CN108886082B - 热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元 - Google Patents

热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元 Download PDF

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Abstract

提供一种热电转换单元，其具有多个热电转换模块，该热电转换模块具备：多个热电转换元件，其并排设置；第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；吸热部，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；所述多个热电转换模块沿着热流并排设置，并且所述吸热部呈交错状地配设。

Description

热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元
技术领域
本发明涉及具备热电转换元件的热电转换单元及热电转换模块、以及配设有这些单元、模块的废气发电单元，其中，上述热电转换元件进行基于泽贝克效应实现的热电转换。
背景技术
热电转换模块是由热电转换元件构成的模块，该热电转换元件可通过泽贝克效应将热能转换为电能。通过利用这种能量的转换性质，能够将从工业用、民用工艺或移动体排出的排出热转换为有效的电力，故而，作为考虑到环境问题的节能技术，该热电转换模块及构成该模块的热电转换元件受到瞩目。
这种热电转换模块通常由电极接合多个热电转换元件(p型半导体及n型半导体)而构成。这种热电转换模块例如在专利文献1中被公开。另外，就这种热电模块而言，为了利用汽车及其他具备发动机的工业设备的废气的废热进行发电，其配置于发动机等高温热源的下游侧。这种热电转换模块的利用及使用了该热电转换模块的热电转换装置例如在专利文献2中被公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2013－115359号公报
专利文献2：(日本)特开2007－221895号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，来自发动机的废气逐渐向下游(即排气侧)前进时，其热量随着温度的下降而不足，故而，在由电极将p型半导体及n型半导体接合而成的仅通常构造的热电转换模块中，产生不能进行充分的发电这样的问题。另外，如果沿废气的流路配设多个热电转换模块，则就位于下游侧的热电转换模块而言，由于位于上游侧的热电转换模块的存在，朝向位于下游侧的热电转换模块的废气的流动被阻挡，在位于下游侧的热电转换模块有时不能进行充分的发电。进一步地，如果在配置于下游侧的热电转换模块不能进行充分的发电，则也会产生不能实现热电转换装置本身的发电量的提升的问题。
本发明是鉴于这样的课题而作出的，其目的在于，提供一种能够利用废气的流动且在下游也能够以优异的热能效率实现吸热，能够提升作为整体的发电量的热电转换单元、热电模块、及废气发电单元。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述的目的，本发明提供一种热电转换单元，其具有多个热电转换模块，该热电转换模块具备：多个热电转换元件，其并排设置；第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；吸热部，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；所述多个热电转换模块沿着热流并排设置，并且所述吸热部呈交错状地配设。
另外，为了实现上述的目的，本发明提供一种热电转换模块，其具有：多个热电转换元件，其并排设置；多个第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；多个第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；多个吸热片，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；所述吸热片呈交错状地配设。
进一步地，为了实现上述的目的，本发明提供一种废气发电单元，其设于发动机单元与排气单元之间，其中，具有：连接管，其将所述发动机单元和所述排气单元连接，形成从所述发动机单元排出的废气的流路；多个热电转换模块，其设于所述连接管的内侧表面且所述发动机单元的附近及所述排气单元的附近，并沿着热流并排设置；流速增加单元，相比于所述废气在所述发动机单元的附近的所述连接管中的流速，其提升所述废气在所述排气单元的附近的所述连接管中的流速；所述多个热电转换模块各自具备呈交错状地配设的吸热部。
发明效果
根据本发明的热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元，能够利用废气的流动且在下游也能够以优异的热能效率实现吸热，能够提升作为整体的发电量。
附图说明
图1是实施例1的热电转换模块的立体图；
图2是实施例1的热电转换模块的侧视图；
图3是表示实施例1的热电转换单元的结构的概略俯视图；
图4是变形例1的热电转换模块的俯视图；
图5是变形例2的热电转换模块的侧视图；
图6是变形例3的热电转换模块的侧视图；
图7是变形例4的热电转换模块的主视图；
图8是变形例5的热电转换单元的俯视图；
图9是变形例5的热电转换单元的主视图；
图10是包含实施例2的废气发电单元及其他单元的概略俯视图；
图11是包含实施例2的废气发电单元及其他单元的概略侧视图；
图12是包含实施例3的废气发电单元及其他单元的概略俯视图；
图13是包含实施例3的废气发电单元及其他单元的概略侧视图；
图14是包含实施例4的废气发电单元及其他单元的概略俯视图；
图15是包含实施例4的废气发电单元及其他单元的概略侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元的实施方式，基于各实施例及各变形例进行详细说明。需要说明的是，本发明不限于以下说明的内容，在不改变其主旨的范围内可任意变更进行实施。另外，各实施例及各变形例的说明中使用的附图均示意性地表示本发明的热电转换单元、热电转换模块、及废气发电单元以及其构成部件，有时为了加深理解而进行局部的强调、放大、缩小或省略等，并未准确地表示各构成部件的比例及形状等。进一步地，各实施例及各变形例中使用的各种数值均表示一例，可根据需要进行各种变更。
＜实施例1＞
(热电转换模块的构造)
以下，参照图1及图2对实施例1的热电转换模块1的构造进行说明。这里，图1是实施例1的热电转换模块1的立体图。另外，图2是实施例1的热电转换模块1的侧视图。这里，将图1中的一方向定义为X方向，将与X方向正交的方向定义为Y方向、及Z方向，并且，特别地，将热电转换模块1的高度方向定义为Z方向。
由图1及图2可知，实施例1的热电转换模块1具有轨道状的形状。具体而言，实施例1的热电转换模块1具有：并排设置的多个第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b、在该第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b的端部设置的第一电极3a及第二电极3b。另外，实施例1的热电转换模块1还具有一体地设于第二电极3b各自的表面上的多个吸热片4a～4d(以下，在不选择任一吸热片而代表性地说明吸热片的情况下，也仅称为吸热片4)。
在实施例1中，第一热电转换元件2a由N型半导体材料构成，第二热电转换元件2b由P型半导体材料构成。另外，第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b沿着X方向交替地各配置4个(合计8个)。进一步地，相邻的第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b经由第一电极3a及第二电极3b电连接。并且，由图1可知，第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b的形状是圆柱状，例如其直径约为5mm，高度(Z方向的尺寸)约为10mm。需要说明的是，第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b的形状不限于这种形状，例如，也可以是棱柱状。
第一电极3a及第二电极3b具有同一形状(平板状)，例如，由铜板形成。另外，第一电极3a沿X方向并排设置5个，第二电极3b沿X方向并排设置4个。并且，如图1及图2可知，第一电极3a及第二电极3b配置为，在Z方向上夹着第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b。
通过这样的第一热电转换元件2a、第二热电转换元件2b、第一电极3a、及第二电极3b的配置关系，形成沿X方向在一直线上延伸的热电转换模块1的轨道形状。另外，通过这样的第一热电转换元件2a、第二热电转换元件2b、第一电极3a、及第二电极3b的配置关系，第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b以串联方式电连接。换言之，在实施例1中，由沿X方向并排设置的、4个第一热电转换元件2a、4个第二热电转换元件2b、5个第一电极3a、及4个第二电极3b形成一个串联电路。需要说明的是，位于热电转换模块1两端的第一电极3a起到外部连接用的引出电极的功能，故而，能够将经热电转换模块1产生的电力输出到外部。
这里，第一电极3a及第二电极3b不限于铜板，也可以由其他的导电性材料(例如，铝等金属材料)形成。另外，第一电极3a及第二电极3b的数量、形状不限于上述内容，可以根据第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b(即，电动势的大小)适当变更。进一步地，也可以以将第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b并联的方式，配设第一电极3a及第二电极3b。
吸热片4一体地接合到第二电极3b的与热电转换元件接合的表面相反侧的表面上。在实施例1中，吸热片4是金属板，该金属板以热导率较高的SUS430作为材料。在热电转换模块1设置于废气(热)的流路上的情况下，吸热片4与该废气直接接触，能够使第二电极3b的温度进一步上升。由此，能够进一步产生第一电极3a与第二电极3b的温度差，以优异的热能效率实现吸热，提升热电转换模块1的发电量。这里，设于热电转换模块1的4个吸热片4各自帮助其接合的第二电极3b的温度上升，而作为热电转换模块1整体，通过由4个吸热片4构成的1个吸热部5，也带来热电转换模块1的高温侧的温度上升。即，在热电转换模块1中，沿X方向延伸的1个吸热部5由4个吸热片4构成。
需要说明的是，如果能够改变吸热片4的宽度(X方向)、厚度(Y方向)、及高度(Z方向)的尺寸，增大吸热片4的表面面积，则能够使第二电极3b的温度更高效地上升，而吸热片4的尺寸根据热电转换模块1所要求的发电量来设定。
(热电转换模块的制造方法)
作为实施例1的热电转换模块1的制造方法，在构成制造装置的起到通电加压部件的功能的2个冲头(punch)之间，配置所制备的第一热电转换元件2a、第二热电转换元件2b、第一电极3a、第二电极3b、及吸热片4。之后，将2个冲头朝向第一热电转换元件2a、第二热电转换元件2b、第一电极3a、第二电极3b、及吸热片4进行加压并且供给电流。由此，第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b、第一电极3a、第二电极3b、及吸热片4扩散接合(等离子接合)，多个第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b串联连接，形成1个轨道状的热电转换模块1。这样的通电加压可在真空、氮气、或惰性气体环境的腔室内进行。
(热电转换单元的构造)
接着，参照图3对实施例1的热电转换单元10进行说明。这里，图3是表示实施例1的热电转换单元10的结构的概略俯视图。如图3所示，热电转换单元10设置于发动机单元20的排气方向的下游。即，热电转换单元10利用从发动机单元20排出的废气的热进行发电。
另外，热电转换单元10由5个热电转换模块1构成。更具体而言，5个热电转换模块1以其延伸方向与该流路平行的方式，沿着废气(热)的流路(图3中由箭头所示)并排设置。即，图1、图2及图3的X方向、Y方向、Z方向是共通的。进一步地，5个热电转换模块1呈交错状地配设。并且，在热电转换单元10中，既可以进行从5个热电转换模块1单独地输出电力那样的配线，或者，也可以是，将5个热电转换模块1以串联的方式电连接而输出一个大的电力。这里，5个热电转换模块1例如设于在发动机单元20与排气单元(未图示)之间设置的连接管(未图示)内，其中，该排气单元用于将废气排出到外部。
需要说明的是，在选择构成热电转换单元10的5个热电转换模块1的任一个进行说明的情况下，作为热电转换模块1a、1b、1c、1d、1e的任一个进行说明。对设于各热电转换模块的吸热部5也是同样地，在选择任一个进行说明的情况下，作为吸热部5a、5b、5c、5d、5e的任一个进行说明。
如图3所示，在热电转换单元10，热电转换模块1沿着废气的流路呈交错状地设置，故而，由与热电转换模块1同样地朝X方向并排设置的吸热片4a～4d构成的吸热部5也呈交错状地配设。通过以这种交错状的方式配设吸热部5，吸热部5各自可与从发动机单元20排出的废气良好地接触。即，吸热部5各自与废气的接触不会因其他吸热部5的存在而受到阻碍，能够进行充分的吸热。例如，由图3中以箭头表示的废气的流路可知，吸热部5a、5b、5c的下游侧的废气的流量因吸热部5a、5b、5c的存在而减小，但是，相对于吸热部5d、5e而言，废气经由吸热部5a、5b、5c的间隙而抵达吸热部5d、5e，故而，即使在位于下游侧的吸热部5d、5e，也能够以优异的热能效率实现吸热。并且，作为热电转换单元10，在下游侧也能够得到充分的发电量，故而，作为整体，发电量提升。
需要说明的是，在实施例1中，位于上游侧的热电转换模块1a～1c的吸热部5a～5c和位于下游侧的热电转换模块1d～1e的吸热部5d～5e是相同形状且具有同一表面面积，但考虑下游侧的废气的温度降低，也可以使下游侧的吸热部5d～5e的表面面积大于上游侧的吸热部5a～5c的表面面积。即，也可以是，根据上述的连接管内的温度分布，对每一热电转换模块1适当设定吸热部5及吸热片4的尺寸及表面面积。由此，能够以在废气路径的下游侧也能够实现充分的发电的方式，进一步提升热电转换单元10的发电量。
另外，热电转换模块1的形状不限于轨道状，也可以是在X－Y方向上具备延展那样的其他形状。这种情况下也是，就热电转换单元10而言如下内容是重要的：例如，将吸热部5呈交错状地配置，以使热电转换模块1的吸热部5不阻碍其他的热电转换模块1的吸热部5的吸热。
＜变形例＞
(其他的热电转换模块的构造)
接着，参照图4～图7，对热电转换模块的各变形例进行详细说明。这里，图4是变形例1的热电转换模块101的俯视图，图5是变形例2的热电转换模块201的侧视图，图6是变形例3的热电转换模块301的侧视图，图7是变形例4的热电转换模块401的主视图。需要说明的是，在各变形例中，对与上述实施例相同的构造及部件标注同一标记，并省略其说明。
如图4所示，变形例1的热电转换模块101与热电转换模块1不同，吸热片4a～4d呈交错状地配设。即，在热电转换模块101上，以吸热片4不阻碍其他的吸热片4的吸热的方式进行配设。通过这种吸热片4的配设，在位于下游侧(+X侧)的吸热片4c、4d，也能够以优异的热能效率实现吸热，在位于下游侧的电极间也能够进一步增大温度差。由此，也能够提升热电转换模块101本身的发电量。
需要说明的是，在一个热电转换模块101将吸热片4呈交错状地配设，由此，即使不像上述实施例那样将热电转换模块101呈交错状地配设，也能够充分实现热电转换单元10的发电量的提升。这是因为，作为热电转换单元10整体，吸热片4呈交错状地配设，降低了如下风险，即，配设于上游侧(－X侧)的热电转换模块101阻碍位于下游侧的热电转换模块101的吸热。
接着，如图5所示，变形例2的热电转换模块201与热电转换模块1不同，由共通的一片吸热片构成吸热部205。该吸热片的形状在X－Z平面上为梯形，位于下游侧(+X侧)的部分的表面面积大于位于上游侧(－X侧)的部分的表面面积。换言之，在热电转换模块201，就吸热部205而言，其高度朝向废气的流路的下游侧变大。由此，在更下游侧也能够以优异的热能效率实现吸热，在位于下游侧的电极间也能够进一步增大温度差。并且，通过这种吸热部205的构造，热电转换模块201本身的发电量提升。
这里，热电转换模块201具有将第一热电转换元件2a及第二热电转换元件2b串联连接的构造，故而，吸热部205须由电绝缘体构成。例如，就吸热部205可以使用氮化铝、或氧化铝。
接着，如图6所示，变形例3的热电转换模块301与热电转换模块1不同，由表面面积互不相同的4个吸热片304a、304b、304c、304d形成一个吸热部305。更具体而言，吸热片304各自的与第二电极3b接合的端部相反侧的端部倾斜，随着向下游侧(+X侧)前进，其高度(Z方向的尺寸)逐渐增大。另外，4个吸热片304也是，越位于下游侧的吸热片，其尺寸越大，表面面积也越大。即，在热电转换模块301，就吸热部305而言，其高度朝向废气的流路的下游侧变大。
通过这种吸热部305的构造，在更下游侧也能够以优异的热能效率实现吸热，在位于下游侧的电极间也能够进一步增大温度差。并且，通过这种吸热部305的构造，就热电转换模块301本身而言也能够提升发电量。
接着，如图7所示，变形例4的热电转换模块401与热电转换模块1不同，吸热片403相对于第二电极3b的倾斜角度互相存在差异。更具体而言，4个吸热片404a～404d沿着废气的流路并排设置，但以如下方式设定吸热片403的倾斜度：从位于最上游侧(－X侧)的吸热片403a朝向位于最下游侧(+X侧)的吸热片403d，吸热片403相对于第二电极3b的倾斜角度变大。例如，也可以是，吸热片403a相对于第二电极3b的倾斜角度θ1约为30°，吸热片403b相对于第二电极3b的倾斜角度θ2约为70°，吸热片403c相对于第二电极3b的倾斜角度θ3约为110°，吸热片403d相对于第二电极3b的倾斜角度θ4约为150°。
这样，由相对于第二电极3b的倾斜角度互不相同的吸热片404a～404d构成吸热部405，由此，与吸热片的交错配置的效果同样地，以吸热片404不阻碍其他的吸热片404的吸热的方式配设。通过这种吸热片404的配设，在位于下游侧(+X侧)的吸热片404也能够以优异的热能效率实现吸热，在位于下游侧的电极间也能够进一步增大温度差。由此，热电转换模块401本身的发电量也能够提升。
需要说明的是，在一个热电转换模块401使吸热片404的倾斜角度互相存在差异，由此，即使不像上述实施例那样将热电转换模块401呈交错状地配设，也可充分地实现热电转换单元10的发电量的提升。这是因为，作为热电转换单元10整体也是，降低了如下风险，即，配设于上游侧(－X侧)的热电转换模块401的吸热片404阻碍废气与位于下游侧的热电转换模块401的吸热片404的接触(即，吸热片404的吸热)。
(其他的热电转换单元的构造)
接着，参照图8及图9，对热电转换单元的变形例进行详细说明。这里，图8是变形例5的热电转换单元510的俯视图，图9是变形例5的热电转换单元501的主视图。需要说明的是，在变形例5中，对与上述实施例相同的构造及部件标注同一标记，并省略其说明。
如图8所示，在变形例5的热电转换单元510中，4个热电转换模块501a～501d沿着废气的流路并排设置，并且呈矩阵状地配设。另一方面，由图8及图9可知，配设于上游侧(－X侧)的热电转换模块501a、501b和配设于下游侧(+X侧)的热电转换模块501c、501d各自具备的吸热片相对于第二电极3b的倾斜角度不同。具体而言，就热电转换模块501a而言，吸热片504a1、504b1、504c1、504d1相对于第二电极3b的倾斜角度θ5约为45°。同样地，就热电转换模块501b而言，吸热片504a2、504b2、504c2、504d2相对于第二电极3b的倾斜角度θ5也约为45°。另一方面，就热电转换模块501c而言，吸热片504a3、504b3、504c3、504d3相对于第二电极3b的倾斜角度θ6约为135°，就热电转换模块501d而言也是，吸热片504a4、504b4、504c4、504d4相对于第二电极3b的倾斜角度θ6约为135°。以下，在未选择性地说明各吸热片的情况下，也仅称为吸热片504。
在变形例5中，上游侧和下游侧的吸热片(即，吸热部)的倾斜角度不同，故而，热电转换模块501a～501d各自的吸热片504能够与从发动机单元20排出的废气良好地接触。即，热电转换模块501a～501d各自的吸热部与废气的接触不会因其他的热电转换模块的吸热部的存在而受到阻碍，能够进行充分的吸热。例如，由图8中以箭头表示的废气的流路可知，热电转换模块501a的下游侧的废气的流量因热电转换模块501a的吸热片504a1～504d1的存在而减少，但废气经由热电转换模块501a与热电转换模块501b之间的空间抵达热电转换模块501c的吸热片504a3～504d3，故而，在位于下游侧的吸热片504a3～504d3，也能够以优异的热能效率实现吸热。并且，作为热电转换单元510，在下游侧也能够获得充分的发电量，故而，作为整体，发电量提升。
需要说明的是，在变形例5中，设于各热电转换模块501a～501d的吸热片504的形状、尺寸、及表面面积相同，但也可以像变形例3那样表面面积朝向下游变大，或者是，像变形例2那样设为一片吸热片。另外，也可以将变形例1的交错配置与本变形例5组合，构成热电转换模块501a～501d。显然，也可以将本变形例5的热电转换模块501a～501d的配置像上述实施例那样配设为交错状。在任一情况下，都能够根据废气的排气路径的形状、及温度分布来适当变更及组合各结构。
＜实施例2＞
接着，参照图10及图11对配设有上述热电转换模块1的实施例2的废气发电单元40的构造进行说明。这里，图10是包含实施例2的废气发电单元40及其他单元的概略俯视图，特别地，可见地表示废气发电单元40的内部的构造。另外，图11是包含实施例2的废气发电单元40及其他单元的概略侧视图。
由图10及图11可知，实施例2的废气发电单元40设于乘用车或其他具备发动机的工业设备的发动机单元20与排气单元30之间。另外，废气发电单元40是将发动机单元20和排气单元30连接的配管，具有构成从发动机单元20排出的废气的流路的连接管41。进一步地，废气发电单元40具有在该连接管41的内侧的侧面设置的6个热电转换模块1。需要说明的是，热电转换模块1的数量不限于6个，可以根据废气发电单元40的尺寸、所需发电量、及热电转换模块1的尺寸而适当变更。
由图10可知，在连接管41，废气的流路的宽度从其与发动机单元20的连接部起、逐渐变宽，在宽至期望的宽度尺寸后，其宽度朝向排气单元30的连接部逐渐变窄。即，就连接管41而言，其宽度在其与发动机单元20的连接部一度扩宽，但从发动机单元20侧朝向排气单元30侧，废气的流路逐渐收缩。另外，由图11可知，在连接管41，废气流路的高度从发动机单元20侧朝向排气单元30侧逐渐变小。即，在连接管41的高度方向上也是，从发动机单元20侧朝向排气单元30侧，废气的流路逐渐收缩。如上，就连接管41的开口尺寸而言，其虽在发动机单元20的附近一度增大，但作为连接管41的整体构造，开口尺寸从发动机单元20侧朝向排气单元30侧变小。
通过这种连接管41的形状，从发动机单元20排出的高温的废气虽在连接管41内一度扩散，但朝着排气单元30以收敛的方式流动。即，废气的流速随着朝向排气单元30而上升。换言之，相比于废气在发动机单元20附近的连接管41中的流速，废气在排气单元30附近的连接管41中的流速增加。因此，这种连接管41在形状上起到提升废气流速的流速增加单元的功能。需要说明的是，由于该连接管41的形状，废气的流束密度也在排气单元30侧增加。
连接管41的材料使用具有耐热性、且热导性较低的材料。由此，能够不使废气的温度下降，高效地进行热电转换模块1的发电。
在实施例2的废气发电单元40中，由于上述的连接管41的形状，废气的流路的下游侧的流速与上游侧相比增加。换言之，在废气的流路的下游侧，与连接管41的形状未朝向端部收缩的情况相比，热流束增加。因此，即使废气的温度在下游侧下降，该情况下也是，能够将热能集中到配设于下游侧的热电转换模块1，因而，也能够向配设于下游侧的热电转换模块1供给充分的热量，提升吸热效率。
需要说明的是，在实施例2中，连接管41的开口形状为梯形，但也可以使用连接管41的开口形状是圆形的圆筒的管。该情况下也是，需要将位于排气单元30侧的连接管的端部形成为，较位于发动机单元20侧的另一端收缩(即，开口尺寸减小)。另外，热电转换模块1的设置部位不限于连接管41的内侧的侧面，例如，也可以是连接管41的内侧的上表面或底面，可以根据连接管41的内侧表面来适当选择。
另外，在实施例2中，在连接管41的内侧的侧面配设有上述的实施例1的热电转换模块1，但也可以配设上述的变形例的热电转换模块的任一个，来代替该热电转换模块1。进一步地，还可以配设上述的实施例或变形例的热电转换单元的任一个，来代替该热电转换模块1。由此，能够提升热电转换模块本身或热电转换单元本身的发电量，能够实现排气单元30的发电量的进一步提升。
＜实施例3＞
在实施例2中，使连接管41的形状起到流速增加单元的功能，但也可以是，设置引导废气的导风板(也称作导风体、风导板)，使该风导板起到流速增加单元的功能。以下，参照图12及图13，以实施例3对具有这种导风板的废气发电单元140进行说明。这里，图12是包含实施例3的废气发电单元140及其他单元的概略俯视图，特别地，可视地表示废气发电单元140内部的构造。另外，图13是包含实施例3的废气发电单元140及其他单元的概略侧视图。
由图12及图13可知，实施例3的废气发电单元140也设于乘用车或其他具备发动机的工业设备的发动机单元120与排气单元130之间。另外，废气发电单元140具有将发动机单元120和排气单元130连接、且构成从发动机单元120排出的废气的流路的连接管141。进一步地，废气发电单元140具有在该连接管141的内侧的侧面设置的6个热电转换模块1。
由图12可知，在连接管141，废气的流路的宽度从该连接管141与发动机单元120的连接部逐渐扩宽，宽至期望的宽度尺寸时，维持该尺寸，从该连接管141与排气单元130的连接部的附近朝向排气单元130，该宽度逐渐变窄。即，就连接管141而言，其宽度虽在与发动机单元120的连接部一度扩宽、且该宽度在与排气单元130的连接部逐渐变窄，但该宽度在连接管141的大部分保持恒定。另外，由图13可知，在连接管141，废气流路的高度从发动机单元120侧朝向排气单元130侧逐渐变小。即，在连接管141的高度方向上，从发动机单元120侧朝向排气单元130侧，废气的流路逐渐收缩。进一步地，连接管141的材料与实施例2的连接管41同样地，使用具有耐热性且热导性较低的材料。
热电转换模块1与实施例1的热电转换模块1相同。另外，与实施例2的情况同样地，也可以配设上述的实施例1或变形例的热电转换模块或热电转换单元，来代替热电转换模块1。由此，能够提升热电转换模块本身或热电转换单元本身的发电量，能够实现排气单元130的发电量的进一步提升。这里，热电转换模块1并排设置在连接管141的内侧的侧面。
如图12所示，在连接管141的内部设有3个导风板151、152、153。具体而言，各导风板从废气的流路(即，连接管141)的上游侧朝着各热电转换模块1配设。
导风板151处于比位于最上游的热电转换模块1更上游侧，且配设于连接管141的内侧的侧面附近。导风板151由从连接管141的内侧的侧面附近朝向位于最上游的热电转换模块1(图12中位于左侧)呈直线状地延伸的2个板状部件151a、151b构成。即，导风板151具有如下构造：板状部件151a、151b在该中心线O的附近及其周围分离。换言之，导风板151在与连接管141交叉的区域具备开口151c。
另外，导风板152配设为，比导风板151靠内侧、即其一部分被导风板151围住。导风板152由从连接管141的中心线O(图3中以虚线表示)的附近朝向位于中游的热电转换模块1(图13中位于中央)呈直线状地延伸的2个板状部件152a、152b构成。即，导风板152具有如下构造：板状部件152a、152b在该中心线O的附近分离。换言之，导风板152在与连接管141交叉的区域具备开口152c。另外，导风板152的长度大于导风板151的长度。
进一步地，导风板153配设为，比导风板151、152靠内侧、即其一部分被导风板151、152围住。导风板153由从连接管141的中心线O的附近朝向位于最下游的热电转换模块1(图12中位于右侧)呈直线状地延伸的2个板状部件153a、153b构成。即，导风板153也与导风板152同样地具有如下构造：板状部件153a、153b在该中心线O的附近分离。换言之，导风板153在与连接管141交叉的区域具备开口153c。另外，导风板153的长度大于导风板151、152的长度。
即，导风板151、152、153各自从废气流路的上游侧朝向各上述热电转换模块1延伸。根据这种导风板151、152、153的构造及配置，由连接管141和导风板151形成流路，从上游侧流来的废气(图12中由最粗的箭头表示)的一部分经由该流路被导向位于最上游的热电转换模块1。另外，由导风板151和导风板152形成流路，从上游侧流来的废气的一部分经由该流路被导向位于最上游的热电转换模块1及位于中央的热电转换模块1。进一步地，由导风板152和导风板153形成流路，从上游侧流来的废气的一部分经由该流路被导向位于中央的热电转换模块1及位于最下游的热电转换模块1。因此，从发动机单元120排出的废气沿着导风板151、152、153被导向连接管141的两侧部，朝向在连接管141的内侧的侧面设置的热电转换模块1前进，在该热电转换模块1以优异的热能效率进行吸热。
另外，通过这种导风板151、152、153，从发动机单元120排出的高温的废气虽在连接管141内的上游侧一度扩宽，但在导风板151、152、153的设置部位及比其靠下游侧，朝着连接管141的侧部以收敛的方式流动。即，废气的流速随着朝向排气单元130而上升。换言之，相比于废气在发动机单元120附近的连接管141中的流速，废气在排气单元130附近的连接管141中的流速增加。因此，这种导风板151、152、153起到提升废气流速的流速增加单元的功能。需要说明的是，由于该导风板151、152、153，废气的流束密度也在排气单元130侧增加。
在实施例3的废气发电单元140中，由于上述的导风板151、152、153，废气的流路的下游侧的流速与上游侧相比增加。换言之，与在废气的流路的下游侧不存在导风板151、152、153的情况相比，热流束增加。因此，即使废气的温度在下游侧下降，该情况下也是，能够将热量集中到配设于下游侧的热电转换模块1，因而，也能够向配设于下游侧的热电转换模块1供给充分的热量，能够提升吸热效率。
需要说明的是，在实施例3中，导风板151、152、153各自由2个板状部件构成，但不限于此，例如，也可以是，使1个板状部件弯曲及弯折并根据需要形成开口；还可以是，由2个以上的板状部件构成。另外，在实施例3中，导风板151、152、153向连接管141的两侧部引导废气，但在连接管141的上表面及底面也设有热电转换模块1的情况下，也可以具备如下构造：向连接管141的上表面及底面引导废气。这种情况下，连接管141的形状也可以是棱筒状。进一步地，连接管141的外形也可以像实施例2的连接管41那样，朝向一端(即，废气的流路的下游侧)收缩。并且，构成各导风板的各板状部件也可以具有弯曲的形状而非直线状。另外，就导风板153而言，也可以未形成有开口153c。由此，从发动机单元120排出的所有废气被引导到连接管141的两侧部，能够实现发电效率的进一步提升。
＜实施例4＞
在实施例3中，使3个导风板151、152、153起到流速增加单元的功能，但也可以使1个导风板起到流速增加单元的功能。以下，参照图14及图15，以实施例4对具有这种导风板的废气发电单元240作为实施例4进行说明。这里，图14是包含实施例4的废气发电单元240及其他单元的概略俯视图，特别地，可视地表示废气发电单元240内部的构造。另外，图15是包含实施例4的废气发电单元240及其他单元的概略侧视图。
由图14及图15可知，实施例4的废气发电单元240也设于乘用车或其他具备发动机的工业设备的发动机单元220与排气单元230之间。另外，与实施例3的废气发电单元140同样地，废气发电单元240具有连接管241及在该连接管241内侧的侧面设置的6个热电转换模块1。需要说明的是，连接管241的形状及材料与实施例3的连接管141相同，热电转换模块1也与实施例3的热电转换模块1相同，故而其说明省略。
如图14所示，在连接管241的内部设有导风板254。具体而言，从废气的流路(即，连接管241)的中央起，在下游侧配设有三棱柱状的导风板254。导风板具有从连接管241的中心线O(图5中以虚线表示)朝向连接管241的内侧的侧面延伸的侧面254a、254b。即，导风板254是如下构造体：从连接管241的发动机单元220侧朝向排气单元230侧使废气的流路变窄。需要说明的是，导风板254的形状不限于三棱柱状，只要能够使废气的流路朝向下游逐渐变窄即可，也可以是其他形状的构造体，还可以根据连接管241的开口形状而适当变更。
通过这种导风板254的形状，从发动机单元220排出的高温的废气虽在连接管241内一度扩宽，但朝着排气单元230以收敛的方式流动。即，废气的流速随着朝向排气单元230而上升。换言之，相比于废气在发动机单元220附近的连接管241中的流速，废气在排气单元230附近的连接管241中的流速增加。因此，这种导风板254的形状起到提升废气流速的流速增加单元的功能。需要说明的是，由于该导风板254的形状，废气的流束密度也在排气单元230侧增加。
在实施例4的废气发电单元240，由于上述的导风板254的形状，废气的流路的下游侧的流速与上游侧相比增加。换言之，在废气的流路的下游侧，与未设有导风板254的情况相比，热流束增加。因此，即使是废气的温度在下游侧下降，该情况下也是，能够将热能集中到配设于下游侧的热电转换模块1，故而，也能够向配设于下游侧的热电转换模块1供给充分的热量，提升吸热效率。
＜本发明的实施方式＞
本发明的第一方面提供一种热电转换单元，其中，具有多个热电转换模块，该热电转换模块具备：多个热电转换元件，其并排设置；第一电极，其与上述热电转换元件的一端接合，将相邻的上述热电转换元件的一端彼此电连接；第二电极，其与上述热电转换元件的另一端接合，将相邻的上述热电转换元件的另一端彼此电连接；吸热部，其设于上述第二电极的与上述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；上述多个热电转换模块沿着热流并排设置，并且上述吸热部呈交错状地配设。
本发明的第二方面在上述第一方面的基础上，位于上述热流的下游侧的上述热电转换模块的上述吸热部的表面面积大于位于上述热流的上游侧的上述热电转换模块的上述吸热部的表面面积。由此，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为热电转换单元整体的发电量。
本发明的第三方面在上述第一或第二方面的基础上，位于上述热流的上游侧的上述热电转换模块的上述吸热部、和位于上述热流的下游侧的上述热电转换模块的上述吸热部相对于上述第二电极的倾斜角度不同。由此，位于下游侧的吸热部的吸热不会因位于上游侧的吸热部受到阻碍，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为热电转换单元整体的发电量。
本发明的第四方面在上述第一至第三方面中任一方面的基础上，上述吸热部由多个吸热片构成。由此，在各热电转换模块，能够高效地实现吸热。
本发明的第五方面在上述第四方面的基础上，在各上述热电转换模块，呈交错状地配设有上述多个吸热片。由此，在位于下游侧的吸热片也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为一个热电转换模块的发电量。
本发明的第六方面在上述第四或第五方面的基础上，在各上述热电转换模块，位于上述热流的上游侧的上述热电转换模块的上述吸热片、和位于上述热流的下游侧的上述热电转换模块的上述吸热片相对于上述第二电极的倾斜角度不同。由此，在位于下游侧的吸热片也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够进一步提升作为一个热电转换模块的发电量。
本发明的第七方面在上述第一至第六方面中任一方面的基础上，就上述吸热部而言，其高度随着从上述热流的上游侧朝向下游侧而增大。由此，在位于吸热部的下游侧的部分也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为一个热电转换模块的发电量。
本发明的第八方面提供一种热电转换模块，其中，具有：多个热电转换元件，其并排设置；多个第一电极，其与上述热电转换元件的一端接合，将相邻的上述热电转换元件的一端彼此电连接；多个第二电极，其与上述热电转换元件的另一端接合，将相邻的上述热电转换元件的另一端彼此电连接；多个吸热片，其设于上述第二电极的与上述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；上述吸热片呈交错状地配设。
本发明的第九方面在上述第八方面的基础上，位于上述热流的上游侧的上述吸热片、和位于上述热流的下游侧的上述热电转换模块的上述吸热片相对于上述第二电极的倾斜角度不同。由此，在位于下游侧的吸热片也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为热电转换模块整体的发电量。
本发明的第十方面在上述第八或第九方面的基础上，位于上述热流的下游侧的上述吸热片的表面面积大于位于上述热流的上游侧的上述热电转换模块的上述吸热片的表面面积。由此，在位于下游侧的吸热片也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为热电转换模块整体的发电量。
本发明的第十一方面提供一种废气发电单元，其设于发动机单元与排气单元之间，其中，具有：连接管，其将上述发动机单元和上述排气单元连接，形成从上述发动机单元排出的废气的流路；多个热电转换模块，其设于上述连接管的内侧表面且上述发动机单元的附近及上述排气单元的附近，并沿着热流并排设置；流速增加单元，相比于上述废气在上述发动机单元的附近的上述连接管中的流速，其提升上述废气在上述排气单元的附近的上述连接管中的流速；上述多个热电转换模块各自具备呈交错状地配设的吸热部。
本发明的第十二方面在上述第十一方面的基础上，上述流速增加单元使上述连接管的开口尺寸从发动机单元侧朝向排气单元侧变小。由此，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为废气发电单元整体的发电量。
本发明的第十三方面在上述第十一方面的基础上，上述流速增加单元是从上述连接管的中心线的附近区域朝向内侧表面引导上述废气的至少一个导风板。由此，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够提升作为废气发电单元整体的发电量。
本发明的第十四方面在上述第十三方面的基础上，上述导风板在与上述连接管的中心线交叉的区域具备开口，并且从上述废气流路的上游侧朝向各上述热电转换模块延伸。由此，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够进一步提升作为废气发电单元整体的发电量。
本发明的第十五方面在上述第十三方面的基础上，上述导风板使上述废气的流路从上述连接管的发动机单元侧朝向排气单元侧变窄。由此，在位于下游侧的热电转换模块也能够实现以更优异的热能效率进行吸热，能够进一步提升作为废气发电单元整体的发电量。
标记说明
1 热电转换模块
2a 第一热电转换元件
2b 第二热电转换元件
3a 第一电极
3b 第二电极
4 吸热片
5 吸热部
10 热电转换单元
20 发动机单元
30 排气单元
40 废气发电单元
41 连接管
151、152、153 导风板

Claims (11)

1.一种热电转换单元，其中，具有多个热电转换模块，该热电转换模块具备：
多个热电转换元件，其并排设置；
第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；
第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；
吸热部，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；
所述多个热电转换模块沿着热流并排设置，并且所述吸热部呈交错状地配设，
位于所述热流的上游侧的所述热电转换模块的所述吸热部、和位于所述热流的下游侧的所述热电转换模块的所述吸热部分别改变相对于所述第二电极的倾斜角度而配设，以使从所述热流的上游侧观察时所述吸热部彼此不重合。
2.一种热电转换单元，其中，具有多个热电转换模块，该热电转换模块具备：
多个热电转换元件，其并排设置；
第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；
第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；
吸热部，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；
所述多个热电转换模块沿着热流并排设置，并且所述吸热部呈交错状地配设，
所述吸热部由多个吸热片构成，
在各所述热电转换模块，从位于所述热流的上游侧的所述吸热片朝向位于所述热流的下游侧的所述热电转换模块的所述吸热片，所述吸热片相对于所述第二电极的倾斜角度变大。
3.如权利要求2所述的热电转换单元，其中，
在各所述热电转换模块，呈交错状地配设有所述多个吸热片。
4.如权利要求1或2所述的热电转换单元，其中，
位于所述热流的下游侧的所述热电转换模块的所述吸热部的表面面积大于位于所述热流的上游侧的所述热电转换模块的所述吸热部的表面面积。
5.如权利要求1或2所述的热电转换单元，其中，
就所述吸热部而言，其高度随着从所述热流的上游侧朝向下游侧而增大。
6.一种热电转换模块，其中，具有：
多个热电转换元件，其并排设置；
多个第一电极，其与所述热电转换元件的一端接合，将相邻的所述热电转换元件的一端彼此电连接；
多个第二电极，其与所述热电转换元件的另一端接合，将相邻的所述热电转换元件的另一端彼此电连接；
多个吸热片，其设于所述第二电极的与所述热电转换元件接合的表面相反侧的表面上；
所述吸热片呈交错状地配设，
从位于热流的上游侧的所述吸热片朝向位于所述热流的下游侧的所述吸热片，所述吸热片相对于所述第二电极的倾斜角度变大。
7.如权利要求6所述的热电转换模块，其中，
位于所述热流的下游侧的所述吸热片的表面面积大于位于所述热流的上游侧的所述热电转换模块的所述吸热片的表面面积。
8.一种废气发电单元，其设于发动机单元与排气单元之间，其中，具有：
连接管，其将所述发动机单元和所述排气单元连接，形成从所述发动机单元排出的废气的流路；
多个热电转换模块，其设于所述连接管的内侧表面且所述发动机单元的附近及所述排气单元的附近，并沿着热流并排设置；
流速增加单元，相比于所述废气在所述发动机单元的附近的所述连接管中的流速，其提升所述废气在所述排气单元的附近的所述连接管中的流速；
所述多个热电转换模块各自具备呈交错状地配设的吸热部，
所述流速增加单元是从所述连接管的中心线的附近区域朝向内侧表面引导所述废气的至少一个导风板，
所述导风板在与所述连接管的中心线交叉的区域具备开口，并且从所述废气的流路的上游侧朝向各所述热电转换模块延伸。
9.如权利要求8所述的废气发电单元，其中，
所述导风板从所述废气的流路的上游侧朝向各所述热电转换模块直线状延伸。
10.如权利要求8或9所述的废气发电单元，其中，
所述连接管的开口尺寸从所述发动机单元侧朝向所述排气单元侧变小。
11.如权利要求8所述的废气发电单元，其中，
所述导风板使所述废气的流路从所述连接管的发动机单元侧朝向所述排气单元侧变窄。
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