(57)【要約】【課題】熱電モジュールに熱を効果的に移送して熱電変換による発電効率を向上させた排熱エネルギー回収装置を提供すること。【解決手段】排熱エネルギー回収装置は、複数の排気管１０と、熱電モジュール２０と、冷却管３０とを積層して成り、排気管１０と熱電モジュール２０とが冷却管３０で挟まれた構造を有する。排気管１０は排ガスの流れ方向Ｅに直交する断面における通路形状が矩形をなし、同様に冷却管３０も冷却媒体の流れ方向Ｃに直交する断面における通路形状が矩形をなす。熱電モジュール２０は板状をなし、通路の断面形状が矩形をなす排気管１０の対向する一対の外側面、即ち矩形排気管１０の上面の外側表面と下面の外側表面とに接触して配置される。冷却管３０は、熱電モジュール２０，２０を介して排気管１０を挟持している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流通用の複数の矩形排気管と、これら矩形排気管の対向する一対の外側面に接して設けられた板状の熱電モジュールと、これら板状熱電モジュールに接して設けられた冷却媒体流通用の矩形冷却管と、を備え、
上記矩形排気管と上記板状熱電モジュールとが上記矩形冷却管で挟まれた構造を有する、ことを特徴とする排熱エネルギー回収装置。
【請求項２】
上記矩形冷却管同士が締結部材で締結されていることを特徴とする請求項１に記載の排熱エネルギー回収装置。
【請求項３】
上記矩形排気管と上記板状熱電モジュールと上記矩形冷却管の機械的な締め付けが、ネジを設けた三本以上の棒を用いて行われていることを特徴とする請求項２記載の排熱エネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱エネルギー回収装置に係り、更に詳細には、熱電モジュールを用いて排熱発電を行う排熱エネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンでは、混合ガスの爆発燃焼によって発生した熱エネルギーの一部を動力に変換して駆動に用いるが、発生した熱の多くは冷却水と排気を通じて捨てられていた。この熱を動力に変換することができれば、それだけエンジンの効率が高まる。
近年、熱電変換は温度差を電気に直接変換することができるため、熱電素子を利用した排熱発電によってエネルギー回収を図る試みが盛んに行われている。
【０００３】
例えば、エンジン排気管の外側に熱電素子を接触させ、その裏との温度差からゼーベック効果を利用して発電する排熱発電装置として、自動車のエンジンから排出される排ガスが流れる排気管の外側に複数の熱電変換素子が円環状に配置された構造が公開されている（例えば、特許文献１参照）。
また、自動車のエンジンから排出される排ガスが流れる排気管に、箱形状の吸熱筒が備え付けられた排熱発電装置が公開されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、排気管の外側に熱電素子が設置され、集熱フィンを排気管内部に設けて排気管からの熱を集め、熱電素子の更に外側には放熱フィンを設けて熱電素子に発生する温度差を大きくするような工夫が施された排熱発電装置も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
更に、排気管の外側に設けた冷却部を機械的に固定する方法（例えば、特許文献４参照）や、モジュールの接合部を密着固定して、発電効率の向上を図る工夫（例えば、特許文献５参照）が提案されている。
【０００５】
しかし、上述のような手法では排気管に流れる熱を熱電モジュールに効果的に移送することが困難である。これに対し、排気管内を分割して隘路を設け、隘路に設けた熱電モジュールに熱を移送する方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
また、熱電素子を用いて排気熱を電気に変換するため、排気熱を熱電素子に伝え、熱電素子の低温部の熱をすばやく放熱するための構成として、エンジンの排気が導かれる排気流路に熱電素子の高温部が接して、ラジエータに連通して排熱発電専用冷却水が導かれる冷却水流路に低温部の接する構造も公開されている。
【特許文献１】特開昭６１−２５４０８２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６２０７５号公報
【特許文献３】特開平１１−１２２９６０号公報
【特許文献４】特開２０００−２８６４６９号公報
【特許文献５】特開２００２−３２５４７０号公報
【特許文献６】特開２００５−０５７９０８号公報
【特許文献７】特開平８−２６１０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の排熱発電装置などでは、熱電素子に温度差を付与すべく、排気管に熱電モジュールを取り付け、モジュールの接合部を密着固定して熱伝達を高め、更に排気管内部に集熱フィンを設けて熱を集め、モジュールの外側に放熱フィンを設けて熱を放散する機構又は冷却する機構を採用するものであり、発電効率が未だ十分とは言えなかった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱電モジュールに熱を効果的に移送して熱電変換による発電効率を向上させた排熱エネルギー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】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、排熱を通ずる通路の表面積を大きくしてその表面に複数の熱電モジュールを設置することなどにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の排熱エネルギー回収装置は、排気ガス流通用の複数の矩形排気管と、これら矩形排気管の対向する一対の外側面に接して設けられた板状の熱電モジュールと、これら板状熱電モジュールに接して設けられた冷却媒体流通用の矩形冷却管と、を備え、
上記矩形排気管と上記板状熱電モジュールとが上記矩形冷却管で挟まれた構造を有する、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の排熱エネルギー回収装置の好適形態は、上記矩形冷却管同士が締結部材で締結されていることを特徴とする。
更に、本発明の排熱エネルギー回収装置の他の好適形態は、上記矩形排気管と上記板状熱電モジュールと上記矩形冷却管の機械的な締め付けが、ネジを設けた三本以上の棒を用いて行われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排熱を通ずる通路の表面積を大きくしてその表面に複数の熱電モジュールを設置することなどとしたため、熱電モジュールに熱を効果的に移送して熱電変換による発電効率を向上させた排熱エネルギー回収装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本発明の排熱エネルギー回収装置の一実施例を示す概略的な断面図である。
同図において、この排熱エネルギー回収装置は、複数の排気管１０と、熱電モジュール２０と、冷却管３０とを積層して構成されており、排気管１０と熱電モジュール２０とが冷却管３０で挟まれた構造を有している。
【００１３】
ここで、排気管１０は排ガスの流れ方向Ｅに直交する断面における通路形状が矩形をなしており、同様に冷却管３０も冷却媒体の流れ方向Ｃに直交する断面における通路形状が矩形をなしている（図示せず）。
また、熱電モジュール２０は板状をなしており、上述のように通路の断面形状が矩形をなす排気管１０の対向する一対の外側面、即ち本実施形態では、矩形排気管１０の上面の外側表面と下面の外側表面とに接触して配置されている。
そして、冷却管３０は、これら２つの熱電モジュール２０にそれぞれ接して配設されており、換言すると、冷却管３０は、熱電モジュール２０，２０を介して排気管１０を挟持していることになる。
【００１４】
本実施形態では、排気管１０が複数個設けられているので、排気管が熱電モジュール２０を介して冷却管３０に接する面積が大きくなっている。よって、排気管１０からの排熱を熱電モジュールに効率的に伝達できる。
また、本実施形態では、排気管１０及び冷却管３０が矩形管（角管）状をなすとともに、熱電モジュール２０が板状をなしている。よって、これら３種の部材を機械的に簡易且つ強固に連結し易く、例えば、ネジやボルトなどの締結部材を用いて簡易且つ強固に連結を行うことができる。
【００１５】
一般に、従来の排熱エネルギー回収装置では、排気管は、高温に曝されることによって温度分布を生じ、この温度分布に応じて不均一な熱膨張を起こす。このため、熱電モジュールと排気管などとの接合部に隙間が発生して熱伝達が悪化する。
これに対し、本実施形態の排熱エネルギー回収装置では、上述の如く３種の部材を強固に連結させて一体化できるので、熱変形による隙間の発生を抑制でき、良好な熱伝達を実現できる。
【００１６】
（実施形態２）
図２は、本発明の排熱エネルギー回収装置の他の実施形態を示す斜視図であり、エンジンの排気管に取り付けた状態を示している。また、図３は、図２に示す排熱エネルギー回収装置のＩＩＩ−ＩＩＩ切断面における断面図である。
なお、以下の説明において、上述した部材・要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
図２において、この排熱エネルギー回収装置１は、４本の流路を有する吸気マニホールド５０と排気マニホールド５２を装着されており、これに応じて、矩形排気管１０が４本設けられており、この４本の矩形排気管１０（及び熱電モジュール２０）を挟持して固定すべく、５本の矩形冷却管３０が設けられている（図３参照）。
なお、５本の矩形冷却管３０には、冷却ポンプ４０を介して図示しない冷却媒体が流通・循環している（図２参照）。
【００１８】
図３において、４本の矩形排気管１０の両外側面には熱電モジュール２０がそれぞれ当接配置され、且つ各熱電モジュールに当接して矩形冷却管３０が配設されており、矩形排気管１０と熱電モジュール２０とが矩形冷却管３０で挟まれた構造となっている。
また、矩形冷却管３０同士は、断熱材６０を介してボルト７０によって締結されており、かかる締結により、排気管１０、熱電モジュール２０及び冷却管３０の熱伝達が向上している。このような構造によって、複数個の熱電モジュールに熱を効果的に供給できるために熱電モジュールを流れる熱量を増大することができ、熱電変換による出力を高めることが可能となる。
【００１９】
（実施形態３）
図４は、本発明の排熱エネルギー回収装置の更に他の実施形態を示すもので、図３に示す排熱エネルギー回収装置の一部に相当する部分を示す部分断面図である。
同図において、矩形排気管１０の内側面には、熱を外表面に効率良く伝達するためのフィン１１が立設されており、矩形冷却管３０の内側面にも同様なフィン３１が放熱を目的として立設されている。なお、冷却管３０には、ボルト７０を装着する結合部３３が設けられている
【００２０】
また、矩形排気管１０と矩形冷却管３０とに挟持される形式で、熱電モジュール２０が設置されているが、本実施形態では、Ｐ型熱電半導体２１とＮ型熱電半導体２２が交互に立設されており、これらは低温部及び高温部で電極２３に電気的に接続されている。また、その外側には絶縁体２５が設けられており、矩形排気管１０と矩形冷却管３０との絶縁が図られている。
上述のようなフィンを設けることにより、熱伝達効率を更に向上することができる。
【００２１】
以上、本発明を若干の好適実施形態により詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、矩形排気管などとしては、断面形状が長方形のものを示したが、正方形であってもよい。また、排気管、熱電モジュール及び冷却管の連結構造としては、３部材が熱伝達可能な状態で或る程度強固に連結していれば十分であり、積層でも並設でもよい。
また、フィンは必須の部材ではない。更に、ネジを設けた３本以上の棒を用い、矩形排気管、熱電モジュール及び矩形冷却管の３つの要素を機械的に締め付ければ、これら３要素の一体化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の排熱エネルギー回収装置の一実施例を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の排熱エネルギー回収装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す排熱エネルギー回収装置のＩＩＩ−ＩＩＩ切断面における断面図である。
【図４】本発明の排熱エネルギー回収装置の更に他の実施形態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    排熱エネルギー回収装置
１０    矩形排気管
１１    フィン
２０    熱電モジュール
２１    Ｐ型熱電半導体
２２    Ｎ型熱電半導体
２３    電極
２５    絶縁体
３０    矩形冷却管
３１    フィン
３３    結合部
４０    冷却ポンプ
５０    吸気マニホールド
５２    排気マニホールド
６０    断熱材
７０    ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008072775.tif 000006