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JP2006214350A - Thermoelectric generator - Google Patents

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Publication number
JP2006214350A
JP2006214350A JP2005027984A JP2005027984A JP2006214350A JP 2006214350 A JP2006214350 A JP 2006214350A JP 2005027984 A JP2005027984 A JP 2005027984A JP 2005027984 A JP2005027984 A JP 2005027984A JP 2006214350 A JP2006214350 A JP 2006214350A
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JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
gas
gas supply
thermoelectric
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005027984A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Ito
裕二 井藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005027984A priority Critical patent/JP2006214350A/en
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】 発電効率を向上させることができる熱電発電装置を提供する。
【解決手段】 熱電発電装置1は、排気通路2を通る排気ガスの熱を回収する熱交換フィン部8を有する複数の熱交換器5と、熱交換フィン部8で回収された熱を電気に変換する複数の熱電変換モジュール6とを備えている。排気通路2内には、排気ガスを導入させる通路16を形成する導入管部材17が配設されている。導入管部材17は、外側管部18と、外側管部18の内側に配置された内側管部19とを有し、外側管部18の端部18aの内面と内側管部19の端部19aの外面との間には、エンジンの負荷に応じて外側管部18に対する内側管部19の相対位置を変更させるスプリング20が設けられている。外側管部18にはガス供給窓21A〜21C及びガスバイパス窓22が設けられ、内側管部19にはガス供給窓23A〜23C及びガスバイパス窓24が設けられている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power generator capable of improving power generation efficiency.
A thermoelectric generator (1) electrically converts a plurality of heat exchangers (5) having a heat exchange fin portion (8) for collecting heat of exhaust gas passing through an exhaust passage (2) and heat collected by the heat exchange fin portion (8). A plurality of thermoelectric conversion modules 6 for conversion are provided. In the exhaust passage 2, an introduction pipe member 17 that forms a passage 16 for introducing exhaust gas is disposed. The introduction tube member 17 includes an outer tube portion 18 and an inner tube portion 19 disposed inside the outer tube portion 18, and an inner surface of the end portion 18 a of the outer tube portion 18 and an end portion 19 a of the inner tube portion 19. A spring 20 that changes the relative position of the inner tube portion 19 with respect to the outer tube portion 18 according to the engine load is provided between the outer surface and the outer surface. The outer pipe part 18 is provided with gas supply windows 21A to 21C and a gas bypass window 22, and the inner pipe part 19 is provided with gas supply windows 23A to 23C and a gas bypass window 24.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用して発電を行う熱電発電装置に関するものである。   The present invention relates to a thermoelectric power generation apparatus that generates power using heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

従来の熱電発電装置としては、例えば特許文献1に記載されているように、複数の熱電変換モジュールと、各熱電変換モジュールの一面側に配置され、排気通路内を通る排気ガスの熱を回収する熱交換部と、各熱電変換モジュールの他面側に配置され、熱電変換モジュールを冷却する冷却部とを有し、熱電変換モジュールの一面側(高温側)と他面側(低温側)との温度差に応じた熱電効果によって発電を行うものが知られている。
特開2004−211660号公報
As a conventional thermoelectric power generation device, for example, as described in Patent Document 1, a plurality of thermoelectric conversion modules and one thermoelectric conversion module are arranged on one surface side, and the heat of exhaust gas passing through the exhaust passage is recovered. A heat exchanging unit and a cooling unit that is disposed on the other side of each thermoelectric conversion module and cools the thermoelectric conversion module, and includes one side (high temperature side) and the other side (low temperature side) of the thermoelectric conversion module. One that generates power by a thermoelectric effect according to a temperature difference is known.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-21660

しかしながら、排気ガスを排気通路の上流側から下流側に向けて一様に流すだけでは、エンジンの負荷(排気ガスのエネルギー)によっては全ての熱電変換モジュールを効率良く使うことができず、高い発電効率を得ることが困難になる可能性がある。   However, all the thermoelectric conversion modules cannot be used efficiently depending on the engine load (exhaust gas energy) simply by flowing the exhaust gas uniformly from the upstream side to the downstream side of the exhaust passage. Obtaining efficiency can be difficult.

本発明の目的は、発電効率を向上させることができる熱電発電装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a thermoelectric power generator capable of improving power generation efficiency.

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用して発電を行う熱電発電装置において、排気ガスが通る第1通路と、第1通路を通る排気ガスの熱を回収する熱交換部と、熱交換部で回収された熱を電気に変換する複数の熱電変換部と、第1通路内に配置され、内燃機関からの排気ガスを導入させる第2通路を形成する導入管部材と、第2通路に導入された排気ガスを、熱交換部における各熱電変換部に対応する位置に選択的に供給するように制御するガス流路制御手段とを備えることを特徴とするものである。   The present invention relates to a thermoelectric generator that generates power using heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a first passage through which exhaust gas passes, and a heat exchange unit that recovers heat of the exhaust gas through the first passage. A plurality of thermoelectric conversion units that convert the heat recovered by the heat exchange unit into electricity, an introduction pipe member that is disposed in the first passage and that forms a second passage for introducing exhaust gas from the internal combustion engine, Gas flow path control means for controlling to selectively supply the exhaust gas introduced into the second passage to a position corresponding to each thermoelectric conversion section in the heat exchange section is provided.

このような熱電発電装置において、例えば内燃機関の負荷が低く、排気熱の温度が低い場合には、ガス流路制御手段によって、第2通路に導入された排気ガスが熱交換部における必要最小限の熱電変換部に対応する位置に供給されるようにする。このとき、熱交換部により回収された排気熱が必要最小限の熱電変換部に伝導され、当該熱電変換部により発電が行われる。一方、内燃機関の負荷が高く、排気熱の温度が高い場合には、ガス流路制御手段によって、第2通路に導入された排気ガスが熱交換部における多くの熱電変換部に対応する位置に供給されるようにする。このとき、熱交換部により回収された排気熱が多くの熱電変換部に伝導され、当該熱電変換部により発電が行われる。このように例えば内燃機関の負荷(排気熱温度)に応じて熱交換部への排気ガスの流れを制御し、発電に寄与させる熱電変換部の数を変えるので、内燃機関の負荷に係わらず全ての熱電変換部を効率良く使用することができる。これにより、熱電発電装置の発電効率を向上させることが可能となる。   In such a thermoelectric generator, for example, when the load of the internal combustion engine is low and the temperature of the exhaust heat is low, the exhaust gas introduced into the second passage by the gas flow path control means is the minimum necessary in the heat exchange section. It is made to supply to the position corresponding to the thermoelectric conversion part. At this time, the exhaust heat recovered by the heat exchange unit is conducted to the minimum necessary thermoelectric conversion unit, and electric power is generated by the thermoelectric conversion unit. On the other hand, when the load of the internal combustion engine is high and the temperature of the exhaust heat is high, the exhaust gas introduced into the second passage by the gas flow path control means is placed at a position corresponding to many thermoelectric conversion units in the heat exchange unit. To be supplied. At this time, the exhaust heat recovered by the heat exchange unit is conducted to many thermoelectric conversion units, and power is generated by the thermoelectric conversion units. As described above, for example, the flow of exhaust gas to the heat exchange unit is controlled according to the load (exhaust heat temperature) of the internal combustion engine, and the number of thermoelectric conversion units contributing to power generation is changed. The thermoelectric converter can be used efficiently. Thereby, it becomes possible to improve the power generation efficiency of the thermoelectric power generator.

好ましくは、導入管部材は、外側管部と、外側管部の内側に配置された内側管部とを有し、ガス流路制御手段は、内燃機関の負荷に応じて外側管部に対する内側管部の相対位置を変更させる変位設定手段と、外側管部における各熱電変換部に対応する位置に設けられた複数の第1ガス供給窓と、外側管部に対する内側管部の相対位置に応じて各第1ガス供給窓に対して選択的に重なり合うように内側管部に設けられた複数の第2ガス供給窓とを有する。   Preferably, the introduction pipe member has an outer pipe part and an inner pipe part arranged inside the outer pipe part, and the gas flow path control means is an inner pipe with respect to the outer pipe part according to the load of the internal combustion engine. According to the relative setting position of the inner tube portion relative to the outer tube portion, the displacement setting means for changing the relative position of the portion, the plurality of first gas supply windows provided at positions corresponding to the thermoelectric conversion portions in the outer tube portion, A plurality of second gas supply windows provided in the inner pipe portion so as to selectively overlap each first gas supply window.

このような構成では、内燃機関の負荷に応じて外側管部に対する内側管部の相対位置が変わることで、外側管部の第1ガス供給窓と内側管部の第2ガス供給窓とが重なり合うと、内側管部内に導入された排気ガスが第2ガス供給窓及び第1ガス供給窓を通って外側管部の外部に流出されるようになる。従って、第1ガス供給窓及び第2ガス供給窓の位置や寸法等を適切に決めることで、熱交換部における熱電変換部に対応する位置に排気ガスを簡単且つ確実に供給することができる。   In such a configuration, the first gas supply window of the outer tube portion overlaps the second gas supply window of the inner tube portion by changing the relative position of the inner tube portion with respect to the outer tube portion according to the load of the internal combustion engine. Then, the exhaust gas introduced into the inner pipe part flows out of the outer pipe part through the second gas supply window and the first gas supply window. Therefore, by appropriately determining the positions and dimensions of the first gas supply window and the second gas supply window, the exhaust gas can be easily and reliably supplied to the position corresponding to the thermoelectric conversion unit in the heat exchange unit.

このとき、ガス流路制御手段は、外側管部における熱交換部よりも排気下流側の位置に設けられた第1ガスバイパス窓と、内側管部が外側管部に対して初期位置にあるときに、第1ガスバイパス窓に対して重なり合うように内側管部に設けられた第2ガスバイパス窓とを更に有し、複数の第2ガス供給窓は、内側管部が外側管部に対して初期位置にあるときに、対応する第1ガス供給窓よりも排気上流側に位置するように設けられていることが好ましい。   At this time, when the gas flow path control means is in the initial position with respect to the outer tube portion and the first gas bypass window provided at a position on the exhaust pipe downstream side of the heat exchange portion in the outer tube portion. And a second gas bypass window provided in the inner tube portion so as to overlap the first gas bypass window, and the plurality of second gas supply windows have an inner tube portion with respect to the outer tube portion. When in the initial position, it is preferably provided so as to be located upstream of the corresponding first gas supply window.

この場合、内燃機関の負荷が極めて低く、外側管部に対する内側管部の相対位置が初期位置から殆ど変わらない状態では、内側管部内に導入された排気ガスは、第2ガス供給窓及び第1ガス供給窓を通って熱交換部に供給されずに、第2ガスバイパス窓及び第1ガスバイパス窓を通って下流側に流れていく。このため、排気ガスの熱が熱交換部で奪われることは無いので、排気ガスは温度を保ったまま下流側に流れることになる。従って、例えば熱交換部よりも下流側に排気浄化触媒が配置されている場合には、排気ガスの熱によって排気浄化触媒を早期に暖めることができる。   In this case, in a state where the load of the internal combustion engine is extremely low and the relative position of the inner tube portion with respect to the outer tube portion hardly changes from the initial position, the exhaust gas introduced into the inner tube portion is the second gas supply window and the first Instead of being supplied to the heat exchange section through the gas supply window, the gas flows downstream through the second gas bypass window and the first gas bypass window. For this reason, the heat of the exhaust gas is not taken away by the heat exchanging section, so that the exhaust gas flows downstream while maintaining the temperature. Therefore, for example, when the exhaust purification catalyst is disposed downstream of the heat exchange section, the exhaust purification catalyst can be warmed early by the heat of the exhaust gas.

変位設定手段は、外側管部の排気下流側端部の内面と内側管部の排気下流側端部の外面との間に設けられ、内燃機関の負荷に応じて収縮するスプリングであることが好ましい。この場合には、内燃機関の負荷が高くなるにつれて、排気ガスのエネルギー(排気圧力)が高くなり、この排気圧力によって内側管部が外側管部に対して排気下流側にスプリングを収縮させながら移動するようになる。これにより、1つのスプリングを設けるだけという極めて簡単な構造で、内燃機関の負荷に応じて外側管部に対する内側管部の相対位置を変更させることができる。   The displacement setting means is preferably a spring provided between the inner surface of the exhaust pipe downstream end portion of the outer pipe portion and the outer surface of the exhaust pipe downstream end portion of the inner pipe portion, and contracts in accordance with the load of the internal combustion engine. . In this case, as the load on the internal combustion engine increases, the energy (exhaust pressure) of the exhaust gas increases, and this exhaust pressure moves the inner pipe part while contracting the spring downstream of the outer pipe part. Will come to do. Thereby, it is possible to change the relative position of the inner tube portion with respect to the outer tube portion according to the load of the internal combustion engine with an extremely simple structure in which only one spring is provided.

また、変位設定手段は、内側管部を外側管部に対して相対移動させるアクチュエータと、内燃機関の負荷に応じてアクチュエータを制御する手段とを有していても良い。この場合には、内燃機関の負荷を検出し、この検出値が高くなるに従って内側管部が外側管部に対して排気下流側に移動するようにアクチュエータを制御する。これにより、内側管部が外側管部に対して相対移動するときに、排気ガスにバネ反力等の余計な力が加わることは無いので、排気圧損上有利となる。   The displacement setting means may include an actuator that moves the inner tube portion relative to the outer tube portion, and a device that controls the actuator according to the load of the internal combustion engine. In this case, the load of the internal combustion engine is detected, and the actuator is controlled so that the inner pipe moves to the exhaust downstream side with respect to the outer pipe as the detected value increases. Thereby, when the inner tube portion moves relative to the outer tube portion, no extra force such as a spring reaction force is applied to the exhaust gas, which is advantageous in terms of exhaust pressure loss.

さらに、第1ガス供給窓と第2ガス供給窓とが重なり合う領域が、熱交換部における熱電変換部に対応する領域よりも小さいことが好ましい。これにより、内側管部に導入された排気ガスが第2ガス供給窓及び第1ガス供給窓を通って熱交換部に供給されるときに、排気ガスの流れが速くなるので、これに伴って熱交換部の熱回収率が高くなり、熱電変換部に対する熱伝達率が高くなる。従って、熱電発電装置の発電効率が更に向上する。   Furthermore, it is preferable that a region where the first gas supply window and the second gas supply window overlap is smaller than a region corresponding to the thermoelectric conversion unit in the heat exchange unit. Thereby, when the exhaust gas introduced into the inner pipe part is supplied to the heat exchange part through the second gas supply window and the first gas supply window, the flow of the exhaust gas becomes faster. The heat recovery rate of the heat exchange unit is increased, and the heat transfer rate to the thermoelectric conversion unit is increased. Therefore, the power generation efficiency of the thermoelectric power generator is further improved.

また、好ましくは、ガス流路制御手段は、内燃機関の負荷が高くなるに従って、熱交換部において排気ガスが供給される箇所が増えるように、排気ガスの流れを制御する。これにより、内燃機関の負荷が高くなるに従って、発電に寄与する熱電変換部の数が増えることになるので、内燃機関の負荷によらず全ての熱電変換部を確実に効率良く使用することができる。   Preferably, the gas flow path control means controls the flow of the exhaust gas so that the number of locations where the exhaust gas is supplied in the heat exchange section increases as the load on the internal combustion engine increases. Thus, as the load on the internal combustion engine increases, the number of thermoelectric conversion units contributing to power generation increases, so that all thermoelectric conversion units can be used reliably and efficiently regardless of the load on the internal combustion engine. .

さらに、好ましくは、熱電変換部は、第2通路に導入される排気ガスの流れ方向に沿って複数配置されている。この場合には、熱交換部における排気上流側及び排気下流側に位置する複数の熱電変換部に対応する位置に第2通路から排気ガスが供給されるときに、熱交換部の各位置に供給される排気ガスの温度はほぼ均一であるため、熱交換部の各位置の温度がほぼ均一になる。このため、熱交換部の上流側領域と下流側領域との温度差により生じる熱交換部の熱膨張差が小さくなるので、熱交換部に対する各熱電変換部の押し付け荷重のばらつきが抑えられる。従って、熱交換部から各熱電変換部にほぼ均等に熱伝達が行われ、各熱電変換部の高温側(熱交換部側)温度が均一化されるため、発電不良の発生を防止することができる。   Furthermore, preferably, a plurality of thermoelectric converters are arranged along the flow direction of the exhaust gas introduced into the second passage. In this case, when the exhaust gas is supplied from the second passage to the positions corresponding to the plurality of thermoelectric conversion units located on the exhaust upstream side and the exhaust downstream side in the heat exchange unit, the exhaust gas is supplied to each position of the heat exchange unit. Since the temperature of the exhaust gas to be produced is substantially uniform, the temperature at each position of the heat exchanging portion becomes substantially uniform. For this reason, since the thermal expansion difference of the heat exchange part produced by the temperature difference of the upstream area | region and downstream area of a heat exchange part becomes small, the dispersion | variation in the pressing load of each thermoelectric conversion part with respect to a heat exchange part is suppressed. Accordingly, heat is transferred from the heat exchange part to each thermoelectric conversion part almost evenly, and the high temperature side (heat exchange part side) temperature of each thermoelectric conversion part is made uniform, thereby preventing the occurrence of power generation failure. it can.

また、好ましくは、熱電変換部は、第2通路に導入される排気ガスの流れ方向の回りに沿って複数配置されている。例えば内燃機関の負荷が高く、排気熱の温度が高い場合には、排気熱が複数の熱電変換部に分配されることになるが、この状態でも各熱電変換部の高温側(熱交換部側)は高温状態に維持されるため、所望の発電が得られる。一方、例えば内燃機関の負荷が低く、排気熱の温度が低い場合には、発電に寄与する熱電変換部を例えば1つだけとすることで、排気熱の分配による熱電変換部の高温側の温度低下が防止されるため、十分に発電が行える。   Preferably, a plurality of thermoelectric converters are arranged around the flow direction of the exhaust gas introduced into the second passage. For example, when the load of the internal combustion engine is high and the temperature of the exhaust heat is high, the exhaust heat is distributed to a plurality of thermoelectric conversion units. Even in this state, the high temperature side (heat exchange unit side) of each thermoelectric conversion unit ) Is maintained at a high temperature, so that desired power generation can be obtained. On the other hand, for example, when the load of the internal combustion engine is low and the temperature of the exhaust heat is low, the temperature on the high temperature side of the thermoelectric conversion unit due to the distribution of exhaust heat is reduced by, for example, only one thermoelectric conversion unit contributing to power generation Since the decrease is prevented, sufficient power generation can be performed.

本発明によれば、熱電発電装置の発電効率が高くなるので、熱電発電装置の性能を向上させることができる。   According to the present invention, since the power generation efficiency of the thermoelectric power generator is increased, the performance of the thermoelectric power generator can be improved.

以下、本発明に係わる熱電発電装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明に係わる熱電発電装置の第1実施形態を図1〜図10により説明する。図1は、本実施形態の熱電発電装置を示す断面図であり、図2は、図1のII−II線断面図である。   First, a first embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the thermoelectric generator of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

各図において、本実施形態の熱電発電装置1は、自動車等におけるエンジン(内燃機関)の排気系の任意箇所、例えば排気浄化触媒の上流側部分に配設される。熱電発電装置1は、図示しないエンジンから排出される排気ガスが通る排気通路2を形成する排気管3と、排気通路2を通る排気ガスの熱を利用して発電を行う複数の熱電ユニット4とを備えている。   In each figure, the thermoelectric generator 1 of the present embodiment is disposed at an arbitrary position of an exhaust system of an engine (internal combustion engine) in an automobile or the like, for example, an upstream portion of an exhaust purification catalyst. The thermoelectric generator 1 includes an exhaust pipe 3 that forms an exhaust passage 2 through which exhaust gas discharged from an engine (not shown) passes, and a plurality of thermoelectric units 4 that generate power using the heat of the exhaust gas that passes through the exhaust passage 2. It has.

熱電ユニット4は、排気通路2における排気ガスの流れ方向の回りに沿って複数(ここでは6つ)配置されている。また、これらの熱電ユニット4からなる熱電ユニット群が排気ガスの流れ方向に沿って複数列(ここでは3列)配置されている。各熱電ユニット4は、熱交換器5と、熱電変換モジュール6と、冷却水ケース7とを有している。   A plurality (six in this case) of the thermoelectric units 4 are arranged around the exhaust gas flow direction in the exhaust passage 2. In addition, a plurality of thermoelectric unit groups including these thermoelectric units 4 are arranged along the exhaust gas flow direction (here, three rows). Each thermoelectric unit 4 includes a heat exchanger 5, a thermoelectric conversion module 6, and a cooling water case 7.

熱交換器5は、排気通路2を通る排気ガスの熱を回収する熱交換フィン部8と、この熱交換フィン部8の両側にそれぞれ設けられ、熱電ユニット4毎に排気通路2を区画する仕切壁9とを有している。熱交換フィン部8を構成する複数のフィンは、所定の間隔をもって平行に延びるように設けられている。熱交換器5は、アルミニウム、銅、ステンレス等といった熱伝導率の良い材料で形成されている。   The heat exchanger 5 is provided on both sides of the heat exchange fin portion 8 for recovering the heat of the exhaust gas passing through the exhaust passage 2, and a partition that divides the exhaust passage 2 for each thermoelectric unit 4. Wall 9. The plurality of fins constituting the heat exchange fin portion 8 are provided so as to extend in parallel with a predetermined interval. The heat exchanger 5 is made of a material having good thermal conductivity such as aluminum, copper, stainless steel or the like.

排気ガスの流れ方向に隣り合う熱交換器5同士は結合され、排気ガスの流れ方向の回りに隣り合う熱交換器5同士も結合されている。このとき、熱交換器5の熱交換フィン部8で回収された排気ガスの熱が隣の熱交換器5に伝わらないように、例えば隣り合う熱交換器5間に断熱材を介在させた状態で熱交換器5同士を結合するのが望ましい。また、排気通路2の最も排気上流側に位置する熱交換器5と最も排気下流側に位置する熱交換器5は、排気管3に結合されている。   The heat exchangers 5 adjacent to each other in the exhaust gas flow direction are coupled to each other, and the heat exchangers 5 adjacent to each other around the exhaust gas flow direction are also coupled to each other. At this time, for example, a heat insulating material is interposed between the adjacent heat exchangers 5 so that the heat of the exhaust gas recovered by the heat exchange fins 8 of the heat exchanger 5 is not transmitted to the adjacent heat exchangers 5. It is desirable to couple the heat exchangers 5 together. The heat exchanger 5 located on the most exhaust upstream side of the exhaust passage 2 and the heat exchanger 5 located on the most exhaust downstream side are coupled to the exhaust pipe 3.

熱電変換モジュール6は、熱交換器5の熱交換フィン部8で回収された熱を電気に変換するものであり、熱交換器5上に載置されている。熱電変換モジュール6は、複数の熱電変換素子(例えばBiTe等からなるp型半導体及びn型半導体)を有している。熱電変換モジュール6は、熱交換器5側の端面(高温側端面)と熱交換器5の反対側(冷却水ケース7側)の端面(低温側端面)との間の温度差に応じて、ゼーベック効果による起電力を発生させる。 The thermoelectric conversion module 6 converts heat recovered by the heat exchange fin portion 8 of the heat exchanger 5 into electricity, and is placed on the heat exchanger 5. The thermoelectric conversion module 6 has a plurality of thermoelectric conversion elements (for example, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor made of Bi 2 Te 3 or the like). The thermoelectric conversion module 6 has a temperature difference between an end face on the heat exchanger 5 side (high temperature side end face) and an end face on the opposite side of the heat exchanger 5 (cooling water case 7 side) (low temperature side end face). Generates electromotive force due to the Seebeck effect.

冷却水ケース7は、熱電変換モジュール6の低温側端面上に載置されている。冷却水ケース7には、熱電変換モジュール6の低温側端面を冷却するための冷却水が通る冷却水通路10が設けられている。排気通路2の最も排気上流側に位置する冷却水ケース7の冷却水通路10と最も排気下流側に位置する冷却水ケース7の冷却水通路10には、図示しないラジエータと接続された冷却水管11が繋がっていると共に、排気ガスの流れ方向に隣り合う冷却水ケース7の冷却水通路10同士が図示しない冷却水管で繋がっている。これにより、各冷却水ケース7の内部には、冷却水が循環するようになる。冷却水ケース7は、例えばアルミニウム等で形成されている。   The cooling water case 7 is placed on the low temperature side end face of the thermoelectric conversion module 6. The cooling water case 7 is provided with a cooling water passage 10 through which cooling water for cooling the low temperature side end face of the thermoelectric conversion module 6 passes. A cooling water pipe 11 connected to a radiator (not shown) is connected to the cooling water passage 10 of the cooling water case 7 located on the most upstream side of the exhaust passage 2 and the cooling water passage 10 of the cooling water case 7 located on the most downstream side of the exhaust. Are connected, and the cooling water passages 10 of the cooling water cases 7 adjacent to each other in the flow direction of the exhaust gas are connected by a cooling water pipe (not shown). As a result, the cooling water circulates inside each cooling water case 7. The cooling water case 7 is made of, for example, aluminum.

また、熱電発電装置1は、各熱電ユニット4を取り囲むように1列毎に配置されたバンド13a,13bを備えている。このバンド13a,13bは、各冷却水ケース7上に載置された押し付けブロック12を介して熱電ユニット4の各部(熱交換器5、熱電変換モジュール6及び冷却水ケース7)を押し付け固定するものである。これらのバンド13a,13b同士は、2組のボルト14及びナット15により固定されている。   Further, the thermoelectric generator 1 includes bands 13 a and 13 b arranged for each row so as to surround each thermoelectric unit 4. These bands 13a and 13b press and fix each part (the heat exchanger 5, the thermoelectric conversion module 6 and the cooling water case 7) of the thermoelectric unit 4 through the pressing block 12 placed on each cooling water case 7. It is. These bands 13 a and 13 b are fixed to each other by two sets of bolts 14 and nuts 15.

排気通路2内には、エンジンからの排気ガスを導入させる通路16を形成する導入管部材17が配設されている。導入管部材17は、円筒状を有する外側管部18と、この外側管部18の内側に配置された円筒状の内側管部19とを有している。外側管部18は、各熱電ユニット4よりも排気上流側において排気管3に接合されていると共に、排気管3の中央部を通って各熱電ユニット4よりも排気下流側まで延びるように構成されている。   In the exhaust passage 2, an introduction pipe member 17 that forms a passage 16 for introducing exhaust gas from the engine is disposed. The introduction tube member 17 includes an outer tube portion 18 having a cylindrical shape, and a cylindrical inner tube portion 19 disposed inside the outer tube portion 18. The outer pipe portion 18 is joined to the exhaust pipe 3 on the exhaust upstream side of each thermoelectric unit 4 and extends to the exhaust downstream side of each thermoelectric unit 4 through the central portion of the exhaust pipe 3. ing.

外側管部18は、閉じ塞がれた端部18aを排気下流側に有し、内側管部19は、閉じ塞がれた端部19aを排気下流側に有している。そして、外側管部18の端部18aの内面と内側管部19の端部19aの外面との間には、排気ガスの導入方向の反対側に付勢するスプリング20が設けられている。導入管部材17内に排気ガスが導入されると、その排気ガスの流れ(圧力)によって、内側管部19がスプリング20の付勢力に抗してスプリング20を収縮させながら排気下流側に移動するようになる。つまり、スプリング20は、排気ガスのエネルギーに応じて収縮して、外側管部18に対する内側管部19の相対位置を変更させる変位設定手段を構成している。このようにスプリング20を用いることにより、排気ガスのエネルギーに応じた内側管部19の変位を簡単に且つ安価に行うことができる。なお、スプリング20の付勢力は、エンジンの排気量等に応じて適宜決められる。   The outer pipe portion 18 has a closed end 18a on the exhaust downstream side, and the inner pipe portion 19 has a closed end 19a on the exhaust downstream side. A spring 20 is provided between the inner surface of the end portion 18a of the outer tube portion 18 and the outer surface of the end portion 19a of the inner tube portion 19 to be biased to the opposite side of the exhaust gas introduction direction. When exhaust gas is introduced into the introduction pipe member 17, the inner pipe portion 19 moves toward the exhaust downstream side while contracting the spring 20 against the biasing force of the spring 20 due to the flow (pressure) of the exhaust gas. It becomes like this. That is, the spring 20 constitutes a displacement setting means that contracts according to the energy of the exhaust gas and changes the relative position of the inner tube portion 19 with respect to the outer tube portion 18. By using the spring 20 in this way, the displacement of the inner tube portion 19 according to the energy of the exhaust gas can be easily and inexpensively performed. The urging force of the spring 20 is appropriately determined according to the engine displacement and the like.

外側管部18には、導入管部材17に導入された排気ガスを、導入管部材17の外部に流出させて各熱交換器5の熱交換フィン部8に供給するためのガス供給窓21A〜21Cと、導入管部材17に導入された排気ガスを、各熱交換器5を迂回させて導入管部材17の外部に流出させるためのガスバイパス窓22とが設けられている。ガス供給窓21A〜21C及びガスバイパス窓22は、図3に示すように矩形状を有している。ガス供給窓21A〜21C及びガスバイパス窓22の寸法は、例えば全て同等である。   In the outer pipe portion 18, gas supply windows 21 </ b> A to 21 </ b> A through which exhaust gas introduced into the introduction pipe member 17 flows out of the introduction pipe member 17 and is supplied to the heat exchange fin portions 8 of the heat exchangers 5. 21C and a gas bypass window 22 for allowing the exhaust gas introduced into the introduction pipe member 17 to flow out of the introduction pipe member 17 by bypassing the heat exchangers 5 are provided. The gas supply windows 21A to 21C and the gas bypass window 22 have a rectangular shape as shown in FIG. The dimensions of the gas supply windows 21A to 21C and the gas bypass window 22 are all the same, for example.

ガス供給窓21A〜21Cは、外側管部18において、排気上流側から1〜3列目の熱電ユニット4に対応して複数(ここでは6つ)ずつ形成されている(図6参照)。ガス供給窓21A〜21Cは、外側管部18における各熱交換器5の排気上流側端部に対応する位置に形成されている。これにより、ガス供給窓21A〜21Cから流出された排気ガスが各熱交換フィン部8の排気上流側端部に供給され、その排気ガスが更に排気下流側に向けて当該熱交換フィン部8を流れるようになるため、排気ガスの熱を熱交換フィン部8により効率良く回収することができる。ガスバイパス窓22は、外側管部18において、熱交換器5よりも排気下流側の位置に複数(ここでは6つ)形成されている(図6参照)。   A plurality (six in this case) of gas supply windows 21 </ b> A to 21 </ b> C are formed in the outer pipe portion 18 in correspondence with the thermoelectric units 4 in the first to third rows from the exhaust upstream side (see FIG. 6). The gas supply windows 21 </ b> A to 21 </ b> C are formed at positions corresponding to the exhaust upstream side end portions of the respective heat exchangers 5 in the outer pipe portion 18. As a result, the exhaust gas flowing out from the gas supply windows 21A to 21C is supplied to the exhaust upstream end of each heat exchange fin portion 8, and the exhaust gas further moves toward the exhaust downstream side through the heat exchange fin portion 8. Since it flows, the heat of the exhaust gas can be efficiently recovered by the heat exchange fin portion 8. A plurality (six in this case) of gas bypass windows 22 are formed at positions on the exhaust pipe downstream side of the heat exchanger 5 in the outer pipe portion 18 (see FIG. 6).

内側管部19には、導入管部材17に導入された排気ガスを、ガス供給窓21A〜21Cと協働して導入管部材17の外部に流出させるためのガス供給窓23A〜23Cと、導入管部材17に導入された排気ガスを、ガスバイパス窓22と協働して導入管部材17の外部に流出させるためのガスバイパス窓24とが設けられている。ガス供給窓23A〜23C及びガスバイパス窓24は、図3に示すように矩形状を有している。ガス供給窓23A〜23Cは、内側管部19において、排気上流側から1〜3列目の熱電ユニット4に対応して複数(ここでは6つ)ずつ形成されている(図6参照)。ガスバイパス窓24の数は、例えばガスバイパス窓22と同数である。   The inner pipe portion 19 includes gas supply windows 23A to 23C for causing the exhaust gas introduced into the introduction pipe member 17 to flow out of the introduction pipe member 17 in cooperation with the gas supply windows 21A to 21C. A gas bypass window 24 is provided for allowing exhaust gas introduced into the pipe member 17 to flow out of the introduction pipe member 17 in cooperation with the gas bypass window 22. The gas supply windows 23A to 23C and the gas bypass window 24 have a rectangular shape as shown in FIG. A plurality of (here, six) gas supply windows 23A to 23C are formed in the inner pipe portion 19 corresponding to the thermoelectric units 4 in the first to third rows from the exhaust upstream side (see FIG. 6). The number of gas bypass windows 24 is the same as the number of gas bypass windows 22, for example.

内側管部19が外側管部18に対して初期位置にある状態(スプリング20が伸縮しない状態)では、ガス供給窓23A〜23Cは、内側管部19において上記のガス供給窓21A〜21Cよりも排気上流側の位置に形成されている。   In a state where the inner tube portion 19 is in an initial position with respect to the outer tube portion 18 (a state where the spring 20 does not expand and contract), the gas supply windows 23A to 23C are more than the gas supply windows 21A to 21C in the inner tube portion 19. It is formed at a position upstream of the exhaust.

この状態では、ガス供給窓23Cの排気下流側の縁の位置は、ガス供給窓21Cの排気上流側の縁の位置とほぼ一致している。また、図3に示すように、ガス供給窓21Aからガス供給窓23Aまでの距離Dは、ガス供給窓21Bからガス供給窓23Bまでの距離Dよりも長くなっている。ガス供給窓23Aの幅(内側管部19の軸方向に沿った長さ)Wは、ガス供給窓21A〜21Cの幅(外側管部18の軸方向に沿った長さ)Wよりも大きくなっている。また、ガス供給窓23Bの幅Wはガス供給窓23Aの幅Wよりも大きく、更にガス供給窓23Cの幅Wはガス供給窓23Bの幅Wよりも大きくなっている。 In this state, the position of the edge of the gas supply window 23C on the exhaust downstream side substantially coincides with the position of the edge of the gas supply window 21C on the exhaust upstream side. Further, as shown in FIG. 3, the distance D 1 of the from the gas supply window 21A to the gas supply window 23A is longer than the distance D 2 from the gas supply window 21B to the gas supply window 23B. W 1 (length along the axial direction of the inner tube portion 19) width of the gas supply window 23A is (length along the axial direction of the outer tube portion 18) width of the gas supply window 21A~21C greater than W It has become. The width W 2 of the gas supply window 23B is larger than the width W 1 of the gas supply window 23A, further the width W 3 of the gas supply window 23C is larger than the width W 2 of the gas supply window 23B.

また、内側管部19が外側管部18に対して初期位置にある状態では、ガスバイパス窓24は、内側管部19において上記の各ガスバイパス窓22に対して重なり合うような位置に形成されている。   Further, in a state where the inner tube portion 19 is in the initial position with respect to the outer tube portion 18, the gas bypass window 24 is formed at a position such that it overlaps with each gas bypass window 22 in the inner tube portion 19. Yes.

図4に示すように、内側管部19が外側管部18に対して相対移動したときに、ガス供給窓23A〜23Cとガス供給窓21A〜21Cとが重なり合う領域P(図(a)中のハッチング部分)の最大面積は、熱交換器5における熱交換フィン部8の形成領域Q(図(b)中の1点鎖線で囲まれた部分)の面積よりも小さくなっている。なお、図4(a)は、導入管部材17におけるガス供給窓21C,23Cを含む部位を熱交換器5側から見た時の図であり、図4(b)は、熱交換器5をガス供給窓21C,23C側から見た時の図である。このように構成することにより、導入管部材17に導入された排気ガスがガス供給窓23A,21A、ガス供給窓23B,21B、ガス供給窓23C,21Cを通って熱交換フィン部8に供給される際の流速が高くなる。   As shown in FIG. 4, when the inner tube part 19 moves relative to the outer tube part 18, the gas supply windows 23A to 23C and the gas supply windows 21A to 21C overlap each other in the region P (in FIG. 4A). The maximum area of the hatched portion is smaller than the area of the formation region Q of the heat exchange fin portion 8 in the heat exchanger 5 (the portion surrounded by the one-dot chain line in FIG. 5B). 4A is a view of a portion including the gas supply windows 21C and 23C in the introduction pipe member 17 as viewed from the heat exchanger 5 side, and FIG. 4B is a view of the heat exchanger 5. It is a figure when it sees from the gas supply windows 21C and 23C side. With this configuration, the exhaust gas introduced into the introduction pipe member 17 is supplied to the heat exchange fin portion 8 through the gas supply windows 23A and 21A, the gas supply windows 23B and 21B, and the gas supply windows 23C and 21C. The flow velocity during

次に、以上のように構成した熱電発電装置1の動作について説明する。エンジンの作動時には、エンジンからの排気ガスが導入管部材17内に導入される共に、各熱電ユニット4における冷却水ケース7の冷却水通路10に冷却水が流通するようになる。   Next, the operation of the thermoelectric generator 1 configured as described above will be described. During operation of the engine, exhaust gas from the engine is introduced into the introduction pipe member 17 and cooling water flows through the cooling water passage 10 of the cooling water case 7 in each thermoelectric unit 4.

ここで、エンジンの負荷がコールドスタート直後の極低負荷状態であるときには、排気ガスのエネルギー(圧力)が十分低いため、外側管部18内に排気ガスが導入されてもスプリング20は殆ど縮まず、内側管部19は外側管部18に対して殆ど初期位置にある状態のままとなる。この場合には、図3に示すように、内側管部19内に導入された排気ガスは、各ガスバイパス窓24,22を通って導入管部材17の外部に導かれ、更に下流側の排気浄化触媒に向けて流れていく。   Here, when the engine load is in an extremely low load state immediately after the cold start, the energy (pressure) of the exhaust gas is sufficiently low, so that even if the exhaust gas is introduced into the outer pipe portion 18, the spring 20 hardly contracts. The inner tube portion 19 remains almost in the initial position with respect to the outer tube portion 18. In this case, as shown in FIG. 3, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 19 is guided to the outside of the introduction pipe member 17 through the gas bypass windows 24 and 22, and further exhausted on the downstream side. It flows toward the purification catalyst.

この運転域では、排気ガスが全ての熱交換器5をバイパスして流れることになり、排気ガスの熱(排気熱)は発電に寄与しない。このとき、排気ガスが熱交換器5を全く通らないので、排気圧損が上がることは無い。また、排気熱が熱交換器5に奪われることは無いため、排気温を殆ど下げることなく排気ガスが排気浄化触媒まで流れるようになる。このため、排気浄化触媒が迅速に暖められるので、排気浄化性能が向上する。   In this operating region, the exhaust gas flows by bypassing all the heat exchangers 5, and the heat of the exhaust gas (exhaust heat) does not contribute to power generation. At this time, since exhaust gas does not pass through the heat exchanger 5 at all, exhaust pressure loss does not increase. Further, since the exhaust heat is not lost to the heat exchanger 5, the exhaust gas flows to the exhaust purification catalyst with almost no decrease in the exhaust temperature. For this reason, since the exhaust purification catalyst is quickly warmed, the exhaust purification performance is improved.

エンジンの負荷がやや上がると、排気ガスのエネルギーがやや高くなるため、図5に示すように、外側管部18内に導入された排気ガスによって内側管部19が排気下流側に押されて、スプリング20が縮む。このため、ガスバイパス窓22,24の重なりが解除されると共に、ガス供給窓21C,23Cが重なり合うようになる。この場合には、図5及び図6に示すように、内側管部19内に導入された排気ガスは、各ガス供給窓23C,21Cを通って、排気上流側から3列目の各熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。そして、排気ガスは、その熱交換フィン部8の各フィン間を通り抜けて流れていく。   When the engine load increases slightly, the energy of the exhaust gas slightly increases. As shown in FIG. 5, the exhaust pipe introduced into the outer pipe section 18 pushes the inner pipe section 19 to the exhaust downstream side. The spring 20 contracts. For this reason, the overlap of the gas bypass windows 22 and 24 is released, and the gas supply windows 21C and 23C are overlapped. In this case, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 19 passes through the gas supply windows 23C and 21C, and each heat exchange in the third row from the exhaust upstream side. It is supplied to the heat exchange fin portion 8 of the vessel 5. Then, the exhaust gas flows through between the fins of the heat exchange fin portion 8.

このとき、高温の排気熱は、熱交換フィン部8によって回収され、更に熱電変換モジュール6の高温側端面に伝えられる。このため、熱電変換モジュール6の高温側端面は高温状態に維持される。一方、熱電変換モジュール6の低温側端面は、冷却水ケース7内を流れる冷却水に熱を奪われるため、冷却される。これにより、熱電変換モジュール6の高温側端面と低温側端面との間に温度差が生じ、この温度差に応じた電力が発生する。   At this time, the high-temperature exhaust heat is recovered by the heat exchange fin portion 8 and further transmitted to the high-temperature side end face of the thermoelectric conversion module 6. For this reason, the high temperature side end surface of the thermoelectric conversion module 6 is maintained in a high temperature state. On the other hand, the low-temperature side end surface of the thermoelectric conversion module 6 is cooled because heat is taken away by the cooling water flowing in the cooling water case 7. Thereby, a temperature difference arises between the high temperature side end surface and the low temperature side end surface of the thermoelectric conversion module 6, and electric power according to this temperature difference is generated.

エンジンの負荷が更に上がると、排気ガスのエネルギーが更に高くなるため、図7に示すように、外側管部18内に導入された排気ガスによって内側管部19が更に排気下流側に押され、ガス供給窓21C,23Cに加えて、ガス供給窓21B,23Bも重なり合うようになる。この場合には、内側管部19内に導入された排気ガスは、ガス供給窓23B,21B及びガス供給窓23C,21Cを通って、排気上流側から2列目及び3列目の各熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。これにより、排気上流側から2列目及び3列目の各熱電変換モジュール6によって発電が行われることになる。   When the engine load further increases, the energy of the exhaust gas further increases, and as shown in FIG. 7, the inner pipe portion 19 is further pushed to the exhaust downstream side by the exhaust gas introduced into the outer pipe portion 18, In addition to the gas supply windows 21C and 23C, the gas supply windows 21B and 23B overlap each other. In this case, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 19 passes through the gas supply windows 23B and 21B and the gas supply windows 23C and 21C, and performs heat exchange in the second and third rows from the exhaust upstream side. It is supplied to the heat exchange fin portion 8 of the vessel 5. Thus, power is generated by the thermoelectric conversion modules 6 in the second and third rows from the exhaust upstream side.

エンジンの負荷が更に上がって高負荷状態になると、排気ガスのエネルギーが十分に高くなるため、図8に示すように、外側管部18内に導入された排気ガスによって内側管部19が更に排気下流側に押され、ガス供給窓21B,23B及びガス供給窓21C,23Cに加えて、ガス供給窓21A,23Aも重なり合うようになる。この場合には、内側管部19内に導入された排気ガスは、ガス供給窓23A,21A、ガス供給窓23B,21B及びガス供給窓23C,21Cを通って、全ての熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。これにより、全ての熱電変換モジュール6によってフルに発電が行われることになる。   When the engine load is further increased to a high load state, the energy of the exhaust gas becomes sufficiently high. Therefore, as shown in FIG. 8, the exhaust gas introduced into the outer tube portion 18 causes the inner tube portion 19 to further exhaust. Pushed downstream, the gas supply windows 21A and 23A overlap in addition to the gas supply windows 21B and 23B and the gas supply windows 21C and 23C. In this case, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 19 passes through the gas supply windows 23A and 21A, the gas supply windows 23B and 21B, and the gas supply windows 23C and 21C, and the heat of all the heat exchangers 5 It is supplied to the exchange fin unit 8. As a result, all the thermoelectric conversion modules 6 generate power completely.

以上において、外側管部18に形成されたガス供給窓21A〜21C及びガスバイパス窓22と、内側管部19に形成されたガス供給窓23A〜23C及びガスバイパス窓24と、スプリング20とは、通路16に導入された排気ガスを、各熱交換器5の熱交換フィン部8に選択的に供給するように制御するガス流路制御手段を構成している。   In the above, the gas supply windows 21A to 21C and the gas bypass window 22 formed in the outer pipe portion 18, the gas supply windows 23A to 23C and the gas bypass window 24 formed in the inner pipe portion 19, and the spring 20 are A gas flow path control unit is configured to control the exhaust gas introduced into the passage 16 so as to be selectively supplied to the heat exchange fin portion 8 of each heat exchanger 5.

図9は、比較例として、従来構造の熱電変換装置の代表例を示す断面図であり、図10は、図9のX−X線断面図である。図中、本実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付してある。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a typical example of a thermoelectric conversion device having a conventional structure as a comparative example, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. In the figure, the same reference numerals are given to the same or equivalent members as in the present embodiment.

各図において、熱電変換装置100は、断面6角形状を有する一体型の熱交換器101を備えている。熱交換器101は、排気ガスが通る6つの排気通路102を形成する6つの仕切壁103と、各排気通路102に収容されるように設けられた6つの熱交換フィン部104とを有している。各熱交換フィン部104は、排気ガスの流れ方向に沿った3列の熱電領域を有し、各列の熱電領域に対応する位置に熱電変換モジュール6及び冷却水ケース7が配置されている。   In each figure, the thermoelectric conversion device 100 includes an integrated heat exchanger 101 having a hexagonal cross section. The heat exchanger 101 includes six partition walls 103 that form six exhaust passages 102 through which exhaust gas passes, and six heat exchange fin portions 104 that are provided so as to be accommodated in the respective exhaust passages 102. Yes. Each heat exchange fin section 104 has three rows of thermoelectric regions along the flow direction of the exhaust gas, and the thermoelectric conversion module 6 and the cooling water case 7 are arranged at positions corresponding to the thermoelectric regions of each row.

このような熱電変換装置100においては、エンジンからの排気ガスは、全ての排気通路102に導入され、全ての熱交換フィン部104の各フィン間を通り抜けて下流に流れていく。このとき、各熱交換フィン部104の排気上流側の熱電領域から順に排気熱が奪われて、対応する熱電変換モジュール6により発電が行われるため、排気下流側に向かうにつれて排気温が下がる。このため、熱交換フィン部104及び熱電変換モジュール6の温度は、排気上流側から1列目、2列目、3列目の順に低くなる。   In such a thermoelectric conversion device 100, the exhaust gas from the engine is introduced into all the exhaust passages 102 and flows downstream through the fins of all the heat exchange fin portions 104. At this time, exhaust heat is taken in order from the thermoelectric region on the exhaust upstream side of each heat exchange fin section 104 and power is generated by the corresponding thermoelectric conversion module 6, so that the exhaust temperature decreases toward the exhaust downstream side. For this reason, the temperature of the heat exchange fin unit 104 and the thermoelectric conversion module 6 decreases in order of the first, second, and third rows from the exhaust upstream side.

この場合には、全ての熱電変換モジュール6を最も効率の良い温度で使うのは困難であり、排気上流側から1列目の熱電変換モジュール6の温度が耐熱温度を超えてしまうことがある。また、熱交換フィン部104の排気上流側領域と排気下流側領域との温度差により、熱交換フィン部104の当該領域間に径方向の熱膨張差が生じる結果、各熱電変換モジュール6の押し付け荷重に不均一が発生し、熱電変換モジュール6内の素子や電極等に偏荷重がかかり、発電不良が発生する可能性がある。   In this case, it is difficult to use all the thermoelectric conversion modules 6 at the most efficient temperature, and the temperature of the thermoelectric conversion modules 6 in the first row from the exhaust upstream side may exceed the heat resistance temperature. In addition, due to a temperature difference between the exhaust upstream region and the exhaust downstream region of the heat exchange fin portion 104, a radial thermal expansion difference is generated between the regions of the heat exchange fin portion 104. As a result, each thermoelectric conversion module 6 is pressed. There is a possibility that the load is non-uniform, an uneven load is applied to the elements, electrodes, etc. in the thermoelectric conversion module 6 and power generation failure occurs.

また、エンジン状態が低負荷であり、排気熱が少ないときには、排気上流側から1列目の熱電変換モジュール6のみで発電を行い、排気上流側から2列目及び3列目の熱電変換モジュール6は発電に寄与しないことがある。しかし、その場合でも、排気ガスが熱交換フィン部104を通過するため、排気圧損上不利になる。   Further, when the engine state is low and the exhaust heat is low, power is generated only by the first row of thermoelectric conversion modules 6 from the exhaust upstream side, and the second and third rows of thermoelectric conversion modules 6 from the exhaust upstream side. May not contribute to power generation. However, even in that case, since the exhaust gas passes through the heat exchange fin portion 104, it is disadvantageous in terms of exhaust pressure loss.

これに対し本実施形態の熱電変換装置1では、排気管3の内部に、ガス供給窓21A〜21C及びガスバイパス窓22を有する外側管部18とガス供給窓23A〜23C及びガスバイパス窓24を有する内側管部19とからなる導入管部材17を配置すると共に、エンジンの負荷に応じて外側管部18に対する内側管部19の相対位置を変更させるスプリング20を設けたので、上記の不具合を解決することができる。   In contrast, in the thermoelectric conversion device 1 of the present embodiment, the outer pipe portion 18 having the gas supply windows 21A to 21C and the gas bypass window 22, the gas supply windows 23A to 23C, and the gas bypass window 24 are provided inside the exhaust pipe 3. Since the introduction pipe member 17 including the inner pipe portion 19 is disposed and the spring 20 is provided to change the relative position of the inner pipe portion 19 with respect to the outer pipe portion 18 according to the engine load, the above problem is solved. can do.

即ち、エンジンが高負荷である状態では、エンジンからの排気ガスが多くの熱交換器5の熱交換フィン部8に供給されることになるが、排気ガスは先ず導入管部材17内に導入され、そこからガス供給窓23A〜23C及びガス供給窓21A〜21Cを介して各熱交換フィン部8に直接供給されるため、各熱交換フィン部8に供給される排気ガスの温度はほぼ均等になる。このため、各列間で熱交換器5の温度差は殆ど生じないため、各列間における熱交換器5の熱膨張差は殆ど無くなり、各熱電変換モジュール6にかかる押し付け荷重のバラツキが抑制される。これにより、各熱交換器5から各熱電変換モジュール6への排気熱の伝達率が良くなり、各熱電変換モジュール6で生成される発電量が均一化される。また、排気上流側から1列目の熱電変換モジュール6の温度が耐熱温度を超えてしまうことが防止される。一方、エンジンが低負荷である状態では、排気ガスのエネルギーが低いため、排気ガスが供給される熱交換フィン部8が少なくて済み、必要最小限の熱電変換モジュール6によって効果的に発電がなされる。   That is, when the engine is in a high load state, the exhaust gas from the engine is supplied to the heat exchange fin portions 8 of many heat exchangers 5, but the exhaust gas is first introduced into the introduction pipe member 17. From there, it is directly supplied to each heat exchange fin portion 8 via the gas supply windows 23A to 23C and gas supply windows 21A to 21C, so that the temperature of the exhaust gas supplied to each heat exchange fin portion 8 is substantially uniform. Become. For this reason, since the temperature difference of the heat exchanger 5 hardly arises between each row | line | column, the thermal expansion difference of the heat exchanger 5 between each row | line | column is almost eliminated, and the variation of the pressing load concerning each thermoelectric conversion module 6 is suppressed. The Thereby, the transfer rate of the exhaust heat from each heat exchanger 5 to each thermoelectric conversion module 6 is improved, and the amount of power generated by each thermoelectric conversion module 6 is made uniform. Further, the temperature of the thermoelectric conversion modules 6 in the first row from the exhaust upstream side is prevented from exceeding the heat resistance temperature. On the other hand, when the engine is in a low load state, the energy of the exhaust gas is low, so that the heat exchange fin portion 8 to which the exhaust gas is supplied is reduced, and the power generation is effectively performed by the minimum necessary thermoelectric conversion module 6. The

このようにエンジンの負荷に応じて各熱交換フィン部8への排気ガスの流れを制御するので、熱電変換装置1は熱電変換モジュール6を効率良い状態で使用することになり、これにより発電効率を高めることができる。   Thus, since the flow of the exhaust gas to each heat exchange fin part 8 is controlled according to the load of the engine, the thermoelectric conversion device 1 uses the thermoelectric conversion module 6 in an efficient state, thereby generating power efficiency. Can be increased.

また、ガス供給窓23A〜23Cとガス供給窓21A〜21Cとが重なり合う領域の最大面積を熱交換フィン部8の形成領域の面積よりも小さくすることにより、排気ガスが熱交換フィン部8に供給される時の流速が上がるので、熱交換フィン部8の熱回収量が多くなり、熱電変換モジュール6で発生する発電量が増大する。これにより、発電効率を更に向上させることができる。   Further, the exhaust gas is supplied to the heat exchange fin portion 8 by making the maximum area of the region where the gas supply windows 23A to 23C and the gas supply windows 21A to 21C overlap with each other smaller than the area of the heat exchange fin portion 8 formation region. Since the flow rate at the time is increased, the heat recovery amount of the heat exchange fin portion 8 is increased, and the power generation amount generated in the thermoelectric conversion module 6 is increased. Thereby, the power generation efficiency can be further improved.

さらに、エンジンが低負荷の状態では、内側管部19内に導入された排気ガスをガス供給窓23C,21Cから流出させて、排気上流側から3列目の各熱交換器5の熱交換フィン部8に供給するので、排気上流側から1列目及び2列目の各熱交換器5を排気ガスが通ることは無い。従って、排気圧損を上げること無く、発電を行うことができる。   Furthermore, when the engine is in a low load state, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 19 is caused to flow out from the gas supply windows 23C and 21C, and the heat exchange fins of the heat exchangers 5 in the third row from the exhaust upstream side. Since the gas is supplied to the section 8, the exhaust gas does not pass through the heat exchangers 5 in the first row and the second row from the exhaust upstream side. Therefore, power generation can be performed without increasing the exhaust pressure loss.

本発明に係わる熱電発電装置の第2実施形態を図11により説明する。図中、第1実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。   A second embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same or equivalent members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

同図において、本実施形態の熱電発電装置30は、第1実施形態におけるスプリング20に代えて、電動アクチュエータ31と、この電動アクチュエータ31を制御するコントローラ32とを有している。   In the figure, a thermoelectric power generation apparatus 30 of the present embodiment has an electric actuator 31 and a controller 32 that controls the electric actuator 31 instead of the spring 20 in the first embodiment.

電動アクチュエータ31は、導入管部材17の軸方向(長手方向)に往復移動可能なロッド部31aを有している。ロッド部31aは、排気管3に設けられたベアリング33を介して排気管3内に導入され、更に外側管部18の排気下流側の端部18aを挿通した状態で、内側管部19の排気下流側の端部19aに連結されている。   The electric actuator 31 has a rod portion 31 a that can reciprocate in the axial direction (longitudinal direction) of the introduction tube member 17. The rod portion 31 a is introduced into the exhaust pipe 3 through a bearing 33 provided in the exhaust pipe 3, and further, the exhaust of the inner pipe portion 19 is inserted in the exhaust pipe downstream end 18 a of the outer pipe portion 18. It is connected to the end 19a on the downstream side.

コントローラ32は、エンジンからの排気ガスの流量及び温度を検出し、その検出結果からエンジンの負荷を求め、これに基づいて電動アクチュエータ31のロッド部31aのストロークを制御することにより、外側管部18に対する内側管部19の相対位置を設定する。具体的には、コントローラ32は、エンジンの負荷が高くなるに従って内側管部19が排気下流側に移動するように、電動アクチュエータ31を制御する。なお、排気ガスの流量は、例えばエンジン回転数やスロットルバルブ開度等から推定でき、排気ガスの温度は、例えば触媒の温度等から推定できる。   The controller 32 detects the flow rate and temperature of the exhaust gas from the engine, obtains the load of the engine from the detection result, and controls the stroke of the rod portion 31a of the electric actuator 31 based on this, thereby the outer pipe portion 18. The relative position of the inner tube portion 19 with respect to the is set. Specifically, the controller 32 controls the electric actuator 31 so that the inner pipe portion 19 moves to the exhaust downstream side as the engine load increases. The flow rate of the exhaust gas can be estimated from, for example, the engine speed and the throttle valve opening, and the temperature of the exhaust gas can be estimated from, for example, the temperature of the catalyst.

本実施形態においては、上記のスプリング20を使用する場合と異なり、スプリングを押し返す力が内側管部19に加わることは無いので、スプリング反力分の排気圧損が生じることを防止できる。   In the present embodiment, unlike the case of using the spring 20 described above, the force for pushing back the spring is not applied to the inner tube portion 19, so that it is possible to prevent the exhaust pressure loss corresponding to the spring reaction force from occurring.

本発明に係わる熱電発電装置の第3実施形態を図12〜図18により説明する。図中、第1実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。   A third embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or equivalent members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図12において、本実施形態の熱電発電装置40では、複数(ここでは6つ)の熱電ユニット4からなる熱電ユニット群は、排気ガスの流れ方向に沿って1列のみ配置されている。   In FIG. 12, in the thermoelectric power generation device 40 of the present embodiment, a thermoelectric unit group including a plurality (here, six) of thermoelectric units 4 is arranged in only one row along the exhaust gas flow direction.

また、熱電発電装置40の導入管部材17は、第1実施形態における外側管部18及び内側管部19に代えて、外側管部41及び内側管部42を有している。外側管部41には、複数のガス供給窓43と複数のガスバイパス窓44とが設けられている。ガス供給窓43及びガスバイパス窓44の数は、熱電ユニット4の数と同じである。各ガス供給窓43は、外側管部41における各熱交換器5の排気上流側端部に対応する位置に形成されている。ガスバイパス窓44は、外側管部41における各熱交換器5よりも排気下流側の位置に形成されている。   The introduction pipe member 17 of the thermoelectric generator 40 includes an outer pipe part 41 and an inner pipe part 42 instead of the outer pipe part 18 and the inner pipe part 19 in the first embodiment. The outer pipe portion 41 is provided with a plurality of gas supply windows 43 and a plurality of gas bypass windows 44. The number of gas supply windows 43 and gas bypass windows 44 is the same as the number of thermoelectric units 4. Each gas supply window 43 is formed at a position corresponding to the exhaust upstream side end of each heat exchanger 5 in the outer pipe portion 41. The gas bypass window 44 is formed at a position on the exhaust pipe downstream side of each heat exchanger 5 in the outer pipe portion 41.

内側管部42には、複数のガス供給窓45と複数のガスバイパス窓46とが設けられている。ガス供給窓45及びガスバイパス窓46の数は、熱電ユニット4の数と同じである。内側管部42が外側管部41に対して初期位置にある状態では、各ガス供給窓45は、内側管部42において上記の各ガス供給窓43よりも排気上流側の位置に形成されている。また、各ガス供給窓45の排気上流側の縁の位置は一致しており、各ガス供給窓45の排気下流側の縁の位置は各々異なっている。つまり、各ガス供給窓45の幅(内側管部42の軸方向に沿った長さ)Hは、各々異なっている(図13参照)。   The inner pipe portion 42 is provided with a plurality of gas supply windows 45 and a plurality of gas bypass windows 46. The number of gas supply windows 45 and gas bypass windows 46 is the same as the number of thermoelectric units 4. In a state where the inner pipe portion 42 is in the initial position with respect to the outer pipe portion 41, each gas supply window 45 is formed at a position upstream of the above gas supply windows 43 in the inner pipe portion 42. . Further, the positions of the edges on the exhaust upstream side of the gas supply windows 45 are the same, and the positions of the edges on the exhaust downstream side of the gas supply windows 45 are different. That is, the width (length along the axial direction of the inner tube portion) H of each gas supply window 45 is different (see FIG. 13).

このような熱電発電装置40において、エンジンの負荷がコールドスタート時から僅かに高い低負荷である状態では、図13に示すように、導入管部材17内に導入された排気ガスによって内側管部42が外側管部41に対して排気下流側に押され、最も幅の大きいガス供給窓45と対応するガス供給窓43とが重なり合うようになる。この場合には、図13及び図14に示すように、内側管部42内に導入された排気ガスは、1組のガス供給窓45,43を通って、対応する1つの熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。そして、当該熱交換器5に対応する1つの熱電変換モジュール6だけで発電が行われることになる。   In such a thermoelectric power generation apparatus 40, when the engine load is slightly high and low from the cold start, as shown in FIG. 13, the inner pipe portion 42 is exhausted by the exhaust gas introduced into the introduction pipe member 17. Is pushed to the exhaust downstream side with respect to the outer pipe portion 41, and the gas supply window 45 having the largest width and the corresponding gas supply window 43 are overlapped with each other. In this case, as shown in FIGS. 13 and 14, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 42 passes through a pair of gas supply windows 45, 43, and corresponds to one corresponding heat exchanger 5. It is supplied to the heat exchange fin unit 8. Then, power generation is performed by only one thermoelectric conversion module 6 corresponding to the heat exchanger 5.

その状態から、エンジンの負荷が上がると、図15に示すように、排気ガスによって内側管部42が更に排気下流側に押され、1組のガス供給窓43,45に加えて、2番目に幅の大きいガス供給窓45と対応するガス供給窓43とが重なり合うようになる。この場合には、図15及び図16に示すように、内側管部42内に導入された排気ガスは、2組のガス供給窓45,43を通って、対応する2つの熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。そして、これらの熱交換器5に対応する2つの熱電変換モジュール6によって発電が行われる。   From this state, when the engine load increases, as shown in FIG. 15, the inner pipe portion 42 is pushed further to the exhaust downstream side by the exhaust gas, and in addition to the pair of gas supply windows 43 and 45, second. The large gas supply window 45 and the corresponding gas supply window 43 overlap each other. In this case, as shown in FIGS. 15 and 16, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 42 passes through the two gas supply windows 45, 43 and flows through the two corresponding heat exchangers 5. It is supplied to the heat exchange fin unit 8. The two thermoelectric conversion modules 6 corresponding to these heat exchangers 5 generate power.

そして、エンジンの負荷が更に上がると、図17に示すように、排気ガスによって内側管部42が更に排気下流側に押され、2組のガス供給窓43,45に加えて、3番目に幅の大きいガス供給窓45と対応するガス供給窓43とが重なり合うようになる。この場合には、図17及び図18に示すように、内側管部42内に導入された排気ガスは、3組のガス供給窓45,43を通って、対応する3つの熱交換器5の熱交換フィン部8に供給される。そして、これらの熱交換器5に対応する3つの熱電変換モジュール6によって発電が行われる。   When the engine load further increases, as shown in FIG. 17, the exhaust pipe pushes the inner pipe portion 42 further to the exhaust downstream side, and in addition to the two sets of gas supply windows 43 and 45, the third width is reached. The large gas supply window 45 and the corresponding gas supply window 43 overlap each other. In this case, as shown in FIGS. 17 and 18, the exhaust gas introduced into the inner pipe portion 42 passes through the three gas supply windows 45 and 43, and corresponds to the corresponding three heat exchangers 5. It is supplied to the heat exchange fin unit 8. Then, power is generated by the three thermoelectric conversion modules 6 corresponding to these heat exchangers 5.

以下省略するが、エンジンの負荷が更に上がっていくに従って、ガス供給窓43と重なり合うガス供給窓45が増えるため、排気ガスが供給される熱交換フィン部8が多くなり、これに伴って発電に寄与する熱電変換モジュール6が多くなる。   Although not described below, as the engine load further increases, the number of gas supply windows 45 that overlap with the gas supply window 43 increases, so the number of heat exchange fin portions 8 to which exhaust gas is supplied increases, and accordingly, power generation is performed. More thermoelectric conversion modules 6 contribute.

ところで、エンジンの負荷が低く、排気熱が少ない状態で、全ての熱交換器5の熱交換フィン部8に排気ガスが供給されると、各熱交換フィン部8で回収された排気熱は各熱電変換モジュール6に分配されるため、各熱電変換モジュール6の高温側端面を高温状態に確保することが困難になり、発電効率の低下を招くおそれがある。しかし、本実施形態では、エンジンが低負荷の状態では、発電に寄与する熱電変換モジュール6が少ないので、熱電変換モジュール6の高温側端面は高温状態に維持される。これにより、エンジンの負荷に因らず熱電変換モジュール6は常に効率良い状態で使用されるため、発電効率を向上させることができる。   By the way, when exhaust gas is supplied to the heat exchange fin portions 8 of all the heat exchangers 5 in a state where the load of the engine is low and the exhaust heat is small, the exhaust heat recovered in each heat exchange fin portion 8 is Since it is distributed to the thermoelectric conversion modules 6, it becomes difficult to ensure the high temperature side end surfaces of the thermoelectric conversion modules 6 in a high temperature state, which may cause a decrease in power generation efficiency. However, in this embodiment, when the engine is in a low load state, there are few thermoelectric conversion modules 6 that contribute to power generation, so the high temperature side end face of the thermoelectric conversion module 6 is maintained in a high temperature state. Thereby, since the thermoelectric conversion module 6 is always used in an efficient state regardless of the engine load, the power generation efficiency can be improved.

なお、本実施形態では、複数の熱電ユニット4からなる熱電ユニット群を1列のみとしたが、そのような熱電ユニット群を排気ガスの流れ方向に沿って複数列配置しても良いことは言うまでもない。この場合、例えば本実施形態の構成を上記の第1実施形態と組み合わせて採用し、1つの熱電ユニット4毎に排気ガスの流路を制御することにより、きめ細かで最適な発電制御を行うことが可能となる。   In the present embodiment, the thermoelectric unit group including the plurality of thermoelectric units 4 is only one row, but it goes without saying that such a thermoelectric unit group may be arranged in a plurality of rows along the flow direction of the exhaust gas. Yes. In this case, for example, the configuration of the present embodiment is adopted in combination with the first embodiment, and the exhaust gas flow path is controlled for each thermoelectric unit 4 to perform fine and optimal power generation control. It becomes possible.

以上、本発明に係わる熱電発電装置の実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。   Although several embodiments of the thermoelectric generator according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.

例えば上記実施形態では、導入管部材17の内側管部に矩形状のガス供給窓を設ける構成としたが、内側管部のガス供給窓の形状としては、図19に示すように三角形状であっても良い。この場合には、内側管部19を外側管部18に対して相対移動させたときに、内側管部19と外側管部18とが重なり合う領域の面積が内側管部19の移動量に応じて非線形に変化することになる。車両の排気量や運転状態等によっては、そのように構成したほうが、熱交換器5への排気ガスの流速チューニングが細かく最適に行える場合もあり、排気ガスの流速制御の自由度を上げることができる。なお、内側管部のガス供給窓の形状としては、これ以外にも円形状等であっても良い。また、外側管部のガス供給窓や、外側管部及び内側管部のガスバイパス窓の形状についても、特に矩形状には限られない。   For example, in the above embodiment, a rectangular gas supply window is provided in the inner tube portion of the introduction tube member 17, but the shape of the gas supply window in the inner tube portion is triangular as shown in FIG. May be. In this case, when the inner tube portion 19 is moved relative to the outer tube portion 18, the area of the region where the inner tube portion 19 and the outer tube portion 18 overlap depends on the amount of movement of the inner tube portion 19. It will change nonlinearly. Depending on the displacement of the vehicle, the operating condition, etc., such a configuration may finely and optimally tune the exhaust gas flow rate to the heat exchanger 5 and increase the degree of freedom in controlling the exhaust gas flow rate. it can. In addition, as a shape of the gas supply window of the inner tube portion, a circular shape or the like may be used. Further, the shape of the gas supply window of the outer tube portion and the gas bypass window of the outer tube portion and the inner tube portion are not particularly limited to a rectangular shape.

また、上記実施形態では、熱電変換モジュール6と同数の熱交換器5を設ける構成としたが、熱交換器を図9及び図10に示すような一体型構造としても良い。この場合には、エンジンの負荷に応じて、熱交換器の熱交換フィン部における各熱電変換モジュール6に対応する位置に排気ガスを選択的に供給するように、排気ガスの流路を制御する。   Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which provides the heat exchanger 5 of the same number as the thermoelectric conversion module 6, a heat exchanger is good also as an integrated structure as shown in FIG.9 and FIG.10. In this case, the flow path of the exhaust gas is controlled so as to selectively supply the exhaust gas to a position corresponding to each thermoelectric conversion module 6 in the heat exchange fin portion of the heat exchanger according to the engine load. .

本発明に係わる熱電発電装置の第1実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus concerning this invention. 図1のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 外側管部のガス供給窓及びガスバイパス窓と内側管部のガス供給窓及びガスバイパス窓との位置関係等を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship etc. with the gas supply window and gas bypass window of an outer side pipe part, and the gas supply window and gas bypass window of an inner side pipe part. 外側管部のガス供給窓と内側管部のガス供給窓とが重なり合う領域の面積と、熱交換器における熱交換フィン部の形成領域の面積との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the area of the area | region where the gas supply window of an outer side pipe part and the gas supply window of an inner side pipe part overlap, and the area of the formation area of the heat exchange fin part in a heat exchanger. 図3に示した状態からエンジン負荷が上がったときの導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of an introduction pipe member and an exhaust gas flow path when an engine load increases from the state shown in FIG. 3. 図3に示した状態からエンジン負荷が上がったときの排気ガスの流路を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an exhaust gas flow path when the engine load is increased from the state shown in FIG. 3. 図5に示した状態からエンジン負荷が上がったときの導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of the introduction pipe member and the exhaust gas flow path when the engine load is increased from the state shown in FIG. 5. 図7に示した状態からエンジン負荷が上がったときの導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic view showing the state of the introduction pipe member and the exhaust gas flow path when the engine load increases from the state shown in FIG. 7. 従来構造の熱電変換装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the thermoelectric conversion apparatus of conventional structure. 図9のX−X線断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. 9. 本発明に係わる熱電発電装置の第2実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus concerning this invention. 本発明に係わる熱電発電装置の第3実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus concerning this invention. エンジン低負荷時の導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。It is the schematic which shows the state of the introductory pipe member at the time of an engine low load, and the flow path of exhaust gas. エンジン低負荷時の排気ガスの流路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow path of the exhaust gas at the time of an engine low load. 図13に示した状態からエンジン負荷が上がったときの導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。It is the schematic which shows the state of an introductory pipe member when an engine load goes up from the state shown in FIG. 13, and the flow path of exhaust gas. 図14に示した状態からエンジン負荷が上がったときの排気ガスの流路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow path of exhaust gas when engine load rises from the state shown in FIG. 図15に示した状態からエンジン負荷が上がったときの導入管部材の状態及び排気ガスの流路を示す概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing the state of the introduction pipe member and the exhaust gas flow path when the engine load increases from the state shown in FIG. 15. 図16に示した状態からエンジン負荷が上がったときの排気ガスの流路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow path of exhaust gas when an engine load rises from the state shown in FIG. 内側管部のガス供給窓の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the gas supply window of an inner side pipe part.

符号の説明Explanation of symbols

1…熱電発電装置、2…排気通路(第1通路)、5…熱交換器、6…熱電変換モジュール(熱電変換部)、8…熱交換フィン部(熱交換部)、16…通路(第2通路)、17…導入管部材、18…外側管部、18a…排気下流側端部、19…内側管部、19a…排気下流側端部、20…スプリング(変位設定手段、ガス流路制御手段)、21A〜21C…ガス供給窓(第1ガス供給窓、ガス流路制御手段)、22…ガスバイパス窓(第1ガスバイパス窓、ガス流路制御手段)、23A〜23C…ガス供給窓(第2ガス供給窓、ガス流路制御手段)、24…ガスバイパス窓(第2ガスバイパス窓、ガス流路制御手段)、30…熱電発電装置、31…電動アクチュエータ(変位設定手段、ガス流路制御手段)、31a…ロッド部、32…コントローラ(変位設定手段、ガス流路制御手段)、40…熱電発電装置、41…外側管部、42…内側管部、43…ガス供給窓(第1ガス供給窓、ガス流路制御手段)、44…ガスバイパス窓(第1ガスバイパス窓、ガス流路制御手段)、45…ガス供給窓(第2ガス供給窓、ガス流路制御手段)、46…ガスバイパス窓(第2ガスバイパス窓、ガス流路制御手段)。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermoelectric power generation device, 2 ... Exhaust passage (1st passage), 5 ... Heat exchanger, 6 ... Thermoelectric conversion module (thermoelectric conversion part), 8 ... Heat exchange fin part (heat exchange part), 16 ... Passage (1st 2 passages), 17 ... introducing pipe member, 18 ... outer pipe part, 18a ... exhaust downstream end part, 19 ... inner pipe part, 19a ... exhaust downstream end part, 20 ... spring (displacement setting means, gas flow path control) Means), 21A-21C ... gas supply window (first gas supply window, gas flow path control means), 22 ... gas bypass window (first gas bypass window, gas flow path control means), 23A-23C ... gas supply window (Second gas supply window, gas flow path control means), 24 ... gas bypass window (second gas bypass window, gas flow path control means), 30 ... thermoelectric generator, 31 ... electric actuator (displacement setting means, gas flow) Road control means), 31a ... rod part, 32 ... control LA (displacement setting means, gas flow path control means), 40 ... thermoelectric generator, 41 ... outer pipe section, 42 ... inner pipe section, 43 ... gas supply window (first gas supply window, gas flow path control means), 44 ... Gas bypass window (first gas bypass window, gas flow path control means), 45 ... Gas supply window (second gas supply window, gas flow path control means), 46 ... Gas bypass window (second gas bypass window, Gas flow path control means).

Claims (9)

内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用して発電を行う熱電発電装置において、
前記排気ガスが通る第1通路と、
前記第1通路を通る前記排気ガスの熱を回収する熱交換部と、
前記熱交換部で回収された熱を電気に変換する複数の熱電変換部と、
前記第1通路内に配置され、前記内燃機関からの前記排気ガスを導入させる第2通路を形成する導入管部材と、
前記第2通路に導入された前記排気ガスを、前記熱交換部における前記各熱電変換部に対応する位置に選択的に供給するように制御するガス流路制御手段とを備えることを特徴とする熱電発電装置。
In a thermoelectric generator that generates power using the heat of exhaust gas discharged from an internal combustion engine,
A first passage through which the exhaust gas passes;
A heat exchanging portion that recovers heat of the exhaust gas passing through the first passage;
A plurality of thermoelectric conversion units that convert the heat recovered by the heat exchange unit into electricity;
An introduction pipe member disposed in the first passage and forming a second passage for introducing the exhaust gas from the internal combustion engine;
Gas flow path control means for controlling to selectively supply the exhaust gas introduced into the second passage to a position corresponding to each thermoelectric conversion unit in the heat exchange unit. Thermoelectric generator.
前記導入管部材は、外側管部と、前記外側管部の内側に配置された内側管部とを有し、
前記ガス流路制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記外側管部に対する前記内側管部の相対位置を変更させる変位設定手段と、前記外側管部における前記各熱電変換部に対応する位置に設けられた複数の第1ガス供給窓と、前記外側管部に対する前記内側管部の相対位置に応じて前記各第1ガス供給窓に対して選択的に重なり合うように前記内側管部に設けられた複数の第2ガス供給窓とを有することを特徴とする請求項1記載の熱電発電装置。
The introduction pipe member has an outer pipe part and an inner pipe part arranged inside the outer pipe part,
The gas flow path control means includes a displacement setting means for changing a relative position of the inner pipe part with respect to the outer pipe part according to a load of the internal combustion engine, and positions corresponding to the thermoelectric conversion parts in the outer pipe part. A plurality of first gas supply windows provided on the inner pipe portion so as to selectively overlap each first gas supply window according to a relative position of the inner tube portion with respect to the outer pipe portion. The thermoelectric generator according to claim 1, further comprising a plurality of second gas supply windows.
前記ガス流路制御手段は、前記外側管部における前記熱交換部よりも排気下流側の位置に設けられた第1ガスバイパス窓と、前記内側管部が前記外側管部に対して初期位置にあるときに、前記第1ガスバイパス窓に対して重なり合うように前記内側管部に設けられた第2ガスバイパス窓とを更に有し、
前記複数の第2ガス供給窓は、前記内側管部が前記外側管部に対して初期位置にあるときに、対応する前記第1ガス供給窓よりも排気上流側に位置するように設けられていることを特徴とする請求項2記載の熱電発電装置。
The gas flow path control means includes a first gas bypass window provided at a position on the exhaust pipe downstream side of the heat exchange section in the outer pipe section, and the inner pipe section at an initial position with respect to the outer pipe section. And a second gas bypass window provided in the inner pipe portion so as to overlap the first gas bypass window.
The plurality of second gas supply windows are provided to be located upstream of the corresponding first gas supply window when the inner tube portion is in an initial position with respect to the outer tube portion. The thermoelectric power generator according to claim 2, wherein
前記変位設定手段は、前記外側管部の排気下流側端部の内面と前記内側管部の排気下流側端部の外面との間に設けられ、前記内燃機関の負荷に応じて収縮するスプリングであることを特徴とする請求項2または3記載の熱電発電装置。   The displacement setting means is a spring that is provided between the inner surface of the exhaust downstream end of the outer tube and the outer surface of the exhaust downstream end of the inner tube, and contracts according to the load of the internal combustion engine. The thermoelectric generator according to claim 2 or 3, wherein the thermoelectric generator is provided. 前記変位設定手段は、前記内側管部を前記外側管部に対して相対移動させるアクチュエータと、前記内燃機関の負荷に応じて前記アクチュエータを制御する手段とを有することを特徴とする請求項2または3記載の熱電発電装置。   The displacement setting means includes an actuator for moving the inner pipe portion relative to the outer pipe portion, and means for controlling the actuator according to a load of the internal combustion engine. 3. The thermoelectric generator according to 3. 前記第1ガス供給窓と前記第2ガス供給窓とが重なり合う領域が、前記熱交換部における前記熱電変換部に対応する領域よりも小さいことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項記載の熱電発電装置。   The region where the first gas supply window and the second gas supply window overlap is smaller than the region corresponding to the thermoelectric conversion unit in the heat exchange unit. The thermoelectric generator as described. 前記ガス流路制御手段は、前記内燃機関の負荷が高くなるに従って、前記熱交換部において前記排気ガスが供給される箇所が増えるように、前記排気ガスの流れを制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の熱電発電装置。   The said gas flow path control means controls the flow of the said exhaust gas so that the location where the said exhaust gas is supplied in the said heat exchange part increases as the load of the said internal combustion engine becomes high. Item 7. The thermoelectric generator according to any one of Items 1 to 6. 前記熱電変換部は、前記第2通路に導入される前記排気ガスの流れ方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載の熱電発電装置。   The thermoelectric generator according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of the thermoelectric conversion units are arranged along a flow direction of the exhaust gas introduced into the second passage. 前記熱電変換部は、前記第2通路に導入される前記排気ガスの流れ方向の回りに沿って複数配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載の熱電発電装置。
9. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein a plurality of the thermoelectric converters are arranged around a flow direction of the exhaust gas introduced into the second passage. .
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