JP2005210782A - Exhaust heat recovery equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえばハイブリッド車などの車両などに用いられ、気体中に含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために、気体中に含まれる熱エネルギーを回収する排熱回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that is used in vehicles such as hybrid vehicles and that recovers heat energy contained in gas in order to convert heat energy contained in gas into electric energy.
自動車のエンジンから排出される排気ガスなどには、熱エネルギーが含まれてため、排気ガスをそのまま捨てるとエネルギーの無駄となる。そこで、排気ガスに含まれる熱エネルギーを排熱回収装置によって回収し、電気エネルギーに変換し、たとえばバッテリーに充電しておくものがある。このように、排気ガス中の熱エネルギーを回収する排熱回収装置としては、特開２０００−３５８２４号公報に開示された車両用発電装置に設けられたものがある。 Exhaust gas discharged from an automobile engine contains thermal energy, so if the exhaust gas is discarded as it is, energy is wasted. Therefore, there is a type in which heat energy contained in the exhaust gas is recovered by an exhaust heat recovery device, converted into electric energy, and charged in, for example, a battery. As described above, as an exhaust heat recovery device that recovers thermal energy in exhaust gas, there is one provided in a vehicle power generation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-35824.
この車両用発電装置は、発熱部材と熱電変換素子とを有しており、発熱部材と熱電変換素子との間にバイメタル変形素子が設けられている。この車両用発電装置では、発熱部材の温度が熱電変換素子の耐熱温度の上限値に近づくと、バイメタル変形素子が変形して、発熱部材と熱電変換素子とが離間し、両者の機械的な接触が絶たれる。こうして、熱電変換素子の温度上昇を制限するというものである。
しかし、上記特許文献１に開示された車両用発電装置では、熱電変換素子の温度が耐熱温度を超えるのを防止するために、発熱部材（流体管）が高温となったときに、発熱部材と熱電変換素子とを機械的接触を絶っている。このため、発熱部材が高温となったときには、熱電変換による発電を行うことができないという問題があった。
However, in the vehicle power generation device disclosed in
また、熱電変換素子には、発熱部材の温度に対して熱電変換の効率の高い温度領域がある。これに対して、上記特許文献１に開示された車両用発電装置では、熱電変換素子に対する熱の流入量は発熱部材の温度によって一定に決められてしまう。このため、効率のよい発電を行っているとはいえないという問題があった。
Further, the thermoelectric conversion element has a temperature region where the efficiency of thermoelectric conversion is high with respect to the temperature of the heat generating member. On the other hand, in the vehicular power generation device disclosed in
そこで、本発明の課題は、気体流路を流通する気体の温度が高い場合であっても熱電変換を行うことができ、さらには、効率のよい熱電変換を行うことができる排熱回収装置を提供することにある。 Thus, an object of the present invention is to provide an exhaust heat recovery device that can perform thermoelectric conversion even when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is high, and that can perform efficient thermoelectric conversion. It is to provide.
上記課題を解決した本発明に係る排熱回収装置は、熱源から放出される気体の熱を利用した熱電変換によって発電を行う熱電変換素子を備え、気体の熱を回収する排熱回収装置において、熱源から放出される気体が流通し、断面周状の気体流路を形成する流体管を有し、流体管に熱電変換素子を固定する固定部材と、流体管の方向に熱電変換素子を押し付ける押圧部材とが設けられており、押圧部材は、気体流路を流通する気体の温度が高くなるにつれて、熱電変換素子を流体管に押し付ける押圧力が低下するように構成されているものである。 The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention that has solved the above problems includes a thermoelectric conversion element that generates power by thermoelectric conversion using the heat of a gas released from a heat source, and in the exhaust heat recovery apparatus that recovers the heat of the gas, A gas that is released from the heat source flows and has a fluid pipe that forms a gas flow path having a circumferential cross section, a fixing member that fixes the thermoelectric conversion element to the fluid pipe, and a pressure that presses the thermoelectric conversion element in the direction of the fluid pipe The pressing member is configured such that the pressing force pressing the thermoelectric conversion element against the fluid pipe decreases as the temperature of the gas flowing through the gas flow path increases.
本発明に係る排熱回収装置は、流体管の方向に熱電変換素子を押し付ける押圧部材を有しており、押圧部材は、気体流路を流通する気体の温度が高くなるにつれて、熱電変換素子を流体管に押し付ける押圧力が低下するように構成されている。このため、気体流路を流通する排気ガスの温度が高すぎて、たとえば熱電変換素子の耐熱温度を超えるときには、押圧部材による押し付け力が弱くなるので、熱電変換素子の損傷を防止することができる。したがって、流体管を流通する気体の温度が高い場合であっても熱電変換を行うことができる。また、気体流路を流通する気体の温度が高くないときには、押圧部材による押し付け力が強くなるので、気体流路を流通する気体に含まれる熱を十分に回収することができ、もって効率のよい熱電変換を行うことができる。 The exhaust heat recovery apparatus according to the present invention has a pressing member that presses the thermoelectric conversion element in the direction of the fluid pipe, and the pressing member moves the thermoelectric conversion element as the temperature of the gas flowing through the gas flow path increases. The pressing force that is pressed against the fluid pipe is configured to decrease. For this reason, when the temperature of the exhaust gas flowing through the gas flow path is too high, for example, when the temperature exceeds the heat resistance temperature of the thermoelectric conversion element, the pressing force by the pressing member is weakened, so that the thermoelectric conversion element can be prevented from being damaged. . Therefore, thermoelectric conversion can be performed even when the temperature of the gas flowing through the fluid pipe is high. In addition, when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is not high, the pressing force by the pressing member becomes strong, so that the heat contained in the gas flowing through the gas flow path can be sufficiently recovered, which is efficient. Thermoelectric conversion can be performed.
なお、本発明にいう「周状」とは、内側に孔部が形成された形状をいい、ドーナツ形状（環状、リング状）やドーナツ形状の外周を矩形状にした形状、またはこれらが仕切られた形状をいう。また、外側の外形と内側の孔部の形状とが同じ（相似形）であるものと、異なるものとの両方を含むものである。 The “circumferential shape” referred to in the present invention refers to a shape in which a hole is formed on the inner side, a donut shape (annular or ring shape), a shape in which the outer periphery of the donut shape is rectangular, or these are partitioned. Refers to the shape. In addition, both the outer shape and the inner hole shape are the same (similar shape) and different shapes.
ここで、固定部材は、熱電変換素子を介して流体管の反対側に設けられた固定用パイプであり、押圧部材は、熱電変換素子を固定用パイプ側から流体管側に付勢する弾性体を備えており、気体流路を流通する気体の温度が高いときに流体管が膨張し、気体流路を流通する気体の温度が低いときに流体管が収縮する態様とすることができる。 Here, the fixing member is a fixing pipe provided on the opposite side of the fluid pipe via the thermoelectric conversion element, and the pressing member is an elastic body that urges the thermoelectric conversion element from the fixing pipe side to the fluid pipe side. The fluid pipe expands when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is high, and the fluid pipe contracts when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is low.
このように、流体管を流通する気体の温度による流体管の膨張・収縮を利用することにより、押圧部材による熱電変換素子の押し付け力を自動的に調整することができる。 Thus, the pressing force of the thermoelectric conversion element by the pressing member can be automatically adjusted by utilizing the expansion / contraction of the fluid pipe due to the temperature of the gas flowing through the fluid pipe.
また、固定部材は、熱電変換素子を介して流体管の反対側に設けられた固定用パイプであり、押圧部材は、固定用パイプと熱電変換素子との間に導入された圧力調整用気体によって熱電変換素子を流体管に押圧するものであり、圧力調整用気体の導入量により、押圧部材による押し付け力が調整される態様とすることもできる。 The fixing member is a fixing pipe provided on the opposite side of the fluid pipe via the thermoelectric conversion element, and the pressing member is formed by pressure adjusting gas introduced between the fixing pipe and the thermoelectric conversion element. The thermoelectric conversion element is pressed against the fluid pipe, and the pressing force by the pressing member can be adjusted by the amount of the pressure adjusting gas introduced.
このように、固定用パイプと熱電変換素子との間に導入される圧力調整用気体の導入量により、押圧部材による押し付け力を調整する態様とすることもできる。 Thus, it can also be set as the aspect which adjusts the pressing force by a press member with the introduction amount of the gas for pressure adjustments introduced between the fixing pipe and the thermoelectric conversion element.
さらに、固定部材は、流体管の外周部に配置された熱電変換素子を流体管に対して固定する帯状体であり、押圧部材は、固定部材による熱電変換素子の締め付け力を調整する締め付け力調整部材である態様とすることもできる。 Further, the fixing member is a belt-like body that fixes the thermoelectric conversion element disposed on the outer peripheral portion of the fluid pipe to the fluid pipe, and the pressing member is a tightening force adjustment that adjusts the tightening force of the thermoelectric conversion element by the fixing member. It can also be set as the aspect which is a member.
このように、固定部材による熱電変換素子の締め付け力を調整することにより、熱電変換素子の押し付け力を調整する態様とすることもできる。 Thus, it can also be set as the aspect which adjusts the pressing force of a thermoelectric conversion element by adjusting the clamping force of the thermoelectric conversion element by a fixing member.
本発明に係る排熱回収装置によれば、気体流路を流通する気体の温度が高い場合であっても熱電変換を行うことができ、さらには、効率のよい熱電変換を行うことができる。 According to the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention, thermoelectric conversion can be performed even when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is high, and furthermore, efficient thermoelectric conversion can be performed.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は本発明の第一の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図２はその要部拡大平断面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. FIG. 1 is a plan sectional view of the exhaust heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged plan sectional view of an essential part thereof.
図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置１は、本発明の熱源である図示しないエンジンから排出される排気ガスの流路を形成する周状の流体管１１を備えている。流体管１１はドーナツ状をなしており、断面円形の中央に孔部が形成された形状をなしている。流体管１１の内周面には、複数のブッシュ１１Ａが形成されており、複数のブッシュ１１Ａのうち、２つのブッシュ１１Ａ間に緩衝パッド１２が設けられている。この緩衝パッド１２は、６個設けられており、これらの６個の緩衝パッド１２は、流体管１１の周方向に等間隔で離間して配置されている。
As shown in FIG. 1, the exhaust
緩衝パッド１２は、半田１２Ａおよび可とう性ケース１２Ｂを備えている。半田１２Ａは、流体管１１の温度によって固体または液体となる。緩衝パッド１２の温度が高温であるときには、半田１２Ａが液体となり、逆に低温であるときには、半田１２Ａは固体となる。また、半田に代えて鉛など融点の低い金属を利用することもできる。
The
また、流体管１１の内部には、本発明の気体流路である排気流路１３が形成されている。エンジンから排出された排気ガスは、排熱回収装置１における排気流路１３を流通して、下流側に設けられた触媒の方向に流れていく。
Further, an
排気流路１３には、フィン１４が形成されている。フィン１４は、流体管１１の外側片と内側片との間に掛け渡されて設けられており、一つの流体管１１に対して複数のフィン１４が設けられている。これらのフィン１４は、流体管１１と一体的に形成され、流体管１１およびフィン１４は、たとえば押出成形によって形成されている。フィン１４によって、排気流路１３を流通する排気ガスに含まれる熱が集熱され、流体管１１の外周部に伝熱される。
Fins 14 are formed in the
流体管１１には、本発明の熱電変換素子である熱電変換モジュール１５が緩衝パッド１２を介して取り付けられている。熱電変換モジュール１５は、緩衝パッド１２が設けられた位置にそれぞれ対応して６個設けられており、これらの６個の熱電変換モジュール１５は、流体管１１の周方向に等間隔で離間して配置されている。この熱電変換モジュール１５は、いわゆるゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。
A
さらに、流体管１１における熱電変換モジュール１５を挟んだ反対側には、冷却水ケース１６が配置されている。冷却水ケース１６は、ベース部材１６Ａおよび流水路形成部材１６Ｂを備えており、流水路形成部材１６Ｂには流水路１６Ｃが形成されている。この冷却水ケース１６は、６個の熱電変換モジュール１５のそれぞれに対応して設けられており、合計６個の冷却水ケース１６が設けられている。
Further, a
流水路形成部材１６Ｂは櫛形をなし、流水路形成部材１６Ｂにベース部材１６Ａに取り付けられて、流水路１６Ｃが形成されている。流水路１６Ｃには、図示しないポンプが接続されており、ポンプを駆動することにより、流水路１６Ｃに冷却水が流通する。この流水路形成部材１６Ｂが熱電変換モジュール１５に密着しており、流水路１６Ｃに冷却水を流通することにより、熱電変換モジュール１５による熱電変換が可能となる。また、流水路１６Ｃを流通する冷却水によって、熱電変換モジュール１５を冷却することができる。
The flow
また、冷却水ケース１６の内側には、本発明の押圧部材である皿ばね（板ばね）１７および本発明の固定部材（固定用パイプ）であるパイプ部材１８が設けられている。皿ばね１７は、冷却水ケース１６とパイプ部材１８との間に配置されており、パイプ部材１８に反力をとって冷却水ケース１６を外側方向に付勢し、冷却水ケース１６を介して熱電変換モジュール１５を流体管１１の方向に押し付けている。パイプ部材１８の外側片は、排気ガスの流れ方向に径が異なるテーパ形状をなしており、パイプ部材１８は、下流側にいくにしたがって、径が狭くなる形状とされている。
Further, a disc spring (plate spring) 17 that is a pressing member of the present invention and a
さらに、流体管１１の外周部には、流体管１１と同心状に配置された断熱管１９が設けられている。断熱管１９は、流体管１１とは離間して配置されており、断熱管１９と流体管１１との間に断熱空気層２０が形成されている。この断熱空気層２０により、排気流路１３を流通する空気の熱の外部への放出を防止している。
Further, a
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置の作用について説明する。 The operation of the exhaust heat recovery apparatus according to this embodiment having the above configuration will be described.
本実施形態に係る排熱回収装置１においては、図示しないエンジンから排出された排気ガスが排気流路１３を流通するときに、排気ガスに含まれる熱を熱電変換モジュール１５で回収し、熱電変換を行って熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このとき、熱電変換モジュール１５で行われる熱電変換の際、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧によって、熱電変換の効率が変化する。本発明者らは、この熱電変換の効率の変化を確認するために次の実験を行った。
In the exhaust
実験では、図３に示す実験装置を用いた。実験装置Ｍは、流体管２１を備えており、流体管２１の内部に、気体が流通する気体流路２２が形成されている。また、気体流路２２には、フィン部材２３が設けられており、フィン部材２３は伝熱部２３Ａおよびフィン本体２３Ｂを備えている。フィン部材２３の伝熱部２３Ａには、熱電変換モジュール２４が接触した状態で設けられており、フィン部材２３における熱電変換モジュール２４を介した反対側には、冷却水ケース２５が設けられている。この冷却水ケース２５に冷却水を流通させることによって、熱電変換モジュール２４による熱電変換が行われる。
In the experiment, the experimental apparatus shown in FIG. 3 was used. The experimental apparatus M includes a
また、熱電変換モジュール２４における冷却水ケース２５を介した反対側には、板ばね２６が設けられており、冷却水ケース２５における板ばね２６の反対側には、ハンド２７およびボルト２８が設けられている。ハンド２７には、雌ねじが形成されており、ボルト２８を図示しないアクチュエータで回転させることにより、ボルトがハンド２７に対して進退する。ボルト２８が進退することにより、板ばね２６の付勢力による押圧力が調整される。この押圧力により、冷却水ケース２５を介して熱電変換モジュール２４がフィン部材２３に押し付けられ、板ばね２６の押し付け力を調整することにより、熱電変換モジュール２４とフィン部材２３との面圧が調整される。
A
具体的に、図２（ａ）に示すように、板ばね２６を冷却水ケース２５の方向に前進させると、冷却水ケース２５を介して熱電変換モジュール２４がフィン部材２３に押し付けられる。また、図２（ｂ）に示すように、板ばね２６を冷却水ケース２５から離反する方向に後退させると、板ばね２６による押圧力が低下し、熱電変換モジュール２４とフィン部材２３との間の面圧を調整することができる。
Specifically, as shown in FIG. 2A, when the
この実験装置Ｍを用いて、気体流路２２に同じ温度の気体を流通させた状態で、熱電変換モジュール２４とフィン部材２３との間の面圧を調整して、熱電変換モジュール２４による発電量を測定した。その結果を図４に示す。
Using this experimental device M, the amount of power generated by the
図４からわかるように、熱電変換モジュールとフィン部材との面圧が低い状態では、熱電変換モジュールによる発電量が少ないが、熱電変換モジュールとフィン部材との面圧が高くなるにつれて、熱電変換モジュールによる発電量が多くなっている。したがって、熱電変換モジュールとフィン部材との面圧を調整することにより、熱電変換の効率を調整することができる。 As can be seen from FIG. 4, when the surface pressure between the thermoelectric conversion module and the fin member is low, the amount of power generated by the thermoelectric conversion module is small, but as the surface pressure between the thermoelectric conversion module and the fin member increases, the thermoelectric conversion module The amount of power generated by is increasing. Therefore, the efficiency of thermoelectric conversion can be adjusted by adjusting the surface pressure between the thermoelectric conversion module and the fin member.
本実施形態に係る排熱回収装置１では、この面圧の変化による熱電変換の効率の調整を利用している。流体管１１に形成された排気流路１３に流れる排気ガスの温度が高いときには、流体管１１自体の温度が高くなり、流体管１１が外周側方向に膨張する。このように、流体管１１が膨張することにより、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の距離が長くなり、皿ばね１７による熱電変換モジュール１５の流体管１１に対する押圧力が小さくなる。その結果、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧が低くなる。
In the exhaust
流体管１１に流通する排気ガスの温度が高く過ぎて熱電変換モジュール１５の耐熱温度を超えると、熱電変換モジュール１５を損傷することが考えられる。この点、本実施形態に係る排熱回収装置１では、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高すぎるときには、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧が低くなり、その分熱の伝達率が低くなる。したがって、熱電変換モジュール１５に伝達される熱量も小さくなり、熱電変換モジュール１５の熱による損傷を防止することができ、もって排気ガスの温度が高い場合でも、熱電変換を行うことができる。
If the temperature of the exhaust gas flowing through the
また、流体管１１が膨張することにより、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間に隙間が生じることが考えられるが、この点、本実施形態に係る排熱回収装置１では、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間に緩衝パッド１２が設けられている。緩衝パッド１２における半田１２Ａは、排気ガスの温度が高いときには液体となっており、流体管１１の変形に追従して流体管１１と熱電変換モジュール１５との間に隙間が生じるのを防止している。したがって、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間に隙間が生じることを防止することができ、流体管１１から熱電変換モジュール１５に対して熱を伝達することができる状態としておくことができる。
Further, it is conceivable that a gap is generated between the
また、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高くない（低い）ときには、流体管１１は収縮しており、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の距離が短くなっている。このため、皿ばね１７による熱電変換モジュール１５の流体管１１に対する押圧力が大きくなる。
Further, when the temperature of the exhaust gas flowing through the
皿ばね１７による熱電変換モジュール１５の流体管１１に対する押圧力が大きくなると、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧が高くなり、その分熱の伝達率が高くなる。排気ガスの温度が低い状態では、熱電変換モジュール１５の熱による損傷の心配はないが、そのときには、排気ガスにおける熱エネルギーをより多く熱電変換して電気エネルギーを得ることができる。
When the pressing force of the
このように、本実施形態に係る排熱回収装置１では、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高いときには、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧を低くすることにより、熱電変換モジュール１５への過大な熱の伝達を防止して、熱電変換モジュール１５の損傷を防止している。また、排気ガスの温度が低いときには、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧を高くすることにより、熱電変換モジュール１５への熱の伝達量を多くして、より多くの発電量を得られるようにしている。
As described above, in the exhaust
また、面圧の調整は、流体管１１の膨張によって行われているので、排気ガスの温度によって自動的に面圧の調整が行われる。しかも、排気ガスの温度に応じて、流体管１１の膨張量も変化するので、排気ガスの温度が高いほど、熱電変換モジュール１５に対する伝熱量を少なくし、排気ガスの温度が高いほど、熱電変換モジュール１５に対する伝熱量を少なくすることができる。したがって、熱電変換モジュール１５に対して安定した熱量を供給することができるため、常に、熱電変換モジュール１５における熱電変換の効率の高い状態で熱を供給することができるので、効率のよい熱電変換を行うことができる。
Further, since the adjustment of the surface pressure is performed by the expansion of the
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図５は、本発明の第二の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図６は、その排熱回収装置を有する排熱回収システムのブロック構成図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a plan sectional view of the exhaust heat recovery apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a block configuration diagram of the exhaust heat recovery system having the exhaust heat recovery apparatus.
図５に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置２は、図１に示す第一の実施形態と同様の流体管１１を備えている。流体管１１の内周面に形成されたブッシュ１１Ａの間には、緩衝パッド１２が設けられている。流体管１１の内部には、排気流路１３が形成されており、排気流路１３には、流体管１１と伝熱可能となるフィン１４が設けられている。
As shown in FIG. 5, the exhaust
流体管１１には、熱電変換モジュール１５が緩衝パッド１２を介して取り付けられており、流体管１１における熱電変換モジュール１５を挟んだ反対側には、冷却水ケース１６が配置されている。
A
また、冷却水ケース１６の内側には、モジュール支持部材３１が設けられている。モジュール支持部材３１は、冷却水ケース１６に対応して設けられており、本実施形態では６個のモジュール支持部材３１が設けられている。
A
モジュール支持部材３１のさらに内側には、気体導入部付固定パイプ３２が設けられている。気体導入部付固定パイプ３２は、熱電変換モジュール１５を介して流体管１１の反対側に設けられており、冷却水ケース１６を介して熱電変換モジュール１５に固定されている。
A
また、気体導入部付固定パイプ３２の外周部には、空気（気体）が導入可能となっている。この気体導入部付固定パイプ３２に対する空気の導入量により、熱電変換モジュール１５の流体管１１に対する押し付け力を調整することができ、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧を調整することができる。
Moreover, air (gas) can be introduced into the outer peripheral portion of the fixed
具体的には、気体導入部付固定パイプ３２に対する空気の導入量を増やすることにより、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧を高めることができる。逆に、気体導入部付固定パイプ３２に対する空気の導入量を減らすことにより、熱電変換モジュール１５と流体管１１との間の面圧を高めることができる。
Specifically, the surface pressure between the
さらに、本実施形態に係る排熱回収装置２は、図６に示す排熱回収システムに組み込まれており、自動車の排気ガスの流路となる排気ガス流路に設けられている。エンジン３３から排出される排気ガスは、排気ガス流路３４に導入される。排気ガス流路３４には、排熱回収装置２が設けられており、エンジン３３から排出された排気ガスが排熱回収装置２における排気流路１３を流通し、排気流路１３を流通する間に、排気ガスに含まれる熱が回収される。
Furthermore, the exhaust
また、排熱回収システムはＥＣＵ３５を有しており、ＥＣＵ３５には、コンプレッサ３６および圧力センサ３７が接続されている。コンプレッサ３６は、ＥＣＵ３５からの制御信号に基づいて、排熱回収装置２における気体導入部付固定パイプ３２に対して空気を供給する。また、圧力センサ３７では、コンプレッサ３６から供給される空気の圧力を計測しており、計測した結果をＥＣＵ３５に出力している。ＥＣＵ３５では、圧力センサ３７から出力された圧力信号に基づいて、コンプレッサ３６の駆動量を調整している。また、コンプレッサ３６と排熱回収装置２とを接続する空気管には、三方バルブ３８が設けられている。
The exhaust heat recovery system has an
さらに、排熱回収装置２には、ラジエータ３９および冷却水循環ポンプ４０が冷却水路を介して接続されている。冷却水路は、排熱回収装置２における冷却水ケース１６に形成された流水路１６Ｃ（図２参照）に接続されており、冷却水循環ポンプ４０を駆動することにより、冷却水ケース１６における流水路１６Ｃに冷却水が循環供給される。循環供給される冷却水は、排熱回収装置２において昇温し、ラジエータ３９によって冷却される。
Furthermore, a
以上の構成を有する本実施形態における排熱回収装置２においては、上記各実施形態と同様、エンジンから排出された排気ガスが排気流路４２を流通するときに、排気ガスに含まれる熱を熱電変換モジュール４３で回収し、熱電変換を行って熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
In the exhaust
ここで、本実施形態に係る排熱回収装置２では、気体導入部付固定パイプ３２に供給する空気の導入量を調整することにより、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を調整することができる。このため、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高いときには、気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の量を少なくすることにより、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を低くすることができる。その結果、熱電変換モジュール１５に伝熱される熱量を少なくすることができるので、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高い場合であっても熱電変換モジュール１５を損傷することなく、熱電変換を行うことができる。
Here, in the exhaust
また、排気流路１３を流通する排気ガスの温度が低い時には、気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の量を多くすることにより、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を高くすることができる。その結果、熱電変換モジュール１５に伝熱される熱量を少なくすることができるので、排気流路を流通するガスの温度が低い場合に、排気ガスに含まれる熱を効率よく熱電変換することができる。
Further, when the temperature of the exhaust gas flowing through the
ところで、本実施形態に係る排熱回収システムでは、気体導入部付固定パイプ３２にコンプレッサ３６を駆動させて空気を導入させるにあたり、気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の圧力を圧力センサ３７で計測している。排気流路１３を流通する排気ガスの温度が高いと、流体管１１が膨張するので、気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の圧力は高くなっている。逆に。排気流路１３を流通する排気ガスの温度が低いと、流体管１１は収縮しているので、気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の圧力は低くなっている。
By the way, in the exhaust heat recovery system according to the present embodiment, when the
ＥＣＵ３５では、圧力センサ３７から出力された気体導入部付固定パイプ３２に導入される空気の圧力により、コンプレッサ３６の作動量を調整している。圧力センサ３７から出力される圧力が高い場合には、コンプレッサ３６の駆動力を弱めることにより、気体導入部付固定パイプ３２に導入する空気の量を少なくすることができる。こうして、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を低くすることができる。したがって、排気ガスの温度が高い場合には、気体導入部付固定パイプ３２に導入する空気の圧力を低くし、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を低くすることにより、熱電変換モジュール１５の熱による損傷を防止することができる。
In the
一方、圧力センサ３７から出力される圧力が低い場合には、コンプレッサ３６の駆動力を強めることにより、気体導入部付固定パイプ３２にお導入する空気の量を多くすることができる。こうして、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を高くすることができる。したがって、排気ガスの温度が低い場合には、気体導入部付固定パイプ３２に導入する空気の圧力を高くし、流体管１１と熱電変換モジュール１５との間の面圧を高くすることにより、効率よく熱電変換を行うことができる。
On the other hand, when the pressure output from the
なお、本実施形態では、圧力センサ３７によって気体導入部付固定パイプ３２に導入する空気の圧力を計測し、この圧力に基づいてコンプレッサ３６を作動制御しているが、たとえば排気流路１３または排気ガス流路３４を流れる排気ガスの温度を温度計などで計測し、この排気ガスの温度に基づいてコンプレッサ３６を作動制御する態様とすることもできる。
In the present embodiment, the pressure of the air introduced into the fixed
さらに、本発明の第三の実施形態について説明する。図７は、本発明の第三の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図である。 Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a plan sectional view of the exhaust heat recovery apparatus according to the third embodiment of the present invention.
図７に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置３は、４つのフィン部材４１を備えており、フィン部材４１で囲まれた空間部分に排気流路４２が形成されている。本実施形態では、これらのフィン部材４１によって、本発明の流体管が構成されている。フィン部材４１は、伝熱部４１Ａと、この伝熱部４１Ａと一体的に形成されたフィン本体４１Ｂとを備えており、フィン本体４１Ｂは、排気流路４２の方向に突出するように配置されている。
As shown in FIG. 7, the exhaust
排気流路４２は、図示しないエンジンに接続されており、排気流路４２には、エンジンから放出される排気ガスが流通する。フィン部材４１におけるフィン本体４１Ｂは、排気流路４２を流通する排気ガスの熱を回収している。
The
また、フィン部材４１の伝熱部４１Ａにおけるフィン本体４１Ｂが設けられた側の反対側の面には、熱電変換モジュール４３が接続されている。熱電変換モジュール４３は、上記各実施形態で用いたものと同様、ゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。本実施形態では、フィン部材４１が４個設けられており、これに対応して熱電変換モジュール４３も４個設けられている。
In addition, a
さらに、フィン部材４１における熱電変換モジュール４３を介した反対側には、冷却水ケース４４が設けられている。冷却水ケース４４は、ベース部材４４Ａおよび流水路形成部材４４Ｂを備えており、流水路形成部材４４Ｂには流水路４４Ｃが形成されている。冷却水ケース４４は、４つの熱電変換モジュール４３にそれぞれ対応するように、４個設けられている。
Furthermore, a cooling
熱電変換モジュール４３における冷却水ケース４４を挟んだ反対側には、皿ばね４５が設けられており、その外側にはバンド４６が配置されている。皿ばね４５は、４個の冷却水ケース４４に対応して４個設けられており、各皿ばね４５により、バンド４６に反力をとって、冷却水ケース４４を介して熱電変換モジュール４３を内側に付勢している。この皿ばね４５の付勢力により、熱電変換モジュール４３は、フィン部材４１に押し付けられる。
A
バンド４６は、４つの皿ばね４５を囲むようにして配置されており、各皿ばね４５に対する反力の均衡を図っている。また、バンド４６の端部には、膨張収縮部材４７が設けられている。膨張収縮部材４７は、たとえばゴム状の風船部材からなり、空気が導入されることにより膨張し、空気が排出されると収縮する。
The
膨張収縮部材４７には、図６に示すものと同様のコンプレッサが接続されており、コンプレッサから空気が導入可能となっている。膨張収縮部材４７の導入される空気の量により、膨張収縮部材４７内の気圧が調整され、膨張収縮部材４７内の気圧により、バンド４６の締め付け力が調整される。このバンド４６の締め付け力により、皿ばね４５による付勢力が調整される。
A compressor similar to that shown in FIG. 6 is connected to the expansion /
膨張収縮部材４７に導入される空気の量が少なく、膨張収縮部材４７内の圧力が低い場合には、バンド４６がゆるくなってその締め付け力が弱くなり、皿ばね４５による付勢力が弱くなる。逆に、膨張収縮部材４７に導入される空気の量が多く、膨張収縮部材４７内の圧力が高い場合には、バンド４６がきつくなってその締め付け力が強くなり、皿ばね４５による付勢力が強くなる。
When the amount of air introduced into the expansion /
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置３では、上記各実施形態と同様、エンジンから排出された排気ガスが排気流路４２を流通するときに、排気ガスに含まれる熱を熱電変換モジュール４３で回収し、熱電変換を行って熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。
In the exhaust
ここで、本実施形態に係る排熱回収装置３では、膨張収縮部材４７に導入する空気の導入量を調整することにより、バンド４６の締め付け力を調整することができる。このため、排気流路４２を流通する排気ガスの温度が高いときには、膨張収縮部材４７に導入される空気の量を少なくし、バンド４６の締め付け力を弱くする。
Here, in the exhaust
バンド４６の締め付け力が弱くなると、皿ばね４５による熱電変換モジュール４３の押し付け力が弱くなり、その結果、熱電変換モジュール４３とフィン部材４１との間の面圧が低くなる。このように、熱電変換モジュール４３とフィン部材４１との間の面圧を低くすることにより、熱電変換モジュール４３に伝熱される熱量を少なくすることができるので、排気流路４２を流通する排気ガスの温度が高い場合であっても、熱電変換モジュール４３を損傷することなく熱電変換を行うことができる。
When the tightening force of the
また、排気流路４２を流通する排気ガスの温度が低い時には、膨張収縮部材４７に導入される空気の量を多くし、バンド４６の締め付け力を強くする。バンド４６の締め付け力が強くなると、皿ばね４５による熱電変換モジュール４３の押し付け力が強くなり、その結果、熱電変換モジュール４３とフィン部材４１との間の面圧が高くなる。このように、熱電変換モジュール４３とフィン部材４１との間の面圧を高くすることにより、熱電変換モジュール４３に伝熱される熱量を多くすることができるので、排気流路４２を流通する排気ガスの温度が低い場合に、排気ガスに含まれる熱を効率よく熱電変換することができる。
Further, when the temperature of the exhaust gas flowing through the
膨張収縮部材４７に対して空気を導入するか、膨張収縮部材４７から空気を排出するかなどの判断については、上記第二の実施形態と同様、コンプレッサから膨張収縮部材４７に供給する空気の圧力や排気流路４２を流通する排気ガスの温度などを利用することができる。
Whether air is introduced into the expansion /
１，２，３…排熱回収装置、１１Ａ…ブッシュ、１１，２１…流体管、１２…緩衝パッド、１２Ａ…半田、１２Ｂ…可とう性ケース、１３，２２，４２…排気流路、１４…フィン、１５，２４，４３…熱電変換モジュール、１６，２５，４４…冷却水ケース、１６Ａ，４４Ａ…ベース部材、１６Ｂ，４４Ｂ…流水路形成部材、１６Ｃ，４４Ｃ…流水路、１７…皿ばね、１８…パイプ部材、１９…断熱管、２０…断熱空気層、２３，４１…フィン部材、２３Ａ，４１Ａ…伝熱部、２３Ｂ，４１Ｂ…フィン本体、２６…板ばね、２７…ハンド、２８…ボルト、３１…モジュール支持部材、３２…気体導入部付固定パイプ、３３…エンジン、３４…排気ガス流路、３５…ＥＣＵ、３６…コンプレッサ、３７…圧力センサ、３８…三方バルブ、３９…ラジエータ、４０…冷却水循環ポンプ、４６…バンド、４７…膨張収縮部材。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱源から放出される気体が流通し、断面周状の気体流路を形成する流体管を有し、
前記流体管に前記熱電変換素子を固定する固定部材と、前記流体管の方向に前記熱電変換素子を押し付ける押圧部材とが設けられており、
前記押圧部材は、前記気体流路を流通する気体の温度が高くなるにつれて、前記熱電変換素子を前記流体管に押し付ける押圧力が低下するように構成されていることを特徴とする排熱回収装置。 In a waste heat recovery device that includes a thermoelectric conversion element that generates power by thermoelectric conversion using the heat of a gas released from a heat source, and recovers the heat of the gas,
The gas discharged from the heat source flows, and has a fluid pipe that forms a gas passage having a circumferential cross section,
A fixing member that fixes the thermoelectric conversion element to the fluid pipe; and a pressing member that presses the thermoelectric conversion element in the direction of the fluid pipe;
The exhaust heat recovery apparatus, wherein the pressing member is configured such that the pressing force pressing the thermoelectric conversion element against the fluid pipe decreases as the temperature of the gas flowing through the gas flow path increases. .
前記押圧部材は、前記熱電変換素子を前記固定用パイプ側から前記流体管側に付勢する弾性体を備えており、
前記気体流路を流通する気体の温度が高いときに前記流体管が膨張し、前記気体流路を流通する気体の温度が低いときに前記流体管が収縮する請求項１に記載の排熱回収装置。 The fixing member is a fixing pipe provided on the opposite side of the fluid pipe via the thermoelectric conversion element,
The pressing member includes an elastic body that biases the thermoelectric conversion element from the fixing pipe side to the fluid pipe side,
The exhaust heat recovery according to claim 1, wherein the fluid pipe expands when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is high, and the fluid pipe contracts when the temperature of the gas flowing through the gas flow path is low. apparatus.
前記押圧部材は、前記固定用パイプと前記熱電変換素子との間に導入された圧力調整用気体によって前記熱電変換素子を前記流体管に押圧するものであり、
前記圧力調整用気体の導入量により、前記押圧部材による押し付け力が調整される請求項１に記載の排熱回収装置。 The fixing member is a fixing pipe provided on the opposite side of the fluid pipe via the thermoelectric conversion element,
The pressing member presses the thermoelectric conversion element against the fluid pipe by a pressure adjusting gas introduced between the fixing pipe and the thermoelectric conversion element.
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein a pressing force by the pressing member is adjusted by an introduction amount of the pressure adjusting gas.
前記押圧部材は、前記固定部材による前記熱電変換素子の締め付け力を調整する締め付け力調整部材である請求項１に記載の排熱回収装置。 The fixing member is a belt-like body that fixes the thermoelectric conversion element disposed on the outer peripheral portion of the fluid pipe to the fluid pipe,
The exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the pressing member is a tightening force adjusting member that adjusts a tightening force of the thermoelectric conversion element by the fixing member.
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