JP2005226892A - Thermal power generation device - Google Patents

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俊武 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal power generation device, wherein a size of a cooling structure using a heat pipe can be reduced. <P>SOLUTION: The thermal power generating device 1 for converting heat energy into electrical energy by a plurality of thermoelectric elements is provided with a plurality of first heat pipes 3, of which one end parts are arranged on a low temperature side of the thermoelectric elements 2, for moving heat from the thermoelectric elements 2 to an optional position, a second heat pipe 4 of which one end part is arranged in a vicinity of other end parts of the first heat pipes 3 for conducting heat from the first heat pipes 3, and a relay means 5 for housing the other end parts of the first heat pipes 3 and the one end part of the second heat pipe 4 and for conducting the heat from the first heat pipes 3 to the second heat pipe 4. A heat transport amount per pipe of the second heat pipe 4 is larger than that of the first heat pipes 3, and the number of the pipes of the second heat pipe is less than that of the first heat pipes 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱エネルギを電気エネルギに変換する熱発電装置に関する。   The present invention relates to a thermoelectric generator that converts thermal energy into electrical energy.

自動車エンジンから排出された排気ガスの熱エネルギを有効利用するために、その熱エネルギを電気エネルギに変換することによって排熱からエネルギを回収する熱発電装置が開発されている。熱発電装置では、排気ガスが流れる排気管（高温側）と冷却部（低温側）との間に熱電素子を配置し、この高温側と低温側との温度差に応じて熱電素子で発電している。熱発電装置における熱電変換効率を向上させるためには、高温側の温度を上げるとともに低温側の温度を下げ、高温側と低温側との温度差を大きくする必要がある。そのため、熱発電装置には、低温側においてヒートパイプにより熱を放熱部まで移動させ、冷却性能を向上させているものがある（特許文献１参照）。
実開平４−９１２２１号公報 In order to effectively use the thermal energy of exhaust gas discharged from an automobile engine, a thermoelectric generator that recovers energy from exhaust heat by converting the thermal energy into electric energy has been developed. In a thermoelectric generator, a thermoelectric element is arranged between an exhaust pipe (high temperature side) through which exhaust gas flows and a cooling part (low temperature side), and power is generated by the thermoelectric element according to the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side. ing. In order to improve the thermoelectric conversion efficiency in the thermoelectric generator, it is necessary to increase the temperature on the high temperature side and decrease the temperature on the low temperature side to increase the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side. Therefore, some thermoelectric generators improve the cooling performance by transferring heat to the heat radiating section by a heat pipe on the low temperature side (see Patent Document 1).
Japanese Utility Model Publication No. 4-91221

熱発電装置において熱エネルギの回収性能を向上させるためには、熱電素子の個数を増加させることが考えられる。この場合、熱電素子の冷却側での冷却性能も向上させる必要がある。しかし、ヒートパイプを用いて冷却を行う場合、冷却性能を向上させるためには、ヒートパイプの本数を増加させなければならない。そのため、多数本のヒートパイプが低温側から放熱部まで配設されることになり、冷却構造が大型化し、自動車における搭載性が低下する。   In order to improve the thermal energy recovery performance in the thermoelectric generator, it is conceivable to increase the number of thermoelectric elements. In this case, it is necessary to improve the cooling performance on the cooling side of the thermoelectric element. However, when cooling is performed using a heat pipe, the number of heat pipes must be increased in order to improve the cooling performance. For this reason, a large number of heat pipes are arranged from the low temperature side to the heat radiating portion, the cooling structure is enlarged, and mountability in an automobile is lowered.

そこで、本発明は、ヒートパイプを用いた冷却構造を小型化できる熱発電装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the thermoelectric generator which can miniaturize the cooling structure using a heat pipe.

本発明に係る熱発電装置は、複数の熱電素子と、一端部が熱電素子の低温側に配置され、熱電素子からの熱を任意の位置に移動させる複数本の第１ヒートパイプと、一端部が第１ヒートパイプの他端部近傍に配置され、第１ヒートパイプからの熱が伝導される第２ヒートパイプと、第１ヒートパイプの他端部と第２ヒートパイプの一端部を収納し、第１ヒートパイプからの熱を第２ヒートパイプに伝導する中継手段とを備え、第２ヒートパイプは、第１ヒートパイプに比べて、１本当りの熱の輸送量が多く、本数が少ないことを特徴とする。   The thermoelectric generator according to the present invention includes a plurality of thermoelectric elements, a plurality of first heat pipes, one end of which is arranged on the low temperature side of the thermoelectric element, and moves heat from the thermoelectric element to an arbitrary position, and one end Is disposed near the other end of the first heat pipe, and houses the second heat pipe through which heat from the first heat pipe is conducted, the other end of the first heat pipe, and one end of the second heat pipe. And a relay means for conducting heat from the first heat pipe to the second heat pipe, and the second heat pipe has a larger amount of heat transported per one pipe and a smaller number than the first heat pipe. It is characterized by that.

この熱発電装置では、熱電素子により熱エネルギを電気エネルギに変換し、熱エネルギを電気エネルギとして回収する。この際、熱発電装置では、熱電素子の低温側での冷却性能を向上させるために、複数本の第１ヒートパイプにより複数の熱電素子の低温側の熱を移動させる。さらに、熱発電装置では、中継手段において複数本の第１ヒートパイプで移動させた熱を第２ヒートパイプに伝導する。そして、熱発電装置では、第２ヒートパイプでその熱を移動させ、第２ヒートパイプで移動させた熱を放熱する。第２ヒートパイプは、第１ヒートパイプより１本当りの熱の輸送量が多いので、第１ヒートパイプより少ない本数で第１ヒートパイプによって移動させた熱を移動させることができる。そのため、第２ヒートパイプの本数を第１ヒートパイプの本数より少なくでき、熱発電装置における冷却構造を小型化できる。また、ヒートパイプの本数を途中で減少させることにより、コストも低減できる。なお、熱電交換効率を向上させるためには、熱電素子の個数が多いほど第１ヒートパイプの本数を増加させる必要はあるが、第２ヒートパイプの１本当りの熱の輸送量を増加させることにより、第１ヒートパイプの増加に応じて第２ヒートパイプを増加させる必要はない。また、この熱発電装置を自動車等に搭載した場合、搭載性が向上する。   In this thermoelectric generator, heat energy is converted into electric energy by a thermoelectric element, and the heat energy is recovered as electric energy. At this time, in the thermoelectric generator, in order to improve the cooling performance on the low temperature side of the thermoelectric element, the heat on the low temperature side of the plurality of thermoelectric elements is moved by the plurality of first heat pipes. Further, in the thermoelectric generator, the heat moved by the plurality of first heat pipes in the relay means is conducted to the second heat pipe. In the thermoelectric generator, the heat is moved by the second heat pipe, and the heat moved by the second heat pipe is radiated. Since the second heat pipe has a larger amount of heat transported per one pipe than the first heat pipe, the heat moved by the first heat pipe can be moved by a smaller number than the first heat pipe. Therefore, the number of second heat pipes can be less than the number of first heat pipes, and the cooling structure in the thermoelectric generator can be reduced in size. Further, the cost can be reduced by reducing the number of heat pipes on the way. In order to improve the thermoelectric exchange efficiency, it is necessary to increase the number of first heat pipes as the number of thermoelectric elements increases, but to increase the amount of heat transported per second heat pipe. Therefore, it is not necessary to increase the second heat pipe according to the increase in the first heat pipe. Moreover, when this thermoelectric generator is mounted on an automobile or the like, the mountability is improved.

本発明の上記熱発電装置は、中継手段では、第１ヒートパイプ及び第２ヒートパイプを弾性体により支持する構成としてもよい。   In the thermoelectric generator of the present invention, the relay unit may support the first heat pipe and the second heat pipe with an elastic body.

この熱発電装置は、中継手段において第１ヒートパイプ及び第２ヒートパイプを弾性体により支持し、振動を吸収可能な構造としている。したがって、この熱発電装置を自動車のような振動を伴うものに搭載した場合でも、振動によって第１ヒートパイプや第２ヒートパイプが損傷するようなことはない。   This thermoelectric generator has a structure in which the first heat pipe and the second heat pipe are supported by an elastic body in the relay means to absorb vibration. Therefore, even when this thermoelectric generator is mounted on an apparatus with vibration such as an automobile, the first heat pipe and the second heat pipe are not damaged by the vibration.

本発明の上記熱発電装置は、中継手段では、第１ヒートパイプの他端部の収納長さ及び／又は第２ヒートパイプの一端部の収納長さを可変とする構成としてもよい。   In the thermoelectric generator of the present invention, the relay means may be configured such that the storage length of the other end portion of the first heat pipe and / or the storage length of the one end portion of the second heat pipe is variable.

この熱発電装置では、中継手段における第１ヒートパイプの他端部や第２ヒートパイプの一端部の収納長さを変化させることにより、中継手段での第１ヒートパイプや第２ヒートパイプの接触面積を調整することができる。その結果、中継手段における第１ヒートパイプから第２ヒートパイプへの熱の伝導量（ひいては、第１ヒートパイプ及び第２ヒートパイプによる熱の輸送量）を調整でき、熱発電装置における熱エネルギの回収量を調整することができる。例えば、この熱発電装置を自動車に搭載し、排気系において熱電素子の下流側に触媒装置が配置されている場合、通常発電時には中継手段における熱の伝導量を多くして熱回収性能を向上させ、エンジン始動時等の触媒暖機時には中継手段における熱の伝導量を少なくして暖機性能を向上させることができる。   In this thermoelectric generator, contact between the first heat pipe and the second heat pipe at the relay means is achieved by changing the storage length of the other end of the first heat pipe and the one end of the second heat pipe in the relay means. The area can be adjusted. As a result, the amount of heat conduction from the first heat pipe to the second heat pipe in the relay means (and consequently the amount of heat transported by the first heat pipe and the second heat pipe) can be adjusted, and the heat energy in the thermoelectric generator can be adjusted. The recovered amount can be adjusted. For example, when this thermoelectric generator is mounted on an automobile and a catalyst device is arranged downstream of the thermoelectric element in the exhaust system, the heat recovery performance is improved by increasing the amount of heat conduction in the relay means during normal power generation. When the catalyst is warmed up, such as when the engine is started, the heat conduction in the relay means can be reduced to improve the warming-up performance.

本発明によれば、ヒートパイプの本数を増加させて冷却性能を向上させた場合でも、中継手段においてヒートパイプの本数を減らすことにより冷却構造を小型化することができる。   According to the present invention, even when the cooling performance is improved by increasing the number of heat pipes, the cooling structure can be downsized by reducing the number of heat pipes in the relay means.

以下、図面を参照して、本発明に係る熱発電装置の実施の形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態では、本発明に係る熱発電装置を、自動車に搭載され、エンジンからの排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱発電装置に適用する。本実施の形態に係る熱発電装置は、中継器で８本の第１ヒートパイプで移動した熱を１本の第２ヒートパイプに伝導し、第２ヒートパイプで移動した熱をボンネットにより放熱する冷却構造を有する。本実施の形態では、２つの実施の形態があり、第１の実施の形態が基本構成であり、第２の実施の形態が中継器において第２ヒートパイプの収納長さを可変できる構成である。なお、２つの実施の形態では中継器の構成のみが異なるので、最初に熱発電装置１の全体構成について説明し、その後に、各実施の形態に係る中継器については順次説明する。   In the present embodiment, the thermoelectric generator according to the present invention is applied to a thermoelectric generator that is mounted on an automobile and converts the thermal energy of exhaust gas from the engine into electric energy. In the thermoelectric generator according to the present embodiment, the heat transferred by the eight first heat pipes in the relay is conducted to one second heat pipe, and the heat moved by the second heat pipe is radiated by the bonnet. Has a cooling structure. In this embodiment, there are two embodiments, the first embodiment is a basic configuration, and the second embodiment is a configuration in which the storage length of the second heat pipe can be varied in the repeater. . In addition, since only the structure of a repeater differs in two embodiment, the whole structure of the thermoelectric generator 1 is demonstrated first, and the repeater concerning each embodiment is demonstrated one by one after that.

図１を参照して、本実施の形態に係る熱発電装置１の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る熱発電装置の全体構成図である。   With reference to FIG. 1, the whole structure of the thermoelectric generator 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a thermoelectric generator according to the present embodiment.

熱発電装置１は、自動車のエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収する。熱発電装置１では、熱電変換効率を向上させるために、熱電素子の低温側を８本のヒートパイプを用いて冷却する。特に、熱発電装置１では、搭載性を向上させるために、８本のヒートパイプの本数を途中で１本にすることにより冷却構造を小型化する。そのために、熱発電装置１は、熱電素子２，・・・、第１ヒートパイプ３，・・・、第２ヒートパイプ４、中継器５を備え、ボンネット６を利用する。この第１ヒートパイプ３，・・・、第２ヒートパイプ４、中継器５及びボンネット６により、熱発電装置１の冷却構造が構成される。   The thermoelectric generator 1 recovers thermal energy of exhaust gas discharged from an automobile engine as electric energy. In the thermoelectric generator 1, in order to improve the thermoelectric conversion efficiency, the low temperature side of the thermoelectric element is cooled using eight heat pipes. In particular, in the thermoelectric generator 1, in order to improve the mountability, the cooling structure is downsized by reducing the number of eight heat pipes to one on the way. For this purpose, the thermoelectric generator 1 includes thermoelectric elements 2,..., First heat pipes 3,..., A second heat pipe 4, and a relay 5, and uses a bonnet 6. The first heat pipes 3,..., The second heat pipe 4, the repeater 5, and the bonnet 6 constitute a cooling structure for the thermoelectric generator 1.

熱電素子２，・・・は、エンジンＥのエキゾーストマニホールドＭの直下に配設される。排気系においてエンジンＥに近い上流側で排気ガスを回収するほど排気ガスの熱エネルギを多く回収できるので、エキゾーストマニホールドＭの直下に配設しているが、更に多くの熱エネルギを回収するためにエキゾーストマニホールドＭ自体に配設してもよい。このように、熱電素子２，・・・をエキゾーストマニホールドＭの直下に配設しているので、排気ガスを浄化するための触媒装置Ｃは熱電素子２，・・・の下流側に配設される。   The thermoelectric elements 2,... Are disposed immediately below the exhaust manifold M of the engine E. The more exhaust gas is recovered upstream of the engine E in the exhaust system, the more heat energy of the exhaust gas can be recovered. Therefore, the exhaust system is disposed directly under the exhaust manifold M. In order to recover more heat energy. You may arrange | position to the exhaust manifold M itself. Thus, since the thermoelectric elements 2,... Are arranged directly under the exhaust manifold M, the catalyst device C for purifying the exhaust gas is arranged downstream of the thermoelectric elements 2,. The

熱電素子２，・・・は、排気管Ｐの周りに、排気管Ｐの周方向に沿って４個配置されるとともに長手方向に沿って４個配置される。このように、熱発電装置１では、多数個の熱電素子２，・・・を設けることにより、排気ガスから熱エネルギを出来るだけ多く回収する。各熱電素子２は、板状であり、高温端面と低温端面を有している。各熱電素子２では、両端面間の温度差に応じてゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換し、その電気エネルギを２つの電極（図示せず）から出力する。熱電素子２の高温端面側は、排気管Ｐに直接配設されてもよいし、あるいは、熱伝導性に優れる部材を介して排気管Ｐに配設されてもよい。   Four thermoelectric elements 2,... Are arranged around the exhaust pipe P along the circumferential direction of the exhaust pipe P and four along the longitudinal direction. Thus, in the thermoelectric generator 1, by providing a large number of thermoelectric elements 2,..., As much thermal energy as possible is recovered from the exhaust gas. Each thermoelectric element 2 is plate-shaped and has a high temperature end surface and a low temperature end surface. Each thermoelectric element 2 converts thermal energy into electrical energy by the Seebeck effect according to the temperature difference between both end faces, and outputs the electrical energy from two electrodes (not shown). The high temperature end face side of the thermoelectric element 2 may be disposed directly on the exhaust pipe P, or may be disposed on the exhaust pipe P via a member having excellent thermal conductivity.

第１ヒートパイプ３，・・・は、熱電素子２，・・・の低温端面と中継器５との間に配設され、熱電素子２，・・・の低温端面における熱を中継器５まで移動させる。第１ヒートパイプ３，・・・は、排気管Ｐの周方向に沿って配置された熱電素子２，・・・を別々に冷却するために、排気管Ｐの周りに長手方向に沿って配置される４列の熱電素子２，・・・に対してそれぞれ２本設けられ、計８本である。各列に対応する２本の第１ヒートパイプ３，３の一端部には、熱伝導性に優れる冷却部３ａが取り付けられる。冷却部３ａは、平面を有し、１列に並んだ４個の熱電素子２，・・・の低温端面に密着した状態で固定される。８本の第１ヒートパイプ３，・・・の他端部は、中継器５内に取り付けられる。第１ヒートパイプ３は、熱電素子２，・・・周りをコンパクト化するために、径が細く、１本当りの熱輸送量が比較的少ない。   1st heat pipe 3, ... is arrange | positioned between the low temperature end surface of thermoelectric element 2, ... and the repeater 5, and heat | fever in the low temperature end surface of thermoelectric element 2, ... to the repeater 5 Move. The first heat pipes 3 are arranged along the longitudinal direction around the exhaust pipe P in order to separately cool the thermoelectric elements 2 arranged along the circumferential direction of the exhaust pipe P. Two are provided for each of the four rows of thermoelectric elements 2,. A cooling unit 3 a having excellent thermal conductivity is attached to one end of the two first heat pipes 3 and 3 corresponding to each row. The cooling unit 3a has a flat surface and is fixed in close contact with the low-temperature end surfaces of the four thermoelectric elements 2,. The other ends of the eight first heat pipes 3 are attached to the repeater 5. The first heat pipe 3 has a small diameter in order to make the thermoelectric elements 2... Compact, and the heat transport amount per one is relatively small.

第２ヒートパイプ４は、中継器５とボンネット６との間に配設され、中継器５で伝導された第１ヒートパイプ３，・・・からの熱をボンネット６まで移動させる。第２ヒートパイプ４は、中継器５からボンネット６までの搭載スペースを可能な限り小さくするために、１本である。そのため、第２ヒートパイプ４は、８本の第１ヒートパイプ３，・・・で移動させた熱を１本で移動させるために、径が太く、１本当りの熱の輸送量が多い（第１ヒートパイプ３の１本当りの熱の輸送量の８倍かあるいはそれ以上の熱の輸送量である）。このように、第２ヒートパイプ４は、１本であるが、８本の第１ヒートパイプ３，・・・で輸送した熱を十分に輸送することができる。第２ヒートパイプ４の一端部は、中継器５内に取り付けられる。第２ヒートパイプ４の他端部は、ボンネット６の端部に溶接される。   The second heat pipe 4 is disposed between the repeater 5 and the bonnet 6, and moves the heat from the first heat pipes 3,. The second heat pipe 4 is one in order to make the mounting space from the repeater 5 to the bonnet 6 as small as possible. For this reason, the second heat pipe 4 has a large diameter and a large amount of heat transported per piece because the heat moved by the eight first heat pipes 3,. The amount of heat transported is eight times or more than the amount of heat transported per first heat pipe 3). As described above, the number of the second heat pipes 4 is one, but the heat transported by the eight first heat pipes 3 can be sufficiently transported. One end of the second heat pipe 4 is attached in the repeater 5. The other end of the second heat pipe 4 is welded to the end of the bonnet 6.

中継器５は、第１ヒートパイプ３，・・・の他端部と第２ヒートパイプ４の一端部との熱の中継位置に配設され、第１ヒートパイプ３，・・・の他端部及び第２ヒートパイプ４の一端部を収納するケースである。中継器５は、熱伝導性に優れる金属製（例えば、銅やアルミニウム）であり、第１ヒートパイプ３，・・・で移動させた熱を第２ヒートパイプ４に伝導する。なお、中継器５の構成については、各実施の形態で詳細に説明する。   The repeater 5 is disposed at a heat relay position between the other end of the first heat pipes 3,... And the one end of the second heat pipe 4, and the other end of the first heat pipes 3,. This is a case for housing the first end portion of the second heat pipe 4. The repeater 5 is made of metal (for example, copper or aluminum) having excellent thermal conductivity, and conducts the heat moved by the first heat pipes 3 to the second heat pipe 4. The configuration of the repeater 5 will be described in detail in each embodiment.

ボンネット６は、熱発電装置１の放熱部として機能し、第２ヒートパイプ４で移動させた熱を放熱する。ボンネット６は、エンジンルーム内より温度が低い外気を速い流速で受けるので、放熱性に優れている。   The bonnet 6 functions as a heat radiating portion of the thermoelectric generator 1 and radiates heat moved by the second heat pipe 4. The bonnet 6 is excellent in heat dissipation because it receives outside air having a lower temperature than that in the engine room at a high flow rate.

図２〜図５を参照して、第１の実施の形態に係る中継器５Ａの構成について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る中継器の平面図である。図３は、第１の実施の形態に係る中継器の正面図である。図４は、第１の実施の形態に係る中継器の側面図である。図５は、図３のＡ−Ａ線断面図である。   With reference to FIGS. 2-5, the structure of 5 A of relays which concern on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 2 is a plan view of the repeater according to the first embodiment. FIG. 3 is a front view of the repeater according to the first embodiment. FIG. 4 is a side view of the repeater according to the first embodiment. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

中継器５Ａは、同一形状の２個の分割ケースからなる分割構造であり、その２個の分割ケースがボルト締め固定されて構成される。中継器５Ａは、中央に円柱部５ａがあり、円柱部５ａの対角位置にそれぞれフランジ部５ｂ，５ｃが設けられている。円柱部５ａには、第１ヒートパイプ３，・・・の他端部及び第２ヒートパイプ４の一端部が収納される。フランジ部５ｂ，５ｃは、４組のボルトとナットによってボルト締めされる。   The repeater 5A has a split structure including two split cases having the same shape, and is configured by fastening the two split cases with bolts. The repeater 5A has a cylindrical portion 5a at the center, and flange portions 5b and 5c are provided at diagonal positions of the cylindrical portion 5a. The other end portion of the first heat pipes 3 and the one end portion of the second heat pipe 4 are accommodated in the cylindrical portion 5a. The flange portions 5b and 5c are bolted by four sets of bolts and nuts.

円柱部５ａには、周方向に沿って均等間隔で、第１ヒートパイプ３，・・・の他端部を収納するための８個の第１収納部５ｄ，・・・が形成される。第１収納部５ｄは、第１ヒートパイプ３側の面に開口し、第２ヒートパイプ４側の面近傍までの深さを有する穴である。第１収納部５ｄは、第１ヒートパイプ３が摺動自在となるように、第１ヒートパイプ３より若干太い径を有する。また、円柱部５ａには、第１収納部５ｄ，・・・の中心に、第２ヒートパイプ４の一端部を収納するための１個の第２収納部５ｅが形成される。第２収納部５ｅは、第２ヒートパイプ４側の面に開口し、第１ヒートパイプ３側の面近傍までの深さを有する穴である。第２収納部５ｅは、第２ヒートパイプ４が摺動自在となるように、第２ヒートパイプ４より若干太い径を有する。第１収納部５ｄ，・・・と第２収納部５ｅとは、平行かつ近接させて配置される。このように、中継器５内には、中心に第２ヒートパイプ４が１本配置され、その第２ヒートパイプ４の周りに第１ヒートパイプ３，・・・が８本配置されることになる。   In the cylindrical portion 5a, eight first storage portions 5d,... For storing the other end portions of the first heat pipes 3,. The first storage portion 5d is a hole that opens to the surface on the first heat pipe 3 side and has a depth to the vicinity of the surface on the second heat pipe 4 side. The first storage portion 5d has a slightly larger diameter than the first heat pipe 3 so that the first heat pipe 3 can slide. Moreover, the one 2nd accommodating part 5e for accommodating the one end part of the 2nd heat pipe 4 is formed in the cylindrical part 5a in the center of the 1st accommodating part 5d. The second storage portion 5e is a hole that opens to the surface on the second heat pipe 4 side and has a depth up to the vicinity of the surface on the first heat pipe 3 side. The second storage portion 5e has a slightly larger diameter than the second heat pipe 4 so that the second heat pipe 4 is slidable. The first storage part 5d,... And the second storage part 5e are arranged in parallel and close to each other. Thus, in the repeater 5, one second heat pipe 4 is arranged at the center, and eight first heat pipes 3,... Are arranged around the second heat pipe 4. Become.

熱発電装置１は、自動車に搭載されるので、振動を受ける。特に、長くて棒状の第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４は、その振動の影響を受ける。そこで、中継器５Ａ内では、第１ヒートパイプ３、第２ヒートパイプ４の各先端面に介装部材５ｆ，５ｇがそれぞれ配置され、各介装部材５ｆ，５ｇと各収納部５ｄ，５ｅの底面との間にはばね５ｈ，５ｉがそれぞれ配置される。介装部材５ｆ，５ｇは、薄い円板であり、各ヒートパイプ３，４と同径である。ばね５ｈ，５ｉは、圧縮コイルばねであり、各ヒートパイプ３，４の径により細い径を有する。第１ヒートパイプ３の他端部は、ばね５ｈの伸縮により第１収納部５ｄ内を摺動可能であり、第１収納部５ｄの９割程度の深さ位置まで収納される。第２ヒートパイプ４の一端部は、ばね５ｉの伸縮により第２収納部５ｅ内を摺動可能であり、第２収納部５ｅの９割程度の深さ位置まで収納される。この程度の深さまでヒートパイプ３，４を中継器５Ａに収納させるために、ヒートパイプ３，４の長さ及びばね５ｈ，５ｉの長さが調整される。このように、第１ヒートパイプ３の収納長さ及び第２ヒートパイプ４の収納長さを出来るだけ長くすることにより、中継器５Ａにおける第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４の接触面積（受熱面積）を大きくし、中継器５Ａにおける第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導性を向上させている。また、収納部５ｄ，５ｅにおけるヒートパイプ３，４の摺動性を良くするために、収納部５ｄ，５ｅとヒートパイプ３，４との間にはグリース（あるいはオイル）が塗られており、グレース漏れを防止するために各収納部５ｄ，５ｅの開口部近傍にはシール５ｊ，５ｋが設けられている。   Since the thermoelectric generator 1 is mounted on an automobile, it receives vibration. In particular, the long and rod-like first heat pipes 3,... And the second heat pipe 4 are affected by the vibration. Therefore, in the repeater 5A, the interposing members 5f and 5g are arranged on the respective front end surfaces of the first heat pipe 3 and the second heat pipe 4, and the interposing members 5f and 5g and the accommodating portions 5d and 5e are arranged. Springs 5h and 5i are respectively disposed between the bottom surface. The interposed members 5f and 5g are thin discs and have the same diameter as the heat pipes 3 and 4. The springs 5h and 5i are compression coil springs and have a smaller diameter than the diameters of the heat pipes 3 and 4. The other end portion of the first heat pipe 3 is slidable in the first storage portion 5d by expansion and contraction of the spring 5h, and is stored to a depth position of about 90% of the first storage portion 5d. One end of the second heat pipe 4 is slidable in the second storage portion 5e by the expansion and contraction of the spring 5i, and is stored to a depth position of about 90% of the second storage portion 5e. In order to accommodate the heat pipes 3 and 4 in the relay 5A to such a depth, the length of the heat pipes 3 and 4 and the length of the springs 5h and 5i are adjusted. Thus, by making the storage length of the first heat pipe 3 and the storage length of the second heat pipe 4 as long as possible, the first heat pipes 3,... The contact area (heat receiving area) is increased, and the heat conductivity from the first heat pipe 3,... To the second heat pipe 4 in the relay 5A is improved. Moreover, in order to improve the slidability of the heat pipes 3 and 4 in the storage parts 5d and 5e, grease (or oil) is applied between the storage parts 5d and 5e and the heat pipes 3 and 4, In order to prevent grace leakage, seals 5j and 5k are provided in the vicinity of the openings of the storage portions 5d and 5e.

第１の実施の形態に係る中継器５Ａを備える熱発電装置１の動作について説明する。エンジンＥから排気ガスが排出されると、排気管Ｐに高温の排気ガスが流れる。熱電素子２，・・・の高温端面側では、その排気ガスの熱エネルギにより高温となる。一方、熱電素子２，・・・の低温端面側では、ヒートパイプ３，４及び中継器５Ａによって熱が移動され、ボンネット６で放熱されて低温となる。そのため、熱電素子２，・・・では、高温端面の高温と低温端面の低温との温度差に応じて発電し、その電気エネルギをバッテリ（図示せず）に充電する。この際、高温性と低温性が十分に保たれているので、温度差が大きく、発電力も大きい。つまり、熱電効変換率が高く、熱回収量も多い。   Operation | movement of the thermoelectric generator 1 provided with 5 A of repeaters which concern on 1st Embodiment is demonstrated. When exhaust gas is exhausted from the engine E, hot exhaust gas flows through the exhaust pipe P. On the high temperature end face side of the thermoelectric elements 2,..., The temperature becomes high due to the thermal energy of the exhaust gas. On the other hand, on the low temperature end face side of the thermoelectric elements 2,..., Heat is transferred by the heat pipes 3, 4 and the relay 5A, and is radiated by the bonnet 6 to become a low temperature. Therefore, in the thermoelectric elements 2,..., Electric power is generated according to the temperature difference between the high temperature at the high temperature end face and the low temperature at the low temperature end face, and the electric energy is charged in a battery (not shown). At this time, since the high temperature property and the low temperature property are sufficiently maintained, the temperature difference is large and the power generation is also large. That is, the thermoelectric conversion rate is high and the heat recovery amount is also large.

特に、熱電素子２，・・・の低温側では、第１ヒートパイプ３，・・・によって熱が中継器５Ａまで移動される。中継器５Ａでは、８本の第１ヒートパイプ３，・・・で移動してきた熱が１本の第２ヒートパイプ４に伝導される。その伝導された熱は、第２ヒートパイプ４によってボンネット６まで移動される。そして、その移動された熱は、ボンネット６で放熱される。ちなみに、第２ヒートパイプ４は、太い径を有しているので、十分に大きな受熱面積が確保され、８本の第１ヒートパイプ３，・・・からの熱を受けることができるとともに、十分な熱の輸送量が確保され、８本の第１ヒートパイプ３，・・・で輸送した熱を輸送することができる。   In particular, on the low temperature side of the thermoelectric elements 2,..., Heat is transferred to the relay 5A by the first heat pipes 3,. In the repeater 5 </ b> A, the heat that has moved through the eight first heat pipes 3,... Is conducted to the single second heat pipe 4. The conducted heat is transferred to the hood 6 by the second heat pipe 4. The moved heat is radiated by the bonnet 6. Incidentally, since the second heat pipe 4 has a large diameter, a sufficiently large heat receiving area is ensured and can receive heat from the eight first heat pipes 3. Therefore, the heat transported by the eight first heat pipes 3,... Can be transported.

第１の実施の形態に係る熱発電装置１によれば、中継器５Ａによりヒートパイプの本数を８本から１本に減少させることによって、冷却構造を小型化し、自動車における搭載性を向上させる。さらに、この熱発電装置１によれば、自動車に備えられるボンネット６を利用して放熱を行うので、搭載性を更に向上させる。また、この熱発電装置１では、多数本の第１ヒートパイプ３，・・・、熱の輸送量の多い第２ヒートパイプ４、熱伝導率の高い中継器５Ａ及び放熱性に優れるボンネット６による冷却構造により、熱電素子２，・・・の低温端面側の冷却性能を向上させ、熱発電効率を向上させる。さらに、この熱発電装置１では、多数個の熱電素子２，・・・及びその熱電素子２，・・・の個数に対応する多数本の第１ヒートパイプ３，・・・により、熱の回収性能を向上させる。このように、この熱発電装置１では、搭載性と熱回収性能（冷却性能）とを両立させている。また、中継器５Ａでは、ヒートパイプ３，４をばね５ｈ，５ｉによって支持しているので、自動車における振動を吸収でき、振動によってヒートパイプ３，４が損傷するようなことはない。   According to the thermoelectric generator 1 according to the first embodiment, the number of heat pipes is reduced from eight to one by the relay 5A, thereby reducing the size of the cooling structure and improving the mountability in the automobile. Furthermore, according to this thermoelectric generator 1, heat dissipation is performed using the bonnet 6 provided in the automobile, so that the mountability is further improved. Moreover, in this thermoelectric generator 1, many 1st heat pipes 3 ..., the 2nd heat pipe 4 with much heat transport amount, the relay 5A with high heat conductivity, and the bonnet 6 excellent in heat dissipation are used. The cooling structure improves the cooling performance on the low-temperature end face side of the thermoelectric elements 2,. Further, in this thermoelectric generator 1, heat is recovered by a large number of thermoelectric elements 2,... And a large number of first heat pipes 3, corresponding to the number of thermoelectric elements 2,. Improve performance. Thus, in this thermoelectric generator 1, both mountability and heat recovery performance (cooling performance) are achieved. Further, in the relay 5A, the heat pipes 3 and 4 are supported by the springs 5h and 5i, so that vibrations in the automobile can be absorbed and the heat pipes 3 and 4 are not damaged by the vibrations.

図６及び図７を参照して、第２の実施の形態に係る中継器５Ｂの構成について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る中継器の平面図であり、（ａ）が触媒暖機時であり、（ｂ）が通常発電時である。図７は、第２の実施の形態に係る中継器の断面図であり、（ａ）が触媒暖機時であり、（ｂ）が通常発電時である。なお、中継器５Ｂでは、第１の実施の形態に係る中継器５Ａと同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。   With reference to FIG.6 and FIG.7, the structure of the repeater 5B which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a plan view of the repeater according to the second embodiment, in which (a) is when the catalyst is warmed up and (b) is during normal power generation. FIG. 7 is a cross-sectional view of the repeater according to the second embodiment, in which (a) is when the catalyst is warmed up and (b) is during normal power generation. In the repeater 5B, the same components as those of the repeater 5A according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

中継器５Ｂは、第１の実施の形態に係る中継器５Ａと略同様の構成を有するが、ヒートパイプ３，４の長手方向に沿って位置が移動可能であり、第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４の接触面積（受熱面積）を変化させることができる。というのは、この自動車の排気系では、熱電素子２，・・・の下流に触媒装置Ｃが配置されており、触媒装置Ｃが熱電素子２，・・・による排気ガスの熱エネルギの回収の影響を受けるからである。つまり、触媒は、活性温度があり、触媒温度がこの活性温度内のときに触媒作用を発揮し、排気ガスを浄化する。そのため、エンジン始動時等の触媒温度が低いときには、排気ガスを浄化することができないので、触媒暖機により触媒温度を迅速に上昇させる必要がある。その際、触媒装置Ｃの上流で排気ガスの熱エネルギが多量に回収されると、暖機性能が低下し、触媒温度の上昇が遅くなる。そこで、触媒暖機時には、中継器５Ｂにおいて第２ヒートパイプ４の接触面積を小さくすることにより、熱電素子２，・・・における排気ガスの熱エネルギの回収量を減らすかあるいは熱エネルギの回収を停止し、暖機性能を向上させる。   The repeater 5B has substantially the same configuration as the repeater 5A according to the first embodiment, but the position is movable along the longitudinal direction of the heat pipes 3 and 4, and the first heat pipes 3,. .. And the contact area (heat receiving area) of the second heat pipe 4 can be changed. This is because, in the exhaust system of this automobile, the catalyst device C is disposed downstream of the thermoelectric elements 2,..., And the catalyst device C recovers the heat energy of the exhaust gas by the thermoelectric elements 2,. Because it is affected. That is, the catalyst has an activation temperature and exhibits a catalytic action when the catalyst temperature is within the activation temperature, thereby purifying the exhaust gas. Therefore, when the catalyst temperature is low, such as when the engine is started, the exhaust gas cannot be purified. Therefore, it is necessary to quickly increase the catalyst temperature by warming up the catalyst. At that time, if a large amount of exhaust gas heat energy is recovered upstream of the catalyst device C, the warm-up performance is lowered, and the catalyst temperature rises slowly. Therefore, when the catalyst is warmed up, by reducing the contact area of the second heat pipe 4 in the relay 5B, the amount of exhaust gas thermal energy recovered in the thermoelectric elements 2,. Stop and improve warm-up performance.

中継器５Ｂは、一方のフランジ部５ｍが外側に広げられる。そして、そのフランジ部５ｍの一面の略中央に、円柱形状の固定軸５ｎが設けられる。この固定軸５ｎには、モータ連結部材５ｏが取り付けられる。モータ連結部材５ｏは、モータ（図示せず）の回転トルクを中継器５Ｂに伝達し、その回転トルクを中継器５Ｂの直線移動に変換するための部材である。モータ連結部材５ｏは、平板状であり、細長い楕円をしたトラック形状である。モータ連結部材５ｏの一方側には、固定軸５ｎが挿入される移動孔５ｐが開口されている。移動孔５ｐは、オーバル形状であり、固定軸５ｎの直径より若干広い幅を有し、中継器５Ｂの直線移動量に応じてその長さが設定される。モータ連結部材５ｏの他方側には、モータの出力軸が取り付けられるモータ孔５ｑが開口されている。モータ孔５ｑは、円形状であり、モータの出力軸が嵌合する径を有する。このモータの出力軸は、モータ自体の出力軸でもよいし、あるいは、モータの回転を伝達するギアに取り付けられた出力軸でもよい。   In the repeater 5B, one flange portion 5m is spread outward. A cylindrical fixed shaft 5n is provided substantially at the center of one surface of the flange portion 5m. A motor connecting member 5o is attached to the fixed shaft 5n. The motor connecting member 5o is a member for transmitting the rotational torque of a motor (not shown) to the repeater 5B and converting the rotational torque into linear movement of the repeater 5B. The motor connecting member 5o has a flat plate shape and a track shape having an elongated ellipse. A moving hole 5p into which the fixed shaft 5n is inserted is opened on one side of the motor connecting member 5o. The moving hole 5p has an oval shape, has a width slightly larger than the diameter of the fixed shaft 5n, and the length thereof is set according to the amount of linear movement of the repeater 5B. A motor hole 5q to which the output shaft of the motor is attached is opened on the other side of the motor connecting member 5o. The motor hole 5q is circular and has a diameter with which the output shaft of the motor is fitted. The output shaft of the motor may be the output shaft of the motor itself, or may be an output shaft attached to a gear that transmits the rotation of the motor.

モータ連結部材５ｏが第２ヒートパイプ４に対して垂直となった（固定軸５ｎがモータ孔５ｑに最も近づいた）ときに第２ヒートパイプ４の第２収納部５ｅへの収納長さが最も短くなり（図６（ａ）、図７（ａ）参照）、モータ連結部材５ｏの第２ヒートパイプ４に対する角度が最も小さくなった（固定軸５ｎがモータ孔５ｑから最も離れた）ときに第２ヒートパイプ４の第２収納部５ｅへの収納長さが長くなるように（図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）、モータ連結部材５ｏ及び中継器５Ｂが配置される。そして、モータ連結部材５ｏは、モータの回転に伴って、固定軸５ｎに対して移動孔５ｐが移動可能な範囲内でモータ孔５ｑを中心にして回転し、中継器５Ｂを直線移動させる。   When the motor connecting member 5o is perpendicular to the second heat pipe 4 (the fixed shaft 5n is closest to the motor hole 5q), the storage length of the second heat pipe 4 in the second storage portion 5e is the longest. When the angle becomes shorter (see FIGS. 6A and 7A), the angle of the motor connecting member 5o with respect to the second heat pipe 4 becomes the smallest (the fixed shaft 5n is farthest from the motor hole 5q). The motor connecting member 5o and the repeater 5B are arranged so that the storage length of the two heat pipes 4 in the second storage portion 5e becomes long (see FIGS. 6B and 7B). As the motor rotates, the motor connecting member 5o rotates around the motor hole 5q within a range in which the moving hole 5p can move with respect to the fixed shaft 5n, and linearly moves the repeater 5B.

このように、中継器５Ｂでは、第２ヒートパイプ４（ひいては、第１ヒートパイプ３）に対する相対位置が移動することにより、第２ヒートパイプ４の収納長さを調整する。この調整によって、中継器５Ｂにおける第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４の接触面積が変化する。なお、第２ヒートパイプ４の収納長さを基準にして調整を行うのは、第１ヒートパイプ３の接触面積と第２ヒートパイプ４の接触面積とは反比例して増減するが、第１ヒートパイプ３，・・・は８本なので十分な接触面積が確保されており、第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導量（ひいては、ヒートパイプ３，４による熱の輸送量）は第２ヒートパイプ４の接触面積によって決まるからである。また、第２ヒートパイプ４の収納長さをどの程度まで短くするかは、短くした収納長さとそれによって低減する熱の輸送量（ひいては、熱の回収量）の関係等を考慮して適宜設定される。   Thus, in the repeater 5B, the storage position of the second heat pipe 4 is adjusted by the relative position of the second heat pipe 4 (and hence the first heat pipe 3) moving. By this adjustment, the contact area of the first heat pipes 3,... And the second heat pipe 4 in the repeater 5B changes. The adjustment based on the storage length of the second heat pipe 4 is based on the fact that the contact area of the first heat pipe 3 and the contact area of the second heat pipe 4 increase or decrease in inverse proportion, but the first heat Since there are eight pipes 3,..., A sufficient contact area is secured, and the amount of heat conduction from the first heat pipe 3,... To the second heat pipe 4 (and by the heat pipes 3, 4). This is because the amount of heat transported is determined by the contact area of the second heat pipe 4. In addition, the extent to which the storage length of the second heat pipe 4 is shortened is appropriately set in consideration of the relationship between the shortened storage length and the amount of heat transported (and thus the amount of heat recovered) reduced thereby. Is done.

第２ヒートパイプ４の収納長さを短くした場合、第２ヒートパイプ４の接触面積が小さくなり（図７（ａ）参照）、中継器５Ｂにおける第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導量が少なくなり、ヒートパイプ３，４による熱の輸送量が少なくなる。一方、第２ヒートパイプ４の収納長さを長くした場合、第２ヒートパイプ４の接触面積が大きくなり（図７（ｂ）参照）、中継器５Ｂにおける第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導量が多くなり、ヒートパイプ３，４による熱の輸送量が多くなる。   When the storage length of the second heat pipe 4 is shortened, the contact area of the second heat pipe 4 is reduced (see FIG. 7A), and the second heat pipe 4 to the second heat pipe 3 in the repeater 5B are second to second. The amount of heat conducted to the heat pipe 4 is reduced, and the amount of heat transported by the heat pipes 3 and 4 is reduced. On the other hand, when the storage length of the second heat pipe 4 is increased, the contact area of the second heat pipe 4 is increased (see FIG. 7B), and the first heat pipe 3,. The amount of heat conduction to the second heat pipe 4 increases, and the amount of heat transported by the heat pipes 3 and 4 increases.

なお、この中継器５Ｂにおけるモータ制御は、エンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]で行う。このモータ制御については、他のＥＣＵで行ってもよいし、あるいは、熱発電装置１専用のＥＣＵを設けてもよい。また、ヒートパイプ３，４の収納部５ｄ，５ｅへの収納の長さを調整することにより、ばね５ｈ，５ｉの伸縮量を多くなるので、ばね５ｈ、５ｉについては第１の実施の形態より伸縮性に富むものを用いてもよい。   The motor control in the repeater 5B is performed by an engine ECU [Electronic Control Unit]. This motor control may be performed by another ECU, or an ECU dedicated to the thermoelectric generator 1 may be provided. Further, by adjusting the length of storage of the heat pipes 3 and 4 in the storage portions 5d and 5e, the amount of expansion and contraction of the springs 5h and 5i is increased, so that the springs 5h and 5i are from the first embodiment. You may use what is rich in a stretching property.

第２の実施の形態に係る中継器５Ｂを備える熱発電装置１の動作について説明する。第２の実施の形態に係る熱発電装置１における熱発電動作については第１の実施の形態と同様の動作なので、その動作については説明を省略し、中継器５Ｂにおける第２ヒートパイプ４の収納長さの調整動作についてのみ説明する。ここでは、エンジン始動時の触媒暖機時から、触媒温度が活性温度となり通常発電時に移行するまでの動作について説明する。   Operation | movement of the thermoelectric generator 1 provided with the repeater 5B which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. Since the thermoelectric generator operation in the thermoelectric generator 1 according to the second embodiment is the same as that in the first embodiment, the description of the operation is omitted, and the second heat pipe 4 is accommodated in the repeater 5B. Only the length adjusting operation will be described. Here, the operation from when the catalyst is warmed up at the time of starting the engine to when the catalyst temperature becomes the activation temperature and shifts to normal power generation will be described.

エンジンＥが始動時、排気ガスの熱エネルギが少なく、触媒装置Ｃでは、触媒温度が低いので、触媒暖機が行われる。この際、エンジンＥＣＵでは、モータを回転駆動させ、モータ連結部材５ｏが第２ヒートパイプ４に対して垂直となる位置まで中継器５Ｂを移動させる（図６（ａ）参照）。この位置に中継器５Ｂが移動すると、第２収納部５ｅへの第２ヒートパイプ４の収納長さが短くなり、中継器５Ｂにおける第２ヒートパイプ４の接触面積が小さくなる（図７（ａ）参照）。そのため、中継器５Ｂでは第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導量が少なくなり、第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４での熱の輸送量も少なくなる。これにより、熱電素子２，・・・では、高温端面側が排気ガスの熱エネルギが少なくかつ低温端面側が十分に冷却されないので、排気ガスの熱エネルギの回収量が低減するかあるいは排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換できない。   When the engine E is started, the heat energy of the exhaust gas is small, and in the catalyst device C, the catalyst temperature is low, so the catalyst is warmed up. At this time, the engine ECU rotates the motor to move the relay 5B to a position where the motor connecting member 5o is perpendicular to the second heat pipe 4 (see FIG. 6A). When the relay 5B moves to this position, the storage length of the second heat pipe 4 in the second storage portion 5e is shortened, and the contact area of the second heat pipe 4 in the relay 5B is reduced (FIG. 7 (a). )reference). Therefore, in the repeater 5B, the amount of heat transferred from the first heat pipe 3,... To the second heat pipe 4 is reduced, and the heat in the first heat pipe 3,. The transportation amount is also reduced. As a result, in the thermoelectric elements 2,..., The high-temperature end face side has little exhaust gas thermal energy and the low-temperature end face side is not sufficiently cooled, so that the recovery amount of exhaust gas thermal energy is reduced or the exhaust gas thermal energy is reduced. Cannot be converted into electrical energy.

したがって、排気ガスは、熱電素子２，・・・において熱エネルギが殆ど回収されずにあるいは全く回収されずに、下流側に流れていく。この回収されなかった排気ガスの熱エネルギにより、触媒装置Ｃでは、触媒暖機が促進され、触媒温度が迅速に上昇していく。そのため、触媒温度が短時間で活性温度に達し、触媒装置Ｃでは、早期に排気ガスの浄化を始めることができる。   Therefore, the exhaust gas flows downstream in the thermoelectric elements 2,... With little or no thermal energy being collected. Due to the thermal energy of the exhaust gas that has not been recovered, in the catalyst device C, the catalyst warm-up is promoted, and the catalyst temperature rises rapidly. Therefore, the catalyst temperature reaches the activation temperature in a short time, and the catalytic device C can start exhaust gas purification at an early stage.

触媒装置Ｃでの暖機が終了すると、熱発電装置１では、排気ガスの熱エネルギの回収量を高効率で回収する通常発電が行われる。エンジンＥＣＵでは、モータを回転駆動させ、固定軸５ｎがモータ孔５ｑから最も離れる位置まで中継器５Ｂを移動させる（図６（ｂ）参照）。この位置に中継器５Ｂが移動すると、第２収納部５ｅへの第２ヒートパイプ４の収納長さが最も長くなり、中継器５Ｂにおける第２ヒートパイプ４の接触面積が最も大きくなる（図７（ｂ）参照）。そのため、中継器５Ｂでは第１ヒートパイプ３，・・・から第２ヒートパイプ４への熱の伝導量が多くなり、第１ヒートパイプ３，・・・及び第２ヒートパイプ４での熱の輸送量が多くなる。これにより、熱電素子２，・・・では、低温端面側が十分に冷却されるので、排気ガスの熱エネルギの回収量が増加する。   When the warm-up in the catalyst device C is completed, the thermoelectric generator 1 performs normal power generation for recovering the recovered amount of exhaust gas thermal energy with high efficiency. In the engine ECU, the motor is driven to rotate, and the repeater 5B is moved to a position where the fixed shaft 5n is farthest from the motor hole 5q (see FIG. 6B). When the relay 5B moves to this position, the storage length of the second heat pipe 4 in the second storage portion 5e is the longest, and the contact area of the second heat pipe 4 in the relay 5B is the largest (FIG. 7). (See (b)). Therefore, in the repeater 5B, the amount of heat conduction from the first heat pipes 3,... To the second heat pipe 4 increases, and the heat in the first heat pipes 3,. Increased transportation volume. As a result, in the thermoelectric elements 2,..., The low-temperature end face side is sufficiently cooled, so that the amount of recovered heat energy of the exhaust gas increases.

第２の実施の形態に係る中継器５Ｂを備える熱発電装置１によれば、第１の実施の形態に係る中継器５Ａを備える熱発電装置１と同様の作用効果を有する。さらに、第２の実施の形態に係る熱発電装置１では、中継器５Ｂを直線移動させることにより第２ヒートパイプ４の接触面積を変化させることができるので、熱電素子２，・・・における排気ガスの熱エネルギの回収量を調整することができる。そのため、排気ガスの熱エネルギを熱発電装置１と触媒装置Ｃとで有効利用でき、熱回収性能と触媒暖機性能とを両立させることができる。   According to the thermoelectric generator 1 provided with the repeater 5B according to the second embodiment, the same effect as the thermoelectric generator 1 provided with the repeater 5A according to the first embodiment is obtained. Furthermore, in the thermoelectric generator 1 according to the second embodiment, since the contact area of the second heat pipe 4 can be changed by linearly moving the relay 5B, the exhaust in the thermoelectric elements 2,. The amount of recovered heat energy of the gas can be adjusted. Therefore, the thermal energy of the exhaust gas can be effectively used by the thermoelectric generator 1 and the catalyst device C, and both heat recovery performance and catalyst warm-up performance can be achieved.

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.

例えば、本実施の形態では自動車の排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱発電装置に適用したが、自動車以外にも適用してよい。   For example, in the present embodiment, the present invention is applied to a thermoelectric generator that converts thermal energy of exhaust gas of an automobile into electric energy, but may be applied to other than automobiles.

また、本実施の形態では放熱部としてボンネットを利用したが、ルーフ、ラジエータ等の車両における他の部位を利用してもよいし、あるいは、放熱部としてフィン等を別に構成してもよい。   Further, in the present embodiment, the bonnet is used as the heat radiating portion, but other parts of the vehicle such as a roof and a radiator may be used, or a fin or the like may be separately configured as the heat radiating portion.

また、本実施の形態では第１ヒートパイプの本数を８本、第２ヒートパイプの本数を１本としたが、第１ヒートパイプの本数については熱電素子の個数や配置等に応じて適宜設定してよく、第２ヒートパイプの本数についても第１ヒートパイプの本数や１本当りの熱輸送量等に応じて適宜設定してよいが、第２ヒートパイプの本数は極力減らすことが望ましい。   In the present embodiment, the number of first heat pipes is eight and the number of second heat pipes is one. However, the number of first heat pipes is appropriately set according to the number and arrangement of thermoelectric elements. The number of second heat pipes may be set as appropriate according to the number of first heat pipes, the amount of heat transported per pipe, and the like, but it is desirable to reduce the number of second heat pipes as much as possible.

また、本実施の形態では中継器内で振動吸収を行う構成としたが、ヒートパイプの途中にジャバラ、フレキ構造等の振動を吸収するものを設けることにより振動吸収性を更に向上させてもよい。また、本実施の形態では中継器内でヒートパイプをばねにより支持する構成としたが、ばね以外の弾性体を用いてもよい。なお、自動車のように振動を伴うものに熱発電装置を搭載した場合には上記のような振動を吸収する手段が必要となるが、振動がない場合には上記のような振動を吸収する手段を備えない熱発電装置としてもよい。   Further, in the present embodiment, vibration absorption is performed in the repeater. However, vibration absorption may be further improved by providing a member that absorbs vibration such as bellows or a flexible structure in the middle of the heat pipe. . In the present embodiment, the heat pipe is supported by the spring in the repeater, but an elastic body other than the spring may be used. In addition, when a thermoelectric generator is mounted on an apparatus with vibration such as an automobile, means for absorbing the vibration as described above is required. However, when there is no vibration, means for absorbing the vibration as described above. It is good also as a thermoelectric generator which is not equipped with.

また、本実施の形態では中継器を金属製としたが、熱伝導性に優れるものなら金属以外でもよい。   In the present embodiment, the repeater is made of metal, but may be other than metal as long as it has excellent thermal conductivity.

また、第２の実施の形態では第２ヒートパイプ（出力側のヒートパイプ）の中継器における収納長さを調整することにより、中継器における熱伝導量を変化させる構成としたが、第１ヒートパイプ（入力側のヒートパイプ）の収納長さを調整することにより、中継器における熱伝導量を変化させる構成としてもよい。   In the second embodiment, the amount of heat conduction in the repeater is changed by adjusting the storage length of the second heat pipe (output-side heat pipe) in the repeater. It is good also as a structure which changes the heat conduction quantity in a repeater by adjusting the accommodation length of a pipe (input side heat pipe).

また、第２の実施の形態では触媒暖機時に排気ガスの熱エネルギを触媒装置で利用する場合に適用したが、ＥＧＲ等の他の装置で排気ガスの熱エネルギを利用する場合に適用してもよい。   In the second embodiment, the exhaust gas thermal energy is applied to the catalyst device when the catalyst is warmed up. However, the second embodiment is applied to the case where the exhaust gas thermal energy is used in another device such as EGR. Also good.

本実施の形態に係る熱発電装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a thermoelectric generator according to the present embodiment. 第１の実施の形態に係る中継器の平面図である。It is a top view of the repeater concerning a 1st embodiment. 第１の実施の形態に係る中継器の正面図である。It is a front view of the repeater which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係る中継器の側面図である。It is a side view of the repeater which concerns on 1st Embodiment. 図３のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA in FIG. 3. 第２の実施の形態に係る中継器の平面図であり、（ａ）が触媒暖機時であり、（ｂ）が通常発電時である。It is a top view of the repeater which concerns on 2nd Embodiment, (a) is at the time of catalyst warm-up, (b) is at the time of normal electric power generation. 第２の実施の形態に係る中継器の断面図であり、（ａ）が触媒暖機時であり、（ｂ）が通常発電時である。It is sectional drawing of the repeater which concerns on 2nd Embodiment, (a) is at the time of catalyst warm-up, (b) is at the time of normal electric power generation.

符号の説明Explanation of symbols

１…熱発電装置、２…熱電素子、３…第１ヒートパイプ、３ａ…冷却部、４…第２ヒートパイプ、５，５Ａ，５Ｂ…中継器、５ａ…円柱部、５ｂ，５ｃ，５ｍ…フランジ部、５ｄ…第１収納部、５ｅ…第２収納部、５ｆ，５ｇ…介装部材、５ｈ，５ｉ…ばね、５ｊ，５ｋ…シール、５ｎ…固定軸、５ｏ…モータ連結部材、５ｐ…移動孔、５ｑ…モータ孔、６…ボンネット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric generator, 2 ... Thermoelectric element, 3 ... 1st heat pipe, 3a ... Cooling part, 4 ... 2nd heat pipe, 5, 5A, 5B ... Repeater, 5a ... Cylindrical part, 5b, 5c, 5m ... Flange part, 5d ... first storage part, 5e ... second storage part, 5f, 5g ... interposition member, 5h, 5i ... spring, 5j, 5k ... seal, 5n ... fixed shaft, 5o ... motor connecting member, 5p ... Movement hole, 5q ... motor hole, 6 ... bonnet

Claims (3)

複数の熱電素子と、
一端部が前記熱電素子の低温側に配置され、前記熱電素子からの熱を任意の位置に移動させる複数本の第１ヒートパイプと、
一端部が前記第１ヒートパイプの他端部近傍に配置され、前記第１ヒートパイプからの熱が伝導される第２ヒートパイプと、
前記第１ヒートパイプの他端部と前記第２ヒートパイプの一端部を収納し、前記第１ヒートパイプからの熱を前記第２ヒートパイプに伝導する中継手段と
を備え、
前記第２ヒートパイプは、前記第１ヒートパイプに比べて、１本当りの熱の輸送量が多く、本数が少ないことを特徴とする熱発電装置。 A plurality of thermoelectric elements;
One end portion is disposed on the low temperature side of the thermoelectric element, and a plurality of first heat pipes that move heat from the thermoelectric element to an arbitrary position;
A second heat pipe having one end disposed in the vicinity of the other end of the first heat pipe and conducting heat from the first heat pipe;
A relay unit that houses the other end of the first heat pipe and one end of the second heat pipe, and conducts heat from the first heat pipe to the second heat pipe;
The second heat pipe has a larger amount of heat transported per one and a smaller number than the first heat pipe. 前記中継手段では、前記第１ヒートパイプ及び前記第２ヒートパイプを弾性体により支持することを特徴とする請求項１に記載する熱発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the relay means supports the first heat pipe and the second heat pipe by an elastic body. 前記中継手段では、前記第１ヒートパイプの他端部の収納長さ及び／又は前記第２ヒートパイプの一端部の収納長さを可変とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する熱発電装置。   3. The relay unit according to claim 1, wherein the storage length of the other end portion of the first heat pipe and / or the storage length of the one end portion of the second heat pipe is variable. The thermoelectric generator described.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002629A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Component e.g. exhaust pipe, for exhaust system of combustion engine of motor car, has heat exchanger connecting inside and exterior walls to perform heat transfer between inside and exterior walls
WO2013111815A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 古河電気工業株式会社 Heat transport apparatus
CN103670624A (en) * 2012-09-21 2014-03-26 上海汽车集团股份有限公司 System recycling energy through exhaust heat and automobile comprising same
DE102020100159A1 (en) 2020-01-07 2021-07-08 Christian Sebastian Gruba Converter element for converting thermal energy into electrical energy

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002629A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Component e.g. exhaust pipe, for exhaust system of combustion engine of motor car, has heat exchanger connecting inside and exterior walls to perform heat transfer between inside and exterior walls
DE102011002629B4 (en) * 2011-01-13 2014-02-13 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Component of an exhaust system with at least one heat exchanger
WO2013111815A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 古河電気工業株式会社 Heat transport apparatus
CN103946661A (en) * 2012-01-27 2014-07-23 古河电气工业株式会社 Heat transport apparatus
JPWO2013111815A1 (en) * 2012-01-27 2015-05-11 古河電気工業株式会社 Heat transport equipment
EP2808639A4 (en) * 2012-01-27 2015-08-05 Furukawa Electric Co Ltd Heat transport apparatus
CN103670624A (en) * 2012-09-21 2014-03-26 上海汽车集团股份有限公司 System recycling energy through exhaust heat and automobile comprising same
DE102020100159A1 (en) 2020-01-07 2021-07-08 Christian Sebastian Gruba Converter element for converting thermal energy into electrical energy

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