JP2015164391A - Thermoelectric power generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generator in which the power generation output density per unit volume can be increased, the weight and size can be reduced, the temperature of a heating face of thermoelectric conversion means can be increased more greatly, the temperature of a cooling face of the thermoelectric conversion means can be reduced more greatly, the cooling face of the thermoelectric conversion means can be sufficiently cooled at even a position distant from cooling water, and the maintenance performance is excellent.SOLUTION: A thermoelectric power generator has a first cylindrical portion 2 as a flow passage for cooling medium, a second cylindrical portion 3 which is disposed at the outside of the first cylindrical portion 2 to be spaced from the first cylindrical portion 2 at a predetermined interval and serves as a flow passage for heating medium, a heat transfer member 4 for connecting the inside area of the first cylindrical portion 2 and the outside area of the second cylindrical portion 3, and thermoelectric conversion means 5 disposed in the heat transfer member 4 in the outside area of the first cylindrical portion 2 and the inside area of the second cylindrical portion 3.

Description

本発明は、内燃機関エンジンの排ガスの熱を回収して電力に変換する熱電発電装置に関する。   The present invention relates to a thermoelectric generator that recovers heat of exhaust gas of an internal combustion engine and converts it into electric power.

自動車などの内燃機関エンジンから排出される排ガスの熱を回収して電力に変換する方法として、排ガスの排出経路などに熱電発電装置を配置することが知られている。
熱電発電装置は、内部に熱電モジュールまたは熱電変換素子（以下、熱電モジュールという）を備えることで、排ガスの熱を加熱源として発電している。
熱電素子とは、加熱源と冷却源とで挟み、温度差を与えるとゼーベック効果により発電する素子であり、熱電モジュールとは、複数の熱電素子を電気的に直列に接続し、機械的に一体化したものである。熱電モジュールにおいて、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される際のエネルギーの流れを見ると、熱エネルギーは加熱源から熱電モジュールの加熱面へと流れ、次に熱電モジュール内を加熱面から冷却面へと流れ、そして冷却面から冷却源へと流れる。このとき、熱電モジュール内部に流れる熱エネルギーの一部が変換され電気エネルギーになる。発生する電気エネルギーの大きさは、熱電変換素子に使用する材料によっても異なるが、熱エネルギーとの関係でみると、熱電モジュールに流れる熱エネルギーが大きい、すなわち、加熱・冷却面間の温度差が大きいほど変換される電気エネルギーが増加するという関係にある。したがって、熱電モジュールの加熱面を高温化する技術、そして、冷却面を低温化する技術が重要となる。 As a method of recovering heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile and converting it into electric power, it is known to arrange a thermoelectric generator in an exhaust gas discharge path or the like.
The thermoelectric power generator includes a thermoelectric module or a thermoelectric conversion element (hereinafter referred to as a thermoelectric module) inside, and generates power using the heat of the exhaust gas as a heating source.
A thermoelectric element is an element that is sandwiched between a heating source and a cooling source and generates a power by the Seebeck effect when a temperature difference is given. A thermoelectric module is a mechanically united device that electrically connects multiple thermoelectric elements in series. It has become. In the thermoelectric module, when looking at the flow of energy when heat energy is converted into electrical energy, the heat energy flows from the heating source to the heating surface of the thermoelectric module, and then in the thermoelectric module from the heating surface to the cooling surface. And then from the cooling surface to the cooling source. At this time, part of the thermal energy flowing inside the thermoelectric module is converted into electrical energy. The magnitude of the generated electrical energy differs depending on the material used for the thermoelectric conversion element, but when viewed in relation to the thermal energy, the thermal energy flowing through the thermoelectric module is large, that is, the temperature difference between the heating and cooling surfaces The larger the value, the greater the electrical energy that is converted. Therefore, a technique for increasing the temperature of the heating surface of the thermoelectric module and a technique for decreasing the temperature of the cooling surface are important.

特許文献１には、内筒と外筒とを備え、内筒の内側の領域を排ガスが、また、放熱フィンが設けられた外筒の外側の領域を空気などの冷却媒体が通過し、熱電モジュールが内筒の外側、かつ、外筒の内側の領域に配置されている熱電発電装置が開示されている。   Patent Document 1 includes an inner cylinder and an outer cylinder. Exhaust gas passes through an area inside the inner cylinder, and a cooling medium such as air passes through an area outside the outer cylinder provided with heat radiating fins. A thermoelectric power generator is disclosed in which a module is arranged in an area outside the inner cylinder and inside the outer cylinder.

特許文献２には、排ガスが導入される内筒（内管）と、内筒の外方に設けられた外筒（外管）とを備え、内筒の内側の領域を排ガスが、また、外筒の外側の領域を冷却水または空気などの冷却媒体が通過し、熱電モジュールが内筒と外筒とで挟み込まれている熱電発電装置が開示されている。   Patent Document 2 includes an inner cylinder (inner pipe) into which exhaust gas is introduced and an outer cylinder (outer pipe) provided on the outer side of the inner cylinder. A thermoelectric generator in which a cooling medium such as cooling water or air passes through a region outside the outer cylinder and a thermoelectric module is sandwiched between the inner cylinder and the outer cylinder is disclosed.

特許文献３には、積層された複数の排ガス流路と複数の冷却水流路との間に熱電モジュールが挟み込まれている熱電発電装置が開示されている。   Patent Document 3 discloses a thermoelectric power generation apparatus in which a thermoelectric module is sandwiched between a plurality of stacked exhaust gas passages and a plurality of cooling water passages.

特許文献４には、排気管の外側に同心状に設置される内部ケーシングと外部ケーシングを備え、内部ケーシングと外部ケーシングの間に冷却水通路を形成し、熱電モジュールが排ガス流路と冷却水流路との間に備えられたフィンに両面を密着して配置されている熱電発電装置が開示されている。   Patent Document 4 includes an inner casing and an outer casing that are installed concentrically outside the exhaust pipe, a cooling water passage is formed between the inner casing and the outer casing, and the thermoelectric module includes an exhaust gas passage and a cooling water passage. A thermoelectric power generator is disclosed in which both sides of a fin provided between the two are disposed in close contact with each other.

特開平１１−１２２９６０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-122960 特開２０１３−９３４６６号公報JP 2013-93466 A ＷＯ０７／０２６４３２号公報WO07 / 026432 特開２０１３−１２６３７０号公報JP 2013-126370 A

熱電発電装置を車両に有効に活用するためには、限られた空間への搭載を達成させるため、熱電発電装置が小型かつ軽量であること、かつ、車両の燃費向上を達成するため、高い発電出力、すなわち高い単位体積当たりの発電出力密度が得られること、が必要である。
熱電モジュールは加熱面と冷却面を有し、加熱面と冷却面との温度差が大きい場合に、発電出力が向上する。
そのため、単位体積当たりの発電出力密度を高めるには、下記の要素が必要である。
第１に熱電モジュールが高密度に配置されること。
第２に熱電モジュールの加熱面に、加熱源である排ガスの熱が高効率に伝達されること。
第３に熱電モジュールの冷却面が、冷却源により効率的に冷却されること。 In order to effectively use the thermoelectric generator in a vehicle, in order to achieve mounting in a limited space, the thermoelectric generator is small and lightweight, and high power generation is required to improve the fuel efficiency of the vehicle. It is necessary to obtain an output, that is, a high power generation density per unit volume.
The thermoelectric module has a heating surface and a cooling surface, and the power generation output is improved when the temperature difference between the heating surface and the cooling surface is large.
Therefore, the following elements are required to increase the power generation output density per unit volume.
First, thermoelectric modules are arranged with high density.
Secondly, the heat of the exhaust gas that is the heating source is transmitted to the heating surface of the thermoelectric module with high efficiency.
Third, the cooling surface of the thermoelectric module is efficiently cooled by the cooling source.

しかし、従来の方法では、下記の（ｉ）〜（ｖｉｉ）の課題がある。
特許文献１の方法では、下記の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉ）の課題がある。
（ｉ）熱電モジュールを配置可能な部位は、外筒部（もしくは／および内筒部）の表面のみである。そのため、熱電モジュールを高密度に配置することには限界がある。
すなわち、熱電発電装置の単位体積当たりの出力密度には限界がある。
（ｉｉ）熱電モジュールが排ガス流路管の外側に配置されている。そのため、熱電モジュールの加熱面（以下、熱電モジュール加熱面という）に伝達される排ガスの熱には限界がある。
すなわち、熱電モジュール加熱面の温度向上には限界がある。
（ｖ）熱電発電装置において、外周に冷却水流路が配置されている。そのため、排ガス流路管などの周囲を囲むだけの冷却水管の外径が必要となる。
すなわち、冷却水管の外径が大きいことから、熱電発電装置が大型となる。
（ｖｉ）前記同様に熱電発電装置において、外周に冷却水流路が配置されているため、排ガス流路管などの周囲を囲むだけの冷却水管の外径が必要となる。
すなわち、冷却水管の外径が大きくなることから、冷却水管の外径の分の重量が増す。
また、冷却水流路を構成する体積の分だけ、熱電発電装置の稼働時には、冷却水流路を通過する冷却水の重量が増加する。 However, the conventional methods have the following problems (i) to (vii).
The method of Patent Document 1 has the following problems (i), (ii), (v), and (vi).
(I) The part where the thermoelectric module can be arranged is only the surface of the outer cylinder part (or / and the inner cylinder part). Therefore, there is a limit to arranging thermoelectric modules at high density.
That is, there is a limit to the power density per unit volume of the thermoelectric generator.
(Ii) The thermoelectric module is disposed outside the exhaust gas flow pipe. Therefore, there is a limit to the heat of exhaust gas transmitted to the heating surface of the thermoelectric module (hereinafter referred to as the thermoelectric module heating surface).
That is, there is a limit to the temperature improvement of the thermoelectric module heating surface.
(V) In the thermoelectric generator, a cooling water flow path is disposed on the outer periphery. Therefore, the outer diameter of the cooling water pipe that only surrounds the periphery of the exhaust gas passage pipe and the like is required.
That is, since the outer diameter of the cooling water pipe is large, the thermoelectric generator becomes large.
(Vi) In the thermoelectric generator as described above, since the cooling water flow path is arranged on the outer periphery, the outer diameter of the cooling water pipe that surrounds the periphery of the exhaust gas flow path pipe and the like is required.
That is, since the outer diameter of the cooling water pipe is increased, the weight corresponding to the outer diameter of the cooling water pipe is increased.
Further, the weight of the cooling water passing through the cooling water flow path is increased by the volume of the cooling water flow path when the thermoelectric generator is in operation.

特許文献２の方法では、上記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｖ）、（ｖｉ）と同様の課題以外に、下記（ｉｖ）の課題がある。
（ｉｖ）熱電モジュールの冷却は、一箇所の冷却水流路管のみから行われている。そのため、下記の課題がある。
熱電モジュールの冷却には限界がある。
すなわち、熱電モジュールと部材との接触面である熱電モジュールの冷却面（以下、熱電モジュール冷却面という）の温度低下には限界がある。
冷却水流路管からの距離が離れた位置（冷却水管の内径側、または冷却水流路の入口から離れた距離の位置（例えば出口付近））においては、熱電モジュール冷却面の温度が低下しにくく、逆に温度が上昇してしまうおそれがある。 The method of Patent Document 2 has the following problem (iv) in addition to the same problems as (i), (ii), (v), and (vi).
(Iv) The thermoelectric module is cooled only from one cooling water flow path pipe. Therefore, there are the following problems.
There is a limit to cooling the thermoelectric module.
That is, there is a limit to the temperature drop of the cooling surface of the thermoelectric module (hereinafter referred to as the thermoelectric module cooling surface), which is the contact surface between the thermoelectric module and the member.
At the position away from the cooling water channel pipe (the inner diameter side of the cooling water pipe or the position away from the inlet of the cooling water channel (for example, near the outlet)), the temperature of the thermoelectric module cooling surface is unlikely to decrease, Conversely, the temperature may increase.

特許文献３の方法では、上記（ｉｉ）、（ｉｖ）、（ｖ）、（ｖｉ）と同様の課題以外に、下記（ｖｉｉ）の課題がある。
（ｖｉｉ）熱電発電装置は複雑な構成である。そのため、熱電モジュールなどのメンテナンスが困難である。 The method of Patent Document 3 has the following problem (vii) in addition to the problems similar to the above (ii), (iv), (v), and (vi).
(Vii) The thermoelectric generator has a complicated configuration. Therefore, maintenance of a thermoelectric module etc. is difficult.

特許文献４の方法では、上記（ｉｉ）、（ｉｖ）〜（ｖｉｉ）と同様の課題以外に、下記（ｉｉｉ）の課題がある。
（ｉｉｉ）熱電モジュールが排ガス流路管の外側に配置され、冷却水流路管と密着している。そのため、排ガス流路管と冷却水流路管との間の領域に熱電モジュールが配置されている。
すなわち、熱電発電装置が三個の管から構成されている。 The method of Patent Document 4 has the following problem (iii) in addition to the same problems as (ii) and (iv) to (vii).
(Iii) The thermoelectric module is disposed outside the exhaust gas flow pipe and is in close contact with the cooling water flow pipe. Therefore, a thermoelectric module is arranged in a region between the exhaust gas flow channel pipe and the cooling water flow path pipe.
That is, the thermoelectric generator is composed of three tubes.

本発明の目的は、単位体積当たりの発電出力密度を向上させることができ、軽量化かつ小型化することができ、熱電モジュール加熱面の温度をより上昇させつつも熱電モジュール冷却面の温度をより低下させることができ、冷却水からの距離が離れた位置においても、熱電モジュールの冷却面が十分冷却され、かつ、メンテナンス性の良い熱電発電装置を提供することにある。   An object of the present invention is to improve the power generation output density per unit volume, reduce the weight and size, and further increase the temperature of the thermoelectric module cooling surface while increasing the temperature of the thermoelectric module heating surface. An object of the present invention is to provide a thermoelectric power generator that can be lowered and that has a sufficiently cooled cooling surface of a thermoelectric module and has good maintainability even at a position away from cooling water.

本発明は、上記課題を解決するため、冷却媒体の流路となる第一の筒部と、該第一の筒部の外側に所定間隔をもって配置され、加熱媒体の流路となる第二の筒部と、前記第一の筒部より内側の領域と前記第二の筒部より外側の領域とを繋ぐ熱伝達部材と、前記第一の筒部より外側、かつ前記第二の筒部より内側の領域の前記熱伝達部材に配置された熱電変換手段とからなることにある。
本発明は、下記の構成を備えることができる。
前記第一の筒部より内側の領域、および前記第二の筒部より外側の領域は冷却媒体が備えられ、かつ、前記第一の筒部と前記第二の筒部に仕切られた領域は排ガスの流路である。前記第一の筒部より内側の領域に配置された冷却媒体は水である。前記第二の筒部より外側の領域に配置された冷却媒体は空気である。前記熱電変換手段にはヒートシンクが配置されている。前記第二の筒部より外側の領域に配置された前記熱伝達部材にはヒートシンクが配置されている。前記第二の筒部は複数の部品からなる。
前記熱電変換手段は熱電変換モジュールまたは熱電変換素子を用いることができる。
熱電変換モジュールまたは熱電変換素子は、一対のｐ型半導体とｎ型半導体と接続部材とを備える熱電変換素子を複数有し、前記接続部材の一端には前記ｐ型半導体が、他端にはｎ型半導体が設けられ、前記複数の熱電変換素子のｐ型半導体とｎ型半導体とが交互に電気的に接続された熱電変換モジュールを用いることができる。前記熱電変換モジュールは前記熱伝達部材に挟まれる位置に設けられ、前記熱電変換モジュールの両側面は前記熱伝達部材とそれぞれ接して構成されている。前記第二の筒部と前記熱伝達部材との間には断熱材料を配置してもよい。前記熱伝達部材には金属部材を用いることができる。前記熱伝達部材には循環自励振動式ヒートパイプを用いることができる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first cylinder part that serves as a flow path for the cooling medium, and a second cylinder that is disposed outside the first cylinder part at a predetermined interval and serves as a flow path for the heating medium. A heat transfer member that connects the tube portion, a region inside the first tube portion and a region outside the second tube portion, the outside from the first tube portion, and from the second tube portion And thermoelectric conversion means disposed on the heat transfer member in the inner region.
The present invention can have the following configuration.
The area inside the first cylinder part and the area outside the second cylinder part are provided with a cooling medium, and the area partitioned by the first cylinder part and the second cylinder part is This is a flow path for exhaust gas. The cooling medium disposed in the region inside the first cylindrical portion is water. The cooling medium disposed in the region outside the second cylindrical portion is air. A heat sink is disposed in the thermoelectric conversion means. A heat sink is disposed on the heat transfer member disposed in a region outside the second cylindrical portion. The second cylindrical portion is composed of a plurality of parts.
The thermoelectric conversion means may be a thermoelectric conversion module or a thermoelectric conversion element.
The thermoelectric conversion module or thermoelectric conversion element includes a plurality of thermoelectric conversion elements including a pair of p-type semiconductors, n-type semiconductors, and connection members, the p-type semiconductors at one end of the connection members, and n at the other end. A thermoelectric conversion module in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor of the plurality of thermoelectric conversion elements are alternately electrically connected can be used. The thermoelectric conversion module is provided at a position sandwiched between the heat transfer members, and both side surfaces of the thermoelectric conversion module are in contact with the heat transfer member. A heat insulating material may be disposed between the second cylindrical portion and the heat transfer member. A metal member can be used for the heat transfer member. A circulating self-excited vibration heat pipe can be used as the heat transfer member.

本発明によれば、加熱媒体の流路となる排ガス流路を横断するように配置された、熱電変換手段を冷却するための熱伝達部材が別途用意され、該熱伝達部材に熱電変換手段が配置されている。そのため、該熱伝達部材に熱電変換手段を配置することができ、また、該熱伝達部材の個数を増やすほど、熱電変換手段をより多く配置することができる。
また、本発明は、熱電変換手段にヒートシンクを配置することで、排ガスの熱を熱電変換手段加熱面に効率よく伝達することができる。前記第二の筒部より外側の領域に配置された前記熱伝達部材にヒートシンクを配置することで、走行風により熱伝達部材をより冷却することができる。第二の筒部と前記熱伝達部材との間に断熱材料を配置することで、外筒部に蓄積された排ガスの熱が熱伝達部材に伝達されることを防止することができる。前記熱伝達部材に循環自励振動式ヒートパイプを用いることにより、熱伝達部材の内部を流れる熱量が増大し、熱電変換手段冷却面の温度をさらに低温にすることができる。 According to the present invention, the heat transfer member for cooling the thermoelectric conversion means, which is arranged so as to cross the exhaust gas flow path serving as the flow path of the heating medium, is separately prepared, and the thermoelectric conversion means is provided on the heat transfer member. Has been placed. Therefore, thermoelectric conversion means can be arranged on the heat transfer member, and more thermoelectric conversion means can be arranged as the number of heat transfer members is increased.
Moreover, this invention can transmit the heat | fever of waste gas to the thermoelectric conversion means heating surface efficiently by arrange | positioning a heat sink in a thermoelectric conversion means. By disposing the heat sink in the heat transfer member disposed in the region outside the second cylindrical portion, the heat transfer member can be further cooled by the traveling wind. By disposing a heat insulating material between the second tube portion and the heat transfer member, it is possible to prevent the heat of the exhaust gas accumulated in the outer tube portion from being transferred to the heat transfer member. By using a circulating self-excited vibration heat pipe as the heat transfer member, the amount of heat flowing inside the heat transfer member is increased, and the temperature of the thermoelectric conversion means cooling surface can be further lowered.

本発明による熱電発電装置の一実施の形態を示す概念斜視図である。1 is a conceptual perspective view showing an embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention. 排ガスの熱の伝達態様を示す図１の部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale of FIG. 1 which shows the heat | fever transfer aspect of waste gas. 冷却水からの距離と冷却フィンの冷却態様の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from cooling water, and the cooling mode of a cooling fin. ハイブリッド冷却を行った場合の冷却水からの距離と冷却フィンの冷却態様の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance from the cooling water at the time of performing hybrid cooling, and the cooling mode of a cooling fin. 本発明の他の実施の形態による熱電発電装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the thermoelectric power generator by other embodiment of this invention. 本発明の別の他の実施の形態による熱電発電装置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the thermoelectric power generator by other embodiment of this invention. 図６の特殊構造熱電変換モジュールの具体的な構造を示すＸ部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion X showing a specific structure of the special structure thermoelectric conversion module of FIG. 6.

以下、本発明の熱電発電装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、熱電発電装置１は、内部に冷却水Ｗが供給される第一の筒部としての内筒部２と、この内筒部２の外側に所定間隔をおいて同心状に配置された第二の筒部としての外筒部３と、前記内筒部２内に一端部を貫通させ、前記外筒部３の外側に他端部を貫通させて放射状に設けられた熱伝達部材としての複数の冷却フィン４と、これら冷却フィン４の両面に設けられた熱電変換手段、例えば熱電変換モジュールまたは熱電変換素子（以下熱電モジュールという）５と、前記外筒部３と冷却フィン４との間に配置された断熱材料６とで構成されている。内筒部２を流れる冷却水Ｗの循環経路は、外筒部３の両端位置から外部に引き出す構造でもよく、あるいは外筒部３の途中から外部に引出してもよい。この冷却水の循環経路は、例えば、図示しないポンプを備えた循環装置により冷却水を供給することができる。前記熱電変換手段とは、熱を用いて発電する手段のことであり、前記熱電変換素子の他、アルカリ金属熱電発電、熱電子発電、熱磁気発電などがある。自動車などの移動体に組み込む場合は限られた空間に積み込む必要があるので、省スペースにしやすい熱電変換素子や熱電変換モジュールが好ましい。 Hereinafter, embodiments of a thermoelectric generator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In FIG. 1, a thermoelectric generator 1 is disposed concentrically at a predetermined interval on the outer side of the inner cylinder part 2 and an inner cylinder part 2 as a first cylinder part to which cooling water W is supplied. The outer cylinder part 3 as the second cylinder part, and a heat transfer member provided radially by passing one end part through the inner cylinder part 2 and the other end part outside the outer cylinder part 3 A plurality of cooling fins 4, thermoelectric conversion means provided on both surfaces of the cooling fins 4, for example, a thermoelectric conversion module or thermoelectric conversion element (hereinafter referred to as a thermoelectric module) 5, the outer cylinder portion 3 and the cooling fins 4 It is comprised with the heat insulating material 6 arrange | positioned between. The circulation path of the cooling water W flowing through the inner cylinder part 2 may be structured to be drawn out from both end positions of the outer cylinder part 3 or may be drawn out from the middle of the outer cylinder part 3. For example, the cooling water circulation path can be supplied by a circulation device including a pump (not shown). The thermoelectric conversion means is means for generating electricity using heat. Examples of the thermoelectric conversion means include alkali metal thermoelectric power generation, thermoelectron power generation, and thermomagnetic power generation in addition to the thermoelectric conversion element. When it is incorporated in a moving body such as an automobile, it is necessary to load it in a limited space. Therefore, a thermoelectric conversion element or a thermoelectric conversion module that can easily save space is preferable.

前記冷却フィン４は約９０度間隔で半径方向に配置された金属製のプレートで、一端部を前記内筒部２内に貫通させて、冷却水Ｗと接触させ、他端部を前記外筒部３を貫通させて、外筒部３の外側に延出させ、外気と直接、接触させている。前記冷却フィン４は、内筒部２壁面を貫通させる部分では、防水構造を採用することで冷却水の流出を阻止することができる。また、前記冷却フィン４は外筒部３壁面を貫通させる部分では、気密性を保つように構成することで排ガスＧの流出を阻止することができる。   The cooling fins 4 are metal plates arranged in the radial direction at intervals of about 90 degrees, and one end portion is penetrated into the inner cylinder portion 2 to contact the cooling water W, and the other end portion is connected to the outer cylinder. The part 3 is penetrated and extended to the outside of the outer cylinder part 3 to be in direct contact with the outside air. The cooling fin 4 can prevent the cooling water from flowing out by adopting a waterproof structure in a portion that penetrates the wall surface of the inner cylindrical portion 2. Moreover, the cooling fin 4 can prevent the exhaust gas G from flowing out by configuring the cooling fin 4 so as to maintain airtightness in a portion that penetrates the wall surface of the outer cylindrical portion 3.

前記熱電変換手段としての熱電モジュール５は、内筒部２より外側、かつ前記外筒部３より内側の領域に配置され、冷却フィン４の両面に密着するようにして装着されている。この熱電変換手段としての熱電モジュール５は、冷却フィン４から冷気が冷却面５ａに伝わるもので、この冷却面５ａと、前記外筒部３内に流れる排ガスＧの熱により熱せられる加熱面５ｂとの温度差によって発電するものである。前記熱電変換手段としての熱電モジュール５の加熱面５ｂには、加熱用のヒートシンク７Ａが設置され、かつ前記外筒部３外側の冷却フィン４の両面には空冷のヒートシンク７Ｂがそれぞれ設置されている。前記外筒部３と冷却フィン４との間には断熱材料６が配置されているので、外筒部３に蓄積された排ガスＧの熱が冷却フィン４に伝達されるのを防止することができる。   The thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means is disposed in a region outside the inner cylinder part 2 and inside the outer cylinder part 3 and is mounted so as to be in close contact with both surfaces of the cooling fin 4. The thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means is such that cold air is transmitted from the cooling fins 4 to the cooling surface 5a. The cooling surface 5a and the heating surface 5b heated by the heat of the exhaust gas G flowing in the outer cylinder portion 3 are provided. The power is generated by the temperature difference. Heating heat sinks 7A are installed on the heating surface 5b of the thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means, and air-cooling heat sinks 7B are installed on both surfaces of the cooling fins 4 outside the outer cylinder portion 3, respectively. . Since the heat insulating material 6 is disposed between the outer cylinder part 3 and the cooling fin 4, it is possible to prevent the heat of the exhaust gas G accumulated in the outer cylinder part 3 from being transmitted to the cooling fin 4. it can.

次に前記実施の形態の作用を説明する。
中央の内筒部２は、冷却水Ｗの流路となり、内筒部２と外筒部３の間が排ガスＧの流路となる。外筒部３の外側は外気に接している。内筒部２と外筒部３の間を繋いでいる冷却フィン４は、一端部が内筒部２内の冷却水Ｗによって冷却され、他端部が外筒部３外側の外気に接触して冷却される。こうして、冷却フィン４に装着された熱電変換手段としての熱電モジュール５には、図２に示すように排ガスＧの熱流が矢印のように加熱用のヒートシンク７Ａから熱電変換手段としての熱電モジュール５の加熱面５ｂに伝わり、冷却面５ａから冷却フィン４に伝達される。一方、冷却フィン４に密着している熱電変換手段としての熱電モジュール５の冷却面５ａでは、一方に冷却水Ｗ、他方に外気という冷却源を持つことになり、効率よく冷却される。この時の熱電モジュール冷却面５ａの温度と冷却水からの距離との関係を表したグラフを示すと、例えば、アイドリング状態では、図３に示すように、ほぼ冷却水Ｗのみが冷却源の役割を果たし、距離が離れることにより温度が上昇する。一方、走行中は、図４に示すように冷却水Ｗと走行風によって冷却フィン４が効率よく冷却されるので冷却水Ｗから離れると、外部の空気によって冷却フィン４が冷却されることから熱電モジュール冷却面５ａの温度は、ほぼ一定の温度となる。このように、走行中は、冷却水Ｗに加えて外気も冷却源として用いることができ、冷却水Ｗと外気とのハイブリッド方式で冷却面５ａを効率的に冷却できる効果が得られる。特に冷却フィン４の外側には、空冷ヒートシンク７Ｂを付加しているので、外気による冷却によって更に効率よく冷却することができる。こうして、熱電変換手段としての熱電モジュール５では、加熱面５ｂと冷却面５ａとの温度差から発電される。 Next, the operation of the embodiment will be described.
The central inner cylinder part 2 serves as a flow path for the cooling water W, and the space between the inner cylinder part 2 and the outer cylinder part 3 serves as a flow path for the exhaust gas G. The outer side of the outer cylinder part 3 is in contact with outside air. One end of the cooling fin 4 connecting the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 is cooled by the cooling water W in the inner cylinder 2, and the other end is in contact with the outside air outside the outer cylinder 3. And cooled. In this way, in the thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means attached to the cooling fin 4, the heat flow of the exhaust gas G from the heat sink 7A for heating as shown by the arrow of the thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means as shown in FIG. It is transmitted to the heating surface 5 b and transmitted from the cooling surface 5 a to the cooling fin 4. On the other hand, the cooling surface 5a of the thermoelectric module 5 serving as the thermoelectric conversion means that is in close contact with the cooling fin 4 has a cooling source of cooling water W on one side and outside air on the other side, and is efficiently cooled. When the graph showing the relationship between the temperature of the thermoelectric module cooling surface 5a and the distance from the cooling water at this time is shown, for example, in the idling state, as shown in FIG. The temperature rises as the distance increases. On the other hand, during traveling, the cooling fins 4 are efficiently cooled by the cooling water W and the traveling wind as shown in FIG. 4, so that if the cooling fins 4 are separated from the cooling water W, the cooling fins 4 are cooled by the external air. The temperature of the module cooling surface 5a is substantially constant. Thus, during traveling, outside air can be used as a cooling source in addition to the cooling water W, and the cooling surface 5a can be efficiently cooled by a hybrid system of the cooling water W and the outside air. In particular, since the air-cooling heat sink 7B is added to the outside of the cooling fins 4, it can be further efficiently cooled by cooling with outside air. Thus, in the thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means, power is generated from the temperature difference between the heating surface 5b and the cooling surface 5a.

また、冷却フィン４に装着された熱電モジュール５は、排ガスＧの流路内に置かれているため、熱電モジュール５を全体的に加熱することができる。そして、熱電モジュール５の加熱面５ｂ側に加熱用のヒートシンク７Ａを設置しているので、排ガスＧの熱を加熱面５ｂに効率よく伝達することができる。さらに、冷却フィン４の両面に熱電モジュール５を設けているので、熱電モジュール５を高密度に設置することができ、発電効率を上げることができる。外筒部３外側の冷却フィン４の両面には空冷のヒートシンク７Ｂがそれぞれ設置されているので、走行風によって冷却フィン４をより冷却することができることから熱電モジュール５の冷却面５ａの温度をより低下させることができる。   Further, since the thermoelectric module 5 mounted on the cooling fin 4 is placed in the flow path of the exhaust gas G, the thermoelectric module 5 can be heated as a whole. And since the heat sink 7A for a heating is installed in the heating surface 5b side of the thermoelectric module 5, the heat | fever of the waste gas G can be efficiently transmitted to the heating surface 5b. Furthermore, since the thermoelectric modules 5 are provided on both surfaces of the cooling fin 4, the thermoelectric modules 5 can be installed at a high density, and the power generation efficiency can be increased. Since air-cooling heat sinks 7B are installed on both surfaces of the cooling fins 4 outside the outer cylindrical portion 3, the cooling fins 4 can be further cooled by running air, so that the temperature of the cooling surface 5a of the thermoelectric module 5 can be further increased. Can be reduced.

また、冷却源となる冷却水Ｗの流路を中心部にまとめた構造にしているので、冷却水流路の体積が最小化され、小型で、かつ稼働時における軽量化を実現できる。さらに、外筒部３を組み立て式に構成することで、熱電モジュール５のメンテナンスを容易に行うことができる。   In addition, since the cooling water flow path serving as a cooling source is integrated in the center, the volume of the cooling water flow path is minimized, and the size and weight can be reduced during operation. Furthermore, maintenance of the thermoelectric module 5 can be easily performed by configuring the outer cylinder portion 3 in an assembly type.

次に図５は、本発明の他の実施の形態であり、図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この場合、熱電発電装置１１は、内部に冷却水Ｗが供給される第１の筒部としての内筒部１２と、この内筒部１２の外側に所定間隔をおいて同心状に配置される第２の筒部としての外筒部１３をそれぞれ楕円あるいは長円形状に形成したものである。そして、内筒部１２内に一端部を貫通させて設けられる冷却フィン１４は内筒部１２と外筒部１３相互間に横並びに一定間隔で、図示例では片側５個づつ、それぞれ平行に並設し、一端部を長円形の壁面をそれぞれ貫通させて外筒部１３の外側に延設させている。これら内筒部１２と外筒部１３相互間の各冷却フィン１４の両側壁部には、冷却面１５ａを接触させて熱電モジュール５がそれぞれ配設されており、熱電モジュール５の加熱面１５ｂには加熱用のヒートシンク１７Ａがそれぞれ配設されている。外筒部１３の外側に延設された冷却フィン１４の他端部両面には、空冷のヒートシンク１７Ｂがそれぞれ設置されている。 Next, FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description of the same parts is omitted.
In this case, the thermoelectric generator 11 is arranged concentrically at a predetermined interval on the outer side of the inner cylinder part 12 and the inner cylinder part 12 as a first cylinder part to which the cooling water W is supplied. The outer cylinder part 13 as a 2nd cylinder part is each formed in the ellipse or the ellipse shape. The cooling fins 14 provided with one end passing through the inner cylinder portion 12 are arranged side by side between the inner cylinder portion 12 and the outer cylinder portion 13 at regular intervals, and in the illustrated example, five cooling fins 14 are arranged in parallel. And one end portion extends through the outer cylindrical portion 13 through each of the oval wall surfaces. The thermoelectric modules 5 are disposed on both side walls of the cooling fins 14 between the inner cylindrical portion 12 and the outer cylindrical portion 13 so that the cooling surfaces 15a are in contact with the heating surface 15b of the thermoelectric module 5. Are provided with heat sinks 17A for heating. Air cooling heat sinks 17 </ b> B are respectively installed on both surfaces of the other end portion of the cooling fin 14 extending outside the outer cylinder portion 13.

この実施の形態によると、中央の楕円あるいは長円形状の内筒部１２は、冷却水Ｗの流路となり、内筒部１２と外筒部１３の間が排ガスＧの流路となる。外筒部１３の外側は外気に接している。内筒部１２と外筒部１３の間を繋いでいる冷却フィン１４は、一端部が内筒部１２内の冷却水Ｗによって冷却され、他端部が外筒部１３外側の外気に接触して冷却される。こうして、冷却フィン１４に装着された熱電変換手段としての熱電モジュール１５は、冷却面１５ａが一方に冷却水Ｗ、他方に外気という冷却源を持つことになり、例えば、アイドリング状態では、ほぼ冷却水Ｗのみが冷却源の役割を果たし、走行中は走行風によって冷却フィン１４が効率よく冷却される。このように、走行中は、冷却水Ｗに加えて外気も冷却源として用いることができ、冷却水Ｗと外気とのハイブリッド方式で冷却面１５ａを効率的に冷却できる効果が得られる。特に冷却フィン１４の外側には、空冷ヒートシンク１７Ｂを付加しているので、外気による冷却によって更に効率よく冷却することができる。   According to this embodiment, the central oval or oval inner cylinder portion 12 at the center serves as a flow path for the cooling water W, and the space between the inner cylinder portion 12 and the outer cylinder portion 13 serves as a flow path for the exhaust gas G. The outer side of the outer cylinder part 13 is in contact with outside air. One end of the cooling fin 14 connecting the inner cylinder portion 12 and the outer cylinder portion 13 is cooled by the cooling water W in the inner cylinder portion 12, and the other end contacts the outside air outside the outer cylinder portion 13. And cooled. Thus, the thermoelectric module 15 as the thermoelectric conversion means attached to the cooling fin 14 has the cooling surface 15a having the cooling water W on one side and the outside air on the other side. Only W serves as a cooling source, and the cooling fins 14 are efficiently cooled by the traveling wind during traveling. Thus, during traveling, outside air can be used as a cooling source in addition to the cooling water W, and the cooling surface 15a can be efficiently cooled by a hybrid system of the cooling water W and outside air. In particular, since the air-cooling heat sink 17B is added to the outside of the cooling fin 14, the cooling can be performed more efficiently by cooling with outside air.

また、冷却フィン１４に装着された熱電変換手段としての熱電モジュール１５は、排ガスＧの流路内に置かれているため、熱電変換手段としての熱電モジュール１５を全体的に加熱することができる。そして、熱電変換手段としての熱電モジュール１５の加熱面１５ｂ側に加熱用のヒートシンク１７Ａを設置しているので、排ガスＧの熱を加熱面１５ｂに効率よく伝達することができる。さらに、冷却フィン１４の両面に熱電変換手段としての熱電モジュール１５を設けているので、熱電変換手段としての熱電モジュール１５を高密度に設置することができ、発電効率を上げることができる。また、外筒部１３外側の冷却フィン１４の両面には空冷のヒートシンク１７Ｂがそれぞれ設置されているので、走行風によって冷却フィン１４をより冷却することができることから熱電変換手段としての熱電モジュール１５の冷却面１５ａの温度をより低下させることができる。   Moreover, since the thermoelectric module 15 as the thermoelectric conversion means attached to the cooling fin 14 is placed in the flow path of the exhaust gas G, the thermoelectric module 15 as the thermoelectric conversion means can be heated as a whole. And since the heat sink 17A for a heating is installed in the heating surface 15b side of the thermoelectric module 15 as a thermoelectric conversion means, the heat | fever of the waste gas G can be efficiently transmitted to the heating surface 15b. Furthermore, since the thermoelectric modules 15 as the thermoelectric conversion means are provided on both surfaces of the cooling fin 14, the thermoelectric modules 15 as the thermoelectric conversion means can be installed at high density, and the power generation efficiency can be increased. In addition, since air-cooling heat sinks 17B are installed on both surfaces of the cooling fins 14 outside the outer cylindrical portion 13, the cooling fins 14 can be further cooled by the traveling wind, so that the thermoelectric module 15 as the thermoelectric conversion means The temperature of the cooling surface 15a can be further lowered.

前記実施の形態によれば、下記の効果を得ることができる。
排ガス流路を横断するように冷却フィン４，１４を設置し、その両面に熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５を配置するため、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５を高密度に設置することができ、熱電発電機の単位体積当たりの出力を高めることができる。また、熱電変換手段として熱電モジュール５、１５が排ガス流路内に置かれているため、熱伝達が困難な排ガスＧにより熱電モジュール全体を加熱することができ、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５加熱面の温度をより高めることができる。さらに、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５を排ガス流路内に置くため、２重管にでき、必然的に小型化できる。またさらに、冷却フィン４，１４の両面に熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５を配置するとともに、その一端部が冷却水Ｗに接し、他端が外気に接しているため、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５冷却面の冷却源として冷却水Ｗと外気を併用することができる。すなわちハイブリッド冷却式となる。ハイブリッド冷却であれば、冷却水からの距離が離れた個所においても、外気により充分冷やされるため、上昇せず、低温に保つことができる。また、ほぼ中央に配する内筒部材２，１２に冷却水Ｗを流動させるため、排ガス流路を中央に配置するタイプに比べ、冷却水Ｗの体積が最小化され、小型にすることができるとともに、稼働時に軽量となる。さらに、外筒部３，１３が組み立て式のため、内部に設置された熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５などのメンテナンスが容易である。熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５加熱面に加熱用のヒートシンク７Ａ，１７Ａを設置しているので、排ガスＧの熱を加熱面５ｂ，１５ｂに効率よく伝達することができる。また、外筒部３，１３外側の冷却フィン４，１４の両面には空冷のヒートシンク７Ｂ，１７Ｂがそれぞれ設置されているので、冷却フィン４，１４を空冷する能力が高まり、熱電モジュール５、１５冷却面の温度をより低下させることができる。また、外筒部３，１３と冷却フィン４，１４の間に断熱材料が挿入されているので、排ガスＧの熱が外筒部３，１３を経由して冷却フィン４，１４に流れ込むことを阻止でき、冷却フィン４，１４の温度を低温に保つことができる。冷却フィン４，１４に扁平形状の循環自励振動式ヒートパイプを使用することにより、フィン内部を流れる熱流が増大し、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５冷却面の温度をより低下させることができ、発電効率を向上することができる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.
The cooling fins 4 and 14 are installed so as to cross the exhaust gas flow path, and the thermoelectric modules 5 and 15 as the thermoelectric conversion means are arranged on both surfaces thereof, so that the thermoelectric modules 5 and 15 as the thermoelectric conversion means are installed at a high density. The output per unit volume of the thermoelectric generator can be increased. Moreover, since the thermoelectric modules 5 and 15 are placed in the exhaust gas flow path as the thermoelectric conversion means, the entire thermoelectric module can be heated by the exhaust gas G that is difficult to transfer heat, and the thermoelectric module 5 as the thermoelectric conversion means, 15 The temperature of the heating surface can be further increased. Furthermore, since the thermoelectric modules 5 and 15 as the thermoelectric conversion means are placed in the exhaust gas flow path, they can be made into a double pipe and inevitably can be downsized. Furthermore, the thermoelectric modules 5 and 15 as thermoelectric conversion means are disposed on both surfaces of the cooling fins 4 and 14, and one end thereof is in contact with the cooling water W and the other end is in contact with the outside air. The cooling water W and outside air can be used together as a cooling source for the cooling surface of the thermoelectric modules 5 and 15. That is, it becomes a hybrid cooling type. If it is hybrid cooling, it can be kept at a low temperature without rising because it is sufficiently cooled by the outside air even at a location away from the cooling water. In addition, since the cooling water W is caused to flow through the inner cylindrical members 2 and 12 disposed substantially at the center, the volume of the cooling water W can be minimized and reduced in size compared to the type in which the exhaust gas flow path is disposed at the center. At the same time, it is lightweight during operation. Furthermore, since the outer cylinder portions 3 and 13 are assembled, maintenance of the thermoelectric modules 5 and 15 serving as thermoelectric conversion means installed inside is easy. Since the heat sinks 7A and 17A for heating are installed on the heating surfaces of the thermoelectric modules 5 and 15 as thermoelectric conversion means, the heat of the exhaust gas G can be efficiently transmitted to the heating surfaces 5b and 15b. In addition, since the air cooling heat sinks 7B and 17B are installed on both surfaces of the cooling fins 4 and 14 outside the outer cylindrical portions 3 and 13, respectively, the ability to air-cool the cooling fins 4 and 14 is enhanced, and the thermoelectric modules 5 and 15 are increased. The temperature of the cooling surface can be further reduced. Further, since a heat insulating material is inserted between the outer cylindrical portions 3 and 13 and the cooling fins 4 and 14, the heat of the exhaust gas G flows into the cooling fins 4 and 14 via the outer cylindrical portions 3 and 13. Therefore, the cooling fins 4 and 14 can be kept at a low temperature. By using flat circulation self-excited vibration heat pipes for the cooling fins 4 and 14, the heat flow flowing inside the fins is increased and the temperature of the thermoelectric modules 5 and 15 as thermoelectric conversion means is further lowered. Power generation efficiency can be improved.

次に図６および図７は、本発明による別の他の実施の形態であり、図５と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この実施の形態では、上記の熱電発電装置１１とは異なり、熱電発電装置２１に通常のπ型熱電モジュールとは異なる特殊構造の熱電モジュールを備え付けたものである。
この場合、熱電発電装置２１は、図５の実施形態と同様に、内部に冷却水Ｗが供給される第１の筒部としての内筒部１２と、この内筒部１２の外側に所定間隔をおいて同心状に配置される第２の筒部としての外筒部１３をそれぞれ楕円あるいは長円形状に形成したものである。そして、内筒部１２内に一端部を貫通させて設けられる冷却フィン１４は内筒部１２と外筒部１３相互間に横並びに一定間隔で、図示例では片側５個づつ、それぞれ平行に並設し、一端部を長円形の壁面をそれぞれ貫通させて外筒部１３の外側に延設させている。 Next, FIG. 6 and FIG. 7 show another embodiment according to the present invention. The same parts as those in FIG.
In this embodiment, unlike the thermoelectric generator 11 described above, the thermoelectric generator 21 is provided with a thermoelectric module having a special structure different from a normal π-type thermoelectric module.
In this case, similarly to the embodiment of FIG. 5, the thermoelectric generator 21 has an inner cylinder part 12 as a first cylinder part to which the cooling water W is supplied and a predetermined interval outside the inner cylinder part 12. The outer cylinder part 13 as the second cylinder part arranged concentrically with respect to each other is formed in an oval shape or an oval shape. The cooling fins 14 provided with one end passing through the inner cylinder portion 12 are arranged side by side between the inner cylinder portion 12 and the outer cylinder portion 13 at regular intervals, and in the illustrated example, five cooling fins 14 are arranged in parallel. And one end portion extends through the outer cylindrical portion 13 through each of the oval wall surfaces.

熱電発電装置２１の内筒部１２と外筒部１３相互間の各冷却フィン１４の両側壁部の間には、熱電変換手段としての特殊構造熱電変換モジュール２５がそれぞれ配設されている。
熱電変換手段としての特殊構造熱電変換モジュール２５は、一般的なπ型熱電モジュールの両面に取り付けられた絶縁基板および電極の片面を取り除いたものを２枚作成して向い合せ、それぞれの対面に位置する熱電素子を金属製の接合部材で接続して２枚を一体化し、新たに１枚の熱電変換モジュールとして構成したものである。 A special structure thermoelectric conversion module 25 serving as thermoelectric conversion means is disposed between both side wall portions of the cooling fins 14 between the inner cylinder portion 12 and the outer cylinder portion 13 of the thermoelectric generator 21.
The special structure thermoelectric conversion module 25 as the thermoelectric conversion means is prepared by making two sheets obtained by removing one side of an insulating substrate and an electrode attached to both sides of a general π-type thermoelectric module, and facing each other. The thermoelectric elements to be connected are connected by a metal joining member, and the two are integrated to form a new thermoelectric conversion module.

この特殊構造熱電変換モジュール２５の具体的な構造を図７の拡大図で説明する。
熱電素子としては、ｐ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ａと、ｎ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ｂを、金属製接合部材を用いた接続部材２７で接続して構成している。この熱電素子の左右の熱電変換素子２６Ａと、熱電変換素子２６Ｂが交互になるように平行に配置して、合隣り合う熱電変換素子２６Ａと熱電変換素子２６Ｂを電極２８でそれぞれ電気的に直列接続になるように接続している。これら電極２８の外側に絶縁基板２９を配置して絶縁基板２９相互で熱電素子を挟持して特殊構造熱電変換モジュール２５を構成し、この特殊構造熱電変換モジュール２５を、密着材３０を介して熱伝達部材としての冷却フィン１４相互間に密着させている。 A specific structure of the special structure thermoelectric conversion module 25 will be described with reference to an enlarged view of FIG.
As the thermoelectric element, a thermoelectric conversion element 26A using a p-type semiconductor and a thermoelectric conversion element 26B using an n-type semiconductor are connected by a connecting member 27 using a metal bonding member. The left and right thermoelectric conversion elements 26A and thermoelectric conversion elements 26B of this thermoelectric element are arranged in parallel so that they are alternately arranged, and the adjacent thermoelectric conversion elements 26A and 26B are electrically connected in series at the electrodes 28, respectively. Connected to become. An insulating substrate 29 is disposed outside these electrodes 28, and a thermoelectric element is sandwiched between the insulating substrates 29 to form a special structure thermoelectric conversion module 25. The special structure thermoelectric conversion module 25 is heated via an adhesive 30. The cooling fins 14 serving as transmission members are in close contact with each other.

この特殊構造熱電変換モジュール２５が排ガス流路内の冷却フィン１４相互間に配置されて熱電発電装置２１を構成している。ｐ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ａと、ｎ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ｂを説明すると、ｐ型半導体およびｎ型半導体と接続部材２７が接している面が高温面となり発電することができ、金属製接合部材を用いた接続部材２７が加熱用のヒートシンクの役割を担うことができる。そのため、ｐ型半導体およびｎ型半導体との間にヒートシンクや密着材、絶縁基板を介在させる必要がない。結果的に高温面側の温度を高くでき、温度差がより大きくなるため、単位面積、質量あたりの発電量を増加できる。接続部材２７は電気伝導性を有する必要があるため、金属部材であることが好ましい。また、接続部材２７をヒートシンクとして使用する場合は比熱が低いほうが好ましい。よって金属部材のなかでも銅もしくは銅を含む合金、又はアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金であることがより好ましい。   The special structure thermoelectric conversion module 25 is disposed between the cooling fins 14 in the exhaust gas flow path to constitute the thermoelectric power generation device 21. Describing the thermoelectric conversion element 26A using a p-type semiconductor and the thermoelectric conversion element 26B using an n-type semiconductor, the surface where the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are in contact with the connecting member 27 becomes a high-temperature surface and may generate electricity. In addition, the connection member 27 using a metal joining member can serve as a heat sink for heating. Therefore, it is not necessary to interpose a heat sink, an adhesive material, or an insulating substrate between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. As a result, the temperature on the high temperature surface side can be increased and the temperature difference becomes larger, so that the power generation amount per unit area and mass can be increased. Since the connection member 27 needs to have electrical conductivity, it is preferably a metal member. Further, when the connection member 27 is used as a heat sink, it is preferable that the specific heat is low. Therefore, it is more preferable that the metal member is copper or an alloy containing copper, or aluminum or an alloy containing aluminum.

熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂごとの発電量を増加できるので、一定の総発電量が必要な場合の熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂの数を減らすことができる。そのため、熱電変換モジュール２５をコンパクトにすることができ、熱電変換モジュール２５の外側壁を構成する外筒部１３の半径を小さくできるため、外筒部１３の表面と外気との接触面積を減らすことができる。結果的に外筒部１３の表面から外気へと逃げる熱量を減らすことができ、排ガスＧの温度を維持できる。熱電変換モジュール２５は、熱伝達部材に挟まれる位置に設けられ、熱電変換モジュール２５の両側面は熱伝達部材とそれぞれ接している。   Since the power generation amount for each of the thermoelectric conversion elements 26A and 26B can be increased, the number of thermoelectric conversion elements 26A and 26B when a certain total power generation amount is required can be reduced. Therefore, since the thermoelectric conversion module 25 can be made compact and the radius of the outer cylinder part 13 which comprises the outer side wall of the thermoelectric conversion module 25 can be made small, the contact area of the surface of the outer cylinder part 13 and external air is reduced. Can do. As a result, the amount of heat that escapes from the surface of the outer cylinder portion 13 to the outside air can be reduced, and the temperature of the exhaust gas G can be maintained. The thermoelectric conversion module 25 is provided at a position between the heat transfer members, and both side surfaces of the thermoelectric conversion module 25 are in contact with the heat transfer members.

両端部に位置する冷却フィン１４の外側には、通常の熱電モジュール１５を配置してもよく、この熱電モジュール１５の加熱面１５ｂには加熱用のヒートシンク１７Ａがそれぞれ配設されている。また、外筒部１３の外側に延設された冷却フィン１４の他端部両面には、空冷のヒートシンク１７Ｂがそれぞれ設置されている。   A normal thermoelectric module 15 may be disposed outside the cooling fins 14 located at both ends, and a heat sink 17A for heating is disposed on the heating surface 15b of the thermoelectric module 15, respectively. Air cooling heat sinks 17 </ b> B are installed on both surfaces of the other end portion of the cooling fin 14 extending outside the outer cylinder portion 13.

上記実施の形態の使用状況として、この特殊構造の特殊構造熱電モジュール２５の内部を排ガスＧが通過する。このとき、金属製接合部材を用いた接続部材２７がフィンの役割を果たし、伝熱を促進する。特殊構造熱電モジュール２５内のｐ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ａと、ｎ型半導体を用いた熱電変換素子２６Ｂは、金属製接合部材を用いた接続部材２７と接触している面が高温面、電極２８と接している面が低温面となり、この温度差により発電する。   As a usage situation of the above embodiment, the exhaust gas G passes through the inside of the special structure thermoelectric module 25 having this special structure. At this time, the connection member 27 using a metal joining member plays the role of a fin and promotes heat transfer. In the thermoelectric conversion element 26A using a p-type semiconductor and the thermoelectric conversion element 26B using an n-type semiconductor in the special structure thermoelectric module 25, the surface in contact with the connection member 27 using a metal bonding member is a high-temperature surface. The surface in contact with the electrode 28 becomes a low temperature surface, and power is generated by this temperature difference.

特殊構造熱電モジュール２５の内部における金属製接合部材を用いた接続部材２７がヒートシンクの役割を果たして伝熱を促進するため加熱用のヒートシンクを省くことができ、冷却フィン１４の間隔を狭めることができる。したがって、熱電発電装置２１全体が小型になり、熱電モジュール２５の設置密度が高まり熱電発電装置２１の単位体積・質量あたりの発電量が増大する。また、排ガスＧによる高熱源の熱は金属製接合部材を用いた接続部材２７から直接熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂに到達し、通常のπ型熱電モジュールのようにヒートシンク、密着材、絶縁基板を経ることがないため、温度の低下幅が小さく、熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂの高温側の温度が高まり、熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂの両端における温度差が大きくなって発電量が増大する。   Since the connection member 27 using the metal joining member inside the special structure thermoelectric module 25 serves as a heat sink to promote heat transfer, the heat sink for heating can be omitted, and the interval between the cooling fins 14 can be reduced. . Therefore, the entire thermoelectric generator 21 is downsized, the installation density of the thermoelectric modules 25 is increased, and the power generation amount per unit volume / mass of the thermoelectric generator 21 is increased. Further, the heat of the high heat source due to the exhaust gas G reaches the thermoelectric conversion elements 26A and 26B directly from the connection member 27 using a metal joining member, and passes through the heat sink, the adhesive material, and the insulating substrate like a normal π-type thermoelectric module. Therefore, the temperature drop is small, the temperature on the high temperature side of the thermoelectric conversion elements 26A, 26B is increased, the temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion elements 26A, 26B is increased, and the amount of power generation is increased.

熱伝達部材としての冷却フィン１４によって熱電モジュール２５を挟み込むため、熱電モジュール２５に配置された熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂの低温面を効率良く冷やすことができ、発電効率を向上できる。また前記実施の形態と同様に、冷却フィン１４の外側には、空冷ヒートシンク１７Ｂを付加しているので、外気による冷却によって更に効率よく冷却することができる。
さらに、熱伝達部材で挟み込むことによって熱電モジュール２５が固定されるため、熱電モジュール２５のがたつきを抑えることができ、走行時の振動などによって熱電変換素子２６Ａ，２６Ｂが破損してしまう可能性を抑えることができる。 Since the thermoelectric module 25 is sandwiched between the cooling fins 14 serving as heat transfer members, the low-temperature surfaces of the thermoelectric conversion elements 26A and 26B disposed in the thermoelectric module 25 can be efficiently cooled, and the power generation efficiency can be improved. Similarly to the above-described embodiment, since the air-cooling heat sink 17B is added to the outside of the cooling fin 14, it can be further efficiently cooled by cooling with outside air.
Further, since the thermoelectric module 25 is fixed by being sandwiched between the heat transfer members, rattling of the thermoelectric module 25 can be suppressed, and the thermoelectric conversion elements 26A and 26B may be damaged due to vibration during traveling. Can be suppressed.

なお、本発明は前記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、図１の実施の形態では、冷却フィン４は約９０度間隔で半径方向に四か所に配置したが、６０度間隔で６か所に設けてもよく４５°間隔で８か所に設けてもよい。等、必要に応じて冷却フィン４の数は増減することができる。また、図１では内筒部２および外筒部３は同心円状に配置しているが、図３のように楕円形あるいは長円形状に形成したものを用いることもできる。さらに、図１および図３では、冷却フィン４，１４としては四角形の板状のプレートを用いたが多角形あるいは三角形のものでもよく、また、熱電変換手段としての熱電モジュール５、１５の大きさあるいは形状も必要に応じて変形したものを用いることができる。さらに、冷却フィン４，１４として循環自励振動式ヒートパイプを用いることもできる。また、図６の他の実施の形態における金属製接合部材を用いた接続部材２７は、直線形状の金属製接合部材を用いたが、直線に限る必要はなく、円弧状にしてもよい。金属製接合部材の形状を円弧状にした場合、外筒部および内筒部は円弧状となるのが好ましい。等、その他、本発明の技術的思想を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the cooling fins 4 are arranged at four locations in the radial direction at intervals of about 90 degrees. It may be provided at 6 places at intervals, or at 8 places at 45 ° intervals. For example, the number of cooling fins 4 can be increased or decreased as necessary. In FIG. 1, the inner cylinder part 2 and the outer cylinder part 3 are arranged concentrically, but an elliptical or oval shape as shown in FIG. 3 can also be used. Further, in FIGS. 1 and 3, rectangular plate-like plates are used as the cooling fins 4 and 14, but they may be polygonal or triangular, and the size of the thermoelectric modules 5 and 15 as thermoelectric conversion means. Or what changed the shape if needed can be used. Furthermore, a circulating self-excited vibration heat pipe can be used as the cooling fins 4 and 14. In addition, the connecting member 27 using the metal joining member in the other embodiment of FIG. 6 uses a linear metal joining member, but is not limited to a straight line, and may be an arc. When the shape of the metal joining member is an arc, the outer cylinder and the inner cylinder are preferably arcs. In addition, it goes without saying that the present invention can be appropriately modified and implemented within a range not changing the technical idea of the present invention.

１，１１，２１ 熱電発電装置
２，１２ 内筒部
３，１３ 外筒部
４，１４ 冷却フィン
５，１５ 熱電モジュール（または熱電変換素子）
６ 断熱材料
７Ａ，１７Ａ 加熱用のヒートシンク
７Ｂ，１７Ｂ 空冷用のヒートシンク
２５ 特殊構造熱電モジュール
２６Ａ，２６Ｂ 熱電変換素子
２７ 接続部材
２８ 電極
Ｗ 冷却水
Ｇ 排ガス
1,11,21 Thermoelectric generator 2,12 Inner tube
3,13 Outer tube
4,14 Cooling fin
5,15 Thermoelectric module (or thermoelectric conversion element)
6 Insulating material 7A, 17A Heat sink for heating
7B, 17B Heat sink for air cooling
25 Special Structure Thermoelectric Module 26A, 26B Thermoelectric Conversion Element 27 Connecting Member 28 Electrode W Cooling Water G Exhaust Gas

Claims (13)

冷却媒体の流路となる第一の筒部と、
該第一の筒部の外側に所定間隔をもって配置され、加熱媒体の流路となる第二の筒部と、
前記第一の筒部より内側の領域と前記第二の筒部より外側の領域とを繋ぐ熱伝達部材と、
前記第一の筒部より外側、かつ前記第二の筒部より内側の領域の前記熱伝達部材に配置された熱電変換手段とからなることを特徴とする熱電発電装置。 A first cylindrical portion serving as a cooling medium flow path;
A second cylinder part disposed at a predetermined interval outside the first cylinder part and serving as a flow path for the heating medium;
A heat transfer member that connects an area inside the first cylinder part and an area outside the second cylinder part;
A thermoelectric power generation device comprising thermoelectric conversion means disposed on the heat transfer member in a region outside the first tube portion and inside the second tube portion. 前記第一の筒部より内側の領域、および前記第二の筒部より外側の領域は冷却媒体が備えられ、かつ、前記第一の筒部と前記第二の筒部に仕切られた領域は排ガスの流路であることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。   The area inside the first cylinder part and the area outside the second cylinder part are provided with a cooling medium, and the area partitioned by the first cylinder part and the second cylinder part is The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the thermoelectric generator is an exhaust gas flow path. 前記第一の筒部より内側の領域に配置された冷却媒体は水であることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   3. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the cooling medium disposed in a region inside the first cylindrical portion is water. 4. 前記第二の筒部より外側の領域に配置された冷却媒体は空気であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling medium disposed in a region outside the second cylindrical portion is air. 前記熱電変換手段にはヒートシンクが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a heat sink is disposed in the thermoelectric conversion means. 前記第二の筒部より外側の領域に配置された前記熱伝達部材にはヒートシンクが配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   6. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein a heat sink is disposed in the heat transfer member disposed in a region outside the second cylindrical portion. 前記第二の筒部は複数の部品からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the second cylindrical portion is composed of a plurality of parts. 前記第二の筒部と前記熱伝達部材との間には断熱材料が配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat insulating material is disposed between the second cylindrical portion and the heat transfer member. 前記熱電変換手段は熱電変換モジュールまたは熱電変換素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the thermoelectric conversion means is a thermoelectric conversion module or a thermoelectric conversion element. 前記熱電変換モジュールまたは熱電変換素子は、一対のｐ型半導体とｎ型半導体と接続部材とを備える熱電変換素子を複数有し、前記接続部材の一端には前記ｐ型半導体が、他端にはｎ型半導体が設けられ、前記複数の熱電変換素子のｐ型半導体とｎ型半導体とが交互に電気的に接続された熱電変換モジュールであることを特徴とする請求項９に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric conversion module or thermoelectric conversion element includes a plurality of thermoelectric conversion elements each including a pair of p-type semiconductors, n-type semiconductors, and connection members, the p-type semiconductors at one end of the connection members, and the other end The thermoelectric generator according to claim 9, wherein the thermoelectric generator is provided with an n-type semiconductor, wherein a p-type semiconductor and an n-type semiconductor of the plurality of thermoelectric conversion elements are alternately electrically connected. . 前記熱電変換モジュールは前記熱伝達部材に挟まれる位置に設けられ、前記熱電変換モジュールの両側面は前記熱伝達部材とそれぞれ接していることを特徴とする請求項１０に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 10, wherein the thermoelectric conversion module is provided at a position sandwiched between the heat transfer members, and both side surfaces of the thermoelectric conversion module are in contact with the heat transfer members, respectively. 前記熱伝達部材は金属部材であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the heat transfer member is a metal member. 前記熱伝達部材は循環自励振動式ヒートパイプであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 11, wherein the heat transfer member is a circulating self-excited vibration heat pipe.
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