(57)【要約】【課題】  封入容器に熱電変換素子が収容された封入容器の無秩序な変形を防止することにより、熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる排熱回収装置を提供する。【解決手段】  排熱回収装置１には、排気流路１１が形成されており、排気流路１１には、排気ガスの熱を回収するフィン部材１２が設けられている。フィン部材１２の側方には、熱電変換モジュール１３が配設されており、フィン部材１２で回収した熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換している。熱電変換モジュール１３は、複数配設されており、これらの複数の熱電変換モジュール１３は、ケース１４に収容されている。ケース１４には、熱膨張吸収部である溝１４Ｃが形成されており、ケース１４における無秩序な変形を防止している。【選択図】  図１
2006138296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源から放出され、流路を流れる気体の熱を利用した熱電変換によって発電を行う複数の熱電変換素子を備え、前記複数の熱電変換素子が、前記気体の流路の外側で互いに離間して配置された排熱回収装置において、
前記複数の熱電変換素子を収容する封入容器を備え、
前記封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記熱膨張吸収部は、前記封入容器に形成された溝である請求項１に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばハイブリッド車などの車輌に用いられ、気体中に含まれる熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために、気体中に含まれる熱エネルギーを回収する排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンから排出される排気ガスなどには、熱エネルギーが含まれてため、排気ガスをそのまま捨てると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排熱回収装置によって回収し、電気エネルギーに変換し、たとえばバッテリーに充電しておくための発電装置がある。
【０００３】
このような発電装置として、従来、特開昭６１−２５４０８２号公報に開示された排気熱発電装置がある。この排気熱発電装置は、熱電変換素子を備えており、この熱電変換素子は、保持部に収容され排気ガスの流路外周に保持されている。
【特許文献１】特開昭６１−２５４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に開示された排気熱発電装置における熱電変換素子は、保持部に密着した状態で収容されている。このため、熱電変換素子では、熱電変換を行う際に熱が発生するが、上記特許文献１に開示された排気熱発電装置では、熱電変換素子から発生した熱が保持部（封入容器）に伝わり、この保持部が変形してしまうおそれがある。このような変形が無秩序に生じると、熱電変換効率の低下などといった信頼性の低下につながることがあるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、封入容器に熱電変換素子が収容された封入容器の無秩序な変形を防止することにより、熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる排熱回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決した本発明に係る排熱回収装置は、熱源から放出され、流路を流れる気体の熱を利用した熱電変換によって発電を行う複数の熱電変換素子を備え、複数の熱電変換素子が、気体の流路の外側で互いに離間して配置された排熱回収装置において、複数の熱電変換素子を収容する封入容器を備え、封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されているものである。
【０００７】
本発明に係る排熱回収装置においては、複数の熱電変換素子が封入容器内に収容されており、封入容器には、熱膨張による変形を吸収する熱膨張吸収部が形成されている。この熱膨張吸収部が形成されていることにより、封入容器が無秩序に変形することを防止することができる。熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる。
【０００８】
ここで、前記熱膨張吸収部は、前記封入容器に形成された溝である態様とすることができる。このように、封入容器に溝を形成し、この溝を熱膨張吸収部とすることにより、熱膨張吸収部を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る排熱回収装置によれば、封入容器に熱電変換素子が収容された封入容器の無秩序な変形を防止することにより、熱電変換効率の低下などを防ぎ、もって高い信頼性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。図１は、本発明の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図２は、その側断面である。
【００１１】
図１および図２に示すように、排熱回収装置１には、４本の排気流路１１が形成されている。４本の排気流路１１には、本発明の熱源である図示しないエンジンが接続されており、エンジンから排出される排気ガスが流通し、図示しない触媒の方向に排出される。排気ガスは、排気流路１１において矢印Ｆで示す方向に流通する。この矢印Ｆで示す方向の上流側にエンジンが配置され、下流側に触媒が配置されている。
【００１２】
各排気流路１１には、それぞれ排気ガスに含まれる熱エネルギーを回収するためのフィン部材１２が設けられている。フィン部材１２は、伝熱部１２Ａとフィン本体１２Ｂとを備えており、伝熱部１２Ａに複数のフィン本体１２Ｂが取り付けられている。これらの伝熱部１２Ａと複数のフィン本体１２Ｂとは押し出し成形などによって一体的に形成されている。
【００１３】
また、フィン部材１２における伝熱部１２Ａの側方には、本発明の熱電変換素子である熱電変換モジュール１３が配設されている。熱電変換モジュール１３は、いわゆるゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。この熱電変換モジュール１３は、本発明の封入容器であるケース１４に収容されており、フィン部材１２の伝熱部１２Ａには、ケース１４が接触している。このため、熱電変換モジュール１３には、ケース１４を介してフィン部材１２からの熱が伝達される。
【００１４】
熱電変換モジュール１３は、図３に示すように、Ｐ型素子１３ＡとＮ型素子１３Ｂとが、排気流路１１に沿って離間して交互に配置されており、Ｐ型素子１３ＡとＮ型素子１３Ｂとの間にＮ２ガス１３Ｃが充填されている。また、隣接するＰ型素子１３ＡとＮ型素子１３Ｂとの間は、低温側（下側）または高温側（上側）で交互に電極１３Ｄによって電気的に接続されている。具体的には、一番上流側のＰ型素子１３Ａとその下流側で隣接するＮ型素子１３Ｂとが、低温側で電極１３Ｄによって接続されており、そのＮ型素子１３Ｂと、さらにその下流側に配置されたＰ型素子１３Ａとは、高温側で電極１３Ｄによって接続されている。
【００１５】
また、電極１３Ｄの外側には、絶縁シート１４Ａが配設されており、その外側にケース１４におけるケース本体１４Ｂが配置されている。したがって、熱電変換モジュール１３は、ケース本体１４Ｂに対して絶縁された状態とされている。
【００１６】
ケース１４におけるケース本体１４Ｂには、図１に示すように、複数、本実施形態では４つの熱電変換モジュール１３が収容されている。これらの複数の熱電変換モジュール１３は、排気流路１１の外側で排気流路１１に沿って互いに離間して配置されている。また、ケース本体１４Ｂにおける熱電変換モジュール１３が収容されている部分の間では、ケース本体１４Ｂの上面および下面にそれぞれ、本発明の熱膨張吸収部である溝１４Ｃが形成されている。溝１４Ｃは、図３に示すように、ケース本体１４Ｂにおける横方向（排気流路１１に直交する方向）に沿って直線状に形成された蛇腹状をなしている。ケース１４が熱によって膨張する際には、ケース本体１４Ｂにおける溝１４Ｃの部分が変形して、熱膨張を吸収し、ケース１４における無秩序な変形を防止している。
【００１７】
さらに、ケース１４におけるフィン部材１２と接触する面の反対側の面には、モジュール冷却部材１５が取り付けられており、モジュール冷却部材１５には、冷却水路１５Ａが形成されている。また、モジュール冷却部材１５における冷却水路１５Ａには、図示しない冷却液配管が接続され、冷却液配管は、ラジエータが接続されている。このラジエータから、冷却液配管を介してモジュール冷却部材１５に冷却液が循環供給され、モジュール冷却部材１５によって熱電変換モジュール１３内の温度差を付けている。
【００１８】
さらに、モジュール冷却部材１５におけるフィン部材１２と接触している面の反対側の面には、スプリング１６が取り付けられている。スプリング１６は、皿ばねからなり、モジュール冷却部材１５をフィン部材１２方向し付勢することにより、モジュール冷却部材１５をフィン部材１２に押し付けている。
【００１９】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置においては、エンジンから排出された排気ガスが排気流路１１を流通する。排気ガスが排気流路１１を流通する際、排気ガスがフィン部材１２におけるフィン本体１２Ｂに接触し、排気ガスに含まれる熱がフィン本体１２Ｂから伝熱部１２Ａを介して熱電変換モジュール１３に伝達される。熱電変換モジュール１３では、フィン部材１２が接触している面の反対側がモジュール冷却部材１５で冷却されることにより、ゼーベック効果を利用した熱電変換が行われる。こうして、排気ガス中に含まれる熱が回収される。
【００２０】
排気ガスに含まれる熱を回収するにあたり、熱電変換モジュール１３には、熱が伝達されることから、熱電変換モジュール１３の温度は上昇する。この温度上昇に伴い、熱電変換モジュール１３の温度が上昇し、さらにはケース１４の温度も上昇する。また、排気ガスの熱が直接ケース１４に伝達されることによっても、ケース１４の温度が上昇する。ケース１４の温度が上昇すると、ケース１４に変形が生じ、この変形が無秩序に生じると、フィン部材１２、熱電変換モジュール１３、およびモジュール冷却部材１５の間で熱の伝達が悪くなり、熱電変換効率が低下することが懸念される。
【００２１】
この点、本実施形態に係る排熱回収装置においては、ケース１４に溝１４Ｃが形成されている。この溝１４Ｃが形成されていることにより、ケース１４に伝達された熱によってケース１４が変形する際には、まず溝１４Ｃが変形する。このため、ケース１４におけるフィン部材１２、熱電変換モジュール１３、およびモジュール冷却部材１５との接触部位における変形を防止している。したがって、フィン部材１２からの熱電変換モジュール１３に対して熱を円滑に伝達することができるので、熱電変換効率を低下させないようにすることができる。
【００２２】
なお、上記の実施形態では、ケース１４として、ケース本体１４Ｂに熱膨張吸収部として溝１４Ｃを形成したものを用いているが、この溝１４Ｃを形成していない、矩形のケースに複数の熱電変換モジュールを収容した排熱回収装置とすることもできる。この排熱回収装置では、複数のフィン部材に対して、それぞれケースに収容された熱電変換モジュールを取り付ける場合と比較すると、ケースの壁の数（熱が伝達される壁断面）を少なくすることができる。したがって、熱電変換モジュール以外に伝達される熱を少なくすることができるので、熱電変換効率の向上に寄与することができる。また、熱電変換モジュールを排熱回収装置として組み付ける際の組付性が向上し、その組み付けを容易なものとすることができる。
【００２３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ケースにおいて、熱電変換モジュールの間のすべてに溝を設けているが、この一部のみに溝を形成する態様とすることもできる。また、上記実施形態では、ケースに４つの熱電変換モジュールを収容しているが、その他の数の熱電変換モジュールを収容する態様とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る排熱回収装置の平断面図である。
【図２】本発明に係る排熱回収装置の側断面図である。
【図３】熱電変換モジュールの拡大側断面図である。
【図４】熱電変換モジュールを収容するケースの斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…排熱回収装置、１１…排気流路、１２…フィン部材、１２Ａ…伝熱部、１２Ｂ…フィン本体、１３…熱電変換モジュール、１３Ａ…Ｐ型素子、１３Ｂ…Ｎ型素子、１４…ケース、１４Ａ…絶縁シート、１４Ｂ…ケース本体、１４Ｃ…溝、１５…モジュール冷却部材、１６…スプリング。
【図１】
2006138296.tif 000003
【図２】
2006138296.tif 000004
【図３】
2006138296.tif 000005
【図４】
2006138296.tif 000006