JP2017172437A - Exhaust gas power generation unit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion unit capable of absorbing heat with high thermal energy efficiency even at a downstream side while utilizing exhaust gas flow and improving a power generation amount as a whole.SOLUTION: An exhaust gas power generation unit disposed between an engine unit and an exhaust unit has: a connection pipe connecting the engine unit and the exhaust unit to form a flow channel of an exhaust gas discharged from the engine unit; a plurality of thermoelectric conversion modules disposed near the engine unit and near the exhaust unit on an inner surface of the connection pipe; and flow velocity increase means for increasing a flow velocity of the exhaust gas near the exhaust unit in the connection pipe in comparison with a flow velocity of the exhaust gas near the engine unit in the connection pipe.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、排ガスの流路にゼーベック効果によって熱電変換を行う熱電変換素子を配設した排ガス発電ユニットに関する。   The present invention relates to an exhaust gas power generation unit in which a thermoelectric conversion element that performs thermoelectric conversion by the Seebeck effect is disposed in a flow path of exhaust gas.

熱電変換モジュールは、ゼーベック効果によって熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能である熱電変換素子から構成されるモジュールである。このようなエネルギーの変換性質を利用することで、産業・民生用プロセスや移動体から排出される排熱を有効な電力に変換することができるため、環境問題に配慮した省エネルギー技術として当該熱電変換モジュール及びこれを構成する熱電変換素子が注目されている。   A thermoelectric conversion module is a module comprised of a thermoelectric conversion element capable of converting thermal energy into electrical energy by the Seebeck effect. By using such energy conversion properties, waste heat exhausted from industrial and consumer processes and mobile objects can be converted into effective power, so the thermoelectric conversion is an energy-saving technology that takes environmental issues into consideration. A module and a thermoelectric conversion element constituting the module are attracting attention.

このような熱電変換モジュールは、一般的に、複数個の熱電変換素子（ｐ型半導体及びｎ型半導体）を電極で接合して構成される。このような熱電変換モジュールは、例えば、特許文献１に開示されている。また、このような熱電モジュールは、自動車及びその他のエンジンを備える産業機器における排ガスの廃熱を利用して発電するために、エンジン等の高温熱源の下流側に配置されることになる。このような熱電変換モジュールの利用及び当該熱電変換モジュールを用いた熱電変換装置は、例えば、特許文献２に開示されている。   Such a thermoelectric conversion module is generally configured by joining a plurality of thermoelectric conversion elements (p-type semiconductor and n-type semiconductor) with electrodes. Such a thermoelectric conversion module is disclosed in Patent Document 1, for example. In addition, such a thermoelectric module is disposed downstream of a high-temperature heat source such as an engine in order to generate electric power using waste heat of exhaust gas in an industrial device including an automobile and other engines. The use of such a thermoelectric conversion module and a thermoelectric conversion device using the thermoelectric conversion module are disclosed in Patent Document 2, for example.

特開２０１３−１１５３５９号公報JP2013-115359A 特開２００７−２２１８９５号公報JP 2007-221895 A

しかしながら、エンジンからの排ガスは下流（すなわち、排気側）に進むにつれて温度の低下に伴って熱量が不足するため、下流側に配置された熱電変換モジュールにおいては十分な発電が行えず、熱電変換装置自体の発電量の向上を図ることができない問題が生じていた。   However, since the exhaust gas from the engine runs downstream (that is, the exhaust side) and the amount of heat becomes insufficient as the temperature decreases, the thermoelectric conversion module arranged on the downstream side cannot perform sufficient power generation, and the thermoelectric conversion device There has been a problem that the power generation amount cannot be improved.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排ガスの流れを利用しつつ下流においても優れた熱エネルギー効率にて吸熱を図り、全体としての発電量を向上することができる排ガス発電ユニットを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to absorb heat with excellent thermal energy efficiency even in the downstream while utilizing the flow of exhaust gas, and to reduce the overall power generation amount. An object is to provide an exhaust gas power generation unit that can be improved.

上述した目的を達成するため、本発明の排ガス発電ユニットは、エンジンユニットと排気ユニットとの間に設けられる排ガス発電ユニットであって、前記エンジンユニットと前記排気ユニットを接続し、前記エンジンユニットから排出される排ガスの流路を形成する接続管と、前記接続管の内側表面であって前記エンジンユニットの近傍及び前記排気ユニットの近傍に設けられた複数の熱電変換モジュールと、前記接続管の前記エンジンユニットの近傍における前記排ガスの流速に比して、前記接続管の前記排気ユニットの近傍における前記排ガスの流速を上げる流速増加手段と、を有する。   In order to achieve the above-described object, an exhaust gas power generation unit according to the present invention is an exhaust gas power generation unit provided between an engine unit and an exhaust unit, wherein the engine unit and the exhaust unit are connected and discharged from the engine unit. A connecting pipe that forms a flow path of the exhaust gas, a plurality of thermoelectric conversion modules provided on the inner surface of the connecting pipe in the vicinity of the engine unit and in the vicinity of the exhaust unit, and the engine of the connecting pipe A flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust unit of the connecting pipe as compared with the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the unit.

上述した排ガス発電ユニットにおいて、前記流速増加手段は、エンジンユニット側から排気ユニット側に向って前記接続管の開口寸法を小さくすることでもよく、前記接続管の中心線の近傍領域から内側表面に向って前記排ガスを誘導する少なくとも１つの導風板であってもよい。いずれの場合であっても、下流側に位置する熱電変換モジュールにおいてもより優れた熱エネルギー効率にて吸熱を図り、排ガス発電ユニット全体としての発電量を向上することができる。   In the exhaust gas power generation unit described above, the flow velocity increasing means may reduce the opening size of the connection pipe from the engine unit side to the exhaust unit side, and from the region near the center line of the connection pipe toward the inner surface. And at least one wind guide plate for guiding the exhaust gas. In either case, the thermoelectric conversion module located on the downstream side can also absorb heat with better thermal energy efficiency and improve the power generation amount of the exhaust gas power generation unit as a whole.

また、上述した導風板を備える排ガス発電ユニットにおいて、前記導風板は、前記接続管の中心線と交差する領域に開口を備えるとともに、前記排ガス流路の上流側から前記熱電変換モジュールのそれぞれに向けて延在してもよい。一方、前記導風板が、前記接続管のエンジンユニット側から排気ユニット側に向って、前記排ガスの流路を狭くしていてもよい。いずれの場合であっても、下流側に位置する熱電変換モジュールにおいてもより優れた熱エネルギー効率にて吸熱を図り、排ガス発電ユニット全体としての発電量をより向上することができる。   Further, in the exhaust gas power generation unit including the above-described wind guide plate, the wind guide plate includes an opening in a region intersecting with a center line of the connection pipe, and each of the thermoelectric conversion modules from the upstream side of the exhaust gas channel. You may extend towards On the other hand, the air guide plate may narrow the flow path of the exhaust gas from the engine unit side to the exhaust unit side of the connection pipe. In either case, the thermoelectric conversion module located on the downstream side can absorb heat with better thermal energy efficiency, and the power generation amount of the exhaust gas power generation unit as a whole can be further improved.

本発明に係る排ガス発電ユニットによれば、排ガスの流れを利用しつつ下流においても優れた熱エネルギー効率にて吸熱を図り、全体としての発電量を向上することができる。   According to the exhaust gas power generation unit of the present invention, heat absorption can be achieved with excellent thermal energy efficiency even in the downstream while using the flow of exhaust gas, and the power generation amount as a whole can be improved.

実施例１に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略上面図である。1 is a schematic top view including an exhaust gas power generation unit according to Example 1 and other units. 実施例１に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略側面図である。It is a schematic side view including the exhaust gas power generation unit according to the first embodiment and other units. 実施例２に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略上面図である。It is a schematic top view including the exhaust gas power generation unit according to the second embodiment and other units. 実施例２に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略側面図である。It is a schematic side view including the exhaust gas power generation unit according to the second embodiment and other units. 実施例３に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略上面図である。It is a schematic top view including the exhaust gas power generation unit according to the third embodiment and other units. 実施例３に係る排ガス発電ユニット及びその他のユニットを含む概略側面図である。FIG. 6 is a schematic side view including an exhaust gas power generation unit according to a third embodiment and other units.

以下、図面を参照し、本発明による排ガス発電ユニットの実施の形態について、各実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、各実施例の説明に用いる図面は、いずれも本発明による排ガス発電ユニット及びその構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、各実施例で用いる様々な数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。   Hereinafter, embodiments of an exhaust gas power generation unit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the content demonstrated below, In the range which does not change the summary, it can change arbitrarily and can implement. In addition, the drawings used for the description of each embodiment schematically show the exhaust gas power generation unit and its constituent members according to the present invention, and are partially emphasized, enlarged, reduced, omitted, etc. for better understanding. In some cases, it does not accurately represent the scale or shape of each component. Furthermore, the various numerical values used in each embodiment are merely examples, and can be variously changed as necessary.

＜実施例１＞
以下において、図１及び図２を参照しつつ、本実施例に係る排ガス発電ユニット１の構造について説明する。ここで、図１は、本実施例に係る排ガス発電ユニット１及びその他のユニットを含む概略上面図であり、特に排ガス発電ユニット１内部の構造を可視化して示している。また、図２は、本実施例に係る排ガス発電ユニット１及びその他のユニットを含む概略側面図である。 <Example 1>
Hereinafter, the structure of the exhaust gas power generation unit 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a schematic top view including the exhaust gas power generation unit 1 according to the present embodiment and other units, and particularly shows the internal structure of the exhaust gas power generation unit 1 in a visible manner. FIG. 2 is a schematic side view including the exhaust gas power generation unit 1 according to the present embodiment and other units.

図１及び図２から分かるように、本実施例に係る排ガス発電ユニット１は、乗用自動車又はその他のエンジンを備える産業機器のエンジンユニット２と、排気ユニット３との間に設けられている。また、排ガス発電ユニット１は、エンジンユニット２と排気ユニット３とを接続する配管であって、エンジンユニット２から排出される排ガスの流路を構成する接続管１１を有している。更に、排ガス発電ユニット１は、当該接続管１１の内側の側面に設けられた６個の熱電変換モジュール１２を有している。なお、熱電変換モジュール１２の数量は、６個に限定されることなく、排ガス発電ユニット１の寸法、要求される発電量、及び熱電変換モジュール１２の寸法に応じて適宜変更することができる。   As can be seen from FIGS. 1 and 2, the exhaust gas power generation unit 1 according to the present embodiment is provided between an engine unit 2 of an industrial device including a passenger car or another engine and an exhaust unit 3. The exhaust gas power generation unit 1 is a pipe that connects the engine unit 2 and the exhaust unit 3, and has a connection pipe 11 that forms a flow path of exhaust gas discharged from the engine unit 2. Further, the exhaust gas power generation unit 1 has six thermoelectric conversion modules 12 provided on the inner side surface of the connection pipe 11. The number of thermoelectric conversion modules 12 is not limited to six, and can be changed as appropriate according to the dimensions of the exhaust gas power generation unit 1, the required power generation amount, and the dimensions of the thermoelectric conversion module 12.

図１から分かるように、接続管１１においては、排ガスの流路の幅がエンジンユニット２との接続部から徐々に広がり、所望の幅寸法まで広がった後に、排気ユニット３の接続部に向けて徐々にその幅が狭くなっている。すなわち、接続管１１は、エンジンユニット２との接続部においてその幅が一度広がるものの、エンジンユニット２側から排気ユニット３側に向けて徐々に排ガスの流路が絞られている。また、図２から分かるように、接続管１１においては、排ガス流路の高さがエンジンユニット２側から排気ユニット３側に向けて徐々に小さくなっている。すなわち、接続管１１の高さ方向においても、エンジンユニット２側から排気ユニット３側に向けて徐々に排ガスの流路が絞られている。以上のことから、接続管１１の開口寸法は、エンジンユニット２の近傍において一度大きくなるものの、接続管１１の全体的な構造としては、エンジンユニット２側から排気ユニット３側に向って、開口寸法が小さくなっていることになる。   As can be seen from FIG. 1, in the connection pipe 11, the width of the exhaust gas flow path gradually increases from the connection portion with the engine unit 2 and reaches a desired width dimension, and then toward the connection portion of the exhaust unit 3. The width is gradually narrowing. That is, although the connection pipe 11 is once widened at the connection portion with the engine unit 2, the exhaust gas flow path is gradually narrowed from the engine unit 2 side to the exhaust unit 3 side. As can be seen from FIG. 2, in the connection pipe 11, the height of the exhaust gas passage gradually decreases from the engine unit 2 side toward the exhaust unit 3 side. That is, also in the height direction of the connecting pipe 11, the exhaust gas flow path is gradually narrowed from the engine unit 2 side toward the exhaust unit 3 side. From the above, although the opening dimension of the connection pipe 11 is once increased in the vicinity of the engine unit 2, the overall structure of the connection pipe 11 is the opening dimension from the engine unit 2 side to the exhaust unit 3 side. Will be smaller.

このような、接続管１１の形状により、エンジンユニット２から排出される高温の排ガスは、接続管１１内で一度広がるものの、排気ユニット３に向けて収束するように流れることになる。すなわち、排ガスの流速は排気ユニット３に向うにつれて上昇することになる。換言するならば、接続管１１のエンジンユニット２の近傍における排ガスの流速に比して、接続管１１の排気ユニット３の近傍における排ガスの流速は増加することになる。従って、このような接続管１１に形状は、排ガスの流速を上げる流速増加手段として機能することになる。なお、当該接続管１１の形状により、排ガスの流束密度も、排気ユニット３側において増加することになる。   Due to the shape of the connection pipe 11, the high-temperature exhaust gas discharged from the engine unit 2 spreads once in the connection pipe 11, but flows so as to converge toward the exhaust unit 3. That is, the flow rate of the exhaust gas increases as it goes to the exhaust unit 3. In other words, the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust unit 3 of the connection pipe 11 is increased as compared with the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the engine unit 2 of the connection pipe 11. Accordingly, the shape of the connecting pipe 11 functions as a flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas. Note that due to the shape of the connection pipe 11, the exhaust gas flux density also increases on the exhaust unit 3 side.

接続管１１の材料は、耐熱性を有し、且つ熱伝導性が比較的に低いものが使用される。これにより、排ガスの温度を低下させることがなくなり、熱電変換モジュール１２における発電を効率よく行うことができる。   The connecting pipe 11 is made of a material having heat resistance and relatively low thermal conductivity. As a result, the temperature of the exhaust gas is not lowered, and power generation in the thermoelectric conversion module 12 can be performed efficiently.

熱電変換モジュール１２は、例えば、電極を介して複数の熱電変換素子（ｐ型半導体及びｎ型半導体）を電気的に直列に接続した公知のものを使用することができる。熱電変換モジュール１２は、接続管１１の内側の側面に並設されている。なお、熱電変換モジュール１２の構造は限定されることなく、公知の種々のタイプのものを使用することができる。   As the thermoelectric conversion module 12, for example, a known module in which a plurality of thermoelectric conversion elements (p-type semiconductor and n-type semiconductor) are electrically connected in series via electrodes can be used. The thermoelectric conversion module 12 is juxtaposed on the inner side surface of the connecting pipe 11. In addition, the structure of the thermoelectric conversion module 12 is not limited, A well-known various type thing can be used.

本実施例に係る排ガス発電ユニット１においては、上述した接続管１１の形状により、排ガスの流路の下流側の流速が、上流側と比較して増加することになる。換言すると、排ガスの流路の下流側においては、接続管１１の形状が端部に向けて絞られないものと比較して、熱流束が増加することになる。このため、排ガスの温度が下流側において低下する場合であっても、下流側に配設された熱電変換モジュール１２に対して熱エネルギーを集中することができることから、下流側に配設された熱電変換モジュール１２にも十分な熱量が供給されることになり、吸熱効率を向上させることができる。   In the exhaust gas power generation unit 1 according to this embodiment, due to the shape of the connection pipe 11 described above, the flow velocity on the downstream side of the flow path of the exhaust gas increases compared to the upstream side. In other words, on the downstream side of the exhaust gas flow path, the heat flux is increased as compared with the case where the shape of the connecting pipe 11 is not restricted toward the end. For this reason, even if the temperature of the exhaust gas decreases on the downstream side, the thermal energy can be concentrated on the thermoelectric conversion module 12 disposed on the downstream side. A sufficient amount of heat is also supplied to the conversion module 12, and the heat absorption efficiency can be improved.

なお、本実施例においては、接続管１１の開口形状は台形となっていたが、接続管１１の開口形状が円形である円筒の管を使用してもよい。この場合であっても、排気ユニット３側に位置する接続管の端部を、エンジンユニット２側に位置する他端よりも絞るように形成（すなわち、開口寸法が小さくなるように）する必要がある。また、熱電変換モジュール１２の設置箇所は、接続管１１の内側の側面に限定されることなく、例えば、接続管１１の内側の上面又は底面であってもよく、接続管１１の内側表面から適宜選択することができる。   In the present embodiment, the opening shape of the connecting pipe 11 is trapezoidal, but a cylindrical pipe having a circular opening shape of the connecting pipe 11 may be used. Even in this case, it is necessary to form the end of the connecting pipe located on the exhaust unit 3 side so as to be narrower than the other end located on the engine unit 2 side (that is, to reduce the opening size). is there. Moreover, the installation location of the thermoelectric conversion module 12 is not limited to the inner side surface of the connection pipe 11, and may be, for example, the upper surface or the bottom surface of the connection pipe 11. You can choose.

＜実施例２＞
実施例１においては、接続管１１の形状を流速増加手段として機能させていたが、排ガスを誘導する導風板（導風体、風導版とも称する）を設けて、当該風導版を流速増加手段として機能させてもよい。以下において、図３及び図４を参照しつつ、このような導風板を有する排ガス発電ユニット１０１を実施例２として説明する。ここで、図３は、本実施例に係る排ガス発電ユニット１０１及びその他のユニットを含む概略上面図であり、特に排ガス発電ユニット１０１内部の構造を可視化して示している。また、図４は、本実施例に係る排ガス発電ユニット１０１及びその他のユニットを含む概略側面図である。 <Example 2>
In the first embodiment, the shape of the connecting pipe 11 is made to function as a flow rate increasing means. However, a wind guide plate (also referred to as a wind guide body or a wind guide plate) for inducing exhaust gas is provided to increase the flow rate of the wind guide plate. It may function as a means. Hereinafter, an exhaust gas power generation unit 101 having such a wind guide plate will be described as a second embodiment with reference to FIGS. 3 and 4. Here, FIG. 3 is a schematic top view including the exhaust gas power generation unit 101 according to the present embodiment and other units, and particularly shows the internal structure of the exhaust gas power generation unit 101 in a visible manner. FIG. 4 is a schematic side view including the exhaust gas power generation unit 101 and other units according to this embodiment.

図３及び図４から分かるように、本実施例に係る排ガス発電ユニット１０１も、乗用自動車又はその他のエンジンを備える産業機器のエンジンユニット１０２と、排気ユニット１０３との間に設けられている。また、排ガス発電ユニット１０１は、エンジンユニット１０２と排気ユニット１０３とを接続し、エンジンユニット１０２から排出される排ガスの流路を構成する接続管１１１を有している。更に、排ガス発電ユニット１０１は、当該接続管１１１の内側の側面に設けられた６個の熱電変換モジュール１１２を有している。   As can be seen from FIGS. 3 and 4, the exhaust gas power generation unit 101 according to the present embodiment is also provided between an engine unit 102 of an industrial device including a passenger car or another engine and an exhaust unit 103. Further, the exhaust gas power generation unit 101 has a connection pipe 111 that connects the engine unit 102 and the exhaust unit 103 and constitutes a flow path of exhaust gas discharged from the engine unit 102. Further, the exhaust gas power generation unit 101 has six thermoelectric conversion modules 112 provided on the inner side surface of the connection pipe 111.

図３から分かるように、接続管１１１においては、排ガスの流路の幅がエンジンユニット２との接続部から徐々に広がり、所望の幅寸法まで広がると当該寸法が維持され、排気ユニット１０３との接続部の近傍から排気ユニット１０３に向けて徐々にその幅が狭くなっている。すなわち、接続管１１１は、エンジンユニット２との接続部においてその幅が一度広がり、且つ排気ユニット１０３との接続部においてその幅が徐々に狭くなるものの、接続管１１１の大部分においてその幅は一定に保たれている。また、図４から分かるように、接続管１１１においては、排ガス流路の高さがエンジンユニット１０２側から排気ユニット１０３側に向けて徐々に小さくなっている。すなわち、接続管１１１の高さ方向においては、エンジンユニット１０２側から排気ユニット１０３側に向けて徐々に排ガスの流路が絞られている。更に、接続管１１１の材料は、実施例１の接続管１１と同様であり、耐熱性を有し且つ熱伝導性が比較的に低いものが使用される。   As can be seen from FIG. 3, in the connecting pipe 111, the width of the exhaust gas flow passage gradually increases from the connection portion with the engine unit 2, and the dimension is maintained when the width reaches a desired width. The width gradually decreases from the vicinity of the connecting portion toward the exhaust unit 103. That is, the width of the connection pipe 111 once expands at the connection portion with the engine unit 2 and gradually decreases at the connection portion with the exhaust unit 103, but the width is constant in most of the connection pipe 111. It is kept in. As can be seen from FIG. 4, in the connection pipe 111, the height of the exhaust gas passage gradually decreases from the engine unit 102 side toward the exhaust unit 103 side. That is, in the height direction of the connecting pipe 111, the exhaust gas flow path is gradually narrowed from the engine unit 102 side toward the exhaust unit 103 side. Furthermore, the material of the connecting pipe 111 is the same as that of the connecting pipe 11 of the first embodiment, and a material having heat resistance and relatively low thermal conductivity is used.

熱電変換モジュール１１２は、実施例１の熱電変換モジュール１２と同様に、電極を介して複数の熱電変換素子を電気的に直列に接続した公知のものを使用することができる。また、熱電変換モジュール１１２も、接続管１１１の内側の側面に並設されている。   The thermoelectric conversion module 112 can use the well-known thing which electrically connected the several thermoelectric conversion element in series via the electrode similarly to the thermoelectric conversion module 12 of Example 1. FIG. Further, the thermoelectric conversion module 112 is also arranged in parallel on the inner side surface of the connection pipe 111.

図３に示すように、接続管１１１の内部には、３つの導風板１２１、１２２、１２３が設けられている。具体的には、排ガスの流路（すなわち、接続管１１１）の上流側から各熱電変換モジュール１１２に向って、各導風板が配設されている。   As shown in FIG. 3, three air guide plates 121, 122, and 123 are provided inside the connection pipe 111. Specifically, each baffle plate is disposed from the upstream side of the exhaust gas flow path (that is, the connection pipe 111) toward each thermoelectric conversion module 112.

導風板１２１は、最上流に位置する熱電変換モジュール１１２よりも更に上流側であって、接続管１１１の内側の側面近傍に配設されている。導風板１２１は、接続管１１１の内側の側面近傍から最上流に位置する熱電変換モジュール１１２（図３において左側に位置している）に向けて直線状に延在する２枚の板状部材１２１ａ、１２１ｂから構成されている。すなわち、導風板１２１は、板状部材１２１ａ、１２１ｂが当該中心線Ｏの近傍及びその周囲において離間した構造を有している。換言すると、導風板１２１は、接続管１１１と交差する領域に開口１２１ｃを備えることになる。   The air guide plate 121 is disposed on the upstream side of the thermoelectric conversion module 112 located on the most upstream side and in the vicinity of the inner side surface of the connection pipe 111. The air guide plate 121 is two plate-like members that extend linearly from the vicinity of the inner side surface of the connecting pipe 111 toward the thermoelectric conversion module 112 (located on the left side in FIG. 3) located on the uppermost stream. 121a and 121b. That is, the air guide plate 121 has a structure in which the plate-like members 121a and 121b are separated in the vicinity of the center line O and in the vicinity thereof. In other words, the air guide plate 121 includes the opening 121 c in a region intersecting with the connection pipe 111.

また、導風板１２２は、導風板１２１よりも内側、すなわち、その一部が導風板１２１によって囲まれるように配設されている。
導風板１２２は、接続管１１１の中心線Ｏ（図３において破線にて示す）の近傍から中流に位置する熱電変換モジュール１１２（図３において中央に位置している）に向けて直線状に延在する２枚の板状部材１２２ａ、１２２ｂから構成されている。すなわち、導風板１２２は、板状部材１２２ａ、１２２ｂが当該中心線Ｏの近傍において離間した構造を有している。換言すると、導風板１２２は、接続管１１１と交差する領域に開口１２２ｃを備えることになる。また、導風板１２２の長さは、導風板１２１の長さよりも大きくなっている。 Further, the air guide plate 122 is disposed inside the air guide plate 121, that is, so that a part thereof is surrounded by the air guide plate 121.
The air guide plate 122 is linear from the vicinity of the center line O (indicated by a broken line in FIG. 3) of the connecting pipe 111 toward the thermoelectric conversion module 112 (located in the center in FIG. 3) located in the middle stream. It is comprised from the two plate-shaped members 122a and 122b extended. That is, the air guide plate 122 has a structure in which the plate-like members 122 a and 122 b are separated in the vicinity of the center line O. In other words, the air guide plate 122 includes the opening 122 c in a region intersecting with the connection pipe 111. The length of the air guide plate 122 is larger than the length of the air guide plate 121.

更に、導風板１２３は、導風板１２１、１２２よりも内側、すなわち、その一部が導風板１２１、１２２によって囲まれるように配設されている。導風板１２３は、接続管１１１の中心線Ｏの近傍から最下流に位置する熱電変換モジュール１１２（図３において右に位置している）向けて直線状に延在する２枚の板状部材１２３ａ、１２３ｂから構成されている。すなわち、導風板１２３も、導風板１２２と同様に、板状部材１２３ａ、１２３ｂが当該中心線Ｏの近傍において離間した構造を有している。換言すると、導風板１２３は、接続管１１１と交差する領域に開口１２３ｃを備えることになる。また、導風板１２３の長さは、導風板１２１、１２２の長さよりも大きくなっている。   Further, the air guide plate 123 is disposed on the inner side of the air guide plates 121 and 122, that is, a part thereof is surrounded by the air guide plates 121 and 122. The air guide plate 123 is two plate-like members extending linearly from the vicinity of the center line O of the connecting pipe 111 toward the thermoelectric conversion module 112 (located on the right in FIG. 3) located on the most downstream side. 123a and 123b. That is, the air guide plate 123 also has a structure in which the plate-like members 123 a and 123 b are separated in the vicinity of the center line O, similarly to the air guide plate 122. In other words, the air guide plate 123 includes the opening 123 c in a region intersecting with the connection pipe 111. Further, the length of the wind guide plate 123 is larger than the length of the wind guide plates 121 and 122.

すなわち、導風板１２１、１２２、１２３のそれぞれは、排ガス流路の上流側から前記熱電変換モジュール１１２のそれぞれに向けて延在している。このような導風板１２１、１２２、１２３の構造及び配置から、上流側から流れる排ガス（図３において、最も太い矢印で示す）の一部は、接続管１１１と導風板１２１とよって形成された流路を経由して最上流に位置する熱電変換モジュール１１２に向けて誘導される。また、上流側から流れる排ガスの一部は、導風板１２１と導風板１２２によって形成された流路を経由して、最上流に位置する熱電変換モジュール１１２及び中央に位置する熱電変換モジュール１１２に向けて誘導される。更に、上流側から流れる排ガスの一部は、導風板１２２と導風板１２３によって形成された流路を経由して、中央に位置する熱電変換モジュール１１２及び最下流に位置する熱電変換モジュール１１２に向けて誘導される。従って、エンジンユニット１０２から排出された排ガスは、導風板１２１、１２２、１２３に沿って接続管１１１の両側部に誘導され、接続管１１１の内側の側面に設けられた熱電変換モジュール１１２に向けて進むことになり、当該熱電変換モジュール１１２において優れた熱エネルギー効率で吸熱されることになる。   That is, each of the baffle plates 121, 122, 123 extends from the upstream side of the exhaust gas flow channel toward the thermoelectric conversion module 112. Due to the structure and arrangement of the air guide plates 121, 122, and 123, a part of the exhaust gas flowing from the upstream side (indicated by the thickest arrow in FIG. 3) is formed by the connecting pipe 111 and the air guide plate 121. It is guided toward the thermoelectric conversion module 112 located at the uppermost stream via the flow path. Further, a part of the exhaust gas flowing from the upstream side passes through a flow path formed by the air guide plate 121 and the air guide plate 122, and the thermoelectric conversion module 112 located at the uppermost stream and the thermoelectric conversion module 112 located at the center. Be directed towards. Further, a part of the exhaust gas flowing from the upstream side passes through a flow path formed by the air guide plate 122 and the air guide plate 123, and the thermoelectric conversion module 112 located at the center and the thermoelectric conversion module 112 located at the most downstream side. Be directed towards. Therefore, the exhaust gas discharged from the engine unit 102 is guided to both sides of the connection pipe 111 along the air guide plates 121, 122, 123, and directed toward the thermoelectric conversion module 112 provided on the inner side surface of the connection pipe 111. Therefore, the thermoelectric conversion module 112 absorbs heat with excellent thermal energy efficiency.

また、このような導風板１２１、１２２、１２３により、エンジンユニット２から排出される高温の排ガスは接続管１１１内の上流側で一度広がるものの、導風板１２１、１２２、１２３の設置箇所及びこれより下流側においては接続管１１１の側部に向けて収束するように流れることになる。すなわち、排ガスの流速は排気ユニット１０３に向うにつれて上昇することになる。換言するならば、接続管１１１のエンジンユニット１０２の近傍における排ガスの流速に比して、接続管１１１の排気ユニット１０３の近傍における排ガスの流速は増加することになる。従って、このような導風板１２１、１２２、１２３は、排ガスの流速を上げる流速増加手段として機能することになる。なお、当該導風板１２１、１２２、１２３により、排ガスの流束密度も、排気ユニット１０３側において増加することになる。   Moreover, although the high temperature exhaust gas discharged | emitted from the engine unit 2 once spreads in the upstream in the connection pipe 111 by such a wind guide plate 121,122,123, the installation location of the wind guide plates 121,122,123 and On the downstream side from this, it flows so as to converge toward the side portion of the connecting pipe 111. That is, the flow rate of the exhaust gas increases as it goes to the exhaust unit 103. In other words, the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust unit 103 of the connection pipe 111 is increased as compared with the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the engine unit 102 of the connection pipe 111. Therefore, such air guide plates 121, 122, 123 function as a flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas. Note that due to the air guide plates 121, 122, and 123, the exhaust gas flux density is also increased on the exhaust unit 103 side.

本実施例に係る排ガス発電ユニット１０１においては、上述した導風板１２１、１２２、１２３により、排ガスの流路の下流側の流速が、上流側と比較して増加することになる。換言すると、排ガスの流路の下流側においては、導風板１２１、１２２、１２３が存在しないものと比較して、熱流束が増加することになる。このため、排ガスの温度が下流側において低下する場合であっても、下流側に配設された熱電変換モジュール１１２に対して熱エネルギーを集中することができることから、下流側に配設された熱電変換モジュール１１２にも十分な熱量が供給されることになり、吸熱効率を向上させることができる。   In the exhaust gas power generation unit 101 according to the present embodiment, the above-described air guide plates 121, 122, and 123 increase the flow velocity on the downstream side of the exhaust gas flow path as compared with the upstream side. In other words, on the downstream side of the exhaust gas flow path, the heat flux increases as compared with the case where the air guide plates 121, 122, and 123 do not exist. For this reason, even when the temperature of the exhaust gas decreases on the downstream side, the thermal energy can be concentrated on the thermoelectric conversion module 112 disposed on the downstream side. A sufficient amount of heat is supplied to the conversion module 112, and the heat absorption efficiency can be improved.

なお、本実施例においては、導風板１２１、１２２、１２３のそれぞれが２枚の板状部材から構成されていたが、これに限定されることなく、例えば１枚の板状部材を湾曲及び屈曲させ、必要に応じて開口を形成したものから構成されていてもよく、２枚以上の板状部材から構成されてもよい。また、本実施例において、導風板１２１、１２２、１２３は接続管１１１の両側部に排ガスを誘導していたが、熱電変換モジュール１１２が接続管１１１の上面及び底面にも設けられる場合には、排ガスを接続管１１１の上面及び底面に誘導するような構造を備えていてもよい。このような場合には、接続管１１１の形状は角筒状であってもよい。更に、接続管１１１の外形は、実施例１の接続管１１のように、一端（すなわち、排ガスの流路の下流側）に向けて絞られていてもよい。そして、各導風板を構成する各板状部材は直線状ではなく、湾曲して形状を有してもよい。また、導風板１２３については、開口１２３ｃが形成されていなくてもよい。これにより、エンジンユニット１０２から排出されたすべての排ガスが、接続管１１１の両側部に誘導されることになり、更なる発電効率の向上を図ることが可能になる。   In this embodiment, each of the air guide plates 121, 122, 123 is composed of two plate-like members. However, the present invention is not limited to this. For example, one plate-like member is bent and It may be configured by bending and forming an opening as necessary, or may be configured by two or more plate-like members. In the present embodiment, the air guide plates 121, 122, and 123 induce exhaust gas to both sides of the connection pipe 111, but when the thermoelectric conversion module 112 is also provided on the top and bottom surfaces of the connection pipe 111. Further, a structure for guiding the exhaust gas to the upper surface and the bottom surface of the connection pipe 111 may be provided. In such a case, the shape of the connecting tube 111 may be a rectangular tube. Further, the outer shape of the connecting pipe 111 may be narrowed toward one end (that is, the downstream side of the exhaust gas flow path) like the connecting pipe 11 of the first embodiment. And each plate-shaped member which comprises each wind guide plate may be curved and may have a shape instead of linear form. Further, the air guide plate 123 may not have the opening 123c. As a result, all the exhaust gas discharged from the engine unit 102 is guided to both sides of the connection pipe 111, and it is possible to further improve the power generation efficiency.

＜実施例３＞
実施例２においては、３つの導風板１２１、１２２、１２３を流速増加手段として機能させていたが、１つの導風板を流速増加手段として機能させてもよい。以下において、図５及び図６を参照しつつ、このような導風板を有する排ガス発電ユニット２０１を実施例３として説明する。ここで、図５は、本実施例に係る排ガス発電ユニット２０１及びその他のユニットを含む概略上面図であり、特に排ガス発電ユニット２０１内部の構造を可視化して示している。また、図６は、本実施例に係る排ガス発電ユニット２０１及びその他のユニットを含む概略側面図である。 <Example 3>
In the second embodiment, the three air guide plates 121, 122, and 123 function as the flow velocity increasing means, but one air guide plate may function as the flow velocity increasing means. Hereinafter, an exhaust gas power generation unit 201 having such an air guide plate will be described as Example 3 with reference to FIGS. 5 and 6. Here, FIG. 5 is a schematic top view including the exhaust gas power generation unit 201 according to the present embodiment and other units, and particularly shows the internal structure of the exhaust gas power generation unit 201 in a visible manner. FIG. 6 is a schematic side view including the exhaust gas power generation unit 201 and other units according to this embodiment.

図５及び図６から分かるように、本実施例に係る排ガス発電ユニット２０１も、乗用自動車又はその他のエンジンを備える産業機器のエンジンユニット２０２と、排気ユニット２０３との間に設けられている。また、排ガス発電ユニット２０１は、実施例２の排ガス発電ユニット１０１と同様に、接続管２１１及び当該接続管２１１内側の側面に設けられた６個の熱電変換モジュール２１２を有している。なお、接続管２１１の形状及び材料は、実施例２の接続管１１１と同一であり、熱電変換モジュール２１２も実施例２の熱電変換モジュール１１２と同一であるため、これらの説明は省略する。   As can be seen from FIGS. 5 and 6, the exhaust gas power generation unit 201 according to the present embodiment is also provided between an engine unit 202 of an industrial device including a passenger car or another engine and an exhaust unit 203. Similarly to the exhaust gas power generation unit 101 of the second embodiment, the exhaust gas power generation unit 201 includes a connection pipe 211 and six thermoelectric conversion modules 212 provided on the inner side surface of the connection pipe 211. In addition, since the shape and material of the connection pipe 211 are the same as the connection pipe 111 of Example 2, and the thermoelectric conversion module 212 is also the same as the thermoelectric conversion module 112 of Example 2, description thereof is omitted.

図５に示すように、接続管２１１の内部には、導風板２２４が設けられている。具体的には、排ガスの流路（すなわち、接続管２１１）の中央から下流側において、三角柱状の導風板２２４が配設されている。導風板は、接続管２１１の中心線Ｏ（図５において破線にて示す）から接続管２１１の内側の側面に向けて延在する側面２２４ａ、２２４ｂを有している。すなわち、導風板２２４は、接続管２１１のエンジンユニット２０２側から排気ユニット２０３側に向って、排ガスの流路を狭くするような構造体である。なお、導風板２２４の形状は、三角柱状に限定されることなく、排ガスの流路を下流に向って徐々に狭くすることができれば、その他の形状の構造体であってもよく、また、接続管２１１の開口形状によっても適宜変更することができる。   As shown in FIG. 5, an air guide plate 224 is provided inside the connection pipe 211. Specifically, a triangular columnar air guide plate 224 is disposed downstream from the center of the exhaust gas flow path (that is, the connection pipe 211). The air guide plate has side surfaces 224a and 224b extending from the center line O (indicated by a broken line in FIG. 5) of the connection pipe 211 toward the inner side surface of the connection pipe 211. That is, the air guide plate 224 is a structure that narrows the flow path of the exhaust gas from the connection pipe 211 toward the exhaust unit 203 side from the engine unit 202 side. The shape of the air guide plate 224 is not limited to a triangular prism shape, and may be a structure of another shape as long as the exhaust gas flow path can be gradually narrowed toward the downstream. It can change suitably also by the opening shape of the connecting pipe 211.

このような、導風板２２４の形状により、エンジンユニット２０２から排出される高温の排ガスは、接続管２１１内で一度広がるものの、排気ユニット２０３に向けて収束するように流れることになる。すなわち、排ガスの流速は排気ユニット２０３に向うにつれて上昇することになる。換言するならば、接続管２１１のエンジンユニット２０２の近傍における排ガスの流速に比して、接続管２１１の排気ユニット２０３の近傍における排ガスの流速は増加することになる。従って、このような導風板２２４の形状は、排ガスの流速を上げる流速増加手段として機能することになる。なお、当該導風板２２４の形状により、排ガスの流束密度も、排気ユニット２０３側において増加することになる。   With such a shape of the air guide plate 224, the high-temperature exhaust gas discharged from the engine unit 202 once spreads in the connection pipe 211 but flows so as to converge toward the exhaust unit 203. That is, the flow rate of the exhaust gas increases as it goes to the exhaust unit 203. In other words, the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust unit 203 of the connection pipe 211 is increased as compared with the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the engine unit 202 of the connection pipe 211. Therefore, such a shape of the air guide plate 224 functions as a flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas. Note that due to the shape of the air guide plate 224, the exhaust gas flux density also increases on the exhaust unit 203 side.

本実施例に係る排ガス発電ユニット２０１においては、上述した導風板２２４の形状により、排ガスの流路の下流側の流速が、上流側と比較して増加することになる。換言すると、排ガスの流路の下流側においては、導風板２２４が設けられていないものと比較して、熱流束が増加することになる。このため、排ガスの温度が下流側において低下する場合であっても、下流側に配設された熱電変換モジュール２１２に対して熱エネルギーを集中することができることから、下流側に配設された熱電変換モジュール２１２にも十分な熱量が供給されることになり、吸熱効率を向上させることができる。   In the exhaust gas power generation unit 201 according to the present embodiment, due to the shape of the air guide plate 224 described above, the flow velocity on the downstream side of the exhaust gas flow path increases compared to the upstream side. In other words, the heat flux increases on the downstream side of the exhaust gas flow path as compared with the case where the air guide plate 224 is not provided. For this reason, even when the temperature of the exhaust gas decreases on the downstream side, the thermal energy can be concentrated on the thermoelectric conversion module 212 disposed on the downstream side. A sufficient amount of heat is also supplied to the conversion module 212, and the heat absorption efficiency can be improved.

１ 排ガス発電ユニット
２ エンジンユニット
３ 排気ユニット
１１ 接続管
１２ 熱電変換モジュール
１０１ 排ガス発電ユニット
１０２ エンジンユニット
１０３ 排気ユニット
１１１ 接続管
１１２ 熱電変換モジュール
１２１ 導風板
１２２ 導風板
１２３ 導風板
２０１ 排ガス発電ユニット
２０２ エンジンユニット
２０３ 排気ユニット
２１１ 接続管
２１２ 熱電変換モジュール
２２４ 導風板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas power generation unit 2 Engine unit 3 Exhaust unit 11 Connection pipe 12 Thermoelectric conversion module 101 Exhaust gas power generation unit 102 Engine unit 103 Exhaust unit 111 Connection pipe 112 Thermoelectric conversion module 121 Wind guide plate 122 Wind guide plate 123 Wind guide plate 201 Exhaust gas power generation unit 202 Engine unit 203 Exhaust unit 211 Connection pipe 212 Thermoelectric conversion module 224 Air guide plate

Claims (5)

エンジンユニットと排気ユニットとの間に設けられる排ガス発電ユニットであって、
前記エンジンユニットと前記排気ユニットを接続し、前記エンジンユニットから排出される排ガスの流路を形成する接続管と、
前記接続管の内側表面であって前記エンジンユニットの近傍及び前記排気ユニットの近傍に設けられた複数の熱電変換モジュールと、
前記接続管の前記エンジンユニットの近傍における前記排ガスの流速に比して、前記接続管の前記排気ユニットの近傍における前記排ガスの流速を上げる流速増加手段と、を有する排ガス発電ユニット。 An exhaust gas power generation unit provided between the engine unit and the exhaust unit,
A connecting pipe connecting the engine unit and the exhaust unit, and forming a flow path of exhaust gas discharged from the engine unit;
A plurality of thermoelectric conversion modules provided on the inner surface of the connection pipe and in the vicinity of the engine unit and in the vicinity of the exhaust unit;
An exhaust gas power generation unit comprising: a flow rate increasing means for increasing the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the exhaust unit of the connection pipe as compared to the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the engine unit of the connection pipe. 前記流速増加手段は、エンジンユニット側から排気ユニット側に向って、前記接続管の開口寸法を小さくする請求項１に記載の排ガス発電ユニット。   2. The exhaust gas power generation unit according to claim 1, wherein the flow velocity increasing means reduces the opening size of the connection pipe from the engine unit side toward the exhaust unit side. 前記流速増加手段は、前記接続管の中心線の近傍領域から内側表面に向って前記排ガスを誘導する少なくとも１つの導風板である請求項１に記載の排ガス発電ユニット。   2. The exhaust gas power generation unit according to claim 1, wherein the flow rate increasing means is at least one wind guide plate that guides the exhaust gas from a region near a center line of the connection pipe toward an inner surface. 前記導風板は、前記接続管の中心線と交差する領域に開口を備えるとともに、前記排ガス流路の上流側から前記熱電変換モジュールのそれぞれに向けて延在する請求項３に記載の排ガス発電ユニット。   4. The exhaust gas power generation according to claim 3, wherein the air guide plate has an opening in a region intersecting with a center line of the connection pipe and extends from an upstream side of the exhaust gas flow channel toward each of the thermoelectric conversion modules. unit. 前記導風板は、前記接続管のエンジンユニット側から排気ユニット側に向って、前記排ガスの流路を狭くする請求項３に記載の排ガス発電ユニット。   The exhaust gas power generation unit according to claim 3, wherein the air guide plate narrows a flow path of the exhaust gas from an engine unit side of the connection pipe toward an exhaust unit side.
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