JP6001988B2 - Thermoelectric power generator - Google Patents

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本発明は、熱電変換モジュールに温度差を与えて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換式発電装置に関する。   The present invention relates to a thermoelectric power generation apparatus that converts a thermal energy into an electrical energy by giving a temperature difference to a thermoelectric conversion module.

熱電変換素子を用いて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電技術が知られている。熱電変換素子は、離間した部位に温度差を与えることで高温部と低温部との間に電位差を生じさせるといったゼーベック効果を利用したもので、温度差が大きいほど発電量も大きくなる。このような熱電変換素子は、複数を接合した熱電変換素子モジュールという形態で用いられる。そして、熱電変換モジュールを加熱部と冷却部との間に挟み、熱電変換モジュールを加熱部によって加熱するとともに冷却部によって冷却することにより熱電変換モジュールに温度差を与えて、熱電変換モジュールから電気を得るといった熱電変換式発電装置が構成される(特許文献1等参照)。   A power generation technique for converting thermal energy into electrical energy using a thermoelectric conversion element is known. The thermoelectric conversion element uses a Seebeck effect in which a potential difference is generated between a high-temperature part and a low-temperature part by giving a temperature difference to a separated part, and the power generation amount increases as the temperature difference increases. Such a thermoelectric conversion element is used in the form of a thermoelectric conversion element module in which a plurality of thermoelectric conversion elements are joined. Then, the thermoelectric conversion module is sandwiched between the heating unit and the cooling unit, and the thermoelectric conversion module is heated by the heating unit and cooled by the cooling unit, thereby giving a temperature difference to the thermoelectric conversion module, and electricity from the thermoelectric conversion module is obtained. A thermoelectric conversion power generation device is obtained (see Patent Document 1).

特開2009−088408号公報JP 2009-088408 A

この種の発電装置においては、例えば車両に搭載されてエンジンの排気ガス等の排熱を利用して発電するよう用いられる。その場合には、発電装置は全体として管状に形成され、排熱である加熱流体を中心の加熱流路に流して加熱部を構成し、加熱部の周囲に熱電変換モジュール、および冷却水が供給される冷却部を配設した構造となる。このような構造においては、熱電変換モジュールに接続したリード線を外部に取り出す部分でリード線が加熱流路に接触ないし接近してリード線が劣化するといった問題が生じる。   In this type of power generation device, for example, it is mounted on a vehicle and used to generate power using exhaust heat such as exhaust gas from an engine. In that case, the power generator is formed in a tubular shape as a whole, and a heating fluid is flowed through the central heating flow path to form a heating unit, and a thermoelectric conversion module and cooling water are supplied around the heating unit. It becomes the structure which arrange | positioned the cooling part. In such a structure, there is a problem that the lead wire deteriorates due to the lead wire coming into contact with or approaching the heating flow path at the portion where the lead wire connected to the thermoelectric conversion module is taken out.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱電変換モジュールに接続したリード線を外部に取り出す部分で冷却し、これによりリード線の劣化を抑制することができる熱電変換式発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a thermoelectric power generation apparatus that cools a lead wire connected to a thermoelectric conversion module to the outside and thereby can suppress deterioration of the lead wire. For the purpose.

本発明の熱電変換式発電装置は、熱電変換モジュールの両側に加熱部および冷却部がそれぞれ配設され、これら加熱部および冷却部によって熱電変換モジュールに温度差が与えられることで発電する熱電変換式発電装置において、前記熱電変換モジュールは、該熱電変換モジュールに対向配置される前記冷却部側の板部を備えた密閉容器内に収容されるとともに電気導線が配線され、前記加熱部は加熱流体が流される加熱流路を有し、前記冷却部は、前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部に面する冷却媒体流路である冷却ジャケットを有し、前記電気導線は、前記加熱流路の側方において前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部および前記冷却部の前記冷却ジャケットを貫通して外部に取り出されていることを特徴とする。 The thermoelectric conversion power generation apparatus of the present invention is provided with a heating unit and a cooling unit on both sides of the thermoelectric conversion module, respectively, and the thermoelectric conversion type generates electricity by giving a temperature difference to the thermoelectric conversion module by the heating unit and the cooling unit. In the power generation device, the thermoelectric conversion module is housed in an airtight container having a plate portion on the cooling unit side disposed to face the thermoelectric conversion module, and an electric conductor is wired, and the heating unit receives heating fluid. The cooling unit has a cooling jacket that is a cooling medium channel facing the plate part on the cooling unit side of the sealed container, and the electric conductor is the heating channel. The side of the airtight container is taken out to the outside through the plate part on the cooling part side of the sealed container and the cooling jacket of the cooling part .

本発明によれば、電気導線が冷却部の冷却ジャケットを貫通して外部に取り出されているから、電気導線が冷却部によって冷却され、電気導線の劣化を抑制することができる。 According to the present invention, since the electrical conducting wire passes through the cooling jacket of the cooling unit and is taken out to the outside, the electrical conducting wire is cooled by the cooling unit, and deterioration of the electrical conducting wire can be suppressed.

本発明では、電気導線は、加熱流路の下流側の端部の位置から密閉容器の前記冷却部側の前記板部と前記冷却部の前記冷却ジャケットを貫通して外部に取り出されていることが望ましい。この形態によれば、加熱流体は上流側よりも下流側の方が温度が低下しているため、加熱流路の上流側の端部の位置から電気導線を取り出す場合よりも電気導線への温度影響を低減させることができ、電気導線の劣化を抑える点で、より有効である。 In the present invention, the electric conducting wire is taken out from the position of the downstream end portion of the heating flow path through the plate portion on the cooling portion side of the sealed container and the cooling jacket of the cooling portion . Is desirable. According to this embodiment, since the temperature of the heating fluid is lower on the downstream side than on the upstream side, the temperature to the electrical conductor is higher than when the electrical conductor is taken out from the position of the upstream end of the heating flow path. This is more effective in that the influence can be reduced and the deterioration of the electrical conductor is suppressed.

また、本発明では、前記密閉容器の前記板部は、少なくとも一部に可撓性を有する変形部を備え、前記密閉容器内の減圧による該変形部の変形作用で該板部が前記熱電変換モジュールに密着している形態を含む。この形態によれば、密閉容器内が減圧されることにより熱電変換モジュールや電気導線が酸化されにくくなるため耐久性が向上し、発電性能の向上が図られる。 Further, in the present invention, the plate portion of the sealed container includes a deformable portion having flexibility at least in part, and the plate portion is deformed by the deformation of the deformable portion due to the reduced pressure in the sealed container. Includes forms that are in close contact with the module . According to this aspect, since the thermoelectric conversion module and the electric conducting wire are not easily oxidized by reducing the pressure in the sealed container, the durability is improved and the power generation performance is improved.

本発明によれば、電気導線が冷却部によって冷却され、電気導線の劣化を抑制することができるといった効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the electric conducting wire is cooled by the cooling unit and deterioration of the electric conducting wire can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る熱電変換式発電装置の外側カバーを外した状態の全体斜視図である。It is the whole perspective view in the state where the outer side cover of the thermoelectric conversion type power generator concerning one embodiment of the present invention was removed. 図1と同じ状態である同装置の他方向斜視図である。It is the other direction perspective view of the same apparatus which is the same state as FIG. 一実施形態の熱電変換式発電装置の側面図である。It is a side view of the thermoelectric conversion power generation device of one embodiment. 図3のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 一実施形態の熱電変換式発電装置の正面図である。It is a front view of the thermoelectric conversion type generator of one embodiment. 図5のVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. (a)一実施形態の熱電変換式発電装置を構成する発電ユニットの正面図、(b)フィンを除いた側面図である。(A) It is a front view of the electric power generation unit which comprises the thermoelectric conversion type electric power generating apparatus of one Embodiment, (b) It is the side view except a fin. 図6の一部拡大図であって、加熱部と冷却部、および隔室を示す断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6, which is a cross-sectional view showing a heating unit, a cooling unit, and a compartment.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[1]熱電変換式発電装置の全体構成
図1〜図6は、一実施形態の熱電変換式発電装置(以下、発電装置)1を示している。この発電装置1は、密閉容器3を有する複数の発電ユニット2が図中Y方向に冷却部5Aを挟んで並列状態で積層され、装置1全体の両側面、すなわちY方向両端部にも冷却部5Bが配設された構成となっている。発電ユニット2の数は任意であり、この場合は4つの発電ユニット2を積層して発電装置1を構成している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1] Overall Configuration of Thermoelectric Conversion Power Generation Device FIGS. 1 to 6 show a thermoelectric conversion power generation device (hereinafter referred to as a power generation device) 1 according to an embodiment. In this power generation device 1, a plurality of power generation units 2 each having a sealed container 3 are stacked in a parallel state with a cooling unit 5A sandwiched in the Y direction in the figure, and cooling units are also provided on both side surfaces of the entire device 1, that is, both ends in the Y direction. 5B is arranged. The number of the power generation units 2 is arbitrary, and in this case, the power generation apparatus 1 is configured by stacking four power generation units 2.

密閉容器3は、縦断面(Y−Z断面)がZ方向に長い略直方体の箱状の筐体30と、筐体30内の中央部に配設された縦断面がZ方向に長い扁平管状の流通管35とから構成されている。筐体30および流通管35はいずれもX方向の両端が開口しており、流通管35の内部が、後述する加熱流体がX方向に流される加熱流路351となっている。   The hermetic container 3 includes a substantially rectangular parallelepiped box-shaped casing 30 whose longitudinal section (YZ section) is long in the Z direction, and a flat tube whose longitudinal section disposed in the center of the casing 30 is long in the Z direction. And a distribution pipe 35. Both the casing 30 and the flow pipe 35 are open at both ends in the X direction, and the inside of the flow pipe 35 is a heating flow path 351 through which a heating fluid described later flows in the X direction.

図7に示すように、筐体30は、X−Z面と平行な互いに対向する一対の可動板部31と、可動板部31の上下の端縁を連結する平板状の一対の端板部32とにより、略直方形の箱状に形成されている。また、流通管35は、X−Z面と平行な互いに対向する一対の内板部36と、内板部36の上下の端縁を連結する断面半円弧状の一対の湾曲部37とにより、扁平管状に形成されている。   As shown in FIG. 7, the housing 30 includes a pair of movable plate portions 31 that are parallel to the XZ plane and that face each other, and a pair of flat end plate portions that connect upper and lower edges of the movable plate portion 31. 32 is formed in a substantially rectangular box shape. Further, the flow pipe 35 includes a pair of inner plate portions 36 parallel to the XZ plane and facing each other, and a pair of curved portions 37 having a semicircular cross section that connects the upper and lower end edges of the inner plate portion 36. It is formed in a flat tubular shape.

流通管35の内部、すなわち密閉容器3内の加熱流路351には、フィン352が配設されている。フィン352は、例えば板材を折り曲げ加工して波板状に形成したもので、屈曲部の外側が内板部36の内面に当接した状態でろう付け等の接合手段で接合されている。本実施形態では、加熱流路351にフィン352が配設され、加熱流体が流される流通管35によって加熱部35Aが構成されている。   Fins 352 are disposed inside the flow pipe 35, that is, in the heating flow path 351 in the sealed container 3. The fins 352 are formed, for example, by bending a plate material into a corrugated plate shape, and are joined by a joining means such as brazing while the outer side of the bent portion is in contact with the inner surface of the inner plate portion 36. In the present embodiment, fins 352 are disposed in the heating flow path 351, and the heating section 35A is configured by the flow pipe 35 through which the heating fluid flows.

密閉容器3内、すなわち筐体30の内面と流通管35の外面との間には、縦断面がZ方向に長い略環状の内部空間3aが形成されている。そして、この内部空間3aにおけるY方向両側には、筐体30の可動板部31と流通管35の内板部36との間に挟まれた状態で、熱電変換モジュール4がそれぞれ配設されている。   A substantially annular inner space 3a having a longitudinal section that is long in the Z direction is formed in the sealed container 3, that is, between the inner surface of the housing 30 and the outer surface of the flow pipe 35. And the thermoelectric conversion module 4 is each arrange | positioned in the state pinched | interposed between the movable plate part 31 of the housing | casing 30, and the inner plate part 36 of the flow pipe 35 in the Y direction both sides in this internal space 3a. Yes.

内部空間3aのY方向両側の領域に熱電変換モジュール4が一対の状態で配設された複数の密閉容器3は、図4および図6に示すように、可動板部31間に冷却部5Aを挟んでY方向に並列して積層される。また、Y方向両端の可動板部31の外面にも、それぞれ冷却部5Bが配設される。以下、密閉容器3間の冷却部5Aを中間冷却部5A、Y方向両端部の冷却部5Bを端部冷却部5Bと称する。   As shown in FIGS. 4 and 6, the plurality of sealed containers 3 in which the thermoelectric conversion modules 4 are disposed in a pair of states in regions on both sides in the Y direction of the internal space 3 a include the cooling unit 5 </ b> A between the movable plate units 31. They are stacked in parallel in the Y direction. In addition, cooling units 5B are also disposed on the outer surfaces of the movable plate 31 at both ends in the Y direction. Hereinafter, the cooling unit 5A between the sealed containers 3 is referred to as an intermediate cooling unit 5A, and the cooling units 5B at both ends in the Y direction are referred to as end cooling units 5B.

熱電変換モジュール4は、図8に示すように、平面状に並べられた複数の熱電変換素子41の、一方側の面および他方側の面を、銅等からなる電極42によりジグザグ状に連結して構成されたもので、一方の面側の電極42が流通管35の内板部36の内面にろう付け等の接合手段で接合されている。また、熱電変換モジュール4の他方の面側の電極42は、筐体30の可動板部31の、後述する内側剛性部312の内面に当接している。すなわち、熱電変換モジュール4は内側剛性部312と非接合状態であり、双方は互いの当接面に沿って相対移動可能となっている。   As shown in FIG. 8, the thermoelectric conversion module 4 connects one surface and the other surface of a plurality of thermoelectric conversion elements 41 arranged in a plane in a zigzag manner by an electrode 42 made of copper or the like. The electrode 42 on one surface side is joined to the inner surface of the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 by a joining means such as brazing. The electrode 42 on the other surface side of the thermoelectric conversion module 4 is in contact with the inner surface of the inner rigid portion 312 described later of the movable plate portion 31 of the housing 30. That is, the thermoelectric conversion module 4 is in a non-bonded state with the inner rigid portion 312, and both can move relative to each other along the contact surface.

熱電変換モジュール4を構成する熱電変換素子41は、耐熱温度が高い種類が用いられ、例えば、シリコン−ゲルマニウム系、マグネシウム−シリコン系、マンガン−シリコン系、珪化鉄系等が好適に用いられる。図7(a)に示すように、流通管35の両側の熱電変換モジュール4は、下端部が接続導線45で接続されており、これら両側の熱電変換モジュール4で、1つの発電ユニット2の電源を構成する。そして、図6に示すように、流通管35の両側の各熱電変換モジュール4からは、リード線(電気導線)46が接続されている。   As the thermoelectric conversion element 41 constituting the thermoelectric conversion module 4, a type having a high heat-resistant temperature is used. For example, a silicon-germanium system, a magnesium-silicon system, a manganese-silicon system, an iron silicide system, or the like is preferably used. As shown in FIG. 7 (a), the thermoelectric conversion modules 4 on both sides of the flow pipe 35 are connected at the lower ends by connecting wires 45, and the thermoelectric conversion modules 4 on both sides are used to supply power to one power generation unit 2. Configure. As shown in FIG. 6, lead wires (electric conducting wires) 46 are connected from the thermoelectric conversion modules 4 on both sides of the flow pipe 35.

[2]密閉容器の構成
上記密閉容器3の筐体30を構成する可動板部31は、図7に示すように、外形が長方形の枠状に形成された外側剛性部311と、外側剛性部311の内側に配設された外側剛性部311と同じ厚さの内側剛性部312と、外側剛性部311と内側剛性部312との間に形成される一定幅の隙間314を塞ぐ状態に配設された各剛性部311,312の厚さよりも薄い変形部313とを有している。
[2] Configuration of Airtight Container As shown in FIG. 7, the movable plate portion 31 constituting the casing 30 of the airtight container 3 includes an outer rigid portion 311 formed in a rectangular frame shape, and an outer rigid portion. The inner rigid portion 312 having the same thickness as the outer rigid portion 311 disposed on the inner side of 311 and the gap 314 having a constant width formed between the outer rigid portion 311 and the inner rigid portion 312 are closed. The deformed portion 313 is thinner than the thickness of each rigid portion 311, 312.

外側剛性部311の内縁311aは略長円形状に形成されており、内側剛性部312の外縁312aは、外側剛性部311の内縁311aから一定の隙間314を空けて略長円形状に形成されている。内側剛性部312の外面には、可撓性を有する薄板315がろう付け等の接合手段で接合されている。この薄板315は各剛性部311,312の間の隙間314を覆って外側剛性部311の外面に達する大きさを有しており、外縁部が外側剛性部311の外面にろう付け等の接合手段で接合されている。この薄板315により剛性部311,312どうしが同一平面内に存在するように連結された状態となっている。なお、剛性部311,312は、厚さ方向に互いにずれて位置していてもよい。   The inner edge 311a of the outer rigid portion 311 is formed in a substantially oval shape, and the outer edge 312a of the inner rigid portion 312 is formed in a substantially oval shape with a certain gap 314 from the inner edge 311a of the outer rigid portion 311. Yes. A flexible thin plate 315 is joined to the outer surface of the inner rigid portion 312 by a joining means such as brazing. The thin plate 315 has a size that covers the gap 314 between the rigid portions 311, 312 and reaches the outer surface of the outer rigid portion 311, and the outer edge portion is joined to the outer surface of the outer rigid portion 311 such as brazing. It is joined with. The thin plates 315 are connected so that the rigid portions 311 and 312 are in the same plane. In addition, the rigid parts 311 and 312 may be shifted from each other in the thickness direction.

薄板315の隙間314を覆う部分が可撓性を有する略環状の変形部313を構成している。図8に示すように、変形部313の幅方向中央部には、内側に向けて突出する凸条部313aが全周にわたって形成されている(二点鎖線)。   A portion of the thin plate 315 covering the gap 314 constitutes a substantially annular deformed portion 313 having flexibility. As shown in FIG. 8, a convex strip 313 a that protrudes inward is formed at the center in the width direction of the deformable portion 313 (two-dot chain line).

外側剛性部311のZ方向の両側の端縁は端板部32に一体化した状態に形成されている。すなわち上下一対の端板部32に両側の外側剛性部311が一体成形されており、外側剛性部311に薄板315を介して内側剛性部312が接合されて、筐体30が構成されている。内側剛性部312は、熱電変換モジュール4を覆う大きさを有し、熱電変換モジュール4の片面全面に当接した状態となっている。   Edges on both sides in the Z direction of the outer rigid portion 311 are formed so as to be integrated with the end plate portion 32. That is, the outer rigid portion 311 on both sides is integrally formed with the pair of upper and lower end plate portions 32, and the inner rigid portion 312 is joined to the outer rigid portion 311 via the thin plate 315 to constitute the housing 30. The inner rigid portion 312 has a size that covers the thermoelectric conversion module 4 and is in contact with the entire surface of one side of the thermoelectric conversion module 4.

密閉容器3の上側の端板部32には複数の減圧封止口321が設けられており、これら減圧封止口321を利用して密閉容器3内の内部空間3aは減圧される。密閉容器3内が減圧されると、可撓性を有する変形部313は図8の実線に示すように凸条部313aが内側にさらに突出するように変形する。   A plurality of decompression sealing ports 321 are provided in the upper end plate portion 32 of the sealed container 3, and the internal space 3 a in the sealed container 3 is decompressed using these decompression sealing ports 321. When the inside of the hermetic container 3 is depressurized, the deformable portion 313 having flexibility is deformed so that the protruding strip portion 313a further protrudes inward as shown by a solid line in FIG.

各密閉容器3の筐体30のX方向両端面には、図5および図6に示すように外側カバー33が接合され、本装置1のX方向両側が、この外側カバー33で覆われている。これにより、外側カバー33と密閉容器3の端部との間に気密空間39が形成され、気密空間39によって各密閉容器3どうしが連通している。各流通管35のX方向両端部は各筐体30から突出しており、この突出端部は、外側カバー33に形成された流通管挿入孔331を貫通して外部に突出している。なお、図1および図2の装置全体図では、密閉容器3内や中間冷却部5Aを示すために、外側カバー33を図示していない。   As shown in FIGS. 5 and 6, outer covers 33 are joined to both end surfaces of the casing 30 of each sealed container 3 in the X direction, and both sides of the apparatus 1 in the X direction are covered with the outer covers 33. . As a result, an airtight space 39 is formed between the outer cover 33 and the end of the sealed container 3, and the sealed containers 3 communicate with each other through the airtight space 39. Both end portions in the X direction of each flow pipe 35 protrude from each housing 30, and the protruding end portions pass through flow pipe insertion holes 331 formed in the outer cover 33 and protrude to the outside. 1 and 2 do not show the outer cover 33 in order to show the inside of the hermetic container 3 and the intermediate cooling part 5A.

本実施形態においては、図8に示すように、熱電変換モジュール4の内側に加熱部35Aが配設され、熱電変換モジュール4の外側に冷却部5A,5Bが配設されている。加熱部35Aの流通管35内の加熱流路351内には、加熱流体Hが一方向(この場合、左から右)に流されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the heating unit 35 </ b> A is disposed inside the thermoelectric conversion module 4, and the cooling units 5 </ b> A and 5 </ b> B are disposed outside the thermoelectric conversion module 4. A heating fluid H is allowed to flow in one direction (in this case, from left to right) in the heating channel 351 in the flow pipe 35 of the heating unit 35A.

図6および図8に示すように、下流側の各気密空間39には、各熱電変換モジュール4から引き出されたリード線46が配線されている。これらリード線46のうち、中間冷却部5Aの両側のリード線46は気密空間39内で接続されている。また、端部冷却部5B側のリード線46は、密閉容器3の筐体30を構成する可動板部31の外側剛性部311を貫通し、さらに、端部冷却部5Bを貫通して装置外に引き出されている(図参照)。中間冷却部5Aおよび端部冷却部5Bについては後で詳細に説明する。なお、リード線46のうち端部冷却部5Bを通って装置外に引き出す部分には例えば気密電極が用いられる。したがって、本装置1では、内部の複数の熱電変換モジュール4が直列に接続され、+・−の2本の外部リード線46が装置外に引き出されており、これらリード線46から電気が取り出されるようになっている。図1および図2に示すように、リード線46はこれら図で流通管35の上端部に対応する位置において熱電変換モジュール4から引き出され、配線されている。 As shown in FIGS. 6 and 8, lead wires 46 led out from the thermoelectric conversion modules 4 are wired in the airtight spaces 39 on the downstream side. Among these lead wires 46, the lead wires 46 on both sides of the intermediate cooling portion 5 </ b> A are connected in an airtight space 39. Further, the lead wire 46 on the end cooling part 5B side penetrates the outer rigid part 311 of the movable plate part 31 constituting the casing 30 of the sealed container 3 , and further penetrates the end cooling part 5B to outside the apparatus. (See FIG. 8 ). The intermediate cooling unit 5A and the end cooling unit 5B will be described in detail later. For example, an airtight electrode is used for a portion of the lead wire 46 that is drawn out of the apparatus through the end cooling portion 5B. Therefore, in this apparatus 1, a plurality of internal thermoelectric conversion modules 4 are connected in series, and two external lead wires 46 of + and − are drawn out of the apparatus, and electricity is taken out from these lead wires 46. It is like that. As shown in FIGS. 1 and 2, the lead wire 46 is drawn from the thermoelectric conversion module 4 and wired at a position corresponding to the upper end portion of the flow pipe 35 in these drawings.

密閉容器3は、減圧封止口321から内部の空気を吸引して密閉容器3内の内部空間3aを所定圧力(例えば1〜100Pa)に減圧し、減圧封止口321を溶接するなどして気密的に封止した状態とされる。密閉容器3内が減圧されると、可動板部31の可撓性を有する変形部313は、図8の実線に示すように凸条部313aが内側にさらに突出するように変形し、これにより内側剛性部312は熱電変換モジュール4に均一に密着した状態となる。   The sealed container 3 sucks the internal air from the decompression sealing port 321 to decompress the internal space 3a in the sealed container 3 to a predetermined pressure (for example, 1 to 100 Pa), and welds the decompression sealing port 321. It will be in the state sealed airtightly. When the inside of the sealed container 3 is depressurized, the deformable portion 313 having flexibility of the movable plate portion 31 is deformed so that the protruding portion 313a further protrudes inward as shown by the solid line in FIG. The inner rigid portion 312 is in close contact with the thermoelectric conversion module 4.

[3]冷却部
中間冷却部5Aおよび端部冷却部5Bは、それぞれ冷却ケース53A,53Bを備えている。中間冷却部5Aの冷却ケース53Aは、可動板部31の外側剛性部311の周縁に沿った枠状に形成されており、隣接する外側剛性部311の間に挟まれ、これら外側剛性部311の外面周縁部に接合されている。すなわち本装置1においては、隣接する筐体30は、隣接する外側剛性部311どうしが冷却ケース53Aを介して接合された状態となっている。冷却ケース53Aと、冷却ケース53Aを挟む両側の可動板部31とで囲まれた中間冷却部5Aの内部には、冷却水の流路となって可動板部31を冷却する冷却ジャケット53aが形成されている。
[3] Cooling unit The intermediate cooling unit 5A and the end cooling unit 5B include cooling cases 53A and 53B, respectively. The cooling case 53A of the intermediate cooling part 5A is formed in a frame shape along the periphery of the outer rigid part 311 of the movable plate part 31, and is sandwiched between adjacent outer rigid parts 311. It is joined to the outer peripheral edge. That is, in the present apparatus 1, the adjacent casings 30 are in a state where the adjacent outer rigid portions 311 are joined together via the cooling case 53A. A cooling jacket 53a is formed inside the intermediate cooling part 5A surrounded by the cooling case 53A and the movable plate parts 31 on both sides sandwiching the cooling case 53A to cool the movable plate part 31 as a cooling water flow path. Has been.

一方、端部冷却部5Bの冷却ケース53Bは、端部の可動板部31を覆う蓋状に形成されており、片面側に形成された浅い凹所を可動板部31側に向けて、端縁が外側剛性部311の外面周縁部に接合されている。冷却ケース53Bの内面と可動板部31とで囲まれた端部冷却部5Bの内部には、冷却水が供給されて可動板部31を冷却する冷却ジャケット53bが形成されている。   On the other hand, the cooling case 53B of the end cooling unit 5B is formed in a lid shape that covers the movable plate 31 at the end, and the shallow recess formed on one side is directed toward the movable plate 31 to end the cooling plate 53B. The edge is joined to the outer peripheral edge of the outer rigid portion 311. A cooling jacket 53 b that is supplied with cooling water to cool the movable plate portion 31 is formed in the end cooling portion 5 </ b> B surrounded by the inner surface of the cooling case 53 </ b> B and the movable plate portion 31.

中間冷却部5Aおよび端部冷却部5Bの各冷却ケース53A,53Bの、下端面には冷却水供給口51が、また、上端面には冷却水排水口52が、それぞれ形成されている。冷却水供給口51および冷却水排水口52はX方向の中央に形成されており、冷却水供給口51および冷却水排水口52には、それぞれ図示せぬ冷却水供給管および排水管が接続される。   In each of the cooling cases 53A and 53B of the intermediate cooling unit 5A and the end cooling unit 5B, a cooling water supply port 51 is formed at the lower end surface, and a cooling water drain port 52 is formed at the upper end surface. The cooling water supply port 51 and the cooling water drain port 52 are formed in the center in the X direction, and a cooling water supply pipe and a drain pipe (not shown) are connected to the cooling water supply port 51 and the cooling water drain port 52, respectively. The

中間冷却部5Aおよび端部冷却部5Bの冷却ジャケット53a,53b内には、可動板部31の内側剛性部312と熱電変換モジュール4に当接するフィン7が複数設けられている。   A plurality of fins 7 that contact the inner rigid portion 312 of the movable plate portion 31 and the thermoelectric conversion module 4 are provided in the cooling jackets 53a and 53b of the intermediate cooling portion 5A and the end cooling portion 5B.

[4]発電装置の作用
上記構成からなる発電装置1では、各冷却ジャケット53a,53b内に冷却水を供給して流通させ、密閉容器3の可動板部31を冷却する。一方、各流通管35の加熱流路351に、一端側から他端側に向けて高温の加熱流体Hを流して流通管35を加熱する。冷却された可動板部31の温度は熱電変換モジュール4の外面側に伝わり、熱電変換モジュール4の外面側が冷却され、一方、加熱された流通管35の内板部36の温度は熱電変換モジュール4の内面側に伝わり、熱電変換モジュール4の内面側が加熱される。加熱流体Hは加熱流路351を流れることで拡散せず、流通管35の内板部36が効率よく加熱される。
[4] Action of Power Generation Device In the power generation device 1 having the above-described configuration, cooling water is supplied and circulated in the cooling jackets 53a and 53b, and the movable plate portion 31 of the hermetic container 3 is cooled. On the other hand, a high-temperature heating fluid H is flowed from one end side to the other end side through the heating flow path 351 of each flow pipe 35 to heat the flow pipe 35. The temperature of the cooled movable plate portion 31 is transmitted to the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4, and the outer surface side of the thermoelectric conversion module 4 is cooled, while the temperature of the inner plate portion 36 of the heated flow pipe 35 is heated. The inner surface side of the thermoelectric conversion module 4 is heated. The heating fluid H does not diffuse by flowing through the heating flow path 351, and the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 is efficiently heated.

本実施形態では、筐体30の可動板部31が冷却側の板部材となり、流通管35の内板部36が加熱側の板部材を構成する。このようにして熱電変換モジュール4の外面側と内面側に温度差が与えられることで、熱電変換モジュール4は発電し、外部リード線46から電気が取り出される。   In the present embodiment, the movable plate portion 31 of the housing 30 serves as a cooling-side plate member, and the inner plate portion 36 of the flow pipe 35 constitutes a heating-side plate member. In this way, a temperature difference is given between the outer surface side and the inner surface side of the thermoelectric conversion module 4, whereby the thermoelectric conversion module 4 generates power and electricity is taken out from the external lead wire 46.

本実施形態の発電装置1は、例えば工場やゴミ焼却炉で発生する排熱ガスや、自動車の排気ガスなどが、上記加熱流体Hとして利用される。   In the power generation apparatus 1 of this embodiment, for example, exhaust heat gas generated in a factory or a garbage incinerator, automobile exhaust gas, or the like is used as the heating fluid H.

[5]一実施形態の作用効果
上記一実施形態の発電装置1によれば、端部冷却部5B側のリード線46が端部冷却部5Bを貫通して装置外に引き出されているから、リード線46は端部冷却部5Bで冷却される。したがって、リード線46の劣化を抑制することができる。たとえば、上記実施形態の発電装置1が自動車に適用される場合には、図5に示す流通管35の正面のほぼ全域を覆うカバーが取り付けられ、カバーにはマフラーが取り付けられる。この場合、リード線46はカバーから離れた箇所で端部冷却部5Bで冷却されるから、カバー内を流通する排気ガスの熱の影響があっても問題とならない。
[5] Advantageous Effects of One Embodiment According to the power generation device 1 of the above-described embodiment, the lead wire 46 on the end cooling unit 5B side passes through the end cooling unit 5B and is drawn out of the device. The lead wire 46 is cooled by the end cooling portion 5B. Therefore, deterioration of the lead wire 46 can be suppressed. For example, when the power generator 1 of the above embodiment is applied to an automobile, a cover that covers almost the entire front surface of the flow pipe 35 shown in FIG. 5 is attached, and a muffler is attached to the cover. In this case, since the lead wire 46 is cooled by the end cooling portion 5B at a position away from the cover, there is no problem even if there is an influence of the heat of the exhaust gas flowing through the cover.

また、本実施形態では、下流側の気密空間39内にリード線46が配線されているため、下流側の加熱流体Hは上流側よりも温度が低下しており、したがってリード線46への温度の影響をより低減させることができ、劣化を抑える点でより有効となっている。   In this embodiment, since the lead wire 46 is wired in the airtight space 39 on the downstream side, the temperature of the heating fluid H on the downstream side is lower than that on the upstream side. This is more effective in that it can reduce the influence of the above and suppress deterioration.

また、熱電変換モジュール4およびリード線46は減圧される密閉容器3および気密空間39内に収容されているため、熱電変換モジュール4およびリード線46は酸化されにくく劣化が抑えられる。   Moreover, since the thermoelectric conversion module 4 and the lead wire 46 are accommodated in the sealed container 3 and the airtight space 39 to be depressurized, the thermoelectric conversion module 4 and the lead wire 46 are hardly oxidized and deterioration is suppressed.

上記実施形態では、熱電変換モジュール4どうしのリード線46の結線が気密空間39内で行われているので、外部に取り出すリード線46は+・−の2本で済む。よって、高価な気密電極の使用が2つで済み、発電装置1の製造コストを低減することができる。   In the above-described embodiment, since the lead wires 46 between the thermoelectric conversion modules 4 are connected in the airtight space 39, the lead wires 46 to be taken out to the outside need only be two, + and-. Therefore, only two expensive airtight electrodes need be used, and the manufacturing cost of the power generator 1 can be reduced.

1…熱電変換式発電装置
3…密閉容器
4…熱電変換モジュール
35A…加熱部
351…加熱流路
39…気密空間
46…リード線(電気導線)
5A,5B…冷却部
H…加熱流体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric conversion type generator 3 ... Sealed container 4 ... Thermoelectric conversion module 35A ... Heating part 351 ... Heating flow path 39 ... Airtight space 46 ... Lead wire (electrical conductor)
5A, 5B ... Cooling part H ... Heated fluid

Claims (3)

熱電変換モジュールの両側に加熱部および冷却部がそれぞれ配設され、これら加熱部および冷却部によって熱電変換モジュールに温度差が与えられることで発電する熱電変換式発電装置において、
前記熱電変換モジュールは、該熱電変換モジュールに対向配置される前記冷却部側の板部を備えた密閉容器内に収容されるとともに電気導線が配線され、
前記加熱部は加熱流体が流される加熱流路を有し、
前記冷却部は、前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部に面する冷却媒体流路である冷却ジャケットを有し、
前記電気導線は、前記加熱流路の側方において前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部および前記冷却部の前記冷却ジャケットを貫通して外部に取り出されていることを特徴とする熱電変換式発電装置。
In the thermoelectric conversion power generator that generates power when a heating unit and a cooling unit are respectively disposed on both sides of the thermoelectric conversion module and a temperature difference is given to the thermoelectric conversion module by the heating unit and the cooling unit.
The thermoelectric conversion module is housed in an airtight container provided with a plate portion on the cooling portion side disposed opposite to the thermoelectric conversion module, and an electrical conductor is wired therein,
The heating unit has a heating channel through which a heating fluid flows,
The cooling section has a cooling jacket that is a cooling medium flow path facing the plate section on the cooling section side of the sealed container,
The thermoelectric conversion is characterized in that the electric conducting wire passes through the plate part on the cooling part side of the hermetic container and the cooling jacket of the cooling part on the side of the heating channel and is taken out to the outside. Power generator.
前記電気導線は、前記加熱流路の側方であって前記加熱流路の下流側の端部の位置から前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部と前記冷却部の前記冷却ジャケットを貫通して外部に取り出されていることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換式発電装置。 The electric conducting wire penetrates the plate part on the cooling part side of the hermetic container and the cooling jacket of the cooling part from the position of the end part on the side of the heating flow path and on the downstream side of the heating flow path. The thermoelectric power generation device according to claim 1, wherein the thermoelectric power generation device is taken out to the outside. 前記密閉容器の前記冷却部側の前記板部は、少なくとも一部に可撓性を有する変形部を備え、前記密閉容器内の減圧による該変形部の変形作用で該板部が前記熱電変換モジュールに密着していることを特徴とする請求項1または2に記載の熱電変換式発電装置。 The plate portion on the cooling portion side of the sealed container includes a deformable portion having flexibility at least in part, and the plate portion is deformed by the reduced pressure in the sealed container so that the plate portion is the thermoelectric conversion module. The thermoelectric conversion power generation device according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion power generation device is in close contact with the thermoelectric conversion power generation device.
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