JPH02303381A

JPH02303381A - Cogeneration facility

Info

Publication number: JPH02303381A
Application number: JP1124003A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ikeuchi; 正毅池内; Tsuneo Yumikura; 弓倉　恒雄; Kazunari Nakao; 一成中尾; Eiichi Ozaki; 永一尾崎; Takeshi Doi; 全土井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1990-12-17

Abstract

PURPOSE:To produce a large electrical output by arranging a thermoelectric module directly in discharge gas and heating the heating face thereof with the discharge gas. CONSTITUTION:An engine 13 operating with fuel being fed from a fuel feed system 17 provides the output through a shaft 14 to a generator 15 in order to produce power and discharges gas after combustion. The discharge gas is led to a thermoelectric generating section 20 where the heating face of a thermoelectric module 2 fixed on the outer wall face 3a of a flat cooling pipe 3 is heated to a high temperature, then the discharge gas is discharged through a smokestack 12. Cooling water is flowing through the flat cooling pipe 3 and cools the cooling face (outer wall face 3a side of the flat cooling pipe 3) of the thermoelectric module 2. Consequently, current is produced according to the temperature difference between the opposite faces of the thermoelectric module 2 and a large electrical output can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、熱電素子と排熱とを利用して発電を行うコ
ージェネレーシ曹ン装置に関するものである。〔従来の技術〕第５図は、例えば応用物理学会第１２回熱電変換研究会
（１９８６年１２月２２日於科学技術館）の資料に示さ
れた熱電発電をコージエネレーシ璽ンに採用した従来の
コージェネレーション装置の一例を示す構成図であり、
図において、１は熱電発電部、２はＮ型半導体とＰ型半
導体とを一組として構成される熱電モジュール、３はこ
の熱電モジュール２の冷却面２ａに接合している偏平冷
却管で、この偏平冷却管３中には冷却効果を向上させる
ためのフィン４が設けられ、偏平冷却管３中を冷却媒体
である冷却水が流れて、熱電モジュール２の一方側であ
る冷却面２ａを冷却している。５は熱電発電部１の下部に設けられた蒸発部６からの水
蒸気が流通する熱通路となる水蒸気通路で、熱電モジュ
ール２の加熱面２ｂＫ接合している。７は熱電素子以外に無駄な熱を鋺さないための断熱材で
、偏平冷却管３と水蒸気通路５との間を断熱している。８は熱電モジュール２０表面で凝縮・液化し蒸発部６へ
流れていく凝縮水である。そして、上記熱電モジュール２、フィン４を有する偏平
冷却管３、水蒸気通路５および断熱材７によって熱電発
電部１を構成し、ケーブル９を介して熱電発電部１より
電力を取り出している。１０は排ガスの通る排ガス管で
、この排ガス管１０の外部に熱水貯溜部１１が形成され
て蒸発部６が構成されている。１２は蒸発部６の一方に
接続された煙突、１３は蒸発部６の他方に接続された例
えばガスエンジンなどのエンジンで、このエンジン１３
は軸１４を、介して発電機１５とカップリングしており
、ケーブル１６を通して電力を取り出す。なお、エンジン１３には燃料供給系１７と、冷却水系１
８とが接続されている。　　次に動作について説明する。・燃料供給系１７から燃料
を供給され、運転中にあるエンジン１３は、その出力を
軸１４を通して発電機１５に伝え発電するとともに、燃
焼後の排ガスを放出する。この排ガスは、熱電発電装置
の蒸発部６に設けられた排ガス管１０を通って煙突１２
から放出される。このとき、排ガス管１０の外周部に存在している熱水が
加熱されて水蒸気を発生し、この水蒸気が熱電発電部１
の水蒸気通路５に導びかれ、熱電モジュール２の加熱面
に接触する。このため、水蒸気は熱電モジュール２上で
凝縮し、凝縮水８となって再び排ガス管１０の外周部に
戻る。熱電モジュール２は加熱面が水蒸気により加熱さ
れるが、冷却面は偏平冷却管３内を流れる冷却水により
冷却されるため、この温度差により直列接続された複数
の熱電モジュール２０両端に電圧が生じる。これら熱電モジュール２を複数個直列に電気的に接続す
ることにより電力を取り出すことができる。〔発明が解決しようとする課題〕従来ノコージエネレーシ冒ン装置は以上のように構成さ
れ、エンジンよりの排ガスを蒸発部により熱交換して水
蒸気な熱電発電部に導いて熱電モジシールの加熱面を間
接的に加熱しているので、熱電モジュールの加熱面であ
る高温側温度が低くなってしまうという問題点があった
。この発明は、上記のような問題点を解消するためＫなさ
れたもので、熱電モジュールの加熱面をより高い温度で
加熱するようにして、大きい電気出力を得ることのでき
るコージエネレーシ璽ン装置を得ることを目的とする。〔課題を解決するための手段〕コノ発明ニ係るフージエネレーシ嘗ン装装置は熱電モジ
ュールを直接排ガス中に設置し、加熱面を排ガスで加熱
するようＫしたものである。〔作　用〕この発明におけるコージエネレーシ１ノ装置は、熱電モ
ジュールを排ガス中に設置したことにより、装置構成が
簡単になるとともに、熱電モジュールの高温部と、冷却
面である低温度との温度差を太き（して大きな電力を得
るようにする。〔実施例〕以下、この発明の一実施例を図につい【説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図で、第１図におい
て第５図と同一または均等な構成部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。第１図において、２０は熱電
発電部で、この熱電発電部２Ｇは内部に冷却水の流れる
偏平冷却管３およびこの偏平冷却管３の外壁面３ａに接
合してＮ型半導体とＰ型半導体とから構成される熱電モ
ジ、−ル２が設置され、この熱電モジニール２の外周に
熱通路５が形成されている。また、熱電発電部２０は一
方がエンジン１３の排ガス放出部１３ａに、他方が煙突
１２に接続されている。第２図は、偏平冷却管３の壁面
３ａ上におかれた熱電モジシール２の詳細を示す斜視図
であり、偏平冷却管３の壁面３ａのうち熱電モジュール
２と接触していない部分は、排ガスと冷却水との間で熱
交換を行わないように断熱材７で断熱されているが、第
２図は断熱材を取り除いて示している。次に動作について説明する。燃料供給系１７かも燃料を
供給され運転中にあるエンジン１３は、その出力を軸１
４を通して発電機１５に伝え発電するとともに、燃焼後
の排ガスを放出する。この排ガスは、熱電発電部２０に
導かれ、ここで偏平冷却管３の外壁面３ａ上に取り付け
られた熱電モジュール２の加熱面２ｂを加熱し高温とし
たあと煙突１２から放出される。また、偏平冷却管３内
には冷却水が流れており、この冷却水により熱電モジュ
ール２の冷却面２ａ（偏平冷却管３の外壁面３ａ側）が
冷却され、熱電モジュール２０両面の温度差に応じて電
流が発生する。したがって、熱電モジュール２を電気的
に複数個直列接続することにより電力を取り出すことが
できる。なお、上記実施例では冷却管忙偏平冷却管を用いたが、
これに限定されることなく、第３図に示すご、とく円筒
状冷却管２１を用いて、周囲に熱電モジー−ルを巻き付
けてもよい。また、第４図に示すように、管内側に排ガ
スを流し、外側に冷却媒体を流しても上記実施例と同様
の効果を奏する。〔発明の効果〕以上のように、この発明によれば熱電モジュールの加熱
面を直接排ガスで加熱すると共に、熱電モジュールの冷
却面を直接冷却媒体で冷却するように構成したので、装
置が簡単になるとともＫ。熱電モジー−ルの加熱面と冷却面との温度差を太き（と
ることができ、よって大きい電気出力が得られる効果が
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a cogeneration system that generates electricity using thermoelectric elements and waste heat. [Prior art] Figure 5 shows, for example, a thermoelectric power generation system that employs thermoelectric power generation as shown in materials from the 12th Thermoelectric Conversion Study Group of the Japan Society of Applied Physics (December 22, 1986, Science Museum). It is a block diagram showing an example of a conventional cogeneration device,
In the figure, 1 is a thermoelectric power generating section, 2 is a thermoelectric module configured as a set of an N-type semiconductor and a P-type semiconductor, and 3 is a flat cooling tube connected to the cooling surface 2a of this thermoelectric module 2. Fins 4 are provided in the flat cooling pipe 3 to improve the cooling effect, and cooling water as a cooling medium flows through the flat cooling pipe 3 to cool the cooling surface 2a on one side of the thermoelectric module 2. ing. Reference numeral 5 denotes a water vapor passage serving as a heat passage through which water vapor from the evaporation part 6 provided at the lower part of the thermoelectric power generating part 1 flows, and is connected to the heating surface 2bK of the thermoelectric module 2. Reference numeral 7 denotes a heat insulating material to prevent wasted heat from being absorbed into anything other than the thermoelectric element, which insulates the space between the flat cooling pipe 3 and the water vapor passage 5. 8 is condensed water that condenses and liquefies on the surface of the thermoelectric module 20 and flows to the evaporator 6. The thermoelectric module 2, the flat cooling pipe 3 having the fins 4, the steam passage 5, and the heat insulating material 7 constitute a thermoelectric power generation section 1, and electric power is extracted from the thermoelectric power generation section 1 via a cable 9. Reference numeral 10 denotes an exhaust gas pipe through which exhaust gas passes, and a hot water storage section 11 is formed outside the exhaust gas pipe 10 to constitute the evaporation section 6 . 12 is a chimney connected to one side of the evaporator 6; 13 is an engine, such as a gas engine, connected to the other side of the evaporator 6;
is coupled to a generator 15 via a shaft 14 and extracts power through a cable 16. Note that the engine 13 includes a fuel supply system 17 and a cooling water system 1.
8 is connected. Next, the operation will be explained. - The engine 13, which is supplied with fuel from the fuel supply system 17 and is in operation, transmits its output to the generator 15 through the shaft 14 to generate electricity, and emits exhaust gas after combustion. This exhaust gas passes through the exhaust gas pipe 10 provided in the evaporation section 6 of the thermoelectric generator and passes through the chimney 12.
released from. At this time, the hot water existing on the outer periphery of the exhaust gas pipe 10 is heated to generate water vapor, and this water vapor is transferred to the thermoelectric power generation section 1.
, and comes into contact with the heating surface of the thermoelectric module 2 . Therefore, the water vapor condenses on the thermoelectric module 2, becomes condensed water 8, and returns to the outer periphery of the exhaust gas pipe 10 again. The heating surface of the thermoelectric module 2 is heated by water vapor, but the cooling surface is cooled by the cooling water flowing in the flat cooling tube 3, so this temperature difference generates a voltage across the plurality of thermoelectric modules 20 connected in series. . Electric power can be extracted by electrically connecting a plurality of these thermoelectric modules 2 in series. [Problems to be Solved by the Invention] Conventional nokoji energy blowing devices are constructed as described above, and the exhaust gas from the engine is heat-exchanged by the evaporator and guided to the thermoelectric power generation section in the form of water vapor, and the heated surface of the thermoelectric modiseal is heated. Since the thermoelectric module is heated indirectly, there is a problem in that the temperature on the high temperature side, which is the heating surface of the thermoelectric module, becomes low. This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a cogeneration energy generating device that can obtain a large electrical output by heating the heating surface of a thermoelectric module at a higher temperature. The purpose is to obtain. [Means for Solving the Problems] The fusi energy injection device according to the present invention is such that a thermoelectric module is installed directly in the exhaust gas, and the heating surface is heated by the exhaust gas. [Function] By installing the thermoelectric module in the exhaust gas, the Cozi Energy 1 device according to the present invention has a simple device configuration, and the temperature between the high-temperature part of the thermoelectric module and the low-temperature cooling surface is reduced. [Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the figures.
The figure is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, and in FIG. 1, the same or equivalent components as in FIG. In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a thermoelectric power generation section, and this thermoelectric power generation section 2G is connected to a flat cooling pipe 3 through which cooling water flows and an outer wall surface 3a of this flat cooling pipe 3, and is connected to an N-type semiconductor and a P-type semiconductor. A thermoelectric module 2 consisting of a thermoelectric module 2 is installed, and a heat passage 5 is formed around the outer periphery of the thermoelectric module 2. Further, the thermoelectric power generating section 20 is connected to the exhaust gas discharge section 13a of the engine 13 at one end and to the chimney 12 at the other end. FIG. 2 is a perspective view showing details of the thermoelectric modiseal 2 placed on the wall surface 3a of the flat cooling pipe 3. The portion of the wall surface 3a of the flat cooling pipe 3 that is not in contact with the thermoelectric module 2 is a Although it is insulated with a heat insulating material 7 to prevent heat exchange between it and the cooling water, FIG. 2 shows the heat insulating material removed. Next, the operation will be explained. The fuel supply system 17 also supplies fuel to the engine 13, which is in operation, and outputs its output to the shaft 1.
4 to the generator 15 to generate electricity and discharge exhaust gas after combustion. This exhaust gas is led to the thermoelectric power generation unit 20, where the heating surface 2b of the thermoelectric module 2 attached to the outer wall surface 3a of the flat cooling pipe 3 is heated to a high temperature, and then released from the chimney 12. In addition, cooling water flows in the flat cooling pipe 3, and this cooling water cools the cooling surface 2a of the thermoelectric module 2 (the outer wall surface 3a side of the flat cooling pipe 3), thereby reducing the temperature difference between both sides of the thermoelectric module 20. A current is generated accordingly. Therefore, electric power can be extracted by electrically connecting a plurality of thermoelectric modules 2 in series. In addition, in the above embodiment, a flat cooling pipe was used as the cooling pipe, but
Without being limited thereto, a thermoelectric module may be wound around the cylindrical cooling pipe 21, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, the same effect as in the above embodiment can be obtained even if the exhaust gas is allowed to flow inside the tube and the cooling medium is allowed to flow outside. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the heating surface of the thermoelectric module is directly heated by the exhaust gas, and the cooling surface of the thermoelectric module is directly cooled by the cooling medium, so that the device can be easily constructed. Narutomo K. It is possible to increase the temperature difference between the heating surface and the cooling surface of the thermoelectric module, which has the effect of obtaining a large electrical output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は、この発明の一実施例によるコージェネレーシ
璽ン装置を示す構成図、第２図は第１図に示す熱電モジ
島−ルを拡大して示す斜視図、第３図はこの発明の他の
実施例を示す熱電モジュールの斜視図、第４図はこの発
明に係るコージェネレーシ璽ン装置の他の実施例を示す
構成図、第５図は従来のコージェネレーシ目ン装置を示
す構成図である。１は熱電発電部、２は熱電モジュール、２ａは冷却面、
２ｂは加熱面、３は冷却管、５は熱通路、１３はエンジ
ン、である。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。特許出願人　　三菱電機株式会社代理人　弁理士　　　１）澤　博　昭（外２名）１７：；’ｉ４イ六（（１系第２図第３図２１、巴箭珠冷坪管FIG. 1 is a block diagram showing a cogeneration system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of the thermoelectric module shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing another embodiment of the cogeneration system according to the present invention, and FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional cogeneration system. It is a diagram. 1 is a thermoelectric power generation unit, 2 is a thermoelectric module, 2a is a cooling surface,
2b is a heating surface, 3 is a cooling pipe, 5 is a heat passage, and 13 is an engine. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Patent applicant Mitsubishi Electric Co., Ltd. agent Patent attorney 1) Hiroshi Sawa (2 others) 17: ;'i4 Iroku ((1 series, Figure 2, Figure 3,

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

　燃料の燃焼により駆動するエンジンと、このエンジン
からの熱媒体を一方に接触させると共に、冷却媒体を他
方に接触させ、熱電素子に作用する温度差により電力を
発生する熱電モジュールを有する熱電発電部とを備えた
コージェネレーション装置において、上記熱電発電部は
上記エンジンからの排ガスが直接導出される熱通路を上
記熱モジュールの加熱面に接触させ、かつ上記冷却媒体
が通過する冷却管を上記熱電モジュールの冷却面に接触
させて形成されていることを特徴とするコージェネレー
ション装置。A thermoelectric power generation section having an engine driven by combustion of fuel, and a thermoelectric module that generates electric power by a temperature difference acting on a thermoelectric element by bringing a heat medium from the engine into contact with one side and a cooling medium into contact with the other side. In the cogeneration system, the thermoelectric power generating unit has a heat passage through which exhaust gas from the engine is directly led out in contact with the heating surface of the thermal module, and a cooling pipe through which the cooling medium passes through in contact with the heating surface of the thermoelectric module. A cogeneration device characterized by being formed in contact with a cooling surface.