JP2006002704A - 熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートパイプを利用した場合でも搭載性に優れる熱電発電装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 熱源からの排気を利用して発電する熱電発電装置４１であって、周方向に沿って配置され、排気の熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換手段１１，・・・と、排気の流れる方向に対して直交する向きで排気の流れる方向の同一位置において熱電変換手段１１の外周側を覆い、それぞれ独立して配置される複数のヒートパイプ４４，４４とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図８

Description

本発明は、熱源からの排気を利用して発電する熱電発電装置に関する。

自動車のエンジン等の熱源から排出された排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換することによって、排熱からエネルギを回収する熱電発電装置が開発されている。熱電発電装置では、排気ガスの熱による高温側と冷却水等で冷却した低温側との間に多数の熱電素子からなる熱電変換モジュールを配置し、この高温側と低温側との温度差に応じて熱電変換モジュールの各熱電素子で発電している。熱電発電装置には、高温側へ排気ガスの熱を移動させたりあるいは低温側から熱を放熱部に移動させるために、ヒートパイプを利用するものがある（特許文献１参照）。
特開２００３−６５０４５号公報

熱電発電装置には、排気ガスの熱エネルギをできるだけ多く回収するために、複数個の熱電変換モジュールを備えるものがある。この熱電発電装置においてヒートパイプを利用した場合、熱電変換モジュール毎にヒートパイプが必要となる。そのため、この熱電発電装置を自動車に搭載した場合、多数本のヒートパイプを車内に配設しなければならないので、搭載性が悪化する。

そこで、本発明は、ヒートパイプを利用した場合でも搭載性に優れる熱電発電装置を提供することを課題とする。

本発明に係る熱電発電装置は、熱源からの排気を利用して発電する熱電発電装置であって、周方向に沿って配置され、排気の熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換手段と、排気の流れる方向に対して直交する向きで排気の流れる方向の同一位置において熱電変換手段の外周側を覆い、それぞれ独立して配置される複数のヒートパイプとを備えることを特徴とする。

この熱電発電装置では、熱電変換手段が周方向に沿って配置されており、熱電変換手段により熱源からの排気の熱エネルギを電気エネルギに変換する。熱電発電装置では、周方向に配置される熱電変換手段の内周側に熱源からの排気が流れ、熱電変換手段の内周側が高温側となる。また、熱電発電装置では、熱電変換手段の外周側を覆うように複数のヒートパイプが配置され、ヒートパイプで熱を移動させることにより熱電変換手段の外周側が低温側となる。複数のヒートパイプは、排気の流れる方向に対して直交する向きに配置されるとともに、排気の流れる方向において同一位置にそれぞれ独立して配置される。つまり、複数のヒートパイプは熱電変換手段の外周側の１つの周上に重ならないように配置され、複数のヒートパイプが配置される周で形成される面と排気の流れる方向とが直交する。周方向に沿って幾つかの熱電変換手段が配置される場合、ヒートパイプも周方向に沿って配置されているので、１本のヒートパイプで複数の熱電変換手段の外周側を覆うことができ、１本のヒートパイプにより複数の熱電変換手段の低温側の熱を移動させることができる。したがって、この熱電発電装置では、熱電変換手段毎にヒートパイプが必要とならないので、ヒートパイプの本数を抑制でき。そのため、この熱電発電装置を自動車等に搭載する場合、搭載性が向上する。また、排気の流れる方向に沿って熱電変換手段が複数列配置される場合、排気の流れる上流側と下流側とで温度勾配ができ、各列での熱電変換手段の低温側での熱の輸送量が異なる。この熱電発電装置では、複数のヒートパイプを排気の流れる方向の同一位置に配置させるので（つまり、列毎に配置させるので）、列毎に熱輸送性能の異なるヒートパイプを配置させることができ、熱輸送性能を確保することができる。さらに、この熱電発電装置では、排気の流れる方向の同一位置において重ならないように複数のヒートパイプを配置させるので、組み付け時にヒートパイプを熱電変換手段の外側から組み付けることができるとともにヒートパイプ全体が内周側に移動できるので、組み付け性能にも優れている。

なお、熱電変換手段は、周方向に沿って配置されるが、周全体にわたって配置される場合と周の一部に配置される場合がある。また、熱電変換手段は、排気の流れる方向に一列だけ配置される場合もあれば、排気の流れる方向に沿って複数列配置される場合もある。複数列配置される場合、排気の流れる方向の同一位置は列毎に位置が異なるので、排気の流れる方向の同一位置において配置される複数のヒートパイプは各列に備えられる。ヒートパイプの配置において排気の流れる方向に対して直交する向きは、厳密に直交している向き以外にも、略直交している向きも含むものとする。また、ヒートパイプの配置において排気の流れる方向の同一位置は、厳密に同じ位置以外にも、略同じ位置も含むものとする。

本発明によれば、ヒートパイプの本数を抑制でき、搭載性に優れている。

以下、図面を参照して、本発明に係る熱電発電装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る熱電発電装置を、自動車のエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギを回収する熱電発電装置に適用する。本実施の形態に係る熱電発電装置は、周方向に沿って６つの熱電変換モジュールが配置され、この６つの熱電変換モジュールを１列として排気ガスが流れる方向に沿って４列配置される。本実施の形態には、３つの実施の形態があり、第１の実施の形態が１列に１本のヒートパイプを配設した形態であり、第２の実施の形態が１列に平行した２本のヒートパイプを配設した形態であり、第３の実施の形態が１列に排気ガスの流れる方向における同一位置においてそれぞれ独立した複数本のヒートパイプを配置した形態である。

図１〜図４を参照して、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る熱電発電装置のバンド固定部がない状態での斜視図である。図２は、図１の熱電発電装置の側面図である。図３は、図２の側面図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４は、図１の熱電発電装置のバンド固定部もある状態での側面図である。

熱電発電装置１は、ガソリンエンジン（図示せず）のエキゾーストマニホールドに繋がる排気系の任意の箇所（例えば、エキゾーストマニホールドの直下、排気浄化触媒の上流側、マフラの上流側等）に配設される。熱電発電装置１は、最上流部及び最下流部に排気管（図示せず）と接続するためのフランジ（図示せず）がそれぞれ設けられ、排気管の途中に配設される。熱電発電装置１は、周方向に沿って６個の熱電発電ユニット２，２，２，２，２，２が配置され（図２参照）、排気の流れる方向に沿って４個の熱電発電ユニット２，２，２，２が配置され（図１参照）、計１６個の熱電発電ユニット２，・・・を備えている。熱電発電装置１では、各熱電発電ユニット２で排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換し、その電気エネルギをＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）等を介してバッテリ（図示せず）に充電する。さらに、熱電発電装置１は、周方向に配置される６個の熱電発電ユニット２，２，２，２，２からなる各列にバンド固定部３を備えており、バンド固定部３により各列の６個の熱電発電ユニット２，２，２，２，２，２を固定する（図４参照）。

熱電発電ユニット２，・・・は、周方向に６０°毎に等間隔で配設されるとともに、排気ガスの流れる方向に隣接して配設される。熱電発電ユニット２は、熱電変換モジュール１１単位に構成され、熱電変換モジュール１１の大きさを基準としてユニットの各部が構成されている。熱電発電ユニット２は、熱交換部１０、熱電変換モジュール１１、冷却部１２を備えている（図２参照）。なお、本実施の形態では、熱電変換モジュール１１が特許請求の範囲に記載する熱電変換手段に相当する。

熱交換部１０は、熱電発電ユニット２の中心部から熱電変換モジュール１１までに配置され、熱電変換モジュール１１の高温端面に密着する。熱交換部１０は、熱伝導性に優れる材料で形成され、排気ガスの熱エネルギを高温端面まで伝導する。周方向に沿って６個の熱交換部１０，・・・が溶接等によって接続され、６個の熱交換部１０，・・・が６０°毎に配置されて側面視して略正六角形になる（図２参照）。また、熱交換部１０，・・・は、排気ガスの流れる方向に沿って配設される４個の熱電発電ユニット２，２，２，２の熱交換部が一体で形成される。熱交換部１０の外周側の面は、熱電変換モジュール１１の高温端面より大きくかつ水平な面であり、熱電変換モジュール１１が載置される。熱交換部１０は、断面視して略三角形状であり、排気ガスの流れる空間を有している。熱交換部１０の内部には、熱交換フィンが設けられ、この熱交換フィンにより排気ガスの熱エネルギを伝導する。熱交換フィンは、熱交換部１０の外周側から垂設され、各フィンの高さが三角形状に沿うような高さとなっている。

熱電変換モジュール１１では、高温端面と低温端面との間の温度差に応じてゼーベック効果により熱エネルギを電気エネルギに変換し、その電気エネルギを２つの電極（図示せず）から出力する。そのために、熱電変換モジュール１１は、複数の熱電素子（例えば、Ｂｉ₂Ｔｅ₃等からなるｐ型とｎ型の２種類の半導体）（図示せず）を備えており、これらの熱電素子を電気的には直列にかつ熱的には並列に配置している。また、熱電変換モジュール１１は、小面積の略正方形状であり、平行かつ水平な高温端面と低温端面を有している。

冷却部１２は、熱電変換モジュール１１の外周側に配置され、熱電変換モジュール１１の低温端面に密着する。冷却部１２は、熱電変換モジュール１１を通過した熱をヒートパイプ４を利用して放熱部（図示せず）まで移動させることにより、熱電変換モジュール１１の低温端面を冷却する。冷却部１２は、下面及び上面が熱電変換モジュール１１の低温端面と同形状かつ大きさの所定高さを有する直方体であり、上側分割部１２ａと下側分割部１２ｂからなる分割構造である（図３参照）。この分割部１２ａ，１２ｂは、熱伝導性に優れる材料で形成され、その各分割面には排気ガスの流れる方向に直交して半円柱状の凹部１２ｃ，１２ｄがそれぞれ設けられる。したがって、上側分割部１２ａと下側分割部１２ｂとが合わせられると、その中央部に排気ガスの流れる方向に対して直交して円柱状の孔が形成される。この円柱状の孔の径はヒートパイプ４が嵌合する径であり、この孔にヒートパイプ４が固定される。下側分割部１２ｂの下面は、熱電変換モジュール１１の低温端面と密着するために、水平面となっている。

ヒートパイプ４は、周方向に沿って配置される６個の冷却部１２，・・・に対して１本づつ設けられる。したがって、熱電発電装置１では、４本のヒートパイプ４，・・・を備えており、各列の６個の熱電変換モジュール１１，・・・の各低温端面が同じヒートパイプ４を利用して冷却される。熱電発電装置１は、排気ガスの流れ方向に沿って４個の熱電変換モジュール１１，・・・が配置されているので、下流にいくほど排気ガスの熱エネルギが回収され、排気ガスの温度が低下している。この温度勾配により、排気ガスの流れる方向に沿って配置される４列の冷却部１２，・・・においては、列毎にヒートパイプ４に流入する熱量が異なり、上流ほど流入熱量が多い。そこで、列毎に異なるヒートパイプ４，・・・を設け、同じ列の６個の冷却部１２，・・・では同じヒートパイプ４を利用して熱を移動させる。

ちなみに、排気ガスの流れる方向に沿って配置される４個の冷却部１２，・・・に対して同じヒートパイプを利用すると、排気ガスの流れる方向における位置によってヒートパイプへの流入の熱量が異なる。ヒートパイプの各部において流入熱量が異なると、放熱部の方へ熱が移動せずに温度の低い方へ移動し、部分的に熱が逆流する場合がある。

ヒートパイプ４の一端部は、周方向に沿って配置される６個の冷却部１２，・・・の各孔に収納されるように、六角形状に折り曲げられている（図２参照）。１本のヒートパイプ４は、各列の６個の冷却部１２，・・・の各孔に収納されて固定されるので、排気ガスの流れる方向に対して直交する向きに配置される。ヒートパイプ４の他端部は、６個の熱電変換モジュール１１，・・・をそれぞれ通過した熱を放熱するために、ラジエータ等の放熱部まで延びる。排気ガスの流れる方向に沿って配置される４本のヒートパイプ４，・・・は熱の輸送量が異なるヒートパイプがそれぞれ選ばれ、上流のヒートパイプ４ほど熱の輸送量が多いヒートパイプが選ばれる。

バンド固定部３は、各列の６個の冷却部１２，・・・の外側から所定の圧力を印加し、６個の熱電変換モジュール１１，・・・を冷却部１２，・・・と熱交換部１０，・・・との間に固定するとともに装置全体を締め付ける（図４参照）。バンド固定部３は、バンド１３、６個の押圧部材１４，・・・、ボルト１５、ナット１６、緩衝部材１７を備えている。バンド１３は、一枚の板で形成され、一部分が開放された略円形状である。この一部開放された部分には、互いに対向する面を有しており、その各対向面にボルト１５が貫通するボルト孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。各押圧部材１４は、冷却部１２の上にそれぞれ載置される。押圧部材１４は、バンド１３と点接触するために略半球状である。

この熱電発電装置１では、一体化した熱交換部１０，・・・に熱電変換モジュール１１，・・・がそれぞれ載置され、さらに、熱電変換モジュール１１，・・・に下側分割部１２ｂ，・・・がそれぞれ載置される。そして、周方向に沿って配置される６個の熱電発電ユニット２，・・・からなる列単位で、６個の下側分割部１２ｂ，・・・の凹部１２ｄ，・・・に１本のヒートパイプ４が嵌め込まれ、その上に６個の上側分割部１２ａ，・・・がそれぞれ被せられ、その上側分割部１２ａ，・・・に押圧部材１４，・・・がそれぞれ載置される。さらに、その列単位で、全体を覆うようにバンド１３が配置され、バンド１３の両端の対向面でボルト１５とナット１６によって締結される。この際、バンド１３の対向面間には、リング状の緩衝部材１７が介装される。このように、バンド１３によって６個の熱電発電ユニット２，・・・全体が締め付けられ、この締め付けによって各冷却部１２（ひいては、各熱電変換モジュール１１及び熱交換部１０）に所定の圧力を加える。この際、各押圧部材１４とバンド１３とが点接触するので、各冷却部１２に均一な圧力を加えることができ、各冷却部１２には均一な面圧力が発生する。

図１〜図４を参照して、熱電発電装置１の動作について説明する。熱電発電装置１には、エンジンからの排気ガスが導入される。導入された排気ガスは、周方向に沿って配置された６個の熱交換部１０，・・・に分流し、各熱交換部１０の熱交換フィン間を通り抜け、下流に流れていく。各熱交換フィンでは、排気ガスから熱を吸収する。この際、下流ほど、排気ガスの熱が奪われて排気ガス温度が低下している。そして、各熱交換部１０では、その吸収した熱を熱電変換モジュール１１の高温端面まで伝導する。そして、分流していた排気ガスは、４列分の熱交換部１０，・・・を通過した後に合流し、熱電発電装置１から下流の排気管に排出される。この際、排気ガスは、熱が奪われているので、温度が低下している。

一方、各冷却部１２では、各熱電変換モジュール１１を通過した熱をヒートパイプ４まで伝導する。各ヒートパイプ４では、対応する６個の冷却部１２，・・・で伝導された熱を放熱部までそれぞれ移動させる。この際、各ヒートパイプ４では、排気ガスの流れる方向における位置に応じて異なる量の熱が伝導され、上流ほど多量の熱を輸送する。この各ヒートパイプ４による熱の輸送により、各熱電変換モジュール１１の低温端面は冷却される。

各熱電変換モジュール１１では、排気ガスの熱が伝導された高温端面の高温と熱が奪われた低温端面の低温との温度差に応じて発電し、その電気エネルギをバッテリに充電する。この際、高温性と低温性が十分に保たれているので、温度差が大きく、発電力も大きい。つまり、熱電効変換率が高い。

この熱電発電装置１によれば、各列の６個の熱電変換モジュール１１，・・・の外周側を覆うように周方向に沿ってヒートパイプ４を配置させる構成としているので、６個の熱電変換モジュール１１，・・・に対して１本のヒートパイプ４により熱を輸送することができ、ヒートパイプ４の本数を極力減らすことができる。そのため、放熱部までヒートパイプ４，・・・を配置させスペースを削減でき、搭載性に優れている。また、この熱電発電装置１によれば、排気ガスの流れる方向において異なる位置に配置される熱電変換モジュール１１に対して異なるヒートパイプ４を配置させる構成としているので、排気ガスの流れる方向における位置に応じて各ヒートパイプ４，・・・により異なる量の熱をそれぞれ輸送できる。そのため、熱電発電装置１内では排気ガスの流れる方向に沿って排気ガスの温度勾配が発生するが、各ヒートパイプ４，・・・ではその温度勾配に応じた熱量を輸送でき、熱輸送性能にも優れている。

図５及び図６を参照して、第２の実施の形態に係る熱電発電装置２１の構成について説明する。図５は、第２の実施の形態に係る熱電発電装置の側面図である。図６は、図５の側面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。

熱電発電装置２１は、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と比較すると、ヒートパイプの径及び本数が異なる。熱電発電装置２１では、装置全体の径を小さくするために、周方向に沿って配置される６個の熱電発電ユニット２２，・・・に対して２本の細いヒートパイプ２４を平行して設けている。したがって、熱電発電装置２１は、８本のヒートパイプ２４，・・・を備えており、排気ガスの流れる方向の同一位置における６個の熱電変換モジュール１１，・・・の各低温端面が２本のヒートパイプ２４，２４を利用して冷却される。

ヒートパイプ２４の径は、第１の実施の形態に係るヒートパイプ４の径より小さい。そのため、ヒートパイプ２４は、ヒートパイプ４に比べて熱輸送量が少ない。しかし、熱電発電装置２１でも、排気ガスの流れる方向における各位置において熱電発電装置１と同様の熱をヒートパイプによって輸送する必要がある。そこで、熱電発電装置２１では、１本のヒートパイプ４による熱輸送量を２本のヒートパイプ２４，２４の熱輸送量でカバーしている。

この２本のヒートパイプ２４，２４は、排気ガスの流れる方向に沿って平行に配置される（図６参照）。このように、２本のヒートパイプ２４，２４を配置させるので、冷却部３２の上側分割部３２ａには平行に２個の凹部３２ｃ，３２ｃが設けられ、下側分割部３２ｂにも平行に２個の凹部３２ｄ，３２ｄが設けられる。凹部３２ｃ，３２ｄの径は、ヒートパイプ２４に嵌合するように、第１の実施の形態に係る凹部１２ｃ，１２ｄよりも径が小さい。したがって、上側分割部３２ａと下側分割部３２ｂとが合わせられると、その中央部に排気ガスの流れる方向に対して直交して円柱状の細い孔が２個形成される。この円柱状の孔の径はヒートパイプ２４が嵌合する径であり、この孔にヒートパイプ２４が固定される。

各ヒートパイプ２４の一端は、ヒートパイプ４と同様に六角形状に折り曲げられるが、その六角形状全体の径が小さくなっている。というのは、ヒートパイプ２４自体の径が小さくかつパイプの径を小さくすることによって各部の曲げ半径も小さくできるからである。ちなみに、ヒートパイプの径が大きいほど、座屈を防止するために曲げ半径を大きくする必要があり、このような六角形状に折り曲げた場合には六角形状全体の径が大きくなる。このように、ヒートパイプ２４の六角形状全体の径に合わせて、上側分割部３２ａ及び下側分割部３２ｂの厚さも調整される。そのため、冷却部３２の厚さは、第１の実施の形態に係る冷却部１２の厚さに比べて薄くなる。したがって、熱電発電装置２１全体の径が小さくなる。ちなみに、熱電発電装置２１のバンド固定部（図示せず）は、第１の実施の形態に係るバンド固定部３と同様の構成を有するが、ベルトの径が小さくなる。

熱電発電装置２１の動作は、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と略同様の動作を有する。特に、熱電発電装置２１では、列毎に平行して２本のヒートパイプ２４，２４を配置させているので、各列の６個の冷却部３２，・・・で伝導された熱を２本のヒートパイプ２４，２４によって放熱部までそれぞれ移動させる。この際、各ヒートパイプ２４で輸送できる熱量は減少するが、２本のヒートパイプ２４，２４により十分な熱輸送量が確保されている。

この熱電発電装置２１によれば、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１における効果に加えて、ヒートパイプ２４の径を小さくすることにより、装置全体の径も小さくできる。そのため、熱電発電装置２１を小型化でき、搭載性を更に向上させることができる。

図７及び図８を参照して、第３の実施の形態に係る熱電発電装置４１の構成について説明する。図７は、第３の実施の形態に係る熱電発電装置のバンド固定部がない状態での斜視図である。図８は、図７の熱電発電装置のバンド固定部もある状態での側面図である。なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と同様の構成について同一の符号を付し、その説明を省略する。

熱電発電装置４１は、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と比較すると、同一周上に配置されるヒートパイプの本数が異なる。熱電発電装置４１では、組み付け性を向上させるために、周方向に沿って配置される６個の熱電発電ユニット４２，・・・のうち３個毎に１本のヒートパイプ４４を配置させ、同一周上に２本のヒートパイプ４４，４４を独立させて設けている。したがって、熱電発電装置４１は、８本のヒートパイプ４４，・・・を備えており、排気ガスの流れる方向において同一位置の３個の熱電変換モジュール１１，１１，１１の各低温端面が一方のヒートパイプ４４を利用して冷却され、他の３個の熱電変換モジュール１１，１１，１１の各低温端面が他方のヒートパイプ４４を利用して冷却される。

ヒートパイプ４４の一端部は、周方向に沿って配置される３個の冷却部５２，５２，５２の各孔に収納されるように、下底部分がない等脚台形状に折り曲げられている（図８参照）。したがって、２本のヒートパイプ４４，４４を対向させて配置させると、第１の実施の形態に係るヒートパイプ４のような六角形状となる。ヒートパイプ４４の他端部は、３個の熱電変換モジュール１１，１１，１１をそれぞれ通過した熱を放熱するために、放熱部まで延びる。このように、ヒートパイプ４４は、３個の熱電変換モジュール１１，１１，１１をそれぞれ通過した熱を輸送するので、ヒートパイプ４の熱輸送量の略半分の熱輸送量であればよい。そのため、ヒートパイプ４４の径は、ヒートパイプ４に比べて径より小さい。

ヒートパイプ４４の径が小さいので、第２の実施の形態と同様に、冷却部５２の厚さは、第１の実施の形態に係る冷却部１２の厚さに比べて薄くなる。また、冷却部５２の上側分割部５２ａ，下側分割部５２ｂの各分割面には、排気ガスの流れる方向に直交して半円柱状の凹部（図示せず）が１個づつ設けられる。この凹部の径は、ヒートパイプ４４に嵌合するように、第１の実施の形態に係る凹部１２ｃ，１２ｄよりも径が小さい。

熱電発電装置４１を組み付ける際の手順について説明する。この熱電発電装置４１では、まず、一体化した熱交換部１０，・・・に熱電変換モジュール１１，・・・がそれぞれ載置され、さらに、熱電変換モジュール１１，・・・に下側分割部５２ｂ，・・・がそれぞれ載置される。そして、周方向に沿って配置される６個の熱電発電ユニット４２，・・・からなる列単位で、隣接する３個の下側分割部５２ｂ，５２ｂ，５２ｂの各凹部に一方のヒートパイプ４４が嵌め込まれ、他の隣接する３個の下側分割部５２ｂ，５２ｂ，５２ｂの各凹部に他方のヒートパイプ４４が嵌め込まれる。そして、６個の下側分割部５２ｂ，・・・の上に６個の上側分割部５２ａ，・・・がそれぞれ被せられ、その上側分割部５２ａ，・・・に押圧部材１４，・・・がそれぞれ載置される。これにより、２本のヒートパイプ４４，４４が、各列の６個の熱電変換モジュール１１，・・・の外側の１つの周上に重ならないように配置される。さらに、その一列単位で、全体を覆うようにバンド１３が配置され、バンド１３の両端の対向面間に緩衝部材１７が介装された状態でボルト１５とナット１６によって締結される。このように、バンド１３によって６個の熱電発電ユニット４２，・・・全体が締め付けられ、この締め付けによって６個の冷却部５２，・・・が内周側に一様に移動し、熱電変換モジュール１１，・・・及び熱交換部１０，・・・を押圧する。

列単位で２本のヒートパイプ４４，４４に分割されているので、ヒートパイプ４４，４４を組み付ける際に下側分割部５２ｂ，・・・の外側から簡単に嵌め込むことができる。また、列単位で対向する２本のヒートパイプ４４，４４で構成されているので、バンド１３で全体を締め付ける際にヒートパイプ４４，４４全体が内周側に移動できる。そのため、ヒートパイプ４４は、バンド１３による固定によって殆ど変形しない。

熱電発電装置４１の動作は、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１と略同様の動作を有する。特に、熱電発電装置４１では、列毎に同一周上に２本のヒートパイプ４４，４４を配置させているので、各列の３個の冷却部５２，５２，５２で伝導された熱を一方のヒートパイプ４４によって放熱部まで移動させ、他の３個の冷却部５２，５２，５２で伝導された熱を他方のヒートパイプ４４によって放熱部まで移動させる。

この熱電発電装置４１によれば、第１の実施の形態に係る熱電発電装置１における効果に加えて、排気ガスの流れる方向の同一位置においてそれぞれ独立させて２本のヒートパイプ４４，４４を配置させることにより、組み付け性が向上する。また、ヒートパイプ４４の径を小さくできるので、熱電発電装置４１を小型化でき、搭載性を更に向上させることができる。

なお、同一周上に独立して複数本のヒートパイプを配置する構成としては、図９に示すように、同一周上に３本のヒートパイプ６４，６４，６４を配置してもよい。この熱電発電装置６１の場合、周方向に沿って配置される６個の熱電発電ユニット６２，・・・に対して、２個の熱電発電ユニット６２，６２毎に１本のヒートパイプ６４が設けられる。したがって、各ヒートパイプ６４は、２個の熱電変換モジュール１１，１１をそれぞれ通過した熱を輸送するので、その径がヒートパイプ４４より更に小さくなる。そのため、熱電発電装置６１全体の径も小さくなる。但し、ヒートパイプの本数を増やすと搭載性が低下するので、同一周上に配置するヒートパイプの本数については２本が最適である。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では熱電発電装置を自動車に適用したが、排気ガスを排出する熱源を備える他のものに適用してもよい。

また、本実施の形態では熱電変換モジュール（熱電発電ユニット）を１６個有する熱電発電装置を構成したが、配置するスペースや形状等を考慮して、周方向や排気ガスの流れる方向に適宜の個数の熱電変換モジュールを配置し、適宜の個数の熱電変換モジュールを有する熱電発電装置を構成してもよい。また、本実施の形態では周全体にわたって熱電変換モジュールを配置する構成としたが、周の一部に熱電変換モジュールを配置する構成としてもよい。

また、第２の実施の形態では列毎に平行して２本のヒートパイプを設ける構成としたが、ヒートパイプの本数を３本以上としてもよい。ヒートパイプの本数を増やすことによって、ヒートパイプの径を更に小さくでき、装置全体の径も小さくできる。しかし、ヒートパイプの本数を増やすことによって、搭載性が低下する。そこで、これらのバランスを考慮し、ヒートパイプの本数を決定する必要がある。

また、第３の実施の形態では列毎に同一周上に独立して２本のヒートパイプを設ける構成としたが、装置全体の径を更に小さくするために、第２の実施の形態にように、列毎に平行して細いヒートパイプを２本設ける構成としてもよい。この場合、列毎に４本のヒートパイプが必要となる。

第１の実施の形態に係る熱電発電装置のバンド固定部がない状態での斜視図である。 図１の熱電発電装置の側面図である。 図２の側面図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１の熱電発電装置のバンド固定部もある状態での側面図である。 第２の実施の形態に係る熱電発電装置の側面図である。 図５の側面図におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第３の実施の形態に係る熱電発電装置のバンド固定部がない状態での斜視図である。 図７の熱電発電装置のバンド固定部もある状態での側面図である。 第３の実施の形態に係る熱電発電装置において他のヒートパイプの配置例を示す側面図である。

符号の説明

１，２１，４１，６１…熱電発電装置、２，２２，４２，６２…熱電発電ユニット、３…バンド固定部、４，２４，４４，６４…ヒートパイプ、１０…熱交換部、１１…熱電変換モジュール、１２，３２，５２…冷却部、１２ａ，３２ａ，５２ａ…上側分割部、１２ｂ，３２ｂ，５２ｂ…下側分割部、１２ｃ，１２ｄ，３２ｃ，３２ｄ…凹部、１３…バンド、１４…押圧部材、１５…ボルト、１６…ナット、１７…緩衝部材

Claims (1)

1. 熱源からの排気を利用して発電する熱電発電装置であって、
   周方向に沿って配置され、排気の熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換手段と、
   排気の流れる方向に対して直交する向きで排気の流れる方向の同一位置において前記熱電変換手段の外周側を覆い、それぞれ独立して配置される複数のヒートパイプと
   を備えることを特徴とする熱電発電装置。

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