JP2010275975A - Thermoelectric unit - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジン回転数の低い領域や低負荷領域など排気ガス流量の少ない領域であっても、排気ガスの流速を低下させず起電力を得ることが可能な熱電ユニットを提供する。
【解決手段】排気通路2を分割して2つの分割排気通路6a,6bを形成すると共に、分割排気通路6a,6bに熱電素子3と受熱フィン4とを設け、かつ、排気通路2に、分割排気通路6a,6bを迂回する分岐管7を設け、エンジンの回転数と負荷とに応じて、エンジンからの排気ガスGの流路を、分割排気通路6a,6bの両方を通して下流側に排気する並列流路と、一方の分割排気通路6a、他方の分割排気通路6b、分岐管7を順次通して下流側に排気する直列流路とで切り替える流路切替手段12を備えたものである。
【選択図】図1To provide a thermoelectric unit capable of obtaining an electromotive force without reducing the flow rate of exhaust gas even in a region where the exhaust gas flow rate is small, such as a region where the engine speed is low or a low load region.
The exhaust passage 2 is divided to form two divided exhaust passages 6a and 6b, the divided exhaust passages 6a and 6b are provided with thermoelectric elements 3 and heat receiving fins 4, and the exhaust passage 2 is divided. A branch pipe 7 that bypasses the exhaust passages 6a and 6b is provided, and the flow path of the exhaust gas G from the engine is exhausted downstream through both the divided exhaust passages 6a and 6b according to the engine speed and load. A flow path switching means 12 is provided for switching between the parallel flow path and the serial flow path that exhausts downstream through one split exhaust path 6a, the other split exhaust path 6b, and the branch pipe 7.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱電素子を用いてエンジンの排気ガスから電気としてエネルギーを回収する熱電ユニットに係り、特に、エンジン回転数・負荷によって変化する排気ガス流量に対応して流路を切り替えることが可能な熱電ユニットに関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric unit that recovers energy as electricity from engine exhaust gas using a thermoelectric element, and in particular, the flow path can be switched in accordance with an exhaust gas flow rate that varies depending on engine speed and load. It relates to a thermoelectric unit.
エンジンの高温の排気ガスから電気としてエネルギーを回収する熱電ユニットとしては、エンジンの排気通路(排気管)に設置され、熱電素子(熱電変換素子)の片面を受熱フィンの背面に配置し、他面には冷却装置を配置する構造が一般的である。 A thermoelectric unit that collects energy from the hot exhaust gas of the engine as electricity is installed in the exhaust passage (exhaust pipe) of the engine, one side of the thermoelectric element (thermoelectric conversion element) is placed on the back of the heat receiving fin, and the other side In general, a structure in which a cooling device is arranged is used.
熱電ユニットでは、排気ガスが熱電ユニットを通過する際に、受熱フィンで排気ガスから受熱し、その受熱した熱が受熱フィンから熱電素子の片面(高温接触面)に伝熱するようにされ、また他方の面(低温接触面)は冷却装置により冷却される。熱電ユニットでは、このような熱電素子の両面の温度差により起電力を得ている。 In the thermoelectric unit, when the exhaust gas passes through the thermoelectric unit, the heat receiving fin receives heat from the exhaust gas, and the received heat is transferred from the heat receiving fin to one side (high temperature contact surface) of the thermoelectric element. The other surface (low temperature contact surface) is cooled by a cooling device. In the thermoelectric unit, an electromotive force is obtained by the temperature difference between both surfaces of such a thermoelectric element.
ところで、熱電ユニットにより得られる起電力は、熱電素子両面の温度差によることは周知であるが、十分な起電力を得るためには、高温の排気ガスから如何に効率よく受熱するかがポイントとなる。 By the way, it is well known that the electromotive force obtained by the thermoelectric unit is due to the temperature difference between both sides of the thermoelectric element, but in order to obtain a sufficient electromotive force, the point is how efficiently heat is received from the high-temperature exhaust gas. Become.
受熱量は、排気ガスから受熱フィンへの熱伝達率と排気ガスの温度に影響され、このうち熱伝達率は、排気ガスの流速に支配される。したがって、排気ガス流量の少ない領域、すなわち、エンジン回転数の低い領域や低負荷領域では、排気ガスの流速が遅くなってしまうため、熱伝達率が低下してほとんど起電力が得られないという問題がある。 The amount of heat received is affected by the heat transfer rate from the exhaust gas to the heat receiving fin and the temperature of the exhaust gas, and the heat transfer rate is governed by the flow rate of the exhaust gas. Therefore, in a region where the exhaust gas flow rate is low, that is, a region where the engine speed is low or a low load region, the exhaust gas flow rate becomes slow, so that the heat transfer rate decreases and almost no electromotive force is obtained. There is.
そこで、本発明の目的は、エンジン回転数の低い領域や低負荷領域など排気ガス流量の少ない領域であっても、排気ガスの流速を低下させず起電力を得ることが可能な熱電ユニットを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermoelectric unit capable of obtaining an electromotive force without reducing the exhaust gas flow rate even in a region where the exhaust gas flow rate is low, such as a region where the engine speed is low or a low load region. There is to do.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、エンジンの排気通路に複数の熱電素子を設け、その熱電素子の受熱フィンを前記排気通路内に臨ませた熱電ユニットにおいて、前記排気通路を分割して2つの分割排気通路を形成すると共に、該分割排気通路に前記熱電素子と受熱フィンとを設け、かつ、前記排気通路に、前記分割排気通路を迂回する分岐管を設け、前記エンジンの回転数と負荷とに応じて、前記エンジンからの排気ガスの流路を、前記分割排気通路の両方を通して下流側に排気する並列流路と、前記分割排気通路の一方、前記分割排気通路の他方、前記分岐管を順次通して下流側に排気する直列流路とで切り替える流路切替手段を備えた熱電ユニットである。 The present invention was devised to achieve the above object. In the thermoelectric unit in which a plurality of thermoelectric elements are provided in the exhaust passage of an engine and the heat receiving fins of the thermoelectric elements face the exhaust passage, the exhaust The passage is divided to form two divided exhaust passages, the thermoelectric element and the heat receiving fin are provided in the divided exhaust passage, and a branch pipe that bypasses the divided exhaust passage is provided in the exhaust passage, Depending on the engine speed and load, the exhaust gas flow path from the engine is exhausted downstream through both of the divided exhaust passages, and one of the divided exhaust passages, the divided exhaust passage. On the other hand, it is a thermoelectric unit provided with a flow path switching means for switching between a serial flow path that sequentially passes through the branch pipe and exhausts downstream.
前記流路切替手段は、前記分岐管の上流側を開閉し、開のときに前記分割排気通路の他方とその上流側の前記排気通路間を遮断すると共に、前記分岐管と前記分割排気通路の他方とを連通させる第1の弁体と、前記分割排気通路の下流側、かつ前記分岐管と前記排気通路の下流側の接続部よりも上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する第2の弁体と、前記エンジンの回転数または負荷が大きいときは、前記第1の弁体を閉、前記第2の弁体を開として、前記並列流路を形成し、前記エンジンの回転数または負荷が小さいときは、前記第1の弁体を開、前記第2の弁体を閉として、前記直列流路を形成する制御手段とを備えてもよい。 The flow path switching means opens and closes the upstream side of the branch pipe, shuts off the other of the divided exhaust passages and the exhaust passage on the upstream side when opened, and connects the branch pipe and the divided exhaust passage. A first valve body that communicates with the other, a downstream side of the divided exhaust passage, and an upstream side of the branch pipe and a downstream side of the exhaust passage, the exhaust passage, A second valve body that opens and closes, and when the rotational speed or load of the engine is large, the first valve body is closed and the second valve body is opened to form the parallel flow path, and the engine Control means for opening the first valve body and closing the second valve body to form the series flow path when the rotational speed or the load is small.
前記受熱フィンを、前記排気通路内で対向するように設けると共に、対向する前記受熱フィン間を接続する仕切り板を設けて、前記排気通路を前記分割排気通路に分割してもよい。 The heat receiving fins may be provided so as to face each other in the exhaust passage, and a partition plate that connects between the heat receiving fins facing each other may be provided to divide the exhaust passage into the divided exhaust passages.
前記仕切り板は、前記受熱フィンの幅方向中央部に設けられてもよい。 The partition plate may be provided at a center portion in the width direction of the heat receiving fin.
前記受熱フィンが、多数の円形ピンからなり、該円形ピンを、偶数列と奇数列でオフセットさせて千鳥構造に配置してなってもよい。 The heat-receiving fin may be composed of a large number of circular pins, and the circular pins may be arranged in a staggered structure with an even-numbered row and an odd-numbered row offset.
前記受熱フィンは、前記円形ピンの前記偶数列と前記奇数列とが対向するように、前記排気通路に対向して設けられてもよい。 The heat receiving fins may be provided to face the exhaust passage so that the even rows and the odd rows of the circular pins face each other.
前記受熱フィンは、前記円形ピンがオーバラップするように、前記排気通路に対向して設けられてもよい。 The heat receiving fin may be provided to face the exhaust passage so that the circular pins overlap each other.
本発明によれば、エンジン回転数の低い領域や低負荷領域など排気ガス流量の少ない領域であっても、排気ガスの流速を低下させず起電力を得ることが可能な熱電ユニットを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a thermoelectric unit capable of obtaining an electromotive force without reducing the flow rate of exhaust gas even in a region where the exhaust gas flow rate is low, such as a region where the engine speed is low or a low load region.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1(a),(b)は、本実施の形態に係る熱電ユニットの平面図、図1(c)はその縦断面図である。 1A and 1B are plan views of a thermoelectric unit according to the present embodiment, and FIG. 1C is a longitudinal sectional view thereof.
図1(a)〜(c)に示すように、熱電ユニット1は、エンジンの排気通路(排気管)2に複数の熱電素子3を設け、その熱電素子3の受熱フィン4を排気通路2内に臨ませたものであり、排気通路2を通過するエンジンからの排気ガスGから受熱フィン4にて熱を受熱し、これを熱電素子3に伝達することにより、排気ガスGの熱から電気を回収するものである。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the
本実施の形態では、排気通路2の対向する面(図1(c)では上下面)を受熱フィン4で形成すると共に、それら受熱フィン4の両側を側板8で接合して排気通路2を形成するようにしている。受熱フィン4は、平板9にフィンとしての円形ピン10を形成したものである。受熱フィン4の詳細については後述する。
In the present embodiment, the opposing surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 1C) of the
受熱フィン4の背面(排気通路2と反対側の面)には、高温接触面を受熱フィン4側として複数(図1では上下8個ずつ)の熱電素子3が配置される。熱電素子3の他方の面である低温接触面には、冷却装置(放熱側冷却装置)11が設けられる。なお、図1(a),(b)では、図の簡略化のため、冷却装置11を省略している。
On the rear surface of the heat receiving fin 4 (surface opposite to the exhaust passage 2), a plurality of thermoelectric elements 3 (upper and lower eight in FIG. 1) are arranged with the high temperature contact surface as the heat receiving fin 4 side. A cooling device (heat radiation side cooling device) 11 is provided on the low temperature contact surface which is the other surface of the
熱電素子3は、低温接触面と高温接触面に温度差を与えると、ゼーベック効果により電圧を生じるものであり、一般にペルチェ素子、あるいはゼーベック素子と呼ばれるものである。
The
本実施の形態に係る熱電ユニット1は、排気通路2を仕切り板5により分割して2つの分割排気通路6a,6bを形成すると共に、それら分割排気通路6a,6bに熱電素子3と受熱フィン4とを設け、かつ、排気通路2に、分割排気通路6a,6bを迂回する分岐管7を設けてなる。
In the
仕切り板5は、対向する受熱フィン4間を接続するように排気方向に沿って設けられ、この仕切り板5により排気通路が断面方向で分割されて、分割排気通路6a,6bが形成される。仕切り板5は、受熱フィン4の幅方向中央部に設けられる。仕切り板5は、ロウ付け等により受熱フィン4(平板9)に固定される。
The
また、熱電ユニット1は、エンジンの回転数と負荷とに応じて、エンジンからの排気ガスGの流路を、分割排気通路6a,6bの両方を通して下流側に排気する並列流路と、一方の分割排気通路6a、他方の分割排気通路6b、分岐管7を順次通して下流側に排気する直列流路とで切り替える流路切替手段12を備えている。
Further, the
流路切替手段12は、分岐管7の上流側(分岐管7と排気通路2の上流側の接続部)に設けられた第1の弁体13と、分割排気通路6a,6bの下流側、かつ分岐管7と排気通路2の下流側の接続部よりも上流側の排気通路2に設けられた第2の弁体14と、両弁体13,14を開閉して排気ガスGの流路を切り替える図示しない制御手段とを備えている。
The flow path switching means 12 includes a first valve body 13 provided on the upstream side of the branch pipe 7 (the connection portion on the upstream side of the branch pipe 7 and the exhaust passage 2), the downstream side of the divided exhaust passages 6a and 6b, In addition, the
第1の弁体13は、分岐管7の上流側を開閉し、開のときに他方の分割排気通路6bとその上流側の排気通路2間を遮断すると共に、分岐管7と他方の分割排気通路6bとを連通させるようにされる。第2の弁体14は、分割排気通路6a,6bの下流側の排気通路2を開閉するようにされる。両弁体13,14は、エアシリンダーや油圧シリンダー等の使用、リンク機構などにより実現される。
The first valve body 13 opens and closes the upstream side of the branch pipe 7 and, when opened, shuts off the other divided exhaust passage 6b and the
制御手段は、エンジンの回転数または負荷が大きいとき、すなわち、排気ガスGの流量が十分大きい領域では、図1(a)に示すように、第1の弁体13を閉、第2の弁体14を開として、エンジンからの排気ガスGを、分割排気通路6a,6bの両方を通して下流側に排気する並列流路を形成する。このとき、排気ガスGは分割排気通路6a,6bを平行して流れる。
When the engine speed or load is large, that is, in a region where the flow rate of the exhaust gas G is sufficiently large, the control means closes the first valve body 13 as shown in FIG. The
また、制御手段は、エンジンの回転数または負荷が小さいとき、すなわち、排気ガスGの流量が小さい領域では、図1(b)に示すように、第1の弁体13を開、第2の弁体14を閉として、エンジンからの排気ガスGを、一方の分割排気通路6a、他方の分割排気通路6b、分岐管7を順次通して下流側に排気する直列流路を形成する。このとき、排気ガスGは、一方の分割排気管6bを通過した後、折り返して他方の分割排気管6bを通過し、さらに分岐管7を通過して排気管2に合流する。
In addition, when the engine speed or load is small, that is, in a region where the flow rate of the exhaust gas G is small, the control means opens the first valve body 13 as shown in FIG. The
これにより、低エンジン回転時あるいは低負荷時、すなわち排気ガスGの流量が小さい領域であっても、排気ガスGの流路面積を半分程度に絞ることができ、排気ガスGの流速を高く保つことが可能となる。したがって、高い熱伝達率を保ち、排気熱エネルギーから最大限の発電力を得ることが可能となる。なお、排気ガスGの流量が小さいため、排気ガスGの流路面積を絞ったことによる排気抵抗の上昇はない。 Thereby, even when the engine speed is low or the load is low, that is, in the region where the flow rate of the exhaust gas G is small, the flow area of the exhaust gas G can be reduced to about half, and the flow rate of the exhaust gas G is kept high. It becomes possible. Therefore, it is possible to maintain a high heat transfer rate and obtain the maximum power generation from the exhaust heat energy. Since the flow rate of the exhaust gas G is small, there is no increase in exhaust resistance due to the reduction of the flow area of the exhaust gas G.
制御手段は、例えば、車両の電子制御ユニット(ECU)に搭載される。制御手段は、例えば、エンジンの回転数とエンジンの負荷とを監視し、これらが予め設定されたしきい値より高いか、あるいは低いかを判定して、排気ガスGの流路を切り替える。制御手段は、エンジンの回転数とエンジンの負荷とから排気ガスGの流量を算出し、その排気ガスGの流量が予め設定されたしきい値より高いか、あるいは低いかを判定して、排気ガスGの流路を切り替えるようにしてもよい。 The control means is mounted on, for example, an electronic control unit (ECU) of the vehicle. For example, the control means monitors the engine speed and the engine load, determines whether these are higher or lower than a preset threshold value, and switches the flow path of the exhaust gas G. The control means calculates the flow rate of the exhaust gas G from the engine speed and the engine load, determines whether the flow rate of the exhaust gas G is higher or lower than a preset threshold value, and The flow path of the gas G may be switched.
次に、熱電ユニット1に用いる受熱フィン4について説明する。
Next, the
図2(a),(b)に示すように、受熱フィン4は、平板9と、平板9の表面から突出するように形成された、フィンとしての多数の円柱状の円形ピン(円管)10とからなる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
円形ピン10は、平板9に整列して配置され、その偶数列と奇数列(あるいは偶数行と奇数行)でオフセットさせて千鳥構造に配置される。奇数列の円形ピン10は、偶数列の円形ピン10の中間に位置するようにオフセットして配置される。各円形ピン10は、ロウ付け等により平板9に固定される。
The circular pins 10 are arranged in alignment with the
本実施の形態では、フィンとして円形ピン10を用いたが、多角形状あるいは円筒状のピンを用いることも可能である。
In the present embodiment, the
図3(a)〜(d)に示すように、2枚の受熱フィン4を円形ピン10の偶数列と奇数列とが対向するように、すなわち各円形ピン10の位相が交互になるように向かい合わせ、向かい合わせた受熱フィン4の両側を側板8を以て接合し、排気通路2を形成する。
As shown in FIGS. 3A to 3D, the two
このとき、両受熱フィン4は、円形ピン10がオーバラップするようにされる。具体的には、排気抵抗が上昇しない範囲で円形ピン10が数ミリ〜数十ミリのオーバーラップdを有した状態となるようにされる。これにより、円形ピン10の上下にも排気通路2が形成される。
At this time, the
ここで、熱電ユニット1における排気ガスGの流れを図4(a),(b)を用いて説明する。
Here, the flow of the exhaust gas G in the
図4(a)に示すように、受熱フィン4の前面(図示左側)から流入した排気ガスGは、1列目の円形ピン10に衝突し、1列目の円形ピン10の隙間を通過する。1列目の円形ピン10の隙間を通過した排気ガスGは、次なる千鳥状に配置した2列目の円形ピン10に衝突して、さらに左右に流路を強制されることとなる。また、図4(b)に示すように、排気ガスGは、円形ピン10のオーバーラップにより上下方向にも流路を強制されることとなる。
As shown in FIG. 4A, the exhaust gas G flowing in from the front surface (the left side in the drawing) of the
これにより、排気ガスGは乱流を形成し、発生した乱流は、熱電ユニット1の後端(図示右側)まで持続することとなる。つまり、本実施の形態における受熱フィン4は、排気ガスGに乱流を発生させる乱流熱伝達構造となっており、そのため、受熱フィン4は、排気ガスGから積極的に受熱でき、受熱フィン4の熱伝達率は格段に上昇する。
As a result, the exhaust gas G forms a turbulent flow, and the generated turbulent flow continues to the rear end (right side in the figure) of the
したがって、両受熱フィン4の背面(図4(b)では上側の受熱フィン4の上面及び下側の受熱フィン4の下面)に熱電素子3を配置することで、排気ガスGの熱から効率的に電気を回収できることとなる。
Therefore, by arranging the
本実施の形態に係る熱電ユニット1は、車両に搭載され、エンジンの排気通路2に配置される。図5に示すように、エンジンEの排気通路2には、フレキシブルジョイント51、触媒52、サイレンサ(マフラー)53等が配置されており、エンジンEからの排気ガスGはこれらを経由して大気中に排出される。熱電ユニット1は、例えば、サイレンサ53の部分に設けられる。
A
本実施の形態の作用を説明する。 The operation of the present embodiment will be described.
本実施の形態に係る熱電ユニット1では、排気通路2を分割して2つの分割排気通路6a,6bを形成すると共に、分割排気通路6a,6bに熱電素子3と受熱フィン4とを設け、かつ、排気通路2に、分割排気通路6a,6bを迂回する分岐管7を設け、エンジンEの回転数と負荷とに応じて、排気ガスGの流路を、分割排気通路6a,6bを通して下流側に排気する並列流路と、一方の分割排気通路6a、他方の分割排気通路6b、分岐管7を順次通して下流側に排気する直列流路とで切り替える流路切替手段12を備えている。
In the
これにより、エンジンEの回転数または負荷が大きいとき(排気ガスGの流量が十分大きい領域)は、並列流路を形成して排気ガスGの流路面積を大きくし、エンジンEの回転数または負荷が小さいとき(排気ガスGの流量が小さい領域)は、直列流路を形成して排気ガスGの流路面積を小さくすることができる。 Thereby, when the rotation speed or load of the engine E is large (a region where the flow rate of the exhaust gas G is sufficiently large), the parallel flow path is formed to increase the flow passage area of the exhaust gas G, and the rotation speed of the engine E or When the load is small (a region where the flow rate of the exhaust gas G is small), the flow passage area of the exhaust gas G can be reduced by forming a series flow passage.
図6に示すように、排気ガスGの流路面積を減少させると、排気ガスGの流速(排ガス流速)が高くなり、これにより、熱伝達率、熱通過率、熱通過量、熱電素子3の両面での温度差(素子温度差)、理論発電量が向上する。
As shown in FIG. 6, when the flow passage area of the exhaust gas G is reduced, the flow rate (exhaust gas flow rate) of the exhaust gas G is increased, whereby the heat transfer rate, the heat transfer rate, the heat transfer rate, the
本実施の形態では、排気ガスGの流量が大きいときに排気ガスGの流路面積を大きく、排気ガスGの流量が小さいときに排気ガスGの流路面積を小さくしているため、排気ガスGの流量(あるいはエンジンEの回転数や負荷)の大小に関わらず、排気ガスGの流速を高く、受熱フィン4における熱伝達率を高く保つことが可能となる。
In the present embodiment, the flow area of the exhaust gas G is large when the flow rate of the exhaust gas G is large, and the flow path area of the exhaust gas G is small when the flow rate of the exhaust gas G is small. Regardless of the flow rate of G (or the rotational speed and load of the engine E), the flow rate of the exhaust gas G can be increased and the heat transfer coefficient in the
したがって、エンジン回転数の低い領域や低負荷領域など、排気ガスGの流量の少ない領域であっても、排気ガスGの流速を低下させず起電力を得ることが可能となり、低流量から大流量までの全域で発電量を得ることができる。換言すれば、排気ガス流量の少ない領域(流速の遅い条件;低エンジン回転時あるいは低負荷時)においても、排気ガスGからの熱伝達率を低下させることなく、最大限の発電電力を引き出すことができる。 Accordingly, even in a region where the flow rate of the exhaust gas G is low, such as a region where the engine speed is low or a low load region, it is possible to obtain an electromotive force without reducing the flow rate of the exhaust gas G. The amount of power generation can be obtained throughout the entire area. In other words, the maximum generated power can be extracted without reducing the heat transfer rate from the exhaust gas G even in a region where the exhaust gas flow rate is small (slow flow rate condition; low engine speed or low load). Can do.
また、熱電ユニット1では、排気ガスGの流量が小さいときに、排気ガスGの流路面積を小さくするようにしているため、排気抵抗の上昇を招くことなく、エンジン性能を低下させない。
Further, in the
さらに、熱電ユニット1では、排気通路2内で対向する受熱フィン4を多数の円形ピン10で形成し、その円形ピン10を、偶数列と奇数列でオフセットさせて千鳥構造に配置している。
Further, in the
これにより、受熱フィン4に作用する排気ガスGの流れを乱流とし、熱電ユニット1の後端まで持続することが可能となり、排気抵抗を上昇させることなく、排気ガスGから積極的に受熱することが可能となり、乱流熱伝達構造を実現できる。したがって、熱伝達率を向上し、効率よく受熱、発電することが可能な熱電ユニット1を実現できる。
As a result, the flow of the exhaust gas G acting on the
また、熱電ユニット1では、受熱フィン4のフィンとして円形ピン10を用いているため、排気ガスGの流路が狭くなることがなく、排気抵抗の上昇を招くことがない。よって、エンジン性能を低下させない。
Further, in the
さらに、熱電ユニット1では、受熱フィン4を、円形ピン10の偶数列と奇数列とが対向するように、かつ、円形ピン10がオーバラップするように、排気通路2に対向して設けているため、排気ガスGの流路を上下方向にも強制でき、乱流を発生させることができるため、より熱伝達率を向上し、より効率よく受熱、発電することが可能となる。
Further, in the
1 熱電ユニット
2 排気通路
3 熱電素子
4 受熱フィン
5 仕切り板
6a,6b 分割排気通路
7 分岐管
8 側板
9 平板
10 円形ピン
11 冷却装置
12 流路切替手段
13 第1の弁体
14 第2の弁体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記排気通路を分割して2つの分割排気通路を形成すると共に、該分割排気通路に前記熱電素子と受熱フィンとを設け、かつ、前記排気通路に、前記分割排気通路を迂回する分岐管を設け、
前記エンジンの回転数と負荷とに応じて、前記エンジンからの排気ガスの流路を、前記分割排気通路の両方を通して下流側に排気する並列流路と、前記分割排気通路の一方、前記分割排気通路の他方、前記分岐管を順次通して下流側に排気する直列流路とで切り替える流路切替手段を備えたことを特徴とする熱電ユニット。 In the thermoelectric unit in which a plurality of thermoelectric elements are provided in the exhaust passage of the engine, and the heat receiving fins of the thermoelectric elements face the exhaust passage,
The exhaust passage is divided to form two divided exhaust passages, the thermoelectric element and the heat receiving fin are provided in the divided exhaust passage, and a branch pipe that bypasses the divided exhaust passage is provided in the exhaust passage. ,
Depending on the engine speed and load, the exhaust gas flow path from the engine is exhausted downstream through both of the split exhaust passages, and one of the split exhaust passages, the split exhaust. A thermoelectric unit comprising a flow path switching means for switching between the other of the passages and a serial flow path that sequentially passes through the branch pipe and exhausts downstream.
前記分岐管の上流側を開閉し、開のときに前記分割排気通路の他方とその上流側の前記排気通路間を遮断すると共に、前記分岐管と前記分割排気通路の他方とを連通させる第1の弁体と、
前記分割排気通路の下流側、かつ前記分岐管と前記排気通路の下流側の接続部よりも上流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路を開閉する第2の弁体と、
前記エンジンの回転数または負荷が大きいときは、前記第1の弁体を閉、前記第2の弁体を開として、前記並列流路を形成し、前記エンジンの回転数または負荷が小さいときは、前記第1の弁体を開、前記第2の弁体を閉として、前記直列流路を形成する制御手段とを備える請求項1記載の熱電ユニット。 The flow path switching means is
A first opening that opens and closes the upstream side of the branch pipe, shuts off the other of the divided exhaust passages and the upstream exhaust passage when the branch pipe is opened, and communicates the branch pipes with the other of the divided exhaust passages. Valve body,
A second valve body provided in the exhaust passage on the downstream side of the divided exhaust passage and on the upstream side of the connecting portion on the downstream side of the branch pipe and the exhaust passage, and opens and closes the exhaust passage;
When the engine speed or load is large, the first valve body is closed and the second valve body is opened to form the parallel flow path. When the engine speed or load is small 2. The thermoelectric unit according to claim 1, further comprising: a control unit that opens the first valve body and closes the second valve body to form the series flow path.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101293349B1 (en) | 2011-03-25 | 2013-08-05 | 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 | Thermoelectric conversion unit |
| JP2014088789A (en) * | 2012-10-29 | 2014-05-15 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2014105605A (en) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2015116005A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
| JP2015159677A (en) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | ダイハツ工業株式会社 | In-vehicle power generation system |
| US9145813B2 (en) | 2013-08-06 | 2015-09-29 | Hyundai Motor Company | Structure for utilizing exhaust heat of vehicle |
| EP2949897A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Thermoelectric generator |
| JP2016520993A (en) * | 2013-03-15 | 2016-07-14 | ヴェカリウス・インコーポレイテッドVecarius,Inc. | Thermoelectric device |
| WO2021256163A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Thermal power generation unit |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349482A (en) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Toshiba Corp | Electronics |
| JP2001012240A (en) * | 1999-06-23 | 2001-01-16 | Nissan Motor Co Ltd | Automotive waste heat power generator |
| JP2002199762A (en) * | 2000-12-21 | 2002-07-12 | Kishino Shoji | Exhaust heat thermoelectric converter, exhaust gas exhausting system using it, and vehicle using it |
| JP2006214350A (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2008042994A (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2009209906A (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Denso Corp | Exhaust heat recovery device |
-
2009
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000349482A (en) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Toshiba Corp | Electronics |
| JP2001012240A (en) * | 1999-06-23 | 2001-01-16 | Nissan Motor Co Ltd | Automotive waste heat power generator |
| JP2002199762A (en) * | 2000-12-21 | 2002-07-12 | Kishino Shoji | Exhaust heat thermoelectric converter, exhaust gas exhausting system using it, and vehicle using it |
| JP2006214350A (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2008042994A (en) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2009209906A (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Denso Corp | Exhaust heat recovery device |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101293349B1 (en) | 2011-03-25 | 2013-08-05 | 가부시키가이샤 도요다 지도숏키 | Thermoelectric conversion unit |
| JP2014088789A (en) * | 2012-10-29 | 2014-05-15 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2014105605A (en) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Toyota Motor Corp | Thermoelectric generator |
| JP2016520993A (en) * | 2013-03-15 | 2016-07-14 | ヴェカリウス・インコーポレイテッドVecarius,Inc. | Thermoelectric device |
| US9145813B2 (en) | 2013-08-06 | 2015-09-29 | Hyundai Motor Company | Structure for utilizing exhaust heat of vehicle |
| JP2015116005A (en) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | Thermoelectric generator |
| JP2015159677A (en) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | ダイハツ工業株式会社 | In-vehicle power generation system |
| EP2949897A1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Thermoelectric generator |
| WO2021256163A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Thermal power generation unit |
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