JP2008035632A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電効率の向上とコア部のコンパクト化を達成できる発電装置の提供。
【解決手段】 排気系経路内に設置され、熱電変換部６の一方側に排気ガス通路部５を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部７を配置した発電装置において７、排気ガス通路部５及び冷却流通媒体通路部７を隣接する熱電変換部同士６の共用部材として積層して成るコア部４を備えることとした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発電装置に関する。

従来、排気系経路内に設置され、熱電変換部の一方側に排気ガス通路部を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部を配置した発電装置の技術が公知になっている（特許文献１参照）。
特開平１０−１９１６６９号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、排気ガス通路部、熱電変換部、冷却流通媒体通路部をユニット化して個々に連結して構成しているため、部品点数及び組み付け工数が増えてコストアップになる上、これらを積層すると排気ガス通路部（フィン）が隣接した状態となり、コア部の単位面積当たりに設置できる熱電変換部の数が少なくなって発電効率が悪いという問題点があった。

さらに、隣接する排気ガス通路部（フィン）同士はろう付けにより接合できないため、これら両者間には所定のクリアランスが必要となり、コア部の大型化を招いてしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、発電効率の向上とコア部のコンパクト化を達成できる発電装置を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、排気系経路内に設置され、熱電変換部の一方側に排気ガス通路部を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部を配置した発電装置において、前記排気ガス通路部及び冷却流通媒体通路部を隣接する熱電変換部同士の共用部材として積層して成るコア部を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、排気系経路内に設置され、熱電変換部の一方側に排気ガス通路部を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部を配置した発電装置において、前記排気ガス通路部及び冷却流通媒体通路部を隣接する熱電変換部同士の共用部材として積層して成るコア部を備えるため、発電効率の向上とコア部のコンパクト化を達成できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、本実施例１では発電装置が設置された排気系経路をＥＧＲ装置の排気系経路に適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の発電装置を示す全体斜視図、図２は同平面図、図３は図２のＳ３−Ｓ３線におけるコア部の断面図、図４は本実施例１のコア部の分解斜視図（一部のみ）、図５は本実施例１のケースの分解図（ａ）と組み付け図（ｂ）である。

図６は本実施例１の熱電素子部の斜視図、図７は冷却媒体通路部の分解図（ａ）と組み付け図（ｂ）、図８は本実施例１の発電装置が設置されたＥＧＲ装置の排気系経路を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、本実施例１の排気ガスを用いた発電装置１では、後述する接続管２６ｇに接続するためのフランジ部２ａを備える接続管２と、後述する接続管２６ｆに接続するためのフランジ部３ａを備える接続管３と、これら両接続管2,3の間に傾斜した状態で連通接続されたコア部４が備えられている。

図３、４に示すように、コア部４は、排気ガス通路部５、熱電変換部６、冷却流通媒体通路部７が積層されて構成されている。

図４に示すように、排気ガス通路部５は、波板状のフィン５ａで構成される他、該波板状の頂部と谷部との間に一対のルーバ５ｂが設けられている。なお、ルーバ５ｂの形成位置、形成数、形状等については適宜設定できる。

図４、５に示すように、熱電変換部６は、それぞれ左右両端部に側方に開口した上下一対の分割部材9a,9bを重ね合わせて筒状に形成されるケース９と、このケース９内に収容される熱電素子部１０で構成されている。
また、各分割部材9a,9bの両端部には、上下方向に開口した円形状の開口部９ｃがそれぞれ形成され、これによってケース９の両端部には上下方向に開口した貫通孔９ｄが設けられている。
なお、ケース９は、分割部材9a,9bで分割して構成する必要はなく、１枚のアルミ製板材を筒状に形成しても良い。

図６に示すように、熱電素子部１０は、上下面のいずれか一方側が高温化され、他方側が低温化されることによりゼーベック作用を利用して発電を行うものであり、複数の熱電素子１０ａが基盤１０ｂにより略Ｕ字型の帯状に連結される他、その両端部には結線端子部１０ｃがそれぞれ設けられている。

図７に示すように、冷却流通媒体通路部７は、略皿状の上下一対の分割部材7a,7bを最中状に重ね合わせて形成される他、各分割部材7a,7bの左右両端部にはバーリング加工により上下方向に突出して形成された環状突起部７ｃがそれぞれ設けられている。

また、各分割部材7a,7bには、エンボス加工により内側に突出して形成されたディンプル部７ｄが形成される他、これら両分割部材7a,7bの内側には冷却流通媒体通路７ｅに設けられている。
なお、ディンプル部７ｄの形成数、形成位置、形状等は適宜設定できる。また、冷却流通媒体通路７ｅ内にインナーフィンを設けても良い。

そして、図３に示すように、コア部４は、各熱電変換部６の一方側に排気ガス通路部５を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部７を配置した状態で、これら排気ガス通路部５及び冷却流通媒体通路部７を隣接する熱電変換部同士６の上述したゼーベック作用を得るのに必要な共用部材として積層されている。

また、コア部４の左右両端部において、円筒状のカラー部材１１がケース９の貫通孔９ｄを貫通して隣接する冷却流通媒体通路部７の環状突起部７ｃ同士を連通状態にしており、これによって、各冷却流通媒体通路部７の冷却流通媒体通路７ｅに連通した一対の連通路R1,R2が形成されている。

また、各熱電素子部6,7のケース９の一方側はそれぞれ対応する排気ガス通路部５（フィン５ａ）の頂部と谷部に当接される一方、他方側はそれぞれ対応する冷却流通媒体通路部７に当接されている。

また、コア部４の最外端には、排気ガス通路部５（フィン５ａ）が配置される他、各排気ガス通路部５（フィン５ａ）の頂部は板状の補剛部材12,13に当接されると共に、これら両補剛部材12,13の左右両端部は閉塞部材14,15で連結補強されている。

また、補剛部材１２の一方側に設けられた円形状の開口部１２ａには、カラー部材１１ａを介して連通路Ｒ１に連通した略円筒状の入出力ポートＰ１が挿入し固定される一方、補剛部材１３の他方側に設けられた円形状の開口部１３ａには、カラー部材１１ｂを介して連通路Ｒ２に連通した略円筒状の入出力ポートＰ２が挿入し固定されている。

さらに、各ケース９の両端部はそれぞれ対応する閉塞部材14,15の貫通孔14a,15aを貫通した状態で配置される他、各ケース内９に収容された熱電素子部１０の結線端子部１０ｃは、閉塞部材１４に図外の固定手段にて装着された接続コネクタ部１６と電気的に接続されている。

従って、コア部４は、全ての熱電変換部６の一方側に排気ガス通路部５が配置される一方、他方側に冷却流通媒体通路部７が隣接した状態で一体的に積層されることとなる。

その他、本実施例１のコア部４は、熱電変換部６の熱電素子部１０、接続コネクタ１６を除く全ての構成部材がアルミ製であり、各構成部材の接合部のうちの少なくとも一方側にはろう材からなるクラッド層（ブレージングシート）が設けられている。

なお、前述したコア部４の各構成部材の詳細な部位の構造については適宜設定でき、例えば、カラー部材１１を省略して隣接する環状突起部７ｃ同士を嵌合させるようにしても良い。

次に、作用を説明する。
このように構成された発電装置１を製造する際は、先ず、熱電変換部６の熱電素子部１０、接続コネクタ１６を除くコア部４の各構成部材を仮組みして図外の加熱炉に搬送した後、熱処理することにより一体的に形成する。

次に、各ケース９の一方側端部（図３中右側）の開口からそれぞれ対応する熱電素子部１０の結線端子部１０ｃを挿入して他方側端部（図３中左側）の開口から突出させた状態とした後、接続コネクタ部１６を装着して結線端子部１０ｃと接続する。
この際、予め結線端子部１０ｃのみが長尺に形成された熱電素子部１０を用意しておき、結線端子部１０ｃのみをケース９内に挿通して、他方側端部（図３中左側）の開口から突出した結線端子部１０ｃを引っ張って熱電素子部１０を所定の位置に配置した後、該結線端子部１０ｃの端部を所定の長さにカットするようにすれば挿入性を向上することができる。

最後に、図１、２に示すように、コア部４の厚み方向の外周を囲うように一方側には接続管２が図外の溶接で固定される一方、他方側には接続管３が図外の溶接で固定される。

このように構成された発電装置１は、図８に示すＥＧＲ装置２０の排気系経路内に設置される。
ＥＧＲ装置２０は、ディーゼル機関であるエンジン２１と、ターボチャージャー２２と、インタークーラ２３と、発電装置１と、ラジエータ２４と、ＤＰＦ装置２５が備えられている。

また、図示を省略するエアクリーナから導いた吸気を、吸気管２６ａを介してターボチャージャー２２のコンプレッサ２２ａへ導入して加圧し、さらに、接続管２６ｂを介してインタークーラ２３に導入して冷却した後、インテークマニホールド２６ｃを介してエンジン２１の各気筒（図示せず）に分配するようにしている。

また、エンジン２１から排出された排気ガスを、エキゾーストマニホールド２６ｄを介してターボチャージャー２２のタービン２２ｂへ導入して駆動した後、ＤＰＦ装置２５を介して車外へ排出するようにしている。

そして、発電装置１の接続管２のフランジ部２ａは、エキゾーストマニホールド２６ｄに接続された接続管２６ｅに接続される一方、接続管３のフランジ部３ａは、インテークマニホールド２６ｃに接続された接続管２６ｆに接続されている。

一方、発電装置１の入出力ポートP1,P2は、エンジン２１とラジエータ２４との間で、これらエンジン２１、ラジエータ２４、発電装置１を環状に繋ぐ接続管26g,26hと接続されている。

従って、発電装置１のコア部４は、接続管２６ｅから接続管２を介してエキゾーストマニホールド２６ｄの高温な排気ガスの一部を導入し、接続管３を介して接続管２６ｆへ排出するようになっている。
また、接続管２６ｇから入出力ポートＰ１を介してラジエータ６で冷却された低温な冷却流通媒体を導入し、入出力ポートＰ２を介して接続管２６ｈへ排出するようになっている。

この際、コア部４に導入された排気ガスは、各排気ガス通路部５を通過し、熱電素子部１０の一方側を高温化させる一方、コア部４に導入された冷却流通媒体（図３の一点鎖線矢印で図示）は、入出力ポートＰ１から連通路Ｒ１に流入した後、各冷却流通媒体通路７ｅを流通して入出力ポートＰ２に流入する間に熱電素子部１０の他方側を低温化させることにより、熱電素子部１０がゼーベック作用を得て発電し、発電装置として機能する。

なお、上記得られた電力は接続コネクタ１６を介して図外のバッテリに充電される、または電子部品へ送電されるようになっている。

この際、１つの排気ガス通路部５（冷却流通媒体通路部７）が隣り合う熱電変換部６のゼーベック作用に必要な共用部材として機能し、好適となる。
また、コア部４は接続管2,3を流通する排気ガス（図１、２の破線矢印で図示）の流れに対して傾斜した状態で配置されるため、高速・高温な排気ガスをコア部４に十分に当てることができると共に、発電装置１の形状を小さくできる。

また、コア部４の各排気ガス通路部５を通過する排気ガスは、上述した冷却流通媒体と熱交換して冷却され、これによって発電装置１はＥＧＲクーラとして機能する。

ここで、従来の発明にあっては、排気ガス通路部、熱電変換部、冷却流通媒体通路部をユニット化して個々に連結して構成しているため、部品点数及び組み付け工数が増えてコストアップになる上、これらを積層すると排気ガス通路部（フィン５ａ）が隣接した状態となり、コア部の単位面積当たりに設置できる熱電変換部の数が少なくなって発電効率が悪いという問題点があった。

これに対し、本実施例１では、前述したように、全ての熱電変換部６の一方側に排気ガス通路部５が配置される一方、他方側に冷却流通媒体通路部７が隣接した状態で一体的に積層されるため、コア部４の単位面積当たりに配置できる熱電変換部６の数を多くできる。

従って、従来の発明に比べて小さなコアサイズで同等の発電性能を発揮でき、コア部４をコンパクト化できる。あるいは、従来の発明と同等のコアサイズで発電性能の向上を実現できる。
さらに、部品点数及び組み付け工数を削減してコストダウンを図れる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１の発電装置１にあっては、排気系経路内に設置され、熱電変換部６の一方側に排気ガス通路部５を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部７を配置した発電装置において、排気ガス通路部５及び冷却流通媒体通路部７を隣接する熱電変換部同士６の共用部材として積層して成るコア部４を備えるため、発電効率の向上とコア部４のコンパクト化を達成できる。

また、コア部４を、排気系経路の排気ガスの流れに対して傾斜させた状態で配置したため、高速・高温な排気ガスをコア部４に十分に当てることができ、発電性能を向上できると共に、発電装置１の形状を小さくできる。

また、コア部４の最外端に排気ガス通路部５を配置したため、排気ガスが当たるコア部４の面積を広くでき、発電性能を向上できる。

また、排気系経路をＥＧＲ装置２０の排気系経路としたため、発電装置１をＥＧＲクーラとして兼用できる。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、排気ガス通路部５、熱電変換部６、冷却流通媒体通路部７を積層する段数については適宜設定できる。

また、発電装置１が設けられる排気系経路はＥＧＲ装置の排気系経路に限らない。

本発明の実施例１の発電装置を示す全体斜視図である。 本発明の実施例１の発電装置を示す平面図である。 図２のＳ３−Ｓ３線におけるコア部の断面図である。 本実施例１のコア部の分解斜視図（一部のみ）である。 本実施例１のケースの分解図（ａ）と組み付け図（ｂ）である。 本実施例１の熱電素子部の斜視図である。 冷却媒体通路部の分解図（ａ）と組み付け図（ｂ）である。 本実施例１の発電装置が設置されたＥＧＲ装置の排気系経路を説明する図である。

符号の説明

Ｒ１、Ｒ２ 連通路
Ｐ１、Ｐ２ 入出力ポート
１ 発電装置
２ａ、３ａ フランジ部
２、３ 接続管
４ コア部
５ 排気ガス通路部
５ａ フィン
５ｂ ルーバ
６ 熱電変換部
７ 冷却流通媒体通路部
７ａ、７ｂ 分割部材
７ｃ 管状突起部
７ｄ ディンプル部
７ｅ 冷却流通媒体通路
９ ケース
９ａ、９ｂ 分割部材
９ｃ 開口部
９ｄ 貫通孔
１０ 熱電素子部
１０ａ 熱電素子
１０ｂ 基盤
１０ｃ 結線端子部
１１、１１ａ、１１ｂ カラー部材
１２、１３ 補剛部材
１２ａ、１３ａ 開口部
１４、１５ 閉塞部材
１４ａ、１５ａ 貫通孔
１６ 接続コネクタ
２０ ＥＧＲ装置
２１ エンジン
２２ ターボチャージャー
２２ａ コンプレッサ
２２ｂ タービン
２３ インタークーラ
２４ ラジエータ
２５ ＤＰＦ装置
２６ａ 吸気管
２６ｂ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ 接続管
２６ｃ インテークマニホールド
２６ｄ エキゾーストマニホールド

Claims (4)

1. 排気系経路内に設置され、熱電変換部の一方側に排気ガス通路部を配置する一方、他方側に冷却流通媒体通路部を配置した発電装置において、
   前記排気ガス通路部及び冷却流通媒体通路部を隣接する熱電変換部同士の共用部材として積層して成るコア部を備えることを特徴とする発電装置。
2. 請求項１記載の発電装置において、
   前記コア部を、排気系経路の排気ガスの流れに対して傾斜させた状態で配置したことを特徴とする発電装置。
3. 請求項１または２記載の発電装置において、
   前記コア部の最外端に排気ガス通路部を配置したことを特徴とする発電装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の発電装置において、
   前記排気系経路をＥＧＲ装置の排気系経路としたことを特徴とする発電装置。