WO2021256164A1 - 熱発電ユニット - Google Patents

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WO2021256164A1
WO2021256164A1 PCT/JP2021/019290 JP2021019290W WO2021256164A1 WO 2021256164 A1 WO2021256164 A1 WO 2021256164A1 JP 2021019290 W JP2021019290 W JP 2021019290W WO 2021256164 A1 WO2021256164 A1 WO 2021256164A1
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heat transfer
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temperature fluid
fluid
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洋正 玉置
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • thermoelectric generation unit that converts thermal energy into electrical energy.
  • thermoelectric power generation unit that converts thermal energy into electrical energy is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the conventional thermal power generation unit includes a low-temperature fluid flow path portion through which a low-temperature fluid flows, a high-temperature fluid flow path portion through which a high-temperature fluid flows, and a thermoelectric module arranged between the low-temperature fluid flow path portion and the high-temperature fluid flow path portion. Is equipped with.
  • the thermoelectric module utilizes the Seebeck effect to convert thermal energy due to a temperature difference between a high-temperature fluid flowing through a high-temperature fluid flow path portion and a low-temperature fluid flowing through a low-temperature fluid flow path portion into electrical energy.
  • thermoelectric power generation unit is further provided with a plurality of corrugated plate-shaped plate fins arranged in a high-temperature fluid flow path portion and laminated in a predetermined direction.
  • the heat of the high temperature fluid flowing through the high temperature fluid flow path portion is transferred to each of the pair of thermoelectric modules via the plurality of plate fins.
  • the high-temperature fluid flow path portion is partitioned by a plurality of plate fins into a plurality of flow paths arranged side by side in the predetermined direction. Since the flow velocity of the high-temperature fluid flowing in the flow path close to the thermoelectric module among the plurality of channels is lower than the flow velocity of the high-temperature fluid flowing in the flow path far from the thermoelectric module, the high-temperature fluid flowing in the flow path close to the thermoelectric module to the thermoelectric module The efficiency of heat transfer to is reduced.
  • thermoelectric module Since the heat of the high-temperature fluid flowing through the flow path far from the thermoelectric module is difficult to be transferred to the thermoelectric module, the contribution rate of the thermoelectric module to power generation decreases. As a result, the efficiency of heat transfer from the high temperature fluid flowing in the flow path far from the thermoelectric module to the thermoelectric module is reduced.
  • thermoelectric power generation unit capable of increasing the heat transfer efficiency from the second fluid (high temperature fluid) to the thermoelectric module.
  • the heat power generation unit is a heat power generation unit that generates heat by a temperature difference between a first fluid and a second fluid having a temperature higher than that of the first fluid, and is opposed to each other.
  • a second fluid arranged between the pair of first fluid flow paths and the pair of first fluid flow paths, each of which the first fluid flows, and through which the second fluid flows.
  • the heat energy is arranged between the flow path portion, the second fluid flow path portion, and the pair of first fluid flow path portions, and is due to the temperature difference between the first fluid and the second fluid.
  • a pair of thermoelectric modules that convert The second fluid, comprising a heat plate, wherein at least one of the plurality of heat transfer plates projects from the opening and the peripheral edge of the opening and passes through the opening. It has a rectifying unit for rectifying in the direction toward one or the other of the pair of thermoelectric modules.
  • thermoelectric generation unit According to the thermoelectric generation unit according to one aspect of the present disclosure, the heat transfer efficiency from the second fluid to the thermoelectric module can be enhanced. Further advantages and effects in one aspect of the present disclosure will be apparent from the specification and drawings. Such advantages and / or effects are provided by some embodiments and the features described in the specification and drawings, respectively, but not all need to be provided in order to obtain one or more identical features. There is no.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view which shows the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the main part of the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 1, according to line III-III of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the thermoelectric power generation unit according to the first embodiment by the IV-IV line of FIG.
  • FIG. FIG. 5 is an enlarged perspective view showing a rectifying structure of the flat plate heat transfer plate of FIG.
  • FIG. It is a perspective view which shows the rectifying structure of the flat plate heat transfer plate which concerns on the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view which shows the corrugated plate-shaped heat transfer plate which concerns on the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the main part which shows the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 2. It is sectional drawing of the main part which shows the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 3. It is sectional drawing of the main part which shows the thermoelectric power generation unit which concerns on Embodiment 4.
  • the heat power generation unit is a heat power generation unit that generates heat by a temperature difference between a first fluid and a second fluid having a temperature higher than that of the first fluid, and is opposed to each other.
  • a second fluid arranged between the pair of first fluid flow paths and the pair of first fluid flow paths, each of which the first fluid flows, and through which the second fluid flows.
  • the heat energy is arranged between the flow path portion, the second fluid flow path portion, and the pair of first fluid flow path portions, and is due to the temperature difference between the first fluid and the second fluid.
  • a pair of thermoelectric modules that convert The second fluid, comprising a heat plate, wherein at least one of the plurality of heat transfer plates projects from the opening and the peripheral edge of the opening and passes through the opening. It has a rectifying unit for rectifying in the direction toward one or the other of the pair of thermoelectric modules.
  • a part of the second fluid flowing in the region far from the thermoelectric module in the second fluid flow path portion is rectified in the direction toward the thermoelectric module by the rectifying section of the heat transfer plate. It flows into the region of the second fluid flow path portion close to the thermoelectric module.
  • the flow velocity of the second fluid flowing in the region close to the thermoelectric module in the second fluid flow path portion can be increased, and the second fluid flow path portion in the second fluid flow path portion far from the thermoelectric module flows.
  • the heat of the fluid can contribute to the power generation by the thermoelectric module. As a result, the heat transfer efficiency from the second fluid to the thermoelectric module can be increased.
  • the plurality of heat transfer plates and the pair of thermoelectric modules may be stacked in a plurality of sets in the predetermined direction.
  • thermoelectric generation unit can be made compact.
  • a plurality of the openings and the rectifying section are provided, and the plurality of openings are a first opening arranged in an upstream region of the second fluid flow path portion and the second fluid flow path portion.
  • a second opening arranged in the middle stream region on the downstream side of the upstream region of the portion and a third opening arranged in the downstream region on the downstream side of the middle flow region of the second fluid flow path portion.
  • the plurality of rectifying portions including a portion, project from the peripheral edge portion of the first opening, and direct the second fluid that has passed through the first opening toward one of the pair of thermoelectric modules.
  • the first rectifying section for rectifying in the direction and the second fluid protruding from the peripheral edge of the second opening and passing through the second opening are directed toward the other of the pair of thermoelectric modules.
  • the second rectifying section for rectifying in the direction and the second fluid protruding from the peripheral edge of the third opening and passing through the third opening are directed toward one of the pair of thermoelectric modules. It may include a third rectifying section for rectif
  • the rectifying direction of the second fluid by the second rectifying unit arranged in the middle flow region of the second fluid flow path portion is arranged in the upstream region of the second fluid flow path portion.
  • the rectifying unit may protrude from the peripheral edge of the opening in a direction opposite to the direction in which the second fluid passes through the opening.
  • the second fluid that has passed through the opening can be efficiently rectified by the rectifying unit.
  • the plurality of heat transfer plates may be configured by alternately stacking flat plate-shaped heat transfer plates and corrugated plate-shaped heat transfer plates.
  • the heat of the second fluid can be efficiently transferred to the thermoelectric module via the flat plate-shaped heat transfer plate and the corrugated plate-shaped heat transfer plate.
  • a pair of adjacent heat transfer plates among the plurality of heat transfer plates may be connected to each other via rod-shaped fins.
  • the heat of the second fluid can be efficiently transferred to the thermoelectric module via the pair of heat transfer plates and the rod-shaped fins between them.
  • each of the plurality of heat transfer plates may be made of different materials.
  • each of the plurality of heat transfer plates may be made of copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy, stainless steel or ceramics.
  • each heat transfer plate can be formed of a material having high thermal conductivity.
  • Each of the plurality of heat transfer plates may be made of nickel, nickel alloy, chromium or a chromium alloy.
  • each heat transfer plate can be coated with a material having high corrosion resistance. As a result, it is possible to prevent the inside of each heat transfer plate from being oxidized and corroded in the high temperature atmosphere.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment according to lines III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the thermoelectric generation unit 2 according to the first embodiment by the IV-IV line of FIG.
  • FIGS. 1 is a perspective view showing a thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment according to lines III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the thermoelectric generation unit 2 according to the first embodiment by the IV-IV line
  • the front-rear direction of the thermal power generation unit 2 is the X-axis direction
  • the left-right direction of the thermal power generation unit 2 is the Y-axis direction
  • the vertical direction of the thermal power generation unit 2 is the Z-axis direction.
  • thermoelectric power generation unit 2 is, for example, a thermoelectric power generation unit (Thermoelectric conversion unit) for generating power by utilizing the thermal energy of exhaust gas discharged from an engine mounted on a vehicle.
  • thermoelectric power generation unit Thermoelectric conversion unit
  • the thermoelectric generation unit 2 includes a pair of low-temperature fluid flow path portions 4 and 6 (an example of a pair of first fluid flow path portions) and a pair of side surface restraint portions 8 and 10.
  • a high-temperature fluid flow path portion 12 (an example of a second fluid flow path portion), a high-temperature fluid introduction section 14, a high-temperature fluid discharge section 16, a pair of thermoelectric modules 18 and 20, and a fin structure 22 are provided. There is.
  • the pair of low temperature fluid flow path portions 4 and 6 are arranged so as to face each other at intervals in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the upper low-temperature fluid flow path portion 4 has a flat hollow rectangular parallelepiped housing 24, a tubular low-temperature fluid introduction portion 26 and a low-temperature fluid discharge portion 28 protruding outward from the side surface of the housing 24. ing.
  • a low temperature fluid flow path 30 through which a low temperature fluid (an example of a first fluid) flows is formed inside the housing 24.
  • the cold fluid is, for example, cold water or cold air having a temperature lower than that of the hot fluid (described later).
  • the low-temperature fluid introduction unit 26 and the low-temperature fluid discharge unit 28 are arranged at intervals in the front-rear direction (X-axis direction) and communicate with the low-temperature fluid flow path 30 of the housing 24.
  • the low-temperature fluid flows into the low-temperature fluid flow path 30 of the housing 24 through the low-temperature fluid introduction section 26, flows through the low-temperature fluid flow path 30, and then is discharged to the outside through the low-temperature fluid discharge section 28.
  • the lower low-temperature fluid flow path portion 6 has a flat hollow rectangular parallelepiped housing 31, a tubular low-temperature fluid introduction portion 33 and a low-temperature fluid discharge portion 35 protruding outward from the side surface of the housing 31. is doing.
  • a low-temperature fluid flow path 37 through which a low-temperature fluid flows is formed inside the housing 31.
  • the low-temperature fluid introduction section 33 and the low-temperature fluid discharge section 35 are arranged at intervals in the front-rear direction and communicate with the low-temperature fluid flow path 37 of the housing 31.
  • the low-temperature fluid flows into the low-temperature fluid flow path 37 of the housing 31 through the low-temperature fluid introduction section 33, flows through the low-temperature fluid flow path 37, and then is discharged to the outside through the low-temperature fluid discharge section 35.
  • the pair of side restraint portions 8 and 10 are arranged so as to face each other at intervals in the left-right direction (Y-axis direction). That is, the pair of side restraint portions 8 and 10 are arranged so as to cover the high temperature fluid flow path portion 12 (described later) arranged between the pair of low temperature fluid flow path portions 4 and 6 from the side in the left-right direction. Has been done.
  • Each of the pair of side restraint portions 8 and 10 is formed in the shape of a rectangular flat plate.
  • the high temperature fluid flow path portion 12 is arranged between the pair of low temperature fluid flow path portions 4 and 6.
  • the high temperature fluid flow path portion 12 is defined by a space surrounded by a pair of low temperature fluid flow path portions 4 and 6 and a pair of side surface restraint portions 8 and 10.
  • the high temperature fluid flow path portion 12 functions as a high temperature fluid flow path through which a high temperature fluid (an example of a second fluid) flows.
  • the hot fluid is a fluid having a temperature higher than that of the cold fluid, and is, for example, exhaust gas discharged from an engine mounted on a vehicle.
  • the high temperature fluid introduction unit 14 and the high temperature fluid discharge unit 16 are arranged so as to face each other with a space in the front-rear direction. That is, the high-temperature fluid introduction section 14 and the high-temperature fluid discharge section 16 are arranged so as to cover the high-temperature fluid flow path section 12 arranged between the pair of low-temperature fluid flow path sections 4 and 6 from the side in the front-rear direction. ing.
  • the high-temperature fluid introduction section 14 and the high-temperature fluid discharge section 16 are formed in a tubular shape and communicate with the high-temperature fluid flow path section 12.
  • the high-temperature fluid flows into the high-temperature fluid flow path portion 12 through the high-temperature fluid introduction section 14, flows in the high-temperature fluid flow path section 12 in the front-rear direction (from the negative side to the positive side of the X-axis), and then discharges the high-temperature fluid. It is discharged to the outside through the unit 16.
  • the pair of thermoelectric modules 18 and 20 are arranged between the high temperature fluid flow path portion 12 and the pair of low temperature fluid flow path portions 4, 6 respectively. That is, the pair of thermoelectric modules 18 and 20 are arranged so as to face each other at intervals in the vertical direction.
  • the upper thermoelectric module 18 is formed in a rectangular flat plate shape, and is fixed to the lower surface (the surface on the high temperature fluid flow path portion 12 side) of the housing 24 of the upper low temperature fluid flow path portion 4. That is, the upper thermoelectric module 18 is arranged so as to be sandwiched from above and below by the high temperature fluid flow path portion 12 and the upper low temperature fluid flow path portion 4.
  • the upper thermoelectric module 18 is a thermoelectric generator that converts heat energy due to a temperature difference between a high temperature fluid flowing through a high temperature fluid flow path portion 12 and a low temperature fluid flowing through an upper low temperature fluid flow path portion 4 into electrical energy by the Seebeck effect. It has an element (Thermoelectric generator).
  • the lower thermoelectric module 20 is formed in a rectangular flat plate shape, and is fixed to the upper surface (the surface on the high temperature fluid flow path portion 12 side) of the housing 31 of the lower low temperature fluid flow path portion 6. That is, the lower thermoelectric module 20 is arranged so as to be sandwiched from above and below by the high temperature fluid flow path portion 12 and the lower low temperature fluid flow path portion 6.
  • the lower thermoelectric module 20 converts the thermal energy due to the temperature difference between the high temperature fluid flowing through the high temperature fluid flow path portion 12 and the low temperature fluid flowing through the lower low temperature fluid flow path portion 6 into electric energy by the Seebeck effect. It has a thermoelectric power generation element.
  • thermoelectric module 18 and the thermoelectric module 20 may be the TEG module 102 described in Patent Document 2.
  • Patent Document 1 shows that TEG module 102 includes a plurality of p-type thermoelectric material leg 105A and a plurality of n-type thermoelectric material leg 105B.
  • the thermoelectric generation element has, for example, a ⁇ -type structure.
  • the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material are electrically connected in series via electrodes mounted on a ceramic substrate.
  • One side of each thermoelectric material is arranged on the high temperature side and the other side is arranged on the low temperature side, and a temperature difference is provided at both ends of each thermoelectric material to generate a voltage difference between both ends of the thermoelectric power generation element to generate electric power.
  • the fin structure 22 is arranged in the high temperature fluid flow path portion 12.
  • the fin structure 22 is for transferring the heat of the high-temperature fluid flowing through the high-temperature fluid flow path portion 12 to each of the pair of thermoelectric modules 18 and 20.
  • the configuration of the fin structure 22 will be described in detail later.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the flat plate heat transfer plate 34 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged perspective view showing the rectifying structure 40 of the flat plate heat transfer plate 34 of FIG.
  • the fin structure 22 has a plurality of corrugated plate-shaped heat transfer plates 32 (32a, 32b, 32c) and a plurality of flat plate-shaped heat transfer plates 34 (34a, 34b). ing.
  • the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32 and the flat plate-shaped heat transfer plate 34 are laminated so as to be alternately opposed to each other in the vertical direction. That is, a corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a, a flat plate-shaped heat transfer plate 34a, a corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b, and a flat plate-shaped heat transfer plate along a predetermined direction from the upper thermoelectric module 18 to the lower thermoelectric module 20.
  • the 34b and the corrugated heat transfer plate 32c are laminated in this order.
  • the corrugated heat transfer plate 32 has a mountain portion 36 curved so as to be convex toward the upper thermoelectric module 18 and a convex portion 36 toward the lower thermoelectric module 20. It is formed by alternately connecting curved valley portions 38 in the left-right direction.
  • the flat plate heat transfer plate 34 is formed in a flat plate shape (thin plate shape).
  • each mountain portion 36 of the upper corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a is in contact with the lower surface (the surface on the high temperature fluid flow path portion 12 side) of the upper thermoelectric module 18.
  • Each valley portion 38 of the upper corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a is in contact with the upper surface (the surface on the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a side) of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a.
  • Each mountain portion 36 of the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b is in contact with the lower surface of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a (the surface on the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b side).
  • Each valley 38 of the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b is in contact with the upper surface of the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b (the surface on the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b side).
  • Each mountain portion 36 of the lower corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c is in contact with the lower surface of the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b (the surface on the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c side).
  • Each valley portion 38 of the lower corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c is in contact with the upper surface (the surface on the high temperature fluid flow path portion 12 side) of the lower thermoelectric module 20.
  • each of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32 and the flat plate-shaped heat transfer plate 34 are made of different materials.
  • the inside of each of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32 and the flat plate-shaped heat transfer plate 34 is formed of a material having high heat conductivity, for example, copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy, stainless steel, or ceramic.
  • the surfaces of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32 and the flat plate-shaped heat transfer plate 34 are coated with a metal having high corrosion resistance, for example, nickel, nickel alloy, chromium, or chromium alloy.
  • methods such as electrolytic plating, electroless plating, and thermal spraying can be used.
  • a plurality of rectifying structures 40 are arranged in a grid pattern on the flat plate heat transfer plate 34.
  • the rectifying structure 40 has an opening 42 formed in the flat plate heat transfer plate 34 and a rectifying portion 44 protruding from the peripheral edge of the opening 42.
  • the opening 42 is formed in a triangular shape, for example.
  • the rectifying unit 44 is a protrusion for rectifying the high-temperature fluid that has passed through the opening 42 in the direction toward the upper thermoelectric module 18 or the lower thermoelectric module 20, and is formed in a semi-conical shape, for example.
  • the root portion 44a and the both side portions 44b and 44c of the rectifying portion 44 are connected to the peripheral portion of the opening portion 42.
  • the rectifying unit 44 is formed by press working such as cutting and bending a sheet metal.
  • the rectifying unit 44 is not limited to press working, and may be formed by, for example, welding.
  • each valley portion 38 of the upper corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a has a plurality of openings 46 corresponding to the plurality of rectifying structures 40 of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a. It is formed.
  • the opening 46 of the upper corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a communicates with the opening 42 of the rectifying structure 40 of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a.
  • a plurality of openings 46 are formed in each mountain portion 36 of the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b corresponding to the plurality of rectifying structures 40 of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a. There is.
  • the opening 46 of the upper corrugated plate-shaped heat transfer plate 32a communicates with the opening 42 of the rectifying structure 40 of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a.
  • the rectifying portion 44 of the rectifying structure 40 of the upper flat plate heat transfer plate 34a is in the direction opposite to the direction in which the high temperature fluid passes through the opening 42 (that is, toward the lower thermoelectric module 20) and is a flat plate. It projects diagonally downward from the peripheral edge of the opening 42 with respect to the heat transfer plate 34a.
  • the opening 48 of the central corrugated heat transfer plate 32b communicates with the opening 42 of the rectifying structure 40 of the lower flat plate heat transfer plate 34b.
  • a plurality of openings 46 are formed in each mountain portion 36 of the lower corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c corresponding to the plurality of rectifying structures 40 of the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b. Has been done.
  • the opening 46 of the lower corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c communicates with the opening 42 of the rectifying structure 40 of the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34a.
  • the rectifying portion 44 of the rectifying structure 40 of the lower flat plate heat transfer plate 34b is in the direction opposite to the direction in which the high temperature fluid passes through the opening 42 (that is, toward the upper thermoelectric module 18) and is a flat plate. It projects diagonally upward from the peripheral edge of the opening 42 with respect to the heat transfer plate 34b.
  • a plurality of rectifying structures 40 are arranged on the flat plate-shaped heat transfer plate 34, but the present invention is not limited to this, and a plurality of rectifying structures may be arranged on the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32.
  • the flat plate-shaped heat transfer plate 34 is formed with a plurality of openings corresponding to the plurality of rectifying structures of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32, respectively.
  • thermoelectric power generation unit 2 [1-3. Operation of thermoelectric generation unit] Next, the operation of the thermoelectric power generation unit 2 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3 and 4.
  • the low-temperature fluid flows into the low-temperature fluid flow path 30 of the housing 24 of the upper low-temperature fluid flow path portion 4 through the low-temperature fluid introduction section 26, and the low-temperature fluid flow path 30 Is discharged to the outside through the low temperature fluid discharge unit 28.
  • the heat of the low-temperature fluid flowing through the upper low-temperature fluid flow path portion 4 is transferred to the upper surface of the upper thermoelectric module 18 (the surface on the low-temperature fluid flow path portion 4 side), so that the upper surface of the upper thermoelectric module 18 is cooled. Will be done.
  • the low-temperature fluid flows into the low-temperature fluid flow path 37 of the housing 31 of the lower low-temperature fluid flow path portion 6 through the low-temperature fluid introduction section 33, flows through the low-temperature fluid flow path 37, and then passes through the low-temperature fluid discharge section 35 to the outside. Is discharged to.
  • the heat of the low-temperature fluid flowing through the lower low-temperature fluid flow path portion 6 is transferred to the lower surface of the lower thermoelectric module 20 (the surface on the low-temperature fluid flow path portion 6 side), so that the lower thermoelectric module 20 The bottom surface is cooled.
  • the high-temperature fluid flows into the high-temperature fluid flow path portion 12 through the high-temperature fluid introduction section 14, flows in the high-temperature fluid flow path section 12 in the front-rear direction, and then passes through the high-temperature fluid discharge section 16. It is discharged to the outside.
  • the high temperature fluid flowing through the flow path 12a between the upper thermoelectric module 18 and the upper flat plate heat transfer plate 34a flows in the flow path 12a in the front-rear direction. While flowing, the lower surface of the upper thermoelectric module 18 is heated.
  • the high temperature fluid flowing through the flow path 12b between the upper flat plate heat transfer plate 34a and the lower flat plate heat transfer plate 34b flows in the flow path 12b in the front-rear direction and at the same time.
  • a part thereof is rectified in the direction toward the upper thermoelectric module 18 by the rectifying portion 44 of the upper flat plate heat transfer plate 34a, so that the opening 42 of the upper flat plate heat transfer plate 34a and the upper corrugated plate It flows into the flow path 12a through the opening 46 of the heat transfer plate 32a.
  • the high-temperature fluid flowing in the front-rear direction through the flow path 12a as described above merges with the high-temperature fluid flowing from the flow path 12b into the flow path 12a, thereby increasing the flow velocity and pressing the lower surface of the upper thermoelectric module 18.
  • Heat Due to such a flow of the high temperature fluid, the heat of the high temperature fluid flowing through the high temperature fluid flow path portion 12 is transferred to the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b, the upper flat plate heat transfer plate 34a, and the upper corrugated plate heat transfer plate. It is transmitted to the lower surface of the upper thermoelectric module 18 via 32a. As described above, the lower surface of the upper thermoelectric module 18 is heated.
  • the high-temperature fluid flowing through the flow path 12c between the lower thermoelectric module 20 and the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b moves back and forth through the flow path 12c. While flowing in the direction, the upper surface of the lower thermoelectric module 20 is heated.
  • the high temperature fluid flowing through the flow path 12b between the upper flat plate heat transfer plate 34a and the lower flat plate heat transfer plate 34b flows in the flow path 12b in the front-rear direction and at the same time.
  • a part thereof is rectified in the direction toward the lower thermoelectric module 20 by the rectifying portion 44 of the lower flat plate heat transfer plate 34b, so that the opening 42 and the lower of the lower flat plate heat transfer plate 34b are rectified. It flows into the flow path 12c through the opening 48 of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32c on the side.
  • the high-temperature fluid flowing in the front-rear direction through the flow path 12c as described above merges with the high-temperature fluid flowing from the flow path 12b into the flow path 12c, thereby increasing the flow velocity and increasing the flow velocity on the upper surface of the lower thermoelectric module 20.
  • To heat. Due to such a flow of the high-temperature fluid the heat of the high-temperature fluid flowing through the high-temperature fluid flow path portion 12 is transferred to the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b, the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b, and the lower corrugated plate-shaped heat transfer plate. It is transmitted to the upper surface of the lower thermoelectric module 20 via the heat plate 32c. As described above, the upper surface of the lower thermoelectric module 20 is heated.
  • thermoelectric module 18 As described above, in the thickness direction (Z-axis direction) of the upper thermoelectric module 18, a temperature difference (temperature gradient) is given such that the lower surface side has a high temperature and the upper surface side has a low temperature. As a result, the upper thermoelectric module 18 generates electricity due to the temperature difference between the lower surface side and the upper surface side (that is, the temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid).
  • a temperature difference (temperature gradient) is given such that the upper surface side has a high temperature and the lower surface side has a low temperature.
  • the lower thermoelectric module 20 generates electricity due to the temperature difference between the upper surface side and the lower surface side (that is, the temperature difference between the high temperature fluid and the low temperature fluid).
  • a part of the high temperature fluid flowing through the flow path 12b is rectified in the direction toward the lower thermoelectric module 20 by the rectifying portion 44 of the lower flat plate heat transfer plate 34b, so that the lower flat plate heat transfer plate It flows into the flow path 12c through the opening 42 of 34b and the opening 48 of the lower corrugated heat transfer plate 32c.
  • the high-temperature fluid flowing in the front-rear direction in the flow path 12c merges with the high-temperature fluid flowing from the flow path 12b into the flow path 12c, thereby heating the upper surface of the lower thermoelectric module 20 while increasing the flow velocity.
  • thermoelectric module 18 it is possible to increase the flow velocities of the high temperature fluid flowing through the flow path 12a near the upper thermoelectric module 18 and the high temperature fluid flowing through the flow path 12c near the lower thermoelectric module 20.
  • the heat of the high temperature fluid flowing through the flow path 12b can be transferred to the upper side. It can contribute to the power generation by the thermoelectric module 18 and the lower thermoelectric module 20.
  • the heat transfer efficiency from the high temperature fluid to each of the upper thermoelectric module 18 and the lower thermoelectric module 20 can be increased.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a rectifying structure 40A of the flat plate heat transfer plate 34A according to the modified example of the first embodiment.
  • the opening 42A is formed in a rectangular shape
  • the rectifying portion 44A is formed in a rectangular plate shape.
  • the root portion 44Aa of the rectifying portion 44A is connected to the peripheral edge portion of the opening 42A, but the both side portions 44Ab and 44Ac of the rectifying portion 44A are not connected to the peripheral edge portion of the opening portion 42.
  • the rectifying unit 44A is formed by press working such as cutting and bending a sheet metal. Even with such a configuration of the rectifying structure 40A, the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a corrugated plate-shaped heat transfer plate 32B according to a modified example of the first embodiment.
  • the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32B has a so-called split fin type structure.
  • the concave-convex row portion 50 in which the mountain portions 36B and the valley portions 38B are alternately arranged is in the front-rear direction (X-axis direction) of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32B. They are arranged side by side, and are offset-arranged while shifting their positions in the left-right direction (Y-axis direction) of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32B.
  • the high-temperature fluid can be merged (mixed) not only in the vertical direction (Z-axis direction) of the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32B but also in the left-right direction.
  • the location dependence of the temperature of the high-temperature fluid due to the difference in the heat exchange state can be smoothed, and the heat transfer capacity and the heat power generation capacity of the entire heat power generation unit can be improved.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part showing the thermoelectric power generation unit 2C according to the second embodiment.
  • the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the configuration of the fin structure 22C is different from that of the first embodiment.
  • the fin structure 22C has a plurality of flat plate heat transfer plates 34C (34Ca, 34Cb, 34Cc, 34Cd) and a plurality of rod-shaped fins 52.
  • the fin structure 22C does not have the corrugated plate-shaped heat transfer plate 32 described in the first embodiment.
  • the plurality of flat plate heat transfer plates 34C are arranged at intervals in the vertical direction. That is, the flat plate heat transfer plates 34Ca, 34Cb, 34Cc, 34Cd are arranged in this order along a predetermined direction from the upper thermoelectric module 18 to the lower thermoelectric module 20.
  • the uppermost flat plate heat transfer plate 34Ca is fixed to the lower surface of the upper thermoelectric module 18.
  • the lowermost flat plate heat transfer plate 34Cd is fixed to the upper surface of the lower thermoelectric module 20.
  • a plurality of rectifying structures 40 are arranged in each of the second flat plate heat transfer plate 34Cb from the top and the second flat plate heat transfer plate 34Cc from the bottom.
  • Each of the plurality of rod-shaped fins 52 is formed in a columnar rod shape (pin shape), and a pair of plate-shaped heat transfer plates 34Ca, 34Cb (34Cb, 34Cc) (34Cc) adjacent to each other among the plurality of plate-shaped heat transfer plates 34C. , 34Cd). Both ends of the rod-shaped fin 52 are fixed to a pair of adjacent flat plate heat transfer plates 34Ca, 34Cb (34Cb, 34Cc) (34Cc, 34Cd), respectively. As a result, the pair of adjacent flat plate heat transfer plates 34Ca, 34Cb (34Cb, 34Cc) (34Cc, 34Cd) are connected to each other via a plurality of rod-shaped fins 52.
  • the heat of the high temperature fluid flowing through the high temperature fluid flow path portion 12 is transferred to each of the pair of thermoelectric modules 18 and 20 via the plurality of rod-shaped fins 52 and the plurality of flat plate heat transfer plates 34C. Therefore, in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part showing the thermoelectric power generation unit 2D according to the third embodiment.
  • the configuration of the fin structure 22D is different from that of the first embodiment.
  • the rectifying direction of the high temperature fluid by the rectifying structure 40 arranged in the upstream region 54 and the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path portion 12 is the rectifying structure arranged in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path portion 12.
  • the direction is upside down with the rectifying direction of the high temperature fluid by 40D.
  • the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path portion 12 is a region on the downstream side (plus side of the X axis) of the upstream region 54
  • the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path portion 12 is a region closer to the middle flow region 56. It is a region on the downstream side.
  • the rectifying section 44 (an example of the first rectifying section) of the rectifying structure 40 of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the upstream region 54 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (first) for the high temperature fluid.
  • the peripheral edge of the opening 42 in the direction opposite to the direction of passing through the opening (1) (that is, toward the lower thermoelectric module 20) and diagonally downward with respect to the flat plate heat transfer plate 34a. It protrudes from the part. That is, the rectifying direction of the high temperature fluid by the rectifying structure 40 of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the upstream region 54 of the high temperature fluid flow path portion 12 is the direction toward the upper thermoelectric module 18.
  • the rectifying section 44D (an example of the second rectifying section) of the rectifying structure 40D of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (first) of the high temperature fluid.
  • the peripheral edge of the opening 42 in the direction opposite to the direction of passing through the opening (2) (that is, toward the upper thermoelectric module 18) and diagonally downward with respect to the flat plate heat transfer plate 34a. Protruding from. That is, the rectifying direction of the high temperature fluid by the rectifying structure 40D of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path portion 12 is the direction toward the lower thermoelectric module 20.
  • the rectifying section 44 (an example of the third rectifying section) of the rectifying structure 40 of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (first) for the high temperature fluid.
  • the peripheral edge of the opening 42 in the direction opposite to the direction of passing through the opening of 3) (that is, toward the lower thermoelectric module 20) and diagonally downward with respect to the flat plate heat transfer plate 34a. It protrudes from the part. That is, the rectifying direction of the high temperature fluid by the rectifying portion 44 of the rectifying structure 40 of the upper flat plate heat transfer plate 34a arranged in the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path portion 12 is in the direction toward the upper thermoelectric module 18. be.
  • the rectifying section 44 (an example of the first rectifying section) of the rectifying structure 40 of the lower flat plate heat transfer plate 34b arranged in the upstream region 54 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (an example of the first rectifying section).
  • the rectifying section 44D (an example of the second rectifying section) of the rectifying structure 40D of the lower flat plate heat transfer plate 34b arranged in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (an example of the second rectifying section).
  • the opening 42 In the direction opposite to the direction of passing through the second opening (an example of the second opening) (that is, toward the lower thermoelectric module 20) and diagonally downward with respect to the flat plate heat transfer plate 34b, the opening 42 It protrudes from the peripheral edge. That is, the rectifying direction of the high temperature fluid by the rectifying structure 40D of the lower flat plate heat transfer plate 34b arranged in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path portion 12 is the direction toward the upper thermoelectric module 18.
  • the rectifying section 44 (an example of the third rectifying section) of the rectifying structure 40 of the lower flat plate heat transfer plate 34b arranged in the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path section 12 has an opening 42 (an example of a third rectifying section).
  • thermoelectric power generation unit 2D A part of the high-temperature fluid flowing through the flow path 12b of the high-temperature fluid flow path portion 12 is subjected to the upper thermoelectricity by the rectifying portion 44 of the upper flat plate-shaped heat transfer plate 34a arranged in the upstream region 54 of the high-temperature fluid flow path portion 12.
  • the fluid flows into the flow path 12a through the opening 42 of the upper flat plate heat transfer plate 34a and the opening 46 of the upper corrugated heat transfer plate 32a.
  • a part of the high temperature fluid flowing through the flow path 12b of the high temperature fluid flow path portion 12 is located on the lower side by the rectifying portion 44 of the lower flat plate heat transfer plate 34a arranged in the upstream region 54 of the high temperature fluid flow path portion 12.
  • the fluid flows into the flow path 12c through the opening 48 of the central corrugated plate-shaped heat transfer plate 32b and the opening 42 of the lower flat plate-shaped heat transfer plate 34b.
  • the pressure difference between the flow path 12a and the flow path 12b and the pressure difference between the flow path 12b and the flow path 12c reach a certain value, the further rectifying effect is lost.
  • a part of the high temperature fluid flowing through the flow path 12a of the high temperature fluid flow path portion 12 is a rectifying portion of the upper flat plate heat transfer plate 34a.
  • the fluid flows into the flow path 12b through the opening 46 of the upper corrugated plate heat transfer plate 32a and the opening 42 of the upper flat plate heat transfer plate 34a. ..
  • a part of the high temperature fluid flowing through the flow path 12c of the high temperature fluid flow path portion 12 is subjected to the upper thermoelectric module 18 by the rectifying portion 44 of the lower flat plate heat transfer plate 34b.
  • the fluid flows into the flow path 12b through the opening 42 of the lower flat plate heat transfer plate 34b and the opening 48 of the central corrugated heat transfer plate 32b.
  • the flow velocity distribution and the temperature distribution of the high temperature fluid in the middle flow region 56 of the high temperature fluid flow path portion 12 can be once made uniform.
  • the rectifying effect of the high temperature fluid by the rectifying unit 44 arranged in the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path portion 12 can be maintained, and a pair of high temperature fluids flowing from the downstream region 58 of the high temperature fluid flow path portion 12 can be maintained.
  • the heat transfer efficiency to each of the thermoelectric modules 18 and 20 can be improved.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part showing the thermoelectric power generation unit 2E according to the fourth embodiment.
  • thermoelectric generation unit 2E As shown in FIG. 11, in the thermoelectric generation unit 2E according to the fourth embodiment, the pair of thermoelectric modules 18 and 20 and the fin structure 22 between them are vertically and vertically sandwiched by the low temperature fluid flow path portion 60 in the central portion. Two sets are stacked in the direction.
  • the low temperature fluid flow path portion 60 is configured in the same manner as the pair of low temperature fluid flow path portions 4 and 6 described above. With such a stack structure, the thermoelectric generation unit 2E can be compactly configured.
  • thermoelectric modules 18 and 20 and the fin structure 22 between them are stacked in two sets in the vertical direction, but the present invention is not limited to this, and three or more sets may be stacked.
  • thermoelectric generation unit according to one or more aspects of the present disclosure has been described above based on the embodiment, the present disclosure is not limited to this embodiment. As long as it does not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications conceived by those skilled in the art may be included in the present embodiment within the scope of one or more aspects of the present disclosure.
  • the high temperature fluid is exhaust gas and the low temperature fluid is cold water or cold air, but the present invention is not limited to this, and each of the high temperature fluid and the low temperature fluid may be any liquid or gas. good.
  • the thermal power generation unit according to the present disclosure can be applied as, for example, a generator that generates electricity by using the thermal energy of exhaust gas emitted from an automobile or a factory, or a small portable generator or the like.

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Abstract

熱発電ユニット(２)は、互いに対向して配置された一対の低温流体流路部(４、６)と、一対の低温流体流路部(４、６)の間に配置された高温流体流路部(１２)と、高温流体流路部(１２)と一対の低温流体流路部(４、６)との間にそれぞれ配置された一対の熱電モジュール(１８、２０)と、高温流体流路部(１２)に配置され、互いに対向して配置された複数の平板状伝熱プレート(３４)とを備える。複数の平板状伝熱プレート(３４)の各々は、開口部(４２)と、開口部(４２)の周縁部から突出し、開口部(４２)を通過した高温流体を、一対の熱電モジュール(１８、２０)の一方又は他方に向かう方向に整流するための整流部(４４)とを有する。

Description

熱発電ユニット
　本開示は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電ユニットに関する。
　熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の熱発電ユニットは、低温流体が流れる低温流体流路部と、高温流体が流れる高温流体流路部と、低温流体流路部と高温流体流路部との間に配置された熱電モジュールとを備えている。熱電モジュールは、ゼーベック効果を利用して、高温流体流路部を流れる高温流体と、低温流体流路部を流れる低温流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
　上述した従来の熱発電ユニットは、さらに、高温流体流路部に配置され、且つ、所定方向に積層された波板状の複数のプレートフィンを備えている。高温流体流路部を流れる高温流体の熱は、複数のプレートフィンを介して一対の熱電モジュールの各々に伝達される。
特開２００５－８３２５１号公報 米国特許出願公開第２０１３／０３４０８０１号明細書
　上述した従来の熱発電ユニットでは、高温流体流路部は、複数のプレートフィンにより上記所定方向に並んで配置された複数の流路に仕切られる。複数の流路のうち熱電モジュールに近い流路を流れる高温流体の流速は、熱電モジュールから遠い流路を流れる高温流体の流速よりも低いため、熱電モジュールに近い流路を流れる高温流体から熱電モジュールへの熱伝達効率が低下する。
　熱電モジュールから遠い流路を流れる高温流体の熱は、熱電モジュールに伝達され難いため、熱電モジュールによる発電への寄与率が低下する。その結果、熱電モジュールから遠い流路を流れる高温流体から熱電モジュールへの熱伝達効率が低下する。
　そこで、本開示は、第２の流体（高温流体）から熱電モジュールへの熱伝達効率を高めることができる熱発電ユニットを提供する。
　本開示の一態様に係る熱発電ユニットは、第１の流体と、前記第１の流体よりも高い温度の第２の流体との温度差により発電する熱発電ユニットであって、互いに対向して配置され、各々に前記第１の流体が流れる一対の第１の流体流路部と、前記一対の第１の流体流路部の間に配置され、前記第２の流体が流れる第２の流体流路部と、前記第２の流体流路部と前記一対の第１の流体流路部との間にそれぞれ配置され、前記第１の流体と前記第２の流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する一対の熱電モジュールと、前記第２の流体流路部に配置され、前記一対の熱電モジュールの一方から他方に向かう所定方向に沿って互いに対向して配置された複数の伝熱プレートと、を備え、前記複数の伝熱プレートのうち少なくとも一つの伝熱プレートは、開口部と、前記開口部の周縁部から突出し、前記開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方又は他方に向かう方向に整流するための整流部と、を有する。
　なお、この包括的又は具体的な態様は、装置又は方法で実現されてもよく、装置及び方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本開示の一態様に係る熱発電ユニットによれば、第２の流体から熱電モジュールへの熱伝達効率を高めることができる。本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
実施の形態１に係る熱発電ユニットを示す斜視図である。 実施の形態１に係る熱発電ユニットを示す分解斜視図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線による、実施の形態１に係る熱発電ユニットの要部断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線による、実施の形態１に係る熱発電ユニットの要部断面図である。 実施の形態１に係る平板状伝熱プレートを示す斜視図である。 図５の平板状伝熱プレートの整流構造を拡大して示す斜視図である。 実施の形態１の変形例に係る平板状伝熱プレートの整流構造を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例に係る波板状伝熱プレートを示す斜視図である。 実施の形態２に係る熱発電ユニットを示す要部断面図である。 実施の形態３に係る熱発電ユニットを示す要部断面図である。 実施の形態４に係る熱発電ユニットを示す要部断面図である。
　本開示の一態様に係る熱発電ユニットは、第１の流体と、前記第１の流体よりも高い温度の第２の流体との温度差により発電する熱発電ユニットであって、互いに対向して配置され、各々に前記第１の流体が流れる一対の第１の流体流路部と、前記一対の第１の流体流路部の間に配置され、前記第２の流体が流れる第２の流体流路部と、前記第２の流体流路部と前記一対の第１の流体流路部との間にそれぞれ配置され、前記第１の流体と前記第２の流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する一対の熱電モジュールと、前記第２の流体流路部に配置され、前記一対の熱電モジュールの一方から他方に向かう所定方向に沿って互いに対向して配置された複数の伝熱プレートと、を備え、前記複数の伝熱プレートのうち少なくとも一つの伝熱プレートは、開口部と、前記開口部の周縁部から突出し、前記開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方又は他方に向かう方向に整流するための整流部と、を有する。
　本態様によれば、第２の流体流路部のうち熱電モジュールから遠い領域を流れる第２の流体の一部は、伝熱プレートの整流部により熱電モジュールに向かう方向に整流されることによって、第２の流体流路部のうち熱電モジュールに近い領域に流れ込む。これにより、第２の流体流路部のうち熱電モジュールに近い領域を流れる第２の流体の流速を高めることができるとともに、第２の流体流路部のうち熱電モジュールから遠い領域を流れる第２の流体の熱を、熱電モジュールによる発電に寄与させることができる。その結果、第２の流体から熱電モジュールへの熱伝達効率を高めることができる。
　前記複数の伝熱プレート及び前記一対の熱電モジュールは、前記所定方向に複数組スタックされていてもよい。
　本態様によれば、熱発電ユニットをコンパクトにすることができる。
　前記開口部及び前記整流部の各々は複数設けられ、前記複数の開口部は、前記第２の流体流路部の上流領域に配置された第１の開口部と、前記第２の流体流路部の前記上流領域よりも下流側の中流領域に配置された第２の開口部と、前記第２の流体流路部の前記中流領域よりも下流側の下流領域に配置された第３の開口部と、を含み、前記複数の整流部は、前記第１の開口部の周縁部から突出し、前記第１の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方に向かう方向に整流するための第１の整流部と、前記第２の開口部の周縁部から突出し、前記第２の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの他方に向かう方向に整流するための第２の整流部と、前記第３の開口部の周縁部から突出し、前記第３の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方に向かう方向に整流するための第３の整流部と、を含んでもよい。
　本態様によれば、第２の流体流路部の中流領域に配置された第２の整流部による第２の流体の整流方向を、第２の流体流路部の上流領域に配置された第１の整流部による第２の流体の整流方向とは逆方向にすることにより、第２の流体流路部の中流領域における第２の流体の流速分布及び温度分布を一旦均一化することができる。その結果、第２の流体流路部の下流領域に配置された第３の整流部による第２の流体の整流効果を維持することができ、第２の流体流路部の下流領域を流れる第２の流体から熱電モジュールへの熱伝達効率を高めることができる。
　前記整流部は、前記第２の流体が前記開口部を通過する方向とは反対方向に、前記開口部の周縁部から突出していてもよい。
　本態様によれば、開口部を通過した第２の流体を、整流部により効率良く整流することができる。
　前記複数の伝熱プレートは、平板状の伝熱プレートと、波板状の伝熱プレートと、を交互に積層することにより構成されてもよい。
　本態様によれば、第２の流体の熱を、平板状の伝熱プレート及び波板状の伝熱プレートを介して熱電モジュールに効率良く伝達させることができる。
　前記複数の伝熱プレートのうち隣り合う一対の伝熱プレートは、棒状のフィンを介して相互に接続されていてもよい。
　本態様によれば、第２の流体の熱を、一対の伝熱プレート、及び、それらの間の棒状のフィンを介して熱電モジュールに効率良く伝達させることができる。
　前記複数の伝熱プレートの各々の内部と表面とは、互いに異なる材料で形成されてもよい。
　前記複数の伝熱プレートの各々の内部は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス又はセラミックスで形成されていてもよい。
　本態様によれば、各伝熱プレートの内部を、高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。
　前記複数の伝熱プレートの各々は、ニッケル、ニッケル合金、クロム又はクロム合金で形成されていてもよい。
　本態様によれば、各伝熱プレートの表面を、耐食性の高い材料でコーティングすることができる。その結果、各伝熱プレートの内部が高温大気中で酸化して腐食するのを抑制することができる。
　なお、これらの包括的又は具体的な態様は、装置又は方法で実現されてもよく、装置及び方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　［１－１．熱発電ユニットの全体構成］
　まず、図１～図４を参照しながら、実施の形態１に係る熱発電ユニット２の全体構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る熱発電ユニット２を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る熱発電ユニット２を示す分解斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線による、実施の形態１に係る熱発電ユニット２の要部断面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線による、実施の形態１に係る熱発電ユニット２の要部断面図である。なお、図１～図４において、熱発電ユニット２の前後方向をＸ軸方向、熱発電ユニット２の左右方向をＹ軸方向、熱発電ユニット２の上下方向をＺ軸方向とする。
　熱発電ユニット２は、例えば、車両に搭載されたエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギーを利用して発電するための熱発電ユニット（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｕｎｉｔ）である。
　図１～図４に示すように、熱発電ユニット２は、一対の低温流体流路部４，６（一対の第１の流体流路部の一例）と、一対の側面拘束部８，１０と、高温流体流路部１２（第２の流体流路部の一例）と、高温流体導入部１４と、高温流体排出部１６と、一対の熱電モジュール１８，２０と、フィン構造２２とを備えている。
　図２～図４に示すように、一対の低温流体流路部４，６は、上下方向（Ｚ軸方向）に間隔を置いて、互いに対向して配置されている。
　上側の低温流体流路部４は、扁平な中空状の直方体形状の筐体２４と、筐体２４の側面から外部に突出する管状の低温流体導入部２６及び低温流体排出部２８とを有している。図３に示すように、筐体２４の内部には、低温流体（第１の流体の一例）が流れる低温流体流路３０が形成されている。低温流体は、例えば、高温流体（後述する）よりも低い温度の冷水又は冷風である。低温流体導入部２６及び低温流体排出部２８は、前後方向（Ｘ軸方向）に間隔を置いて配置され、筐体２４の低温流体流路３０と連通している。低温流体は、低温流体導入部２６を通して筐体２４の低温流体流路３０に流入し、低温流体流路３０を流れた後に、低温流体排出部２８を通して外部に排出される。
　下側の低温流体流路部６は、扁平な中空状の直方体形状の筐体３１と、筐体３１の側面から外部に突出する管状の低温流体導入部３３及び低温流体排出部３５とを有している。図３に示すように、筐体３１の内部には、低温流体が流れる低温流体流路３７が形成されている。低温流体導入部３３及び低温流体排出部３５は、前後方向に間隔を置いて配置され、筐体３１の低温流体流路３７と連通している。低温流体は、低温流体導入部３３を通して筐体３１の低温流体流路３７に流入し、低温流体流路３７を流れた後に、低温流体排出部３５を通して外部に排出される。
　図１及び図２に示すように、一対の側面拘束部８，１０は、左右方向（Ｙ軸方向）に間隔を置いて、互いに対向して配置されている。すなわち、一対の側面拘束部８，１０は、一対の低温流体流路部４，６の間に配置された高温流体流路部１２（後述する）を、左右方向における側方から覆うように配置されている。一対の側面拘束部８，１０の各々は、矩形状の平板状に形成されている。
　図２～図４に示すように、高温流体流路部１２は、一対の低温流体流路部４，６の間に配置されている。具体的には、高温流体流路部１２は、一対の低温流体流路部４，６と、一対の側面拘束部８，１０とで囲まれた空間により規定される。高温流体流路部１２は、高温流体（第２の流体の一例）が流れる高温流体流路として機能する。高温流体は、低温流体よりも高い温度の流体であり、例えば車両に搭載されたエンジンから排出される排気ガスである。
　高温流体導入部１４及び高温流体排出部１６は、前後方向に間隔を置いて、互いに対向して配置されている。すなわち、高温流体導入部１４及び高温流体排出部１６は、一対の低温流体流路部４，６の間に配置された高温流体流路部１２を、前後方向における側方から覆うように配置されている。高温流体導入部１４及び高温流体排出部１６は、管状に形成され、高温流体流路部１２と連通している。高温流体は、高温流体導入部１４を通して高温流体流路部１２に流入し、高温流体流路部１２を前後方向に（Ｘ軸のマイナス側からプラス側に向けて）流れた後に、高温流体排出部１６を通して外部に排出される。
　図２～図４に示すように、一対の熱電モジュール１８，２０は、高温流体流路部１２と一対の低温流体流路部４，６との間にそれぞれ配置されている。すなわち、一対の熱電モジュール１８，２０は、上下方向に間隔を置いて、互いに対向して配置されている。
　上側の熱電モジュール１８は、矩形状の平板状に形成され、上側の低温流体流路部４の筐体２４の下面（高温流体流路部１２側の面）に固定されている。すなわち、上側の熱電モジュール１８は、高温流体流路部１２と上側の低温流体流路部４とにより、上下から挟まれるように配置されている。上側の熱電モジュール１８は、ゼーベック効果により、高温流体流路部１２を流れる高温流体と、上側の低温流体流路部４を流れる低温流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電素子（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を有している。
　下側の熱電モジュール２０は、矩形状の平板状に形成され、下側の低温流体流路部６の筐体３１の上面（高温流体流路部１２側の面）に固定されている。すなわち、下側の熱電モジュール２０は、高温流体流路部１２と下側の低温流体流路部６とにより、上下から挟まれるように配置されている。下側の熱電モジュール２０は、ゼーベック効果により、高温流体流路部１２を流れる高温流体と、下側の低温流体流路部６を流れる低温流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電素子を有している。
　熱電モジュール１８と熱電モジュール２０のそれぞれの例は特許文献２に記載されたTEG module 102であってもよい。特許文献１は、TEG module 102が複数のp-type thermoelectric material leg 105Aと複数のn-type thermoelectric material leg 105Bを含むことを示す。
　なお、熱発電素子は、例えばπ型構造を有している。π型構造の熱発電素子では、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料とが、セラミック基板に実装された電極を介して電気的に直列接続される。各熱電材料の一方側を高温側、他方側を低温側に配置し、各熱電材料の両端に温度差を設けて熱発電素子の両端に電圧差を発生させることにより発電する。
　図２～図４に示すように、フィン構造２２は、高温流体流路部１２に配置されている。フィン構造２２は、高温流体流路部１２を流れる高温流体の熱を、一対の熱電モジュール１８，２０の各々に伝達するためのものである。フィン構造２２の構成については、後で詳述する。
　［１－２．フィン構造の構成］
　次に、図２～図６を参照しながら、フィン構造２２の構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る平板状伝熱プレート３４を示す斜視図である。図６は、図５の平板状伝熱プレート３４の整流構造４０を拡大して示す斜視図である。
　図２及び図３に示すように、フィン構造２２は、複数の波板状伝熱プレート３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）と、複数の平板状伝熱プレート３４（３４ａ，３４ｂ）とを有している。波板状伝熱プレート３２及び平板状伝熱プレート３４は、上下方向に交互に対向して積層されている。すなわち、上側の熱電モジュール１８から下側の熱電モジュール２０に向かう所定方向に沿って、波板状伝熱プレート３２ａ、平板状伝熱プレート３４ａ、波板状伝熱プレート３２ｂ、平板状伝熱プレート３４ｂ及び波板状伝熱プレート３２ｃの順に積層されている。
　図３に示すように、波板状伝熱プレート３２は、上側の熱電モジュール１８に向かって凸となるように湾曲した山部３６と、下側の熱電モジュール２０に向かって凸となるように湾曲した谷部３８とが左右方向に交互に連なることにより形成されている。平板状伝熱プレート３４は、平板状（薄板状）に形成されている。
　図３に示すように、上側の波板状伝熱プレート３２ａの各山部３６は、上側の熱電モジュール１８の下面（高温流体流路部１２側の面）に接触している。上側の波板状伝熱プレート３２ａの各谷部３８は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの上面（波板状伝熱プレート３２ａ側の面）に接触している。中央の波板状伝熱プレート３２ｂの各山部３６は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの下面（波板状伝熱プレート３２ｂ側の面）に接触している。中央の波板状伝熱プレート３２ｂの各谷部３８は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの上面（波板状伝熱プレート３２ｂ側の面）に接触している。下側の波板状伝熱プレート３２ｃの各山部３６は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの下面（波板状伝熱プレート３２ｃ側の面）に接触している。下側の波板状伝熱プレート３２ｃの各谷部３８は、下側の熱電モジュール２０の上面（高温流体流路部１２側の面）に接触している。
　波板状伝熱プレート３２及び平板状伝熱プレート３４の各々の内部と表面とは、互いに異なる材料で形成されている。波板状伝熱プレート３２及び平板状伝熱プレート３４の各々の内部は、熱伝導率の高い材料、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス又はセラミック等で形成されている。波板状伝熱プレート３２及び平板状伝熱プレート３４の各々の表面は、耐食性の高い金属、例えばニッケル、ニッケル合金、クロム又はクロム合金等でコーティングされている。波板状伝熱プレート３２及び平板状伝熱プレート３４の各々の表面をコーティングする際には、例えば、電解メッキ、無電解メッキ又は溶射等の方法を用いることができる。
　さらに、図５に示すように、平板状伝熱プレート３４には、複数の整流構造４０が格子状に配置されている。図６に示すように、整流構造４０は、平板状伝熱プレート３４に形成された開口部４２と、開口部４２の周縁部から突出する整流部４４とを有している。開口部４２は、例えば三角形状に形成されている。整流部４４は、開口部４２を通過した高温流体を、上側の熱電モジュール１８又は下側の熱電モジュール２０に向かう方向に整流するための突片であり、例えば半円錐形状に形成されている。整流部４４の根元部４４ａ及び両側部４４ｂ，４４ｃは、開口部４２の周縁部と接続されている。整流部４４は、例えば板金に対する切り曲げ加工等のプレス加工により形成される。なお、整流部４４は、プレス加工に限定されず、例えば溶接加工等により形成されてもよい。
　図４に示すように、上側の波板状伝熱プレート３２ａの各谷部３８には、上側の平板状伝熱プレート３４ａの複数の整流構造４０にそれぞれ対応して、複数の開口部４６が形成されている。上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の開口部４２と連通している。
　図示しないが、中央の波板状伝熱プレート３２ｂの各山部３６には、上側の平板状伝熱プレート３４ａの複数の整流構造４０にそれぞれ対応して、複数の開口部４６が形成されている。上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の開口部４２と連通している。
　上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の整流部４４は、高温流体が開口部４２を通過する方向とは反対方向に（すなわち、下側の熱電モジュール２０に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ａに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。
　図４に示すように、中央の波板状伝熱プレート３２ｂの各谷部３８には、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの複数の整流構造４０にそれぞれ対応して、複数の開口部４８が形成されている。中央の波板状伝熱プレート３２ｂの開口部４８は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０の開口部４２と連通している。
　図示しないが、下側の波板状伝熱プレート３２ｃの各山部３６には、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの複数の整流構造４０にそれぞれ対応して、複数の開口部４６が形成されている。下側の波板状伝熱プレート３２ｃの開口部４６は、下側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の開口部４２と連通している。
　下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０の整流部４４は、高温流体が開口部４２を通過する方向とは反対方向に（すなわち、上側の熱電モジュール１８に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ｂに対して斜め上方に、開口部４２の周縁部から突出している。
　なお、本実施の形態では、平板状伝熱プレート３４に複数の整流構造４０を配置したが、これに限定されず、波板状伝熱プレート３２に複数の整流構造を配置してもよい。この場合、平板状伝熱プレート３４には、波板状伝熱プレート３２の複数の整流構造にそれぞれ対応して、複数の開口部が形成される。
　［１－３．熱発電ユニットの動作］
　次に、図１、図３及び図４を参照しながら、実施の形態１に係る熱発電ユニット２の動作について説明する。
　図１、図３及び図４に示すように、低温流体は、低温流体導入部２６を通して上側の低温流体流路部４の筐体２４の低温流体流路３０に流入し、低温流体流路３０を流れた後に、低温流体排出部２８を通して外部に排出される。上側の低温流体流路部４を流れる低温流体の熱は、上側の熱電モジュール１８の上面（低温流体流路部４側の面）に伝達されることにより、上側の熱電モジュール１８の上面が冷却される。
　低温流体は、低温流体導入部３３を通して下側の低温流体流路部６の筐体３１の低温流体流路３７に流入し、低温流体流路３７を流れた後に、低温流体排出部３５を通して外部に排出される。下側の低温流体流路部６を流れる低温流体の熱は、下側の熱電モジュール２０の下面（低温流体流路部６側の面）に伝達されることにより、下側の熱電モジュール２０の下面が冷却される。
　図１及び図４に示すように、高温流体は、高温流体導入部１４を通して高温流体流路部１２に流入し、高温流体流路部１２を前後方向に流れた後に、高温流体排出部１６を通して外部に排出される。
　図４に示すように、高温流体流路部１２のうち、上側の熱電モジュール１８と上側の平板状伝熱プレート３４ａとの間の流路１２ａを流れる高温流体は、流路１２ａを前後方向に流れる間に、上側の熱電モジュール１８の下面を加熱する。高温流体流路部１２のうち、上側の平板状伝熱プレート３４ａと下側の平板状伝熱プレート３４ｂとの間の流路１２ｂを流れる高温流体は、流路１２ｂを前後方向に流れるとともに、その一部は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流部４４により上側の熱電モジュール１８に向かう方向に整流されることによって、上側の平板状伝熱プレート３４ａの開口部４２及び上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６を通して流路１２ａに流れ込む。
　これにより、上述のように流路１２ａを前後方向に流れる高温流体は、流路１２ｂから流路１２ａに流れ込んだ高温流体と合流することにより、その流速を高めながら上側の熱電モジュール１８の下面を加熱する。このような高温流体の流れにより、高温流体流路部１２を流れる高温流体の熱は、中央の波板状伝熱プレート３２ｂ、上側の平板状伝熱プレート３４ａ及び上側の波板状伝熱プレート３２ａを介して、上側の熱電モジュール１８の下面に伝達される。以上のようにして、上側の熱電モジュール１８の下面が加熱される。
　図４に示すように、高温流体流路部１２のうち、下側の熱電モジュール２０と下側の平板状伝熱プレート３４ｂとの間の流路１２ｃを流れる高温流体は、流路１２ｃを前後方向に流れる間に、下側の熱電モジュール２０の上面を加熱する。高温流体流路部１２のうち、上側の平板状伝熱プレート３４ａと下側の平板状伝熱プレート３４ｂとの間の流路１２ｂを流れる高温流体は、流路１２ｂを前後方向に流れるとともに、その一部は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流部４４により下側の熱電モジュール２０に向かう方向に整流されることによって、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの開口部４２及び下側の波板状伝熱プレート３２ｃの開口部４８を通して流路１２ｃに流れ込む。
　これにより、上述のように流路１２ｃを前後方向に流れる高温流体は、流路１２ｂから流路１２ｃに流れ込んだ高温流体と合流することにより、その流速を高めながら下側の熱電モジュール２０の上面を加熱する。このような高温流体の流れにより、高温流体流路部１２を流れる高温流体の熱は、中央の波板状伝熱プレート３２ｂ、下側の平板状伝熱プレート３４ｂ及び下側の波板状伝熱プレート３２ｃを介して、下側の熱電モジュール２０の上面に伝達される。以上のようにして、下側の熱電モジュール２０の上面が加熱される。
　以上のようにして、上側の熱電モジュール１８の厚み方向（Ｚ軸方向）には、下面側が高温、上面側が低温というように温度差（温度勾配）が与えられる。これにより、上側の熱電モジュール１８は、下面側と上面側との温度差（すなわち、高温流体と低温流体との温度差）により発電する。
　下側の熱電モジュール２０の厚み方向（Ｚ軸方向）には、上面側が高温、下面側が低温というように温度差（温度勾配）が与えられる。これにより、下側の熱電モジュール２０は、上面側と下面側との温度差（すなわち、高温流体と低温流体との温度差）により発電する。
　［１－４．効果］
　本実施の形態では、上述したように、流路１２ｂを流れる高温流体の一部は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流部４４により上側の熱電モジュール１８に向かう方向に整流されることによって、上側の平板状伝熱プレート３４ａの開口部４２及び上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６を通して流路１２ａに流れ込む。これにより、流路１２ａを前後方向に流れる高温流体は、流路１２ｂから流路１２ａに流れ込んだ高温流体と合流することにより、その流速を高めながら上側の熱電モジュール１８の下面を加熱する。
　流路１２ｂを流れる高温流体の一部は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流部４４により下側の熱電モジュール２０に向かう方向に整流されることによって、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの開口部４２及び下側の波板状伝熱プレート３２ｃの開口部４８を通して流路１２ｃに流れ込む。これにより、流路１２ｃを前後方向に流れる高温流体は、流路１２ｂから流路１２ｃに流れ込んだ高温流体と合流することにより、その流速を高めながら下側の熱電モジュール２０の上面を加熱する。
　したがって、上側の熱電モジュール１８に近い流路１２ａを流れる高温流体、及び、下側の熱電モジュール２０に近い流路１２ｃを流れる高温流体の各流速を高めることができる。上側の熱電モジュール１８及び下側の熱電モジュール２０から遠い流路１２ｂを流れる高温流体の一部を流路１２ａ，１２ｃの各々に導入することにより、流路１２ｂを流れる高温流体の熱を、上側の熱電モジュール１８及び下側の熱電モジュール２０による発電に寄与させることができる。その結果、高温流体から上側の熱電モジュール１８及び下側の熱電モジュール２０の各々への熱伝達効率を高めることができる。
　［１－５．整流構造の変形例］
　次に、図７を参照しながら、実施の形態１の変形例に係る平板状伝熱プレート３４Ａの整流構造４０Ａの構成について説明する。図７は、実施の形態１の変形例に係る平板状伝熱プレート３４Ａの整流構造４０Ａを示す斜視図である。
　図７に示すように、変形例に係る平板状伝熱プレート３４Ａの整流構造４０Ａでは、開口部４２Ａは矩形状に形成され、整流部４４Ａは矩形状の板状に形成されている。整流部４４Ａの根元部４４Ａａは、開口部４２Ａの周縁部と接続されているが、整流部４４Ａの両側部４４Ａｂ，４４Ａｃは、開口部４２の周縁部と接続されていない。整流部４４Ａは、例えば板金に対する切り曲げ加工等のプレス加工により形成される。このような整流構造４０Ａの構成であっても、上述と同様の効果を得ることができる。
　［１－６．波板状伝熱プレートの変形例］
　次に、図８を参照しながら、実施の形態１の変形例に係る波板状伝熱プレート３２Ｂの構成について説明する。図８は、実施の形態１の変形例に係る波板状伝熱プレート３２Ｂを示す斜視図である。
　図８に示すように、変形例に係る波板状伝熱プレート３２Ｂは、いわゆるスプリットフィン型の構造を有している。具体的には、波板状伝熱プレート３２Ｂでは、山部３６Ｂと谷部３８Ｂとが交互に配置された凹凸列部５０は、波板状伝熱プレート３２Ｂの前後方向（Ｘ軸方向）に並んで配置され、且つ、波板状伝熱プレート３２Ｂの左右方向（Ｙ軸方向）に位置をずらしながらオフセット配列されている。
　このような波板状伝熱プレート３２Ｂの構成では、波板状伝熱プレート３２Ｂの上下方向（Ｚ軸方向）だけでなく、左右方向にも高温流体を合流（混合）させることができる。その結果、熱交換状態の違いによる高温流体の温度の場所依存性を平滑化することができ、熱発電ユニット全体の熱伝達能力及び熱発電能力を向上させることができる。
　（実施の形態２）
　図９を参照しながら、実施の形態２に係る熱発電ユニット２Ｃの構成について説明する。図９は、実施の形態２に係る熱発電ユニット２Ｃを示す要部断面図である。なお、以下に示す各実施の形態では、上記実施の形態１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　図９に示すように、実施の形態２に係る熱発電ユニット２Ｃでは、フィン構造２２Ｃの構成が上記実施の形態１と異なっている。具体的には、フィン構造２２Ｃは、複数の平板状伝熱プレート３４Ｃ（３４Ｃａ，３４Ｃｂ，３４Ｃｃ，３４Ｃｄ）と、複数の棒状フィン５２とを有している。なお、フィン構造２２Ｃは、上記実施の形態１で説明した波板状伝熱プレート３２を有していない。
　複数の平板状伝熱プレート３４Ｃは、上下方向に間隔を置いて配置されている。すなわち、上側の熱電モジュール１８から下側の熱電モジュール２０に向かう所定方向に沿って、平板状伝熱プレート３４Ｃａ，３４Ｃｂ，３４Ｃｃ，３４Ｃｄの順に配置されている。最も上側の平板状伝熱プレート３４Ｃａは、上側の熱電モジュール１８の下面に固定されている。最も下側の平板状伝熱プレート３４Ｃｄは、下側の熱電モジュール２０の上面に固定されている。上から２番目の平板状伝熱プレート３４Ｃｂ、及び、下から２番目の平板状伝熱プレート３４Ｃｃの各々には、上記実施の形態１と同様に、複数の整流構造４０が配置されている。
　複数の棒状フィン５２の各々は、円柱状の棒状（ピン状）に形成され、複数の平板状伝熱プレート３４Ｃのうち隣り合う一対の平板状伝熱プレート３４Ｃａ，３４Ｃｂ（３４Ｃｂ，３４Ｃｃ）（３４Ｃｃ，３４Ｃｄ）の間に配置されている。棒状フィン５２の両端部はそれぞれ、隣り合う一対の平板状伝熱プレート３４Ｃａ，３４Ｃｂ（３４Ｃｂ，３４Ｃｃ）（３４Ｃｃ，３４Ｃｄ）に固定されている。これにより、隣り合う一対の平板状伝熱プレート３４Ｃａ，３４Ｃｂ（３４Ｃｂ，３４Ｃｃ）（３４Ｃｃ，３４Ｃｄ）は、複数の棒状フィン５２を介して相互に接続されている。
　高温流体流路部１２を流れる高温流体の熱は、複数の棒状フィン５２及び複数の平板状伝熱プレート３４Ｃを介して一対の熱電モジュール１８，２０の各々に伝達される。したがって、本実施の形態では、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　（実施の形態３）
　図１０を参照しながら、実施の形態３に係る熱発電ユニット２Ｄの構成について説明する。図１０は、実施の形態３に係る熱発電ユニット２Ｄを示す要部断面図である。
　図１０に示すように、実施の形態３に係る熱発電ユニット２Ｄでは、フィン構造２２Ｄの構成が上記実施の形態１と異なっている。具体的には、高温流体流路部１２の上流領域５４及び下流領域５８に配置された整流構造４０による高温流体の整流方向は、高温流体流路部１２の中流領域５６に配置された整流構造４０Ｄによる高温流体の整流方向と上下逆方向である。なお、高温流体流路部１２の中流領域５６は、上流領域５４よりも下流側（Ｘ軸のプラス側）の領域であり、高温流体流路部１２の下流領域５８は、中流領域５６よりもさらに下流側の領域である。
　高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の整流部４４（第１の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第１の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、下側の熱電モジュール２０に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ａに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０による高温流体の整流方向は、上側の熱電モジュール１８に向かう方向である。
　高温流体流路部１２の中流領域５６に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０Ｄの整流部４４Ｄ（第２の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第２の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、上側の熱電モジュール１８に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ａに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の中流領域５６に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０Ｄによる高温流体の整流方向は、下側の熱電モジュール２０に向かう方向である。
　高温流体流路部１２の下流領域５８に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の整流部４４（第３の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第３の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、下側の熱電モジュール２０に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ａに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の下流領域５８に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流構造４０の整流部４４による高温流体の整流方向は、上側の熱電モジュール１８に向かう方向である。
　高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０の整流部４４（第１の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第１の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、上側の熱電モジュール１８に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ｂに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０による高温流体の整流方向は、下側の熱電モジュール２０に向かう方向である。
　高温流体流路部１２の中流領域５６に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０Ｄの整流部４４Ｄ（第２の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第２の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、下側の熱電モジュール２０に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ｂに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の中流領域５６に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０Ｄによる高温流体の整流方向は、上側の熱電モジュール１８に向かう方向である。
　高温流体流路部１２の下流領域５８に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０の整流部４４（第３の整流部の一例）は、高温流体が開口部４２（第３の開口部の一例）を通過する方向とは反対方向に（すなわち、上側の熱電モジュール１８に向けて）、且つ、平板状伝熱プレート３４ｂに対して斜め下方に、開口部４２の周縁部から突出している。すなわち、高温流体流路部１２の下流領域５８に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流構造４０の整流部４４による高温流体の整流方向は、下側の熱電モジュール２０に向かう方向である。
　以下、実施の形態３に係る熱発電ユニット２Ｄにより得られる効果について説明する。高温流体流路部１２の流路１２ｂを流れる高温流体の一部は、高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流部４４により上側の熱電モジュール１８に向かう方向に整流されることによって、上側の平板状伝熱プレート３４ａの開口部４２及び上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６を通して流路１２ａに流れ込む。高温流体流路部１２の流路１２ｂを流れる高温流体の一部は、高温流体流路部１２の上流領域５４に配置された、下側の平板状伝熱プレート３４ａの整流部４４により下側の熱電モジュール２０に向かう方向に整流されることによって、中央の波板状伝熱プレート３２ｂの開口部４８及び下側の平板状伝熱プレート３４ｂの開口部４２を通して流路１２ｃに流れ込む。この時、流路１２ａと流路１２ｂとの圧力差、及び、流路１２ｂと流路１２ｃとの圧力差が一定値に達した際には、それ以上の整流効果は失われる。
　そこで、本実施の形態では、高温流体流路部１２の中流領域５６において、高温流体流路部１２の流路１２ａを流れる高温流体の一部は、上側の平板状伝熱プレート３４ａの整流部４４により下側の熱電モジュール２０に向かう方向に整流されることによって、上側の波板状伝熱プレート３２ａの開口部４６及び上側の平板状伝熱プレート３４ａの開口部４２を通して流路１２ｂに流れ込む。高温流体流路部１２の中流領域５６において、高温流体流路部１２の流路１２ｃを流れる高温流体の一部は、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの整流部４４により上側の熱電モジュール１８に向かう方向に整流されることによって、下側の平板状伝熱プレート３４ｂの開口部４２及び中央の波板状伝熱プレート３２ｂの開口部４８を通して流路１２ｂに流れ込む。
　これにより、高温流体流路部１２の中流領域５６における高温流体の流速分布及び温度分布を一旦均一化することができる。その結果、高温流体流路部１２の下流領域５８に配置された整流部４４による高温流体の整流効果を維持することができ、高温流体流路部１２の下流領域５８を流れる高温流体から一対の熱電モジュール１８，２０の各々への熱伝達効率を高めることができる。
　（実施の形態４）
　図１１を参照しながら、実施の形態４に係る熱発電ユニット２Ｅの構成について説明する。図１１は、実施の形態４に係る熱発電ユニット２Ｅを示す要部断面図である。
　図１１に示すように、実施の形態４に係る熱発電ユニット２Ｅでは、一対の熱電モジュール１８，２０及びそれらの間のフィン構造２２は、中央部の低温流体流路部６０を挟んで、上下方向に２組スタック（積層）されている。なお、低温流体流路部６０は、上述した一対の低温流体流路部４，６と同様に構成されている。このようなスタック構造により、熱発電ユニット２Ｅをコンパクトに構成することができる。
　なお、本実施の形態では、一対の熱電モジュール１８，２０及びそれらの間のフィン構造２２を上下方向に２組スタックしたが、これに限定されず、３組以上スタックしてもよい。
　（他の実施の形態）
　以上、本開示の１つまたは複数の態様に係る熱発電ユニットについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
　上記各実施の形態では、高温流体を排気ガス、低温流体を冷水又は冷風としたが、これに限定されず、高温流体及び低温流体の各々は、任意の液体又は気体（ガス）であってもよい。
　本開示に係る熱発電ユニットは、例えば自動車や工場等から排出される排気ガスの熱エネルギーを利用して発電する発電機、あるいは、小型の携帯用発電機等として適用可能である。
２，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ　熱発電ユニット
４，６，６０　低温流体流路部
８，１０　側面拘束部
１２　高温流体流路部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　流路
１４　高温流体導入部
１６　高温流体排出部
１８，２０　熱電モジュール
２２，２２Ｃ，２２Ｄ　フィン構造
２４，３１　筐体
２６，３３　低温流体導入部
２８，３５　低温流体排出部
３０，３７　低温流体流路
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２Ｂ　波板状伝熱プレート
３４，３４ａ，３４ｂ，３４Ａ，３４Ｃ，３４Ｃａ，３４Ｃｂ，３４Ｃｃ，３４Ｃｄ　平板状伝熱プレート
３６，３６Ｂ　山部
３８，３８Ｂ　谷部
４０，４０Ａ，４０Ｄ　整流構造
４２，４２Ａ，４６，４８　開口部
４４，４４Ａ，４４Ｄ　整流部
４４ａ，４４Ａａ　根元部
４４ｂ，４４ｃ，４４Ａｂ，４４Ａｃ　側部
５０　凹凸列部
５２　棒状フィン
５４　上流領域
５６　中流領域
５８　下流領域

Claims (11)

  1. 　第１の流体と、前記第１の流体よりも高い温度の第２の流体との温度差により発電する熱発電ユニットであって、
    　互いに対向して配置され、各々に前記第１の流体が流れる一対の第１の流体流路部と、
    　前記一対の第１の流体流路部の間に配置され、前記第２の流体が流れる第２の流体流路部と、
    　前記第２の流体流路部と前記一対の第１の流体流路部との間にそれぞれ配置され、前記第１の流体と前記第２の流体との温度差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換する一対の熱電モジュールと、
    　前記第２の流体流路部に配置され、前記一対の熱電モジュールの一方から他方に向かう所定方向に沿って互いに対向して配置された複数の伝熱プレートと、を備え、
    　前記複数の伝熱プレートのうち少なくとも一つの伝熱プレートは、
    　開口部と、
    　前記開口部の周縁部から突出し、前記開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方又は他方に向かう方向に整流するための整流部と、を有する
    　熱発電ユニット。
  2. 　前記複数の伝熱プレート及び前記一対の熱電モジュールは、前記所定方向に複数組スタックされている
    　請求項１に記載の熱発電ユニット。
  3. 　前記開口部及び前記整流部の各々は複数設けられ、
    　前記複数の開口部は、
    　前記第２の流体流路部の上流領域に配置された第１の開口部と、
    　前記第２の流体流路部の前記上流領域よりも下流側の中流領域に配置された第２の開口部と、
    　前記第２の流体流路部の前記中流領域よりも下流側の下流領域に配置された第３の開口部と、を含み、
    　前記複数の整流部は、
    　前記第１の開口部の周縁部から突出し、前記第１の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方に向かう方向に整流するための第１の整流部と、
    　前記第２の開口部の周縁部から突出し、前記第２の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの他方に向かう方向に整流するための第２の整流部と、
    　前記第３の開口部の周縁部から突出し、前記第３の開口部を通過した前記第２の流体を、前記一対の熱電モジュールの一方に向かう方向に整流するための第３の整流部と、を含む
    　請求項１又は２に記載の熱発電ユニット。
  4. 　前記整流部は、前記第２の流体が前記開口部を通過する方向とは反対方向に、前記開口部の周縁部から突出する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の熱発電ユニット。
  5. 　前記複数の伝熱プレートは、平板状の伝熱プレートと、波板状の伝熱プレートと、を交互に積層することにより構成されている
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の熱発電ユニット。
  6. 　前記複数の伝熱プレートのうち隣り合う一対の伝熱プレートは、棒状のフィンを介して相互に接続されている
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の熱発電ユニット。
  7. 　前記複数の伝熱プレートの各々の内部と表面とは、互いに異なる材料で形成されている
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の熱発電ユニット。
  8. 　前記複数の伝熱プレートの各々の内部は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス又はセラミックスで形成されている
    　請求項７に記載の熱発電ユニット。
  9. 　前記複数の伝熱プレートの各々は、ニッケル、ニッケル合金、クロム又はクロム合金で形成されている
    　請求項７又は８に記載の熱発電ユニット。
  10. 　第１流路、
    　第２流路、
    　前記第１流路と前記第２流路の間に配置された第３流路、
    　前記第１流路と前記第３流路との間に配置され第１デバイス、前記第１デバイスは前記第１流路を流れる第１流体の温度と前記第３流路を流れる第３流体の温度の差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、
    　前記第２流路と前記第３流路との間に配置され第２デバイス、前記第２デバイスは前記第２流路を流れる第２流体の温度と前記第３流体の温度の差による熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、
    　第１開口を有するプレート、
    　前記プレートから第４流路に立ち上がる第１面を含み、
    　前記第１面は前記第１開口を覆い、第１空間が前記第１面と前記第１開口の間に形成され、
    　前記プレートと前記第１面は前記第３流路に配置され、前記第３流路は前記第４流路と第５流路を含み、前記プレートは前記第４流路と前記第５流路の間に設けられ、
    　前記第４流路から前記第５流路に移動する流体は、前記１空間を通過し、そして前記第１開口を通過する
    　熱発電ユニット。
  11. 　前記第３流体の前記温度は、前記第１流体の前記温度と前記第２流体の前記温度より高い、
    　請求項１０記載の熱発電ユニット。
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