(57)【要約】【課題】高温側の熱媒体が流れる流路を支持するエンドプレートに加わる負荷を抑制する技術を提供すること。【解決手段】一対のエンドプレート（３０，４０）は、第１熱媒体流路（５０，６０）の両端を支持し、一対のエンドプレート（３０，４０）の少なくとも一方は、第１熱媒体流路（５０，６０）の端部が差し込まれた第１流路差込部（４１）と、この第１流路差込部（４１）及びコアケース（２１）を接続し第１熱媒体流路（５０，６０）の熱伸びを吸収する熱伸び吸収部（４２）と、を有している。熱伸び吸収部（４２）は、少なくとも第１熱媒体流路（５０，６０）が熱によって伸びたときに、第１熱媒体の流れ方向に対して傾く傾斜部（４２ａ）を有し、この傾斜部（４２ａ）の傾斜角度は、熱伸びの前後において変化する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートに両端が支持され内部に第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路と、この第１熱媒体流路に対して隙間を介して前記コアケース内に設けられ第２熱媒体が流れる第２熱媒体流路と、これらの第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路の間の隙間に配置され温度差に基づいて発電する熱電変換素子と、からなる熱電発電装置において、
前記一対のエンドプレートの少なくとも一方は、前記第１熱媒体流路の端部が差し込まれた第１流路差込部と、この第１流路差込部及び前記コアケースを接続し前記第１熱媒体流路の熱伸びを吸収する熱伸び吸収部と、を有し、
前記熱伸び吸収部は、少なくとも前記第１熱媒体流路が熱によって伸びたときに、前記第１熱媒体の流れ方向に対して傾く傾斜部を有し、
この傾斜部の傾斜角度は、前記熱伸びの前後において変化することを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記エンドプレートは、前記第１熱媒体流路の下流側の端部を支持していることを特徴とする請求項１記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記第１熱媒体の流れ方向を基準として、前記エンドプレートは、複数の熱伸び吸収部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温の熱源及び低温の熱源の間に熱電変換素子が配置され、この熱電変換素子が温度差に基づいて発電を行う熱電発電装置が存する。熱電変換素子を用いた熱電発電装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。
【０００３】
図８を参照する。図８は、特許文献１の図４を再掲して符号を振り直したものである。特許文献１に開示された熱電発電装置１００は、コアケース１０１と、このコアケース１０１の両端を塞ぐ一対のエンドプレート１０２，１０２と、これらのエンドプレート１０２，１０２に両端が支持され内部に第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路１０３と、この第１熱媒体流路１０３に対して隙間を介してコアケース１０１内に設けられ第２熱媒体が流れる第２熱媒体流路１０４と、これらの第１熱媒体流路１０３及び第２熱媒体流路１０４の間の隙間に配置され温度差に基づいて発電する熱電変換素子１０５と、からなる。第１熱媒体及び第２熱媒体の温度差に基づいて、熱電変換素子１０５が発電を行う。
【０００４】
ところで、第１熱媒体が第２熱媒体よりも温度が高い場合、第１熱媒体流路１０３は、より大きく熱伸びをする。この第１熱媒体流路１０３の両端は、一対のエンドプレート１０２，１０２により支持されている。そのため、第１熱媒体流路１０３が熱伸びをすると、エンドプレート１０２，１０２には、互いに離れる方向に力が加わり、エンドプレート１０２，１０２の負荷となる。エンドプレート１０２，１０２に加わる負荷の抑制が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−８６６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高温側の熱媒体が流れる流路を支持するエンドプレートに加わる負荷を抑制する技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１による発明によれば、筒状のコアケースと、このコアケースの両端を塞ぐ一対のエンドプレートと、これらのエンドプレートに両端が支持され内部に第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路と、この第１熱媒体流路に対して隙間を介して前記コアケース内に設けられ第２熱媒体が流れる第２熱媒体流路と、これらの第１熱媒体流路及び第２熱媒体流路の間の隙間に配置され温度差に基づいて発電する熱電変換素子と、からなる熱電発電装置において、
前記一対のエンドプレートの少なくとも一方は、前記第１熱媒体流路の端部が差し込まれた第１流路差込部と、この第１流路差込部及び前記コアケースを接続し前記第１熱媒体流路の熱伸びを吸収する熱伸び吸収部と、を有し、
前記熱伸び吸収部は、少なくとも前記第１熱媒体流路が熱によって伸びたときに、前記第１熱媒体の流れ方向に対して傾く傾斜部を有し、
この傾斜部の傾斜角度は、前記熱伸びの前後において変化することを特徴とする熱電発電装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記エンドプレートは、前記第１熱媒体流路の下流側の端部を支持している。
【０００９】
請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記エンドプレートは、複数の熱伸び吸収部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、一対のエンドプレートは、第１熱媒体流路の両端を支持し、これらの一対のエンドプレートの少なくとも一方は、第１熱媒体流路の端部が差し込まれた第１流路差込部と、この第１流路差込部及びコアケースを接続し第１熱媒体流路の熱伸びを吸収する熱伸び吸収部と、を有する。この熱伸び吸収部は、少なくとも第１熱媒体流路が熱によって伸びたときに、第１熱媒体の流れ方向に対して傾く傾斜部を有し、この傾斜部の傾斜角度は、前記熱伸びの前後において変化する。
【００１１】
高温の熱媒体により第１熱媒体流路が熱せられると、第１熱媒体流路は熱伸びをする。第１熱媒体流路の熱伸びにより、エンドプレートには、第１熱媒体の流れ方向を基準として、コアケースから離れる方向に力が加わる。ここで、エンドプレートのなかの熱伸び吸収部は、傾斜部を有している。そのため、傾斜部のエンドプレート側の端部は、コアケースから離れる方向に変位し、傾斜部は、第１熱媒体の流れ方向との傾斜が小さくなる方向に傾く。傾斜部が傾くと、第１熱媒体の流れ方向を基準として、熱伸び吸収部の長さは長くなる。即ち、第１熱媒体流路の熱伸びは、エンドプレートの一部を構成する熱伸び吸収部の変形により吸収される。そのため、エンドプレートに加わる負荷を抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、熱伸び吸収部を有するエンドプレートは、第１熱媒体流路の下流側の端部を支持している。第１熱媒体流路の下流側の端部は、上流側の端部よりも温度が低い。そのため、熱伸び吸収部を有するエンドプレートを上流側の端部に配置した場合と比較すると、使用状況下におけるエンドプレートの耐久性が高くなる。
【００１３】
請求項３に係る発明では、エンドプレートは、複数の熱伸び吸収部を有する。そのため、第１熱媒体流路の熱伸びを、複数の熱伸び吸収部に分散でき、より大きな熱伸びに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１による排気ガス発電装置の斜視図である。
【図２】図１に示された排気ガス発電装置に搭載された熱電発電装置の斜視図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２に示された熱電発電装置のエンドプレートの分解斜視図である。
【図５】図３に示された熱電発電装置の要部拡大図である。
【図６】図２に示された熱電発電装置の作用図である。
【図７】本発明の実施例２による排気ガス発電装置の作用図である。
【図８】従来技術による熱電発電装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、Ｕｐは排気ガス流路の上流側、Ｄｎは下流側を示している。
＜実施例１＞
【００１６】
図１を参照する。図１には、車両の排気ガス（第１熱媒体）を利用して発電を行う排気ガス発電装置１０が示されている。排気ガス発電装置１０は、排気ガスが導入される排気ガス導入部材１１と、この排気ガス導入部材１１に接続される熱電発電装置２０と、熱電発電装置２０の下流側の流路を開閉するバルブ室１２と、熱電発電装置２０に接続されるアクチュエータ１３と、熱電発電装置２０に並列して配置される排気ガス通路１４と、バルブ室１２に接続される排気ガス排出部材１５と、からなる。
【００１７】
アクチュエータ１３は、進退可能なロッド１６を有する。バルブ室１２には、回転可能な軸部材１７が設けられ、バルブ室１２の内部には、軸部材１７を回転中心としてスイング可能な円弧状のプレート１８が設けられている。軸部材１７の端部は、クランク機構の一部を構成し、アクチュエータ１３に設けられたロッド１６の進退により、プレート１８はスイングする。プレート１８は、熱電発電装置２０とバルブ室１２との境界部１９を開閉する。
【００１８】
排気ガスは、排気ガス導入部材１１の排気ガス導入口１１ａから導入される。熱電発電装置２０は、排気ガス導入口１１ａの直下に設けられているため、大部分の排気ガスは、熱電発電装置２０に流れ込む。冷却水（第２熱媒体）は、熱電発電装置２０の下部から導入される。熱電発電装置２０に導入された排気ガス及び冷却水の温度差により、熱電発電装置２０は発電を行う。
【００１９】
熱電発電装置２０を通過した排気ガスは、バルブ室１２を通過し、排気ガス排出部材１５の排気ガス排出口１５ａから排出される。熱電発電装置２０を通過した冷却水は、アクチュエータ接続部材１３ｂの内部を通過し、冷却水排出口１３ａから排出される。
【００２０】
アクチュエータ接続部材１３ｂの内部を通過する冷却水が所定の温度に達すると、ロッド１６が軸部材１７に向かって進出する。ロッド１６の進出により、プレート１８はスイングし、境界部１９は閉鎖される。熱電発電装置２０の下流側が塞がれるため、大部分の排気ガスは、排気ガス通路１４を通過するようになる。排気ガス通路１４を通過した排気ガスは、排気ガス排出部材１５の排気ガス排出口１５ａから排出される。以下、熱電発電装置の詳細について説明する。
【００２１】
図２及び図３を参照する。熱電発電装置２０は、筒状のコアケース２１と、このコアケース２１の両端を塞ぐ一対の上流側エンドプレート３０，下流側エンドプレート４０と、これらのエンドプレート３０，４０に両端が支持され内部に排気ガスが流れる第１，第２排気ガス流路５０，６０（第１熱媒体流路５０，６０）と、これらの第１，第２排気ガス流路５０，６０に対して隙間を介してコアケース２１内に設けられ冷却水が流れる冷却水流路２２（第２熱媒体流路２２）と、これらの第１，第２排気ガス流路５０，６０及び冷却水流路２２の間の隙間に配置される複数の熱電変換部７０と、からなる。
【００２２】
コアケース２１は、下流側コアケース２１ａに上流側コアケース２１ｂが嵌合されて構成される。第１排気ガス流路５０は、筒状の第１ケース５１と、この第１ケース５１の内部に２層に配置された第１排気ガス用フィン５２，５２と、これらの第１排気ガス用フィン５２，５２の間に配置された第１セパレータ５３と、からなる。
【００２３】
第２排気ガス流路６０は、第１排気ガス流路５０と同様の構成である。第２排気ガス流路６０は、筒状の第２ケース６１と、この第２ケース６１の内部に２層に配置された第２排気ガス用フィン６２，６２と、これらの第２排気ガス用フィン６２，６２の間に配置された第２セパレータ６３と、からなる。
【００２４】
図３を参照する。第１ケース５１の外周は、熱電変換部７０を配置するための隙間が空けられて第１カバー部材２３により覆われている。同様に、第２ケース６１の外周は、熱電変換部７０を配置するための隙間が空けられて第２カバー部材２４により覆われている。
【００２５】
第１ケース５１及び第１カバー部材２３の間には、複数の熱電変換部７０が取り付けられている。熱電変換部７０は、第１ケース５１に接触している高温側電極部７１と、第１カバー部材２３に接触している低温側電極部７２と、これらの高温側及び低温側電極部７１，７２に接続される熱電変換素子７３と、からなる。
【００２６】
第２ケース６１及び第２カバー部材２４の間にも、複数の熱電変換部７０が取り付けられている。第２ケース６１に高温側電極部７１、第２カバー部材２４に低温側電極部７２が接触し、これらの高温側及び低温側電極部７１，７２の間に熱電変換素子７３が接続される。
【００２７】
第１カバー部材２３の外周面には、第１冷却水用フィン２５が取り付けられている。同様に、第２カバー部材２４の外周面には、第２冷却水用フィン２６が取り付けられている。
【００２８】
第１，第２排気ガス流路５０，６０を流れる排気ガスと、冷却水流路２２を流れる冷却水の温度差に基づいて、複数の熱電変換部７０が発電を行う。
【００２９】
図３及び図４を参照する。次に、上流側，下流側エンドプレート３０，４０の詳細について説明する。上流側エンドプレート３０及び下流側エンドプレート４０は、同様の構成である。
【００３０】
上流側エンドプレート３０は、第１，第２排気ガス流路５０，６０の上流側の端部５０ａ，６０ａが差し込まれる上流側差込部３１（第１流路差込部３１）と、この上流側差込部３１に接続し第１，第２排気ガス流路５０，６０の熱伸びを吸収する上流側熱伸び吸収部３２と、上流側熱伸び吸収部３２及びコアケース２１を接続する上流側本体部３３と、からなる。
【００３１】
下流側エンドプレート４０は、第１，第２排気ガス流路５０，６０の下流側の端部５０ｂ，６０ｂが差し込まれる下流側差込部４１（第１流路差込部４１）と、この下流側差込部４１に接続し第１，第２排気ガス流路５０，６０の熱伸びを吸収する下流側熱伸び吸収部４２と、下流側熱伸び吸収部４２及びコアケース２１を接続する下流側本体部４３と、からなる。
【００３２】
図４及び図５を参照する。以下、下流側エンドプレート４０の詳細について説明する。上流側エンドプレート３０の詳細は、下流側エンドプレート４０の詳細と同一であり、説明は省略する。
【００３３】
下流側差込部４１は、断面視で、略Ｕ字状を呈し、第１排気ガス流路５０に対して略鉛直に延びる差込底部４１ａと、この差込底部４１ａの外周側の端部から下流側に向かって延びる差込外周部４１ｂと、差込底部４１ａの内周側の端部から下流側に向かって延びる差込内周部４１ｃと、からなる。
【００３４】
下流側熱伸び吸収部４２は、断面視で、クランク形状を呈し、第１排気ガス流路５０に対して略鉛直に延びる熱伸び底部４２ａ（傾斜部４２ａ）と、この熱伸び底部４２ａの外周側の端部から下流側に延びる熱伸び外周部４２ｂと、熱伸び底部４２ａの内周側の端部から上流側に向かって延びる熱伸び内周部４２ｃと、からなる。
【００３５】
熱伸び底部４２ａは、排気ガスの流れ方向に対して略鉛直に傾いている。熱伸び底部４２ａの傾斜角度θは、第１排気ガス流路５０の熱伸びの前後において変化する。詳細は後述する。
【００３６】
下流側本体部４３は、断面視で、略Ｊ字状を呈し、第１排気ガス流路５０に対して略鉛直に延びる本体底部４３ａと、この本体底部４３ａの外周側の端部から上流側に向かって延びる本体外周部４３ｂと、本体底部４３ａの内周側の端部から上流側に向かって延びる本体内周部４３ｃと、からなる。
【００３７】
図５を参照する。第１排気ガス流路５０の第１ケース５１の下流側の端部５０ｂは、下流側差込部４１の差込内周部４１ｃに差し込まれると共に接合されている。差込外周部４１ｂと熱伸び外周部４２ｂは、互いに接合されている。熱伸び内周部４２ｃ及び本体内周部４３ｃは、互いに接合されている。本体外周部４３ｂ及びコアケース２１は、接合されている。
【００３８】
次に本発明の作用及び効果について説明する。
【００３９】
図４及び図６を参照する。下流側エンドプレート４０は、下流側差込部４１と、下流側熱伸び吸収部４２と、下流側本体部４３と、からなる。下流側熱伸び吸収部４２は、排気ガスの流れ方向に対して傾いた熱伸び底部４２ａを有する。
【００４０】
矢印（ａ）に示されるように、排気ガスにより第１排気ガス流路５０が熱せられると、第１排気ガス流路５０は熱伸びをする。第１排気ガス流路５０の熱伸びにより、下流側差込部４１には、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側に向かう力が加わる。矢印（ｂ）に示されるように、熱伸び外周部４２ｂは、差込外周部４１ｂにより、下流側に引っ張られる。排気ガスが流れると、コアケース２１も熱伸びをする。矢印（ｃ）に示されるように、熱伸び内周部４２ｃは、コアケース２１に接合された下流側本体部４３により、下流側に引っ張られる。ただし、高温の排気ガスが流れる第１排気ガス流路５０は、コアケース２１よりも熱伸び量が大きい。そのため、熱伸び底部４２ａは、排気ガスの流れ方向との傾斜角度θが小さくなる方向に傾く。熱伸び底部４２ａが傾くと、排気ガスの流れ方向を基準として、下流側熱伸び吸収部４２の長さＬは長くなる。
【００４１】
即ち、第１排気ガス流路５０の熱伸びは、下流側エンドプレート４０の一部を構成する下流側熱伸び吸収部４２の変形により吸収される。そのため、下流側エンドプレート４０に加わる負荷を抑制することができる。
【００４２】
なお、第１排気ガス流路５０及びコアケース２１が熱伸びをするときは、下流側本体部４３の本体底部４３ａも僅かに傾斜する。そのため、下流側本体部４３も、熱伸びを吸収する効果を有する。即ち、本発明による傾斜部とは、熱伸び前に排気ガスの流れ方向に対して傾いている部位のみに限られない。熱伸び前に排気ガスの流れ方向に対して鉛直に延びている部位であっても、傾斜角度が、熱伸びの前後において変化すれば、傾斜部といえる。
【００４３】
上流側エンドプレート３０は、下流側エンドプレート４０と同様の作用及び効果を奏する。説明は省略する。
【００４４】
本実施例では、上流側，下流側エンドプレート３０，４０は、それぞれ、熱伸び吸収部３２，４２を有しているが、熱伸び吸収部３２，４２は、上流側又は下流側の一方のエンドプレート３０，４０に設けてもよい。
【００４５】
図３を参照する。第１，第２排気ガス流路５０，６０の下流側の端部５０ｂ，６０ｂは、上流側の端部５０ａ，６０ａよりも温度が低い。そのため、下流側の端部５０ｂ，６０ｂに熱伸び吸収部４２を有するエンドプレート４０を設けた場合、使用状況下におけるエンドプレート４０の耐久性が高くなる。
【００４６】
加えて、下流側熱伸び吸収部４２の外周部４２ｂ及び内周部４２ｃは、排気ガスの流れ方向に立ち上げられている。そのため、下流側エンドプレート４０の組み立ての際、下流側熱伸び吸収部４２は、下流側差込部４１及び下流側本体部４３と位置合わせしやすくなり、互いの接合が容易となる。
【００４７】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、熱伸び吸収部の数が異なる。その他の構成については、実施例１の構成と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。
【００４８】
図７を参照する。下流側熱伸び吸収部４２の上流側には、第２熱伸び吸収部８２及び第３熱伸び吸収部が８３重ね合わされて配置されている。
【００４９】
第２熱伸び吸収部８２は、断面視で、略Ｕ形状を呈し、第１排気ガス流路５０に対して略鉛直に延びる第２熱伸び底部８２ａと、第２熱伸び底部８２ａの外周側の端部から上流側に延びる第２熱伸び外周部８２ｂと、第２熱伸び底部８２ａの内周側の端部から上流側に延びる第２熱伸び内周部８２ｃと、からなる。
【００５０】
同様に、第３熱伸び吸収部８３は、断面視で、略Ｕ形状を呈し、第１排気ガス流路５０に対して略鉛直に延びる第３熱伸び底部８３ａと、第３熱伸び底部８３ａの外周側の端部から上流側に延びる第３熱伸び外周部８３ｂと、第３熱伸び底部８３ａの内周側の端部から上流側に延びる第３熱伸び内周部８３ｃと、からなる。
【００５１】
熱伸び内周部４２ｃ及び第２熱伸び内周部８２ｃは、接合されている。第２熱伸び外周部８２ｂ及び第３熱伸び外周部８３ｂは、接合されている。第３熱伸び内周部８３ｃ及び本体内周部４３ｃは接合されている。
【００５２】
熱電発電装置２０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、熱電発電装置２０Ａによれば、上記の構成により、以下の特有の効果を得ることができる。
【００５３】
下流側エンドプレート４０Ａは、３つの熱伸び吸収部４２，８２，８３を有する。そのため、第１，第２排気ガス流路５０，６０の熱伸びは、アコーディオン状に変形する熱伸び吸収部４２，８２，８３により吸収される。それぞれの熱伸び吸収部４２，８２，８３が変化するため、より大きな熱伸びに対応することができる。なお、上流側エンドプレート３０（図３参照）に複数の熱伸び吸収部を設けても良い。
【００５４】
なお、本発明による熱電発電装置は、排気ガス発電装置を例に説明したが、熱電発電装置の実施例は、この形式のものに限られるものではない。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の熱電発電装置は、排気ガス発電装置に搭載するのに好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…排気ガス発電装置
２０…熱電発電装置
２１…コアケース（２１ａ…下流側、２１ｂ…上流側）
２２…冷却水流路
３０…上流側エンドプレート
３１…差込部
３２…熱伸び吸収部
３３…本体部
４０…下流側エンドプレート
４１…下流側差込部（４１ａ…底部、４１ｂ…外周部、４１ｃ…内周部）
４２…下流側熱伸び吸収部（４２ａ…底部、４２ｂ…外周部、４２ｃ…内周部）
４３…下流側本体部（４３ａ…底部、４３ｂ…外周部、４３ｃ…内周部）
５０…第１排気ガス流路（第１熱媒体流路）
６０…第２排気ガス流路（第１熱媒体流路）
７０…熱電変換部
８２…第２の熱伸び吸収部（８２ａ…底部、８２ｂ…外周部、８２ｃ…内周部）
８３…第３の熱伸び吸収部（８３ａ…底部、８３ｂ…外周部、８３ｃ…内周部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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