JP2013110218A - Thermoelectric generator - Google Patents

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Yojiro Iriyama
要次郎 入山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric generator which ensures high heat insulating properties and prevents the deterioration of the generation efficiency of a thermoelectric conversion module while stably holding the thermoelectric conversion module.SOLUTION: In a thermoelectric generator, a plate 41 has a fitting hole 41a in which a thermoelectric conversion module 27 fits. Protrusions 42a, 42b are formed on one surface 41A of the plate 41, which faces an outer peripheral part 23a of an outer pipe 23, and the other surface facing an inner peripheral part 28c of a coolant pipe 28. Thus, the protrusions 42a, 42b allow the plate 41 to make point contact with the outer pipe 23 and the coolant pipe 28 through heat conductive sheets 43, 44.

Description

本発明は、熱電発電装置に関し、特に、内燃機関から排出される排気ガスを利用して熱電発電を行う熱電発電装置に関する。   The present invention relates to a thermoelectric power generator, and more particularly to a thermoelectric power generator that performs thermoelectric power generation using exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

従来、自動車等の車両の内燃機関から排出される排気ガス等には、熱エネルギーが含まれているため、排気ガスをそのまま捨てると熱エネルギーの無駄となる。そこで、排気ガスに含まれる熱エネルギーを熱電発電装置によって回収して電気エネルギーに変換し、例えば、バッテリに充電するようにしている。   Conventionally, since exhaust gas or the like discharged from an internal combustion engine of a vehicle such as an automobile contains thermal energy, if the exhaust gas is discarded as it is, the thermal energy is wasted. Therefore, the thermal energy contained in the exhaust gas is recovered by the thermoelectric generator and converted into electrical energy, and for example, the battery is charged.

従来のこの種の熱電発電装置としては、内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管の外周部に熱電変換モジュールの高温側の一側面を対向させるとともに、熱電変換モジュールの低温側の他側面を冷却水が流通する冷却水管に対向させたものが知られている。   As this type of conventional thermoelectric power generation device, one side surface of the thermoelectric conversion module is opposed to the outer peripheral portion of the exhaust pipe into which exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced, and the low temperature side of the thermoelectric conversion module is arranged. The other side is known to face a cooling water pipe through which cooling water flows.

この熱電変換モジュールは、半導体等の熱電変換素子、電極、高温側となる受熱基板および低温側となる放熱基板等を含んで構成されており、ゼーベック効果を利用して温度の高い排気ガスと温度の低い冷却水とにより、熱電変換モジュールの高温側と低温側との間に温度差を生じさせて発電を行うようになっている。   This thermoelectric conversion module is configured to include a thermoelectric conversion element such as a semiconductor, an electrode, a heat receiving substrate on the high temperature side, a heat radiating substrate on the low temperature side, and the like. Due to the low cooling water, power is generated by generating a temperature difference between the high temperature side and the low temperature side of the thermoelectric conversion module.

この熱電変換モジュールは、保持部材によって保持されることにより、排気ガスの排気方向に沿って配列されている。この保持部材としては、例えば、熱電変換モジュールの全周を取り囲むようにして熱電変換モジュールが嵌合される嵌合孔を有する断熱材が知られている（例えば、特許文献１参照）。   The thermoelectric conversion modules are arranged along the exhaust gas exhaust direction by being held by a holding member. As this holding member, for example, a heat insulating material having a fitting hole into which the thermoelectric conversion module is fitted so as to surround the entire circumference of the thermoelectric conversion module is known (for example, see Patent Document 1).

特許文献１に示す熱電変換素子は、高温側と低温側の温度差が大きい程、発電効率が向上する性質を有している。このため、熱電変換モジュールを断熱材によって保持して熱電変換モジュールを排気管と冷却水管（ウォータジャケット）との間に位置決めすることにより、断熱材を通して熱が移動するのを阻止し、熱電変換モジュールを通して熱の移動を行うことができ、発電効率を向上させることができる。   The thermoelectric conversion element shown in Patent Document 1 has a property that the power generation efficiency is improved as the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side is large. For this reason, the thermoelectric conversion module is held by a heat insulating material, and the thermoelectric conversion module is positioned between the exhaust pipe and the cooling water pipe (water jacket), thereby preventing heat from moving through the heat insulating material. Through this, heat can be transferred and power generation efficiency can be improved.

特開２００７−１６５５６０号公報JP 2007-165560 A

しかしながら、このような従来の熱電発電装置にあっては、断熱材によって熱電変換モジュールを保持するようにしているが、断熱材の材料が明確に示されていない。断熱性を有する材料としては、無機鉱物や粘土系の材料が考えられるが、これらの材料は、耐熱性、および断熱性のバランスがよいものの、脆い性質を有しているため、熱電発電装置に加わる振動等によって断熱材の耐久性が悪化してしまい、熱電変換モジュールを安定して保持することができない。   However, in such a conventional thermoelectric generator, the thermoelectric conversion module is held by a heat insulating material, but the material of the heat insulating material is not clearly shown. As materials having heat insulation properties, inorganic minerals and clay-based materials can be considered, but these materials have a good balance between heat resistance and heat insulation properties, but they have brittle properties. The durability of the heat insulating material deteriorates due to the applied vibration or the like, and the thermoelectric conversion module cannot be stably held.

これに対して、断熱材として金属材料やセラミックス材料を用いれば、剛性が大きくなり、振動等に対して十分に耐えることができる。ところが、これらの材料の断熱材は、熱伝導性が高いため、排気ガスの熱の多くが断熱材を通して冷却水に流れてしまい、熱電変換モジュールの発電効率が悪化してしまう。   On the other hand, if a metal material or a ceramic material is used as the heat insulating material, the rigidity is increased and it can sufficiently withstand vibration and the like. However, since the heat insulating materials of these materials have high thermal conductivity, most of the heat of the exhaust gas flows into the cooling water through the heat insulating material, and the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module deteriorates.

また、断熱材として樹脂材料を用いた場合には、高温の排気ガスに晒される環境下では耐熱性の面で問題があり、排気系には使用困難である。また、セラミック繊維等のマット材を使用した場合には、耐熱性、断熱性を確保できるが、剛性が低いため、熱電変換モジュールを安定して保持することができない。   In addition, when a resin material is used as a heat insulating material, there is a problem in terms of heat resistance in an environment exposed to high-temperature exhaust gas, and it is difficult to use for an exhaust system. Further, when a mat material such as ceramic fiber is used, heat resistance and heat insulation can be ensured, but since the rigidity is low, the thermoelectric conversion module cannot be stably held.

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、熱電変換モジュールを安定して保持しつつ、高い断熱性を確保して熱電変換モジュールの発電効率が低下するのを防止することができる熱電発電装置を提供することを目的とする。   The present invention was made to solve the conventional problems as described above, and while maintaining the thermoelectric conversion module stably, ensuring high heat insulation and reducing the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module. An object of the present invention is to provide a thermoelectric generator that can be prevented.

本発明に係る熱電発電装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管と、前記排気管と同軸上に設けられ、冷却水が流通する冷却水管と、一側面が前記排気管に対向するとともに他側面が前記冷却水管に対向し、前記一側面と前記他側面との温度差に応じて熱電発電を行う複数の熱電変換モジュールと、前記排気管と前記冷却水管との間に介装され、複数の前記熱電変換モジュールを保持する保持部材とを備えた熱電発電装置であって、前記保持部材が、前記熱電変換モジュールが嵌合される嵌合孔を有し、前記排気管に対向する面または前記冷却水管に対向する面の少なくとも一方の面に突起が形成されるものから構成されている。   In order to achieve the above object, the thermoelectric generator according to the present invention is (1) provided with an exhaust pipe into which exhaust gas discharged from an internal combustion engine is introduced, coaxially with the exhaust pipe, and circulating cooling water. A plurality of thermoelectric conversion modules that perform thermoelectric generation according to a temperature difference between the one side surface and the other side surface, the cooling water tube, and one side surface facing the exhaust pipe and the other side surface facing the cooling water pipe; A thermoelectric generator including a holding member that is interposed between an exhaust pipe and the cooling water pipe and holds a plurality of the thermoelectric conversion modules, the holding member being fitted with the thermoelectric conversion module It has a fitting hole, and is configured such that a protrusion is formed on at least one of the surface facing the exhaust pipe or the surface facing the cooling water pipe.

この熱電発電装置は、保持部材が、熱電変換モジュールが嵌合される嵌合孔を有し、排気管に対向する面または冷却水管に対向する少なくとも一方の面に突起が形成されるので、保持部材が突起によって排気管および冷却水管の少なくとも一方に点接触する。   In this thermoelectric generator, the holding member has a fitting hole into which the thermoelectric conversion module is fitted, and the protrusion is formed on at least one surface facing the exhaust pipe or the cooling water pipe. The member makes point contact with at least one of the exhaust pipe and the cooling water pipe by the protrusion.

このため、保持部材と排気管および冷却水管との接触面積を少なくすることができ、保持部材を通して排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われるのを防止して、熱電変換モジュールの発電効率が低下してしまうのを防止することができる。また、保持部材を通して排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われることがないので、保持部材として熱伝導性が高い材料を用いることができ、保持部材の剛性を高くすることができる。   For this reason, the contact area between the holding member and the exhaust pipe and the cooling water pipe can be reduced, and excessive heat transfer between the exhaust gas and the cooling water is prevented through the holding member, and thermoelectric conversion is performed. It can prevent that the power generation efficiency of a module falls. Further, since no extra heat is transferred between the exhaust gas and the cooling water through the holding member, a material having high thermal conductivity can be used as the holding member, and the rigidity of the holding member is increased. Can do.

この結果、熱電発電装置に振動等が加わった場合に保持部材の耐久性が悪化するのを防止することができ、保持部材によって熱電変換モジュールを排気管と冷却水管との間に安定して保持することができる。   As a result, the durability of the holding member can be prevented from deteriorating when vibration or the like is applied to the thermoelectric generator, and the thermoelectric conversion module is stably held between the exhaust pipe and the cooling water pipe by the holding member. can do.

上記（１）に記載の熱電発電装置において、（２）前記保持部材が、金属材料またはセラミックス材料から構成されている。   In the thermoelectric generator described in (1) above, (2) the holding member is made of a metal material or a ceramic material.

この熱電発電装置は、保持部材が、金属材料またはセラミックス材料から構成されるので、保持部材の剛性を高くすることができ、突起による点接触であっても振動等による耐久性が悪化するのを防止することができる。このため、熱電変換モジュールを排気管と冷却水管との間により一層安定して保持することができる。   In this thermoelectric generator, since the holding member is made of a metal material or a ceramic material, the rigidity of the holding member can be increased, and the durability due to vibration or the like is deteriorated even in the point contact by the protrusion. Can be prevented. For this reason, a thermoelectric conversion module can be hold | maintained more stably between an exhaust pipe and a cooling water pipe.

また、剛性が高い材料を用いても保持部材を通して排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われることがないので、熱電変換モジュールの発電効率が低下してしまうのをより一層防止することができる。   Further, even if a material having high rigidity is used, no extra heat is transferred between the exhaust gas and the cooling water through the holding member, so that the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module is further reduced. Can be prevented.

上記（１）または（２）に記載の熱電発電装置において、（３）前記保持部材の嵌合孔は、前記排気管を流れる排気ガスの排気方向に沿って配列され、前記嵌合孔の周縁に前記突起が形成されるものから構成されている。   (1) In the thermoelectric generator according to (1) or (2), (3) the fitting hole of the holding member is arranged along the exhaust direction of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe, and the periphery of the fitting hole The protrusion is formed on the surface.

この熱電発電装置は、保持部材の嵌合孔は、排気管を流れる排気ガスの排気方向に沿って配列され、嵌合孔の周縁に突起が形成されるので、保持部材が排気方向に亘って排気管または冷却水管に点接触する。   In this thermoelectric generator, since the fitting holes of the holding member are arranged along the exhaust direction of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe, and the protrusion is formed at the periphery of the fitting hole, the holding member extends over the exhaust direction. Point contact with exhaust pipe or cooling water pipe.

このため、排気方向に亘って保持部材を通して余分な熱の移動が行われるのを防止して、保持部材によって複数の熱電変換モジュールを安定して保持しつつ熱電変換モジュールの発電効率が低下するのを防止することができる。   For this reason, it is prevented that excess heat is transferred through the holding member in the exhaust direction, and the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module is lowered while stably holding a plurality of thermoelectric conversion modules by the holding member. Can be prevented.

上記（１）〜（３）に記載の熱電発電装置において、（４）前記保持部材および前記熱電変換モジュールと前記排気管との間に高温側熱伝導シートが介装され、前記保持部材および前記熱電変換モジュールと前記冷却水管との間に低温側熱伝導シートが介装されるものから構成されている。   In the thermoelectric generator according to (1) to (3) above, (4) a high temperature side heat conductive sheet is interposed between the holding member and the thermoelectric conversion module and the exhaust pipe, and the holding member and the A low-temperature-side heat conductive sheet is interposed between the thermoelectric conversion module and the cooling water pipe.

この熱電発電装置は、保持部材および熱電変換モジュールと排気管との間に高温側熱伝導シートが介装され、保持部材および熱電変換モジュールと冷却水管との間に低温側熱伝導シートが介装されるので、熱電変換モジュールの一側面と排気管との密着性および熱電変換モジュールの他側面と冷却水管との密着性が向上して熱の伝達効率を向上させることができる。   In this thermoelectric generator, a high temperature side heat conductive sheet is interposed between the holding member and the thermoelectric conversion module and the exhaust pipe, and a low temperature side heat conductive sheet is interposed between the holding member and the thermoelectric conversion module and the cooling water pipe. Therefore, the adhesiveness between the one side surface of the thermoelectric conversion module and the exhaust pipe and the adhesiveness between the other side surface of the thermoelectric conversion module and the cooling water pipe can be improved, and the heat transfer efficiency can be improved.

そして、突起が高温側熱伝導シートおよび低温側熱伝導シートを介して排気管および冷却水管の少なくとも一方に点接触するので、保持部材を通して排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われることがなく、熱電変換モジュールの発電効率が低下してしまうのを防止することができる。   Since the protrusions make point contact with at least one of the exhaust pipe and the cooling water pipe through the high temperature side heat conduction sheet and the low temperature side heat conduction sheet, excess heat is transferred between the exhaust gas and the cooling water through the holding member. It is not performed, and it can prevent that the power generation efficiency of a thermoelectric conversion module will fall.

これに加えて、保持部材を通して排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われることがないので、保持部材として熱伝導性が高い材料を用いることができ、保持部材の剛性を高くすることができる。   In addition, since no extra heat is transferred between the exhaust gas and the cooling water through the holding member, a material having high thermal conductivity can be used as the holding member, and the rigidity of the holding member can be increased. Can be high.

この結果、熱電発電装置に振動等が加わった場合に保持部材の耐久性が悪化するのを防止することができ、保持部材によって熱電変換モジュールを排気管と冷却水管との間に安定して保持することができる。   As a result, the durability of the holding member can be prevented from deteriorating when vibration or the like is applied to the thermoelectric generator, and the thermoelectric conversion module is stably held between the exhaust pipe and the cooling water pipe by the holding member. can do.

本発明によれば、熱電変換モジュールを安定して保持しつつ、高い断熱性を確保して熱電変換モジュールの発電効率が低下するのを防止することができる熱電発電装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a thermoelectric power generator that can stably hold a thermoelectric conversion module and ensure high heat insulation and prevent a decrease in power generation efficiency of the thermoelectric conversion module.

本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、熱電発電装置を備えるエンジンの排気系の概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generator which concerns on this invention, and is a schematic block diagram of the exhaust system of an engine provided with a thermoelectric power generator. 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、熱電発電装置の側面断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on this invention, and is side surface sectional drawing of a thermoelectric power generating apparatus. 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、図２のＡ−Ａ方向矢視断面図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is AA arrow sectional drawing of FIG. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、熱電発電モジュールの斜視図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric power generation apparatus which concerns on this invention, and is a perspective view of a thermoelectric power generation module. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、熱電発電装置の要部側面断面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is principal part side sectional drawing of a thermoelectric generator. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、プレートの上面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is a top view of a plate. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、他の構成を有する熱電発電装置の要部側面断面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is principal part side surface sectional drawing of the thermoelectric generator which has another structure. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、他の構成を有する熱電発電装置の要部側面断面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is principal part side surface sectional drawing of the thermoelectric generator which has another structure. 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、他の構成を有する熱電発電装置の要部側面断面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is principal part side surface sectional drawing of the thermoelectric generator which has another structure.

以下、本発明に係る熱電発電装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、熱電発電装置を、自動車等の車両に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限定されるものではない。
図１〜図９は、本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図である。 Hereinafter, embodiments of a thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the thermoelectric generator is applied to a water-cooled multi-cylinder internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile, for example, a four-cycle gasoline engine (hereinafter simply referred to as an engine) will be described. Yes. The engine is not limited to a gasoline engine.
FIGS. 1-9 is a figure which shows one Embodiment of the thermoelectric power generation apparatus which concerns on this invention.

まず、構成を説明する。
図１に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気を燃焼室に供給して燃焼させた後、この燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。 First, the configuration will be described.
As shown in FIG. 1, an engine 1 as an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is formed by mixing air supplied from an intake system and fuel supplied from a fuel supply system at an appropriate air-fuel ratio. After the air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber and combusted, the exhaust gas generated with this combustion is discharged from the exhaust system to the atmosphere.

排気系は、エンジン１に取り付けられたエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して連結された排気管４とを含んで構成されており、エキゾーストマニホールド２と排気管４とによって排気通路が形成されている。   The exhaust system includes an exhaust manifold 2 attached to the engine 1 and an exhaust pipe 4 connected to the exhaust manifold 2 via a spherical joint 3. The exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4 An exhaust passage is formed.

球面継手３は、エキゾーストマニホールド２と排気管４との適度な揺動を許容するとともに、エンジン１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するように機能する。   The spherical joint 3 allows moderate swinging of the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4 and functions so as not to transmit the vibration and movement of the engine 1 to the exhaust pipe 4 or to attenuate and transmit them.

排気管４上には、２つの触媒５、６が直列に設置されており、この触媒５、６により排気ガスが浄化されるようになっている。   Two catalysts 5 and 6 are installed in series on the exhaust pipe 4, and the exhaust gas is purified by the catalysts 5 and 6.

この触媒５、６のうち、排気管４において排気ガスの排気方向の上流側に設置される触媒５は、所謂、スタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるものであり、排気管４において排気ガスの排気方向の下流側に設置される触媒６は、所謂、メインキャタリスタ（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスタ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるものである。   Among the catalysts 5 and 6, the catalyst 5 installed upstream in the exhaust gas exhaust direction in the exhaust pipe 4 is a so-called start catalyst (S / C). The catalyst 6 installed downstream in the exhaust direction is a so-called main catalyst (M / C) or underfloor catalyst (U / F).

これらの触媒５、６は、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。   These catalysts 5 and 6 are constituted by, for example, a three-way catalyst. This three-way catalyst exhibits a purifying action in which carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx) are collectively changed to harmless components by a chemical reaction.

エンジン１の内部には、ウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットにはロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷却液（以下、単に冷却水と言う）が充填されている。   A water jacket is formed inside the engine 1, and the water jacket is filled with a coolant called long life coolant (LLC) (hereinafter simply referred to as coolant).

この冷却水は、エンジン１に取付けられた導出管８から導出された後、ラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水の還流管９を経てエンジン１に戻されるようになっている。   The cooling water is led out from the outlet pipe 8 attached to the engine 1 and then supplied to the radiator 7, and is returned from the radiator 7 to the engine 1 through the cooling water reflux pipe 9.

ラジエータ７は、ウォータポンプ１０によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。   The radiator 7 cools the cooling water circulated by the water pump 10 by heat exchange with the outside air.

また、還流管９にはバイパス管１２が連結されており、このバイパス管１２と還流管９との間にはサーモスタット１１が介装され、このサーモスタット１１によって、ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス管１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。   A bypass pipe 12 is connected to the reflux pipe 9, and a thermostat 11 is interposed between the bypass pipe 12 and the reflux pipe 9, and the amount of cooling water flowing through the radiator 7 and the bypass are bypassed by the thermostat 11. The amount of cooling water flowing through the pipe 12 is adjusted.

例えば、エンジン１の暖機運転時においてはバイパス管１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。   For example, during the warm-up operation of the engine 1, the amount of cooling water on the bypass pipe 12 side is increased to promote warm-up.

バイパス管１２にはヒータ配管１３が連結されており、このヒータ配管１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。   A heater pipe 13 is connected to the bypass pipe 12, and a heater core 14 is provided in the middle of the heater pipe 13. The heater core 14 is a heat source for heating the passenger compartment using the heat of the cooling water.

このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室内に導入されるようになっている。なお、ヒータコア１４とブロアファン１５とによりヒータユニット１６が構成されている。   The air heated by the heater core 14 is introduced into the vehicle interior by the blower fan 15. A heater unit 16 is configured by the heater core 14 and the blower fan 15.

また、ヒータ配管１３には後述する熱電発電装置１７に冷却水を供給する上流側配管１８ａが設けられており、熱電発電装置１７と還流管９との間には熱電発電装置１７から還流管９に冷却水を排出する下流側配管１８ｂが設けられている。   The heater pipe 13 is provided with an upstream pipe 18 a for supplying cooling water to a thermoelectric generator 17 described later, and between the thermoelectric generator 17 and the reflux pipe 9, the thermoelectric generator 17 to the reflux pipe 9 are provided. A downstream pipe 18b for discharging the cooling water is provided.

このため、熱電発電装置１７において排熱回収動作（この排熱回収動作の詳細については後述する）が行われている場合には、下流側配管１８ｂを流れる冷却水は、上流側配管１８ａを流れる冷却水の温度よりも高くなる。   For this reason, when the exhaust heat recovery operation (details of this exhaust heat recovery operation will be described later) is performed in the thermoelectric generator 17, the cooling water flowing through the downstream pipe 18b flows through the upstream pipe 18a. It becomes higher than the temperature of the cooling water.

一方、エンジン１の排気系には、熱電発電装置１７が設けられており、この熱電発電装置１７は、エンジン１から排出される排気ガスの熱を回収し、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。   On the other hand, the exhaust system of the engine 1 is provided with a thermoelectric power generation device 17 that recovers the heat of the exhaust gas discharged from the engine 1 and converts the heat energy of the exhaust gas into electrical energy. It is supposed to convert.

図２、図３に示すように、熱電発電装置１７は、エンジン１から排出された排気ガスＧが導入される内管２１と、内管２１の外方に設けられ、内管２１との間で受熱通路２２を形成する排気管としての外管２３とを備えている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the thermoelectric generator 17 is provided between the inner pipe 21 into which the exhaust gas G exhausted from the engine 1 is introduced and the inner pipe 21. And an outer pipe 23 as an exhaust pipe forming the heat receiving passage 22.

内管２１の上流端は、排気管４に連結されており、内管２１の内部には排気管４から排気ガスＧが導入される排気通路２５が形成されている。内管２１は、支持部材２４を介して外管２３に固定されており、外管２３の下流端は、テールパイプ１９に連結されている。   An upstream end of the inner pipe 21 is connected to the exhaust pipe 4, and an exhaust passage 25 into which the exhaust gas G is introduced from the exhaust pipe 4 is formed inside the inner pipe 21. The inner tube 21 is fixed to the outer tube 23 via a support member 24, and the downstream end of the outer tube 23 is connected to the tail pipe 19.

このため、エンジン１から排気管４を通して内管２１の排気通路２５に排出された排気ガスＧは、排気通路２５を通してテールパイプ１９に排出された後、テールパイプ１９から外気に排出される。
また、熱電発電装置１７は、熱電変換モジュール２７と、外管２３と同軸上に設けられた冷却部材としての筒状の冷却水管２８とを備えている。 Therefore, the exhaust gas G discharged from the engine 1 through the exhaust pipe 4 to the exhaust passage 25 of the inner pipe 21 is discharged to the tail pipe 19 through the exhaust passage 25 and then discharged from the tail pipe 19 to the outside air.
Further, the thermoelectric generator 17 includes a thermoelectric conversion module 27 and a cylindrical cooling water pipe 28 as a cooling member provided coaxially with the outer pipe 23.

図４に示すように、熱電変換モジュール２７は、高温側の受熱部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板２９と、低温側の放熱部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板３０との間に、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生するＮ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が電極３３ａ、３３ｂを介して交互に直列に接続されている。また、隣接する熱電変換モジュール２７は、配線３５を介して電気的に連結されている。   As shown in FIG. 4, the thermoelectric conversion module 27 includes an insulating ceramic heat receiving substrate 29 constituting a high temperature side heat receiving portion and an insulating ceramic heat radiating substrate 30 constituting a low temperature side heat receiving portion. A plurality of N-type thermoelectric conversion elements 31 and P-type thermoelectric conversion elements 32 that generate thermoelectromotive force according to a temperature difference by the Seebeck effect are installed, and the N-type thermoelectric conversion elements 31 and the P-type thermoelectric conversion elements 32 are electrodes. They are alternately connected in series via 33a and 33b. Adjacent thermoelectric conversion modules 27 are electrically connected via wiring 35.

この熱電変換モジュール２７は、ステンレス等の金属材料またはアルミナ等のセラミックス材料からなる保持部材としてのプレート４１に保持されており、このプレート４１によって外管２３と冷却水管２８との間に介装されている。   The thermoelectric conversion module 27 is held by a plate 41 as a holding member made of a metal material such as stainless steel or a ceramic material such as alumina, and is interposed between the outer pipe 23 and the cooling water pipe 28 by the plate 41. ing.

図５、図６に示すように、プレート４１には嵌合孔４１ａが形成されており、この嵌合孔４１ａは、排気ガスＧの排気方向に沿って一定の間隔で配列されている。
熱電変換モジュール２７は、全周が嵌合孔４１ａに取り囲まれるようにして嵌合孔４１ａに嵌合されるようになっており、プレート４１に保持されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, fitting holes 41 a are formed in the plate 41, and the fitting holes 41 a are arranged at regular intervals along the exhaust gas G exhaust direction.
The thermoelectric conversion module 27 is fitted into the fitting hole 41 a so that the entire circumference is surrounded by the fitting hole 41 a, and is held by the plate 41.

また、嵌合孔４１ａの周縁には突起４２ａ、４２ｂが形成されている。突起４２ａは、外管２３の外周部２３ａに対向するプレート４１の一方の面４１Ａに設けられており、プレート４１の一方の面４１Ａから外管２３に向かって突出している。   Protrusions 42a and 42b are formed on the periphery of the fitting hole 41a. The protrusion 42 a is provided on one surface 41 A of the plate 41 facing the outer peripheral portion 23 a of the outer tube 23, and protrudes from the one surface 41 A of the plate 41 toward the outer tube 23.

また、突起４２ｂは、冷却水管２８の内周部２８ｃに対向するプレート４１の他方の面４１Ｂに設けられており、プレート４１の他方の面４１Ｂから冷却水管２８に向かって突出している。   The protrusion 42 b is provided on the other surface 41 B of the plate 41 facing the inner peripheral portion 28 c of the cooling water pipe 28, and protrudes from the other surface 41 B of the plate 41 toward the cooling water pipe 28.

また、プレート４１および熱電変換モジュール２７と外管２３の外周部２３ａとの間には高温側熱伝導シートとしての熱伝導シート４３が介装されており、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９および突起４２ａは、熱伝導シート４３を介して外管２３の外周部２３ａに接触している。   Further, a heat conductive sheet 43 as a high temperature side heat conductive sheet is interposed between the plate 41 and the thermoelectric conversion module 27 and the outer peripheral portion 23 a of the outer tube 23, and the heat receiving substrate 29 and protrusions of the thermoelectric conversion module 27 are disposed. 42 a is in contact with the outer peripheral portion 23 a of the outer tube 23 via the heat conductive sheet 43.

また、プレート４１および熱電変換モジュール２７と冷却水管２８の内周部２８ｃとの間には低温側熱伝導シートとしての熱伝導シート４４が介装されており、熱電変換モジュール２７の放熱基板３０および突起４２ｂは、熱伝導シート４４を介して冷却水管２８の内周部２８ｃに接触している。   Further, a heat conductive sheet 44 as a low temperature side heat conductive sheet is interposed between the plate 41 and the thermoelectric conversion module 27 and the inner peripheral portion 28 c of the cooling water pipe 28, and the heat dissipation substrate 30 of the thermoelectric conversion module 27 and The protrusion 42 b is in contact with the inner peripheral portion 28 c of the cooling water pipe 28 via the heat conductive sheet 44.

これら熱伝導シート４３、４４は、例えば、繊維状金属を主材料とする弾性シートから構成されており、外管２３と熱電変換モジュール２７との密着性および冷却水管２８と熱電変換モジュール２７との密着性を高める機能を有している。なお、図２では、受熱基板２９および放熱基板３０を省略して熱電変換モジュール２７を簡略化している。   These heat conductive sheets 43 and 44 are made of, for example, an elastic sheet mainly composed of a fibrous metal, and the adhesion between the outer tube 23 and the thermoelectric conversion module 27 and the cooling water tube 28 and the thermoelectric conversion module 27. Has a function to improve adhesion. In FIG. 2, the thermoelectric conversion module 27 is simplified by omitting the heat receiving substrate 29 and the heat dissipation substrate 30.

この熱電変換モジュール２７は、受熱基板２９と放熱基板３０との温度差に応じて熱電発電を行うことにより、ケーブル３５を介してバッテリに電力を供給するようになっている。   The thermoelectric conversion module 27 supplies electric power to the battery via the cable 35 by performing thermoelectric power generation according to the temperature difference between the heat receiving substrate 29 and the heat dissipation substrate 30.

なお、熱電変換モジュール２７は、略正方形のプレート形状をしており、外管２３および冷却水管２８の間に密着させる必要があるため、外管２３および冷却水管２８は、図３に示すように、多角形に形成されている。   Since the thermoelectric conversion module 27 has a substantially square plate shape and needs to be in close contact between the outer pipe 23 and the cooling water pipe 28, the outer pipe 23 and the cooling water pipe 28 are as shown in FIG. It is formed into a polygon.

また、外管２３および冷却水管２８は、円形であってもよい。この場合には、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９および放熱基板３０等を湾曲させるようにすればよい。   Further, the outer tube 23 and the cooling water tube 28 may be circular. In this case, the heat receiving substrate 29 and the heat radiating substrate 30 of the thermoelectric conversion module 27 may be curved.

冷却水管２８は、上流側配管１８ａに連結される冷却水導入部２８ａおよび下流側配管１８ｂに連結される冷却水排出部２８ｂを備えている。   The cooling water pipe 28 includes a cooling water introduction part 28a connected to the upstream pipe 18a and a cooling water discharge part 28b connected to the downstream pipe 18b.

この冷却水管２８は、冷却水導入部２８ａから冷却水管２８に導入された冷却水が排気ガスＧの排気方向と同方向に流れるように、冷却水導入部２８ａに対して冷却水排出部２８ｂが排気方向下流側に設けられている。このため、冷却水は、受熱通路２２に流れる排気ガスＧの流れと同方向に流れる。   The cooling water pipe 28 has a cooling water discharge part 28b with respect to the cooling water introduction part 28a so that the cooling water introduced into the cooling water pipe 28 from the cooling water introduction part 28a flows in the same direction as the exhaust direction of the exhaust gas G. It is provided downstream in the exhaust direction. For this reason, the cooling water flows in the same direction as the flow of the exhaust gas G flowing in the heat receiving passage 22.

図２に示すように、内管２１には複数の連通孔３６が形成されており、この連通孔３６は、内管２１の内部と受熱通路２２とを連通している。この連通孔３６は、内管２１の円周方向に等間隔に形成されているとともに、内管２１内を流れる排気ガスＧの排気方向、すなわち、内管２１の延在方向に沿って配列されている。なお、連通孔３６は、等間隔に形成されるものに限定されない。   As shown in FIG. 2, a plurality of communication holes 36 are formed in the inner tube 21, and the communication holes 36 communicate the inside of the inner tube 21 and the heat receiving passage 22. The communication holes 36 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the inner tube 21 and are arranged along the exhaust direction of the exhaust gas G flowing through the inner tube 21, that is, the extending direction of the inner tube 21. ing. The communication holes 36 are not limited to those formed at regular intervals.

また、支持部材２４には支持部材２４の円周方向に亘って等間隔に連通孔２４ａが形成されており、受熱通路２２は、連通孔２４ａを通してテールパイプ１９に連通している。なお、連通孔２４ａは、等間隔に形成されるものに限定されない。   The support member 24 has communication holes 24a formed at equal intervals in the circumferential direction of the support member 24. The heat receiving passage 22 communicates with the tail pipe 19 through the communication holes 24a. The communication holes 24a are not limited to those formed at regular intervals.

また、内管２１には開閉弁２６が設けられており、この開閉弁２６は、内管２１の下流端に設けられ、内管２１を開閉するように外管２３に回動自在に取付けられている。この開閉弁２６は、排気通路２５を流れる排気ガスＧの圧力の大きさに応じて自動的に開閉するものである。   The inner pipe 21 is provided with an on-off valve 26. The on-off valve 26 is provided at the downstream end of the inner pipe 21, and is rotatably attached to the outer pipe 23 so as to open and close the inner pipe 21. ing. The on-off valve 26 automatically opens and closes according to the pressure level of the exhaust gas G flowing through the exhaust passage 25.

すなわち、開閉弁２６は、排気ガスＧの圧力が低いエンジン１のアイドリング時や低負荷走行時には、図２に実線で示すように、内管２１を閉塞することにより、内管２１に導入された排気ガスＧを受熱通路２２に導入する。   That is, the on-off valve 26 is introduced into the inner pipe 21 by closing the inner pipe 21 as shown by the solid line in FIG. 2 during idling or low load running of the engine 1 where the pressure of the exhaust gas G is low. Exhaust gas G is introduced into the heat receiving passage 22.

また、開閉弁２６は、排気ガスＧの圧力が高いエンジン１の高負荷走行時には、図２に破線で示すように、内管２１を解放する。このため、熱電発電装置１７は、排気ガスＧの背圧が高くなるのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。   Further, the on-off valve 26 releases the inner pipe 21 as shown by a broken line in FIG. For this reason, the thermoelectric generator 17 can prevent the exhaust gas G from increasing in back pressure and prevent the exhaust performance from deteriorating.

次に、作用を説明する。
エンジン１の冷間始動時には、触媒５、６、エンジン１の冷却水の全てが低温（外気温程度）になっている。 Next, the operation will be described.
When the engine 1 is cold started, the catalysts 5 and 6 and the cooling water of the engine 1 are all at a low temperature (about the outside temperature).

この状態からエンジン１が始動されると、エンジン１の始動に伴いエンジン１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に、例えば３００〜４００℃の排気ガスＧが排出されることになり、２つの触媒５、６が排気ガスＧにより昇温されることになる。
また、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス管１２を経てエンジン１に戻されることによって暖機運転が行われることになる。 When the engine 1 is started from this state, an exhaust gas G of, for example, 300 to 400 ° C. is discharged from the engine 1 to the exhaust pipe 4 through the exhaust manifold 2 as the engine 1 starts. 5 and 6 are heated by the exhaust gas G.
Further, the cooling water is returned to the engine 1 through the bypass pipe 12 without passing through the radiator 7, so that the warm-up operation is performed.

エンジン１の冷間始動時には、例えば、エンジン１のアイドリングが行われて排気ガスＧの圧力が低いため、開閉弁２６が閉じた状態となる。このため、排気管４から内管２１の排気通路２５に導入された排気ガスＧが受熱通路２２に導入され、受熱通路２２を通過する排気ガスＧによって冷却水管２８を流通する冷却水Ｗが昇温され、エンジン１の暖機が促される。   When the engine 1 is cold started, for example, the idling of the engine 1 is performed and the pressure of the exhaust gas G is low, so that the on-off valve 26 is closed. Therefore, the exhaust gas G introduced from the exhaust pipe 4 into the exhaust passage 25 of the inner pipe 21 is introduced into the heat receiving passage 22, and the cooling water W flowing through the cooling water pipe 28 is increased by the exhaust gas G passing through the heat receiving passage 22. Warm-up of the engine 1 is promoted.

また、エンジン１の暖機後のエンジン１が低負荷走行時には、排気ガスＧの温度が高温となっても排気ガスＧの圧力が低いため、開閉弁２６が閉じた状態となる。このため、排気管４から内管２１の排気通路２５に導入された排気ガスＧが受熱通路２２に導入される。このときには、熱電変換モジュール２７によって排気ガスＧの熱エネルギーを圧力エネルギーに効率よく変換される。   Further, when the engine 1 after warming up the engine 1 is traveling at a low load, the on-off valve 26 is closed because the pressure of the exhaust gas G is low even if the temperature of the exhaust gas G becomes high. For this reason, the exhaust gas G introduced from the exhaust pipe 4 into the exhaust passage 25 of the inner pipe 21 is introduced into the heat receiving passage 22. At this time, the thermal energy of the exhaust gas G is efficiently converted into pressure energy by the thermoelectric conversion module 27.

また、エンジン１の高負荷走行時にはエンジン１の冷却性能を高める必要がある。エンジン１の高負荷走行時には、例えば、エンジン１が高回転となって排気ガスＧの圧力が高くなるため、内管２１に導入された排気ガスＧの圧力が高くなり、開閉弁２６が解放される。   Further, it is necessary to improve the cooling performance of the engine 1 when the engine 1 is traveling at a high load. When the engine 1 travels at a high load, for example, the pressure of the exhaust gas G increases because the engine 1 rotates at a high speed, so the pressure of the exhaust gas G introduced into the inner pipe 21 increases, and the on-off valve 26 is released. The

開閉弁２６が解放されると、排気通路２５とテールパイプ１９が連通し、排気ガスＧは、受熱通路２２を流れることがなく、排気通路２５からテールパイプ１９に直接、排出される。このため、高温の排気ガスＧによって冷却水管２８を流通する冷却水Ｗが昇温されることがない。   When the on-off valve 26 is released, the exhaust passage 25 and the tail pipe 19 communicate with each other, and the exhaust gas G is discharged directly from the exhaust passage 25 to the tail pipe 19 without flowing through the heat receiving passage 22. For this reason, the temperature of the cooling water W flowing through the cooling water pipe 28 is not increased by the high-temperature exhaust gas G.

このとき、サーモスタット１１によってバイパス管１２と還流管９との連通が遮断されるので、エンジン１から導出管８を介して導出された冷却水がラジエータ７を介して還流管９に導出される。   At this time, since the thermostat 11 blocks communication between the bypass pipe 12 and the reflux pipe 9, the cooling water led out from the engine 1 through the lead-out pipe 8 is led out to the reflux pipe 9 through the radiator 7.

このため、エンジン１に低温の冷却水が供給され、エンジン１の冷却性能を高めることができる。   For this reason, low-temperature cooling water is supplied to the engine 1, and the cooling performance of the engine 1 can be enhanced.

また、エンジン１の高負荷走行時には開閉弁２６が解放されるので、排気通路２５を流れる排気ガスＧの背圧が高くなることがなく、排気ガスＧの排気性能が低下するのを防止することができる。   Further, since the on-off valve 26 is released when the engine 1 is traveling at a high load, the back pressure of the exhaust gas G flowing through the exhaust passage 25 is not increased, and the exhaust performance of the exhaust gas G is prevented from deteriorating. Can do.

次いで、暖機終了後のエンジン１の低負荷走行時の熱電発電装置１７の作用を説明する。
排気ガスＧの圧力が小さいと、開閉弁２６によって内管２１が閉塞され、排気通路２５とテールパイプ１９との連通が遮断される。 Next, the operation of the thermoelectric generator 17 during low-load running of the engine 1 after the warm-up will be described.
When the pressure of the exhaust gas G is small, the inner pipe 21 is closed by the on-off valve 26 and the communication between the exhaust passage 25 and the tail pipe 19 is blocked.

本実施の形態の熱電発電装置１７は、プレート４１が、熱電変換モジュール２７が嵌合される嵌合孔４１ａを有し、外管２３の外周部２３ａに対向する一方の面４１Ａおよび冷却水管２８の内周部２８ｃに対向する他方の面に突起４２ａ、４２ｂが形成されるので、プレート４１の突起４２ａ、４２ｂが熱伝導シート４３、４４を介して外管２３および冷却水管２８に点接触される。   In the thermoelectric generator 17 of the present embodiment, the plate 41 has a fitting hole 41a into which the thermoelectric conversion module 27 is fitted, and one surface 41A facing the outer peripheral portion 23a of the outer tube 23 and the cooling water tube 28. Since the projections 42a and 42b are formed on the other surface facing the inner peripheral portion 28c of the plate, the projections 42a and 42b of the plate 41 are brought into point contact with the outer tube 23 and the cooling water tube 28 via the heat conductive sheets 43 and 44. The

このため、プレート４１と外管２３および冷却水管２８との接触面積を少なくすることができ、プレート４１を通して排気ガスＧと冷却水Ｗとの間で余分な熱の移動が行われるのを防止することができる。このため、熱電変換モジュール２７に熱を集中させることができ、熱電変換モジュール２７の発電効率が低下してしまうのを防止することができる。   For this reason, the contact area between the plate 41 and the outer pipe 23 and the cooling water pipe 28 can be reduced, and the movement of excess heat between the exhaust gas G and the cooling water W through the plate 41 is prevented. be able to. For this reason, heat can be concentrated in the thermoelectric conversion module 27, and it can prevent that the electric power generation efficiency of the thermoelectric conversion module 27 falls.

また、プレート４１を通して排気ガスＧと冷却水Ｗとの間で余分な熱の移動が行われることがないので、プレート４１として熱伝導性が高い金属材料やセラミック材料等を用いることができ、プレート４１の剛性を高くすることができる。   Further, since no excess heat is transferred between the exhaust gas G and the cooling water W through the plate 41, a metal material or a ceramic material having high thermal conductivity can be used as the plate 41. The rigidity of 41 can be increased.

この結果、熱電発電装置１７に振動等が加わった場合にプレート４１の耐久性が悪化するのを防止することができ、プレート４１によって熱電変換モジュール２７を外管２３と冷却水管２８との間に安定して保持することができる。   As a result, it is possible to prevent the durability of the plate 41 from deteriorating when vibration or the like is applied to the thermoelectric generator 17. The plate 41 allows the thermoelectric conversion module 27 to be interposed between the outer tube 23 and the cooling water tube 28. It can be held stably.

また、プレート４１の材料を金属材料またはセラミックス材料等から構成することができるため、プレート４１の剛性を高くすることができ、突起４２ａ、４２ｂによる点接触であっても振動等による耐久性が悪化するのを防止することができる。このため、熱電変換モジュール２７を外管２３と冷却水管２８との間により一層安定して保持することができる。   In addition, since the material of the plate 41 can be made of a metal material or a ceramic material, the rigidity of the plate 41 can be increased, and the durability due to vibration or the like is deteriorated even when the point contact is caused by the protrusions 42a and 42b. Can be prevented. For this reason, the thermoelectric conversion module 27 can be held more stably between the outer tube 23 and the cooling water tube 28.

また、剛性が高い材料を用いてもプレート４１を通して排気ガスＧと冷却水Ｗとの間で余分な熱の移動が行われることがないので、熱電変換モジュール２７の発電効率が低下してしまうのをより一層防止することができる。   Further, even if a material having high rigidity is used, no extra heat is transferred between the exhaust gas G and the cooling water W through the plate 41, so that the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module 27 is reduced. Can be further prevented.

また、本実施の形態のプレート４１は、嵌合孔４１ａが受熱通路２２を流れる排気ガスの排気方向に沿って配列され、嵌合孔４１ａの周縁に突起４２ａ、４２ｂが形成されるので、プレート４１の排気方向に亘って外管２３の外周部２３ａおよび冷却水管２８の内周部２８ｃに突起４２ａ、４２ｂを介してプレート４１を点接触させることができる。   Further, the plate 41 according to the present embodiment has the fitting holes 41a arranged along the exhaust direction of the exhaust gas flowing through the heat receiving passage 22, and the protrusions 42a and 42b are formed on the periphery of the fitting hole 41a. The plate 41 can be brought into point contact with the outer peripheral portion 23 a of the outer pipe 23 and the inner peripheral portion 28 c of the cooling water pipe 28 through the protrusions 42 a and 42 b over the exhaust direction of 41.

このため、排気方向に亘ってプレート４１を通して余分な熱の移動が行われるのを防止して、プレート４１によって複数の熱電変換モジュール２７を安定して保持しつつ熱電変換モジュール２７の発電効率が低下するのを防止することができる。   For this reason, it is prevented that excess heat is transferred through the plate 41 in the exhaust direction, and the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module 27 is reduced while the plurality of thermoelectric conversion modules 27 are stably held by the plate 41. Can be prevented.

また、本実施の形態では、プレート４１および熱電変換モジュール２７と外管２３の外周部２３ａの間およびプレート４１および熱電変換モジュール２７と冷却水管２８の内周部２８ｃとの間に熱伝導シート４３、４４を介装し、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９と外管２３との密着性および熱電変換モジュール２７の放熱基板３０と冷却水管２８との密着性を向上させて熱の伝達効率を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, the heat conductive sheet 43 is provided between the plate 41 and the thermoelectric conversion module 27 and the outer peripheral portion 23 a of the outer pipe 23 and between the plate 41 and the thermoelectric conversion module 27 and the inner peripheral portion 28 c of the cooling water pipe 28. , 44 is provided to improve the heat transfer efficiency by improving the adhesion between the heat receiving substrate 29 and the outer tube 23 of the thermoelectric conversion module 27 and the heat radiation substrate 30 of the thermoelectric conversion module 27 and the cooling water tube 28. Can be made.

なお、本実施の形態では、プレート４１の一方の面４１Ａおよび他方の面４１Ｂに突起４２ａ、４２ｂを形成しているが、両方に形成しなくてもよい。プレート４１の一方の面４１Ａおよび他方の面４１Ｂに突起が形成されていればよい。この場合には、高温の排気ガスにＧに晒されるプレート４１の一方の面４１ａに突起が形成されることが好ましい。   In the present embodiment, the protrusions 42a and 42b are formed on the one surface 41A and the other surface 41B of the plate 41, but may not be formed on both. The protrusions only need to be formed on the one surface 41A and the other surface 41B of the plate 41. In this case, it is preferable that a protrusion is formed on one surface 41a of the plate 41 exposed to G to high-temperature exhaust gas.

図７〜図９は、他の構成を有する熱電発電装置を示す図であり、本実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
図７に示す熱電発電装置５１は、突起に代えてプレート４１の嵌合孔４１ａの周縁に絶縁性のアルミナマット５２ａ、５２ｂを設けている。 7-9 is a figure which shows the thermoelectric generator which has another structure, The same number is attached | subjected to the structure same as this Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
The thermoelectric generator 51 shown in FIG. 7 is provided with insulating alumina mats 52a and 52b on the periphery of the fitting hole 41a of the plate 41 in place of the protrusions.

このようにすれば、アルミナマット５２ａ、５２ｂを介してプレート５１と外管２３および冷却水管２８とを接触させることができるので、プレート４１の剛性を高くしつつ、プレート５１に断熱性を付与することができる。   In this way, the plate 51, the outer tube 23, and the cooling water tube 28 can be brought into contact with each other via the alumina mats 52a and 52b, so that the plate 51 is provided with heat insulation while increasing the rigidity of the plate 41. be able to.

図８に示す熱電発電装置６１は、突起に代えて、プレート４１の他方の面４１Ｂのプレート４１の嵌合孔４１ａの周縁に絶縁性のゴム板６２を設け、ゴム板６２を冷却水管２８の内周部２８ｃに接触させている。   The thermoelectric generator 61 shown in FIG. 8 is provided with an insulating rubber plate 62 around the fitting hole 41a of the plate 41 on the other surface 41B of the plate 41 in place of the protrusion, and the rubber plate 62 is connected to the cooling water pipe 28. It is made to contact the inner peripheral part 28c.

このようにすれば、ゴム板６２を介してプレート５１と外管２３および冷却水管２８とを接触させることができるので、プレート４１の剛性を高くしつつ、プレート５１に断熱性を付与することができる。   In this way, the plate 51, the outer tube 23, and the cooling water tube 28 can be brought into contact with each other via the rubber plate 62. Therefore, it is possible to impart heat insulation to the plate 51 while increasing the rigidity of the plate 41. it can.

図９に示す熱電発電装置７１は、放熱基板３０の端部を延長して延長部３０ａを形成し、この延長部３０ａに開口を形成し、この開口に延長部にコの字形状の枠部材７２の両端を嵌合することにより、枠部材７２を介して隣接する熱電変換モジュール２７を連結したものである。   A thermoelectric generator 71 shown in FIG. 9 extends an end portion of the heat dissipation substrate 30 to form an extension portion 30a, an opening is formed in the extension portion 30a, and a U-shaped frame member is formed in this extension portion. The two thermoelectric conversion modules 27 are connected to each other through the frame member 72 by fitting both ends of 72.

このようにすれば、プレート４１を廃止して熱電変換モジュール２７を排気方向に配列することができる。また、外管２３と枠部材７２との間には距離があり、外管２３と枠部材７２との間の空間が断熱層となるので、枠部材７２として、ＰＰＳや芳香族ＰＡ等の耐熱性の樹脂から構成することができる。このようにすれば、排気ガスと冷却水との間で余分な熱の移動が行われるのを防止して、熱電変換モジュール２７の発電効率が低下してしまうのを防止することができる。   In this way, the plate 41 can be eliminated and the thermoelectric conversion modules 27 can be arranged in the exhaust direction. Further, there is a distance between the outer tube 23 and the frame member 72, and the space between the outer tube 23 and the frame member 72 serves as a heat insulating layer. Therefore, as the frame member 72, heat resistant materials such as PPS and aromatic PA are used. It can be composed of a functional resin. In this way, it is possible to prevent excess heat from being transferred between the exhaust gas and the cooling water, thereby preventing the power generation efficiency of the thermoelectric conversion module 27 from being lowered.

以上のように、本発明に係る熱電発電装置は、熱電変換モジュールを安定して保持しつつ、高い断熱性を確保して熱電変換モジュールの発電効率が低下するのを防止することができるという効果を有し、内燃機関から排出される排気ガスを利用して熱電発電を行う熱電発電装置等として有用である。   As described above, the thermoelectric power generation device according to the present invention is capable of preventing a decrease in power generation efficiency of the thermoelectric conversion module by ensuring high heat insulation while stably holding the thermoelectric conversion module. And is useful as a thermoelectric power generation apparatus that performs thermoelectric power generation using exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

１ エンジン（エンジン）
１７ 熱電発電装置
２３ 外管（排気管）
２７ 熱電変換モジュール
２８ 冷却水管
２８ｃ 内周部
３６ 連通孔
４１ プレート（保持部材）
４１ａ 嵌合孔
４１Ａ 一方の面
４１Ｂ 他方の面
４２ａ、４２ｂ 突起
４３ 熱伝導シート（高温側熱伝導シート）
４４ 熱伝導シート（低温側熱伝導シート） 1 Engine (Engine)
17 Thermoelectric generator 23 Outer pipe (exhaust pipe)
27 Thermoelectric conversion module 28 Cooling water pipe 28c Inner periphery 36 Communication hole 41 Plate (holding member)
41a Fitting hole 41A One side 41B The other side 42a, 42b Protrusion 43 Thermal conductive sheet (high temperature side thermal conductive sheet)
44 Heat conduction sheet (low temperature side heat conduction sheet)

Claims (4)

内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管と、前記排気管と同軸上に設けられ、冷却水が流通する冷却水管と、一側面が前記排気管に対向するとともに他側面が前記冷却水管に対向し、前記一側面と前記他側面との温度差に応じて熱電発電を行う複数の熱電変換モジュールと、前記排気管と前記冷却水管との間に介装され、複数の前記熱電変換モジュールを保持する保持部材とを備えた熱電発電装置であって、
前記保持部材が、前記熱電変換モジュールが嵌合される嵌合孔を有し、前記排気管に対向する面または前記冷却水管に対向する面の少なくとも一方の面に突起が形成されることを特徴とする熱電発電装置。 An exhaust pipe into which exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced, a cooling water pipe provided coaxially with the exhaust pipe and through which cooling water flows, one side facing the exhaust pipe and the other side facing the cooling pipe A plurality of thermoelectric conversion modules facing a water pipe and interposing between a plurality of thermoelectric conversion modules that perform thermoelectric generation according to a temperature difference between the one side surface and the other side surface, and between the exhaust pipe and the cooling water pipe. A thermoelectric generator comprising a holding member for holding a module,
The holding member has a fitting hole into which the thermoelectric conversion module is fitted, and a protrusion is formed on at least one surface of the surface facing the exhaust pipe or the surface facing the cooling water pipe. A thermoelectric generator. 前記保持部材が、金属材料またはセラミックス材料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the holding member is made of a metal material or a ceramic material. 前記保持部材の嵌合孔は、前記排気管を流れる排気ガスの排気方向に沿って配列され、前記嵌合孔の周縁に前記突起が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置。   The fitting hole of the holding member is arranged along the exhaust direction of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe, and the protrusion is formed on the periphery of the fitting hole. The thermoelectric power generator described in 1. 前記保持部材および前記熱電変換モジュールと前記排気管との間に高温側熱伝導シートが介装され、前記保持部材および前記熱電変換モジュールと前記冷却水管との間に低温側熱伝導シートが介装されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   A high temperature side heat conductive sheet is interposed between the holding member and the thermoelectric conversion module and the exhaust pipe, and a low temperature side heat conductive sheet is interposed between the holding member and the thermoelectric conversion module and the cooling water pipe. The thermoelectric power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoelectric generator is provided.
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