JPH10132495A - 熱回収装置 - Google Patents

熱回収装置

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JPH10132495A
JPH10132495A JP8285078A JP28507896A JPH10132495A JP H10132495 A JPH10132495 A JP H10132495A JP 8285078 A JP8285078 A JP 8285078A JP 28507896 A JP28507896 A JP 28507896A JP H10132495 A JPH10132495 A JP H10132495A
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JP
Japan
Prior art keywords
heat
fluid
temperature
heat exchange
exchange means
Prior art date
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Pending
Application number
JP8285078A
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English (en)
Inventor
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Masuo Takigawa
益生 瀧川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱エネルギを電気エネルギに直接変換する熱回
収装置において、熱流体の流量・温度・圧力等が変動し
ても、常に流れを妨げることなく吸熱量を確保し、充分
な発電能力を有する熱回収装置を実現すること。 【解決手段】熱流体が流れる管2と、その熱流体中に配
置され吸熱を行う熱交換手段3と、熱交換手段3をバイ
パスするバイパス管4と、管2とバイパス管4の分岐点
に位置する制御弁5とを備え、制御弁5が熱交換手段3
及びバイパス管4に流れる流体の量を制御するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱を電気に変換す
る熱電変換素子を用いた熱回収装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、熱電変換素子を用いた熱回収装置
は特開昭61−254082号や実開平6−79168
に記載されたものが知られている。例えば、図8はその
実開平6−79168に開示された熱回収装置の概略図
である。これらの熱回収装置は熱流体の流路に配置され
た吸熱部材と吸熱部材の周辺に位置する熱電変換素子と
熱電変換素子の外周部分を冷却するための冷却部材より
構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に熱回収装置にお
いては、熱流体を熱交換手段に導き、熱流体の有する熱
エネルギを効率良く熱電変換手段に伝達し、かつ熱交換
手段が流体の妨げにならない(圧力損失が小さい)こと
が重要である。しかし、熱流体から熱交換手段への吸熱
量や熱交換手段の圧力損失は、熱流体の流量・温度・圧
力等の変動によって変化し、熱電変換素子の発電能力や
熱流体を提供する機関自体の効率に大きな影響を与え
る。
【0004】すなわち、熱回収装置においては、熱流体
の流量・温度・圧力等の変動によらず、常に圧力損失を
小さく保ち、かつ充分な吸熱量を確保することが要求さ
れる。また、この熱回収装置は熱流体が安定して高温と
なる位置に取り付けられることが望ましい。
【0005】本発明は、このような従来の熱回収装置に
対する要望を考慮し、熱流体の流れを妨げることなく吸
熱量を確保し、充分な発電能力を有する熱回収装置を提
供することを目的とする。
【0006】また、本発明は、安定でかつ高温の熱源を
利用できる熱回収装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の熱回収装置は、熱流体が流れる管と、熱流
体中に配置され吸熱を行う熱交換手段と、熱交換手段を
バイパスするバイパス管と、管とバイパス管の分岐点に
位置する制御弁より構成され、制御弁が熱交換手段及び
バイパス管に流れる流体の量を制御する構成としたもの
である。
【0008】また、熱流体の圧力を検出する圧力検出手
段を備え、圧力検出手段の出力に応じて、制御弁が熱交
換手段及びバイパス管に流れる流体の量を制御する構成
としたものである。
【0009】また、熱交換手段の吸収熱が熱を電気に変
換する熱電変換手段に伝達される熱回収装置において、
熱電変換手段の近傍の温度を検出する温度検出手段を備
え、温度検出手段の出力に応じて、制御弁が熱交換手段
及びバイパス管に流れる流体の量を制御する構成とした
ものである。
【0010】また、熱流体が流れる管と熱流体中に配置
され吸熱を行う熱交換手段と熱流体の有害物質を浄化す
るための浄化触媒より構成される熱回収装置において、
熱交換手段が浄化触媒の直後に配置される構成としたも
のである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図4を用いて説明する。
【0012】(実施の形態1)図1は第1の実施の形態
における熱回収装置の構成図である。図1において1
は、熱流体を提供する機関で、例えば内燃機関やガスタ
ービン、工場の炉、循環ポンプ等が考えられる。2は熱
流体が流れる管である。3は熱流体中に配置され吸熱を
行う熱交換手段で、好ましくはアルミニウムやステンレ
ス等の板状フィンより構成される。特にアルミニウムフ
ィンは熱伝導率の点から好ましい。また、ステンレスフ
ィンは耐熱性、耐腐食性の面から好ましい。また、板状
フィンだけでなく、ピンフィンやヒートパイプ等の熱交
換手段を用いることも可能である。4は熱交換手段3の
上流と下流をバイパスするバイパス管である。5は熱交
換手段3とバイパス管4に流れる流体の量を制御する制
御弁である。6及び7はそれぞれ熱交換手段3の上流及
び下流の圧力を検出する圧力検出手段である。8は熱交
換手段3より伝達された熱を電気に変換する熱電変換手
段で、好ましくはビスマス−テルル(Bi2Te3)、あるいは
鉛−テルル(PbTe)、あるいはコバルト−アンチモン(CoS
b3)等を主成分とする半導体熱電素子より構成される。
尚、これらの熱電素子はそれぞれ使用される温度範囲に
よって使い分ける必要がある。また、本実施の形態では
熱交換手段3と熱電変換手段8が接している構造を示し
たが、熱交換手段3と熱電変換手段8を離して配置し、
熱伝導率の良好な部材(例えば銅やヒートパイプ等)に
よって熱を伝達することも可能である。また、熱を熱電
変換手段8に伝達するのではなく、単に熱交換器として
も応用は可能であり、同様の効果が得られるものであ
る。
【0013】以上のように構成された熱回収装置につい
て、以下、図2に示すフローチャートを用いて、その動
作を述べる。
【0014】先ず、ステップ1で圧力検出手段6及び圧
力検出手段7から熱交換手段3の上流の圧力(Ph)及
び下流の圧力(PL)を検出し、PhとPLの差(ΔP)
を算出する。次にステップ2において、機関1の性能に
応じた予め決定される最大許容圧力損失PMAXとΔPの
比較を行う。ここで、ΔP<PMAXであれば、ステップ
3に移行し、制御弁5を閉じる方向に所定量だけ動かし
て熱交換手段3に流れる熱流体流量を増大させ、吸熱量
を増加させる。またステップ2においてΔP<PMAXで
なければ、ステップ4において、ΔP>PMAXか否かの
判断を行う。ここで、ΔP>PMAXであれば、ステップ
5において、制御弁5を開く方向に所定量だけ動かし、
熱流体をバイパス管5に導く。これによって、熱交換手
段3を流れる熱流体流量は減少し、圧力損失も低下す
る。
【0015】以上のように、圧力検出手段5、6の出力
に応じて、制御弁5を開閉し、熱交換手段3を流れる熱
流体の流量を制御することによって、機関1の運転状態
が変動し熱流体の流量・温度・圧力が変動しても、常に
熱電変換手段7に伝達する充分な熱量を確保し、かつ圧
力損失を機関1の許容値以下になるように制御すること
が可能となり、機関効率を低下することなしに充分な発
電能力を得ることができる。
【0016】尚、ここでは熱交換手段3の上下流の圧力
を計測し、その圧力差を算出する方法について説明した
が、差圧計を用いて熱交換手段3の圧力損失を直接検出
することや熱交換手段3の上流のみの圧力を用いること
も可能であり、同様の効果を得られるものである。さら
に、圧力検出手段5、6を用いずに、機関の運転状態に
応じて制御弁5を制御することによっても同様の効果を
得られるものである。
【0017】(実施の形態2)図3は第2の実施の形態
による熱回収装置の構成図である。図3において、熱流
体を提供する機関1、管2、熱交換手段3、バイパス管
4、制御弁5、熱電変換手段8は図1のものと同じであ
る。36は熱電変換手段8の高温側(吸熱側)表面の温
度(Th)を検出するための高温側温度検出手段であ
る。37は熱電変換手段38の低温側(冷却側)表面の
温度(Tc)を検出するための低温側温度検出手段であ
る。36、37としては一般的に使用される熱電対が用
いられる。
【0018】また、図4は本実施の形態に用いられる各
種熱電変換手段8の高温側表面と低温側表面における温
度差(T)と発電効率(ZT)の関係を表すグラフであ
る。図4より明かなように熱電変換手段8は、使用され
る温度範囲によって発電効率が変化する。尚、図4はB
2Te3(ビスマス−テルル)、PbTe、Si0.7
0.3を主成分とする熱電変換素子について示したが、
その他の素子を使用しても、発電効率が使用温度範囲に
依存することに関しては同様の傾向を示す。
【0019】以上のように構成された熱回収装置につい
て、以下、図5に示すフローチャートを用いてその動作
を述べる。先ず、ステップ1において高温側温度検出手
段36及び低温側温度検出手段37によってTh、Tcを
検出する。次に、ステップ2において、Thと熱電変換
手段8の最高使用温度(TMAX)を比較する。ここで、
Th>TMAXであれば、ステップ6へ移行し、制御弁5を
開く方向に所定量だけ動かし、熱流体をバイパス管5へ
導く。これによって、熱交換手段3に流れる熱流体流量
は減少し、Thが下がる。ステップ2において、Th≦T
MAXであれば、ステップ3に移行しThとTcの平均温度
(TAVE)を算出する。次に、ステップ4において、TA
VEと図3に示す熱電変換手段18の発電効率が最高値と
なる温度Tηと比較し、TAVE>Tηであれば、ステッ
プ6に移行し、制御弁5を開く方向に所定量だけ動か
す。また、ステップ4においてTAVE>Tηでなけれ
ば、ステップ5に移行し、TAVE<Tηか否かの判断を
行う。ここで、TAVE<Tηであれば、ステップ7に移
行し、制御弁5を閉じる方向に所定量だけ動かして熱交
換手段3に流れる熱流体流量を増大させ、Thを上げ
る。
【0020】以上のように、Th、Tcに応じて制御弁5
を開閉し、熱交換手段3を流れる熱流体の流量を制御す
ることによって、機関1の運転状態が変動し熱流体流量
・温度・圧力が変動しても、熱電変換手段8を常に最高
発電効率の得られる温度範囲で使用することができる。
【0021】尚、ここでは熱電変換手段8の高温側表面
と低温側表面の2点の温度によって制御する方法を説明
したが、この2点に限らず、熱電変換手段8近傍の温度
を代表値とすることも可能であり、同様の効果が得られ
るものである。
【0022】(実施の形態3)図6は第3の実施の形態
による熱回収装置の構成図である。図6において、内燃
機関1、排気管2、熱交換手段3、は図1のものと同じ
である。66は内燃機関1より排出される排気ガス中に
含まれる有害物質を浄化するための触媒であり、一般的
な三元触媒や酸化触媒が用いられる。また、図7はLA
4モード(米国排ガス規制モード)運転時における、触
媒66の上下流の温度を測定した結果である。触媒66
の上流の温度はアクセル開度の対応して激しく変動す
る。これに対して、触媒66の下流の温度は安定してお
り、かつ平均温度は触媒66の上流よりも高いことが判
る。これは、排気ガスの温度に触媒66の反応熱が加わ
り、触媒66より排出されるためである。すなわち、熱
交換手段3を触媒66の触媒から浄化された排気ガスが
排出される部分に配置することによって、常に安定でか
つ平均温度の高い熱源より吸熱を行うことが可能とな
り、高効率な吸熱が可能となる。また、浄化されたガス
中に熱交換手段3を配置することは、耐腐食性の面でも
有利となる。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱交換手
段を流れる熱流体の量を自由に制御できるため、熱流体
の流量・温度・圧力等に変動が生じた場合にも、常に流
体の流れを妨げることなく、吸熱量を確保し、充分な発
電能力を得ることができるという顕著な効果が得られ
る。
【0024】また、浄化触媒の直後に熱交換手段を配置
することによって、安定でかつ平均温度の高い熱源を利
用することが可能となるという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態における熱回収装置
の構成図
【図2】本発明の第一の実施の形態における動作を説明
するためのフローチャート
【図3】本発明の第二の実施の形態における熱回収装置
の構成図
【図4】熱電変換手段の温度差と発電効率の関係を表す
グラフ
【図5】本発明の第二の実施の形態における動作を説明
するためのフローチャート
【図6】本発明の第三の実施の形態における熱回収装置
の構成図
【図7】触媒の上流と下流の温度を測定したグラフ
【図8】従来の熱回収装置の概略図
【符号の説明】
1 機関 2 管 3 熱交換手段 4 バイパス管 5 制御弁 6 圧力検出手段 7 圧力検出手段 8 熱電変換手段 36 高温側温度検出手段 37 低温側温度検出手段 66 触媒

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱流体が流れる管と、前記熱流体中に配置
    され吸熱を行う熱交換手段と、前記熱交換手段をバイパ
    スするバイパス管と、前記管と前記バイパス管の分岐点
    に位置する制御弁とを備え、前記制御弁が前記熱交換手
    段及び前記バイパス管に流れる流体の量を制御すること
    を特徴とする熱回収装置。
  2. 【請求項2】前記熱流体の圧力を検出する圧力検出手段
    をさらに備え、前記圧力検出手段の出力に応じて、前記
    制御弁が前記熱交換手段及び前記バイパス管に流れる流
    体の量を制御することを特徴とする請求項1記載の熱回
    収装置。
  3. 【請求項3】前記圧力検出手段が前記熱交換手段の上流
    または、上流と下流に配置されることを特徴とする請求
    項2記載の熱回収装置。
  4. 【請求項4】熱を電気に変換する熱電変換手段を更に備
    え、前記熱交換手段の吸収熱が前記熱電変換手段に伝達
    されることを特徴とする請求項1、2又は3記載の熱回
    収装置。
  5. 【請求項5】前記熱電変換手段の近傍の温度を検出する
    温度検出手段を更に備え、前記温度検出手段の出力に応
    じて、前記制御弁が前記熱交換手段及び前記バイパス管
    に流れる流体の量を制御することを特徴とする請求項4
    記載の熱回収装置。
  6. 【請求項6】前記熱電変換手段は、熱が伝達される高温
    面と放熱を行う低温面を有し、前記温度検出手段は前記
    高温面と前記低温面の温度を検出することを特徴とする
    請求項5記載の熱回収装置。
  7. 【請求項7】熱流体が流れる管と、前記熱流体中に配置
    され吸熱を行う熱交換手段と、前記熱流体の有害物質を
    浄化するための浄化触媒とを備え、前記熱交換手段が前
    記浄化触媒の直後に配置されていることを特徴とする熱
    回収装置。
  8. 【請求項8】熱を電気に変換する熱電変換手段を更に備
    え、前記熱交換手段の吸収熱が前記熱電変換手段に伝達
    されることを特徴とする請求項7記載の熱回収装置。
JP8285078A 1996-10-28 1996-10-28 熱回収装置 Pending JPH10132495A (ja)

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JP8285078A JPH10132495A (ja) 1996-10-28 1996-10-28 熱回収装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013536934A (ja) * 2010-08-30 2013-09-26 ビーイー・エアロスペース・インコーポレーテッド 食料及び飲料区画熱電冷却システムの制御システム
JP2013231411A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Hino Motors Ltd 熱回収システム
JP2014173528A (ja) * 2013-03-11 2014-09-22 Toho Gas Co Ltd コージェネレーション装置
KR101494241B1 (ko) * 2013-10-22 2015-02-17 리빙케어소재기술(주) 폐열 회수 발전 시스템

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