   The reference heat release map is obtained by associating the front wind speed of air flowing into the front surface of the core of the radiator 17 and the reference heat release amount of the radiator 17 in advance with the radiator 17 water flow rate as a parameter. Used to calculate the reference heat release. The opening degree map associates the exhaust heat radiation amount with the opening degree of the branch opening / closing valve 26 in advance.

次に、上記構成に基づく作動について説明する。エンジン11の作動において、スロットルバルブの開度に応じて、吸入管から燃焼用の空気が吸入され、図示しないインジェクタから噴射される燃料と混合されて燃焼される。そして、燃焼後の排ガスは図示しない触媒によって浄化され排気管13から大気に排出される。また、ウォータポンプ15の作動により、冷却水はエンジン冷却水回路14およびヒータ温水回路22を循環する。   Next, the operation based on the above configuration will be described. In the operation of the engine 11, combustion air is sucked from the suction pipe according to the opening of the throttle valve, and mixed with fuel injected from an injector (not shown) and burned. The exhaust gas after combustion is purified by a catalyst (not shown) and discharged from the exhaust pipe 13 to the atmosphere. Further, by the operation of the water pump 15, the coolant circulates through the engine coolant circuit 14 and the heater warm water circuit 22.

冷却水の温度が第1所定温度以下の低温始動時においては、サーモスタット20はラジエータ17側を閉じており、冷却水はバイパス流路19、エンジン入口側流路25を通りエンジン11を循環し、また一部の冷却水はヒータ温水回路22を循環する。制御装置10aは、分岐開閉弁26の開度を小さくして(全閉にして)、熱電素子12による発電を行う。   At the time of low temperature start when the temperature of the cooling water is equal to or lower than the first predetermined temperature, the thermostat 20 closes the radiator 17 side, and the cooling water circulates through the engine 11 through the bypass passage 19 and the engine inlet side passage 25, A part of the cooling water circulates in the heater hot water circuit 22. The control device 10a reduces the opening of the branch opening / closing valve 26 (fully closes it) and generates power by the thermoelectric element 12.

そして、エンジン11の暖機が終了して、冷却水の温度が第1所定温度を超えると、サーモスタット20はラジエータ17側を開き、冷却水はラジエータ17、エンジン入口側流路25を通りエンジン11を循環する。また一部の冷却水はヒータ温水回路22を循環する。制御装置10aは、各マップに基づいて分岐開閉弁26の開度を調整する。   When the engine 11 has been warmed up and the temperature of the cooling water exceeds the first predetermined temperature, the thermostat 20 opens the radiator 17 side, and the cooling water passes through the radiator 17 and the engine inlet side flow path 25 and the engine 11. Circulate. A part of the cooling water circulates in the heater hot water circuit 22. The control device 10a adjusts the opening degree of the branch opening / closing valve 26 based on each map.

熱電素子12の低温側の熱源としてエンジン入口側流路25を流れる冷却水を用いるようにしているので、エンジン11の低温始動時においては、バイパス流路19を流れる冷却水を熱電素子12へ供給できる。したがってラジエータ17による冷却を受けないようにすることができる。また、排ガスからの吸熱によって昇温させることができ、エンジン11の暖機性能を向上させることができる。よって、フリクションロスを低減してエンジン11の燃費性能を向上させることができる。併せて、ヒータコア21の暖房能力を向上させることができる。   Since the cooling water flowing through the engine inlet side flow path 25 is used as the low temperature side heat source of the thermoelectric element 12, the cooling water flowing through the bypass flow path 19 is supplied to the thermoelectric element 12 when the engine 11 is started at a low temperature. it can. Accordingly, the cooling by the radiator 17 can be prevented. Further, the temperature can be raised by absorbing heat from the exhaust gas, and the warm-up performance of the engine 11 can be improved. Therefore, the friction loss can be reduced and the fuel efficiency performance of the engine 11 can be improved. In addition, the heating capacity of the heater core 21 can be improved.

また、エンジン11の暖機終了時においては、サーモスタット20の作動によって冷却水がラジエータ17側を流れ、温度低下した冷却水を低温側熱源とすることができるので、高温側熱源(排ガス)との温度差を大きくして発電量を増加させることができる。   In addition, when the engine 11 is warmed up, the cooling water flows through the radiator 17 by the operation of the thermostat 20, and the cooling water whose temperature has decreased can be used as a low-temperature heat source. The amount of power generation can be increased by increasing the temperature difference.

そして、熱電素子12の発電によりエンジン11においては本来の発電機(オルターネータ)に要する作動負荷を低減できるので、エンジン11の燃費を向上させることができる。   And since the operation load which the original generator (alternator) requires in the engine 11 by the electric power generation of the thermoelectric element 12 can be reduced, the fuel consumption of the engine 11 can be improved.

次に、熱電発電装置10の具体的な構成に関して、図2および図3を用いて説明する。以下、理解を容易にするため、排気管13を高温流路13と、エンジン入口側流路25を低温流路25ということがある。分岐流路24は、前述のように分岐部13aにて高温流路13から分岐している。熱電素子12は、図2に示すように、分岐流路24と低温流路25との間に、排ガスの流れ方向に沿って複数、配置されている。熱電素子12は、図2に示すように、伝熱面上に間隔をあけて配置されている。   Next, a specific configuration of the thermoelectric generator 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. Hereinafter, in order to facilitate understanding, the exhaust pipe 13 may be referred to as a high temperature flow path 13 and the engine inlet side flow path 25 may be referred to as a low temperature flow path 25. The branch channel 24 branches from the high temperature channel 13 at the branch part 13a as described above. As shown in FIG. 2, a plurality of thermoelectric elements 12 are arranged between the branch channel 24 and the low temperature channel 25 along the flow direction of the exhaust gas. As shown in FIG. 2, the thermoelectric elements 12 are arranged on the heat transfer surface at intervals.

低温流路25は、分岐流路24の内部を排ガスの流れ方向に直交する方向に交差している。したがって冷却水は、低温流路25内を図2の紙面に垂直な方向に流れ、排ガスの流れ方向と冷却水の流れ方向は直交する。   The low temperature channel 25 intersects the inside of the branch channel 24 in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. Therefore, the cooling water flows in the low-temperature channel 25 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2, and the flow direction of the exhaust gas and the flow direction of the cooling water are orthogonal to each other.

熱電素子12は、分岐流路24側の端部には高温流体の熱量が伝わり、低温流路25側の端部から低温流体へ熱量を伝える。そして熱電素子12は、高温流体である排ガスと低温流体である冷却水との温度差によって発電する。熱電素子12は、たとえばハーフホイスラーやビスマステルルやマグネシウムシリサイトからなる。   In the thermoelectric element 12, the heat amount of the high temperature fluid is transmitted to the end portion on the branch flow path 24 side, and the heat amount is transmitted from the end portion on the low temperature flow path 25 side to the low temperature fluid. The thermoelectric element 12 generates electric power by a temperature difference between the exhaust gas that is a high-temperature fluid and the cooling water that is a low-temperature fluid. The thermoelectric element 12 is made of, for example, half-Heusler, bismuth tellurium, or magnesium silicite.

分岐流路24には、熱電素子12への伝熱を促進する促進部として、フィン30が設けられており、フィン30は、コルゲートフィン、オフセットフィン、モノリス形状で構成される。フィン30は、高温流路13から熱電素子12への伝熱を促進する。フィン30は、熱伝導に優れる材料からなり、たとえばステンレスからなる。   The branch flow path 24 is provided with a fin 30 as a promoting portion that promotes heat transfer to the thermoelectric element 12, and the fin 30 is configured in a corrugated fin, an offset fin, or a monolith shape. The fins 30 promote heat transfer from the high-temperature channel 13 to the thermoelectric element 12. The fins 30 are made of a material excellent in heat conduction, for example, stainless steel.

また高温流路13であって、分岐部13aから分岐流路24と合流する合流部13bまでの間には、排ガスの熱を回収する回収部31が設けられる。回収部31は、フィン30よりも圧力損失が小さくなるように設計された、コルゲートフィン、オフセットフィン、モノリス形状で構成され、排気ガスと熱交換することによって蓄熱する。したがって回収部31は、高温流路13の内部に設けられ、通過する排ガスと熱交換する。   Further, a recovery unit 31 that recovers the heat of the exhaust gas is provided between the branch portion 13a and the junction portion 13b that joins the branch channel 24 in the high-temperature channel 13. The recovery unit 31 is configured in a corrugated fin, an offset fin, and a monolith shape designed to have a pressure loss smaller than that of the fin 30 and stores heat by exchanging heat with the exhaust gas. Accordingly, the recovery unit 31 is provided inside the high-temperature channel 13 and exchanges heat with the exhaust gas that passes therethrough.

また分岐流路24と高温流路13とは区画する隔壁32は、内部に蓄熱材33を有する蓄熱部としても機能する。したがって隔壁32は、高温流路13が形成する管を構成しており、高温流路13を流れる排気ガスの熱を回収する。隔壁32は、回収部31と熱的に接合されており、回収部31が回収した熱は隔壁32に伝わる。そして隔壁32に伝わった熱は、蓄熱部に蓄熱される。   The partition wall 32 that divides the branch channel 24 and the high-temperature channel 13 also functions as a heat storage unit having a heat storage material 33 inside. Accordingly, the partition wall 32 constitutes a pipe formed by the high temperature channel 13 and collects heat of the exhaust gas flowing through the high temperature channel 13. The partition wall 32 is thermally joined to the recovery unit 31, and the heat recovered by the recovery unit 31 is transmitted to the partition wall 32. The heat transmitted to the partition wall 32 is stored in the heat storage unit.

また隔壁32の熱容量は、フィン30の熱容量よりも大きくなるように構成されている。たとえば回収部31は、フィン30よりも板厚が大きく構成され、排ガスの通過抵抗も小さくなるように構成される。   Further, the heat capacity of the partition walls 32 is configured to be larger than the heat capacity of the fins 30. For example, the collection unit 31 is configured to have a larger plate thickness than the fins 30 and to reduce the exhaust gas passage resistance.

蓄熱材33の放熱温度は、熱電素子12の発電効率が高い温度域であることが好ましい。したがって蓄熱材33は、放熱温度が熱電素子12の発電効率が良い温度域において放熱することが好ましい。また蓄熱材33は、熱電素子12の温度が耐熱温度以下になるような放熱温度であるか、フィン30の耐熱温度以下であることが好ましい。たとえば蓄熱材33は、放熱温度が、熱電素子12の温度が耐熱温度以下になるような温度およびフィン30の耐熱温度のどちらか低い方に選定する。   The heat radiation temperature of the heat storage material 33 is preferably in a temperature range where the power generation efficiency of the thermoelectric element 12 is high. Therefore, it is preferable that the heat storage material 33 dissipates heat in a temperature range where the heat dissipation temperature is high in the power generation efficiency of the thermoelectric element 12. Moreover, it is preferable that the heat storage material 33 has a heat radiation temperature at which the temperature of the thermoelectric element 12 is equal to or lower than the heat resistant temperature, or is equal to or lower than the heat resistant temperature of the fin 30. For example, the heat storage material 33 is selected so that the heat radiation temperature is lower of the temperature at which the temperature of the thermoelectric element 12 is equal to or lower than the heat resistance temperature and the heat resistance temperature of the fins 30.

蓄熱材33としては、様々なものを用いることができる。蓄熱材33は、たとえばステンレス板、およびセラミック板などの顕熱蓄熱材、低融点金属などの潜熱蓄熱材、ならびに金属酸化物および水和物などの化学蓄熱材を用いることができる。低融点金属は、たとえばアルミニウム、アルミ−シリカ複合材、LiCl−KCl、はんだなどである。また金属酸化物は、たとえばCaOおよびMgOであり、水和物は、たとえばCaCl2−6HOである。 Various materials can be used as the heat storage material 33. As the heat storage material 33, for example, a sensible heat storage material such as a stainless steel plate and a ceramic plate, a latent heat storage material such as a low melting point metal, and a chemical heat storage material such as metal oxide and hydrate can be used. Examples of the low melting point metal include aluminum, aluminum-silica composite material, LiCl-KCl, and solder. The metal oxide is, for example, CaO and MgO, hydrates, for example CaCl2-6H 2 O.

蓄熱材33は、たとえば400℃(673K)〜600℃(873K)の融点(放熱温度)を持ち、潜熱が大きい高温蓄熱が可能な材料であってもよい。たとえば、蓄熱密度が大きく装置の小型化を図りやすい蓄熱材33としては、水酸化リチウム−フッ化リチウムの混合塩(LiOH−LiF)、水酸化リチウム−炭酸リチウムの混合塩(LiOH−Li2CO)、塩化リチウム−フッ化リチウムの混合塩(LiCl−LiF)、水素化リチウム−塩化ナトリウム(LiH−NaCl)、および水酸化リチウム単一成分塩(LiOH)等がある。 The heat storage material 33 may have a melting point (heat radiation temperature) of 400 ° C. (673 K) to 600 ° C. (873 K), for example, and may be a material capable of high-temperature heat storage with large latent heat. For example, as the heat storage material 33 that has a large heat storage density and facilitates downsizing of the apparatus, a mixed salt of lithium hydroxide-lithium fluoride (LiOH-LiF) and a mixed salt of lithium hydroxide-lithium carbonate (LiOH-Li2CO 3 ) , Lithium chloride-lithium fluoride mixed salt (LiCl-LiF), lithium hydride-sodium chloride (LiH-NaCl), lithium hydroxide single component salt (LiOH), and the like.

また安価な蓄熱材33として、塩化ナトリウム−塩化マグネシウムの混合塩(NaCl−MgCl2)、フッ化リチウム−フッ化ナトリウム−塩化ナトリウムの混合塩(LiF−NaF−NaCl)、塩化ナトリウム−塩化カルシウムの混合塩(NaCl−CaCl)、および塩化ナトリウム−塩化カリウムの混合塩(NaCl−KCl)等がある。 As an inexpensive heat storage material 33, a mixed salt of sodium chloride-magnesium chloride (NaCl-MgCl2), a mixed salt of lithium fluoride-sodium fluoride-sodium chloride (LiF-NaF-NaCl), and a mixed salt of sodium chloride-calcium chloride Salt (NaCl—CaCl 2 ), mixed salt of sodium chloride and potassium chloride (NaCl—KCl), and the like.

また、熱伝導性の大きな蓄熱材33として亜鉛(Zn)等の単一金属、アルミニウム−シリコン合金(Al−Si)、およびアルミニウム−銅−マグネシウム−亜鉛合金(Al−Cu−Mg−Zn)等がある。以上に例示したものは共融塩とすることにより融点調整を行うことができる。金属塩(NaCl、MgCl)、水和錯体、有機化合物などの潜熱蓄熱材を含有したもの無機化合物(CaO、シリカゲルなど)などの化学蓄熱材を含有したものも用いることができる。 Further, as the heat storage material 33 having a large thermal conductivity, a single metal such as zinc (Zn), an aluminum-silicon alloy (Al-Si), an aluminum-copper-magnesium-zinc alloy (Al-Cu-Mg-Zn), or the like There is. What was illustrated above can adjust melting | fusing point by using eutectic salt. A material containing a chemical heat storage material such as a metal salt (NaCl, MgCl 2 ), a hydrated complex, a latent heat storage material such as an organic compound, or an inorganic compound (CaO, silica gel, etc.) can also be used.

さらに蓄熱材33として、NaF−SnF(融解温度253℃)、NaOH−NaNO(融解温度237℃)、NaOH−NaNO(融解温度257℃)、LiNO(融解温度264℃)、NaOH−NaNO(融解温度237℃)、SnF(融解温度213℃)、NaNO(融解温度282℃)等を用いても良い。 Further, as the heat storage material 33, NaF—SnF 2 (melting temperature 253 ° C.), NaOH—NaNO 2 (melting temperature 237 ° C.), NaOH—NaNO 3 (melting temperature 257 ° C.), LiNO 3 (melting temperature 264 ° C.), NaOH— NaNO 2 (melting temperature 237 ° C.), SnF 2 (melting temperature 213 ° C.), NaNO 2 (melting temperature 282 ° C.), or the like may be used.

また蓄熱材33としてLiOH(融解温度462℃)、NaCl−MgCl(融解温度450℃)、KF−LiF−MgF−NaF(重量組成55:27:6:12、融解温度449℃)、KF−LiF−NaF(重量組成59:29:12、融解温度454℃)等のフッ化物共融塩等を用いてもよい。 As the heat storage material 33, LiOH (melting temperature 462 ° C.), NaCl—MgCl 2 (melting temperature 450 ° C.), KF—LiF—MgF 2 —NaF (weight composition 55: 27: 6: 12, melting temperature 449 ° C.), KF Fluoride eutectic salts such as —LiF—NaF (weight composition 59:29:12, melting temperature 454 ° C.) may be used.

図2に示すように、分岐開閉弁26によって分岐流路24が閉状態である場合には、排ガスは分岐流路24を流れず高温流路13を流れる。高温流路13を流れる排ガスは、回収部31および隔壁32と熱交換して、回収部31および隔壁32によって熱が回収される。換言すると、回収部31および隔壁32は、排ガスによって加熱されて蓄熱する。   As shown in FIG. 2, when the branch flow path 24 is closed by the branch opening / closing valve 26, the exhaust gas flows through the high temperature flow path 13 without flowing through the branch flow path 24. The exhaust gas flowing through the high-temperature channel 13 exchanges heat with the recovery unit 31 and the partition wall 32, and heat is recovered by the recovery unit 31 and the partition wall 32. In other words, the collection unit 31 and the partition wall 32 are heated by the exhaust gas to store heat.

また図3に示すように、分岐開閉弁26によって分岐流路24が開状態である場合には、排ガスは高温流路13を流れず分岐流路24を流れる。分岐流路24を流れる排ガスは、フィン30によって熱が回収されて熱電素子12の一端部を加熱する。すると熱電素子12は、分岐流路24と低温流路25との温度差によって発熱する。図2に示す状態でも、回収された熱は、フィン30によって熱が熱電素子12に伝わる。これによって回収された熱でも発電される。   As shown in FIG. 3, when the branch flow path 24 is opened by the branch opening / closing valve 26, the exhaust gas flows through the branch flow path 24 without flowing through the high temperature flow path 13. The exhaust gas flowing through the branch flow path 24 recovers heat by the fins 30 and heats one end of the thermoelectric element 12. Then, the thermoelectric element 12 generates heat due to a temperature difference between the branch channel 24 and the low temperature channel 25. Even in the state shown in FIG. 2, the recovered heat is transferred to the thermoelectric element 12 by the fins 30. Electricity is also generated by the recovered heat.

次に、グラフを用いて排ガスの温度推移と発電の推移に関して説明する。図4に示すように、排ガスの温度は、車両の負荷によって変動する。排ガスの温度が高く高温領域にある場合は、分岐流路24に排ガスを流すと熱電素子12が高温になりすぎて損傷するおそれがある。したがって高温領域では、分岐開閉弁26を閉状態にして分岐流路24に排ガスを流さないように制御している。   Next, the temperature transition of exhaust gas and the transition of power generation will be described using graphs. As shown in FIG. 4, the temperature of the exhaust gas varies depending on the load of the vehicle. When the temperature of the exhaust gas is high and is in a high temperature region, if the exhaust gas flows through the branch flow path 24, the thermoelectric element 12 may become too hot and be damaged. Therefore, in the high temperature region, the branch on-off valve 26 is closed and control is performed so that the exhaust gas does not flow through the branch flow path 24.

発電量は、排ガス温度に比例する。したがって図4にて破線で示す領域のように、排ガス温度が低い場合には、図5で比較例として示すように発電量が低下する。そこで本実施形態では、高温領域では、回収部31および隔壁32によって高温流路13を流れる排ガスの熱を回収する。すると図5に実施例として示すように、排ガスが低温のときは回収した熱によって発電して、排ガスが低温のときも高い発電量を維持することができる。   The amount of power generation is proportional to the exhaust gas temperature. Therefore, when the exhaust gas temperature is low as in the region indicated by the broken line in FIG. 4, the amount of power generation decreases as shown in FIG. 5 as a comparative example. Therefore, in the present embodiment, in the high temperature region, the heat of the exhaust gas flowing through the high temperature channel 13 is recovered by the recovery unit 31 and the partition wall 32. Then, as shown in FIG. 5 as an example, when the exhaust gas is at a low temperature, power is generated by the recovered heat, and a high power generation amount can be maintained even when the exhaust gas is at a low temperature.

以上説明したように本実施形態の熱電発電装置10は、高温流路13のうち分岐部13aの下流側を流れる高温流体の熱を回収する回収部31を有する。したがって高温流路13を流れる排ガスの熱エネルギーを回収部31によって回収することができる。そして回収した熱を用いて、熱電素子12は発電することができる。これによって分岐流路24を流れる高温流体の熱エネルギーだけでなく、高温流路13を流れる熱エネルギーも発電に用いることができる。回収部31によって回収された熱を熱電素子12の発電に用いるためには、回収された熱を熱電素子12の分岐流路24側の端部に伝える必要がある。したがって分岐流路24を流れる高温流体とは違って、回収部31によって回収された熱は隔壁32を介して熱電素子12に伝わる。したがって熱電素子12が回収部31によって回収された熱によって過度に高温になることを抑制することができる。これによって高温流体の熱エネルギーの回収率を向上して、発電効率を向上することができる。   As described above, the thermoelectric generator 10 of the present embodiment includes the recovery unit 31 that recovers the heat of the high-temperature fluid flowing in the high-temperature flow path 13 on the downstream side of the branch part 13a. Therefore, the heat energy of the exhaust gas flowing through the high temperature channel 13 can be recovered by the recovery unit 31. And the thermoelectric element 12 can generate electric power using the recovered heat. Thus, not only the thermal energy of the high-temperature fluid flowing through the branch flow path 24 but also the thermal energy flowing through the high-temperature flow path 13 can be used for power generation. In order to use the heat recovered by the recovery unit 31 for power generation of the thermoelectric element 12, it is necessary to transmit the recovered heat to the end of the thermoelectric element 12 on the branch flow path 24 side. Therefore, unlike the high-temperature fluid flowing through the branch flow path 24, the heat recovered by the recovery unit 31 is transmitted to the thermoelectric element 12 via the partition wall 32. Therefore, the thermoelectric element 12 can be prevented from becoming excessively high due to the heat recovered by the recovery unit 31. Thereby, the recovery rate of the thermal energy of the high-temperature fluid can be improved, and the power generation efficiency can be improved.

換言すると、高温の排ガスを全て排気することなく、発電に有効に利用することができる。またエンジン11の高負荷時に高温排熱をより多く回収し、発電量が小さくなる低負荷時により多く発電を行うことができるため、燃費効果が大きくなる。また熱電素子12が高温にならないため熱電素子12が高温で損傷することを防ぐことができる。また発電効率が良い領域にて発電することができる。   In other words, it can be effectively used for power generation without exhausting all of the high-temperature exhaust gas. Further, more high-temperature exhaust heat can be recovered when the engine 11 is at a high load, and more power can be generated at a low load when the power generation amount is small. Further, since the thermoelectric element 12 does not reach a high temperature, the thermoelectric element 12 can be prevented from being damaged at a high temperature. In addition, power can be generated in a region where power generation efficiency is good.

また高温排熱量時に熱を回収部31および隔壁32で回収し、回収した熱によって時間遅れにて発電することができる。すなわち分岐流路24のフィン30が低温になると、回収部31および隔壁32からフィン30に熱が伝わる。これによって分岐流路24が低温になると回収部31および隔壁32が放熱するので分岐流路24の温度を高温に保つことができる。   Further, heat can be recovered by the recovery unit 31 and the partition wall 32 at the time of high-temperature exhaust heat amount, and power can be generated with a time delay by the recovered heat. That is, when the fins 30 of the branch flow path 24 become low temperature, heat is transferred from the recovery unit 31 and the partition walls 32 to the fins 30. As a result, when the branch flow path 24 becomes low temperature, the recovery part 31 and the partition wall 32 radiate heat, so that the temperature of the branch flow path 24 can be kept high.

また本実施形態では、回収部31は高温流路13の内部に設けられる。これによって回収部31は高温流路13を流れる排ガスと直接熱交換するので、熱交換率を向上することができる。したがって回収部31によってより多くの熱を回収することができる。   In the present embodiment, the recovery unit 31 is provided inside the high-temperature channel 13. As a result, the recovery unit 31 directly exchanges heat with the exhaust gas flowing through the high-temperature channel 13, so that the heat exchange rate can be improved. Therefore, more heat can be recovered by the recovery unit 31.

さらに本実施形態では、高温流路13を形成する隔壁32によっても熱が回収される。これによって単に高温流路13を形成する部材を熱回収に有効に活用することができる。これによって回収部31の熱容量を大きくすることができる。   Furthermore, in this embodiment, heat is also recovered by the partition wall 32 that forms the high-temperature channel 13. As a result, the member that simply forms the high-temperature channel 13 can be effectively utilized for heat recovery. Thereby, the heat capacity of the recovery unit 31 can be increased.

また本実施形態では、回収部31はフィン30よりも熱容量が大きくなるように構成される。これによって回収部31は、多くの熱を回収して、排ガスが低温時に分岐流路24を高温に維持することができる。   In the present embodiment, the collection unit 31 is configured to have a larger heat capacity than the fins 30. Thereby, the recovery unit 31 recovers a large amount of heat, and can maintain the branch flow path 24 at a high temperature when the exhaust gas is at a low temperature.

さらに本実施形態では、隔壁32は、内部に回収した熱を蓄熱する蓄熱部を有する。これによって単に高温の排気ガスを分岐流路24に伝えるだけでなく、一時的に蓄熱することができる。これによって隔壁32の放熱時間を長くすることができる。したがって排ガスが高温とする時間を長くすることができる。   Furthermore, in this embodiment, the partition 32 has a heat storage part which stores the heat recovered inside. As a result, not only the high-temperature exhaust gas is transmitted to the branch flow path 24, but also heat can be temporarily stored. Thereby, the heat radiation time of the partition wall 32 can be lengthened. Therefore, it is possible to lengthen the time during which the exhaust gas is heated.

また本実施形態では、隔壁32の放熱温度は、熱電素子12の発電効率が高い温度域内である。これによって熱電素子12の発電効率を高い状態に維持することができる。したがって回収した熱を有効に用いることができる。また熱電素子12が隔壁32からの放熱によって高温になりすぎることを防ぐことができる。   In the present embodiment, the heat radiation temperature of the partition wall 32 is within a temperature range where the power generation efficiency of the thermoelectric element 12 is high. As a result, the power generation efficiency of the thermoelectric element 12 can be maintained at a high level. Therefore, the recovered heat can be used effectively. In addition, it is possible to prevent the thermoelectric element 12 from becoming too high due to heat radiation from the partition wall 32.

さらに本実施形態では、隔壁32の放熱温度は、熱電素子12の耐熱温度以下であり、フィン30の耐熱温度以下である。これによって熱電素子12およびフィン30が隔壁32からの放熱によって損傷することを防ぐことができる。   Furthermore, in the present embodiment, the heat radiation temperature of the partition walls 32 is equal to or lower than the heat resistance temperature of the thermoelectric element 12 and is equal to or lower than the heat resistance temperature of the fins 30. As a result, the thermoelectric element 12 and the fin 30 can be prevented from being damaged by the heat radiation from the partition wall 32.

また本実施形態では、分岐部13aから分岐流路24に流れる流量を調節する流量調整手段として分岐開閉弁26を有する。分岐開閉弁26によって、分岐流路24に高温の排ガスが流れることを防ぐことができる。また分岐開閉弁26の開度を調節することによって、分岐流路24および高温流路13の両方に排ガスを流すことができる。これによって熱電素子12で発電しながら、回収部31および隔壁32で熱を回収することができる。   In the present embodiment, the branch opening / closing valve 26 is provided as a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate flowing from the branch portion 13a to the branch flow path 24. The branch opening / closing valve 26 can prevent high-temperature exhaust gas from flowing through the branch flow path 24. Further, by adjusting the opening degree of the branch opening / closing valve 26, the exhaust gas can flow through both the branch flow path 24 and the high temperature flow path 13. Accordingly, heat can be recovered by the recovery unit 31 and the partition wall 32 while generating power with the thermoelectric element 12.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に関して、図6を用いて説明する。本実施形態では、高温流路13の内部に回収部31を備えない点、および隔壁32以外の部位にも蓄熱材332を有する点に特徴を有する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that the recovery section 31 is not provided inside the high-temperature flow path 13 and that the heat storage material 332 is also provided in a portion other than the partition wall 32.

図6に示すように、高温流路13の内部には回収部31を備えても備えなくても良い。しかし高温流路13を構成する管壁の内部には、隔壁32と同様に蓄熱材332を備える。また分岐流路24を構成する管壁の内部にも、隔壁32と同様に蓄熱材332を備える。   As shown in FIG. 6, the recovery unit 31 may or may not be provided inside the high-temperature channel 13. However, a heat storage material 332 is provided inside the tube wall constituting the high-temperature flow path 13 in the same manner as the partition wall 32. Further, the heat storage material 332 is also provided inside the tube wall constituting the branch flow path 24, similarly to the partition wall 32.

蓄熱材332は、隔壁32と同様の材料からなる。分岐流路24に蓄熱材332が設けられるので、分岐流路24に高温の排ガスが流れた場合であっても、蓄熱材332が蓄熱するので分岐流路24が高温になることを抑制することができる。また分岐流路24の排ガスが低温の場合には、分岐流路24の蓄熱材332の放熱によって適温まで高めることができる。   The heat storage material 332 is made of the same material as the partition wall 32. Since the heat storage material 332 is provided in the branch flow path 24, even if a high-temperature exhaust gas flows through the branch flow path 24, the heat storage material 332 stores heat, so that the branch flow path 24 is prevented from becoming high temperature. Can do. Further, when the exhaust gas in the branch flow path 24 is at a low temperature, it can be raised to an appropriate temperature by the heat radiation of the heat storage material 332 in the branch flow path 24.

高温流路13の内部には回収部31が設けられていないが、高温流路13を通過する排ガスの熱は、隔壁32および高温流路13の蓄熱材332によって回収することができる。これによって前述の第1実施形態と同様の作用および効果を奏することができる。   Although the recovery unit 31 is not provided inside the high temperature channel 13, the heat of the exhaust gas that passes through the high temperature channel 13 can be recovered by the partition wall 32 and the heat storage material 332 of the high temperature channel 13. As a result, the same operations and effects as those of the first embodiment can be obtained.

(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。   The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to the range of these description. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

前述の第1実施形態では、分岐流路24の下流側は、高温流路13の分岐部13aの下流側に位置する合流部13bに連結されているが、分岐流路24はこのような構成に限るものではない。分岐流路24は、合流せずにそのまま別ルートで大気に放出されてもよい。   In the first embodiment described above, the downstream side of the branch flow path 24 is connected to the merging section 13b located on the downstream side of the branch section 13a of the high temperature flow path 13, but the branch flow path 24 has such a configuration. It is not limited to. The branch flow path 24 may be discharged to the atmosphere as it is by another route without joining.

前述の第1実施形態では、分岐流路24の中央を低温流路25が貫通する構成であるが、このような構成に限るものではなく分岐流路24の上方に低温流路25が並行するように設けてもよい。   In the first embodiment described above, the low temperature flow path 25 passes through the center of the branch flow path 24. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the low temperature flow path 25 is arranged in parallel above the branch flow path 24. It may be provided as follows.

前述の第1実施形態では、熱電素子12は、高温流体である排ガスと、低温流体である冷却水とによって発電しているが高温流体と低温流体とは排ガスと冷却水に限るものではない。たとえば高温流体は、内燃機関以外の排ガスであってもよい。また低温流体は、冷却水でなく外気を導入してもよい。また車両に限るものではなく、他の乗り物、また工場および一般住宅に適用してもよい。   In the first embodiment described above, the thermoelectric element 12 generates power using exhaust gas that is a high-temperature fluid and cooling water that is a low-temperature fluid. However, the high-temperature fluid and the low-temperature fluid are not limited to exhaust gas and cooling water. For example, the high-temperature fluid may be exhaust gas other than the internal combustion engine. The low temperature fluid may introduce outside air instead of cooling water. Further, the present invention is not limited to vehicles, and may be applied to other vehicles, factories, and ordinary houses.

前述の第1実施形態では、分岐流路24と高温流路13とはそれぞれ1つであってが、1つに限るものではなく、いずれか一方が複数でもよく、両方が複数であってもよい。   In the first embodiment described above, each of the branch flow path 24 and the high temperature flow path 13 is one, but is not limited to one, and either one may be plural or both may be plural. Good.

前述の第1実施形態では、分岐流路24の下流側に分岐開閉弁26が設けられているが下流側に限るものではない。分岐開閉弁26は、分岐流路24の上流側に設けてもよい。   In the first embodiment described above, the branch opening / closing valve 26 is provided on the downstream side of the branch flow path 24, but is not limited to the downstream side. The branch opening / closing valve 26 may be provided on the upstream side of the branch flow path 24.

10…熱電発電装置 10a…制御装置
11…エンジン(内燃機関) 12…熱電素子
13…排気管(高温流路) 13a…分岐部
24…分岐流路 25…エンジン入口側流路(低温流路)
26…分岐開閉弁(流量調整手段) 30…フィン(促進部)
31…回収部 32…隔壁(回収部,蓄熱部)
33…蓄熱材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thermoelectric power generator 10a ... Control apparatus 11 ... Engine (internal combustion engine) 12 ... Thermoelectric element 13 ... Exhaust pipe (high temperature flow path) 13a ... Branch part 24 ... Branch flow path 25 ... Engine inlet side flow path (low temperature flow path)
26 ... Branch opening / closing valve (flow rate adjusting means) 30 ... Fin (promotion part)
31 ... collection part 32 ... partition (collection part, heat storage part)
33 ... heat storage material

Claims (11)

高温流体が流れる高温流路(13)と、
前記高温流路に設けられる分岐部(13a)から分岐して、前記高温流体が流れる分岐流路(24)と、
前記高温流体より低温の低温流体が流れる低温流路(25)と、
前記分岐流路と前記低温流路との間に設けられる熱電素子であって、前記分岐流路側の端部には前記高温流体の熱量が伝わり、前記低温流路側の端部から前記低温流体へ熱量を伝え、前記高温流体と前記低温流体との温度差によって発電する熱電素子(12)と、
前記高温流路のうち前記分岐部の下流側を流れる前記高温流体の熱を回収する回収部(31,32)と、を含み、
前記回収部によって回収された熱は、前記熱電素子の分岐流路側の端部に伝えられ、前記熱電素子の発電に用いられることを特徴とする熱電発電装置。
A high-temperature channel (13) through which a high-temperature fluid flows;
A branch channel (24) branched from a branch section (13a) provided in the high-temperature channel and through which the high-temperature fluid flows;
A low-temperature flow path (25) through which a low-temperature fluid having a temperature lower than that of the high-temperature fluid flows;
A thermoelectric element provided between the branch flow path and the low temperature flow path, wherein an amount of heat of the high temperature fluid is transmitted to an end portion on the branch flow path side, and from the end portion on the low temperature flow path side to the low temperature fluid. A thermoelectric element (12) for transmitting heat and generating electricity by a temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid;
A recovery part (31, 32) for recovering heat of the high-temperature fluid flowing downstream of the branch part in the high-temperature flow path;
The heat recovered by the recovery unit is transmitted to an end of the thermoelectric element on the branch flow path side and used for power generation of the thermoelectric element.
前記回収部は、前記高温流路の内部に設けられることを特徴とする請求項1に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the recovery unit is provided inside the high-temperature channel. 前記回収部は、前記高温流路を形成する管に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the recovery unit is provided in a pipe that forms the high-temperature channel. 前記分岐流路から前記熱電素子への伝熱を促進する促進部(30)をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の熱電発電装置。   The thermoelectric power generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a promotion portion (30) that promotes heat transfer from the branch flow path to the thermoelectric element. 前記回収部は、前記促進部よりも熱容量が大きいことを特徴とする請求項4に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 4, wherein the recovery unit has a larger heat capacity than the promotion unit. 前記回収部は、前記促進部よりも前記高温流体の圧力損失が小さいことを特徴とする請求項4または5に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 4 or 5, wherein the recovery unit has a pressure loss of the high-temperature fluid smaller than that of the promotion unit. 前記回収部は、回収した熱を蓄熱する蓄熱部(32)を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the recovery unit includes a heat storage unit (32) that stores the recovered heat. 前記蓄熱部の放熱温度は、前記熱電素子の発電効率が高い温度域内であることを特徴とする請求項7に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 7, wherein the heat radiation temperature of the heat storage unit is within a temperature range where the power generation efficiency of the thermoelectric element is high. 前記分岐流路から前記熱電素子への伝熱を促進する促進部(30)をさらに含み、
前記蓄熱部の放熱温度は、前記熱電素子の温度が耐熱温度以下となるものであり、前記促進部の耐熱温度以下であることを特徴とする請求項7または8に記載の熱電発電装置。
And further includes an accelerating portion (30) for promoting heat transfer from the branch channel to the thermoelectric element,
The thermoelectric power generator according to claim 7 or 8, wherein the heat radiation temperature of the heat storage unit is such that the temperature of the thermoelectric element is equal to or lower than a heat resistant temperature, and is equal to or lower than the heat resistant temperature of the accelerating portion.
前記分岐部から前記分岐流路に流れる流量を調節する流量調整手段(26)をさらに含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 9, further comprising a flow rate adjusting means (26) for adjusting a flow rate flowing from the branch portion to the branch flow path. 前記高温流体は、内燃機関(11)からの排ガスとであり、
前記低温流体は、前記内燃機関を冷却する冷却水であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の熱電発電装置。
The high temperature fluid is exhaust gas from the internal combustion engine (11),
The thermoelectric power generator according to claim 1, wherein the low-temperature fluid is cooling water that cools the internal combustion engine.
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