(57)【要約】【課題】並列する複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置を提供する。【解決手段】排気ガス通路１２を有するケース１１と、内周側に冷却媒体通路３１を形成するとともに外周側で排気ガスに接触する複数の熱電発電ユニット１３とを備え、複数の熱電発電ユニット１３をそれぞれ排気ガス通路１２に対して軸交差させつつその通路軸線方向に離間させるよう排気ガス通路１２中に並列配置する熱電発電装置であって、複数の熱電発電ユニット１３のうち上流側に位置する第１の熱電発電ユニット１３（例えば１３Ｆ）の下流側外周壁面３３ｄに対向する板状の整流部材１５を設け、整流部材１５により、排気ガスを排気ガス通路１２中で下流側に位置する第２の熱電発電ユニット１３（例えば１３Ｓ）側に方向付ける構成とする。【選択図】図１
2015019008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温または高温のうち一方側の熱媒体を通す一方の熱媒体通路を有するケースと、それぞれ内周側に前記低温または高温のうち他方側の熱媒体を通す他方の熱媒体通路を形成するとともに外周側で前記一方側の熱媒体に接触する複数の熱電発電ユニットとを備え、前記複数の熱電発電ユニットをそれぞれ前記一方の熱媒体通路に対して軸交差させつつ互いに前記一方の熱媒体通路の軸線方向に離間させるよう前記一方の熱媒体通路中に並列配置する熱電発電装置であって、
前記複数の熱電発電ユニットのうち前記一方の熱媒体通路の軸線方向で上流側に位置する第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に対向しつつ、前記一方側の熱媒体を前記複数の熱電発電ユニットのうち前記一方の熱媒体通路中で下流側に位置する第２の熱電発電ユニット側に方向付ける整流部材を設けることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記整流部材は、前記第１の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に沿って２方向に分かれた前記一方側の熱媒体を前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面に沿って合流させるよう前記一方の熱媒体通路の軸線に対し互いに逆方向に傾斜する一対の傾斜面部を形成し、該一対の傾斜面部により前記一方側の熱媒体を前記第２の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に方向付けることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記整流部材は、板状に形成されるとともに、前記第１の熱電発電ユニットに支持されてい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。
【請求項４】
前記第１の熱電発電ユニットの外周側に前記他方の熱媒体通路の軸線方向に離間する複数のフィンが設けられており、
前記板状の整流部材は、前記一方の熱媒体通路の軸線に対し互いに逆方向に傾斜するよう前記フィンを介して前記第１の熱電発電ユニットに支持された一対の整流板部を含んで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記板状の整流部材は、前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面に向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の熱電発電装置。
【請求項６】
前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面と前記整流部材との間に、入口側の通路断面積より出口側の通路断面積が小さい整流通路が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の熱電発電装置。
【請求項７】
前記複数の熱電発電ユニットは、前記一方の熱媒体通路の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第１グループの熱電発電ユニットと、該第１グループの熱電発電ユニットに対して前記一方の熱媒体通路の軸線方向と直交する方向に離間しつつ前記一方の熱媒体通路の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第２グループの熱電発電ユニットと、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の熱電発電装置。
【請求項８】
前記複数の熱電発電ユニットのそれぞれが、前記他方の熱媒体通路を形成する内周壁面を有する内側の筒状伝熱部材と、該内側の筒状伝熱部材を取り囲むとともに前記一方の熱媒体通路中で前記一方側の熱媒体に接触する外周壁面を有する外側の筒状伝熱部材と、前記内側の筒状伝熱部材および前記外側の筒状伝熱部材の間に介装された複数の熱電素子を有する熱電素子モジュールと、を含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に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、熱電発電装置、特に高温側の熱媒体と低温側の熱媒体とを通しつつ両熱媒体の温度差を利用して熱電発電する熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温熱源と低温熱源の間に複数の熱電素子を配置して熱電発電する従来の熱電発電装置として、内燃機関の排気ガスの持つ排熱を電気エネルギに変換しつつ回収する排熱回収型の熱電発電装置が知られている。
【０００３】
このような熱電発電装置としては、例えばモジュール化した複数の熱電素子を内蔵する筒状の熱電発電ユニットを排気ガス通路中に垂直に配置し、各熱電発電ユニットの内部に冷却水を通すものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、排気ガスを通す内管とその内管を取り囲む放熱フィン付きの外殻とをそれぞれ扁平に形成し、それら内管および外殻の間に熱電素子モジュールを挟持させたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、排気ガスや冷却水等の通路中に整流板を配置し、整流板によって排気ガスや冷却水等の流れを熱電素子モジュール側の部材に方向付けるものが知られている（例えば、特許文献３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１２−５３３９７２号公報
【特許文献２】特開平１１−０３６９８１号公報
【特許文献３】特開平１０−１９１６６９号公報
【特許文献４】特開２０１２−１４２５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来の熱電発電装置にあっては、熱電発電ユニットの外方を流れる排気ガスや冷却水等の熱媒体、例えば排気ガスの流速が比較的大きくなると、各熱電発電ユニットの上流側外周壁面を通過した排気ガスが外周壁面から剥離し易くなり、排気ガスが各熱電発電ユニットの下流側外周壁面に沿って流れ難くなっていた。
【０００８】
特に、排気ガスの流れ方向で最も近接する各一対の熱電発電ユニットが同一平面上に配置され、排気ガスの流れ方向の上流側から見て重なるように並列配置される場合、排気ガスの流速が比較的大きくなると、排気ガスは、各熱電発電ユニットの下流側外周壁面だけでなく、その下流側（背後）の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に沿っても流れ難くなっていた。
【０００９】
そのため、各熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率が低下し、排熱回収型の熱電発電装置における熱回収効率、すなわち、熱電発電装置の効率（発電効率、エネルギ回収効率）が低下してしまう可能性があった。
【００１０】
これに対し、例えば複数の筒状の熱電発電ユニットをいわゆる千鳥構造に配置して熱電発電ユニットの外周壁面側の熱伝達効率を高めることが可能である。しかし、その場合、複数の熱電発電ユニットを収納するケースの全長（熱電発電ユニットの軸線と直交する方向の長さ）が長くなり、熱電発電ユニットの積載効率の低下や装置の大型化を招いてしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、並列する複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る熱電発電装置は、上記目的達成のため、（１）低温または高温のうち一方側の熱媒体を通す一方の熱媒体通路を有するケースと、それぞれ内周側に前記低温または高温のうち他方側の熱媒体を通す他方の熱媒体通路を形成するとともに外周側で前記一方側の熱媒体に接触する複数の熱電発電ユニットとを備え、前記複数の熱電発電ユニットをそれぞれ前記一方の熱媒体通路に対して軸交差させつつ互いに前記一方の熱媒体通路の軸線方向に離間させるよう前記一方の熱媒体通路中に並列配置する熱電発電装置であって、前記複数の熱電発電ユニットのうち前記一方の熱媒体通路の軸線方向で上流側に位置する第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に対向しつつ前記一方側の熱媒体を前記複数の熱電発電ユニットのうち前記一方の熱媒体通路中で下流側に位置する第２の熱電発電ユニット側に方向付ける整流部材を設けるものである。
【００１３】
この構成により、一方の熱媒体通路中で第１の熱電発電ユニットの外周側を通過する一方側の熱媒体が、整流部材によって第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に沿う方向に案内されるとともに第２の熱電発電ユニット側に方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に近接する一方側の熱媒体の流れが確実に形成され、熱伝達面に沿う一方側の熱媒体の流量が増加して、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面における熱伝達効率が高まる。しかも、整流された一方側の熱媒体の流れが第２の熱電発電ユニット側に誘導され、第２の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に沿う一方側の熱媒体の流量も十分に確保される。その結果、一方側の熱媒体の流れ方向で最も近接する各一対の熱電発電ユニットが同一平面上に配置されるような場合でも、複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率が高くなり、各熱電発電ユニットで十分な熱伝達効率を確保できることになる。
【００１４】
本発明の熱電発電装置において、（２）前記整流部材は、前記第１の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に沿って２方向に分かれた前記一方側の熱媒体を前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面に沿って合流させるよう前記一方の熱媒体通路の軸線に対し互いに逆方向に傾斜する一対の傾斜面部を含み、該一対の傾斜面部により前記一方側の熱媒体を前記第２の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に方向付けるものであってもよい。
【００１５】
この構成により、第１の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に沿って２方向に分かれた一方側の熱媒体が、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に沿って下流側中央で合流するように案内され、合流により中央に集中した一方側の熱媒体の流れが第２の熱電発電ユニットの上流側外周壁面に方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面および第２の熱電発電ユニットの上流側外周壁面のそれぞれに沿った熱媒体の流れが形成され、複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率が高くなる。
【００１６】
本発明の熱電発電装置においては、（３）前記整流部材は、板状に形成されるとともに、前記第１の熱電発電ユニットに支持されているものであってもよい。
【００１７】
この構成により、一面側で熱電発電ユニットの下流側外周壁面に対向する板状の整流部材の他面側でも、一方側の熱媒体が第２の熱電発電ユニット側に誘導可能となる。したがて、第１の熱電発電ユニットから外れた一方側の熱媒体を有効に第２の熱電発電ユニット側に誘導し、発電効率を高めることができる。
【００１８】
本発明の熱電発電装置においては、（４）前記第１の熱電発電ユニットの外周側に前記他方の熱媒体通路の軸線方向に離間する複数のフィンが設けられており、前記板状の整流部材は、前記一方の熱媒体通路の軸線に対し互いに逆方向に傾斜するよう前記フィンを介して前記第１の熱電発電ユニットに支持された一対の整流板部を含んで構成されていてもよい。
【００１９】
この構成により、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面と一対の整流板部との間では、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に沿って２方向の一方側の熱媒体が合流するように案内され、合流後の一方の熱媒体が後方の第２の熱電発電ユニットに向けて流れる。また、一対の整流板部の背面側では、第１の熱電発電ユニットを通過して一対の整流板部の背面側に達した一方側の熱媒体が第２の熱電発電ユニット側に誘導される。しかも、板状の整流部材がフィンを介して第１の熱電発電ユニットに支持されているので、フィンの伝熱面積（熱交換面積）に加えて板状の整流部材の伝熱面積が増えることになる。よって、複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率がより高くなり、発電効率が高まる。
【００２０】
本発明の熱電発電装置においては、（５）前記板状の整流部材は、前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面に向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しているものであってもよい。
【００２１】
この構成により、第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面と板状の整流部材の壁面との間で、一方側の熱媒体が確実に第１の熱電発電ユニットの下流側外周壁面に沿って案内されることとなり、その下流側外周壁面における熱伝達効率が高まる。
【００２２】
本発明の熱電発電装置においては、（６）前記第１の熱電発電ユニットの前記下流側外周壁面と前記整流部材との間に、入口側の通路断面積より出口側の通路断面積が小さい整流通路が形成されていてもよい。
【００２３】
この構成により、整流部材により整流されて第２の熱電発電ユニット側に方向付けられる一方側の熱媒体の流速が大きくなって、整流部材の背面側の圧力が低下し、整流部材の背面側を流れる一方側の熱媒体が流速が増した整流通路の出口側の流れに引き込まれるように第２の熱電発電ユニット側に誘導され、方向付けられる。なお、この場合、整流通路は、専らその入口の開口面積より出口の開口面積が小さくなる。
【００２４】
本発明の熱電発電装置においては、（７）前記複数の熱電発電ユニットは、前記一方の熱媒体通路の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第１グループの熱電発電ユニットと、該第１グループの熱電発電ユニットに対して前記一方の熱媒体通路の軸線方向と直交する方向に離間しつつ前記一方の熱媒体通路の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第２グループの熱電発電ユニットと、を含んで構成されているものであってもよい。
【００２５】
この構成により、複数の熱電発電ユニットの積載効率を高めることができるとともに、並列する複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置を提供することができる。
【００２６】
本発明の熱電発電装置においては、（８）前記複数の熱電発電ユニットのそれぞれが、前記他方の熱媒体通路を形成する内周壁面を有する内側の筒状伝熱部材と、該内側の筒状伝熱部材を取り囲むとともに前記一方の熱媒体通路中で前記一方側の熱媒体に接触する外周壁面を有する外側の筒状伝熱部材と、前記内側の筒状伝熱部材および前記外側の筒状伝熱部材の間に介装された複数の熱電素子を有する熱電素子モジュールと、を含んで構成されていてもよい。
【００２７】
この構成により、複数の熱電素子をモジュール化した熱電発電ユニットを、ケースに対し装着の容易なカートリッジとして構成できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、並列する複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置のケース内に並列配置された複数の熱電発電ユニットの横断面を含む概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置のカートリッジ化した筒状の熱電発電ユニットの横断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置の筒状の熱電発電ユニットの概略構成を示す縦断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置における整流部材の形状を示す各熱電発電ユニットの概略の横断面図であり、図４（ｂ）は、その整流部材の下流側から見た斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置における複数のフィンおよび整流部材を上流側から見た要部正面図であり、図５（ｂ）は、その複数のフィンの上流側部分を一体化した前方フィン部の部分断面図、図５（ｃ）は、その複数のフィンの下流側部分および整流板を一体化した後方フィン部の部分断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置における整流部材をその下流側から見た斜視図であり、図６（ｂ）は、その複数のフィンおよび整流部材を上流側から見た要部正面図、図６（ｃ）は、その後方フィン部の部分断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置における整流部材の変形態様を示すその複数のフィンおよび整流部材の要部正面図であり、図７（ｂ）は、その変形態様の整流部材が一体化された後方フィン部の部分断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置における整流部材をその下流側から見た斜視図であり、図８（ｂ）は、その複数のフィンおよび整流部材を上流側から見た要部正面図、図８（ｃ）は、その後方フィン部の部分背面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置における整流部材をその下流側から見た斜視図であり、図９（ｂ）は、その後方フィン部の部分断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る熱電発電装置のケース内に並列配置された複数の熱電発電ユニットの横断面を含む概略構成図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第７実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図であり、図１１（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図であり、図１１（ｃ）は、本発明の第９実施形態に係る熱電発電装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１ないし図３は、本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置の構成を示している。
【００３２】
なお、本実施形態の熱電発電装置は、高温熱源として内燃機関の排気ガスを、低温熱源として内燃機関の冷却水等の冷却媒体（水に限定されず、低温側の熱媒体として好適な冷却材）を用いるものである。この熱電発電装置は、高温熱源と低温熱源の間に複数の熱電素子を熱的には並列に電気的には専ら直列に配置して熱電発電することにより、内燃機関の排気ガスの持つ排熱を電気エネルギに変換しつつ回収する排熱回収機能を有している。
【００３３】
まず、本実施形態の熱電発電装置の構成について説明する。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態の熱電発電装置１０は、図外の車両走行駆動用のエンジン（内燃機関）から排出された排気ガスＧが導入されるケース１１を備えており、このケース１１は、一方の熱媒体通路である排気ガス通路１２を有している。
【００３５】
ケース１１は、例えばエンジンの排気管１に取り付けられた排気ガス制御弁２をバイパスするバイパス管３の一部を構成しており、この排気ガス制御弁２によって排気通路１ａの一部が絞られるとき、高温側の熱媒体（低温または高温のうち一方側の熱媒体）である排気ガスＧが排気ガス通路１２内に流入するようになっている。
【００３６】
排気ガス制御弁２は、低温側の熱媒体（低温または高温のうち他方側の熱媒体）であるエンジンの冷却水Ｗを導入しその冷却水Ｗの温度に応じて排気制御弁体２ａを回動させるサーモスタットタイプのものである。
【００３７】
なお、ケース１１がバイパス管３の一部でなく排気管自体の一部であってもよいし、排気ガス制御弁２がアクチュエータや形状記憶合金等を用いた他方式のものであってもよいことはいうまでもない。
【００３８】
ケース１１の内部には、排気ガス通路１２の軸線方向に対し略直角に軸交差する筒状の複数の熱電変換ユニット１３が互いに平行に並列配置されている。
【００３９】
これら複数の熱電発電ユニット１３は、排気ガスＧの流れ方向である排気ガス通路１２の軸線方向（図１中の左右方向）と排気ガスＧの流れ方向と直交する図１中の上下方向とで互いに等間隔に離間しており、それぞれ図１中の左右方向および上下方向に対し直交する垂直方向に延びている。
【００４０】
図２および図３に示すように、各熱電発電ユニット１３は、内側の筒状伝熱部材３２と、外側の筒状伝熱部材３３と、内側の筒状伝熱部材３２および外側の筒状伝熱部材３３の間に介装された複数の熱電素子３４ａ，３４ｂを有する熱電素子モジュール３５とを含んで構成されている。
【００４１】
具体的には、内側の筒状伝熱部材３２は、その内部に冷却水Ｗを通す冷却媒体通路３１（他方の熱媒体通路）を形成する内周壁面３２ａを有しており、冷却媒体通路３１が軸線方向に延びる略円筒状のパイプとなっている。
【００４２】
外側の筒状伝熱部材３３は、内側の筒状伝熱部材３２の外径より大径の内周面３３ａと、排気ガス通路１２中で排気ガスＧに接触する外周壁面３３ｂとを有している。
【００４３】
この外側の筒状伝熱部材３３は、内側の筒状伝熱部材３２を外周側から取り囲むとともに内側の筒状伝熱部材３２の外周面３２ｂに対し所定の径方向離間距離を隔てるように、内側の筒状伝熱部材３２と同軸に（同一中心軸線上に）配置されている。
【００４４】
複数の熱電素子３４ａ，３４ｂは、ゼーベック効果により温度差に応じた起電力を発生するＮ型およびＰ型の熱電変換素子の複数対で構成されており、Ｎ型の熱電素子３４ａおよびＰ型の熱電素子３４ｂが内側の電極３６ａおよび外側の電極３６ｂを介して周方向に直列に電気接続されることで、熱電素子モジュール３５が構成されている。
【００４５】
また、複数の熱電素子３４ａ，３４ｂは、内側の筒状伝熱部材３２および外側の筒状伝熱部材３３の周方向に等角度間隔に平行配置された棒状のものであり、それぞれの長さが排気ガス通路１２の直径に近い長さになっている。
【００４６】
なお、本実施形態では、各熱電発電ユニット１３が、棒状の複数の熱電素子３４ａ，３４ｂを等角度間隔に平行配置した熱電素子モジュール３５を構成するものとするが、それぞれ環状または筒状に形成したＮ型およびＰ型の熱電素子を軸方向に交互に複数対配置するものであってもよい。また、複数の棒状または板状の熱電素子３４ａ，３４ｂを軸方向に複数に分割したりそれら分割体の配置を周方向にずらしたりできることはいうまでもない。なお、ここでは内側の電極３６ａまたは外側の電極３６ｂのいずれか１つと共にいわゆるπ型構造をなす各一対の熱電素子３４ａ，３４ｂが熱的には並列に電気的には直列に接続されるが、本発明はπ型構造以外の場合でも適用できる。
【００４７】
より具体的には、各熱電変換ユニット１３の高温部を構成する内側の筒状伝熱部材３２は、少なくとも複数の内側の電極３６ａに接する外周部分において、複数の内側の電極３６ａ同士を電気的に絶縁する電気絶縁性を有している。
【００４８】
また、各熱電変換ユニット１３の低温部を構成する外側の筒状伝熱部材３３は、少なくとも複数の外側の電極３６ｂに接する内周部分において、複数の外側の電極３６ｂ同士を電気的に絶縁する電気絶縁性を有している。
【００４９】
さらに、熱電素子モジュール３５の配置空間である内側の筒状伝熱部材３２と外側の筒状伝熱部材３３の間の円筒状の空間Ｓは、一対の環状閉止部材３７ａ，３７ｂによって閉止されており、その内部に熱電素子モジュール３５の酸化劣化防止剤として例えば不活性ガスが封入されている。
【００５０】
一対の環状閉止部材３７ａ，３７ｂは、外側の筒状伝熱部材３３の軸方向両端側に突き出ており、ケース１１の側板部１１ａに形成された取付穴部１１ｂに気密的に固定支持されている。
【００５１】
また、複数の熱電発電ユニット１３は、排気ガス通路１２の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第１グループの熱電発電ユニット１３Ａと、同様に、排気ガス通路１２の軸線方向に等間隔に離間しつつ同一平面上で並列する第２グループの熱電発電ユニット１３Ｂとを含んで構成されている。また、第２グループの熱電発電ユニット１３Ｂは、第１グループの熱電発電ユニット１３Ａに対して排気ガス通路１２の軸線方向と直交する図１中の上下方向に離間している。
【００５２】
第１、第２グループの熱電発電ユニット１３Ａ、１３Ｂを構成する複数の熱電変換ユニット１３は、内部の熱電素子モジュール３５同士を電気的に接続するように素子リード線３８等の電気配線によって相互に接続されるとともに、図外のバッテリ充電回路に接続されている。これにより、複数の熱電変換ユニット１３は、排気ガスの持つ排熱から回収した電気エネルギをバッテリに蓄えることができるようになっている。
【００５３】
一方、排気ガス通路１２の軸線方向で隣り合う各一対の熱電変換ユニット１３のうち相対的に上流側に位置する第１の熱電発電ユニット１３（例えば図１中の一対の熱電発電ユニット１３Ｆ、１３Ｓのうち上流側の熱電発電ユニット１３Ｆ）の近傍には、その外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄに対向するように、整流部材１５が設けられている。
【００５４】
図３に示すように、この整流部材１５は、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに対面する壁面１５ｆを有しており、この壁面１５ｆは、排気ガス通路１２の軸線に対して排気ガス通路１２の径方向内側に傾斜している。
【００５５】
そして、整流部材１５は、その壁面１５ｆにより、排気ガスＧを排気ガス通路１２の軸線方向で隣り合う各一対の熱電変換ユニット１３のうち相対的に下流側に位置する第２の熱電発電ユニット１３（例えば図１中の一対の熱電発電ユニット１３Ｆ、１３Ｓのうち下流側の熱電発電ユニット１３Ｓ）側に方向付けるようになっている。
【００５６】
また、整流部材１５の壁面１５ｆは、第１の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿って２方向に分かれた排気ガスＧを第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿ってその中央（冷却媒体通路３１の中心高さ）付近で合流させるように、排気ガス通路１２の軸線に対し互いに逆方向に傾斜する一対の傾斜面部１５ｆ１，１５ｆ２を含んでいる。
【００５７】
そして、整流部材１５は、これら一対の傾斜面部１５ｆ１，１５ｆ２により、下流側外周壁面３３ｄの中央付近に集中させた排気ガスＧの流れを、第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃの中央付近に向かうように方向付けることができる。
【００５８】
具体的には、整流部材１５は、板状に形成されており、第１の熱電発電ユニット１３に支持された整流板となっている。また、この板状の整流部材１５は、排気ガス通路１２の軸線に対し互いに逆方向に傾斜するよう第１の熱電発電ユニット１３に支持された一対の整流板部５１，５２を含んで構成されている。
【００５９】
これら一対の整流板部５１，５２は、排気ガスＧからの熱伝達率によりその排熱を回収可能であるとともに、複数のフィン４１を介して第１の熱電発電ユニット１３の外側の筒状伝熱部材３３に熱伝導可能に結合されている。
【００６０】
複数のフィン４１は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３から放射外方に一定高さで突出する円環板状のもので、第１の熱電発電ユニット１３の外周側に冷却媒体通路３１の軸線方向に互いに離間するように平行に配置されている。これら複数のフィン４１は、排気ガス通路１２中を流れる排気ガスからの熱伝達により排気ガスの持つ排熱を吸収しつつ、高温側の受熱材である外側の筒状伝熱部材３３に効率よく熱伝導する吸熱フィンとなっている。
【００６１】
また、整流部材１５の一対の整流板部５１，５２は、それぞれ第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しており、整流部材１５全体としても下流側外周壁面３３ｄに向かって開く半円凹状に湾曲した横断面形状を有している。そして、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと整流部材１５の一対の整流板部５１，５２との間には、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う整流通路４６が形成されている。
【００６２】
この整流通路４６は、図１中で外側の筒状伝熱部材３３の上下に位置する上下の入口４６ａ，４６ｂと、上下方向中央の出口４６ｃとを有している。また、整流通路４６は、その出口４６ｃ側の通路断面積Ａ３が入口４６ａ，４６ｂ側のトータルの通路断面積（Ａ１＋Ａ２）よりも小さくなるように形成されている。したがって、整流通路４６内に入った排気ガスは、整流通路４６の出口４６ｃ側でその流速を増すようになっている。
【００６３】
本実施形態では、整流部材１５の一対の整流板部５１，５２がそれぞれ凹状に湾曲した横断面形状を有するものとするが、一対の整流板部５１，５２が排気ガス通路１２の軸線に対し互いに逆方向に傾斜し、整流部材１５が全体として下流側外周壁面３３ｄに向かって開く略Ｖ字形状に屈曲した横断面形状を有していてもよい。
【００６４】
また、複数の熱電発電ユニット１３が碁盤の目状に配置されているのに対応して、複数の整流部材１５は、排気ガス通路１２の軸線方向である図１中の左右方向に等間隔に離間するように配置されている。さらに、図１中の上下方向に隣り合う各一対の整流部材１５も、それぞれ等間隔に離間している。
【００６５】
複数の熱電発電ユニット１３の冷却媒体通路３１には、例えば排気ガス制御弁２を通過した冷却水Ｗもしくはエンジンからの冷却水Ｗが、図示しない冷却剤配管を通して導入されるようになっている。
【００６６】
なお、ケース１１に、少なくとも側板部１１ａによって排気ガス通路１２から仕切られた冷却水タンクが併設され、その冷却水タンクによって複数の熱電発電ユニット１３の冷却媒体通路３１に冷却水Ｗが分配されてもよい。
【００６７】
また、排気ガスの流れ方向で最下流に位置する冷却媒体通路３１に最初に冷却水Ｗが通水され、排気ガスの流れ方向で最上流に位置する冷却媒体通路３１からエンジン側あるいはラジエータ側に冷却水が戻るようにしてもよい。
【００６８】
次に、作用について説明する。
【００６９】
上述のように構成された本実施形態の熱電発電装置１０においては、排気ガス通路１２の軸線方向で隣り合う各一対のうち上流側に位置する第１の熱電発電ユニット１３（例えば図１中の第１の熱電発電ユニット１３Ｆ）の近傍に整流部材１５が設けられ、第１の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃの周囲を通過した排気ガスが、この整流部材１５の壁面１５ｆにより整流される。
【００７０】
そして、排気ガス通路１２中で第１の熱電発電ユニット１３の外周側を通過する排気ガスが、整流部材１５の壁面１５ｆによって第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う方向に案内されるとともに、第２の熱電発電ユニット１３（例えば図１中の第２の熱電発電ユニット１３Ｓ）側に方向付けられる。
【００７１】
したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに近接する排気ガスの流れが確実に形成され、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄにおける熱伝達効率が高まる。よって、下流側外周壁面３３ｄの近傍の熱電発電素子３４ａ，３４ｂを有効活用し、発電量を増加させることができる。
【００７２】
しかも、整流された排気ガスの流れが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられるので、排気ガスの流れ方向から見て第１の熱電発電ユニット１３の背後に位置する後方の第２の熱電発電ユニット１３に向かう排気ガスの流量および流速が十分に確保され、第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿う排気ガスの流れが確実に形成される。
【００７３】
その結果、本実施形態のように、ケース１１内の排気ガスの流れ方向で最も近接する各一対の熱電発電ユニット１３が同一平面上に配置される場合でも、複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率が高くなり、最下流側の熱電発電ユニット１３であっても十分な熱伝達効率および発電量を確保できることになる。
【００７４】
また、本実施形態では、第１の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿って２方向に分かれた排気ガスが、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿ってその中央で合流するように案内され、合流により集中した後に第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄおよび第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃのそれぞれに沿った排気ガスの流れ（流量および流速）が十分に確保され、複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率が高くなる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、板状の整流部材１５が第１の熱電発電ユニット１３に支持されているので、一面側で熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに対向する板状の整流部材１５の他面側でも、排気ガスが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられることになる。したがって、複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率をより高めることができる。
【００７６】
加えて、本実施形態では、整流部材１５の一対の整流板部５１，５２が排気ガス通路１２の軸線に対し互いに逆方向に傾斜するようフィン４１を介して第１の熱電発電ユニット１３に支持されている。したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと一対の整流板部５１，５２との間では、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿って２方向の排気ガスが合流するように案内され、一対の整流板部５１，５２の背面側では、第１の熱電発電ユニット１３を通過して一対の整流板部５１，５２の背面側に達した排気ガスが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられる。
【００７７】
しかも、板状の整流部材１５がフィン４１を介して第１の熱電発電ユニット１３に支持されているので、フィン４１の伝熱面積（熱交換面積）に加えて板状の整流部材１５での熱交換面が伝熱面積として増えることになり、複数の熱電発電ユニット１３の外周側の伝熱効率をより高めることができる。よって、熱電発電装置１０における熱回収効率および発電効率が高まることになる。
【００７８】
特に、整流部材１５は、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しているので、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと板状の整流部材１５の壁面１５ｆとの間で、排気ガスが確実に第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿って案内されることとなり、熱伝達効率が十分に高められる。
【００７９】
また、本実施形態では、整流通路４６の入口４６ａ，４６ｂ側の通路断面積Ａ１＋Ａ２より出口４６ｃ側の通路断面積Ａ３が小さいので、整流部材１５により整流されて第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられる排気ガスの流速を十分に大きくすることができる。その結果、整流部材１５の背面側の圧力が低下し、整流部材１５の背面側を流れる排気ガスが第２の熱電発電ユニット１３側に引き込まれるように誘導されて、的確に方向付けられることになる。
【００８０】
さらに、本実施形態では、複数の熱電発電ユニット１３が、排気ガス通路１２の軸線方向に等間隔に離間しつつそれぞれ同一平面上で並列する第１、第２グループの熱電発電ユニット１３Ａ、１３Ｂを含んでいる。したがって、複数の熱電発電ユニット１３の積載効率を高めることができるとともに、各熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高め、全長を抑えた小型で高効率の熱電発電装置を提供することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、複数の熱電素子３４ａ，４３ｂをモジュール化した熱電発電ユニット１３を、ケース１１に対する装着が容易なカートリッジとして構成することができるので、熱電発電ユニット１３の積載効率を十分に高めることができ、熱電発電装置１０の製造時の組立作業等の容易化を図ることもできる。
【００８２】
このように、本実施形態においては、並列配置される複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置１０を提供することができる。
【００８３】
（第２実施形態）
図４および図５は、本発明の第２実施形態に係る熱電発電装置における要部の構成を示している。
【００８４】
なお、以下に説明する各実施形態の熱電発電装置は、各熱電発電ユニット１３に装着される整流部材とその支持構造が前述の第１実施形態と相違するものの、他の部分構成や全体構成は、前述の第１実施形態と類似するものである。よって、以下、第１実施形態と同一であるか類似する構成については、図中に図１ないし図３中の対応する構成要素の符号を用いつつ、本実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８５】
第２実施形態においては、図４および図５に示すように、各熱電発電ユニット１３に装着されるフィン６１が、櫛歯状の縦断面形状を有し上流側外周壁面３３ｃ上に固着された前方フィン６２と、ジグザグに蛇行する略矩形波状の縦断面形状を有し下流側外周壁面３３ｄ上に固着された後方フィン６３とによって構成されている。
【００８６】
前方フィン６２は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の上流側外周壁面３３ｃから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の半円環板状のフィン部６２ａと、それらフィン部６２ａを基端側で一体に結合する半円筒状の結合部６２ｂとを有している。
【００８７】
一方、後方フィン６３は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の略半円環板状のフィン部６３ａと、それらフィン部６３ａのうち隣り合う各一対ずつを基端側で一体に結合する複数の半円筒状の結合部６３ｂと、複数のフィン部６３ａのうち各結合部６３ｂにより一体に結合された各一対ずつのフィン部６３ａを互いに先端側で一体に結合する複数対の整流板部６３ｃ，６３ｄとによって構成されている。
【００８８】
これら前方フィン６２および後方フィン６３は、排気ガス通路１２中を流れる排気ガスからの熱伝達により排気ガスの持つ排熱を吸収しつつ、高温側の受熱材である外側の筒状伝熱部材３３に効率よく熱伝導する吸熱フィンとなっている。
【００８９】
また、後方フィン６３に一体に装着された一対の整流板部６３ｃ，６３ｄは、それぞれ第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しており、両整流板部６３ｃ，６３ｄからなる整流板６５（整流部材）が、全体として下流側外周壁面３３ｄに向かって開く半円凹状に湾曲した横断面形状を有している。そして、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと整流板６５の一対の整流板部６３ｃ，６３ｄとの間には、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う整流通路６６が形成されている。
【００９０】
この整流通路６６は、図４（ａ）中で外側の筒状伝熱部材３３の上下に位置する上下の入口６６ａ，６６ｂと、上下方向中央の出口６６ｃとを有している。また、整流通路６６は、その出口６６ｃ側の通路断面積Ａ３が入口６６ａ，６６ｂ側のトータルの通路断面積（Ａ１＋Ａ２）よりも小さくなるように形成されている。したがって、整流通路６６内に入った排気ガスは、整流通路６６の出口６６ｃ側でその流速を増すようになっている。
【００９１】
本実施形態においても、排気ガス通路１２中で第１の熱電発電ユニット１３の外周側を通過する排気ガスが、整流板６５の壁面６５ｆによって第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う方向に案内されるとともに、第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに近接する排気ガスの流れが確実に形成され、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄにおける熱伝達効率が高まる。しかも、整流された排気ガスの流れが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられるので、第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿う排気ガスの流れも確実に形成される。
【００９２】
さらに、本実施形態では、複数の熱電素子３４ａ，４３ｂのみならず前方フィン６２や後方フィン６３をモジュール化した熱電発電ユニット１３をケース１１に対し装着の容易なカートリッジとして構成できるので、その積載効率を十分に高めることができるとともに、製造時の組立作業等も容易化できる。
【００９３】
よって、本実施形態でも、並列する複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置１０を提供できる。
【００９４】
（第３実施形態）
図６（ａ）ないし図６（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る熱電発電装置における要部の構成を示している。
【００９５】
第３実施形態においては、図６（ａ）ないし図６（ｃ）に示すように、各熱電発電ユニット１３に装着されるフィン７１が、櫛歯状の縦断面形状を有し上流側外周壁面３３ｃ上に固着された前方フィン７２と、並列する鉤形を基端側で一体化した断面形状を有し下流側外周壁面３３ｄ上に固着された後方フィン７３とによって構成されている。
【００９６】
前方フィン７２は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の上流側外周壁面３３ｃから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の半円環板状のフィン部７２ａと、それらフィン部７２ａを基端側で一体に結合する半円筒状の結合部７２ｂとによって構成されている。
【００９７】
一方、後方フィン７３は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の略半円環板状のフィン部７３ａと、それら複数のフィン部７３ａを基端側で一体に結合する半円筒状の結合部７３ｂと、複数のフィン部７３ａの先端側に一体に結合されてフィン部７３ａと共に鉤形断面形状をなす複数対の整流板部７３ｃ，７３ｄとによって構成されている。
【００９８】
これら前方フィン７２および後方フィン７３は、排気ガス通路１２中を流れる排気ガスからの熱伝達により排気ガスの持つ排熱を吸収しつつ、高温側の受熱材である外側の筒状伝熱部材３３に効率よく熱伝導する吸熱フィンとなっている。
【００９９】
また、後方フィン７３に一体に装着された複数対の整流板部７３ｃ，７３ｄは、それぞれ第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しており、複数対の整流板部７３ｃ，７３ｄを有する整流板７５（整流部材）が、全体として下流側外周壁面３３ｄに向かって開く半円凹状に湾曲した横断面形状を有している。そして、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと整流板７５の一対の整流板部７３ｃ，７３ｄとの間には、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う整流通路７６が形成されている。
【０１００】
この整流通路７６は、外側の筒状伝熱部材３３の上下両側に位置する上下の入口７６ａ，７６ｂと、上下方向中央の出口７６ｃとを有している。また、整流通路７６は、その出口７６ｃ側の通路断面積Ａ３が入口７６ａ，７６ｂ側のトータルの通路断面積（Ａ１＋Ａ２）よりも小さくなるように形成されている。したがって、整流通路７６内に入った排気ガスは、整流通路７６の出口７６ｃ側でその流速を増すようになっている。
【０１０１】
本実施形態においても、排気ガス通路１２中で第１の熱電発電ユニット１３の外周側を通過する排気ガスが、整流板７５の壁面７５ｆによって第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う方向に案内されるとともに、第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに近接する排気ガスの流れが確実に形成され、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄにおける熱伝達効率が高まる。しかも、整流された排気ガスの流れが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられるので、第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿う排気ガスの流れも確実に形成される。
【０１０２】
さらに、本実施形態では、複数の熱電素子３４ａ，４３ｂのみならず前方フィン７２や後方フィン７３をモジュール化した熱電発電ユニット１３をケース１１に対し装着の容易なカートリッジとして構成できるので、その積載効率を十分に高めることができるとともに、製造時の組立作業等も容易化できる。
【０１０３】
よって、本実施形態でも、並列する複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置１０を提供できる。
【０１０４】
なお、本実施形態では、後方フィン７３が、複数のフィン部７３ａを基端側で共通の半円筒状の結合部７３ｂによって一体に結合する構成とした。
【０１０５】
しかし、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、複数のフィン部７３ａのそれぞれに軸方向長さに短い半円筒状の結合部７３ｂを一体に形成しておき、複数の結合部７３ｂを軸方向に隣接させつつ外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄに固着させる構成とすることも考えられる。
【０１０６】
（第４実施形態）
図８（ａ）ないし図８（ｃ）は、本発明の第４実施形態に係る熱電発電装置における要部の構成を示している。
【０１０７】
第４実施形態においては、図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示すように、第２、第３実施形態のフィン６１、７１の後方フィン６３、７３に代えて、後方フィン８３を用いるようになっている。
【０１０８】
すなわち、各熱電発電ユニット１３に装着されるフィン８１は、櫛歯状の縦断面形状を有し上流側外周壁面３３ｃ上に固着された前方フィン６２または７２と、並列する鉤形を基端側で一体化した断面形状を有し下流側外周壁面３３ｄ上に固着された後方フィン８３とによって構成されている。
【０１０９】
この後方フィン８３は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の湾曲した略半円環状のフィン部８３ａと、それら複数のフィン部８３ａを基端側で一体に結合することができる複数の結合部８３ｂと、複数のフィン部８３ａの先端側に一体に結合されてフィン部８３ａと共に湾曲した鉤形断面形状をなす複数対の整流板部８３ｃ，８３ｄとによって構成されている。
【０１１０】
これら前方フィン６２または７２と後方フィン８３とは、排気ガス通路１２中を流れる排気ガスからの熱伝達により排気ガスの持つ排熱を吸収しつつ、高温側の受熱材である外側の筒状伝熱部材３３に効率よく熱伝導する吸熱フィンとなっている。
【０１１１】
また、後方フィン８３に一体に装着された複数対の整流板部８３ｃ，８３ｄは、それぞれ第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに向かって開く凹状に湾曲した横断面形状を有しており、複数対の整流板部８３ｃ，８３ｄを有する整流板８５（整流部材）が、全体として下流側外周壁面３３ｄに向かって開く半円凹状に湾曲した横断面形状を有している。そして、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄと整流板８５の一対の整流板部８３ｃ，８３ｄとの間には、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う整流通路８６が形成されている。
【０１１２】
この整流通路８６は、外側の筒状伝熱部材３３の上下両側に位置する上下の入口８６ａ，８６ｂと、上下方向中央の出口８６ｃとを有しており、出口８６ｃから流出する排気ガスを旋回流とする機能を有している。また、整流通路８６は、その出口８６ｃ側の通路断面積が入口８６ａ，８６ｂ側のトータルの通路断面積よりも小さくなるように形成されている。したがって、整流通路８６内に入った排気ガスは、整流通路８６の出口８６ｃ側でその流速を増すようになっている。
【０１１３】
本実施形態においても、排気ガス通路１２中で第１の熱電発電ユニット１３の外周側を通過する排気ガスが、整流板８５の壁面８５ｆによって第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに沿う方向に案内されるとともに、第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられる。したがって、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄに近接する排気ガスの流れが確実に形成され、第１の熱電発電ユニット１３の下流側外周壁面３３ｄにおける熱伝達効率が高まる。しかも、整流された排気ガスの流れが第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられるので、第２の熱電発電ユニット１３の上流側外周壁面３３ｃに沿う排気ガスの流れも確実に形成される。
【０１１４】
本実施形態でも、並列する複数の熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置１０を提供することができる。
【０１１５】
また、本実施形態では、出口８６ｃから第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられつつ流出する排気ガスが旋回流となるので、各熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率をより高めることができ、熱電発電装置１０の発電効率をさらに向上させることができる。
【０１１６】
（第５実施形態）
図９（ａ）および図９（ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る熱電発電装置における要部の構成を示している。
【０１１７】
第５実施形態においては、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第２実施形態のフィン６１の後方フィン６３に代えて、後方フィン９３を用いるようになっている。
【０１１８】
すなわち、各熱電発電ユニット１３に装着されるフィン６１は、櫛歯状の縦断面形状を有し上流側外周壁面３３ｃ上に固着された前方フィン６２と、ジグザグに蛇行する略矩形波状の縦断面形状を有し下流側外周壁面３３ｄ上に固着された後方フィン９３とによって構成されている。
【０１１９】
この後方フィン９３は、それぞれ外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄから放射外方に一定高さで突出しつつ各熱電発電ユニット１３の軸線方向に等間隔に離間する複数の略半円環板状のフィン部９３ａと、それらフィン部９３ａのうち隣り合う各一対ずつを基端側で一体に結合する複数の半円筒状の結合部９３ｂと、複数のフィン部９３ａのうち各結合部９３ｂにより一体に結合された各一対ずつのフィン部９３ａを互いに先端側で一体に結合する複数対の整流板部９３ｃ，９３ｄとによって構成されている。
【０１２０】
そして、複数対の整流板部９３ｃ，９３ｄによって構成される整流板９５（整流部材）と外側の筒状伝熱部材３３の下流側外周壁面３３ｄとの間に複数の整流通路９６が形成され、これら整流通路９６は、外側の筒状伝熱部材３３の上下に位置する上下の入口９６ａ，９６ｂと、上下方向中央のひょうたん形開口形状の出口９６ｃとを有している。
【０１２１】
本実施形態においても、各熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率を高めた高効率の熱電発電装置１０を提供することができる。また、出口９６ｃから第２の熱電発電ユニット１３側に方向付けられつつ流出する排気ガスが旋回流とするようにして、各熱電発電ユニット１３の外周壁面３３ｃ，３３ｄにおける熱伝達効率をより高めることもできる。
【０１２２】
なお、上述の各実施形態では、ケース１１内に高温側の熱媒体通路である排気ガス通路１２が形成され、その排気ガス通路１２に対し軸交差するように並列配置された複数の熱電発電ユニット１３の内部に低温側の熱媒体通路である冷却媒体通路３１が形成されていた。しかし、ケース１１内に低温側の熱媒体通路である冷却媒体通路が形成され、その冷却媒体通路に対し軸交差するように並列配置された複数の熱電発電ユニット１３の内部に高温側の熱媒体通路である排気ガス通路が形成されてもよい。また、高温側の熱媒体が排気ガスに限定されず、低温側の熱媒体が冷却水に限定されないことはいうまでもない。
【０１２３】
また、上述の各実施形態では、第１、第２グループの熱電発電ユニット１３Ａ，１３Ｂが排気ガスの流れ方向で同じ位置に位置し、複数の熱電発電ユニット１３が横断面上で碁盤の目状に配置されていた。しかし、必ずしも複数の熱電発電ユニット１３が横断面上で碁盤の目状に配置される必要はない。
【０１２４】
（第６実施形態）
すなわち、図１０に示す第６実施形態のように、両グループの熱電発電ユニット１３Ａ，１３Ｂの複数の熱電発電ユニット１３が排気ガスの流れ方向で隣り合う同士の配設ピッチｐよりも狭い距離（例えば排気ガス流れ方向における各グループの熱電発電ユニット１３の配設ピッチｐの約１／２）だけ異なる位置に配置されるような千鳥構造とする場合であっても、本発明は好適に適用できる。
【０１２５】
なお、この第６実施形態は、第１、第２グループの熱電発電ユニット１３Ａ，１３Ｂの配設位置が各グループの熱電発電ユニット１３の配設ピッチｐの１／２程度ずれている点以外は、第１実施形態と同様の構成を有するので、他の構成の説明は省略する。
【０１２６】
また、上述の各実施形態においては、各熱電発電ユニット１３を円筒状のものとしたが、内外周面のうち少なくとも一方が非円形断面を有していてもよいし、各熱電発電ユニット１３内に複数の内部通路が形成されてもよい。
【０１２７】
さらに、各熱電発電ユニット１３は必ずしも真直ぐなものである必要はなく、湾曲したり折り返されたりした形状であってもよい。
【０１２８】
整流部材の壁面は、熱電発電ユニット１３の外周面の形状、特に下流側外周壁面の湾曲または屈曲形状に応じて湾曲または屈曲してもよい。
【０１２９】
あるいは、図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）にそれぞれ図示するように、熱電発電ユニット１３の外周面の断面形状とは異なる断面形状にすることもできる。
【０１３０】
（第７実施形態）
図１１（ａ）に示す一対の整流板１１１，１１２（整流部材）は、各熱電変換ユニット１３の円曲外周断面形状に対して、それぞれ約９０度の曲げ角度で屈曲した断面形状を有している。
【０１３１】
これら第７実施形態の整流板１１１，１１２は、排気ガス通路１２の軸線方向に一定幅ｗ１を有し熱電変換ユニット１３の軸線方向に対し平行に延在する帯板状の上流側部分１１１ａ，１１２ａと、この上流側部分１１１ａ，１１２ａに対し約９０度の曲げ角度で一定の曲げ内側高さｈ１を有するよう曲げ加工されて熱電変換ユニット１３の軸線方向に延びる下流側部分１１１ｂ，１１２ｂとを有している。
【０１３２】
そして、各熱電変換ユニット１３と整流板１１１，１１２の間の整流通路１１６が、それらの上流側の入口１１６ａ，１１６ｂでの流路断面より下流側の出口１１６ｃで流路断面を狭めつつ、排気ガスＧを、排気ガス通路１２の軸線方向で隣り合う各一対の熱電変換ユニット１３Ｆ，１３Ｓのうち下流側に位置する第２の熱電発電ユニット１３Ｓ側に方向付けるようになっている。
【０１３３】
なお、本実施形態においても、各熱電発電ユニット１３の外側の筒状伝熱部材３３に熱伝導可能に結合された複数のフィン４１を、整流板１１１，１１２側に拡張したり非円形形状にしたりすることができ、複数のフィン４１と整流板１１１，１１２を熱伝導可能に結合してもよいことはいうまでもない。
【０１３４】
（第８実施形態）
図１１（ｂ）に示す一対の整流板１２１，１２２（整流部材）は、各熱電変換ユニット１３の円曲外周断面形状に対して、それぞれ鈍角の曲げ角度θｂ（＞９０°）で屈曲した断面形状を有している。
【０１３５】
これら第８実施形態の整流板１２１，１２２は、排気ガス通路１２の軸線方向に一定幅を有し熱電変換ユニット１３の軸線方向に対し平行に延在する帯板状の上流側部分１２１ａ，１２２ａと、この上流側部分１２１ａ，１２２ａに対し鈍角θｂの曲げ角度で一定の曲げ内側高さｈ２を有するよう曲げ加工されて熱電変換ユニット１３の軸線方向に延びる下流側部分１２１ｂ，１２２ｂとを有している。そして、各熱電変換ユニット１３と整流板１２１，１２２の間の整流通路１２６が、それらの上流側の入口１２６ａ，１２６ｂでの流路断面より下流側の出口１２６ｃで流路断面を狭めつつ、排気ガスＧを第２の熱電発電ユニット１３Ｓ側に方向付けるようになっている。
【０１３６】
（第９実施形態）
図１１（ｃ）に示す一対の整流板１３１，１３２（整流部材）は、各熱電変換ユニット１３の円曲外周断面形状に対して、それぞれ平板状の断面形状を有している。
【０１３７】
これら第９実施形態の整流板１３１，１３２は、排気ガス通路１２の軸線方向に互いに逆方向に傾斜している。そして、各熱電変換ユニット１３と整流板１３１，１３２の間の整流通路１３６が、それらの上流側の入口１３６ａ，１３６ｂでの流路断面より下流側の出口１３６ｃで流路断面を狭めつつ、排気ガスＧを第２の熱電発電ユニット１３Ｓ側に方向付けるようになっている。
【０１３８】
なお、多数の整流板やフィンを一体化したフレーム状の整流部材に第１または第２グループの熱電発電ユニット１３を保持させたり、多数の整流板やフィンを一体化したケース状の整流部材に複数の筒状の熱電発電ユニットを挿入したりすることも考えられる。
【０１３９】
また、一対の整流板部を直接的に結合して一体の湾曲した整流板を構成し、その湾曲した谷部に出口を開口させることができるし、整流板を所定数のフィン毎に結合する複数のセグメントで構成し、それらを熱電発電ユニット１３の長手方向に複数配置することも考えられる。
【０１４０】
以上説明したように、本発明は、並列する複数の熱電発電ユニットの外周壁面における熱伝達効率を高めた小型で高効率の熱電発電装置を提供することができるものであり、高温側の熱媒体と低温側の熱媒体とを通しつつ両熱媒体の温度差を利用して熱電発電する熱電発電装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１４１】
１…排気管、１ａ…排気通路、２…排気ガス制御弁、２ａ…排気制御弁体、３…バイパス管、１０…熱電発電装置、１１…ケース、１１ａ…側板部、１１ｂ…取付穴部、１２…排気ガス通路（一方の熱媒体通路）、１３…熱電発電ユニット（第１の熱電発電ユニットまたは／および第２の熱電発電ユニット）、１３Ａ…第１グループの熱電発電ユニット、１３Ｂ…第２グループの熱電発電ユニット、１３Ｆ…第１の熱電発電ユニット、１３Ｓ…第２の熱電発電ユニット、１５…整流部材（整流板）、１５ｆ，６５ｆ，７５ｆ，８５ｆ…壁面、１５ｆ１，１５ｆ２…傾斜面部、３１…冷却媒体通路（他方の熱媒体通路）、３２…内側の筒状伝熱部材、３２ａ…内周壁面、３３…外側の筒状伝熱部材、３３ｂ…外周壁面、３３ｃ…上流側外周壁面（外周壁面）、３３ｄ…下流側外周壁面（外周壁面）、３４ａ，３４ｂ…熱電素子（熱電変換素子）、３５…熱電素子モジュール、３６ａ…内側の電極、３６ｂ…外側の電極、３７ａ，３７ｂ…環状閉止部材、３８…素子リード線、４１，６１，７１，８１…フィン、４６，６６，７６，８６，９６…整流通路、４６ａ，４６ｂ，６６ａ，６６ｂ，７６ａ，７６ｂ，８６ａ，８６ｂ，９６ａ，９６ｂ…入口、４６ｃ，６６ｃ，７６ｃ，８６ｃ，９６ｃ…出口、５１，５２…整流板部（一対の整流板部）、６２，７２…前方フィン、６２ａ，７２ａ…フィン部、６２ｂ，７２ｂ…結合部、６３，７３，８３，９３…後方フィン、６３ａ，７３ａ，８３ａ，９３ａ…フィン部、６３ｂ，７３ｂ，８３ｂ，９３ｂ…結合部、６３ｃ，６３ｄ，７３ｃ，７３ｄ，８３ｃ，８３ｄ，９３ｃ，９３ｄ…整流板部（一対の整流板部）、６５，７５，８５，９５…整流板（整流部材）、１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２…一対の整流板（整流部材）、Ａ１，Ａ２，Ａ３…通路断面積
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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