WO2016093239A1 - 熱電変換装置 - Google Patents

熱電変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2016093239A1
WO2016093239A1 PCT/JP2015/084420 JP2015084420W WO2016093239A1 WO 2016093239 A1 WO2016093239 A1 WO 2016093239A1 JP 2015084420 W JP2015084420 W JP 2015084420W WO 2016093239 A1 WO2016093239 A1 WO 2016093239A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoelectric conversion
heat
temperature side
plate portion
heating
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/084420
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝広 地主
征央 根岸
昌尚 冨永
石島　善三
亮 大谷
森　正芳
寛治 松本
松本　学
Original Assignee
日立化成株式会社
本田技研工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立化成株式会社, 本田技研工業株式会社 filed Critical 日立化成株式会社
Publication of WO2016093239A1 publication Critical patent/WO2016093239A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N3/00—Generators in which thermal or kinetic energy is converted into electrical energy by ionisation of a fluid and removal of the charge therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • thermoelectric conversion device such as a thermoelectric conversion power generation device that converts a thermal energy into an electric energy by giving a temperature difference to a thermoelectric conversion module, for example.
  • thermoelectric conversion power generation device converts thermal energy into electrical energy using the Seebeck effect such as causing a potential difference between the high temperature part and the low temperature part by giving a temperature difference to the separated parts. It is known that the amount of power generation increases as the temperature difference increases.
  • a thermoelectric conversion element is used in the form of a thermoelectric conversion module in which a plurality are joined by electrodes. For example, by laminating a thermoelectric conversion module and a low temperature part on the outer surface of the tube and introducing a heating fluid into the heating flow path inside the tube, the space between the heated tube (high temperature part) and the low temperature part 2.
  • thermoelectric conversion power generator having a configuration in which electricity is extracted by causing a temperature difference in a thermoelectric conversion module sandwiched between two is known (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 A thermoelectric conversion power generator having a configuration in which electricity is extracted by causing a temperature difference in a thermoelectric conversion module sandwiched between two is known (Patent Document 1).
  • fins that collect the heat of the heating fluid and transmit it to the tube body are provided as heat exchange members.
  • the temperature of the heating fluid flowing through the heating flow path gradually decreases as heat is exchanged from the upstream side toward the downstream side, and accordingly, the temperature difference applied to the thermoelectric conversion module also increases. It gradually gets smaller.
  • the temperature is low enough to provide a temperature difference to the thermoelectric conversion module, power generation occurs by effectively utilizing the amount of heat of the downstream heating fluid, so the downstream side where the temperature has decreased Therefore, a countermeasure that can take in more heat of the heating fluid and increase the amount of power generation as much as possible has been desired.
  • thermoelectric conversion device capable of further improving the power generation amount by taking in more heat amount of the downstream heating fluid flowing through the heating flow path. Is to provide.
  • the thermoelectric conversion device of the present invention includes a high-temperature side plate portion and a low-temperature side plate portion that are arranged to face each other, a heating flow path through which a heating fluid that heats the high-temperature side plate portion, and the high-temperature side plate.
  • a thermoelectric conversion module disposed between the heating portion and the low temperature side plate portion, and provided with a temperature difference by the high temperature side plate portion and the low temperature side plate portion, and disposed in the heating flow path,
  • a heat exchange member that collects the heat of the heating fluid and transmits the heat to the plate portion on the high temperature side, wherein the heat exchange member is provided on the heating flow path in the region where the thermoelectric conversion module is disposed. It has the back extension part extended from the edge part of a downstream side to the exit side of this heating flow path.
  • heat exchange is performed in which the heat of the heating fluid flowing through the heating channel is collected by the heat exchange member and reaches the plate portion on the high temperature side, thereby increasing the temperature difference applied to the thermoelectric conversion module. It is done.
  • the temperature of the heating fluid decreases as it goes to the downstream side of the heating flow path by heat exchange by the heat exchange member, but the heat of the heating fluid on the downstream side whose temperature has decreased is collected at the rearward extension portion of the heat exchange member, It is transmitted to the high temperature side plate.
  • most of the heat quantity of the heating fluid is discharged as it is.
  • a little more heat quantity can be taken in by the rear extension part from the heating fluid whose temperature has decreased.
  • the amount of heat supplied to the thermoelectric conversion module increases as compared with the case where there is no rearward extending portion, and the temperature difference generated in the thermoelectric conversion module increases, thereby improving the amount of power generation.
  • the length of the rearward extending portion of the heat exchange member is 1 to 100 mm. In this range, 2 mm or more is preferable, 5 mm or more is more preferable, and 10 mm More preferably, the above is ensured.
  • thermoelectric conversion device of the present invention the heat exchange member disposed in the heating flow path is provided with the rearward extending portion, so that a larger amount of heat of the downstream heating fluid flowing in the heating flow path can be taken in. This produces an effect that the power generation amount can be further improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is a front view which shows the thermoelectric conversion module arrange
  • FIG. 4 is a plan view taken along line AA in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cutaway perspective view taken along line AA in FIG. 3 (insulator not shown).
  • FIG. 6 is an enlarged view of a VI part in FIG. 1.
  • Power generation device thermoelectric conversion device 10 ... Pipe line (heating channel) 10b ... outlet 12 of pipe line ... high temperature side plate part 22 ... low temperature side plate part 40 ... thermoelectric conversion module 70 ... fin heat exchange member 75 ... rearward extension part H ... heating fluid
  • FIGS. 1 and 2 show a thermoelectric conversion power generation device 1 to which the thermoelectric conversion device of the present invention is applied.
  • the power generation device 1 has a flat rectangular parallelepiped shape as a whole, and a tubular body 11 formed of a flat tube passes through the center.
  • the module chamber 20 and the low temperature chamber 30 are vertically symmetrical above and below the tubular body 11. Each is formed.
  • the tubular body 11 includes a flat plate portion 12 that is arranged in parallel in the vertical direction and faces each other, and a curved side plate portion 13 that integrally connects both ends of the plate portion 12. It is configured.
  • the entire tubular body 11 is heated by the heated fluid H flowing through the conduit 10.
  • the upper and lower plate portions 12 of the tube body 11 are heated to heat a thermoelectric conversion module 40 to be described later.
  • these plate portions 12 are referred to as high-temperature side plate portions 12.
  • a flat tubular inner case 21 is disposed around the tube body 11, and an outer case 31 is fixed to the outer side of the inner case 21.
  • the inner case 21 is parallel to the upper and lower high-temperature plate portions 12 of the tube body 11, and has flat plate portions 22 that face the plate portions 12, and both ends of these plate portions 22. It is comprised from the side-plate part 23 connected integrally. As shown in FIG. 1, a gap between both ends of the tube body 11 and the inner case 21 is sealed with a sealing cover 25, and the module chamber 20 is connected to the tube body 11, the inner case 21 and the sealing cover 25. It is surrounded and formed.
  • the inner case 21 and the outer case 31 are airtightly joined, and a low temperature chamber 30 is formed between the cases 21 and 31.
  • a cooling medium such as cooling water is supplied to the low greenhouse 30, and the plate portion 22 of the inner case 21 is cooled by the cooling medium.
  • the plate portion 22 is referred to as a low temperature side plate portion 22.
  • the low greenhouse 30 can be provided with fins for improving the cooling efficiency of the plate portion 22 on the low temperature side.
  • the tubular body 11, the inner case 21, the outer case 31, and the sealing cover 25 are made of a metal such as stainless steel having heat resistance and oxidation resistance, such as SUS444, and the joint portions are fixed by fixing means such as brazing.
  • thermoelectric conversion module 40 In the module chamber 20, a thermoelectric conversion module 40 is disposed.
  • the thermoelectric conversion module 40 includes a plurality of rectangular parallelepiped thermoelectric conversion elements 41 arranged in a matrix and a plurality of electrodes 45 that connect the thermoelectric conversion elements 41 in series.
  • thermoelectric conversion element 41 a type having a high heat-resistant temperature is used.
  • a silicon-germanium system, a magnesium-silicon system, a manganese-silicon system, an iron silicide system, or the like is preferably used.
  • the electrode 45 is divided into a high temperature side electrode 451 disposed to face the high temperature side plate portion 12 and a low temperature side electrode 452 disposed to face the low temperature side plate portion 22.
  • the thermoelectric conversion element 41 is disposed between the high temperature side electrode 451 and the low temperature side electrode 452.
  • One electrode 45 is disposed between adjacent thermoelectric conversion elements 41 and is fixed to the upper and lower surfaces of the thermoelectric conversion elements 41.
  • the high temperature side electrode 451 is fixed to the high temperature side plate portion 12 via an insulating material 50 such as ceramic, and the low temperature side electrode 452 is similarly formed on the low temperature side plate portion.
  • 22 is fixed to an insulating material 50 such as ceramic. That is, all the electrodes 45 are insulated from the plate portions 12 and 22.
  • the insulating material 50 is provided so as to correspond to the rectangular arrangement region of the entire thermoelectric conversion module 40 with respect to the plate portions 12 and 22.
  • the pipe 10 in the pipe body 11 is provided with fins (heat exchange members) 70 that collect the heat of the heating fluid H flowing through the pipe 10 and transmit the heat to the plate portion 12 on the high temperature side.
  • the fin 70 is formed by processing a metal thin plate such as stainless steel into a corrugated plate shape, and heats the vertical direction (FIGS. 1, 4, and 5: arrow L direction) in which the peak portion 70a and the valley portion 70b extend. It is parallel to the penetration direction through which the fluid H flows, and is fixed in the tube 11 by joining the outer surface of the tip of the ridge 70a to the inner surface of the plate 12 on the high temperature side by means such as brazing.
  • the fin 70 has both end portions 71 in the transverse direction (direction perpendicular to the vertical direction, FIGS. 2 to 5: arrow W direction) in which the ridges 70a and the valleys 70b are alternately connected. Is arranged in a state that coincides with the end of the rectangular arrangement region of the thermoelectric conversion module 40.
  • the upstream end 72 of the pipe 10 in the longitudinal direction of the fin 70 substantially coincides with the upstream end in the arrangement region of the thermoelectric conversion module 40.
  • the end portion 73 on the downstream side of the pipe line 10 in the longitudinal direction of the fin 70 is connected to the outlet 10b side of the pipe line 10 from the downstream end part in the region where the thermoelectric conversion module 40 is disposed (in FIG.
  • the extending rear portion (FIGS. 1, 4 and 5: indicated by reference numeral 75, hereinafter referred to as a rear extending portion) is provided on the outlet 10b side of the pipe line 10. It extends until it coincides with the end.
  • the length of the rearward extending portion 75 of the fin 70 is appropriately selected according to the size of the region where the thermoelectric conversion module 40 is disposed or the size of the power generation device 1 itself, and is, for example, in the range of 1 to 100 mm. Selected. In this range, it is preferably 2 mm or more, more preferably 5 mm or more, and even more preferably 10 mm or more.
  • the high-temperature side plate portion 12 is heated by flowing a high-temperature heating fluid H through the conduit 10 of the tube body 11. Further, the cooling medium is allowed to flow inside the low temperature chamber 30 to cool the plate portion 22 on the low temperature side.
  • the plate 12 on the high temperature side is heated by the heat of the heating fluid H flowing through the pipe line 10, and the heat of the heated plate 12 on the high temperature side is transmitted to the thermoelectric conversion element 41 via the high temperature side electrode 451.
  • the heat of the low temperature side plate portion 22 cooled by the cooling medium is transmitted to the thermoelectric conversion element 41 through the low temperature side electrode 452 of the thermoelectric conversion module 40.
  • a temperature difference is given to the thermoelectric conversion element 41 such that the temperature of the tube body 11 is high and the temperature of the low temperature chamber 30 is low. Is taken out.
  • exhaust heat gas generated in a factory or a garbage incinerator, automobile exhaust gas, or the like can be used as the heating fluid H.
  • the heat of the downstream heated fluid H whose temperature has been reduced is collected in the pipe line 10 by the rearward extending portion 75 of the fin 70 until it reaches the outlet 10b, and is collected by the plate portion 12 on the high temperature side. Communicated.
  • the fin 70 does not have the rearward extending portion 75
  • much of the heat amount of the heating fluid H that has passed through the region where the thermoelectric conversion module 40 is disposed is discharged as it is through the pipe 10.
  • the sealing cover 25 that seals between the openings of both ends of the tube body 11 and the inner case 21 extends until it coincides with the end portion on the outlet 10 b side.
  • the rearward extending portion 75 is preferably stopped at a length that matches the end portion of the outlet 10b. If the rear extension 75 has a length that protrudes further downstream from the outlet 10b, the heat collected by the rear extension 75 escapes from the sealing cover 25 to the inner case 21. This is because the heat collection efficiency may be reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

　熱電変換モジュールに温度差を与える加熱流体の、加熱流路における下流側の熱量をより多く取り込むことで発電量をより向上させる。　互いに対向配置される高温側の板部１２および低温側の板部２２と、高温側の板部１２を加熱する加熱流体Ｈが流される管路１０と、板部１２，２２の間に配置されて温度差が付与される熱電変換モジュール４０と、管路１０に配設され、加熱流体Ｈの熱を集熱して高温側の板部１２に伝達するフィン７０とを備えた発電装置１において、フィン７０は、熱電変換モジュール４０の配設領域における管路１０の下流側の端部から該管路１０の出口１０ｂ側に延在する後方延在部７５を有し、この後方延在部７５で加熱流体Ｈの下流側の熱を取り込む。

Description

熱電変換装置
　本発明は、例えば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等の熱電変換装置に関する。
　上記熱電変換式発電装置は、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て、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するもので、温度差が大きいほど発電量が大きくなることが知られている。このような熱電変換素子は、複数を電極によって接合した熱電変換モジュールという形態で用いられる。例えば、管体の外面に熱電変換モジュールと低温部とを積層して管体の内部の加熱流路に加熱流体を導入することで、加熱される管体（高温部）と低温部との間に挟んだ熱電変換モジュールに温度差を生じさせて電気を取り出す構成の熱電変換式発電装置が知られている（特許文献１）。当該文献の加熱流路には、加熱流体の熱を集熱して管体に伝達するフィンが熱交換部材として設けられている。
特開２００６－２１７７５６号公報
　ところで、加熱流路を流れる加熱流体は、上流側から下流側に向かうにしたがい熱交換されていくことで温度はしだいに低下していき、これに伴って熱電変換モジュールに付与される温度差もしだいに小さくなっていく。しかし、温度が低下するとは言え、熱電変換モジュールに温度差を付与できる温度を有している限りは下流側の加熱流体の熱量を有効に活用することで発電は起こるため、温度低下した下流側の加熱流体の熱量をより多く取り込んで発電量をなるべく多くすることができる対策が望まれた。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その主たる課題は、加熱流路を流れる下流側の加熱流体の熱量をより多く取り込むことで発電量をより向上させることを可能とする熱電変換装置を提供することにある。
　本発明の熱電変換装置は、互いに対向配置される高温側の板部および低温側の板部と、前記高温側の板部を加熱する加熱流体が流される加熱流路と、前記高温側の板部および前記低温側の板部の間に配設され、該高温側の板部および該低温側の板部によって温度差が付与される熱電変換モジュールと、前記加熱流路に配設され、前記加熱流体の熱を集熱して前記高温側の板部に伝達する熱交換部材と、を備えた熱電変換装置において、前記熱交換部材は、前記熱電変換モジュールの配設領域における前記加熱流路の下流側の端部から該加熱流路の出口側に延在する後方延在部を有していることを特徴とする。
　本発明では、加熱流路を流れる加熱流体の熱が熱交換部材で集熱されて高温側の板部に達するという熱交換が行われて、熱電変換モジュールに付与される温度差の増大が図られる。熱交換部材による熱交換によって加熱流体の温度は加熱流路の下流側に向かうにしたがい低下するが、温度低下した下流側の加熱流体の熱は熱交換部材の後方延在部で集熱され、高温側の板部に伝達される。後方延在部がない場合には加熱流体の熱量の多くはそのまま排出されてしまうが、本発明では、温度低下した加熱流体から少しでも多くの熱量を後方延在部によって取り込むことができる。その結果、後方延在部がない場合に比べて熱電変換モジュールに供給される熱量が増大して熱電変換モジュールに生じる温度差が大きくなり、発電量の向上が図られる。
　本発明では、前記熱交換部材の前記後方延在部の長さが１～１００ｍｍであることを特徴とするものであり、この範囲では、２ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上であればより好ましく、１０ｍｍ以上が確保されているとさらに好ましい。
　本発明の熱電変換装置によれば、加熱流路に配設される熱交換部材に後方延在部を設けたことにより、加熱流路を流れる下流側の加熱流体の熱量をより多く取り込むことができ、これによって発電量をより向上させることができるといった効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る熱電変換式の発電装置の側断面図である。 図１のII－II矢視断面図である。 同発電装置の管体および管体の上側に配設される熱電変換モジュールを示す正面図である。 図３のＡ－Ａ破断平面図である。 図３のＡ－Ａ破断斜視図である（絶縁体は不図示）。 図１のVI部拡大図である。
　１…発電装置（熱電変換装置）
１０…管路（加熱流路）
１０ｂ…管路の出口
１２…高温側の板部
２２…低温側の板部
４０…熱電変換モジュール
７０…フィン熱交換部材
７５…後方延在部
　Ｈ…加熱流体
　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構成
　図１および図２は、本発明の熱電変換装置を適用した熱電変換式発電装置１を示している。この発電装置１は全体が扁平な直方体状であって、中心に扁平管からなる管体１１が貫通しており、この管体１１の上下に、モジュール室２０と低温室３０とが上下対称にそれぞれ形成されている。
　管体１１の内部には、図１において左右方向に貫通し、貫通方向に沿って入口１０ａから出口１０ｂに向かって加熱流体Ｈが流される管路（加熱流路）１０が形成されている。図２および図３に示すように、管体１１は、上下に平行に配されて互いに対向する平板状の板部１２と、これら板部１２の両端を一体につなぐ湾曲した側板部１３とから構成されている。管体１１は、管路１０を流れる加熱流体Ｈによって全体が加熱される。管体１１の上下の板部１２が加熱されることで、後述する熱電変換モジュール４０が加熱されるようになっており、以下、これら板部１２を高温側の板部１２と称する。管体１１の周囲には扁平管状の内側ケース２１が配設され、この内側ケース２１のさらに外側に外側ケース３１が固着されている。
　図２に示すように、内側ケース２１は、管体１１の上下の高温側の板部１２と平行で、それら板部１２に対向する平板状の板部２２と、これら板部２２の両端を一体につなぐ側板部２３とから構成されている。図１に示すように、管体１１および内側ケース２１の両端開口部の間は封止カバー２５で封止されており、モジュール室２０は、管体１１、内側ケース２１および封止カバー２５に囲まれて形成されている。
　内側ケース２１と外側ケース３１とは気密的に接合され、両ケース２１，３１間に低温室３０が形成されている。低温室３０には、冷却水等の冷却媒体が供給され、内側ケース２１の板部２２は、その冷却媒体によって冷却される。以下、この板部２２を低温側の板部２２と称する。低温室３０には、低温側の板部２２の冷却効率を向上させるためのフィンを設けることができる。
　管体１１、内側ケース２１、外側ケース３１および封止カバー２５は、例えばＳＵＳ４４４等の耐熱性および耐酸化性を有するステンレス等の金属で作製され、接合部分はろう付け等の固着手段で固着される。
　モジュール室２０内には、熱電変換モジュール４０が配設されている。熱電変換モジュール４０は、マトリックス状に配列された複数の直方体状の熱電変換素子４１と、これら熱電変換素子４１を直列に接続する複数の電極４５とから構成される。熱電変換素子４１には、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３に示すように、電極４５は、高温側の板部１２に対向して配置される高温側電極４５１と、低温側の板部２２に対向して配置される低温側電極４５２に分けられ、高温側電極４５１と低温側電極４５２との間に、熱電変換素子４１が配置されている。電極４５は、隣接する熱電変換素子４１間にまたがって１つの電極４５が配設され、熱電変換素子４１の上下の面にそれぞれ固着される。図３および図５に示すように、高温側電極４５１は、高温側の板部１２に対しセラミック等の絶縁材５０を介して固着され、また、低温側電極４５２も同様に低温側の板部２２に対しセラミック等の絶縁材５０を介して固着されている。すなわち全ての電極４５は、各板部１２，２２に対し絶縁されている。絶縁材５０は、熱電変換モジュール４０全体の、各板部１２，２２に対する矩形状の配設領域に対応して設けられている。
　管体１１内の管路１０には、管路１０を流れる加熱流体Ｈの熱を集熱して高温側の板部１２に伝達するフィン（熱交換部材）７０が配設されている。フィン７０はステンレス等等の金属薄板を波板状に加工して形成されたもので、峰部７０ａおよび谷部７０ｂが延びる縦方向（図１、図４および図５：矢印Ｌ方向）を加熱流体Ｈが流れる貫通方向と平行とされ、峰部７０ａの先端外面を高温側の板部１２の内面にろう付け等の手段によって接合することで、管体１１内に固定されている。
　図３に示すように、フィン７０は、峰部７０ａと谷部７０ｂとが交互に連なる横断方向（上記縦方向に直交する方向、図２～図５：矢印Ｗ方向）の両方の端部７１が、熱電変換モジュール４０の矩形状の配設領域の端部に一致する状態に配設されている。一方、フィン７０の縦方向の、管路１０の上流側の端部７２は、熱電変換モジュール４０の配設領域における該上流側の端部にほぼ一致している。これに対し、フィン７０の縦方向の、管路１０の下流側の端部７３は、熱電変換モジュール４０の配設領域における該下流側の端部から管路１０の出口１０ｂ側（図４で下側）に延在しており、この延在する後方部分（図１、図４および図５：符号７５で示す、以下、後方延在部と称する）は、管路１０の出口１０ｂ側の端部に一致するまで延びている。
　フィン７０の後方延在部７５の長さは、熱電変換モジュール４０の配設領域の大きさ、あるいは発電装置１自体の大きさに応じて適宜に選択されるが、例えば１～１００ｍｍの範囲で選択される。なお、この範囲では、２ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上であればより好ましく、１０ｍｍ以上が確保されているとさらに好ましい。
［２］発電装置の発電作用
　上記構成からなる発電装置１では、管体１１の管路１０に高温の加熱流体Ｈを流して高温側の板部１２を加熱する。また、低温室３０の内部に冷却媒体を流して低温側の板部２２を冷却する。管路１０に流される加熱流体Ｈの熱によって高温側の板部１２が加熱され、加熱された高温側の板部１２の熱が高温側電極４５１を介して熱電変換素子４１に伝わる。一方、冷却媒体で冷却される低温側の板部２２の熱は熱電変換モジュール４０の低温側電極４５２を介して熱電変換素子４１に伝わる。これにより、熱電変換素子４１には、管体１１側が高温、低温室３０側が低温というように温度差が与えられ、熱電変換素子４１が発電し、電極４５に接続された図示せぬ端子から電気が取り出される。
　本実施形態の発電装置１では、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を上記加熱流体Ｈとして利用することができる。
［３］実施形態の効果
　本実施形態の発電装置１では、管体１１の管路１０を流れる加熱流体Ｈの熱がフィン７０で集熱されて高温側の板部１２に達するという熱交換が行われることで、熱電変換モジュール４０に付与される温度差の増大が図られる。フィン７０による熱交換によって加熱流体Ｈの温度は管路１０の下流側に向かうにしたがい低下する。
　しかし本実施形態では、温度低下した下流側の加熱流体Ｈの熱は、管路１０内においてはフィン７０の後方延在部７５によって出口１０ｂに至るまで集熱され、高温側の板部１２に伝達される。フィン７０が後方延在部７５を有していない場合、熱電変換モジュール４０の配設領域を通過した加熱流体Ｈの熱量の多くはそのまま管路１０を出て排出されてしまうが、本実施形態では、温度低下した加熱流体Ｈから少しでも多くの熱を後方延在部７５によって取り込み、高温側の板部１２を加熱することができる。したがって、後方延在部７５がない場合に比べて熱電変換モジュール４０に供給される熱量が増大して熱電変換モジュール４０に生じる温度差が大きくなり、結果として発電量の向上が図られる。
　なお、熱電変換モジュール４０より下流側の加熱流体Ｈの熱をなるべく多く取り込んで高温側の板部１２に伝達するために、後方延在部７５は長ければ長いほどよい。しかし、図６に示すように、管体１１および内側ケース２１の両端開口部の間を封止する封止カバー２５が出口１０ｂ側の端部に一致するまで延びており、封止カバーと管体の端面どうしをろう付けで接合している本実施形態の場合には、後方延在部７５は出口１０ｂの端部に一致する長さに止めておく形態がよい。これは、仮に出口１０ｂからさらに下流側に突出する長さを後方延在部７５が有していると、後方延在部７５で集熱された熱が封止カバー２５から内側ケース２１に逃げてしまい、集熱効率が低下するおそれがあるからである。

Claims (2)

  1. 　互いに対向配置される高温側の板部および低温側の板部と、
    　前記高温側の板部を加熱する加熱流体が流される加熱流路と、
    　前記高温側の板部および前記低温側の板部の間に配設され、該高温側の板部および該低温側の板部によって温度差が付与される熱電変換モジュールと、
    　前記加熱流路に配設され、前記加熱流体の熱を集熱して前記高温側の板部に伝達する熱交換部材と、を備えた熱電変換装置において、
    　前記熱交換部材は、前記熱電変換モジュールの配設領域における前記加熱流路の下流側の端部から該加熱流路の出口側に延在する後方延在部を有していることを特徴とする熱電変換装置。
  2. 　前記熱交換部材の前記後方延在部の長さが、１～１００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
PCT/JP2015/084420 2014-12-10 2015-12-08 熱電変換装置 WO2016093239A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014249570 2014-12-10
JP2014-249570 2014-12-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016093239A1 true WO2016093239A1 (ja) 2016-06-16

Family

ID=56107417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/084420 WO2016093239A1 (ja) 2014-12-10 2015-12-08 熱電変換装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016093239A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10290590A (ja) * 1997-04-15 1998-10-27 Honda Motor Co Ltd 排熱エネルギー回収装置
JP2002199762A (ja) * 2000-12-21 2002-07-12 Kishino Shoji 排熱熱電変換装置、それを使用した排気ガス排出システム、およびそれを使用した車両
WO2006075571A1 (ja) * 2005-01-12 2006-07-20 Showa Denko K.K. 廃熱回収システムおよび熱電変換ユニット

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10290590A (ja) * 1997-04-15 1998-10-27 Honda Motor Co Ltd 排熱エネルギー回収装置
JP2002199762A (ja) * 2000-12-21 2002-07-12 Kishino Shoji 排熱熱電変換装置、それを使用した排気ガス排出システム、およびそれを使用した車両
WO2006075571A1 (ja) * 2005-01-12 2006-07-20 Showa Denko K.K. 廃熱回収システムおよび熱電変換ユニット

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6078412B2 (ja) 熱電変換式発電装置
US10777725B2 (en) Thermoelectric generator
JP5498192B2 (ja) 熱電気変換装置および熱電気変換方法
JP6601317B2 (ja) 熱電発電装置
JP2016025271A (ja) 熱電変換装置
WO2019181683A1 (ja) 熱電変換モジュール
WO2016093239A1 (ja) 熱電変換装置
TWI570381B (zh) 貼合流體熱交換裝置
JP2010219255A (ja) 熱電発電装置
JP2006211780A (ja) 熱電発電装置
WO2018083912A1 (ja) 熱電発電熱交換器
KR101724847B1 (ko) 엔진 폐열을 이용가능한 열전발전 모듈
JP2007211748A (ja) 熱交換器及び熱発電装置
JP2002199762A (ja) 排熱熱電変換装置、それを使用した排気ガス排出システム、およびそれを使用した車両
JP7044781B2 (ja) 熱伝達機器
JP6428749B2 (ja) 熱電発電装置
JP2009272327A (ja) 熱電変換システム
KR101295907B1 (ko) 차량 배기열을 이용한 열전발전장치 및 그 제조 방법
JP2017221066A (ja) 熱電発電装置
JP6149754B2 (ja) 熱電発電装置
JP2016012613A (ja) 熱電変換装置
JP2015138793A (ja) 熱電変換式発電装置
WO2016093238A1 (ja) 熱電変換装置
JP2015138790A (ja) 熱電変換式発電装置
CN109958518A (zh) 排气歧管

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15867513

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15867513

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP