JP2009156169A - Exhaust gas recirculation cooling generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas recirculation cooling generator improving environmental load reducing capacity by using an EGR system for an engine system and enabling electric power supply. <P>SOLUTION: The EGR system includes: a recirculation passage for recirculating exhaust gas discharged from the engine to the engine as intake air; and a cooling device provided in the recirculation passage and cooling the exhaust gas discharged from the engine. The system also includes a thermoelectric element device for generating electric power using a temperature difference at a section where the temperature difference is generated in the cooling device. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼室から排出される排気ガスを燃焼室に再循環させるため、高温の排気ガスを冷却する排出ガス再循環技術に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation technique for cooling high-temperature exhaust gas in order to recirculate exhaust gas discharged from a combustion chamber to the combustion chamber.

近年、人類のエネルギ消費量は、歴史的に例を見ないほど増加が加速された結果、ＣＯ２などの温暖化ガスによる地球温暖化の問題が浮上している。ＣＯ２発生をできるだけ抑制するために、現在捨てられている未利用の排熱エネルギを、可能な限り電気エネルギとして回収する発電システムの出現が渇望されている。 In recent years, the increase in human energy consumption has been accelerated unprecedentedly, and as a result, the problem of global warming due to greenhouse gases such as CO 2 has emerged. In order to suppress CO 2 generation as much as possible, the emergence of a power generation system that collects unused waste heat energy that is currently discarded as much as possible electric energy is eagerly desired.

一方、自動車産業に代表されるエンジンシステムにおいては、環境負荷への低減を実現するシステムとしてＣＯ２、ＮＯ２（窒素酸化物）、並びにＰＭ（媒などの微粒子）などの環境負荷の高い物質の発生を抑制するシステムとして、ＥＧＲ（Exhaust gas recirculation 排出ガス再循環）が期待されている。最近、再循環ガスを冷却することにより、さらにＣＯ２、ＮＯ２並びにＰＭ等の低い排気ガスを実現するＥＧＲシステムの開発が進められている。 On the other hand, in engine systems typified by the automobile industry, environmentally conscious substances such as CO 2 , NO 2 (nitrogen oxide), and PM (fine particles such as a medium) are used as a system for realizing a reduction in environmental load. EGR (Exhaust gas recirculation) is expected as a system to suppress generation. Recently, development of an EGR system that achieves lower exhaust gases such as CO 2 , NO 2 , and PM by cooling the recirculated gas has been underway.

燃焼室では、冷却した再循環ガスを吸気として混合することにより低温での燃焼となるため、有害ガスの排出量が低下し、さらに燃費が向上することが知られている。   It is known that in the combustion chamber, the cooled recirculation gas is mixed as the intake air so that the combustion is performed at a low temperature, so that the amount of harmful gas discharged is reduced and the fuel efficiency is further improved.

特許文献１には、ＥＧＲを最適に制御するために、空気量を測定する装置を備えたエンジン制御装置について記載されている。   Patent Document 1 describes an engine control device including a device for measuring an air amount in order to optimally control EGR.

特許文献２には、ハイブリッド車両において、定められたエンジン動作可能領域の範囲内で運転されるようにエンジン回転数を補正する制御装置について記載されている。   Patent Document 2 describes a control device that corrects an engine speed so that a hybrid vehicle is operated within a predetermined engine operable range.

特許文献３には、ディーゼルエンジンにおいて、高負荷運転領域では、ＮＯｘおよびパーティキュレートの生成を抑制するために、ディーゼルエンジンの気筒内に、複数回に分けて燃料を噴射するように制御する制御装置について記載されている。 In Patent Document 3, in a diesel engine, in a high-load operation region, control is performed so that fuel is injected into a cylinder of a diesel engine in a plurality of times in order to suppress generation of NO x and particulates. The device is described.

特許文献４には、乾留ガスを、投入された廃棄物の中を通過させて廃棄物の投入口部側から取り出すようにしたため、フィルターを用いることなく乾留ガスを精製できる乾留システムについて記載されている。   Patent Document 4 describes a dry distillation system that can purify a dry distillation gas without using a filter because the dry distillation gas passes through the waste that has been input and is taken out from the waste inlet side. Yes.

特許文献５には、排気ガス還流を実行しているときは、冷却器を経由して吸気供給し、排気ガス還流が行われている状態からの加速時には、バイパス通路を経由して吸気供給するディーゼルエンジンについて記載されている。
特開２０００−９７１０１号 特開２００１−３７００８号 特開２００１−４１０８９号 特開２００６−２２５４１２号 特開２００７−１２７０３８号 In Patent Document 5, when exhaust gas recirculation is being performed, intake air is supplied via a cooler, and during acceleration from a state where exhaust gas recirculation is being performed, intake air is supplied via a bypass passage. A diesel engine is described.
JP 2000-97101 A JP 2001-37008 A JP 2001-41089 A JP 2006-225412 A JP 2007-127038 A

特許文献１から５には、いかにして有害な排気ガスの排出量を低減するのかについて記載されている。しかしながら、このような排気ガスの発生の低減のためには、最適な温度や時間などの精密な制御を必要とし、さらには多くの機器を必要とする。その結果、これらを駆動、制御するために、あらたな電力を必要とすることとなる。   Patent Documents 1 to 5 describe how to reduce harmful exhaust gas emissions. However, in order to reduce the generation of such exhaust gas, precise control such as optimum temperature and time is required, and more devices are required. As a result, new electric power is required to drive and control them.

近年、自動車では、安全性、快適性の追求から、自動車において消費される電力量は増加の一途をたどっている。例えば、冷房やパワーウィンドウ、音響機器、前を走る車との車間距離を測るレーダなど多くの電子機器が自動車には設けられている。   In recent years, the amount of electric power consumed in automobiles has been steadily increasing due to the pursuit of safety and comfort. For example, many electronic devices such as a cooling system, a power window, an acoustic device, and a radar that measures the distance between the vehicle running in front of the vehicle are provided in the automobile.

したがって、環境負荷低減の面と車内電力供給の面を考慮した燃費向上技術であるＥＧＲシステムも、車内電力供給量の過多により、ＥＧＲシステムを用いた効果を十分に発揮することができない状況に陥りつつある。   Therefore, the EGR system, which is a fuel efficiency improvement technology that considers the environmental load reduction and in-vehicle power supply aspects, also falls into a situation where the effects of using the EGR system cannot be fully exhibited due to an excessive amount of in-vehicle power supply. It's getting on.

また、ＥＧＲ装置自身も、装置自身の制御のために電力を消費している。ＥＧＲシステムによる燃費向上のためには、複雑な制御およびバルブ駆動等の電力消費量の大きい構成機器を必要するため、消費電力が増加する問題も発生する。   Also, the EGR device itself consumes power for the control of the device itself. In order to improve the fuel consumption by the EGR system, a component device having a large power consumption such as complicated control and valve driving is required, and thus there is a problem that the power consumption increases.

さらに、このようなＥＧＲシステムでは、再循環ガスの温度によって、有害ガスの排出量および燃費が異なるため、きめ細かな温度調節ができることが必要となる。   Furthermore, in such an EGR system, since the amount of harmful gas discharged and the fuel consumption differ depending on the temperature of the recirculation gas, it is necessary to be able to finely adjust the temperature.

また、車載する機器が多くなる状況においては、車両の大型化を抑止し、省スペースへの要求も満たす必要がある。   Further, in a situation where the number of devices mounted on the vehicle increases, it is necessary to suppress the increase in size of the vehicle and satisfy the demand for space saving.

本発明の目的は、エンジンシステムにＥＧＲシステムを用いて環境負荷低減能力を向上させた上で電力供給を可能とする排出ガス再循環冷却発電器を提供することである。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation cooling power generator capable of supplying electric power while improving an environmental load reduction capability using an EGR system as an engine system.

本発明の実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、吸気を燃焼する燃焼器から排出されるエンジンシステムのＣＯ２、ＮＯ２並びにＰＭの発生を抑制させることにより、環境負荷への低減を実現するＥＧＲシステムの冷却部分に熱電素子デバイスを搭載することにより、エンジンシステムの環境負荷低減と、電力供給を同時に実現する。 The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the embodiment of the present invention reduces the environmental load by suppressing the generation of CO 2 , NO 2 and PM of the engine system discharged from the combustor that burns intake air. By mounting a thermoelectric device in the cooling part of the EGR system to be realized, it is possible to simultaneously reduce the environmental load of the engine system and supply power.

これにより、エンジンシステムにＥＧＲシステムを用いて環境負荷低減能力を向上させた上に、さらに電力供給を可能にすることにより、エネルギの高効率利用の実現を可能とし、一層の環境負荷低減を実現する。   As a result, the EGR system is used in the engine system to improve the environmental load reduction capability, and by enabling further power supply, it is possible to realize a highly efficient use of energy and further reduce the environmental load. To do.

（１）本発明の一実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、エンジンが排出する排気ガスの浄化手段であって、冷却装置を備えたＥＧＲ（Exhaust gas recirculation）装置において、前記冷却装置における温度差が生じる箇所に、温度差により発電する熱電素子デバイスを有する。   (1) An exhaust gas recirculation cooling power generator according to an embodiment of the present invention is a means for purifying exhaust gas exhausted by an engine, and is an EGR (Exhaust gas recirculation) device provided with a cooling device. A thermoelectric device that generates electric power due to the temperature difference is provided at a location where the temperature difference occurs.

（２）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（１）であって、前記ＥＧＲ装置は、前記エンジンから排出される排気を前記エンジンへの吸気として還流する第１の通路と、前記エンジンから排出される前記排気ガスを前記エンジンへの吸気として還流する第２の通路と、前記第２の通路に設けられ、前記エンジンから排出される排気ガスを冷却する前記冷却装置を備える。   (2) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (1), wherein the EGR device recirculates exhaust discharged from the engine as intake air to the engine. A second passage that recirculates the exhaust gas discharged from the engine as intake air to the engine, and the cooling device that is provided in the second passage and cools the exhaust gas discharged from the engine. Prepare.

（３）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（１）であって、前記ＥＧＲ装置は、前記エンジンから排出される前記排気ガスを前記エンジンへの吸気として還流する還流通路と、前記エンジンから排出される排気ガスを冷却する前記冷却装置とを有する。   (3) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (1), wherein the EGR device recirculates the exhaust gas discharged from the engine as intake air to the engine. And the cooling device for cooling the exhaust gas discharged from the engine.

（４）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（２）または（３）のうちいずれか一項であって、前記熱電素子デバイスは、熱電効果を有する材料から構成される熱電素子と、前記熱電素子の一端側に設置された高温側基板と、前記熱電素子と前記高温側基板との間に設置された第１の電極と、前記熱電素子の他端側に設置された低温側基板と、前記熱電素子と前記低温側基板との間に設置された第２の電極と、を有する。   (4) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is any one of the above (2) or (3), and the thermoelectric device is made of a material having a thermoelectric effect. A thermoelectric element, a high temperature side substrate disposed on one end side of the thermoelectric element, a first electrode disposed between the thermoelectric element and the high temperature side substrate, and disposed on the other end side of the thermoelectric element. A low temperature side substrate, and a second electrode disposed between the thermoelectric element and the low temperature side substrate.

（５）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（４）であって、前記冷却装置は、前記エンジンから排出される前記排気ガスを通すガス通路と、前記ガス通路の壁面を取り囲み、前記排気ガスの温度よりも低い温度で冷却する冷却路とを備え、前記熱電素子デバイスは、前記高温側基板側が前記ガス通路の壁面と接し、前記低温側基板が前記冷却路の壁面と接するように設けられている。   (5) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (4), wherein the cooling device includes a gas passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes, and a wall surface of the gas passage. And a cooling path that cools at a temperature lower than the temperature of the exhaust gas, the thermoelectric device is configured such that the high temperature side substrate side is in contact with the wall surface of the gas passage, and the low temperature side substrate is the wall surface of the cooling path. It is provided to touch.

（６）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（５）であって、前記熱電素子デバイスが発電した電力の電力値から、前記熱電素子デバイスに生じる温度差に対する発生電力量の関係情報に基づいて、前記熱電素子デバイスの前記高温側基板と前記低温側基板の間に生じた温度差を算出する制御部を有する。   (6) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (5), and the amount of generated electric power with respect to a temperature difference generated in the thermoelectric device from the electric power value generated by the thermoelectric device. And a control unit that calculates a temperature difference generated between the high temperature side substrate and the low temperature side substrate of the thermoelectric device.

（７）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（５）であって、前記熱電素子デバイスは、電流を流すことにより前記高温側基板側が発熱する機能を有す。   (7) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (5), and the thermoelectric element device has a function of generating heat on the high temperature side substrate side by passing an electric current.

（８）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（４）であって、前記高温側基板は、構造的不連続となるように複数に分割されている。   (8) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (4), and the high temperature side substrate is divided into a plurality of structural discontinuities.

（９）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（８）であって、さらに前記高温側基板は、絶縁性を有し前記第１の電極と接する高温側基板母材と、前記高温側基板母材上に設けられた高温側基板補強材で構成されている。   (9) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (8), and the high temperature side substrate has an insulating property and a high temperature side substrate base material in contact with the first electrode. And a high temperature side substrate reinforcing material provided on the high temperature side substrate base material.

（１０）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(９）であって、さらに、前記複数の高温側基板は、隣り合う前記高温側基板部材同士を前記高温側基板母材または前記高温側補強材と比べて同等または低い弾性を有する接合部材で接合する。   (10) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (9), and the plurality of high temperature side substrates are formed by connecting adjacent high temperature side substrate members to each other. Or it joins with the joining member which has the elasticity equivalent or low compared with the said high temperature side reinforcing material.

（１１）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１０）であって、前記複数の高温側基板部材は、前記接合部材により接合されることにより、物性的弾性または構造的弾性のいずれか一つ以上の弾性特性を有する。   (11) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (10), wherein the plurality of high temperature side substrate members are bonded together by the bonding members, so that physical elasticity or structural One or more elastic properties of elasticity.

（１２）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１１）であって、前記接合部材は前記第１の電極であり、隣り合う前記高温側基板同士を少なくとも１つ以上の前記第１の電極で接合する。   (12) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (11), in which the joining member is the first electrode, and the adjacent high temperature side substrates are at least one or more. Bonding is performed using the first electrode.

（１３）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１１）であって、前記複数の高温側基板は、隣り合う前記高温側基板部材同士について、前記第１の電極と接する側を前記接合部材で接合する。   (13) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (11), wherein the plurality of high temperature side substrates are in contact with the first electrode with respect to the adjacent high temperature side substrate members. The side is joined with the joining member.

（１４）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１３）であって、前記接合部材は、前記第１の電極と接する。   (14) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (13), wherein the joining member is in contact with the first electrode.

（１５）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１３）であって、前記接合部材は、前記第１の電極と接しない。   (15) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (13), and the joining member does not contact the first electrode.

（１６）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１１）であって、隣り合う前記高温側基板の前記高温側基板補強材同士と前記接合部材は一体の材料であり、隣り合う前記高温側基板の前記高温側基板補強材同士が構造的連続となるように設けられている。   (16) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is the above (11), wherein the high temperature side substrate reinforcing materials of the adjacent high temperature side substrates and the joining member are an integral material, The high temperature side substrate reinforcing materials of the adjacent high temperature side substrates are provided so as to be structurally continuous.

（１７）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１６）であって、隣り合う前記高温側基板補強材同士は、少なくとも一箇所以上で構造的連続性を有する。   (17) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (16), and the adjacent high-temperature side substrate reinforcing materials have structural continuity in at least one place.

（１８）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１１）であって、前記第１の電極、前記第２の電極および前記熱電素子が外気から遮断する枠を有する。   (18) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (11), and includes a frame in which the first electrode, the second electrode, and the thermoelectric element are shielded from outside air.

（１９）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(８）であって、前記第１の電極は、電極部材と、導電性を有し前記電極部材上に設けられる弾性部材と、導電性を有し前記弾性部材上に設けられ、前記熱電素子と接するように設けられた均熱部材とを備える。   (19) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (8), wherein the first electrode is an electrode member and an elastic member having conductivity and provided on the electrode member And a soaking member that is conductive and provided on the elastic member and is in contact with the thermoelectric element.

（２０）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記(１４）であって、前記第２の電極が、電極部材と、導電性を有し前記電極部材上に設けられる弾性部材と、導電性を有し前記弾性部材上に設けられ、前記熱電素子と接するように設けられた均熱部材とを備える。   (20) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment is the above (14), wherein the second electrode is an electrode member and an elastic member having conductivity and provided on the electrode member And a soaking member that is conductive and provided on the elastic member and is in contact with the thermoelectric element.

（２１）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（４）または(８）から(２０)のうち、いずれか１つであって、前記熱電素子における熱電効果を有する材料は、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するCoSb3基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、MgAgAs型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物、もしくはこれらの混合物、又はこれらの接合体である。 (21) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is any one of the above (4) or (8) to (20), and the material having the thermoelectric effect in the thermoelectric element is , Bismuth and tellurium main phase, bismuth and antimony main phase, CoSb 3- based compound crystal with skutterudite crystal structure A substance having a main compound as a compound having a structure, a substance having a half-Heusler compound having a MgAgAs type crystal structure as a main phase, a clathrate compound containing barium and gallium, a mixture thereof, or a conjugate thereof.

（２２）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（４）または(８）から（２１）のうち、いずれか１つであって、前記熱電素子が、互いに離間するｎ型電導部及びｐ型電導部から構成される熱電素子対であり、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方が、前記ｎ型電導部上に配置される第１の部分と、前記ｐ型電導部上に配置される第２の部分とに離間する。   (22) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present embodiment is any one of the above (4) or (8) to (21), and the thermoelectric elements are separated from each other. A thermoelectric element pair composed of a conductive portion and a p-type conductive portion, wherein one of the first electrode and the second electrode is disposed on the n-type conductive portion; Separated from the second portion disposed on the p-type conductive portion.

（２３）本実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器は、上記（４）または(８）から（２２）のうち、いずれか１つに記載されている、複数個の熱電素子デバイスが、該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが該複数個の熱電素子デバイスのいずれもが隣の熱電モジュールと電気的に接続されるように構成されている。   (23) The exhaust gas recirculation cooling power generator according to this embodiment includes a plurality of thermoelectric device devices described in any one of the above (4) or (8) to (22). All of the plurality of thermoelectric element devices are configured such that all of the plurality of thermoelectric element devices are electrically connected to the adjacent thermoelectric module.

本発明に係る排出ガス再循環冷却発電器によって、ＥＧＲシステムの冷却部分に熱電モジュールを搭載することにより、特別の装置の付加およびスペース増加をすることなく電力を発生させることができる。熱電素子デバイスで発生する電力量から熱電素子デバイスに生じた温度差を正確に計測することができる。そのため、計測機器の削減となる。さらに、熱電素子デバイスに電圧をかけることで、発熱反応が起こり、排気ガスの温度を微調整することができる。   By mounting the thermoelectric module on the cooling part of the EGR system, the exhaust gas recirculation cooling power generator according to the present invention can generate electric power without adding a special device and increasing the space. A temperature difference generated in the thermoelectric device can be accurately measured from the amount of electric power generated in the thermoelectric device. As a result, measurement equipment is reduced. Furthermore, by applying a voltage to the thermoelectric device, an exothermic reaction occurs, and the temperature of the exhaust gas can be finely adjusted.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

図１は、本発明の実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器が用いられる車両エンジンの外観を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing an appearance of a vehicle engine in which an exhaust gas recirculation cooling power generator according to an embodiment of the present invention is used.

車両エンジンは、過給機１、エンジン本体２、ＥＧＲシステム３を有している。過給機１は、エンジン本体２が排出した排気ガスおよび外気をエンジン本体２に送り込む。エンジン本体２は、直列多気筒用である。エンジン本体２は、図示しない燃焼室を有している。燃焼室は、図示しない燃料ポンプの回転駆動により、図示しない燃料タンクに貯溜されたガソリン、軽油等の燃料が供給される。エンジン本体２は、過給機１によって送り込まれた吸気と燃料を混合されて燃焼室内で燃焼する。燃焼により発生した燃焼ガスは、排気ガスとなって外部に排出される。   The vehicle engine has a supercharger 1, an engine body 2, and an EGR system 3. The supercharger 1 sends exhaust gas and outside air discharged from the engine body 2 to the engine body 2. The engine body 2 is for in-line multi-cylinder use. The engine body 2 has a combustion chamber (not shown). The combustion chamber is supplied with fuel such as gasoline and light oil stored in a fuel tank (not shown) by a rotational drive of a fuel pump (not shown). The engine body 2 is mixed with intake air and fuel fed by the supercharger 1 and burns in the combustion chamber. The combustion gas generated by the combustion becomes exhaust gas and is discharged outside.

ＥＧＲシステム３は、エンジン本体２から排出された排気ガスを、エンジン本体２の排気ガスを排出した排気側から排気ガスを吸入する吸気側に循環させ、排気ガスと外気とを混合するシステムである。   The EGR system 3 is a system that circulates exhaust gas discharged from the engine main body 2 from the exhaust side from which the exhaust gas from the engine main body 2 is discharged to the intake side that sucks the exhaust gas, and mixes the exhaust gas and the outside air. .

ＥＧＲシステム３について、図２および図３を用いて説明する。図２は、ＥＧＲシステム３を模式的に示した図である。図３は、冷却器８の外観を示す図である。   The EGR system 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing the EGR system 3. FIG. 3 is a view showing the external appearance of the cooler 8.

ＥＧＲシステム３は、図２に示すように、排出口４、排出口バルブ５、排気通路６、バイパス通路７、冷却器８、第１のバルブ９、第２のバルブ１０、吸入口１１、温度計１２を有している。   As shown in FIG. 2, the EGR system 3 includes a discharge port 4, a discharge port valve 5, an exhaust passage 6, a bypass passage 7, a cooler 8, a first valve 9, a second valve 10, an intake port 11, a temperature There are a total of twelve.

吸入口４は、エンジン本体２と接続されている。エンジン本体２には、吸入口４を介して過給機１によって外気が送り込まれる。また、エンジン本体２には、排出口４が接続されている。排出口４は、エンジン本体２の燃焼室内での燃焼により発生した排気ガスを外部に排出するように設けられている。排出口４には、排出口バルブ５が設けられている。排出口バルブ５は、図８に示す制御部３００によって開閉を制御している。   The suction port 4 is connected to the engine body 2. Outside air is sent into the engine body 2 by the supercharger 1 through the suction port 4. Further, a discharge port 4 is connected to the engine body 2. The exhaust port 4 is provided so as to exhaust the exhaust gas generated by the combustion in the combustion chamber of the engine body 2 to the outside. A discharge port valve 5 is provided at the discharge port 4. The outlet valve 5 is controlled to be opened and closed by the control unit 300 shown in FIG.

排気通路６は、排出口４と吸入口１１とを接続している。排出口４では、エンジン本体２と排出口バルブ５の間に設けられている。エンジン本体２が排出した排気ガスが、外部に排出されるか、排気通路６を介して吸入口１１へ循環する場合の排気ガスの量について、制御部３００によって制御される排出口バルブ５の開閉状態によって調節される。   The exhaust passage 6 connects the discharge port 4 and the suction port 11. The exhaust port 4 is provided between the engine body 2 and the exhaust port valve 5. Opening and closing of the exhaust valve 5 controlled by the control unit 300 with respect to the amount of exhaust gas when the exhaust gas discharged from the engine body 2 is discharged to the outside or circulates to the suction port 11 via the exhaust passage 6 Adjusted by the situation.

排気通路６の任意の位置には、冷却器８が設けられている。冷却器８は、排気通路６を介して循環する排気ガスを冷却する構造となっている。冷却器８の構造については、後に詳述する。排気通路６を覆うように設けられている。また、排気通路６には、排出口４から吸入口１１へ排気ガスを循環する方向に対して、冷却器８の上流側または下流側（図２では下流側に図示）に第１のバルブ９が設けられている。排気通路６を介して循環される排気ガスは、制御部３００によって制御される第１のバルブ９の開閉状態によって、循環を遮断または循環する排気ガスの量が調節される。   A cooler 8 is provided at an arbitrary position of the exhaust passage 6. The cooler 8 has a structure for cooling the exhaust gas circulated through the exhaust passage 6. The structure of the cooler 8 will be described in detail later. It is provided so as to cover the exhaust passage 6. The exhaust passage 6 has a first valve 9 on the upstream side or downstream side (shown on the downstream side in FIG. 2) of the cooler 8 with respect to the direction in which the exhaust gas is circulated from the discharge port 4 to the suction port 11. Is provided. The exhaust gas circulated through the exhaust passage 6 is blocked or circulated by the opening / closing state of the first valve 9 controlled by the control unit 300.

排気通路２１には、バイパス通路７が設けられている。バイパス通路７は、排出口４から吸入口１１へ排気ガスを循環する方向に対して冷却器８の上流側と下流側をつなぐように設けられている。また、バイパス通路７の任意の位置には、第２のバルブ１０が設けられている。バイパス通路７を介して循環される排気ガスは、制御部３００によって制御される第２のバルブ１１の開閉状態によって、循環を遮断または循環する排気ガスの量が調節される。   A bypass passage 7 is provided in the exhaust passage 21. The bypass passage 7 is provided so as to connect the upstream side and the downstream side of the cooler 8 with respect to the direction in which the exhaust gas is circulated from the discharge port 4 to the suction port 11. A second valve 10 is provided at an arbitrary position of the bypass passage 7. The exhaust gas circulated through the bypass passage 7 is blocked or circulated by the opening / closing state of the second valve 11 controlled by the control unit 300.

つまり、例えば、排気口バルブ５が完全に閉状態では、エンジン本体２から排出される排気ガスは、排気通路２１を介して、吸入口１１へ循環する。この場合、第１のバルブ９が完全に閉状態で、第２のバルブ１０が開状態であれば、排気ガスは、冷却器７を通過することはなく、バイパス通路７を介して吸入口１１へ循環する。また、第１のバルブ９が開状態で、第２のバルブ１０が完全に閉状態であれば、排気ガスは、バイパス通路７を通過することはなく、冷却器７を介して吸入口１１へ循環する。制御部３００は、第１のバルブ９および第２のバルブ１０を開状態とした場合の開く量を調節することで、バイパス通路７を介して吸入口１１へ循環する排気ガスの量と、冷却器７を介して吸入口１１へ循環する排気ガスの量をそれぞれ調節することができる。   That is, for example, when the exhaust valve 5 is completely closed, the exhaust gas discharged from the engine body 2 circulates to the intake 11 through the exhaust passage 21. In this case, if the first valve 9 is completely closed and the second valve 10 is open, the exhaust gas does not pass through the cooler 7, and the suction port 11 passes through the bypass passage 7. Circulate to. If the first valve 9 is in the open state and the second valve 10 is in the completely closed state, the exhaust gas does not pass through the bypass passage 7 and goes to the suction port 11 via the cooler 7. Circulate. The control unit 300 adjusts the opening amount when the first valve 9 and the second valve 10 are opened, thereby adjusting the amount of exhaust gas circulated to the suction port 11 via the bypass passage 7 and cooling. The amount of exhaust gas circulated to the inlet 11 via the vessel 7 can be adjusted.

また、排気口バルブ５が開状態、第１のバルブ９および第２のバルブ１０を閉状態とした場合は、エンジン本体２から排出される排気ガスは、外部へ排出される。   Further, when the exhaust valve 5 is opened and the first valve 9 and the second valve 10 are closed, the exhaust gas discharged from the engine body 2 is discharged to the outside.

制御部３００は、排気口バルブ５、第１のバルブ９、第２のバルブ１０の開閉状態を制御することで、排気ガスの流れを制御することができる。   The control unit 300 can control the flow of the exhaust gas by controlling the open / close state of the exhaust port valve 5, the first valve 9, and the second valve 10.

吸入口１１には、吸入口１１を介して排気ガスおよび外気がエンジン本体２へ送り込まれる直前に温度計１２が設けられている。温度計１２は、排気ガスおよび外気の混合ガスの温度を測定している。   The inlet 11 is provided with a thermometer 12 immediately before exhaust gas and outside air are sent to the engine body 2 through the inlet 11. The thermometer 12 measures the temperature of the mixed gas of exhaust gas and outside air.

エンジン本体２へ送り込まれる排気ガスおよび外気の混合ガスの温度は、有害ガスの排出量の低減とおよび燃費向上の両面が考慮されて決定されている。したがって、制御部３００は、温度計１２が計測する温度を観測しつつ、排気口バルブ５、第１のバルブ９、第２のバルブ１０を制御している。つまり、排気ガスを吸入口１１へ循環する場合、制御部３００は、第１のバルブ９および第２のバルブ１０の開く量を調節することで、バイパス通路７を介して吸入口１１へ循環する排気ガスの量と、冷却器７を介して吸入口１１へ循環する排気ガスの量をそれぞれ調節し、結果として、エンジン本体２へ送り込まれる外気の混合ガスの温度を制御している。   The temperature of the mixed gas of exhaust gas and outside air sent to the engine body 2 is determined in consideration of both reduction of harmful gas emissions and improvement of fuel consumption. Therefore, the control unit 300 controls the exhaust valve 5, the first valve 9, and the second valve 10 while observing the temperature measured by the thermometer 12. That is, when the exhaust gas is circulated to the suction port 11, the control unit 300 circulates to the suction port 11 through the bypass passage 7 by adjusting the opening amounts of the first valve 9 and the second valve 10. The amount of exhaust gas and the amount of exhaust gas circulated to the suction port 11 via the cooler 7 are respectively adjusted, and as a result, the temperature of the mixed gas of the outside air sent to the engine body 2 is controlled.

次に、冷却器８について、図３および図４を用いて説明する。図３は、冷却器８を示す外観図である。図４は、図３の冷却器８のＡ−Ａ断面図である。冷却器８は、排気通路６の任意の位置に、接続されている。冷却器８は、循環ガス吸入口８１、循環ガス排気口８２、循環ガス通路８３、冷却水吸入口８４、冷却水排出口８５、冷却水路８６、冷却水バイパス路８７が設けられている。   Next, the cooler 8 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an external view showing the cooler 8. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the cooler 8 of FIG. The cooler 8 is connected to an arbitrary position of the exhaust passage 6. The cooler 8 is provided with a circulating gas suction port 81, a circulating gas exhaust port 82, a circulating gas passage 83, a cooling water suction port 84, a cooling water discharge port 85, a cooling water channel 86, and a cooling water bypass channel 87.

排気ガス吸入口８１は、排出口４から吸入口１１へ排気ガスを循環する方向に対して冷却器８の上流側であり、排気通路６から排気ガスが送り込まれる。排気ガス排気口８２は、排出口４から吸入口１１へ排気ガスを循環する方向に対して冷却器８の下流側であり、冷却器８で冷却された排気ガスを排気通路６へ排出する。   The exhaust gas suction port 81 is on the upstream side of the cooler 8 with respect to the direction in which the exhaust gas is circulated from the discharge port 4 to the suction port 11, and exhaust gas is fed from the exhaust passage 6. The exhaust gas exhaust port 82 is on the downstream side of the cooler 8 with respect to the direction in which the exhaust gas is circulated from the exhaust port 4 to the intake port 11, and exhausts the exhaust gas cooled by the cooler 8 to the exhaust passage 6.

循環ガス通路８３は、冷却器８内で、排気ガス吸入口８１から送り込まれた排気ガスを循環ガス排気口８２へ導く筒状の通路である。   The circulation gas passage 83 is a cylindrical passage that guides the exhaust gas sent from the exhaust gas suction port 81 to the circulation gas exhaust port 82 in the cooler 8.

冷却水吸入口８４は、冷却器８を通過する排気ガスを冷却するための液体を冷却器８の内部に送り込む。冷却水排出口８５は、冷却器８を通過する排気ガスを冷却する液体を冷却器８の外部に排出する。冷却器８内では、冷却水吸入口８４から送り込まれた液体は、冷却水路８６を介して冷却水排出口８５から排出する。冷却水路８６は、例えば、筒状の循環ガス通路８３を同心で覆うように設けられている。そのため、循環ガス通路８３を通過する排気ガスは、冷却水路８６に送り込まれた液体によって冷却される。   The cooling water suction port 84 feeds a liquid for cooling the exhaust gas passing through the cooler 8 into the cooler 8. The cooling water discharge port 85 discharges the liquid that cools the exhaust gas that passes through the cooler 8 to the outside of the cooler 8. In the cooler 8, the liquid sent from the cooling water suction port 84 is discharged from the cooling water discharge port 85 through the cooling water channel 86. The cooling water channel 86 is provided so as to cover the cylindrical circulation gas passage 83 concentrically, for example. Therefore, the exhaust gas that passes through the circulation gas passage 83 is cooled by the liquid fed into the cooling water passage 86.

冷却水バイパス路８７は、冷却水吸入口８４および冷却水排出口８５と接続している。冷却水バイパス路８７は、冷却水吸入口８４から送り込まれた液体について冷却水路８６を介することなく冷却水排出口８５から排出する。例えば、冷却水吸入口８４に図示しない切換弁が設けられており、制御部３００は、冷却するための液体を冷却水路８６に送り込むか冷却水バイパス路８７へ送り込むかを切り換えることができる。そのため、制御部３００は、温度計１２が計測する温度を観測しつつ、エンジン本体２に送り込まれる排気ガスおよび外気の混合ガスの温度が設定温度になるように、排気ガスを冷却するための水量を制御することもできる。   The coolant bypass path 87 is connected to the coolant inlet 84 and the coolant outlet 85. The cooling water bypass channel 87 discharges the liquid fed from the cooling water suction port 84 from the cooling water discharge port 85 without passing through the cooling water channel 86. For example, a switching valve (not shown) is provided at the cooling water suction port 84, and the control unit 300 can switch between sending the liquid for cooling to the cooling water passage 86 or sending it to the cooling water bypass passage 87. Therefore, the control unit 300 observes the temperature measured by the thermometer 12, and the amount of water for cooling the exhaust gas so that the temperature of the mixed gas of the exhaust gas and the outside air sent to the engine body 2 becomes the set temperature. Can also be controlled.

ここでは、エンジン本体２が排出した排気ガスを排出口４から吸入口１１へと循環させる冷却器８が設けられた排気通路６には、排気ガスを循環する方向に対して冷却器８の上流側と下流側をつなぐようにバイパス通路７が設けられている例について説明するが、バイパス通路７が設けられていないＥＧＲシステム３であっても同様である。   Here, an exhaust passage 6 provided with a cooler 8 for circulating the exhaust gas discharged from the engine body 2 from the discharge port 4 to the suction port 11 is provided upstream of the cooler 8 in the direction in which the exhaust gas is circulated. Although an example in which the bypass passage 7 is provided so as to connect the side and the downstream side will be described, the same applies to the EGR system 3 in which the bypass passage 7 is not provided.

また、図４は、本発明の実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器について示している。循環ガス通路８３と冷却水路８６との間には、複数の熱電素子デバイス２０が設けられている。図５は、熱電素子デバイス２０について、縦方向の断面図である。   FIG. 4 shows an exhaust gas recirculation cooling power generator according to an embodiment of the present invention. A plurality of thermoelectric element devices 20 are provided between the circulation gas passage 83 and the cooling water passage 86. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the thermoelectric device 20.

熱電素子デバイス２０は、低温側電極２０１、熱電素子２０２、低温側基板２０３、ケース２０４、高温側基板２０５、高温側電極２０６を有している。   The thermoelectric device 20 includes a low temperature side electrode 201, a thermoelectric element 202, a low temperature side substrate 203, a case 204, a high temperature side substrate 205, and a high temperature side electrode 206.

図４及び図５に示すように、熱電素子デバイス２０のＸ側の高温側基板２０５側が循環ガス通路８３の壁面と接し、Ｙ側の低温側基板２０３が冷却水路８６の壁面と接している。   As shown in FIGS. 4 and 5, the X-side high temperature side substrate 205 side of the thermoelectric device 20 is in contact with the wall surface of the circulating gas passage 83, and the Y side low temperature side substrate 203 is in contact with the wall surface of the cooling water channel 86.

熱電素子２０２は、ｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子の対で構成されている。そして、熱電素子２０２が配列される位置に対応して配列された低温側に設けられた低温側電極２０１は、低温側基板２０３にアレイ状に配列されている。そして、低温側電極２０１側は、低温側基板２０３と接するように熱電素子デバイス２０を冷却するための冷却水路８６と接している。   The thermoelectric element 202 is composed of a pair of a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element. The low temperature side electrodes 201 provided on the low temperature side arranged corresponding to the positions where the thermoelectric elements 202 are arranged are arranged in an array on the low temperature side substrate 203. The low temperature side electrode 201 side is in contact with a cooling water channel 86 for cooling the thermoelectric element device 20 so as to be in contact with the low temperature side substrate 203.

低温側基板２０３は、熱電素子２０２と接続されている低温側電極２０１を電気的に絶縁するために電気的絶縁性を有する材料が用いられている。そして、熱電素子２０２の低温側基板２０３側は、冷却水路８６と熱的に接続している。   The low temperature side substrate 203 is made of an electrically insulating material in order to electrically insulate the low temperature side electrode 201 connected to the thermoelectric element 202. The low temperature side substrate 203 side of the thermoelectric element 202 is thermally connected to the cooling water channel 86.

また、熱電素子デバイス２０は、複数の熱電素子２０２を外気から遮断するように筐体であるケース２０４を有している。ケース２０４は、複数の熱電素子２０２の周囲を取り囲む金属枠で構成され、低温側基板２０３と接続することで、複数の熱電素子２０２を密封している。ケース２０４は、複数の熱電素子２０２等からなる内部構成品を外気から遮断するとともに、ケース２０４の内部を真空もしくは不活性ガス雰囲気に保持する。   In addition, the thermoelectric device 20 has a case 204 that is a casing so as to block the plurality of thermoelectric elements 202 from the outside air. The case 204 is composed of a metal frame surrounding the periphery of the plurality of thermoelectric elements 202 and is connected to the low temperature side substrate 203 to seal the plurality of thermoelectric elements 202. The case 204 blocks internal components composed of a plurality of thermoelectric elements 202 and the like from the outside air and holds the inside of the case 204 in a vacuum or an inert gas atmosphere.

不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンから選択されるガスからなることが好ましい。或いはこれらの混合ガスでもよい。これらの非酸化性の気体をケース２０４内に封入し、内部雰囲気を非活性とすることにより、半導体チップ等の構成部品が酸化等により劣化することが効果的に防止でき長期にわたって高い変換効率を維持できる熱電素子デバイス２０が得られる。   The inert gas is preferably composed of a gas selected from nitrogen, helium, neon, argon, krypton and xenon. Or these mixed gas may be sufficient. By encapsulating these non-oxidizing gases in the case 204 and deactivating the internal atmosphere, it is possible to effectively prevent components such as semiconductor chips from being deteriorated due to oxidation or the like, and to achieve high conversion efficiency over a long period of time. A thermoelectric device 20 that can be maintained is obtained.

また、熱電素子デバイス２０において、不活性ガス雰囲気の圧力が、常温で外気圧より低く設定されていることが好ましい。ケース２０４内の不活性ガス雰囲気の圧力を外気圧より低く設定することにより、高温時の内圧の上昇に伴う破損を防止するとともにケース２０４内の不活性ガス雰囲気中に水分が残留することが効果的に防止でき、水分による半導体チップの劣化損傷を効果的に抑止できる。さらに、ケース２０４内のガス雰囲気における熱伝導性が低下するために、熱電素子２０２からケース２０４方向に熱が放散することが防止でき、熱−電気変換効率を高めることができる。   Moreover, in the thermoelectric element device 20, it is preferable that the pressure of an inert gas atmosphere is set lower than external pressure at normal temperature. By setting the pressure of the inert gas atmosphere in the case 204 to be lower than the external pressure, it is possible to prevent damage due to an increase in the internal pressure at a high temperature and to retain moisture in the inert gas atmosphere in the case 204. It is possible to effectively prevent deterioration damage of the semiconductor chip due to moisture. Furthermore, since the thermal conductivity in the gas atmosphere in the case 204 is lowered, heat can be prevented from being dissipated from the thermoelectric element 202 toward the case 204, and the heat-electric conversion efficiency can be increased.

ケース２０４を構成する金属は、例えばニッケル基合金のような耐熱合金もしくは耐熱金属から形成される。耐熱合金もしくは耐熱金属としては、高温度使用環境における耐久性の点から、ニッケル基合金の他、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、クロムを含む鉄基合金、シリコンを含む鉄基合金、コバルトを含有する合金又はニッケル若しくは銅を含有する合金のいずれかより選択されることが好ましい。   The metal constituting the case 204 is made of a heat-resistant alloy such as a nickel-base alloy or a heat-resistant metal. As a heat-resistant alloy or heat-resistant metal, nickel, carbon steel, stainless steel, iron-based alloys including chromium, iron-based alloys including silicon, and cobalt are included in addition to nickel-based alloys from the viewpoint of durability in high-temperature use environments. It is preferably selected from either an alloy to be made or an alloy containing nickel or copper.

熱電素子２０２は、低温側電極２０６との接触する側と逆側に高温側電極２０６が接触している。そして、高温側電極２０６と接触するように高温側基板２０５が設けられている。高温側基板２０５は、ケース２０４と接触して設けられ、高温側基板２０５と対向するように熱電素子デバイス２０を熱するための循環ガス通路８３と接している。   In the thermoelectric element 202, the high temperature side electrode 206 is in contact with the side opposite to the side in contact with the low temperature side electrode 206. A high temperature side substrate 205 is provided so as to be in contact with the high temperature side electrode 206. The high temperature side substrate 205 is provided in contact with the case 204 and is in contact with the circulation gas passage 83 for heating the thermoelectric device 20 so as to face the high temperature side substrate 205.

熱電素子２０２を構成するｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子は、図５に示すように高温側電極２０６および低温側電極２０１によって直列接続されている。   The p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element constituting the thermoelectric element 202 are connected in series by a high temperature side electrode 206 and a low temperature side electrode 201 as shown in FIG.

熱電素子２０２は、図５に示す通り、互いに離間した対により構成されている。熱電素子４、ペルチェ効果、ゼーベック効果、又はトムソン効果といった熱電効果を有する熱電材料からそれぞれ構成される。このような材料の典型的なものとして、以下の熱電半導体、すなわち、ビスマスとテルルの化合物を主相とする物質、ビスマスとアンチモンの化合物を主相とする物質、スクッテルダイト型結晶構造を有するＣｏＳｂ３基化合物結晶中の空隙に元素を充填したフィルドスクッテルダイト構造を有する化合物を主相とする物質、ＭｇＡｇＡｓ型結晶構造を有するハーフホイスラー化合物を主相とする物質、バリウムとガリウムを含むクラスレート化合物がある。 As shown in FIG. 5, the thermoelectric element 202 is composed of pairs separated from each other. The thermoelectric element 4 is composed of a thermoelectric material having a thermoelectric effect such as a Peltier effect, a Seebeck effect, or a Thomson effect. Typical examples of such materials include the following thermoelectric semiconductors: substances having a main phase of a compound of bismuth and tellurium, substances having a main phase of a compound of bismuth and antimony, and a skutterudite type crystal structure class containing substance as a main phase of a compound having a filled skutterudite structure filled with elements in the gap 3 group compound crystal CoSb, material the main phase of the half-Heusler compound having MgAgAs-type crystalline structure, barium and gallium There are rate compounds.

また、これらの混合物から熱電素子２０２を構成することもできる。さらに、これらの物質、化合物、又は混合物の接合体により、熱電素子２０２を構成してもよい。これらは、熱伝導率が比較的小さいという性質を有している。このため、これらの物質等から熱電素子２０２が構成される場合には、熱電素子２０２内での温度勾配が維持され易いため、熱電素子デバイス２０の性能が向上される。   Moreover, the thermoelectric element 202 can also be comprised from these mixtures. Further, the thermoelectric element 202 may be constituted by a joined body of these substances, compounds, or mixtures. These have the property that heat conductivity is comparatively small. For this reason, when the thermoelectric element 202 is comprised from these substances etc., since the temperature gradient in the thermoelectric element 202 is easy to be maintained, the performance of the thermoelectric element device 20 is improved.

また、これらの熱電半導体には、ｐ型電導及びｎ型電導といった２つの電導型がある。本実施形態のように、熱電素子２０２が対として構成される場合は、典型的には、この対の一方がｎ型電導性であり、他方がｐ型電導性である。   In addition, these thermoelectric semiconductors have two conductivity types, p-type conductivity and n-type conductivity. When the thermoelectric elements 202 are configured as a pair as in this embodiment, typically, one of the pair is n-type conductivity and the other is p-type conductivity.

このような熱電素子デバイス２０は、低温側基板２０３と高温側基板２０５の温度差が大きいほど発生する電力は大きくなる。   In such a thermoelectric device 20, the generated electric power increases as the temperature difference between the low temperature side substrate 203 and the high temperature side substrate 205 increases.

排気通路２１を介して冷却器に送り込まれる排気ガスは高温であり、有害ガスの排出量の低減とおよび燃費向上の両面から、エンジン本体２に送り込まれる排気ガスおよび外気の混合ガスの温度は、数十度と設定されていることもある。   The exhaust gas sent to the cooler via the exhaust passage 21 is high temperature, and the temperature of the mixed gas of the exhaust gas sent to the engine main body 2 and the outside air is both from the viewpoint of reducing harmful gas emissions and improving fuel consumption, It may be set to several tens of degrees.

例えば、冷却器８の循環ガス通路８３を通過する排気ガスを冷却するために冷却水路８６に送り込まれる温度が２０度前後とする。熱電素子デバイス２０の高温側基板２０７側が、高温の排気が通過する循環ガス通路８３と接し、低温側基板２０５が２０度前後の液体が送り込まれる冷却水路８６と接している。このため、熱電素子デバイス２０の低温側基板２０３と高温側基板２０５には大きな温度差が生じるため、熱電素子デバイス２０によって、効率よく電力を発生させることができる。   For example, the temperature fed into the cooling water channel 86 to cool the exhaust gas passing through the circulating gas passage 83 of the cooler 8 is about 20 degrees. The high temperature side substrate 207 side of the thermoelectric device 20 is in contact with the circulating gas passage 83 through which the high temperature exhaust gas passes, and the low temperature side substrate 205 is in contact with the cooling water passage 86 into which the liquid of about 20 degrees is sent. For this reason, a large temperature difference is generated between the low temperature side substrate 203 and the high temperature side substrate 205 of the thermoelectric device 20, and thus the thermoelectric device 20 can efficiently generate electric power.

また、冷却器８に設けられた循環ガス通路８３と冷却水路８６との間は、構造上の安定性を確保するための遊びとして、空間が設けられている。したがって、熱電素子デバイス２０を図４に示すように循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に配置しても、熱電素子デバイス２０は薄い構造のため、循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に設けられている空間に配置することが容易であり、冷却器８の大型化とはならない。冷却器８の循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に図４に示すように複数の熱電素子デバイス２０を配置することで、多くの電力を発生させることができる。   Further, a space is provided between the circulating gas passage 83 and the cooling water passage 86 provided in the cooler 8 as play for ensuring structural stability. Therefore, even if the thermoelectric element device 20 is arranged between the circulation gas passage 83 and the cooling water passage 86 as shown in FIG. It is easy to arrange in the space provided between them, and the size of the cooler 8 is not increased. A large amount of electric power can be generated by disposing a plurality of thermoelectric device 20 as shown in FIG. 4 between the circulating gas passage 83 and the cooling water passage 86 of the cooler 8.

したがって、車載された多くの電子機器、ＥＧＲシステム３に設けられた排出口バルブ５、冷却器８、第１のバルブ９、第２のバルブ１０、温度計１２およびこれらを制御する制御部３００に必要な電力の一部を発生させることができる。つまり、冷却器８の冷却水路８６に送り込まれた排気ガスを冷却するための液体が循環ガス通路８３を通過する排気ガスを冷却するときの熱エネルギを、熱電素子デバイス２０が電力を発生することで、回収することができる。   Accordingly, many electronic devices mounted on the vehicle, the outlet valve 5, the cooler 8, the first valve 9, the second valve 10, the thermometer 12, and the controller 300 that controls these are provided in the EGR system 3. Part of the required power can be generated. That is, the thermoelectric device 20 generates electric power for the heat energy when the liquid for cooling the exhaust gas sent to the cooling water passage 86 of the cooler 8 cools the exhaust gas passing through the circulation gas passage 83. And can be recovered.

図３では、温度計１２が排気ガスおよび外気がエンジン本体２へ送り込まれる直前の吸入口１１に設けられている例を示している。   FIG. 3 shows an example in which the thermometer 12 is provided at the suction port 11 immediately before exhaust gas and outside air are sent into the engine body 2.

先にも述べたとおり、エンジン本体２へ送り込まれる排気ガスおよび外気の混合ガスの温度は、有害ガスの排出量の低減とおよび燃費向上の両面が考慮されて決定されているため、設定された正確な温度である必要がある。そのため、例えば、温度計１２が、冷却器８の下流側、バイパス通路７の任意の位置に設けられていることもある。   As described above, the temperature of the mixed gas of the exhaust gas and the outside air sent to the engine body 2 is set in consideration of both reduction of harmful gas emission and improvement of fuel consumption. The temperature needs to be accurate. Therefore, for example, the thermometer 12 may be provided at an arbitrary position of the bypass passage 7 on the downstream side of the cooler 8.

図１に示すように、ＥＧＲシステム３は、エンジン本体２およびその他の車両エンジンを構成する機器と近接しているため、エンジン本体２の駆動による振動で精密な計器である温度計１２が故障する可能性が高い。   As shown in FIG. 1, since the EGR system 3 is close to the engine body 2 and other devices constituting the vehicle engine, the thermometer 12, which is a precise instrument, is broken due to vibration caused by the drive of the engine body 2. Probability is high.

そのため、図４に示すように循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に配置され、これらの間の温度差によって熱電素子デバイス２０で発生する電力量は、熱電素子デバイス２０の間の温度差によって決まっているため、熱電素子デバイス２０で発生した電力を制御部３００が計測することで、正確な温度差を計測することができる。   Therefore, as shown in FIG. 4, the electric energy generated in the thermoelectric device 20 due to the temperature difference between the circulating gas passage 83 and the cooling water passage 86 is the temperature difference between the thermoelectric devices 20. Therefore, an accurate temperature difference can be measured by the control unit 300 measuring the power generated in the thermoelectric device 20.

図９は、制御部９による熱電素子デバイス２０で発生する電力量から熱電素子デバイス２０の間の温度差の算出、排出口バルブ５、第１のバルブ９、第２のバルブ１０の制御を説明する図である。   FIG. 9 illustrates the calculation of the temperature difference between the thermoelectric device 20 from the amount of electric power generated by the thermoelectric device 20 by the control unit 9, and the control of the outlet valve 5, the first valve 9, and the second valve 10. It is a figure to do.

熱電素子デバイス２０が電力を発生すると、電力値情報が制御部３００へ送信される。制御部３００は、熱電素子デバイス２０に生じる温度差に対する発生電力量の関係情報を有している。そのため、制御部３００は、当該関係情報と熱電素子デバイス２０で発生した電力の電力値を比較して、熱電素子デバイス２０に生じる温度差情報を取得することができる。また、冷却水路８６に送り込まれた液体の温度は既知のため、制御部３００は、熱電素子デバイス２０で発生した電力から計測した温度差と冷却水路８６に送り込まれた液体の温度から、循環ガス通路８３を通過する排気ガスの温度を算出することができる。   When the thermoelectric element device 20 generates power, power value information is transmitted to the control unit 300. The control unit 300 includes information on the amount of generated power with respect to the temperature difference generated in the thermoelectric device 20. Therefore, the control unit 300 can acquire the temperature difference information generated in the thermoelectric element device 20 by comparing the relevant information with the power value of the electric power generated in the thermoelectric element device 20. Further, since the temperature of the liquid sent to the cooling water channel 86 is known, the control unit 300 calculates the circulating gas from the temperature difference measured from the electric power generated in the thermoelectric device 20 and the temperature of the liquid sent to the cooling water channel 86. The temperature of the exhaust gas passing through the passage 83 can be calculated.

また、制御部３００は、排気ガスが送り込まれる循環ガス吸入口８１付近に配置された熱電素子デバイス２０で発生した電力から算出した温度差から排気ガスの温度を算出することができる。また、制御部３００は、排気ガスを排出する循環ガス排出口８２付近に配置された熱電素子デバイス２０で発生した電力から算出した温度差から排気ガスの温度を算出することもできる。熱電素子デバイス２０を冷却器８に用いることで、制御部３００は、冷却器８を通過後の冷却された排気ガスの温度を、温度計１２を必要としないで算出することができる。そのため、コスト面、構造面で特別な温度測定の計器の設置を削減することができる。したがって、制御部３００は、冷却器８を通過する排気ガスの温度によって、駆動回路３０１によって排出口バルブ５、第１のバルブ９、第２のバルブ１０の開閉制御をし、エンジン本体２に送り込まれる排気ガスが設定された温度となるように調整することができる。   Further, the control unit 300 can calculate the temperature of the exhaust gas from the temperature difference calculated from the electric power generated in the thermoelectric element device 20 disposed in the vicinity of the circulating gas inlet 81 into which the exhaust gas is sent. The control unit 300 can also calculate the temperature of the exhaust gas from the temperature difference calculated from the electric power generated in the thermoelectric device 20 disposed near the circulating gas discharge port 82 that discharges the exhaust gas. By using the thermoelectric element device 20 for the cooler 8, the control unit 300 can calculate the temperature of the cooled exhaust gas after passing through the cooler 8 without using the thermometer 12. Therefore, the installation of special temperature measuring instruments can be reduced in terms of cost and structure. Accordingly, the control unit 300 controls the opening / closing of the outlet valve 5, the first valve 9, and the second valve 10 by the drive circuit 301 according to the temperature of the exhaust gas that passes through the cooler 8, and sends it to the engine body 2. The exhaust gas generated can be adjusted to a set temperature.

また、熱電素子デバイス２０は、循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に配置されているため、構造面で外部からの振動が緩和される利点がある。   Further, since the thermoelectric element device 20 is disposed between the circulating gas passage 83 and the cooling water passage 86, there is an advantage that vibration from the outside is reduced in terms of structure.

熱電素子デバイス２０は、上記説明したように、高温側基板２０５、高温側電極２０６に温度差が生じることで、電力を発生させている。これとは逆に、熱電素子デバイス２０に電流を流すと、熱電素子デバイス２０では、ペルチェ効果によって電子が移動し、発熱反応が起こる。そのため、冷却器８から排出される冷却された排気ガスの温度を微調整したい場合、または、ＥＧＲシステムの始動時等に制御部３００は、熱電素子デバイス２０に電流を流すことで、熱電素子デバイス２０は発熱反応が起こるため、排気ガスの温度を調整することができる。   As described above, the thermoelectric element device 20 generates power by causing a temperature difference between the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206. On the contrary, when a current is passed through the thermoelectric device 20, electrons move in the thermoelectric device 20 due to the Peltier effect and an exothermic reaction occurs. Therefore, when it is desired to finely adjust the temperature of the cooled exhaust gas discharged from the cooler 8, or at the time of starting the EGR system, the control unit 300 causes the thermoelectric element device 20 to pass current through the thermoelectric element device 20. Since the exothermic reaction 20 occurs, the temperature of the exhaust gas can be adjusted.

制御部３００は、熱電素子デバイス２０の高温側基板２０５および高温側電極２０６に生じる温度差で発生じた電力を取得する制御と、熱電素子デバイス２０に電流を流すことで発熱反応が起こす制御は切換可能である。   The control unit 300 performs control for acquiring power generated by the temperature difference generated in the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206 of the thermoelectric element device 20 and control for causing an exothermic reaction by passing a current through the thermoelectric element device 20. Switching is possible.

したがって、冷却器８に設けられた循環ガス通路８３と冷却水路８６との間に熱電素子デバイス２０を設けることで、電力を取得と排気ガスの温度の微調整を効果的にすることができる。   Therefore, by providing the thermoelectric device 20 between the circulating gas passage 83 and the cooling water passage 86 provided in the cooler 8, it is possible to effectively acquire electric power and finely adjust the temperature of the exhaust gas.

制御部３００は、第１のバルブ９および第２のバルブ１０を開状態とした場合の開く量を調節することで、バイパス通路７を介して吸入口１１へ循環する排気ガスの量と、冷却器７を介して吸入口１１へ循環する冷却された排気ガスの量をそれぞれ調節することで、設定された温度となる排気ガスを得ている。制御部３００が第１のバルブ９および第２のバルブ１０を微妙に制御することよって排気ガスの温度を制御するのは、気体の流量の調整である点から、難しい面が多い。   The control unit 300 adjusts the opening amount when the first valve 9 and the second valve 10 are opened, thereby adjusting the amount of exhaust gas circulated to the suction port 11 via the bypass passage 7 and cooling. By adjusting the amount of the cooled exhaust gas that circulates to the suction port 11 via the vessel 7, exhaust gas having a set temperature is obtained. It is difficult to control the temperature of the exhaust gas by controlling the first valve 9 and the second valve 10 delicately from the point of adjustment of the gas flow rate.

熱電素子デバイス２０の発熱反応により排気ガスの温度を設定温度まで調整することは、熱電素子デバイス２０に流す電流と、それに対する発熱温度の関係は既知のため、微調整がしやすい利点がある。   Adjusting the temperature of the exhaust gas to the set temperature by the exothermic reaction of the thermoelectric device 20 has the advantage that it is easy to make fine adjustments since the relationship between the current flowing through the thermoelectric device 20 and the exothermic temperature is known.

上記のように、熱電素子デバイス２０を冷却器８に配置することで、設備の大型化を招くことなく、電力を得る装置となる。また、熱電素子デバイス２０を用いることで、排気ガスの温度を微調整することもできる。さらに、熱電素子デバイス２０に生じた電力の電力値から温度差を計測できるので、温度計測の機器を削減することもできる。   As described above, by disposing the thermoelectric element device 20 in the cooler 8, an apparatus for obtaining electric power can be obtained without increasing the size of the facility. Further, by using the thermoelectric element device 20, the temperature of the exhaust gas can be finely adjusted. Furthermore, since the temperature difference can be measured from the power value of the electric power generated in the thermoelectric element device 20, it is possible to reduce the equipment for temperature measurement.

バイパス通路７が設けられていないＥＧＲシステム３であっても、熱電素子デバイス２０を冷却器８に配置することで電力の取得と排気ガスの温度の微調整を効果的にすることができる。この場合、ＥＧＲシステム３にバイパス通路７を設けなくても、熱電素子デバイス２０に流す電流の時間を制御することで、エンジン本体２に送り込まれる排気ガスの温度を所望の温度に調整することができる。しがたって、バイパス通路７を用いなくても、上記同様の効果をもたらすことができるのみならず、省スペースへの要求も満たすことができる。   Even in the EGR system 3 in which the bypass passage 7 is not provided, it is possible to effectively acquire electric power and finely adjust the temperature of the exhaust gas by arranging the thermoelectric element device 20 in the cooler 8. In this case, even if the bypass passage 7 is not provided in the EGR system 3, the temperature of the exhaust gas sent to the engine body 2 can be adjusted to a desired temperature by controlling the time of the current flowing through the thermoelectric device 20. it can. Therefore, even if the bypass passage 7 is not used, not only the same effect as described above can be brought about, but also the demand for space saving can be satisfied.

車載用の車両エンジンに接続されたＥＧＲシステム３に熱電素子デバイス２０を配置した本発明の実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器について上記説明したが、車載用の車両エンジン以外にも、小型発電機用エンジン、工場またはプラントの常用発電機また非常用発電機のエンジン等、さまざまなエンジンに対して、ＥＧＲシステム３が接続されることで、本発明の実施形態に係る排出ガス再循環冷却発電器を用いることができる。この場合、エンジンの大きさ、性能等に応じた規模の冷却装置を必要とするため、冷却装置の大型化に伴って、熱電素子デバイス２０を多く設置することも可能となり、上記説明した効果をもたらすことができる。   Although the exhaust gas recirculation cooling power generator according to the embodiment of the present invention in which the thermoelectric device 20 is arranged in the EGR system 3 connected to the vehicle engine for vehicle use has been described above, a small size other than the vehicle vehicle engine for vehicle use is described. The exhaust gas recirculation cooling according to the embodiment of the present invention is achieved by connecting the EGR system 3 to various engines such as a generator engine, a factory or plant normal generator or an emergency generator engine. A generator can be used. In this case, since a cooling device of a scale corresponding to the size, performance, etc. of the engine is required, it becomes possible to install a large number of thermoelectric device devices 20 with the increase in size of the cooling device. Can bring.

以下に、上記説明した熱電素子デバイス２０の高温側基板２０５について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、図５に示す熱電モジュールについて、Ｘ側からＹ側に向かって見た高温側基板２０５のＩ−Ｉ断面図である。図６（ｂ）および図６（ｃ）は、高温側基板２０５および高温側電極２０６の側面断面図の拡大図である。図６（ｄ）は、Ｙ側からＸ側に向かって見た高温側基板２０５および高温側電極２０６のII−II断面図である。   Hereinafter, the high temperature side substrate 205 of the thermoelectric device 20 described above will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line II of the high temperature side substrate 205 as seen from the X side toward the Y side in the thermoelectric module shown in FIG. 6B and 6C are enlarged views of a side cross-sectional view of the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206. FIG. FIG. 6D is a II-II cross-sectional view of the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206 as viewed from the Y side toward the X side.

図７に示すように、高温側基板２０５を図６に示す状態から図７に示すように分割溝２０９を設けることもできる。   As shown in FIG. 7, the dividing groove 209 can also be provided in the high temperature side substrate 205 from the state shown in FIG. 6 as shown in FIG.

図７（ａ）は、図５に示す熱電素子デバイス２０について、Ｘ側からＹ側に向かって見た高温側基板２０５のＩ−Ｉ断面図である。図７（ｂ）および図７（ｃ）は、高温側基板２０５および高温側電極２０６の側面断面図の拡大図である。図７（ｄ）は、Ｙ側からＸ側に向かって見た高温側基板２０５および高温側電極２０６のII−II断面図である。   Fig.7 (a) is II sectional drawing of the high temperature side board | substrate 205 which looked at the thermoelectric element device 20 shown in FIG. 5 toward the Y side from the X side. FIG. 7B and FIG. 7C are enlarged views of side sectional views of the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206. FIG. 7D is a II-II cross-sectional view of the high temperature side substrate 205 and the high temperature side electrode 206 as viewed from the Y side toward the X side.

高温側基板２０５は、高温側基板母材２０７と高温側基板補強材２０８を有している。高温側基板２０５は、熱電素子２０２と接続された高温側電極２０６とケース２０４の間に設けられている。   The high temperature side substrate 205 includes a high temperature side substrate base material 207 and a high temperature side substrate reinforcing material 208. The high temperature side substrate 205 is provided between the high temperature side electrode 206 connected to the thermoelectric element 202 and the case 204.

高温側基板母材２０７は、高温側電極２０６を電気的に絶縁するため、電気的絶縁性を有し熱伝導性の高い材料（例えばセラミック）で構成されている。高温側基板補強材２０８は、高温側基板母材２０７とケース２０４の間に設けられている。高温側基板補強材２０８は、破損し易い高温側基板母材２０７を保護するために、例えば、弾性を有する金属が設けられている。熱電素子２０２の高温側基板２０５側は、ケース２０４および循環ガス通路８３と熱的に接続している。ここでは、高温側基板２０５は、高温側基板母材２０７と高温側基板補強材２０８を有している場合ついて説明するが、高温側基板２０５が高温側基板補強材２０８を有さず、高温側基板母材２０７のみであっても同様である。   In order to electrically insulate the high temperature side electrode 206, the high temperature side substrate base material 207 is made of a material (for example, ceramic) having electrical insulation and high thermal conductivity. The high temperature side substrate reinforcing material 208 is provided between the high temperature side substrate base material 207 and the case 204. The high temperature side substrate reinforcing material 208 is provided with, for example, a metal having elasticity in order to protect the high temperature side substrate base material 207 that is easily damaged. The high temperature side substrate 205 side of the thermoelectric element 202 is thermally connected to the case 204 and the circulation gas passage 83. Here, the case where the high temperature side substrate 205 includes the high temperature side substrate base material 207 and the high temperature side substrate reinforcing material 208 will be described. The same applies to the side substrate base material 207 alone.

図７（ｄ）に示すように、高温側電極２０６は、高温側基板２０５の高温側基板母材２０７に複数配列されている。図７（ａ）は、図６（ａ）に示す高温側基板２０５を構成する高温側基板母材２０７および高温側基板補強材２０８に対して、Ｘ側からＹ側に向かう方向に、高温側基板母材２０７および高温側基板補強材２０８を分断するように分割溝２０９が設けられている。分割溝２０９は、分割溝２０９によって分割された複数の高温側基板２０５が連続とならないように、複数の高温側基板２０５を分割している。   As shown in FIG. 7D, a plurality of high temperature side electrodes 206 are arranged on the high temperature side substrate base material 207 of the high temperature side substrate 205. FIG. 7A shows a high temperature side in the direction from the X side to the Y side with respect to the high temperature side substrate base material 207 and the high temperature side substrate reinforcing material 208 constituting the high temperature side substrate 205 shown in FIG. Dividing grooves 209 are provided so as to divide the substrate base material 207 and the high temperature side substrate reinforcing material 208. The dividing groove 209 divides the plurality of high temperature side substrates 205 so that the plurality of high temperature side substrates 205 divided by the dividing groove 209 are not continuous.

ここでは、高温側基板２０５の中心線沿って、分割２０９が２つ設けられている。これによって、高温側基板２０５は、構造的連続性を有しない４つの分割された高温側基板２０５に分割されている。高温側基板２０５の分割数は２以上であれば、十分に効果を得ることが可能である。本実施形態においては、高温側基板２０５を４分割にした場合を例に説明する。   Here, two divisions 209 are provided along the center line of the high temperature side substrate 205. Thereby, the high temperature side substrate 205 is divided into four divided high temperature side substrates 205 having no structural continuity. If the number of divisions of the high temperature side substrate 205 is 2 or more, sufficient effects can be obtained. In this embodiment, a case where the high temperature side substrate 205 is divided into four parts will be described as an example.

循環ガス通路８３には温度分布が生じるため、循環ガス通路８３を構成する部材は温度分布に対応した熱膨張を起こす。よって、循環ガス通路８３を構成する部材は変形を生じ、熱電素子デバイス２０は、その変形の影響を受けて、隙間の発生、内部構造物への応力の発生を招く。構造に生じた隙間は、熱伝導の低下並びに電気抵抗の増加を生じせしめ、熱電素子デバイス２０の性能を低下させる。   Since a temperature distribution is generated in the circulation gas passage 83, members constituting the circulation gas passage 83 undergo thermal expansion corresponding to the temperature distribution. Therefore, the members constituting the circulating gas passage 83 are deformed, and the thermoelectric device 20 is affected by the deformation, thereby generating a gap and generating stress on the internal structure. The gap generated in the structure causes a decrease in heat conduction and an increase in electrical resistance, thereby reducing the performance of the thermoelectric device 20.

ここで、高温側基板２０５を分割した構造とすることにより、分割された高温側基板２０５の各々を構造的に独立させることにより、循環ガス通路８３を構成する部材は、循環ガス通路８３を構成する部材のうち変形した箇所と対向する位置に設けられた分割された高温側基板２０５のそれぞれの部位の変形に追従して移動することが可能となる。   Here, by forming the structure in which the high temperature side substrate 205 is divided so that each of the divided high temperature side substrates 205 is structurally independent, the members constituting the circulation gas passage 83 constitute the circulation gas passage 83. It becomes possible to follow the deformation of each part of the divided high temperature side substrate 205 provided at a position facing the deformed part among the members to be moved.

すなわち、高温側基板２０５の高温側基板母材２０７および高温側基板補強材２０８を図７に示すように、例えば高温側基板２０５を４分割にすることにより、熱電素子デバイス２０が循環ガス通路８３の温度分布による局所的な変形を受ける高温側基板２０５の範囲を１／４に小さくすることができる。つまり、循環ガス通路８３の温度分布による局所的な変形が生じたとき、変形した箇所と対向する位置に設けられた分割された高温側基板２０５のみが影響を受けるのみで、残りの分割された高温側基板２０５は影響を受けない。   That is, the high temperature side substrate base material 207 and the high temperature side substrate reinforcing material 208 of the high temperature side substrate 205 are divided into, for example, the high temperature side substrate 205 into four parts as shown in FIG. The range of the high temperature side substrate 205 that undergoes local deformation due to the temperature distribution can be reduced to ¼. That is, when local deformation occurs due to the temperature distribution of the circulating gas passage 83, only the divided high temperature side substrate 205 provided at a position facing the deformed portion is affected, and the remaining divided portions are divided. The high temperature side substrate 205 is not affected.

そのため、循環ガス通路８３の温度分布により変形を受ける高温側基板２０５の領域を小さくすることにより、例えば、高温側基板２０５のＸ側からＹ側に沿った垂直方向の変位量も低減することができる。よって、循環ガス通路８３の温度分布による局所的な変形によって生じる隙間量、内部構造物（熱電素子２０２）への応力を低減することを可能とする。   Therefore, by reducing the region of the high temperature side substrate 205 that is deformed by the temperature distribution of the circulating gas passage 83, for example, the vertical displacement amount from the X side to the Y side of the high temperature side substrate 205 can also be reduced. it can. Therefore, it is possible to reduce the amount of gaps caused by local deformation due to the temperature distribution of the circulating gas passage 83 and the stress on the internal structure (thermoelectric element 202).

分割された高温側基板母材２０７または高温側基板補強材２０８を接合部材により接合することにより、高温側基板７の設置を一回で行うことを可能とし、熱電素子デバイス２０の組立て性の向上を図ることができる。   By bonding the divided high-temperature side substrate base material 207 or the high-temperature side substrate reinforcing material 208 with a bonding member, the high-temperature side substrate 7 can be installed at one time, and the assembly property of the thermoelectric element device 20 is improved. Can be achieved.

接合部材としては、分割された高温側基板母材２０７、高温側基板補強材２０８と比べて同等または低い弾性を有する材料で構成されている。複数に分割された高温側基板２０５は、この接合部材によってそれぞれを接合することで構造的に連続性を有する。さらに、接合部材の材質、複数に分割された高温側基板２０５の接合の仕方によって、高温側基板部材２０５は、物性的弾性または構造的弾性のいずれか一つ以上の弾性特性を有することとなる。   The bonding member is made of a material having elasticity that is equal to or lower than that of the divided high temperature side substrate base material 207 and high temperature side substrate reinforcing material 208. The high temperature side substrate 205 divided into a plurality is structurally continuous by bonding each of the high temperature side substrates 205 with this bonding member. Further, the high temperature side substrate member 205 has one or more elastic properties of physical property or structural elasticity, depending on the material of the bonding member and the way of bonding the divided high temperature side substrate 205. .

高温側基板２０５を分割する分割溝２０９が、熱電素子デバイス２０を組立てる際に高温側電極２０６と対向する位置に設けられている場合、隣り合う分割された高温側基板２０５同士を高温側電極２０６で接合することで、複数に分割された高温側基板２０５は、構造的連続性を有するようにすることもできる。高温側電極２０５が接合部材の替わりとなる。隣り合う分割された高温側基板２０５同士は、少なくとも１つ以上の高温側電極２０６で接合すればよい。   When the dividing groove 209 for dividing the high temperature side substrate 205 is provided at a position facing the high temperature side electrode 206 when the thermoelectric device 20 is assembled, the divided high temperature side substrates 205 are separated from each other by the high temperature side electrode 206. By joining together, the high temperature side substrate 205 divided into a plurality of parts can have structural continuity. The high temperature side electrode 205 serves as a substitute for the joining member. Adjacent divided high temperature side substrates 205 may be joined by at least one high temperature side electrode 206.

また、接合部材を用いて、分割された高温側基板母材２０７を接合してもよい。ここで用いる接合部材は、例えば、０．１ｍｍ以下の厚さの薄箔材など、分割された高温側基板母材２０７、高温側基板補強材２０８より弾性が低い部材である。隣り合う分割された高温側基板２０５同士が、少なくとも１箇所以上で接合部材によって接合されている場合であってもよい。   Further, the divided high temperature side substrate base material 207 may be bonded using a bonding member. The joining member used here is a member having elasticity lower than that of the divided high temperature side substrate base material 207 and high temperature side substrate reinforcing material 208, such as a thin foil material having a thickness of 0.1 mm or less. The case where the adjacent divided high temperature side substrates 205 are bonded to each other by a bonding member at least at one place or more may be used.

また、隣り合う高温側基板補強材２０８同士が構造的連続となるように設けてもよい。高温側基板２０６を構成する高温側基板補強材２０８は、高温側基板母材２０７と同様に分割せずに、高温側基板２０６が高温側基板補強材２０８によって構造的連続性を有するように高温側基板母材２０７の上面一帯に配置することもできる。このとき、高温側基板母材２０７に設けた分割溝２０９の全てを覆うように高温側基板補強材２０８を設けることができる。   Moreover, you may provide so that the adjacent high temperature side board | substrate reinforcement material 208 may become structural continuation. The high temperature side substrate reinforcing material 208 constituting the high temperature side substrate 206 is not divided like the high temperature side substrate base material 207, and the high temperature side substrate 206 has a high temperature so that the high temperature side substrate reinforcing material 208 has structural continuity. It can also be disposed on the entire upper surface of the side substrate base material 207. At this time, the high temperature side substrate reinforcing material 208 can be provided so as to cover all of the dividing grooves 209 provided in the high temperature side substrate base material 207.

また、隣り合う高温側基板補強材２０８が、高温側基板母材２０７に設けた分割溝２０９に沿って等間隔で空孔を設けてもよい。つまり、隣り合う高温側基板補強材２０８同士が、少なくとも一箇所以上で構造的連続性を有すればよい。   Further, adjacent high temperature side substrate reinforcing materials 208 may be provided with holes at equal intervals along the dividing grooves 209 provided in the high temperature side substrate base material 207. That is, it is only necessary that the adjacent high-temperature side substrate reinforcing materials 208 have structural continuity in at least one place.

隣り合った高温側基板母材２０７上に設けられた高温側基板補強材２０８同士は、一体となった高温側基板補強材２０８であっても、高温側基板補強材２０８に用いられている材料、材質と同一もしくは同等の材料、材質であり、高温側基板母材２０７、高温側基板補強材２０８と比べて同等または低い弾性を有する別の接合部材で接合してもよい。   Even if the high temperature side substrate reinforcing material 208 provided on the adjacent high temperature side substrate base material 207 is an integrated high temperature side substrate reinforcing material 208, the material used for the high temperature side substrate reinforcing material 208 These may be the same or equivalent materials, and may be joined by another joining member having elasticity equivalent to or lower than that of the high temperature side substrate base material 207 and the high temperature side substrate reinforcing material 208.

ここでは、高温側基板２０５に分割溝２０８を設けたが、低温側基板２０１にも分割溝２０８を設けて低温側基板２０１を分割することもできる。   Here, the dividing groove 208 is provided in the high temperature side substrate 205, but the low temperature side substrate 201 can also be divided by providing the dividing groove 208 also in the low temperature side substrate 201.

上記説明したように、高温側電極２０６は、電極部材のみで構成された例を示したが、図８に示すように、高温側電極２０６について、電極部材２１０と、この電極部材２１０の下面と接するよう設けられる弾性部材２１１と、この弾性部材２１１に接するよう設けられる均熱効果を有する均熱部材２１２を用いてもよい。均熱部材２１２は、熱電素子２０２と接続している。   As described above, the example in which the high temperature side electrode 206 is constituted only by the electrode member has been shown. However, as shown in FIG. 8, the electrode member 210 and the lower surface of the electrode member 210 You may use the elastic member 211 provided so that it may contact | connect, and the soaking | uniform-heating member 212 which has the soaking | uniform-heating effect provided so that this elastic member 211 may be touched. The soaking member 212 is connected to the thermoelectric element 202.

弾性部材２１１は、高温側電極２０６の一部を構成しており、導電性を有している。また、弾性部材２１１は、所定の弾性を有し、特に、熱電素子２０２に比べて変形し易くなるように構成されると好ましい。   The elastic member 211 constitutes a part of the high temperature side electrode 206 and has conductivity. The elastic member 211 preferably has a predetermined elasticity and is particularly configured to be easily deformed as compared to the thermoelectric element 202.

均熱部材２１２は、高温側電極２０６の一部を構成し、導電性を有している。また、均熱部材２１２は、熱電素子２０２に比べて、高い熱伝導性を有するよう構成される。具体的には、均熱部材２１２は、金属箔などの薄い板材から構成される。また、均熱部材２１２は、弾性部材２１１が有する熱伝導性よりも高い熱伝導性を全体として有すると好ましい。   The heat equalizing member 212 constitutes a part of the high temperature side electrode 206 and has conductivity. The soaking member 212 is configured to have higher thermal conductivity than the thermoelectric element 202. Specifically, the heat equalizing member 212 is made of a thin plate material such as a metal foil. The soaking member 212 preferably has a thermal conductivity higher than that of the elastic member 211 as a whole.

ここで、均熱部材２１２は、均熱効果があると説明したが、材料の拡散を防止する機能を有するものであってもよい。   Here, the heat equalizing member 212 has been described as having a heat equalizing effect, but may have a function of preventing the diffusion of the material.

熱電素子２０２は、高温側電極２０６の均熱部材２１２と接するように配置され、均熱部材２１２に対しては、接合も接着もされない。すなわち、熱電素子４は均熱部材２１２と接触するに留まる。低温側電極２０１は、半田などの接合材により、熱電素子４に対して接合されている。   The thermoelectric element 202 is disposed so as to be in contact with the soaking member 212 of the high temperature side electrode 206, and is not bonded or bonded to the soaking member 212. That is, the thermoelectric element 4 stays in contact with the soaking member 212. The low temperature side electrode 201 is bonded to the thermoelectric element 4 by a bonding material such as solder.

このように、熱電素子デバイス２０が動作中には、熱電素子デバイス２０内は、温度分布が生じている。この温度分布により、熱電素子デバイス２０内には、熱膨張係数の差による熱応力が生じている。   Thus, while the thermoelectric device 20 is operating, a temperature distribution is generated in the thermoelectric device 20. Due to this temperature distribution, thermal stress is generated in the thermoelectric device 20 due to a difference in thermal expansion coefficient.

本実施形態においては、弾性部材２１１が金属細線網などの編込線により構成され、熱電素子４が有する弾性よりも高く、電極部材２１０が有する弾性と同等か高い弾性を有しているため、熱応力を緩和することができる。言い換えると、弾性部材２１１は、電極部材２１０と熱電素子２０２との間の熱膨張係数の差により生じる熱応力を緩和する機能を有する。このため、熱応力により熱電素子デバイス２０内に生じ得る破損や、熱電素子２０２の劣化といった問題を解消することができる。なお、熱応力は、均熱部材２１２は熱電素子２０２に接触しているに過ぎず、両者は互いに偏倚することができるため、より緩和される。   In the present embodiment, the elastic member 211 is composed of a braided wire such as a metal fine wire net, and is higher than the elasticity of the thermoelectric element 4 and has elasticity equal to or higher than the elasticity of the electrode member 210. Thermal stress can be relaxed. In other words, the elastic member 211 has a function of relieving thermal stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the electrode member 210 and the thermoelectric element 202. For this reason, problems such as breakage that may occur in the thermoelectric element device 20 due to thermal stress and deterioration of the thermoelectric element 202 can be solved. It should be noted that the thermal stress is more relaxed because the soaking member 212 is only in contact with the thermoelectric element 202 and both can be biased.

均熱部材２１２は、弾性部材２１１に接合又は接触し、かつ熱電素子２０２に接触し、しかも、これらよりも熱伝導性に優れるため、弾性部材２１１からの熱エネルギを均熱部材２１２の平面内で均熱化した上で、熱電素子２０２に伝達することができる。   The heat equalizing member 212 is bonded to or contacted with the elastic member 211 and is in contact with the thermoelectric element 202, and more excellent in thermal conductivity than these. Then, the temperature can be transmitted to the thermoelectric element 202 after being equalized.

ここでは、高温側電極２０６が、電極部材２１０、弾性部材２１１、均熱部材２１２を有するとしたが、低温側電極２０１のみに、電極部材２１０、弾性部材２１１、均熱部材２１２を有するようにしても、高温側電極２０６と低温側電極２０１の両方が、電極部材２１０、弾性部材２１１、均熱部材２１２を有するようにしてもよい。高温側電極２０６と低温側電極２０１の両方が電極部材２１０、弾性部材２１１、及び均熱部材２１２を有することで、熱電素子２０２は、その上下端において均熱部材２１２と接している。したがって、その上下端において、熱膨張差により発生する熱応力がより緩和されるとともに、均熱性が向上するため、より大きな熱電変換効率が得られる。   Here, the high temperature side electrode 206 includes the electrode member 210, the elastic member 211, and the soaking member 212, but only the low temperature side electrode 201 includes the electrode member 210, the elastic member 211, and the soaking member 212. Alternatively, both the high temperature side electrode 206 and the low temperature side electrode 201 may include the electrode member 210, the elastic member 211, and the soaking member 212. Since both the high temperature side electrode 206 and the low temperature side electrode 201 have the electrode member 210, the elastic member 211, and the heat equalizing member 212, the thermoelectric element 202 is in contact with the heat equalizing member 212 at the upper and lower ends thereof. Therefore, the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion is further relaxed at the upper and lower ends, and the thermal uniformity is improved, so that a greater thermoelectric conversion efficiency can be obtained.

均熱部材２１２の形状として、板状を例示したが、熱電素子４と接する部分のみが平板状であれば、熱電素子２０２間に撓み部分を有するようにすることができる。このよう形状であっても、均熱部材２１２は、弾性部材２１１からの熱を均一にしてから熱電素子２０２へ伝達することができる。加えて、撓み部分が変形可能なため、均熱部材２１２は熱応力の緩和にも資する。   Although the plate shape is illustrated as the shape of the heat equalizing member 212, if only the portion in contact with the thermoelectric element 4 is a flat plate shape, a bent portion can be provided between the thermoelectric elements 202. Even in such a shape, the heat equalizing member 212 can transmit the heat from the elastic member 211 to the thermoelectric element 202 after making the heat uniform. In addition, since the bent portion can be deformed, the heat equalizing member 212 contributes to relaxation of thermal stress.

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

本発明に係る排出ガス再循環冷却発電器が用いられる車両エンジンの外観を示す概略図。Schematic which shows the external appearance of the vehicle engine in which the exhaust-gas recirculation cooling power generator which concerns on this invention is used. 本発明に係るＥＧＲシステムの模式図。The schematic diagram of the EGR system which concerns on this invention. 本発明に係るＥＧＲシステムに用いられる冷却器の概観図。The general view of the cooler used for the EGR system concerning the present invention. 本発明に係るＥＧＲシステムに用いられる冷却器の断面図。Sectional drawing of the cooler used for the EGR system which concerns on this invention. 本発明に係る熱電素子デバイスの構造を示す図。The figure which shows the structure of the thermoelectric element device which concerns on this invention. 本発明に係る熱電素子デバイスの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric element device which concerns on this invention. 本発明に係る熱電素子デバイスの高温側基板の構造を示す図。The figure which shows the structure of the high temperature side board | substrate of the thermoelectric element device which concerns on this invention. 本発明に係る熱電素子デバイスの構造を示す図。The figure which shows the structure of the thermoelectric element device which concerns on this invention. 本発明に係るＥＧＲシステムの制御について示す図。The figure shown about control of the EGR system concerning the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…過給機、２…エンジン本体、３…ＥＧＲシステム、４…排出口、５…排出口バルブ、６…排気通路、７…バイパス通路、８…冷却器、９…第１のバルブ、１０…第２のバルブ、１１…吸入口、１２…温度計、２０…熱電素子デバイス、８１…循環ガス吸入口、８２…循環ガス排気口、８３…循環ガス通路、８４…冷却水吸入口、８５…冷却水排出口、８６…冷却水路、８７…冷却水バイパス路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Supercharger, 2 ... Engine main body, 3 ... EGR system, 4 ... Discharge port, 5 ... Discharge port valve, 6 ... Exhaust passage, 7 ... Bypass passage, 8 ... Cooler, 9 ... First valve, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2nd valve, 11 ... Inlet, 12 ... Thermometer, 20 ... Thermoelectric device, 81 ... Circulating gas inlet, 82 ... Circulating gas exhaust, 83 ... Circulating gas passage, 84 ... Cooling water inlet, 85 ... cooling water discharge port, 86 ... cooling water channel, 87 ... cooling water bypass channel.

Claims (5)

エンジンが排出する排気ガスの浄化手段であって、冷却装置を備えたＥＧＲ（Exhaust gas recirculation）装置において、
前記冷却装置における温度差が生じる箇所に、温度差により発電する熱電素子デバイスを備えたことを特徴とする排出ガス再循環冷却発電器。 In an exhaust gas recirculation (EGR) device that is a means for purifying exhaust gas exhausted by an engine and includes a cooling device,
An exhaust gas recirculation cooling power generator comprising a thermoelectric device that generates power based on a temperature difference at a location where a temperature difference occurs in the cooling device. 前記ＥＧＲ装置は、前記エンジンから排出される前記排気ガスを前記エンジンへの吸気として還流する還流通路と、前記エンジンから排出される排気ガスを冷却する前記冷却装置とを有することを特徴とする請求項１記載の排出ガス再循環冷却発電器。   The EGR device includes a recirculation passage that recirculates the exhaust gas discharged from the engine as intake air to the engine, and the cooling device that cools the exhaust gas discharged from the engine. The exhaust gas recirculation cooling power generator according to Item 1. 前記冷却装置は、前記エンジンから排出される前記排気ガスを通すガス通路と、前記ガス通路の壁面を取り囲み、前記排気ガスの温度よりも低い温度で冷却する冷却路とを備え、前記熱電素子デバイスに含まれる熱電効果を有する材料で構成される熱電素子の一端側に設置された高温側基板は前記ガス通路の壁面と接し、前記熱電素子の他端側に設置された低温側基板が前記冷却路の壁面と接するように設けられていることを特徴とする請求項２記載の排出ガス再循環冷却発電器。   The cooling device includes a gas passage through which the exhaust gas discharged from the engine passes, and a cooling passage that surrounds a wall surface of the gas passage and cools at a temperature lower than the temperature of the exhaust gas, and the thermoelectric device The high-temperature side substrate installed on one end side of the thermoelectric element made of the material having the thermoelectric effect contained in is in contact with the wall surface of the gas passage, and the low-temperature side substrate installed on the other end side of the thermoelectric element is the cooling 3. The exhaust gas recirculation cooling generator according to claim 2, wherein the exhaust gas recirculation cooling generator is provided so as to be in contact with a wall surface of the road. 前記熱電素子デバイスが発電した電力の電力値から、前記熱電素子デバイスに生じる温度差に対する発生電力量の関係情報に基づいて、前記熱電素子デバイスの前記高温側基板と前記低温側基板の間に生じた温度差を算出する制御部を有することを特徴とする請求項３記載の排出ガス再循環冷却発電器。   Generated between the high-temperature side substrate and the low-temperature side substrate of the thermoelectric device based on the relation information of the generated electric energy with respect to the temperature difference generated in the thermoelectric device device from the power value of the electric power generated by the thermoelectric device. The exhaust gas recirculation cooling power generator according to claim 3, further comprising a controller that calculates a temperature difference. 前記熱電素子デバイスは、電流を流すことにより前記高温側基板側が発熱する機能を有すことを特徴とする請求項４記載の排出ガス再循環冷却発電器。   5. The exhaust gas recirculation cooling power generator according to claim 4, wherein the thermoelectric device has a function of generating heat on the high temperature side substrate when an electric current is passed.
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