JP7101677B2 - 熱回収装置及び熱回収システム - Google Patents

Description

本発明は熱回収装置及び熱回収システムに関する。とりわけ、本発明は、燃焼機関又は燃焼装置の排気ラインに設置される熱回収装置及び熱回収システムに関する。

近年、自動車の燃費改善が求められている。特に、エンジン始動時などのエンジンが冷えている時の燃費悪化を防ぐため、冷却水、エンジンオイル、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）等を早期に暖めて、フリクション（摩擦）損失を低減するシステムが期待されている。また、排気浄化用触媒を早期に活性化するために触媒を加熱するシステムが期待されている。

このようなシステムとして、例えば、熱交換器がある。熱交換器は、内部に第一の流体を流通させ、外部に第二の流体を流通させることにより熱交換を行う部品（熱交換部品）を含む装置である。このような熱交換器では、高温の流体（例えば、排気）から低温の流体（例えば、冷却水）へ熱交換することにより熱を有効利用することができる。

例えば、特許文献１には、自動車分野で排気から排熱を回収し、自動車の燃費向上を狙った熱交換部材が開示されている。特許文献１には、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造体によって形成された第一流体流通部と、ハニカム構造体を内部に含むケーシングによって形成され、ケーシングに第二の流体の入口及び出口が形成されており、第二の流体がハニカム構造体の外周面上を流通することにより、第一の流体から熱を受け取るための第二流体流通部とを備える熱交換器が記載されている。

また、自動車の排気に含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収し、バッテリーに充電したり、電装品を駆動したりする電力として有効活用することで燃費改善する技術も知られている。

例えば、特許文献２には、熱源から放出される気体の熱を利用した熱電変換によって発電を行う熱電変換素子を備え、気体の熱を回収する排熱回収装置が記載されている。当該排熱回収装置は、熱源から放出される気体が流通し、断面周状の気体流路を形成する流体管を有し、流体管に熱電変換素子を固定する固定部材と、流体管の方向に熱電変換素子を押し付ける押圧部材とが設けられており、押圧部材は、気体流路を流通する気体の温度が高くなるにつれて、熱電変換素子を流体管に押し付ける押圧力が低下するように構成されている。また、非特許文献１においても、同種の排熱回収装置が記載されている。

国際公開第２０１１／０７１１６１号 特開２００５－２１０７８２号公報

K.M.SAQR, M.K.MANSOUR and M.N.MUSA, "THERMAL DESIGN OF AUTOMOBILE EXHAUST BASED THERMOELECTRIC GENERATORS: OBJECTIVES AND CHALLENGES", International Journal of Automotive Technology, Vol.9, No.2, pp.155-160 (2008)

特許文献１に記載の熱交換器は熱交換機能しかないため、排熱を有効利用するという観点からは改善の余地が残されている。また、特許文献２や非特許文献１には、熱電変換素子を利用して自動車排気からの排熱を電気エネルギーに変換する排熱回収装置が記載されているものの、冷却水の流路が熱電変換素子毎に個別に設けられているなど構造が複雑であり、製造コストを押し上げる要因となっていた。

また、特許文献２には、排気温度が高すぎる場合に熱電変換素子が損傷することを防止するために、熱電変換素子を流体管に押し付ける押圧力が低下するように構成することが記載されているものの、熱膨張を利用した押圧力では面圧にそれほど大きな変化は期待できず、どの程度の損傷防止効果が得られるのか疑問である。また、特許文献２にはコンプレッサから膨張収縮部材に空気を導入し、押圧部材による熱電変換素子への押圧力を制御することも記載されているが装置構造が複雑となり、生産コストや運転コストも高くなる。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、排熱を有効利用する能力に優れたシンプルな熱回収装置を提供することを課題の一つとする。

上述の課題を解決するため、本発明者は以下の熱回収装置及び熱回収システムを発明した。

本発明は一側面において、
一つ以上の平面状の外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、第一の底面から第二の底面まで貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造体；
該一つ以上の平面状の外周側面上に対面配置された一つ又は複数の熱電変換モジュール；
該一つ又は複数の熱電変換モジュールを含めて該ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する筒状部材；及び
該筒状部材を周回被覆するケーシング；
を備え、
該複数の隔壁はセラミックスを主成分として構成されており、
該ケーシングは、第一の流体よりも温度の低い第二の流体の流入口及び流出口を有し、該ケーシングの内側面と該筒状部材の外側面の間には、該筒状部材を周回するように、第二の流体の流路が形成されている、
熱回収装置である。

本発明に係る熱回収装置の一実施形態においては、前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記筒状部材の間に配置される伝熱部材を備える。

本発明に係る熱回収装置の別の一実施形態においては、前記筒状部材の内周側面が前記伝熱部材の外周側面に嵌合固定されている。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記伝熱部材の外周側面は全体として円筒面を形成している。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記伝熱部材の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質が介在する。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記外周側壁の外周側面の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質が介在する。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記ハニカム構造体が、第一の底面の中央部から第二の底面の中央部に貫通して第一の流体の流路を形成する中空部を有し、該中空部の外周側に前記複数のセルを有する。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記ハニカム構造体を通過する第一の流体の経路を、前記中空部を通過する経路と、前記複数のセルを通過する経路とに分岐する分岐路を備える。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記中空部を通過する第一の流体と前記複数のセルを通過する第一の流体との流量比を調整可能な機構を有する。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、
中空部入口の上流側から中空部出口付近まで延びる誘導管と、
中空部出口付近に設置されたバッフル板と、
バッフル板よりも上流側の中空部出口付近に設けられ、第一の流体を誘導管の外周側に案内するための第一導入口と、
ハニカム構造体の内周壁及び誘導管の外側面の間に形成され、第一導入口に連通する折り返し流路と、
第一の底面側にある複数のセルの入口に折り返し流路を連通する第二導入口と、
を備える。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、第一の流体が燃焼機関又は燃焼装置からの排気である。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、第一の流体が自動車のエンジンからの排気である。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、第二の流体が前記エンジンと前記熱回収装置の間を循環する冷却水である。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記筒状部材は、ケーシングの外周側から挿入された一つ又は複数のねじによって、或いは、前記ケーシングと前記筒状部材の間に介装された一つ又は複数のばねによって押圧されている。

本発明に係る熱回収装置の更に別の一実施形態においては、前記筒状部材は、前記一つ又は複数の熱電変換モジュールを含めて前記ハニカム構造体の外周側面を、帯状部材で巻き締めることにより形成されている。

本発明は別の一側面において、
第一の流体の一方向経路と、
第一の流体よりも温度の低い第二の流体の循環経路と、
第一の流体の前記経路及び第二の流体の前記経路の途中に配置された本発明に係る熱回収装置と、
該熱回収装置で生成した電気を蓄えるバッテリーと、

を備えた熱回収システムである。

本発明に係る熱回収システムの一実施形態においては、第二の流体の前記経路の途中に配置され、前記熱回収装置の第二の流体の流出口から流出する第二の流体から熱を受け取る装置をさらに備える。

本発明に係る熱回収システムの別の一実施形態においては、第二の流体から熱を受け取る装置はラジエータである。

本発明に係る熱回収システムの更に別の一実施形態においては、第二の流体がエンジンの冷却水であり、第二の流体から熱を受け取る装置はエンジンである。

本発明に係る熱回収システムの更に別の一実施形態においては、第一の流体の前記経路がエンジンからの排気経路であり、該排気経路の途中であって前記熱回収装置の上流側に、触媒を用いた排気浄化装置が設置される。

本発明に係る熱回収装置は、熱交換機能に加えて熱電変換機能を有しており、排熱を有効利用する能力が優れている。また、本発明に係る熱回収装置は、構造がシンプルであるため製造が容易であり、製造コストの低減に貢献できる。よって、例えば本発明に係る熱回収装置を自動車の排気ラインに設置することで、排熱の有効利用が推進されるので、自動車の環境性能を高めることができる。

本発明の第一実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための図である。 本発明の第一実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から観察したときのねじの配列を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に平行な方向から観察したときのねじの配列を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る熱回収装置を、ねじに替えてばねを使用したときに、軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から観察したときの模式図である。 熱電変換モジュールと押圧点の関係を模式的に示す。 本発明の第四実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に平行な方向から観察したときの構造を説明するための図である。 本発明の第四実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から観察したときの構造を説明するための図である。 本発明の第五実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための図である。 本発明の第五実施形態に係る熱回収装置について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造を説明するための図である。 ハニカム構造体について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造例を説明するための図である。 ハニカム構造体について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の別の構造例を説明するための図である。 ハニカム構造体について、軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の更に別の構造例を説明するための図である。 本発明に係る熱回収システムの構成例を示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

＜１ 熱回収装置＞
図１－１には、本発明の第一実施形態に係る熱回収装置（１００）について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造が示されている。図１－２には、本発明の第一実施形態に係る熱回収装置（１００）を、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から見たときの断面（Ａ－Ａ線断面）の構造が示されている。
図２－１には、本発明の第二実施形態に係る熱回収装置（２００）について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造が示されている。図２－２には、本発明の第二実施形態に係る熱回収装置（２００）を、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から見たときの断面（Ａ－Ａ線断面）の構造が示されている。
なお、図中の二点鎖線は第二の流体の流入口（５１）及び入口導管（５２）の想像線である。

第一実施形態に係る熱回収装置（１００）及び第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、一つ以上の平面状の外周側面を有する外周側壁（１４）と、外周側壁（１４）の内側に配設され、第一の底面（１１）から第二の底面（１２）まで貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセル（１３１）を区画形成するセラミックスを主成分とする複数の隔壁（１３２）と、を有する柱状ハニカム構造体（１０）を備える。
また、第一実施形態に係る熱回収装置（１００）及び第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、該ハニカム構造体（１０）の外周側面上に対面配置された一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）を備える。
また、第一実施形態に係る熱回収装置（１００）及び第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、該一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）を含めて該ハニカム構造体（１０）の外周側面を周回被覆する筒状部材（３２）を備える。
また、第一実施形態に係る熱回収装置（１００）及び第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、該筒状部材（３２）を周回被覆するケーシング（４１）を備える。

（１－１ ハニカム構造体）
ハニカム構造体（１０）は柱状であり、一つ以上の平面状の外周側面を有する外周側壁（１４）と、外周側壁（１４）の内側に配設され、第一の底面（１１）から第二の底面（１２）まで貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセル（１３１）を区画形成するセラミックスを主成分とする複数の隔壁（１３２）と、を有する。このように構成されていることにより、ハニカム構造体（１０）のセル（１３１）を流通する第一の流体の熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。第一の流体は、第一の底面（１１）から第二の底面（１２）に向かって、すなわち、図１－１及び図２－１では矢印の方向（紙面の左側から右側に向かう方向）に、図１－２及び図２－２では紙面の手前から奥に向かう方向に流れることができる。第一の流体には、特に制限はなく、種々の液体及び気体が利用できるが、例えば、熱回収装置が燃焼機関又は燃焼装置の排気ラインに設置される場合には排気とすることができる。特に、熱回収装置が自動車の排気ラインに設置される場合には、第一の流体はエンジンからの排気とすることができる。

ハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）は、一つ以上の平面状の外周側面を有する。熱電変換モジュール（２１）は平板状であることが多いところ、ハニカム構造体（１０）が平面状の外周側面を有することによって、熱電変換モジュール（２１）を容易に対面設置することができる。対面設置により伝熱効率の向上が期待できる。熱電変換モジュール（２１）を多数設置可能にするという観点からは、ハニカム構造体（１０）の外周側壁は、複数の平面状の外周側面を有することが好ましく、三つ以上の平面状の外周側面を有することが好ましい。ハニカム構造体（１０）は、製造性及び熱回収効率の観点から、角柱状であることが好ましい。この場合、外周側壁（１４）が有する三つ以上の外周側面はすべて平面状である。

ハニカム構造体（１０）からの熱の利用効率を高めるため、熱電変換モジュール（２１）の一方の主表面（高温側面）の全体が外周側壁（１４）の外周側面と直接又は間接的に接触していることが好ましい。熱電変換モジュール（２１）の一方の主表面（高温側面）の全体が外周側壁（１４）の外周側面と間接的に接触している場合は、熱電変換モジュールの一方の主表面（高温側面）が、外周側壁の外周側面に配置された両者間の接触熱抵抗を低減する物質を介して接触していることが好ましい。

角柱としては、限定的ではないが、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、七角柱、八角柱又はその他の角柱が挙げられ、組み立てを容易にするためには、対向する外周側面同士が平行であることが好ましく、外周側面の数が偶数（四角、六角、八角、・・・）であることが好ましい。角柱は直角柱であるのが典型的である。各外周側面に対して熱電変換モジュールの接触状態（押し付け圧等）を均等にしやすくするためには、角柱の輪郭は対称的であることが好ましく、ハニカム構造体（１０）の外形は両底面が正多角形の直角柱であることが好ましい。第一実施形態及び第二実施形態においては、ハニカム構造体の外形は正八角柱状である。

外周側壁（１４）の外周側面は、ハニカム構造体（１０）の外形に応じて決定される。ハニカム構造体（１０）の外形が角柱である場合は、外周側壁（１４）の外周側面は、セルの延びる方向に直交する方向から断面観察したときに、多角形となる。一方、外周側壁（１４）の内周側面の形状は特に制限はない。一実施形態において、セルの延びる方向に直交する方向から断面観察したときに、外周側壁（１４）の内周側面は、外周側壁（１４）の外周側面に対応した多角形状とすることができる。図６－１においては、セルの延びる方向に直交する方向からハニカム構造体（１０）を断面観察したときに、外周側壁（１４）の外周側面は正六角形であり、外周側壁（１４）の内周側面も正六角形である。別の一実施形態において、外周側壁（１４）の内周側面の形状は、外周側壁の外周側面に対応させないことも可能である。図６－２及び図６－３においては、セルの延びる方向に直交する方向からハニカム構造体（１０）を断面観察したときに、外周側壁（１４）の外周側面は正八角形であるが、外周側壁（１４）の内周側面は円形である。

ハニカム構造体（１０）は一実施形態において、セルの延びる方向に直交する方向から断面観察したときに、外周側壁（１４）の内周側面よりも内側に位置する全領域が、複数のセル（１３１）によって構成されていてもよい（例：図６－１、図６－２）。このような実施形態によれば、伝熱のための隔壁の数が多くなり、第一の流体からの熱の回収効率を高めることが可能となる。

また、ハニカム構造体（１０）は別の一実施形態において、セルの延びる方向に直交する方向から断面観察したときに、第一の底面（１１）の中央部から第二の底面（１２）の中央部に貫通して第一の流体の流路を形成する中空部（１５）を有し、該中空部（１５）の外周側に複数のセル（１３１）が配置されていてもよい（例：図６－３）。中空部（１５）を通過する第一の流体からの熱の回収効率が複数のセル（１３１）を通過する第一の流体からの熱の回収効率に比べて低いことを考慮し、想定される第一の流体の温度に応じて、中空部（１５）の大きさ（断面積）を決定することができる。

また、中空部を通過する第一の流体と複数のセルを通過する第一の流体との流量比を変化させることができるように、熱回収装置を構成してもよい。これにより、例えば、第一の流体の温度が高すぎたり、流量が増加して圧力損失が大きくなったりする場合には、熱電変換モジュールの損傷を防止するために、中空部を通過する第一の流体の流量比を高くして、熱電変換モジュールへの伝熱量を低減することができる。複数のセルを通過する第一の流体の流量を０とし、第一の流体が中空部のみを通過するような流量比に変化させることができるように構成してもよい。逆に、第一の流体の流量が少なく熱回収を促進したい時には、複数のセルを通過する第一の流体の流量比を高くして、熱電変換モジュールへの伝熱量を増加することもできる。中空部を通過する第一の流体の流量を０とし、第一の流体が複数のセルのみを通過するような流量比に変化させることができるように構成してもよい。

例えば第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、ハニカム構造体（１０）に流入する第一の流体の経路（６０）を、中空部（１５）を通過する経路（６４）と、複数のセル（１３１）を通過する経路（６３）とに分岐する分岐路（６２）を備える。図２－１に示す第二実施形態に係る熱回収装置（２００）においては、第一の流体の経路（６０）を構成する配管に設置された複数の貫通孔が分岐路（６２）を形成する。そして、第二実施形態に係る熱回収装置（２００）は、中空部（１５）を通過する第一の流体と複数のセル（１３１）を通過する第一の流体との流量比を調整可能な機構を有する。

流量比の調整機構としては特に制限はないが、ハニカム構造体（１０）の第一の底面（１１）の上流側又は第二の底面（１２）の下流側であって、中空部（１５）を通過する経路（６４）及び複数のセル（１３１）を通過する経路（６３）の一方又は両方の途中に、流量制御弁（６１）を設置する方法が挙げられる。流量制御弁（６１）は公知の任意の構造とすることができるが、例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ等が挙げられる。流量制御弁（６１）は手動開閉でもよいが、空気式又は電動式のアクチュエータ等によって自動開閉させることも可能である。また、温度よる材料（ワックス等）の体積変化を利用したアクチュエータ（サーモアクチュエータ、サーモスタット等）を利用して開閉させてもよい。図２－１に示す第二実施形態に係る熱回収装置（２００）においては、第二の底面（１２）の下流側であって、中空部（１５）を通過する経路（６４）の途中にバタフライバルブ（６１）が設置されている。

中空部（１５）を流れる第一の流体と、複数のセル（１３１）を流れる第一の流体が相互に行き来しないように、両者間を気密性の壁（６６）で仕切ることができる。これにより、例えば中空部（１５）を流れる第一の流体から複数のセル（１３１）を介して熱電変換モジュール（２１）に伝わる熱量を低減することができる。

中空部（１５）及び複数のセル（１３１）から流出した第一の流体は、ハニカム構造体（１０）の第二の底面（１２）の下流で合流させてもよい。合流した第一の流体は、同一の排出口から排出される。

ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるセル形状は、特に制限はない。円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、又はその他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。図６－１及び図６－２に示す実施形態においては、セル（１３１）の断面形状は四角形である。図６－３に示す実施形態においては、セル（１３１）は内周側の円弧状隔壁と、外周側の円弧状隔壁と、径方向に延びた二つ隔壁とによって囲まれた形状を有する。

ハニカム構造体の隔壁は、セラミックスを主成分とするものである。「セラミックスを主成分とする」とは、隔壁の全質量に占めるセラミックスの質量比率が５０質量％以上であることをいう。

隔壁の気孔率は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることが更に好ましく、３％以下であることが特に好ましい。隔壁の気孔率は０％とすることもできる。隔壁の気孔率を１０％以下とすることにより、熱伝導率を向上させることができる。

隔壁は、熱伝導性が高いＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含むことが好ましい。「ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含む」とは、隔壁の全質量に占めるＳｉＣ（炭化珪素）の質量比率が５０質量％以上であることを意味する。

さらに具体的には、ハニカム構造体の材料として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＳｉＣ等を採用することができる。

ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるセル密度（即ち、単位面積当たりのセルの数）については特に制限はない。セル密度は、適宜設計すればよいが、４～３２０セル／ｃｍ²の範囲であることが好ましい。セル密度を４セル／ｃｍ²以上とすることにより、隔壁の強度、ひいてはハニカム構造体自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分なものとすることができる。また、セル密度を３２０セル／ｃｍ²以下とすることにより、第一の流体が流れる際の圧力損失が大きくなることを防止することができる。

ハニカム構造体のアイソスタティック強度は、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上が更に好ましい。ハニカム構造体のアイソスタティック強度が、１ＭＰａ以上であると、ハニカム構造体の耐久性を十分なものとすることができる。なお、ハニカム構造体のアイソスタティック強度の上限値は、１００ＭＰａ程度である。ハニカム構造体のアイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ５０５－８７に規定されているアイソスタティック破壊強度の測定方法に準じて測定することができる。

セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体の直径は、２０～２００ｍｍであることが好ましく、３０～１００ｍｍであることが好ましい。このような直径とすることにより、熱回収効率を向上させることができる。本明細書においては、セルの延びる方向に直交する断面から観察したときのハニカム構造体の外周側面に内接する最大内接円の直径を、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体の直径とする。

ハニカム構造体のセルの隔壁の厚さについても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。隔壁の厚さは、０．１～１ｍｍとすることが好ましく、０．２～０．６ｍｍとすることが更に好ましい。隔壁の厚さを０．１ｍｍ以上とすることにより、機械的強度を十分なものとし、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、隔壁の厚さを１ｍｍ以下とすることにより、第一の流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体が透過する熱回収効率が低下したりするといった不具合を防止することができる。

隔壁の密度は、０．５～５ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。隔壁の密度を０．５ｇ／ｃｍ³以上とすることにより、隔壁を十分な強度とし、第一の流体が流路内（セル内）を通り抜ける際の抵抗により隔壁が破損することを防止することができる。また、隔壁の密度を５ｇ／ｃｍ³以下とすることにより、ハニカム構造体を軽量化することができる。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体を強固なものとすることができ、熱伝導率を向上させる効果も得られる。なお、隔壁の密度は、アルキメデス法により測定した値である。

ハニカム構造体の熱伝導率は、２５℃において、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００～３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが更に好ましく、１２０～３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが特に好ましい。ハニカム構造体の熱伝導率を、このような範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率よくハニカム構造体内の熱を、熱電変換モジュールに伝達することができる。なお、熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１－１９９７）により測定した値である。

ハニカム構造体のセルに、第一の流体としてエンジンからの排気を流す場合、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させることが好ましい。隔壁に触媒を担持させると、排気中のＣＯやＮＯｘやＨＣなどを触媒反応によって無害な物質にすることが可能になり、これに加えて、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることが可能になる。触媒としては、貴金属（白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。上記元素は、金属単体、金属酸化物、およびそれ以外の金属化合物として含有されていてもよい。

触媒（触媒金属＋担持体）の担持量としては、１０～４００ｇ／Ｌであることが好ましい。また、貴金属を含む触媒であれば、担持量が０．１～５ｇ／Ｌであることが好ましい。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ以上とすると、触媒作用が発現しやすい。一方、４００ｇ／Ｌ以下とすると、圧力損失を抑え、製造コストの上昇を抑えることができる。担持体とは、触媒金属が担持される担体のことである。担持体としては、アルミナ、セリア、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。

（１－２ 熱電変換モジュール）
ハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）の一つ以上の平面状の外周側面上には、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）が対面配置される。熱の利用効率を高めるため、外周側壁（１４）のすべての外周側面上に一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）を対面配置してもよい。熱電変換モジュール（２１）は、両端に温度差があるとゼーベック効果により熱を電気に変換可能である。本発明では、高温の第一の流体と低温の第二の流体の温度差を利用して、熱電変換モジュール（２１）を作動させて熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。熱電変換モジュール（２１）で発生した電気は、例えば電線（２２）を介して各種電子機器に供給したり、バッテリーに蓄えたりすることができる。

熱電変換モジュール（２１）においては、例えば、絶縁セラミックス製の受熱基板及び絶縁セラミックス製の放熱基板が両端に設置され、両者間には、電極を介して直列に交互に接続されたＮ型熱電変換素子及びＰ型熱電変換素子が配置される。隣接する熱電変換モジュールは、配線を介して電気的に接続してもよい。典型的には、熱電変換モジュール（２１）の第一の流体に近い方の端部に受熱基板が配置され、熱電変換モジュール（２１）の第二の流体に近い方の端部に放熱基板が配置される。

熱電変換モジュール（２１）の形状に特に制約はないが、平板状のものが容易に市場で入手可能であり、熱回収装置をコンパクトにできる点で好ましい。平板状の熱電変換モジュール（２１）は、ハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）の一つ以上の平面状の外周側面上に容易に対面配置可能である。

（１－３ 筒状部材）
筒状部材（３２）は一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）を含めて該ハニカム構造体（１０）の外周側面を周回被覆する。筒状部材（３２）は、外周側壁（１４）の外周側面に一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）が対面配置された構造が崩れないように保形する効果、及び第一流体と第二流体が混じり合うのを防止する効果を奏することができる。保形効果を高めるため、筒状部材（３２）の内周側面が熱電変換モジュール（２１）の外周部分に直接又は間接的に嵌合固定されていることが好ましい。本明細書において、「嵌合固定」とは、相互に嵌まり合った状態で固定されていることをいう。このため、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌め等の嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合等により固定されている場合なども含まれる。

熱回収効率を高めるという観点からは、外周側壁（１４）の外周側面の全面積に対する、筒状部材（３２）によって周回被覆される外周側壁（１４）の外周側面の部分の面積の割合は高いほうが好ましい。具体的には当該面積割合は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％（すなわち、外周側壁（１４）の外周側面の全部が筒状部材（３２）によって周回被覆される。）であることが更により好ましい。なお、ここでいう「外周側面」というのはハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な面を指し、ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する面は含まれない。

筒状部材（３２）の材質としては上述した効果を奏することができれば特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。

筒状部材（３２）の厚みは、耐久信頼性の観点から０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．５ｍｍ以上が更により好ましい。筒状部材（３２）の厚みは、熱抵抗を低減するという観点から１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。

（１－４ ケーシング）
ケーシング（４１）は筒状部材（３２）を周回被覆するように配置される。ケーシング（４１）は第一の流体よりも温度の低い第二の流体の流入口（５１）及び流出口（５３）を有し、ケーシング（４１）の内側面と筒状部材（３２）の外側面の間には、筒状部材（３２）を周回するように、第二の流体の流路（４２）が形成される。ケーシング（４１）は筒状部材（３２）全体を周回被覆する外側筒状部材（４３）を有することが好ましい。第二の流体の流路（４２）は、熱伝変換モジュール毎に個別に設けられるものではなく、筒状部材（３２）を周回するように設けられているだけである。このため、第二の流体の流路（４２）を容易に構築することが可能である。

ケーシング（４１）は第二の流体の流入口（５１）、流入口（５１）と外側筒状部材（４３）を連結する入口導管（５２）、第二の流体の流出口（５３）、及び、流出口（５３）と外側筒状部材（４３）を連結する出口導管（５４）を有することができる。第二の流体は、流入口（５１）からケーシング（４１）内に流入する。次いで、第二の流体は流路（４２）を通過する間に第一の流体と熱交換を受けた後、流出口（５３）から流出する。当該構成により、熱伝変換モジュールにより第一の流体から熱回収するのに加えて、熱交換により第一の流体から熱回収することができる。第二の流体の流入口（５１）は第二の底面（１２）に近い側に、第二の流体の流出口（５３）は第一の底面（１１）に近い側に設置することが望ましい。これにより、第二の流体は第一の流体に対して逆向きに流れる（向流となる）ため、熱回収性能が安定して発揮しやすくなる。

第二の流体が外部に漏れないように、筒状部材（３２）の軸方向（セルの延びる方向）の両端部における外周側面がケーシング（４１）の内側面と周回状に密接した構造を有することが好ましい。筒状部材（３２）の外周側面とケーシング（４１）の内側面を密接させる方法には特に制限はないが、溶接、拡散接合、ろう付け等が挙げられる。これらの中でも耐久信頼性が高いという理由により溶接が好ましい。

ケーシング（４１）の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。

ケーシング（４１）の厚みは、耐久信頼性の理由により０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上が更により好ましい。ケーシング（４１）の厚みは、コスト、体積、重量などの観点から、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。

熱回収装置を、エンジンの排気から排熱を回収する用途に使用する場合等には、ケーシングはハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な方向の両端部分が、エンジンの排気が通過する配管に対して接続可能に構成されていてもよい。排気が通過する配管の内径とケーシングの両端部分の内径とが異なる場合には、配管とケーシングとの間に、配管の内径が漸増又は漸減するガス導入管を有していてもよいし、配管とケーシングとが直接接続されていてもよい。

第二の流体には特に制限はないが、熱回収装置が、自動車に搭載される熱交換器の役割を果たす場合には、第二の流体は、水又は不凍液（ＪＩＳ Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）であることが好ましい。第二の流体としては、エンジンオイル、ＡＴＦ、又は冷媒フロンを使用することも可能である。

（１－５ 伝熱部材）
一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）と筒状部材（３２）の間には伝熱部材（３１）を配置することができる。伝熱部材（３１）を配置することで、熱回収効率を高めるという効果、更には筒状部材（３２）による保形効果を高めるという効果が得られる。伝熱部材（３１）は一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）と筒状部材（３２）の間の隙間をできるだけ埋めるように構成することが好ましい。また、熱回収効率を高め、保形効果を高めるという観点から、筒状部材（３２）の内周側面が伝熱部材（３１）の外周側面に嵌合固定されていることが好ましい。

例えば、伝熱部材（３１）は、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）の外周側形状と合致するような内周形状を有することができ、また、筒状部材（３２）の内周側形状と合致するような外周形状を有することができる。図１－２及び図２－２に示す実施形態においては、伝熱部材（３１）の外周側面は全体として円筒面を形成しており、円筒状である筒状部材（３２）の内周側面に嵌合固定されている。

伝熱部材（３１）の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、加工性および伝熱性に優れているという理由により、アルミ合金が好ましい。

（１－６ 接触熱抵抗を低減する物質）
一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）と伝熱部材（３１）の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質を介在させてもよい。同様に、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）と外周側壁（１４）の外周側面の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質が介在してもよい。接触熱抵抗を低減する物質が介在することで、熱回収効率を高めることが可能となる。接触熱抵抗を低減する物質としては、金属板、カーボン（グラファイト）シート、サーマルシート及びサーマルグリースが挙げられる。金属の具体例としてはアルミニウム、銅、鉛等の軟金属、はんだ等の合金が挙げられる。

＜２ 熱回収装置の製造方法＞
次に、本発明に係る熱回収装置の製造方法を例示的に説明する。

（２－１ ハニカム構造体の作製）
まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体の材料としては、前述のセラミックスを用いることができる。例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム成形体を製造する場合、所定量のＳｉＣ粉末に、バインダーと、水又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得ることができる。そして、得られたハニカム成形体を乾燥し、減圧の不活性ガス又は真空中で、ハニカム成形体中に金属Ｓｉを含浸焼成することによって、隔壁により区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体を得ることができる。

（２－２ 熱電変換モジュールの配置）
次に、ハニカム構造体の各外周側面に所望の数の熱電変換モジュールを配置する。必要に応じて伝熱部材を熱電変換モジュールの外周側に配置した後、得られた組立品を筒状部材に挿入する。この状態で、焼き嵌めすることで、筒状部材の内周側面が組立品の外周側面（例：伝熱部材の外周側面）に嵌合固定される。

以上のようにして、ハニカム構造体、熱電変換モジュール及び筒状部材を備え、好ましくは伝熱部材を更に備えたコア部品が完成する。コア部品は外部から力を加えない限り分解しないように構成することで、熱回収装置のハンドリングが容易となる。

（２－３ ケーシングの取付け）
上述した構成要素を有するケーシングを金型成形、曲げ加工、切削加工等の方法により成形し、コア部品の筒状部材を周回被覆するようにケーシングをコア部品と接合する。典型的にはケーシングの外側筒状部材にコア部品を挿入し、溶接、ろう付け等の方法により両者を接合することができる。

このような手順で、コア部品とケーシングが組み合わせられた熱回収装置を製造することができる。但し、本発明の熱回収装置を製造する方法は、これまでに説明した製造方法に限定されることはない。

（２－４ 第三実施形態）
一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）の出力を向上させるためには、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）がハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）に密着していることが好ましい。図３－１及び図３－２には、このような目的を達成するのに有効な本発明の第三実施形態に係る熱回収装置（３００）の構成が示されている。図３－１及び図３－２中、図１－１、図１－２、図２－１及び図２－２と同一の符号で示される構成要素は、これらと同一の構成要素を示すため、説明を省略する。

第三実施形態に係る熱回収装置（３００）においては、図３－１に示すように、ケーシング（４１）の外周側から内部の筒状部材（３２）に向かってねじ（４４）を挿入し、ねじ（４４）の先端で筒状部材（３２）を押圧している。筒状部材（３２）が押圧されることで、筒状部材（３２）よりも内周側にある一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）も押圧されるので、熱電変換モジュール（２１）がハニカム構造体（１０）へ密着しやすくなる。

図３－４には、熱電変換モジュール（２１）と押圧点の関係が模式的に示されている。ねじ（４４）は、図３－４の（ａ）に示すように、各熱電変換モジュール（２１）の重心を押圧できる位置に挿入することが好ましい。また、図３－４の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、各熱電変換モジュール（２１）は、複数のねじによって押圧されることがより好ましく、複数のねじは線対称又は点対称に配置されることが更により好ましい。各熱電変換モジュール（２１）を押圧するねじの数は、５以上であることが好ましく、９以上であることがより好ましい。

筒状部材（３２）は、ねじ（４４）に替えて、ケーシング（４１）と筒状部材（３２）の間に介装された一つ又は複数のばね（４５）によって押圧されていてもよい。この場合、好ましいばねの配置はねじと同様である。図３－３に、本発明の第三実施形態に係る熱回収装置を、ねじに替えてばねを使用したときに、軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から観察したときの模式図を示す。

（２－５ 第四実施形態）
図４－１及び図４－２には、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）をハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）に密着させるのに有効な、本発明の第四実施形態に係る熱回収装置（４００）の構成が示されている。図４－１及び図４－２中、図１－１、図１－２、図２－１及び図２－２と同一の符号で示される構成要素は、これらと同一の構成要素を示すため、説明を省略する。

第四実施形態に係る熱回収装置（４００）においては、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）及び好ましくは伝熱部材（３１）を含めて該ハニカム構造体（１０）の外周側面を、帯状部材で巻き締めることで形成された筒状部材（３２）を有する。筒状部材（３２）の対向する一対の端縁（３２ａ、３２ｂ）は、一つ又は複数の締結具（４６）を用いて両者の距離が近づく方向に引張力を与えられながら締結されている。筒状部材（３２）よりも内側に位置する一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）は筒状部材（３２）からの圧力により内側に向かって締め付けられるので、一つ又は複数の熱電変換モジュール（２１）はハニカム構造体（１０）の外周側壁（１４）へ密着しやすくなる。

筒状部材（３２）の対向する一対の端縁（３２ａ、３２ｂ）はハニカム構造体（１０）の軸方向に沿って形成することができる。締結具（４６）としては、上記機能を発揮する構造をもつものであれば特に制限はないが、例えばボルト及びナットで構成することができる。

第四実施形態に係る熱回収装置（４００）においては、ケーシング（４１）の外側筒状部材（４３）は、筒状部材（３２）の一方の端縁（３２ａ）に沿って、筒状部材（３２）の外表面に接合している一方の端縁（４３ａ）と、筒状部材の他方の端縁（３２ｂ）に沿って、筒状部材（３２）の外表面に接合している他方の端縁（４３ｂ）とを有する。外側筒状部材（４３）の両端縁（４３ａ、４３ｂ）はハニカム構造体（１０）の軸方向に沿って形成することができる。外側筒状部材（４３）の端縁（４３ａ、４３ｂ）の筒状部材（３２）への接合方法には特に制限はないが、ケーシング（４１）内を流れる第二流体の漏洩を防止するという観点からは溶接が好ましい。

第四実施形態に係る熱回収装置（４００）において、外側筒状部材（４３）の両端縁（４３ａ、４３ｂ）同士は接合していない。このため、第四実施形態に係る熱回収装置（１００）を軸方向（セルの延びる方向）に直交する方向から観察すると、外側筒状部材（４３）はＣ字状となる。

（２－６ 第五実施形態）
図５－１及び図５－２には、本発明の第五実施形態に係る熱回収装置（５００）の構成が示されている。図５－１及び図５－２中、図１－１、図１－２、図２－１及び図２－２と同一の符号で示される構成要素は、これらと同一の構成要素を示すため、説明を省略する。

第五実施形態に係る熱回収装置（５００）において、ハニカム構造体（１０）は、セルの延びる方向に直交する方向から断面観察したときに、第一の底面（１１）の中央部から第二の底面（１２）の中央部に貫通して第一の流体の流路を形成する中空部（１５）を有し、該中空部（１５）の外周側に複数のセル（１３１）が配置されている（図５－２）。

そして、第五実施形態に係る熱回収装置（５００）は、
中空部（１５）入口の上流側から中空部（１５）出口付近まで延びる誘導管（７２）と、
中空部（１５）出口付近に設置されたバッフル板（７１）と、バッフル板（７１）よりも上流側の中空部（１５）出口付近に設けられ、第一の流体を誘導管（７２）の外周側に案内するための第一導入口（７３）と、
ハニカム構造体（１０）の内周壁（７６）及び誘導管（７２）の外側面の間に形成され、第一導入口（７３）に連通する折り返し流路（７５）と、
第一の底面（１１）側にある複数のセル（１３１）の入口に折り返し流路（７５）を連通する第二導入口（７７）と、
を備える。

中空部（１５）出口付近とは、ハニカム構造体（１０）の軸方向中央よりも下流側を指す。誘導管（７２）の最下流端は、ハニカム構造体（１０）の軸方向の全長に対して第二の底面（１２）から０～４０％の領域に存在することが好ましく、０～２０％の領域の範囲に存在することがより好ましい。バッフル板（７１）は、誘導管（７２）の最下流端よりも下流側であって、ハニカム構造体（１０）の軸方向の全長に対して第二の底面（１２）から０～４０％の領域に設置することが好ましく、０～２０％の領域に設置することがより好ましい。

第五実施形態に係る熱回収装置（５００）における第一の流体の流れを説明する。第一の流体は、誘導管（７２）に案内されて中空部（１５）内に流入する。第一の流体は、中空部（１５）出口付近に設置されたバッフル板（７１）により流れ方向が転換し、第一導入口（７３）へ流入する。その後、第一の流体は折り返し流路（７５）をハニカム構造体（１０）の第二の底面（１２）側から第一の底面（１１）側へ向かって流れる。折り返し流路（７５）を流れる第一の流体は、ハニカム構造体（１０）の内周壁（７６）に隣接しているので、第一の流体からハニカム構造体（１０）への伝熱が生じる。

前述した第一実施形態及び第二実施形態に係る熱回収装置（１００、２００）においては、ハニカム構造体（１０）を流れる第一の流体の温度は第一の底面（１１）から第二の底面（１２）に向かって低下しやすい。このため、第二の底面（１２）に近づくにつれて発電量が低下する傾向にある。しかしながら、第五実施形態に係る熱回収装置（５００）においては、第二の底面（１２）側から第一の底面（１１）側に向かって第一の流体が折り返し流路（７５）を流れる最中にハニカム構造体（１０）への伝熱が生じるので、ハニカム構造体（１０）の第二の底面（１２）側が加熱されやすくなる。これによって、ハニカム構造体（１０）の温度が軸方向に均一化し、ハニカム構造体（１０）の熱交換効率を全体的に高めることができる。

第一の流体は、折り返し流路（７５）を流れた後、第二導入口（７７）を通ってハニカム構造体（１０）の第一の底面（１１）側にある複数のセル（１３１）の入口へ流入する。その後、複数のセル（１３１）の第二の底面（１２）側の出口から流出した第一の流体は、バッフル板（７１）の下流側に設けられ、中空部（１５）とは隔離された出口空間（１６）に流出口（７８）を介して排出することができる。

＜３ 熱回収システム＞
図７に、本発明に係る熱回収システムの構成例を示す。
本実施形態に係る熱回収システム（３０１）は、
第一の流体の一方向経路（３４０）と、
第一の流体よりも温度の低い第二の流体の循環経路（３６０）と、
第一の流体の前記経路（３４０）及び第二の流体の前記経路（３６０）の途中に配置された本発明に係る熱回収装置（３３０）と、
該熱回収装置（３３０）で生成した電気を蓄えるバッテリー（３２０）と、
を備える。

第一の流体（例えば、自動車の排気）は、第一の流体の発生源（例えば、エンジン）から、一方向経路（例えば排気ライン）（３４０）を通過中に、熱回収装置（３３０）の第一の流体の入口に流入する。第一の流体の一方向経路（３４０）がエンジンからの排気経路である場合は、排気経路の途中であって熱回収装置（３３０）の上流側に、触媒を用いた排気浄化装置（３５０）を設置することが好ましい。触媒を用いた排気浄化装置（３５０）を熱回収装置（３３０）の下流側に設置してもよいが、温度が低下した排気が排気浄化装置（３５０）に流入するため、触媒性能が十分に発揮されなくなるおそれがあるため、好ましくない。

また、第一の流体よりも低温の第二の流体（例えば、冷却水）は、循環経路（３６０）を通過中に、熱回収装置（３３０）の第二の流体の流入口に流入する。第二の流体は、循環経路（３６０）内に設置されたポンプ（３７０）によって、循環経路（３６０）を循環することができる。本発明に係る熱回収装置が自動車に設置される場合は、ポンプ（３７０）として、エンジンに設置されている冷却水ポンプを利用してもよい。

熱回収装置（３３０）内で、熱電変換モジュールは第一の流体と第二の流体の温度差を利用して発電する。生成した電気は、電線（３８０）を経由して、バッテリー（３２０）に蓄えられる。また、熱回収装置（３３０）内で、第一の流体から熱交換によって熱を受け取った第二の流体は、熱回収装置（３３０）の第二の流体の出口から流出して、循環経路（３６０）を流れる。そして、この熱を受け取った第二の流体は、熱を受け取る装置（３１０ａ、３１０ｂ）によって熱回収されることが、熱回収率の向上の観点でより好ましい。熱を受け取る装置（３１０ａ、３１０ｂ）を備える場合、第二の流体は、第二の流体から熱を受け取る装置（３１０ａ、３１０ｂ）によって冷却された後に、循環経路（３６０）を通って再び熱回収装置（３３０）に戻る。熱回収装置（３３０）の第一の流体の出口から流出した第一の流体は、一方向経路を通過し、次工程へ送られる。例えば第一の流体が自動車からの排気の場合は、マフラーで排気音を低減した後に大気に放出される。

第二の流体から熱を受け取る装置としては、特に制限はないが、ラジエータ及びエンジン等が挙げられる。特に、第二の流体がエンジンの冷却水であり、第二の流体から熱を受け取る装置がエンジン及びラジエータである場合の説明を、図７を参照しながら以下に行う。通常、冷却水はエンジン（３１０ｂ）とラジエータ（３１０ａ）の間を循環するように循環経路が形成されている。循環経路内にはサーモスタット（３９０）が設置されている。始動時など、エンジン（３１０ｂ）が冷えており冷却水温度が低い場合は、サーモスタットは閉じており、冷却水は暖機のためにエンジン（３１０ｂ）（正確にはエンジンに設けられたウォータージャケット）内を循環する。冷却水の温度が所定の開弁温度まで高温に達するとサーモスタット（３９０）が開き、冷却水がエンジン（３１０ｂ）とラジエータ（３１０ａ）の間を循環し始める。

エンジン始動時のサーモスタットが閉じているときというのはエンジンが冷えている状態であり、暖機が求められる場面である。図７に示す実施形態によれば、第二の流体の循環経路は、エンジン（３１０ｂ）内を循環する第二の流体（冷却水）の一部が分岐して取り出され、熱回収装置（３３０）を通過した後、再びエンジン（３１０ｂ）に戻る経路を含む。これにより、熱回収装置（３３０）で回収した熱をエンジンの暖機に利用することができる。つまり、この場面においては、エンジン（３１０ｂ）が第二の流体から熱を受け取る装置となる。よって、本実施形態に係る熱回収システムによれば、エンジン始動時は、熱電変換による発電に加えて、第二の流体が回収した熱をエンジン（３１０ｂ）の暖機に利用することができ、更には燃費改善に貢献できる。

一方、エンジン（３１０ｂ）の温度が上昇してラジエータ（３１０ａ）とエンジン（３１０ｂ）の間で冷却水（第二の流体）の循環が行われている場面においては、第二の流体が回収した熱をエンジン（３１０ｂ）の暖機に利用することはできない。しかしながら、図７に示す実施形態によれば、第二の流体の循環経路は、熱回収装置（３３０）から流出した第二の流体がラジエータ（３１０ａ）を通過した後、再び熱回収装置（３３０）に戻る経路を含む。これにより、熱回収装置（３３０）で第二の流体が回収した熱はラジエータ（３１０ａ）によって奪われて、第二の流体が冷却された後、再び熱回収装置（３３０）で熱電変換に利用することができる。つまり、この場面においては、ラジエータ（３１０ａ）が第二の流体から熱を受け取る装置となる。

１０ ハニカム構造体
１１ 第一の底面
１２ 第二の底面
１４ 外周側壁
１５ 中空部
１６ 出口空間
２１ 熱電変換モジュール
２２ 電線
３１ 伝熱部材
３２ 筒状部材
３２ａ 筒状部材の一方の端縁
３２ｂ 筒状部材の他方の端縁
３８ 電線
４１ ケーシング
４２ 第二の流体の流路
４３ 外側筒状部材
４３ａ 外側筒状部材の一方の端縁
４３ｂ 外側筒状部材の他方の端縁
４４ ねじ
４５ ばね
４６ 締結具
５１ 第二の流体の流入口
５２ 第二の流体の入口導管
５３ 第二の流体の流出口
５４ 第二の流体の出口導管
６０ 第一の流体の経路
６１ 流量制御弁（バタフライバルブ）
６２ 分岐路
６３ 複数のセルを通過する経路
６４ 中空部を通過する経路
６６ 壁
７１ バッフル版
７２ 誘導管
７３ 第一導入口
７５ 折り返し流路
７６ 内周壁
７７ 第二導入口
７８ 流出口
１００ 熱回収装置
１３１ セル
１３２ 隔壁
２００ 熱回収装置
３００ 熱回収装置
３０１ 熱回収システム
３１０ａ 第二の流体から熱を受け取る装置（ラジエータ）
３１０ｂ 第二の流体から熱を受け取る装置（エンジン）
３２０ バッテリー
３３０ 熱回収装置
３４０ 第一の流体の一方向経路
３６０ 第二の流体の循環経路
３７０ ポンプ
３８０ 電線
３９０ サーモスタット
４００ 熱回収装置
５００ 熱回収装置

Claims (19)

1. 一つ以上の平面状の外周側面を有する外周側壁と、外周側壁の内側に配設され、第一の底面から第二の底面まで貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを区画形成する複数の隔壁と、を有する柱状ハニカム構造体；
   該一つ以上の平面状の外周側面上に対面配置された一つ又は複数の平板状の熱電変換モジュール；
   該一つ又は複数の熱電変換モジュールを含めて該ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する円筒状の筒状部材；及び
   該筒状部材を周回被覆するケーシング；
   を備え、
   該複数の隔壁はセラミックスを主成分として構成されており、
   該ケーシングは、第一の流体よりも温度の低い第二の流体の流入口及び流出口を有し、該ケーシングの内側面と該筒状部材の外側面の間には、該筒状部材を周回するように、第二の流体の流路が形成されており、
   前記筒状部材は、ケーシングの外周側から挿入された複数のねじによって、或いは、前記ケーシングと前記筒状部材の間に介装された複数のばねによって押圧されており、これにより各熱電変換モジュールが、複数のねじ又は複数のばねによって押圧されている、
   熱回収装置。
2. 前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記筒状部材の間に配置される伝熱部材を備えた請求項１に記載の熱回収装置。
3. 前記筒状部材の内周側面が前記伝熱部材の外周側面に嵌合固定されている請求項２に記載の熱回収装置。
4. 前記伝熱部材の外周側面は全体として円筒面を形成している請求項３に記載の熱回収装置。
5. 前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記伝熱部材の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質が介在する請求項２～４の何れか一項に記載の熱回収装置。
6. 前記一つ又は複数の熱電変換モジュールと前記外周側壁の外周側面の間に両者間の接触熱抵抗を低減する物質が介在する請求項１～５の何れか一項に記載の熱回収装置。
7. 前記ハニカム構造体が、第一の底面の中央部から第二の底面の中央部に貫通して第一の流体の流路を形成する中空部を有し、該中空部の外周側に前記複数のセルを有する請求項１～６の何れか一項に記載の熱回収装置。
8. 前記ハニカム構造体を通過する第一の流体の経路を、前記中空部を通過する経路と、前記複数のセルを通過する経路とに分岐する分岐路を備えた請求項７に記載の熱回収装置。
9. 前記中空部を通過する第一の流体と前記複数のセルを通過する第一の流体との流量比を調整可能な機構を有する請求項８に記載の熱回収装置。
10. 中空部入口の上流側から中空部出口付近まで延びる誘導管と、
    中空部出口付近に設置されたバッフル板と、
    バッフル板よりも上流側の中空部出口付近に設けられ、第一の流体を誘導管の外周側に案内するための第一導入口と、
    ハニカム構造体の内周壁及び誘導管の外側面の間に形成され、第一導入口に連通する折り返し流路と、
    第一の底面側にある複数のセルの入口に折り返し流路を連通する第二導入口と、
    を備える請求項７に記載の熱回収装置。
11. 第一の流体が燃焼機関又は燃焼装置からの排気である請求項１～１０の何れか一項に記載の熱回収装置。
12. 第一の流体が自動車のエンジンからの排気である請求項１１に記載の熱回収装置。
13. 第二の流体が前記エンジンと前記熱回収装置の間を循環する冷却水である請求項１２に記載の熱回収装置。
14. 前記筒状部材は、前記一つ又は複数の熱電変換モジュールを含めて前記ハニカム構造体の外周側面を、帯状部材で巻き締めることにより形成されている請求項１～１３の何れか一項に記載の熱回収装置。
15. 第一の流体の一方向経路と、
    第一の流体よりも温度の低い第二の流体の循環経路と、
    第一の流体の前記経路及び第二の流体の前記経路の途中に配置された請求項１～１４の何れか一項に記載の熱回収装置と、
    該熱回収装置で生成した電気を蓄えるバッテリーと、
    を備えた熱回収システム。
16. 第二の流体の前記経路の途中に配置され、前記熱回収装置の第二の流体の流出口から流出する第二の流体から熱を受け取る装置をさらに備える請求項１５に記載の熱回収システム。
17. 第二の流体から熱を受け取る装置はラジエータである請求項１６に記載の熱回収システム。
18. 第二の流体がエンジンの冷却水であり、第二の流体から熱を受け取る装置はエンジンである請求項１６又は１７の何れか一項に記載の熱回収システム。
19. 第一の流体の前記経路がエンジンからの排気経路であり、該排気経路の途中であって前記熱回収装置の上流側に、触媒を用いた排気浄化装置が設置される請求項１５～１８の何れか一項に記載の熱回収システム。

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