(57)【要約】【課題】  熱回収される気体が流れる流路の上流側と下流側とで気体の熱量に相違がある場合でも、発電効率を向上させ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は、排気流路１１の流れ方向に離間して設けられた複数の熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄを有している。このうち、上流側に配置された第一熱電モジュール１３Ａと、下流側に配置された第二熱電モジュール１３Ｂとの間には、窪みが形成された連結部１７Ａが設けられている。この窪みには、伝熱板１８Ａが噛み合って連結部１７Ａと接触可能とされている。伝熱板１８Ａが連結部１７Ａに接触することにより、第一熱電モジュール１３Ａに供給される熱が、伝熱板１８Ａを介して第二熱電モジュール１３Ｂに伝達される。【選択図】  図１
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【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複数備え、前記複数の熱電変換素子が、前記気体の流れ方向に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における前記気体の流れ方向上流側に配置された上流側熱電変換素子から、下流側に配置された下流側熱電変換素子に、熱を伝達する伝熱手段が設けられていることを特徴とする排熱回収装置。
【請求項２】
前記伝熱手段が、伝熱容量を増加させる伝熱容量増加手段である請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記伝熱手段が、ヒートパイプである請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
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熱電変換素子を備えた排熱回収装置において、
前記熱電変換素子における前記気体の流れ方向上流側の熱を、前記熱電変換素子における下流側に伝達するヒートパイプが設けられていることを特徴とする排熱回収装置。
【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両などに用いられ、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技術がある。排気ガス中の熱エネルギーを回収する排熱回収装置としては、特開２００１−１２２４０号公報に開示された自動車用排熱発電装置がある。
【０００３】
この自動車用排熱発電装置は、自動車の排気管に設けられた発電モジュールを備えており、排気管の中の排気ガスに含まれる排温エネルギーを電気エネルギーに変換する。この排気管における発電モジュールが設けられた位置には、集熱伝熱フィンが設けられている。この集熱伝熱フィンは、排気ガスの流れ方向に離間して複数設けられており、排気ガスの流れ方向下流側のほど多く、下流側ほど高くなるように構成されている。こうして、排気ガスの流れ方向の上流側と下流側とで、熱電モジュールに伝達される熱量がほぼ一定になるようにして、安定した発電ができるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１２２４０号公報（段落番号００５３〜００５９、図６〜図９）
【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に開示された自動車用排熱発電装置では、排気ガスの流れ方向上流側では、集熱伝熱フィンが少なく、下流側では集熱伝熱フィンが多く設けられているのみである。このため、発電モジュールの上流側と下流側で供給される熱量の割合が相違する場合でも、この割合の相違に対応することができないため、効果的な発電効率とすることができない場合があった。この問題は、排気ガスの流れ方向に離間して複数の発電モジュールを設けた場合にも同様に生じるものである。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、熱回収される気体が流れる流路の上流側と下流側とで気体の熱量に相違がある場合でも、熱電変換素子における発電効率を向上させ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複数備え、複数の熱電変換素子が、気体の流れ方向に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における上流側に配置された上流側熱電変換素子から、下流側に配置された下流側熱電変換素子に、熱を伝達する伝熱手段が設けられているものである。
【０００７】
気体の流れ方向下流側では、上流側の熱電変換素子によって熱が回収された気体が流れるので、上流側と下流側とでは気体の熱量が相違し、下流側の方が上流側よりも熱量が小さくなる。このため、下流側の熱電変換素子では、上流側の熱電変換素子よりも回収する熱量が小さくなってしまい、発電効率が低くなることが考えられる。
【０００８】
この点、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を備えており、気体の流れ方向上流側に配置された熱電変換素子から下流側に配置された熱電変換素子に熱を伝達する伝熱手段が設けられている。このため、上流側の熱電変換素子から下流側の熱電変換素子に熱を伝えることができるので、下流側の熱電変換素子においても、発電効率を向上させることができる。
【０００９】
また、上流側の熱電変換素子では、下流側の熱電変換素子に熱を伝えているので、上流側の熱電変換素子に温度の上昇量を抑制することができる。したがって、上流側の熱電変換素子における高温劣化の防止に寄与することができる。
【００１０】
ここで、伝熱手段が、伝熱容量を増加させる伝熱容量増加手段である態様とすることもできる。
【００１１】
このような伝熱容量増加手段を用いることにより、上流側の熱電変換素子に供給される熱量が多すぎるときに、下流側の熱電変換素子に熱を伝えるようにすることなどができる。
【００１２】
また、伝熱手段が、ヒートパイプである態様とすることができる。
【００１３】
このようなヒートパイプを用いることにより、上流側の熱電変換素子から下流側の熱電変換素子に好適に熱を伝達することができる。
【００１４】
さらに、上記課題を解決した本発明は、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熱電変換素子を備えた排熱回収装置において、熱電変換素子における上流側の熱を、熱電変換素子における下流側に伝達するヒートパイプが設けられているものである。
【００１５】
気体の流れ方向の上流側と下流側とで気体の熱量が異なるのは、複数の熱電変換素子の場合だけでなく、同様のことが単数の熱電変換素子にも言える。熱電変換素子の上流側で気体の熱量が回収されることから、熱電変換素子の下流側での気体の熱量が小さくなってしまい、熱電変換素子全体としての発電効率の向上が図ることができないことがある。
【００１６】
この点、本発明に係る排熱回収装置では、熱電変換素子における上流側から下流側に熱を伝達するヒートパイプを設けているので、熱電変換素子の上流側の位置と下流側の位置とに好適に熱を供給することができる。したがって、熱電変換素子における発電効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る排熱回収装置によれば、熱回収される気体が流れる流路の上流側と下流側とで気体の熱量に相違がある場合でも、熱電変換素子における発電効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本発明の第一実施形態に係る排熱回収装置の側断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置１は、筐体１０を備えており、筐体１０の内部には、熱源となる図示しないエンジンに接続される平断面が円形状の排気流路１１が形成されている。排気流路１１内では、矢印Ｆ方向に排気ガスが流通する。また、筐体１０には、排気流路１１の方向に突出する伝熱フィン１２Ａ〜１２Ｄが設けられており、排気流路１１を流通する排気ガスの熱を集熱している。
【００２１】
さらに、筐体１０における伝熱フィン１２Ａ〜１２Ｄが設けられている位置に対応する位置には、熱電変換素子である熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄがそれぞれ取り付けられている。これらの熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄは、排気流路１１を流れる排気ガスの流れ方向に互いに離間して配置されている。熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄは、いずれも同一の構成を有しており、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。
【００２２】
また、熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄにおける伝熱フィン１２Ａ〜１２Ｄが形成されている側の反対側には、モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄがそれぞれ設けられている。モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄには、冷却水が流通する冷却水流路１５Ａ〜１５Ｄが形成されている。
【００２３】
モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄは、それぞれ同一の構成を有しており、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数のフィン部材ＦＮを備え、そのフィン部材ＦＮの間に冷却水流路１５Ａ〜１５Ｄが形成されている。冷却水流路１５Ａ〜１５Ｄの周囲には、ＯリングＯＲが設けられている。
【００２４】
モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄにおける冷却水流路１５Ａ〜１５Ｄには、図示しない冷却液配管が接続されており、図示しないポンプによって冷却水流路を通じてモジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄに冷却水が循環供給される。冷却水がモジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄに供給されることにより、熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄにおける熱電交換が行われる。
【００２５】
さらに、モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄにおける熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄが設けられている側の反対側には、板ばね部材１６Ａ〜１６Ｄがそれぞれ設けられている。これらの板ばね部材１６Ａ〜１６Ｄは、モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄを、それぞれ熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄ方向に付勢して、モジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄを熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄに当接させている。
【００２６】
さらに、筐体１０における伝熱フィン１２Ａ，１２Ｂの間には、図３にも示すように、連結部１７Ａが形成されている。この連結部１７Ａには、台形状の窪みが形成されている。この窪みに対応する位置には、本発明の伝熱容量増加手段（伝熱手段）である伝熱板１８Ａが設けられている。伝熱板１８Ａは、台形状をなすとともに排気流路１１の半径方向に移動可能とされており、排気流路１１の半径方向内側に移動することにより、連結部１７Ａに形成された窪みに噛み合い、排気流路１１の半径方向外側に移動することにより、連結部１７Ａの形成された窪みから離反する。
【００２７】
また、伝熱板１８Ａには、ワイヤ１９Ａが取り付けられており、図示しないアクチュエータに接続されている。さらに、伝熱板１８Ａとモジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂの接続部との間には、スプリング２０Ａが設けられており、モジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂの接続部に反力をとって伝熱板１８Ａを排気流路１１の半径方向内側に付勢している。また、アクチュエータを作動させてワイヤ１９Ａを引っ張ることにより、伝熱板１８Ａをスプリング２０Ａの付勢力に抗して排気流路１１の半径方向外側に移動させることができる。
【００２８】
したがって、図４（ａ）に示すように、ワイヤ１９Ａを引っ張ることにより、伝熱板１８Ａはスプリング２０Ａの付勢力に抗して連結部１７Ａから離反した状態となる。また、図４（ｂ）に示すように、ワイヤ１９Ａを解放することにより、伝熱板１８Ａは、スプリング２０Ａの付勢力によって連結部１７Ａに当接する。
【００２９】
同様に、伝熱フィン１２Ｂ，１２Ｃの間、伝熱フィン１２Ｃ，１２Ｄの間には、連結部１７Ｂ，１７Ｃが形成され、この連結部１７Ｂ，１７Ｃに対応する位置にそれぞれ伝熱板１８Ｂ，１８Ｃが設けられている。また、伝熱板１８Ｂ，１８Ｃには、それぞれワイヤ１９Ｂ，１９Ｃが取り付けられており、このワイヤ１９Ｂ，１９Ｃはアクチュエータに接続されている。また、伝熱板１８Ｂ，１８Ｃは、スプリング２０Ｂ，２０Ｃによって排気流路１１の半径方向内側に付勢されている。
【００３０】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置１の動作、作用について説明する。本実施形態に係る排熱回収装置１においては、図示しないエンジンから排出される排気ガスが、排気流路１１を排気ガスが流れている。このとき、図示しないポンプでモジュール冷却部材１４Ａ〜１４Ｄに冷却水を供給することにより、伝熱フィン１２Ａ〜１２Ｄによって集熱された排気ガスの排熱により、熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄでは、熱電交換が行われて熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００３１】
ここで、各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄの各熱電モジュールに流れる熱量について見てみると、伝熱板１８Ａ〜１８Ｃを連結部１７Ａ〜１７Ｃに当接させない状態では、排気流路１１の上流側に配置された熱電モジュールの方に、下流側に配置された熱電モジュールよりも多くの熱量が流れる。具体的には、相対的に見て上流側熱電モジュールになる第一熱電モジュール１３Ａの方に、下流側熱電モジュールになる第二熱電モジュール１３Ｂよりも多くの熱量が流れる。
【００３２】
また、相対的に見て上流側熱電モジュールになる第二熱電モジュール１３Ｂの方に、下流側熱電モジュールになる第三熱電モジュール１３Ｃよりも多くの熱量が流れる。さらに、相対的に見て上流側熱電モジュールになる第三熱電モジュール１３Ｃの方に、下流側熱電モジュールになる第四熱電モジュール１３Ｄよりも多くの熱量が流れる。
【００３３】
これに対して、各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄでは、図４に示すように、モジュール温度によってモジュール効率が異なっている。なお、モジュール温度とは、たとえば熱電モジュールにおける高温側温度で表され、排気ガスの温度の影響を受ける。また、モジュール効率とは、受けた熱量に対する発電量の割合を意味する。
【００３４】
このため、各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄでは、モジュール効率の高いモジュール温度での熱電交換を行うのが理想的であるが、各熱電モジュールに流れ込む熱量が異なることから、伝熱板１８Ａ〜１８Ｃを連結部１７Ａ〜１７Ｃに当接させない状態では、各モジュールでモジュール効率の高いモジュール温度とすることができない。
【００３５】
そこで、本実施形態に係る排熱回収装置１では、上流側熱電モジュールと下流側熱電モジュールとの間に、伝熱容量増加手段となる伝熱板を設けている。具体的には、第一熱電モジュール１３Ａと第二熱電モジュール１３Ｂとの間に、第一伝熱板１８Ａを設けている。また、第二熱電モジュール１３Ｂと第三熱電モジュール１３Ｃとの間に、第二伝熱板１８Ｂを設け、第三熱電モジュール１３Ｃと第四熱電モジュール１３Ｄとの間に、第三伝熱板１８Ｃを設けている。
【００３６】
この伝熱板１８Ａ〜１８Ｃを用いることにより、各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄの温度の均一化を図り、もってモジュール効率の高いモジュール温度で各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄでの熱電交換を行うことができる。具体的に、たとえば第一熱電モジュール１３Ａでモジュール効率が高くなる温度域を超えており、第二熱電モジュールでモジュール効率が高くなる温度域に達していない場合には、第一伝熱板１８Ａを第一連結部１７Ａに当接させる。
【００３７】
こうして、第一熱電モジュール１３Ａから第二熱電モジュール１３Ｂに対して伝熱容量を増加することにより、第一熱電モジュール１３Ａおよび第二熱電モジュール１３Ｂのそれぞれのモジュール温度をモジュール効率が高くなる温度域に入る温度とすることができる。したがって、各熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂにおいて、高いモジュール効率で熱電交換を行うことができ、その結果、各熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂにおいて発電効率を向上させることができる。
【００３８】
さらには、第一熱電モジュール１３Ａの温度の上昇量が少なくすることもできる。このため、第一熱電モジュール１３Ａの高温劣化を防止することもできる。
【００３９】
同様に、第二伝熱板１８Ｂを第二連結部１７Ｂに当接させることにより、上流側熱電モジュールとなる第二熱電モジュール１３Ｂから下流側熱電モジュールとなる第三熱電モジュール１３Ｃに伝熱容量を増加することができ、第二熱電モジュール１３Ｂと第三熱電モジュール１３Ｃとの間でも高いモジュール効率で熱電交換を行うことができる。
【００４０】
さらに、上流側熱電モジュールとなる第三熱電モジュール１３Ｃから下流側熱電モジュールとなる第四熱電モジュール１３Ｄに伝熱容量を増加することができ、第三熱電モジュール１３Ｃと第四熱電モジュール１３Ｄとの間でも高いモジュール効率で熱電交換を行うことができる。
【００４１】
また、第一伝熱板１８Ａを第一連結部１７Ａに当接させて、第一熱電モジュール１３Ａから第二熱電モジュール１３Ｂに対する伝熱容量を増加させると、第一熱電モジュール１３Ａのモジュール温度が、モジュール効率が高くなる温度域から低い方に外れてしまうことがある。このような場合には、第一伝熱板１８Ａを第一連結部１７Ａから離反させる。こうして、第一熱電モジュール１３Ａにおいて、高いモジュール効率での熱電交換を行うことができる。
【００４２】
このようにして、伝熱板１８Ａ〜１８Ｃを適宜連結部１７Ａ〜１７Ｃに当接させ、または離反させることにより、各熱電モジュール１３Ａ〜１３Ｄにおけるモジュール効率を高めることができ、もって効果的な熱回収を行い、発電効率を高めることができる。
【００４３】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図６は、本発明の第二の実施形態に係る排熱回収装置の要部拡大側断面図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図ある。
【００４４】
図６に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置２は、上記第一の実施形態と同様の排気流路１１が形成された筐体１０を備えており、筐体１０には、排気流路１１に突出するようにして伝熱フィン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。また、伝熱フィン１２Ａ，１２Ｂに対応する位置には、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂが設けられており、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂに対応する位置には、モジュール冷却部材１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
【００４５】
さらに、モジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂには、冷却水流路１５Ａ、１５Ｂが設けられており、モジュール冷却部は、図示しない板ばね部材によって排気流路１１の方向に付勢されている。こうして、モジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂは、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂに当接させられている。
【００４６】
また、伝熱フィン１２Ａ、１２Ｂ間には、連結部２１が形成されており、連結部２１には、断熱空気層２２が形成されている。この断熱空気層２２における排気流路１１の延在方向に沿った方向の前後位置には、それぞれ第一伝熱板２３Ａおよび第二伝熱板２３Ｂが設けられている。第一伝熱板２３Ａは、第一伝熱フィン１２Ａと第一熱電モジュール１３Ａとの間に介在されており、第二伝熱板２３Ｂは、第二伝熱フィン１２Ｂと第二熱電モジュール１３Ｂとの間に介在されている。
【００４７】
第一伝熱板２３Ａは、第一伝熱フィン１２Ａおよび第一熱電モジュール１３Ａに対して固定されて配置されている。また、第二伝熱板２３Ｂは、排気流路１１に沿った方向に移動可能とされており、断熱空気層２２を埋めて第一伝熱板２３Ａに対して当接可能とされている。
【００４８】
また、図７に示すように、第一伝熱板２３Ａと第二伝熱板２３Ｂとの間には、スプリング２４Ａが設けられている。スプリング２４Ａは、第一伝熱板２３Ａと第二伝熱板２３Ｂとを離反する方向に付勢している。
【００４９】
さらに、第一伝熱板２３Ａは、第二伝熱板２３Ｂよりも一回り大きいものであり、その後端部には、ワイヤ２５Ａの一端部が取り付けられている。このワイヤ２５Ａの他端部には、図示しないアクチュエータが設けられており、ワイヤ２５Ａを引っ張ることができるようにされている。
【００５０】
ワイヤ２５Ａをアクチュエータで引っ張ることにより、第一伝熱板２３Ａは、スプリング２４Ａの付勢力に抗して排気流路１１の下流側に移動し、第二伝熱板２３Ｂに当接する。また、ワイヤ２５Ａを解放することにより、スプリング２４Ａの付勢力で第一伝熱板２３Ａが第二伝熱板２３Ｂから離反する。
【００５１】
また、排熱回収装置２は、上記第一の実施形態と同様、複数の熱電モジュールやモジュール冷却部を備えており、図８に示すように、各熱電モジュールに対応する位置に、それぞれ伝熱板２３Ａ〜２３Ｃが設けられている。第一伝熱板２３Ａは、その下流側に配置された第二伝熱板２３Ｂよりも一回り大きく、第二伝熱板２３Ｂは、その下流側に配置された第三伝熱板２３Ｃよりも一回り大きいものとされている。
【００５２】
さらに、第一伝熱板２３Ａと第二伝熱板２３Ｂとの間同様、第二伝熱板２３Ｂと第三伝熱板２３Ｃとの間にもスプリング２４Ｂが設けられており、スプリング２４Ｂにより第二伝熱板２３Ｂと第三伝熱板２３Ｃとを離間する方向に付勢している。また、第二伝熱板２３Ｂの後端部にもワイヤ２５Ｂが取り付けられており、第二伝熱板２３Ｂを引っ張ることができるようにされている。
【００５３】
ワイヤ２５Ｂをアクチュエータで引っ張ることにより、第二伝熱板２３Ｂは、スプリング２４Ｂの付勢力に抗して排気流路１１の下流側に移動し、第三伝熱板２３Ｃに当接する。また、ワイヤ２５Ｂを解放することにより、スプリング２４Ｂの付勢力で第二伝熱板２３Ｂが第三伝熱板２３Ｃから離反する。
【００５４】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置２においては、排気流路１１を排気ガスが流れると、上記第一の実施形態と同様にして熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂでは、熱電交換が行われて熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００５５】
ここで、上流側に配置された第一熱電モジュール１３Ａで発電効率が良好となる状態のときには、図９（ａ）に示すうように、第一伝熱板２３Ａと第二伝熱板２３Ｂとを離反させて、第一熱電モジュール１３Ａによる熱電交換の促進を図る。
【００５６】
また、下流側に配置された第二熱電モジュール１３Ｂでは、上流側に配置された第一熱電モジュール１３Ａで熱が回収された排気ガスの熱を回収しているので、第一熱電モジュール１３Ａで回収する熱よりも少ない熱量となってしまう。このため、伝熱板２３Ａ〜２３Ｃを互いに当接させない状態では、第二熱電モジュール１３Ｂでの発電効率の低下が考えられる。
【００５７】
このとき、本実施形態に係る排熱回収装置２においては、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ２５Ａを引っ張って、第一伝熱板２３Ａを第二伝熱板２３Ｂに当接させることにより、第一熱電モジュール１３Ａの熱を第二熱電モジュール１３Ｂに伝達することができる。したがって、各熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂにおいて発電効率を向上させることができる。
【００５８】
同様に図示しない第三熱電モジュールに対応する位置に設けられた第三伝熱板２３Ｃと第二伝熱板２３Ｂとの関係において、ワイヤ２５Ｂで第二伝熱板２３Ｂを第三伝熱板２３Ｃに当接させることにより、第二熱電モジュール１３Ｂの熱を第三熱電モジュールに伝達することができる。こうして、第三熱電モジュールにおける発電効率の向上を図ることもできる。
【００５９】
続いて、本発明の第三の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第三の実施形態に係る排熱回収装置の要部拡大側断面図であり、（ａ）は、熱媒体が収縮した状態を示し、（ｂ）は熱媒体が膨張した状態を示している。本実施形態に係る排熱回収装置３は、上記第一の実施形態と比較して、伝熱手段の態様が主に異なっている。
【００６０】
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置３は、上記第一の実施形態と同様の排気流路１１が形成された筐体３０を備えており、筐体３０には、排気流路１１に突出するようにして伝熱フィン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。また、伝熱フィン１２Ａ，１２Ｂに対応する位置には、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂが設けられており、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂに対応する位置には、モジュール冷却部材１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
【００６１】
さらに、モジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂには、冷却水流路１５Ａ、１５Ｂが設けられており、モジュール冷却部は、図示しない板ばね部材によって排気流路１１の方向に付勢されている。こうして、モジュール冷却部材１４Ａ，１４Ｂは、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂに当接させられている。
【００６２】
また、伝熱フィン１２Ａ、１２Ｂ間には、連結部３１が形成されており、連結部３１には、伝熱部３２が形成されており、伝熱部３２には、熱媒体３３が設けられている。熱媒体３３は、温度の上昇に伴って膨張する材料から構成されている。また、伝熱部３２の上部には、エア抜き用の孔部３４が形成されている。この孔部３４は、熱媒体３３が膨張する際、伝熱部３２における空気を外部に排出する排出孔となり、熱媒体３３が収縮する際、伝熱部３２内に空気を導入する導入孔となる。
【００６３】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置３においては、上記各実施形態と同様、排気流路１１を排気ガスが流れると、上記各実施形態と同様にして熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂでは、熱電交換が行われて熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００６４】
ここで、下流側に配置された第二熱電モジュール１３Ｂでは、上流側に配置された第一熱電モジュール１３Ａで熱が回収された排気ガスの熱を回収しているので、第一熱電モジュール１３Ａで回収する熱よりも少ない熱量となってしまう。このため、熱媒体３３が収縮した状態では、第二熱電モジュール１３Ｂでの発電効率の低下が考えられる。
【００６５】
このとき、本実施形態に係る排熱回収装置３においては、排気ガスの温度が高く、連結部３１が高温となると、図１０（ｂ）に示すように、熱媒体３３が膨張するので、第一熱電モジュール１３Ａに供給される熱が、伝熱部３２を通じて第二熱電モジュール１３Ｂに供給される。したがって、第二熱電モジュール１３Ｂにおける発電効率の向上に寄与することができる。また、第一熱電モジュール１３Ａの高温劣化の防止に寄与することができる。
【００６６】
また、排気ガスの温度が低く連結部３１の温度が低いときには、第一熱電モジュール１３Ａにおける熱電交換を優先させる方が全体的な発電効率が高くなる。そのとき、連結部３１における伝熱部３２の熱媒体３３は、図１０（ａ）に示すように、収縮した状態にあるので、第一熱電モジュール１３Ａから熱が第二熱電モジュール１３Ｂへの熱の伝達が少なくなるので、第一熱電モジュール１３Ａでの発電効率の向上、さらには全体としての発電効率を良好なものとすることができる。
【００６７】
なお、本実施形態では熱電モジュールが２つの場合のみについて説明しているが、上記各実施形態と同様、さらに多数の熱電モジュールを用いた場合でも、同様にして各熱電モジュールの発電効率の向上に寄与することができる。
【００６８】
続いて、本発明の第四の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第四の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図１２は図１１のＣ−Ｃ断面図である。
【００６９】
図１１に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置４は、筐体４０を備えている。筐体４０は、伝熱性の材料、たとえばステンレスやアルミニウムにより形成されている。筐体４０の内側には、排気流路４１が形成されている。排気流路４１には、図示しないエンジンが接続されており、エンジンから放出された気体である排気ガスが排気ガス流入路から排気流路４１に流入し、排気流路４１を流通して排気ガス排出路から排出される。排気ガス排出路は、マフラーなどに接続されている。
【００７０】
排気流路４１内には、複数の伝熱フィン４２が設けられている。伝熱フィン４２は、筐体４０と同一の材料で形成され、筐体４０と伝熱フィン４２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。伝熱伝熱フィン４２は、筐体４０の各辺にそれぞれ設けられており、各辺における中央部に設けられている伝熱フィン４２が、側部に近い位置に設けられている伝熱フィン４２よりも長く形成されている。こうして、排気流路４１内の排気ガスのうち、排気流路４１の中央位置近傍を流通する排気ガスからも熱を効率よく回収できるようになっている。
【００７１】
筐体４０の４辺における伝熱フィン４２が設けられた位置に対向する位置には、熱電モジュール４３が設けられている。熱電モジュール４３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。熱電モジュール４３は、図１２に示すように、排気流路４１に沿って配置された長形状をなしており、排気ガスからの熱を効率よく回収する構造となっている。また、熱電モジュール４３は、たとえば図示しないバッテリーに接続されており、熱電モジュール４３で変換した電気エネルギーをバッテリーに充電している。
【００７２】
さらに、熱電モジュール４３における外側には、モジュール冷却部材４４が取り付けられており、モジュール冷却部材４４には、複数の冷却水流路４５が形成されている。また、モジュール冷却部材４４における冷却水流路４５には冷却液配管が接続されており、この冷却液配管を介してモジュール冷却部材４４の冷却水流路４５に冷却液が循環供給される。
【００７３】
これらの熱電モジュール４３およびモジュール冷却部材４４は、排気流路４１の流れ方向に離間して複数設けられている。また、モジュール冷却部材４４の外側には、皿ばね４６が設けられており、モジュール冷却部材４４を熱電モジュール４３の方向に押圧して両者を当接させている。
【００７４】
また、熱電モジュール４３と排気流路４１の間における伝熱部には、複数のヒートパイプ４７が設けられている。ヒートパイプ４７は、図１２に示すように、排気流路の流れ方向（図１２の上下方向）上流側に配置された第一熱電モジュール４３Ａと下流側に配置された第二熱電モジュール４３Ｂとの間にまたがるようにして配置されており、第一熱電モジュール４３Ａに供給される熱を第二熱電モジュール４３Ｂに供給する役割を果たしている。
【００７５】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置４においては、排気流路４１を排気ガスが流れると、上記各実施形態と同様にして熱電モジュール４３（４３Ａ，４３Ｂ）では、熱電交換が行われて熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００７６】
ここで、下流側に配置された第二熱電モジュール４３Ｂでは、上流側に配置された第一熱電モジュール４３Ａで熱が回収された排気ガスの熱を回収している。したがって、ヒートパイプ４７が設けられていない状態では、第二熱電モジュール４３Ｂで回収する熱量は、第一熱電モジュール４３Ａで回収する熱よりも少ない熱量となってしまう。
【００７７】
これに対して、本実施形態に係る排熱回収装置４においては、第一熱電モジュール４３Ａと第二熱電モジュール４３Ｂとの間にヒートパイプ４７が設けられている。このヒートパイプ４７により、第一熱電モジュール１３Ａの熱を第二熱電モジュール４３Ｂに伝達することができる。したがって、各熱電モジュール４３Ａ，４３Ｂにおいて発電効率を向上させることができる。また、第一熱電モジュール４３Ａの高温劣化の防止に寄与することができる。
【００７８】
なお、本実施形態で用いるヒートパイプ４７としては、ウィックの構造等は特に限定されるものではなく、矩形の溝を軸方向に配置した形状や全網構造など、種々の構造のウィックを用いることができる。
【００７９】
次に、本発明の第五の実施形態について説明する。図１３は、本発明の第五の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図１４は、図１３のＤ−Ｄ線断面図である。本実施形態に係る排熱回収装置５は、上記第四の実施形態に係る排熱回収装置と比較して、ヒートパイプの形状および配置位置が主に異なっている。
【００８０】
図１３に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置５は、筐体４０を備えており、筐体４０の内側には、排気流路４１が形成されている。排気流路４１には、図示しないエンジンが接続されており、エンジンから放出された気体である排気ガスが排気ガス流入路から排気流路４１に流入する。
【００８１】
排気流路４１内には、複数の伝熱フィン４２が設けられており、筐体４０の４辺における伝熱フィン４２が設けられた位置に対向する位置には、熱電モジュール４３が設けられている。
【００８２】
さらに、熱電モジュール４３における外側には、モジュール冷却部材４４が取り付けられており、モジュール冷却部材４４には、複数の冷却水流路４５が形成されている。また、モジュール冷却部材４４の外側には、皿ばね４６が設けられており、モジュール冷却部材４４を熱電モジュール４３の方向に押圧して両者を当接させている。
【００８３】
また、熱電モジュール４３と排気流路４１の間における伝熱部の側方位置には、ヒートパイプ５１が設けられている。ヒートパイプ５１は、図１４に示すように、排気流路の流れ方向（図１４の上下方向）上流側に配置された第一熱電モジュール４３Ａと下流側に配置された第二熱電モジュール４３Ｂとの間にまたがるようにして配置されており、第一熱電モジュール４３Ａに供給される熱を第二熱電モジュール４３Ｂに供給する役割を果たしている。また、ヒートパイプ５１は、伝熱フィン４２から熱電モジュール４３に熱を伝達する伝達部位を避けた位置に、排気流路４１といわば並行に配置されており、伝熱フィン４２から熱電モジュール４３への熱の伝達を妨げないように配置されている。
【００８４】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置５においては、上記第四の実施形態と同様、ヒートパイプ５１を設けていることから、第一熱電モジュール１３Ａの熱を第二熱電モジュール４３Ｂに伝達することができる。したがって、各熱電モジュール４３Ａ，４３Ｂにおいて発電効率を向上させることができる。また、第一熱電モジュール４３Ａの高温劣化の防止に寄与することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態に係る排熱回収装置５では、ヒートパイプ５１が伝熱フィン４２と熱電モジュール４３との間の伝熱部位を避けた位置に配置されている。このため、伝熱フィン４２と熱電モジュール４３との間における熱の伝達がヒートパイプ５１で阻害されないようにすることができるので、さらに発電効率を高めることができる。
【００８６】
次に、本発明の第六の実施形態について説明する。図１５は、本発明の第六の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図、図１６は、図１５のＥ−Ｅ線断面図である。本実施形態に係る排熱回収装置６は、上記第四の実施形態と比較して、ヒートパイプの形状および配置位置が主に異なっている。
【００８７】
図１５に示すように、本実施形態に係る排熱回収装置６は、筐体４０を備えており、筐体４０の内側には、排気流路４１が形成されている。排気流路４１には、図示しないエンジンが接続されており、エンジンから放出された気体である排気ガスが排気ガス流入路から排気流路４１に流入する。
【００８８】
排気流路４１内には、複数の伝熱フィン４２が設けられており、筐体５０の４辺における伝熱フィン４２が設けられた位置に対向する位置には、熱電モジュール４３が設けられている。
【００８９】
さらに、熱電モジュール４３における外側には、モジュール冷却部材４４が取り付けられており、モジュール冷却部材４４には、複数の冷却水流路４５が形成されている。また、モジュール冷却部材４４の外側には、皿ばね４６が設けられており、モジュール冷却部材４４を熱電モジュール４３の方向に押圧して両者を当接させている。
【００９０】
また、熱電モジュール４３と排気流路４１の間における伝熱部の側方位置には、ヒートパイプ５１が設けられている。ヒートパイプ６１は、図１６に示すように、熱電モジュール４３Ａ，４３Ｂのそれぞれを囲むようにして配置されており、熱電モジュール４３Ａ，４３Ｂにおけるそれぞれの排気流路の上流側における熱を下流側に供給する役割を果たしている。
【００９１】
以上の構成を有する本実施形態に係る排熱回収装置６においては、ヒートパイプ６１を設けていることから、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂのそれぞれの上流側における熱を下流側に伝熱することができる。したがって、各熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂにおいて均一な温度状態で熱電交換を行うことができるので、発電効率の向上に寄与することができる。また、熱電モジュール１３Ａ，１３Ｂにおける上流側部分の高温劣化の防止に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第一の実施形態に係る排熱回収装置の側断面図である。
【図２】（ａ）は、モジュール冷却部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る排熱回収装置の要部拡大側断面図である
【図４】（ａ）は伝熱板が連結部から離反した状態を示す側断面図、（ｂ）は伝熱板が連結部に当接した状態を示す側断面図である。
【図５】熱電モジュールにおけるモジュール温度とモジュール効率との関係の例を示すグラフである。
【図６】第二の実施形態に係る排熱回収装置の要部拡大側断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】複数の伝熱板を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、伝熱板を離反した状態を示す断面図、（ｂ）は、伝熱板同士が接触した状態を示す断面図である。
【図１０】第三の実施形態に係る排熱回収装置の要部拡大側断面図であり、（ａ）は、熱媒体が収縮した状態を示し、（ｂ）は熱媒体が膨張した状態を示している。
【図１１】第四の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】第五の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１５】第六の実施形態に係る排熱回収装置の平断面図である。
【図１６】図１５のＥ−Ｅ線断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１〜６…排熱回収装置、１０，３０，４０，５０…筐体、１１，４１…排気流路、１２Ａ〜１２Ｄ，４２…伝熱フィン、１３Ａ〜１３Ｄ，４３，４３Ａ，４３Ｂ…熱電モジュール、１４Ａ〜１４Ｄ，４４…モジュール冷却部材、１５Ａ〜１５Ｄ，４５…冷却水流路、１６Ａ〜１６Ｄ…板ばね部材、１７Ａ〜１７Ｃ，２１，３１…連結部、１８Ａ〜１８Ｃ，２３Ａ〜２３Ｃ…伝熱板、１９Ａ〜１９Ｃ…ワイヤ、２０Ａ〜２０Ｃ，２４Ａ，２４Ｂ…スプリング、２２…断熱空気層、２５Ａ，２５Ｂ…ワイヤ、３２…伝熱部、３３…熱媒体、３４…孔部、４７，５１，６１…ヒートパイプ、ＦＮ…フィン部材、ＯＲ…Ｏリング。
【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】
2005130558.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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