JPH062540A - 排気ガス発電装置 - Google Patents
排気ガス発電装置Info
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- JPH062540A JPH062540A JP4159090A JP15909092A JPH062540A JP H062540 A JPH062540 A JP H062540A JP 4159090 A JP4159090 A JP 4159090A JP 15909092 A JP15909092 A JP 15909092A JP H062540 A JPH062540 A JP H062540A
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- JP
- Japan
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- exhaust gas
- thermoelectric generator
- pipe
- exhaust
- switching valve
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- Pending
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、熱発電素子に効率よく排気ガスの
高温度を作用させることと、熱発電素子に異常な高温度
が作用しないようにすることを目的とする。 【構成】 曲管部を有する排気管において、曲管部の排
気ガス衝突面に熱発電素子を配設すると共に、曲管部の
上下流間にバイパス管を配設してその接続部に通路切替
弁を配設した。
高温度を作用させることと、熱発電素子に異常な高温度
が作用しないようにすることを目的とする。 【構成】 曲管部を有する排気管において、曲管部の排
気ガス衝突面に熱発電素子を配設すると共に、曲管部の
上下流間にバイパス管を配設してその接続部に通路切替
弁を配設した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス発電装置に関
するものである。
するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明に係わる従来技術として、例えば
特開昭６０−５９９８２号公報に開示された「自動車用
熱電変換装置」がある。この従来技術を図５に基づいて
説明すると、自動車エンジン７１の円筒状排気管７２の
周囲を覆うように熱発電素子７３を配設している。ここ
で、排気管７２を流れる高温排気ガスと大気との温度差
が熱発電素子の集熱面と放熱面との間に作用することで
熱発電素子７３が発電し、その電位差を用いて例えばバ
ッテリ等を充電する。
特開昭６０−５９９８２号公報に開示された「自動車用
熱電変換装置」がある。この従来技術を図５に基づいて
説明すると、自動車エンジン７１の円筒状排気管７２の
周囲を覆うように熱発電素子７３を配設している。ここ
で、排気管７２を流れる高温排気ガスと大気との温度差
が熱発電素子の集熱面と放熱面との間に作用することで
熱発電素子７３が発電し、その電位差を用いて例えばバ
ッテリ等を充電する。
【０００３】ところが、熱発電素子７３の取り付け面が
排気ガスの流れ（即ち、排気管７２）と平行になってい
るため、熱発電素子７３の集熱面上に温度境界層が発生
し、排気ガスの高温度が熱発電素子７３の集熱面に効率
よく作用せず、熱発電素子の発電効率が低下するといっ
た不具合を有している。
排気ガスの流れ（即ち、排気管７２）と平行になってい
るため、熱発電素子７３の集熱面上に温度境界層が発生
し、排気ガスの高温度が熱発電素子７３の集熱面に効率
よく作用せず、熱発電素子の発電効率が低下するといっ
た不具合を有している。
【０００４】尚、その他の従来技術として、実開昭６３
−１５００１６号公報や特開昭６３−２６２０７５号公
報に開示されたものなどがあるが、前述した従来技術と
同様の構成をもち、同様の不具合を有している。
−１５００１６号公報や特開昭６３−２６２０７５号公
報に開示されたものなどがあるが、前述した従来技術と
同様の構成をもち、同様の不具合を有している。
【０００５】また、熱発電素子には、その構成要素であ
る半導体と電極との間や電極と出力端との間等に接合部
があり、これらの接合部にあまり高い温度が作用すると
接合部が溶解するおそれがある。例えばエンジンの高負
荷時には排気管上流部では排気ガス温度が９００℃程度
にまで達する。従って、熱発電素子の耐熱温度が例えば
６００℃であるとすると、この熱発電素子は排気管の下
流部で、排気ガス温度が６００℃を超えない部分にしか
配設できない。ところが、このような排気管の下流部で
は、エンジンの定常運転時の排気ガス温度は例えば２０
０℃程度であり、熱発電素子の発電量は非常に小さくな
ってしまう。
る半導体と電極との間や電極と出力端との間等に接合部
があり、これらの接合部にあまり高い温度が作用すると
接合部が溶解するおそれがある。例えばエンジンの高負
荷時には排気管上流部では排気ガス温度が９００℃程度
にまで達する。従って、熱発電素子の耐熱温度が例えば
６００℃であるとすると、この熱発電素子は排気管の下
流部で、排気ガス温度が６００℃を超えない部分にしか
配設できない。ところが、このような排気管の下流部で
は、エンジンの定常運転時の排気ガス温度は例えば２０
０℃程度であり、熱発電素子の発電量は非常に小さくな
ってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
熱発電素子に効率よく排気ガスの高温度を作用させるこ
とを、その第１の技術的課題とし、熱発電素子に異常な
高温度が作用しないようにすることを、その第２の技術
的課題とする。
熱発電素子に効率よく排気ガスの高温度を作用させるこ
とを、その第１の技術的課題とし、熱発電素子に異常な
高温度が作用しないようにすることを、その第２の技術
的課題とする。
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、排
気ガスが流れ曲管部を有する排気管と、曲管部の排気ガ
ス衝突面に配設される熱発電素子と、曲管部の上下流間
に配設されるバイパス管と、バイパス管の接続部に配設
される通路切替弁とから排気ガス発電装置を構成し、通
路切替弁が排気ガスが熱発電素子の耐熱温度以上に昇温
した際に、排気ガスをバイパス管側へと流すようにした
ことである。
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、排
気ガスが流れ曲管部を有する排気管と、曲管部の排気ガ
ス衝突面に配設される熱発電素子と、曲管部の上下流間
に配設されるバイパス管と、バイパス管の接続部に配設
される通路切替弁とから排気ガス発電装置を構成し、通
路切替弁が排気ガスが熱発電素子の耐熱温度以上に昇温
した際に、排気ガスをバイパス管側へと流すようにした
ことである。
【０００９】
【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、排気管
の曲管部において衝突する排気ガスが熱発電素子に作用
し、排気ガスが熱発電素子の耐熱温度以上に昇温すると
通路切替弁が排気ガスをバイパス管側へと流す。
の曲管部において衝突する排気ガスが熱発電素子に作用
し、排気ガスが熱発電素子の耐熱温度以上に昇温すると
通路切替弁が排気ガスをバイパス管側へと流す。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて説明する。
例について添付図面に基づいて説明する。
【００１１】図１において、熱発電素子１１は、Ｐ型半
導体１２とＮ型半導体１３を２枚の基板１４上に形成さ
れた電極１５を用いて直列に接続（一般に複数組）して
構成されている。ここで、図示上側の基板１４が放熱面
１６として、図示下側の基板１４が集熱面１７として作
用する。そして、放熱面１６と集熱面１７との間に任意
の温度差を与えることで電極１５の両端に接続された出
力端１８，１９間に電位差が発生する。また、Ｐ型半導
体１２およびＮ型半導体１３は適宜材質の半導体で形成
され、基板１４は例えばアルミナ等を混ぜたセラミック
スによって形成され、電極１５は例えば銅等の熱伝導
性，電気伝導性に優れた材料から形成される。但し、Ｐ
型半導体１２およびＮ型半導体１３の材質は、用いられ
る温度領域に応じて適宜使い分けられる。
導体１２とＮ型半導体１３を２枚の基板１４上に形成さ
れた電極１５を用いて直列に接続（一般に複数組）して
構成されている。ここで、図示上側の基板１４が放熱面
１６として、図示下側の基板１４が集熱面１７として作
用する。そして、放熱面１６と集熱面１７との間に任意
の温度差を与えることで電極１５の両端に接続された出
力端１８，１９間に電位差が発生する。また、Ｐ型半導
体１２およびＮ型半導体１３は適宜材質の半導体で形成
され、基板１４は例えばアルミナ等を混ぜたセラミック
スによって形成され、電極１５は例えば銅等の熱伝導
性，電気伝導性に優れた材料から形成される。但し、Ｐ
型半導体１２およびＮ型半導体１３の材質は、用いられ
る温度領域に応じて適宜使い分けられる。
【００１２】例えば１９８９年９月６日発行のトヨタコ
ロナＥＸｉＶ新型車解説書にも開示があるように、一般
にエンジンの排気管には、エキゾーストマニホールドと
触媒との間や、図中Ｂ部で示す車軸との干渉を避けるた
め部分に曲管部がもともと形成されている。
ロナＥＸｉＶ新型車解説書にも開示があるように、一般
にエンジンの排気管には、エキゾーストマニホールドと
触媒との間や、図中Ｂ部で示す車軸との干渉を避けるた
め部分に曲管部がもともと形成されている。
【００１３】図２に示す排気ガス発電装置２０におい
て、エンジン２１の排気管２２に曲管部２３が形成さ
れ、図３に示すように、曲管部２３の排気ガス衝突面３
０には熱発電素子１１の集熱面１７が直接露呈してい
る。但し、集熱面１７を排気ガス衝突面３０に直接露呈
させず、排気管２２の排気ガス衝突面３０の外周上に熱
的に結合してもよい。一方、熱発電素子１１の放熱面１
６は冷却水（エンジン２１の冷却水を併用しても専用の
冷却水を用意してもよい）管３１内に直接露呈してい
る。但し、放熱面１６を冷却水管３１内に直接露呈させ
ず、冷却水管３１の外周上に熱的に結合してもよい。
て、エンジン２１の排気管２２に曲管部２３が形成さ
れ、図３に示すように、曲管部２３の排気ガス衝突面３
０には熱発電素子１１の集熱面１７が直接露呈してい
る。但し、集熱面１７を排気ガス衝突面３０に直接露呈
させず、排気管２２の排気ガス衝突面３０の外周上に熱
的に結合してもよい。一方、熱発電素子１１の放熱面１
６は冷却水（エンジン２１の冷却水を併用しても専用の
冷却水を用意してもよい）管３１内に直接露呈してい
る。但し、放熱面１６を冷却水管３１内に直接露呈させ
ず、冷却水管３１の外周上に熱的に結合してもよい。
【００１４】そして、図２に示すように、曲管部２３の
上下流間にバイパス管４０を配設し、排気管２２とバイ
パス管４０との接続部（バイパス管４０の上流側接続部
でも下流側接続部でもよい）に通路切替弁４１を配設し
た。この通路切替弁４１は排気ガスの流れを曲管部２３
側またはバイパス管４０側のいずれか一方に選択的に供
給するもので、アクチュエータ４２によってその作動状
態が制御される。尚、アクチュエータ４２は、例えば制
御装置４３によって電磁的に制御され、制御装置４３に
は図示しないエンジン負荷センサ（例えばエンジンのア
クセル開度センサ等）の出力信号が入力される。
上下流間にバイパス管４０を配設し、排気管２２とバイ
パス管４０との接続部（バイパス管４０の上流側接続部
でも下流側接続部でもよい）に通路切替弁４１を配設し
た。この通路切替弁４１は排気ガスの流れを曲管部２３
側またはバイパス管４０側のいずれか一方に選択的に供
給するもので、アクチュエータ４２によってその作動状
態が制御される。尚、アクチュエータ４２は、例えば制
御装置４３によって電磁的に制御され、制御装置４３に
は図示しないエンジン負荷センサ（例えばエンジンのア
クセル開度センサ等）の出力信号が入力される。
【００１５】尚、以上に示したような排気ガス発電装置
は例えば自動車に適用することができる。
は例えば自動車に適用することができる。
【００１６】以上の構成を有する排気ガス発電装置２０
の作動について説明する。エンジン２１が運転されるこ
とで排気管２２内を高温の排気ガスが流れる。なお、エ
ンジン２１の定常運転状態では通路切替弁４１が排気ガ
スを曲管部２３側へと流すように、制御装置４３が通路
切替弁４１を制御する。そして、排気ガスが曲管部２３
を流れる際に排気ガス流に遠心力が作用し、曲管部２３
の内周側２３ａでは排気ガス流の剥離が生じ、外周側２
３ｂでは排気ガス流が加速される。従って、加速された
排気ガス流は熱発電素子１１の集熱面１７に強く衝突
し、集熱面１７と排気ガス流との間に温度境界層が発生
しにくくなる。この結果、排気ガスの高温度が集熱面１
７に効率よく作用し、放熱面１６に作用する冷却水の低
温度との間の温度差によって、熱発電素子１１の出力端
１８，１９間に電位差が発生する。
の作動について説明する。エンジン２１が運転されるこ
とで排気管２２内を高温の排気ガスが流れる。なお、エ
ンジン２１の定常運転状態では通路切替弁４１が排気ガ
スを曲管部２３側へと流すように、制御装置４３が通路
切替弁４１を制御する。そして、排気ガスが曲管部２３
を流れる際に排気ガス流に遠心力が作用し、曲管部２３
の内周側２３ａでは排気ガス流の剥離が生じ、外周側２
３ｂでは排気ガス流が加速される。従って、加速された
排気ガス流は熱発電素子１１の集熱面１７に強く衝突
し、集熱面１７と排気ガス流との間に温度境界層が発生
しにくくなる。この結果、排気ガスの高温度が集熱面１
７に効率よく作用し、放熱面１６に作用する冷却水の低
温度との間の温度差によって、熱発電素子１１の出力端
１８，１９間に電位差が発生する。
【００１７】尚、曲管部２３は図３に示すように必ずし
も直角に曲がっている必要はなく、曲管部２３に排気ガ
スの衝突面３０が存在する程度に曲がっていればよい。
も直角に曲がっている必要はなく、曲管部２３に排気ガ
スの衝突面３０が存在する程度に曲がっていればよい。
【００１８】ところで、エンジン２１の負荷が高い程そ
の排気ガス温度も高くなる。そこでエンジン負荷センサ
がエンジン２１の負荷が大きいと出力すると、制御装置
４１は排気管２２を流れる排気ガス温度も高いと判断す
る。そして、エンジン２１の高負荷に応じた排気ガス温
度が熱発電素子１１の耐熱温度を超えたと判断すると、
熱発電素子１１の保護のため、制御装置４３は排気ガス
をバイパス管４０側へと流すように通路切替弁４１を制
御する。当然のことながら、この状態では熱発電素子１
１は発電しない。また、エンジン負荷センサに代えて、
排気管２２の通路切替弁４１上流側に図示しない排気温
センサを配設し、この排気温センサの出力信号に基づい
て制御装置４３が通路切替弁４２を制御してもよい。
の排気ガス温度も高くなる。そこでエンジン負荷センサ
がエンジン２１の負荷が大きいと出力すると、制御装置
４１は排気管２２を流れる排気ガス温度も高いと判断す
る。そして、エンジン２１の高負荷に応じた排気ガス温
度が熱発電素子１１の耐熱温度を超えたと判断すると、
熱発電素子１１の保護のため、制御装置４３は排気ガス
をバイパス管４０側へと流すように通路切替弁４１を制
御する。当然のことながら、この状態では熱発電素子１
１は発電しない。また、エンジン負荷センサに代えて、
排気管２２の通路切替弁４１上流側に図示しない排気温
センサを配設し、この排気温センサの出力信号に基づい
て制御装置４３が通路切替弁４２を制御してもよい。
【００１９】また、図４に示す変形実施例のように曲管
部２３をもたない排気管２２上に熱発電素子１１を配設
して、通路切替弁４１を前述した場合と同様に制御して
もよい。特に、図４では、通路切替弁４１をダイアフラ
ム式アクチュエータ４４によって制御した場合を示し、
アクチュエータ４４の圧力室４５にはエンジン２１の図
示しないインテークマニホールド負圧が導入されてい
る。ここで、エンジン２１の負荷とインテークマニホー
ルド負圧との間には略反比例する関係がある。いま、エ
ンジン２１の負荷が小さければインテークマニホールド
負圧は大きくなり、アクチュエータ４４はその出力ロッ
ド４６を介して通路切替弁４１を制御し、排気ガスを曲
管部２３側へと流して熱発電素子１１が発電する。一
方、エンジン２１の負荷が大きくなり、インテークマニ
ホールド負圧がアクチュエータ４４によって設定された
設定圧を超えて小さくなると、アクチュエータ４４はそ
の出力ロッド４６を介して通路切替弁４１を制御し、排
気ガスをバイパス管４０側へと流す。
部２３をもたない排気管２２上に熱発電素子１１を配設
して、通路切替弁４１を前述した場合と同様に制御して
もよい。特に、図４では、通路切替弁４１をダイアフラ
ム式アクチュエータ４４によって制御した場合を示し、
アクチュエータ４４の圧力室４５にはエンジン２１の図
示しないインテークマニホールド負圧が導入されてい
る。ここで、エンジン２１の負荷とインテークマニホー
ルド負圧との間には略反比例する関係がある。いま、エ
ンジン２１の負荷が小さければインテークマニホールド
負圧は大きくなり、アクチュエータ４４はその出力ロッ
ド４６を介して通路切替弁４１を制御し、排気ガスを曲
管部２３側へと流して熱発電素子１１が発電する。一
方、エンジン２１の負荷が大きくなり、インテークマニ
ホールド負圧がアクチュエータ４４によって設定された
設定圧を超えて小さくなると、アクチュエータ４４はそ
の出力ロッド４６を介して通路切替弁４１を制御し、排
気ガスをバイパス管４０側へと流す。
【００２０】
【発明の効果】上述したように本発明の排気ガス発電装
置では、排気管曲管部の排気ガス衝突面に熱発電素子を
配設したことで、曲管部の外周側で加速された排気ガス
流が熱発電素子に強く衝突し、排気ガスの高温度が熱発
電素子に効率よく作用する。また、曲管部は一般的な排
気管には必ず存在するものであり、新たに曲管部を形成
することがなく、排気管の圧力損失を増大させることが
ない。
置では、排気管曲管部の排気ガス衝突面に熱発電素子を
配設したことで、曲管部の外周側で加速された排気ガス
流が熱発電素子に強く衝突し、排気ガスの高温度が熱発
電素子に効率よく作用する。また、曲管部は一般的な排
気管には必ず存在するものであり、新たに曲管部を形成
することがなく、排気管の圧力損失を増大させることが
ない。
【００２１】また、バイパス管と通路切替弁によって、
排気ガス温度が熱発電素子の耐熱温度を超えた時にだけ
熱発電素子に高温排気ガスを作用させないようにしてい
るので、定常運転時における排気ガス温が比較的高い排
気管の上流部に熱発電素子を配設することができる。こ
れにより、熱発電素子は冷却水との間の大きな温度差の
もとで使用できるため、その発電効率に優れる。また、
エンジンが排出する排熱エネルギを十分に大きく回収す
ることが可能となる。
排気ガス温度が熱発電素子の耐熱温度を超えた時にだけ
熱発電素子に高温排気ガスを作用させないようにしてい
るので、定常運転時における排気ガス温が比較的高い排
気管の上流部に熱発電素子を配設することができる。こ
れにより、熱発電素子は冷却水との間の大きな温度差の
もとで使用できるため、その発電効率に優れる。また、
エンジンが排出する排熱エネルギを十分に大きく回収す
ることが可能となる。
【図１】本発明実施例の熱発電素子の構成図を示す。
【図２】本発明実施例の排気ガス発電装置の構成図を示
す。
す。
【図３】図２における要部拡大断面図を示す。
【図４】図２における変形実施例の要部拡大断面図を示
す。
す。
【図５】従来技術の自動車用熱電変換装置の断面図を示
す。
す。
１１ 熱発電素子、 ２０ 排気ガス発電装置、 ２２ 排気管、 ２３ 曲管部、 ３０ 排気ガス衝突面、 ４０ バイパス管、 ４１ 通路切替弁。
Claims (1)
- 【請求項１】 排気ガスが流れ曲管部を有する排気管
と、 前記曲管部の排気ガス衝突面に配設される熱発電素子
と、 前記曲管部の上下流間に配設されるバイパス管と、 前記バイパス管の接続部に配設される通路切替弁とを有
し、 前記通路切替弁は、排気ガスが前記熱発電素子の耐熱温
度領域以上に昇温した際に、排気ガスを前記バイパス管
側へと流すようにしたことを特徴とする排気ガス発電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4159090A JPH062540A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 排気ガス発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4159090A JPH062540A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 排気ガス発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH062540A true JPH062540A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15686023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4159090A Pending JPH062540A (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 排気ガス発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH062540A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100653694B1 (ko) * | 2000-05-31 | 2006-12-04 | 한라공조주식회사 | 배기열 회수장치 구조 |
| JP2011521140A (ja) * | 2008-05-15 | 2011-07-21 | バイエリッシェ モートーレン ウエルケ アクチエンゲゼルシャフト | 内燃機関用の排気システム |
| JP2011521139A (ja) * | 2008-05-15 | 2011-07-21 | バイエリッシェ モートーレン ウエルケ アクチエンゲゼルシャフト | 熱電発電機（ｔｅｇ）用の冷却系統 |
| JP2013031268A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toyota Motor Corp | 熱電発電装置 |
-
1992
- 1992-06-18 JP JP4159090A patent/JPH062540A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100653694B1 (ko) * | 2000-05-31 | 2006-12-04 | 한라공조주식회사 | 배기열 회수장치 구조 |
| JP2011521140A (ja) * | 2008-05-15 | 2011-07-21 | バイエリッシェ モートーレン ウエルケ アクチエンゲゼルシャフト | 内燃機関用の排気システム |
| JP2011521139A (ja) * | 2008-05-15 | 2011-07-21 | バイエリッシェ モートーレン ウエルケ アクチエンゲゼルシャフト | 熱電発電機（ｔｅｇ）用の冷却系統 |
| JP2013031268A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toyota Motor Corp | 熱電発電装置 |
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