JPH0612223B2 - 車両用熱発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の排気エネルギを利用する車両用熱発
電装置に関するものである。

［従来の技術］ 第４図に示すように、熱発電素子は熱媒導入管の外周側
に配設され、熱媒導入管の外側は温風ダクトにより覆わ
れる。熱発電素子の発電能力は熱発電素子の一面と他面
との温度差に比例し、温度差が大きいほど発電能力は大
きく、温度差が小さいと発電能力は実用上望めない。ま
た、熱発電素子は発電効率のうえで最適な温度があり、
最適温度を超えると熱発電素子は破壊してしまう。した
がつて、高い発電効率を得るためには、内外面の温度差
が大きくかつ熱発電素子に最適な温度を保つことが必要
である。

しかし、熱媒の流れに沿つて熱発電素子を配置する場合
に、熱媒の温度は入口から出口へ次第に低下するので、
入口では発電素子の最適温度よりも高すぎる一方、出口
では温度が低すぎて十分な発電能力を発揮し得ないとい
う問題がある。

上述の問題を解決するために、例えば実開昭 57-120887
号公報に開示される一般的な熱交換器では、冷媒導入管
の受熱フインのピツチを上流側では大きく、下流側に至
るほど小さくするものが提案されている。しかし、上述
の従来技術をそのまま車両用熱発電装置に適用すること
はできない。なぜなら、熱発電素子は熱媒導入管と絶縁
された状態、すなわち熱媒導入管の外側に電気絶縁体を
介して配置するのが一般的であるので、熱媒導入管の外
側にそのピツチを異ならしめて受熱フインを設けること
は不可能である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上述の問題に鑑み、熱媒導入管としての
排気管の排気流れの方向に沿つて十分長い熱発電素子を
配設しても、入口と出口との温度差が少なく、効率的な
熱発電能力を獲得できる車両用熱発電装置を提供するこ
とにある。

［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の構成は内燃機関の
排気管の外周壁に熱発電素子を配設し、熱発電素子の外
周側に暖房用空気を加熱する温風ダクトを同心に配設
し、排気管の熱発電素子を外嵌する部分に、周方向に等
間隔に並びかつ軸心方向へ突出する多数の受熱フインを
備え、該受熱フインの軸心方向への突出長さは、排気管
の排気入口から出口へ至るにしたがい次第に長くしたも
のである。

［作用］ 排気管の入口側内面に伝熱面積の狭い受熱フインが設け
られ、出口へ至るにつれて次第に受熱フインの伝熱面積
が広くなる受熱フインを設けることにより、排気の温度
が入口から出口に至るまでほぼ均一に保たれる。したが
つて、熱発電素子に最適な温度が保たれ、熱発電素子の
外側を取り囲む温風ダクトとの温度差に対応して効果的
な熱発電が達せられる。したがつて、熱発電素子を排気
管に沿つて長く配置でき、全体として小型で、大容量の
熱発電ができる。

［発明の実施例］ 第１図に示すように、内燃機関の排気を排気として使用
する車両用熱発電装置の実施例について示す。機関の排
気管４は、Ｕ字形に湾曲された温風ダクト７を貫通して
同心的に配置される。排気管４と温風ダクト７とが同心
に配置される部分で、排気管４の外側に配設した円筒形
のハウジング１０に熱発電素子５が収容される。排気管
４の左端は内燃機関に接続される一方、右端部はマフラ
に接続される。

一方、ハウジング１０の左端に暖房用空気を導く入口２
が、右端に出口８がそれぞれ設けられ、外気は温風ダク
ト７を通過するうちに加熱されて、図示してないブロア
により車室へ吹き出される。

第２図に示すように、温風ダクト７とハウジング１０と
の間に、断面菊花模様のように金属板を、蛇腹状に折り
曲げかつハウジング１０に沿つて周方向に並設し、温風
ダクト７とハウジング１０とに屈曲部を接続される。一
方、排気管４も内部に断面が菊花模様の受熱フイン１３
を挿入されかつ溶接などの適当な手段により結合され
る。

第３図に示すように、受熱フイン１３は入口側では伝熱
面積が狭く、出口９へ至るにしたがい伝熱面積が次第に
広く構成される。

具体的には、蛇腹状の受熱フイン１３のピツチは同じで
あるが、屈曲長さ（排気管４の内周面から軸心方向へ突
出する長さ）が出口９へ至るにしたがい次第に長くされ
る。これにより、排気管４の排気の流速が入口側では速
く、出口側では次第に遅くなり、排気管４の周壁を通じ
て熱発電素子５へ伝達される熱量が、入口側と出口側で
（排気管４の軸線方向について）ほぼ等しくなる。

換言すれば、排気管４の入口側では排気の温度は高いが
流速が速いので、排気管４の周壁を通じて熱発電素子５
へ伝達される熱量が制限され、排気管４の周壁の温度は
熱発電素子５の許容値を超えない。

排気の温度は出口側へ至るにしたがい低下するが、排気
の流速が受熱フイン１３の流体抵抗により抑えられるの
で、単位時間に排気管４から熱発電素子５へ伝達される
熱量はあまり変らない。

一般に、排気管４お排気流抵抗は高温であるほど排気の
粘性ないし見掛けの容量が大きいので、第６図に示すよ
うに、排気管４の入口側では排気管４と熱発電素子５と
の境界温度Ｐは高く、一方、温風ダクト７の入口側の温
度Ｑは出口側の温度Ｓとあまり変らない。排気管４の出
口側の温度Ｒは、熱発電素子５との熱交換により大きく
低下する。このような場合は、入口側の温度が熱発電素
子５の許容値を超えることがある一方、出口側では温度
差が小さいために熱発電能力を十分に発揮できない。

第５図に示すように、本発明では排気管４の内部に取り
付けた受熱フイン１３の面積が入口側で狭く、出口側へ
至るにしたがい広くしたことにより、排気管４を流れる
排気の流速が入口側では速く、出口側では次第に遅くな
るので、単位時間に排気管４から熱発電素子５へ伝達さ
れる伝熱量がほぼ均一となり、第６図に示すように、温
風ダクト７の入口側温度Ｑと出口側温度Ｓとの温度差も
小さくなる。このことは熱発電素子５の受熱面と放熱面
との温度差が排気管の入口側から出口側までほぼ均一に
分布することになり、最も効率の良い発電が可能にな
る。

なお、受熱フインは排気管の入口側で高温の排気に晒さ
れるので、受熱フインにセラミツクスなどのコーテイン
グを施せば車両用熱発電装置の耐久性を一層向上でき
る。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、内燃機関の排気管の外周壁に熱
発電素子を配設し、熱発電素子の外周側に暖房用空気を
加熱する温風ダクトを同心に配設し、排気管の熱発電素
子を外嵌する部分に、周方向に等間隔に並びかつ軸心方
向へ突出する多数の受熱フインを備え、該受熱フインの
軸心方向への突出長さは、排気管の排気入口から出口へ
至るにしたがい次第に長くしたものであるから、次のよ
うな効果を奏する。

(a)装置の構成および組付が簡単であり、熱発電素子の
受熱面の温度を排気管の入口側から出口側に亘りほぼ均
一に維持でき、同時に熱発電素子の受熱面と放熱面との
温度差をほぼ均一に維持できるので、効率の高い発電が
達せられる。

(b)車両用熱発電装置の周囲温度がほぼ均一に維持され
るから、局部的な過熱状態を引き起すことはなく、長期
使用に耐え、安定した発電が達せられる。

(c)筒状に配設された熱発電素子の内面を排気により加
熱し、外面を暖房用空気により冷却するものであるか
ら、内外面の温度差が安定しており、また従来の暖房装
置よりも車両の設備コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車両用熱発電装置の側面断面図、
第２図は同正面断面図、第３図は同車両用熱発電装置の
断面を異にする正面断面図とその作動を説明する線図、
第４図は熱発電素子の温度特性を示す線図、第５図は本
発明に係る車両用熱発電装置の熱発電素子の性能を示す
線図、第６図は従来の熱媒導入管に受熱フインがない場
合の熱発電素子の性能を示す線図である。 ３：入口、４：排気管、５：熱発電素子、７：温風ダク
ト、９：出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気管の外周壁に熱発電素子を
   配設し、熱発電素子の外周側に暖房用空気を加熱する温
   風ダクトを同心に配設し、排気管の熱発電素子を外嵌す
   る部分に、周方向に等間隔に並びかつ軸心方向へ突出す
   る多数の受熱フインを備え、該受熱フインの軸心方向へ
   の突出長さは、排気管の排気入口から出口へ至るにした
   がい次第に長くしたことを特徴とする、車両用熱発電装
   置。