JP2019011717A - 熱電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルな制御性を確保しつつ、車両への搭載性を向上させることができる熱電デバイスを提供する。【解決手段】熱電デバイスは、内燃機関からの排気ガスが流入する排気ガス経路と、第１の方向に延びる第１経路に沿って設けられ排気ガス経路から排気ガスが流入する熱電変換部と、第１の方向において第１経路と平行となるように設けられ、排気ガス経路から流入する排気ガスを浄化する排気ガス浄化部と、を備える排気ガス後処理部と、を含み、排気ガス後処理部における排気ガス経路から流入する排気ガスの流路は、排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と熱電変換部を通過した後に排気ガス浄化部を通過する第２流路との間で選択可能となるように構成されるか、排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と排気ガス浄化部を通過した後に熱電変換部を通過する第３流路との間で選択可能となるように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、熱電デバイスに関する。

エンジンから排出される排気ガスの温度管理や排気ガスに含まれる廃熱の回収を目的として、エンジンおよび排気ガス浄化装置に対して直列に設けられた熱電ジェネレータ（ＴＥＧ）を含む熱電変換部を備える熱電デバイスが知られている。例えば、特許文献１では、排気通路に設けられた熱電ジェネレータにより排気ガスに含まれる廃熱を利用して発電を行うとともに排気ガスを冷却したり、バッテリ等の蓄電装置から熱電ジェネレータに電力を供給して加熱することで排気ガスを加熱するヒートポンプとして機能させることで、排気ガスを所望の温度範囲に保つことができることが記載される。

特開２０１２−８２８２８号公報

このような熱電デバイスでは、熱電変換部が設けられる排気系に熱電変換部をバイパスするバイパス回路を設けるとともに、バイパス回路上に設置したバイパス弁を開閉制御することで、熱電変換部の保護、燃費効果、排気ガスの浄化性能等の向上を図るためのフレキシブルな運用が考えられる。例えば、排気ガスが過度に高温になった場合には、排気ガスが熱電変換部をバイパスするようにバイパス弁を切り換えることで、熱電変換部を保護することができる。また、エンジン始動時など、排気ガスの温度が低い場合には、排気ガスが熱電変換部を迂回するようにバイパス弁を切り換えることで、排気ガスの暖気を促し、排気ガス浄化装置の排気ガス浄化率に対する要求温度への到達時間を短くし、浄化性能の向上ができる。熱電変換部の作動が不要な場合や、熱電変換効率が低下する場合もまた、排気ガスが熱電変換部を迂回するようにバイパス弁を切り換えることで、燃費性能の向上が可能となる。

このようなバイパス回路を採用したフレキシブルな制御は、そのシステムの複雑さやコンポーネントの大きさから搭載性が課題となる。特に、トラックやバスなどの商用車に採用する場合、この課題は顕著となる。

以上から、本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みてなされたものであり、フレキシブルな制御性を確保しつつ、車両への搭載性を向上させることができる熱電デバイスを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る熱電デバイスは、上記課題を解決するために
内燃機関からの排気ガスが流入する排気ガス経路と、
第１の方向に延びる第１経路に沿って設けられ前記排気ガス経路から前記排気ガスが流入する熱電変換部と、前記第１の方向において前記第１経路と平行となるように設けられ、前記排気ガス経路から流入する前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化部と、を備える排気ガス後処理部と、を含み、
前記排気ガス後処理部における前記排気ガス経路から流入する排気ガスの流路は、前記排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と前記熱電変換部を通過した後に前記排気ガス浄化部を通過する第２流路との間で選択可能となるように構成されるか、前記排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と前記排気ガス浄化部を通過した後に前記熱電変換部を通過する第３流路との間で選択可能となるように構成される。

上記構成によれば、排気ガス後処理部は、第１の方向に延びる第１経路に沿って設けられ排気ガス経路から排気ガスが流入する熱電変換部と、第１の方向において第１経路と平行となるように設けられ、排気ガス経路から流入する排気ガスを浄化する排気ガス浄化部と、を備える。これにより、排気ガス後処理部を小型化できるので、車両への搭載性が向上する。
また、上記構成によれば、排気ガス後処理部における排気ガス経路から流入する排気ガスの流路は、排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と熱電変換部を通過した後に排気ガス浄化部を通過する第２流路との間で選択可能となるように構成されるか、排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と排気ガス浄化部を通過した後に熱電変換部を通過する第３流路との間で選択可能となるように構成される。これにより、排気ガス経路から流入する排気ガスを熱電変換部に導くか否かを選択できるので、熱電変換部を動作させるか否かを例えば排気ガスの温度や排気ガスの圧力等に応じて制御できる。したがって、燃費を向上させつつ熱電変換部の耐久性を向上できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、熱電デバイスの車両への搭載性を向上できるとともに、燃費を向上させつつ熱電変換部の耐久性を向上できる。

一実施形態に係る熱電デバイスの全体構成を示す模式図である。 一実施形態の排気ガス後処理部の構造を示す、模式的な断面図であり、（ａ）はバイパス弁が閉じた状態を示し、（ｂ）はバイパス弁が開いた状態を示す。 排気ガス後処理部内における排気ガスの流れの向きを単純化して表した図であり、（ａ）は一実施形態の排気ガス後処理部内における排気ガスの流れの向きを表し、（ｂ）は他の実施形態の排気ガス後処理部内における排気ガスの流れの向きを表す。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は本発明の一実施形態に係る熱電デバイス１の全体構成を示す模式図である。
熱電デバイス１は、車両に走行用動力源として搭載される内燃機関２から排出される排気ガスの熱エネルギー（廃熱）を回収して発電を行う装置である。内燃機関２は化石燃料をシリンダ内で燃焼させて仕事をする原動機であり、本実施形態では内燃機関２として燃料として軽油を使用する４シリンダディーゼルエンジンが例示されている。
尚、本発明の適用対象には燃料としてガソリンを使用するガソリンエンジンが含まれてもよい。

内燃機関２では、吸気ガス経路４から取り込んだ空気（外気）は吸気マニホールド５を介して各シリンダに供給され、各シリンダにてピストンサイクルに応じて圧縮加熱される。また各シリンダでは、圧縮過熱された空気に対してインジェクタから燃料を噴射し、燃料が自己着火することにより燃焼が行われる。本実施形態では、内燃機関２は過給用のターボチャージャ６を備える。ターボチャージャ６は、排気ガスにより駆動されるタービン８と、該タービン８と連動するコンプレッサ１０とを有する。
尚、吸気ガス経路４のうちコンプレッサ１０の下流側には、コンプレッサ１０によって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ１２が設置されている。

また内燃機関２はコモンレールシステム（不図示）を搭載しており、各シリンダに供給される燃料は、サプライポンプで高圧にされてレール(蓄圧室)内に蓄えられ、所定タイミングでインジェクタから各シリンダに所定量が噴射されるように制御される。

各シリンダで生じる排気ガスは、排気マニホールド１４を介して排気ガス経路１６から外部に排出される。排気ガス経路１６のうちターボチャージャ６を構成するタービン８の下流側には、排気ガス後処理部６０が設けられている。排気ガス後処理部６０は、後述するようにＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）である排気ガス浄化部６２０を備えており、排気ガスに含まれる粒子状物質が排気ガス浄化部６２０で捕集される。排気ガス後処理部６０の詳細については後で詳述する。
尚、排気ガス浄化部６２０は粒子状物質の捕集量が所定量を超えた場合に、捕集性能の低下を改善するために捕集した粒子状物質を燃焼する再生機能を有していてもよい。

排気ガス経路１６のうち排気ガス後処理部６０より下流側には、排気ガスを浄化するための触媒２０が設けられている。本実施形態では、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を浄化するための触媒２０として、選択触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が用いられている。選択触媒還元脱硝装置は、還元剤として例えば尿素水が用いられる。還元剤は、排気ガスの高温雰囲気下で加水分解され、生成されたアンモニアが排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と化学反応することで窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とに還元することにより浄化が行われる。

また内燃機関２は、排気ガスの一部を吸気側に還流させることにより、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の低減や部分負荷時の燃費向上を目的とするＥＧＲシステム２２を備える。ＥＧＲシステム２２は、排気マニホールド１４と吸気マニホールド５との間に形成されたＥＧＲ経路２４と、ＥＧＲ経路２４を通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６と、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ２８と、を備える。ＥＧＲバルブ２８の開度は、不図示のコントロールユニットにより制御され、ＥＧＲシステム２２による排気ガスの還流量が調整される。

内燃機関２のシリンダブロック等にはウォータージャケット（不図示）が設けられており、該ウォータージャケット中を冷却水が流れることにより、内燃機関２の水冷が行われている。冷却水は循環経路３０を循環する。循環経路３０は、冷却水を圧送するための冷却水ポンプ３２と、冷却水を外気と熱交換して放熱するためのラジエータ３４と、を備える。内燃機関２を冷却することで温度が上昇した冷却水は、冷却水ポンプ３２によってラジエータ３４に送られ、外気との熱交換により冷却された後、再び内燃機関２に送られる。

ラジエータ３４における放熱は、ラジエータ３４に面するように配置されたラジエータファン３５による送風により促進される。ラジエータファン３５は、内燃機関２の動力の一部を用いて駆動され、その送風量は、例えばラジエータ３４に送られる冷却水の温度に応じて制御されることにより、冷却水の温度は適切な範囲に冷却される。

また冷却水ポンプ３２は、内燃機関２とベルト等の伝達機構を介して機械的に接続されることにより、内燃機関２の動力の一部を用いて駆動する機械式ポンプであるが、後述するバッテリ４２に蓄電された電力や、オルタネータ３６又は後述する熱電変換部６１０で発電される電力を用いて駆動される電動式ポンプであってもよい。

内燃機関２で発生する動力は、主に、不図示の出力軸を介して車両の走行輪側に伝達されるが、その一部は、ベルト等の伝達機構を介して発電用のオルタネータ３６に伝達される。オルタネータ３６は、内燃機関２から伝達される動力で回転されることにより交流電力を発電する交流発電機である。オルタネータ３６で発電された交流電力は、インバータ３８によって直流変換された後、車内負荷４０に供給されるほか、余剰分はバッテリ４２に蓄積される。
尚、オルタネータ３６は上記のように発電に用いられる他、バッテリ４２に蓄積される電力を消費して電動機（モータ）として駆動することで、内燃機関２をアシストすることもできる。

（排気ガス後処理部６０について）
図２を参照して、一実施形態の排気ガス後処理部６０について説明する。図２は、一実施形態の排気ガス後処理部６０の構造を示す、模式的な断面図であり、図２（ａ）は、後述するバイパス弁６０７が閉じた状態を示し、図２（ｂ）は、バイパス弁６０７が開いた状態を示す。
排気ガス後処理部６０は、図示左右方向である第１の方向に延びる第１経路６０１に沿って設けられ排気ガス経路１６から排気ガスが流入する熱電変換部６１０と、第１の方向において第１経路６０１と平行となるように設けられ、排気ガス経路１６から流入する排気ガスを浄化する排気ガス浄化部６２０とを備える。

熱電変換部６１０は、排気ガス浄化部６２０の周囲を囲むように円筒状に形成された熱交換器６１１と、熱交換器６１１の外周に取り付けられた熱電素子６１２と、熱電素子６１２の外周に取り付けられた冷却装置６１３とを備えている。
熱交換器６１１は、第１経路６０１内に設けられ、第１経路６０１内を流れる排気ガスと接触する。換言すると、第１経路６０１は、排気ガス浄化部６２０の周囲を囲むように円筒状に形成された排気ガスの流路であり、この第１経路６０１内に円筒形状を呈する熱交換器６１１が配置されている。
熱電素子６１２は、２種類の異種金属（または半導体）の両端を接続し、その両端に温度差を設けると起電力が発生するゼーベック効果を利用する素子である。
冷却装置６１３は、熱電素子６１２の外周を囲うように円筒状に形成された冷却装置であり、循環経路３０から分岐する冷却水導入ライン４６を介して低温の冷却水が導入される。冷却装置６１３からの冷却水は、冷却水戻しライン４８を介して循環経路３０に戻される。

熱電素子６１２の一方の面である内周面には、熱交換器６１１が取り付けられ、他方の面である外周面には、冷却装置６１３が取り付けられている。熱交換器６１１は、第１経路６０１内を流れる排気ガスの熱によって熱電素子６１２の内周面を加熱するように構成されている。冷却装置６１３は、冷却水導入ライン４６を介して導入される低温の冷却水によって熱電素子６１２の外周面を冷却するように構成されている。

熱電変換部６１０と排気ガス浄化部６２０との間には、第１経路６０１を通過した排気ガスを円筒形状を呈する第１経路６０１の内側で排気ガス浄化部６２０の図示左方の上流側に導く内側経路６０３が設けられている。排気ガス浄化部６２０の図示右方の下流側は、排気ガス経路１６を介して図１に示した触媒２０と接続されている。

以下の説明では、排気ガス浄化部６２０の図示左方の上流側の領域をＤＰＦ上流側領域６０５と呼ぶ。ＤＰＦ上流側領域６０５は、内側経路６０３の下流側と接続されている。また、第１経路６０１のうち、熱交換器６１１よりも上流側を第１経路上流部６０１ａと呼ぶ。
第１経路上流部６０１ａとＤＰＦ上流側領域６０５とは、隔壁６０６で隔てられている。隔壁６０６は、第１経路上流部６０１ａとＤＰＦ上流側領域６０５とを連通する開口６０６ａを有し、開口６０６ａには、開口６０６ａを開放及び閉止するバイパス弁６０７が設けられている。バイパス弁６０７は、例えば板状の弁体の回動によって開口６０６ａを開放及び閉止するバタフライバルブ式の弁であり、不図示のアクチュエータによって駆動される。図２（ａ）に示すように、バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止すると、第１経路上流部６０１ａとＤＰＦ上流側領域６０５とは、隔壁６０６で隔てられる。図２（ｂ）に示すように、バイパス弁６０７が開口６０６ａを開放すると、第１経路上流部６０１ａとＤＰＦ上流側領域６０５とは、開口６０６ａを介して連通する。

このように構成される一実施形態の排気ガス後処理部６０における排気ガスの流れについて説明する。

（バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止している場合）
図２（ａ）に示すように、バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止している場合、図示左方の排気ガス経路１６から矢印ａで示すように第１経路上流部６０１ａに流入した排気ガスは、第１経路６０１を下流側に向かって流れ、第１経路６０１内の熱交換器６１１を通過した後、矢印ｂで示すように流れの向きを反転させて内側経路６０３を経由し、矢印ｃで示すようにＤＰＦ上流側領域６０５に到達する。
尚、排気ガスが第１経路６０１内の熱交換器６１１を通過すると、熱交換器６１１は排気ガスの熱を熱電素子６１２に伝達して熱電素子６１２の内周面を加熱する。また、熱電素子６１２の外周面は冷却装置６１３によって冷却される。
このようにして熱電素子６１２の内周面と外周面との間には温度差が生じるので、熱電素子６１２では、熱電発電（ＴＥＧ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）が行われる。

ＤＰＦ上流側領域６０５に到達した排気ガスは、ＤＰＦ上流側領域６０５から排気ガス浄化部６２０を通過する。その際、上述したように、排気ガス中の粒子状物質が排気ガス浄化部６２０で捕捉される。
ＤＰＦ６０２通過後の排気ガスは、矢印ｄで示すように排気ガス浄化部６２０の図示右方の下流側に接続された排気ガス経路１６を介して図１に示した触媒２０へと流れる。触媒２０ではＮＯ_ｘが浄化される。

（バイパス弁６０７が開口６０６ａを開放している場合）
図２（ｂ）に示すように、バイパス弁６０７が開口６０６ａを開放している場合、図示左方の排気ガス経路１６から流入した排気ガスは、第１経路６０１を下流側に向かって流れずに、矢印ｅで示すように開口６０６ａを介してＤＰＦ上流側領域６０５に流入する。すなわち、第１経路上流部６０１ａに流入した排気ガスは、熱電変換部６１０を迂回してＤＰＦ上流側領域６０５に流入する。
ＤＰＦ上流側領域６０５に流入した排気ガスは、ＤＰＦ６０２を通過して、矢印ｆで示すように排気ガス浄化部６２０の図示右方の下流側に接続された排気ガス経路１６を介して図１に示した触媒２０へと流れる。

このように、上述した一実施形態では、排気ガス後処理部６０における排気ガス経路１６から流入する排気ガスの流路は、熱電変換部６１０を通過した後に排気ガス浄化部６２０を通過する流路と、排気ガス浄化部６２０のみを通過する流路との間で選択可能となるように構成されている。

（熱電素子６１２における熱電発電について）
上述したように、バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止されて、排気ガスが第１経路６０１内の熱交換器６１１を通過すると、熱電素子６１２では、熱電発電が行われる。
熱電素子６１２で発電された電力は温度差に応じた電圧を有する直流であるため、図１に示したコンバータ４９によって所定の電圧に変圧される。コンバータ４９の出力は、車内負荷４０に供給されるほか、余剰分はバッテリ４２に蓄積される。
尚、本実施形態では、上述のオルタネータ３６で発電された電力と、熱電素子６１２で発電された電力の供給先（車内負荷４０及びバッテリ４２）を共用している場合を示しているが、これらは独立的に設けられていてもよい。

（バイパス弁６０７の開閉制御について）
一実施形態の排気ガス後処理部６０では、バイパス弁６０７の開閉は、例えば次のように制御される。一実施形態に係る熱電デバイス１は、制御部５０と、排気ガス経路１６のうち、例えば、排気ガス後処理部６０の上流に設置される温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂを備えている。
オルタネータ３６及び熱電素子６１２における発電量は、コントロールユニットである制御部５０によってそれぞれ制御される。制御部５０は、電子演算装置等からなるＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の一部として構成されており、予めインストールされた所定のプログラムに応じた制御を実行する。
温度センサ４５ａ及び圧力センサ４５ｂの検出結果は、電気的信号として制御部５０に送られる。

制御部５０は、温度センサ４５ａで検出した排気ガスの温度が、熱電素子６１２における温度−発電特性、すなわち変換効率が一定の値以上となる所定の温度範囲内であり、かつ、圧力センサ４５ｂで検出した排気ガスの圧力が所定の圧力以下であれば、開口６０６ａを閉止するようにバイパス弁６０７の不図示のアクチュエータに駆動信号を出力する。これにより、図２（ａ）に示すように、バイパス弁６０７によって開口６０６ａが閉止されるので、排気ガスが熱電変換部６１０を通過する。したがって、熱電素子６１２で、熱電発電が行われ、熱電素子６１２で発電された電力がコンバータ４９を介して車内負荷４０やバッテリ４２へ供給される。
また、制御部５０は、熱電素子６１２で発電された電力量に応じて、内燃機関２のオルタネータ３６の駆動負荷を減らすようにオルタネータ３６での発電量を制御する。
これにより、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収できるので、エネルギー効率が向上する。

また、制御部５０は、温度センサ４５ａで検出した排気ガスの温度が、上述した所定の温度範囲外であるか、又は、圧力センサ４５ｂで検出した排気ガスの圧力が上述した所定の圧力を超えていれば、開口６０６ａを開放するようにバイパス弁６０７の不図示のアクチュエータに駆動信号を出力する。これにより、図２（ｂ）に示すように、バイパス弁６０７によって開口６０６ａが開放されるので、排気ガスが熱電変換部６１０を迂回する。そのため、熱電素子６１２では、熱電発電が行われなくなる。

したがって、温度センサ４５ａで検出した排気ガスの温度が、上述した所定の温度範囲を下回る場合、排気ガスが熱電変換部６１０を迂回することで排気ガス経路１６における排気抵抗を抑制できるので、熱電変換部６１０を設置することによる内燃機関２の性能低下を抑制できる。
また、温度センサ４５ａで検出した排気ガスの温度が、上述した所定の温度範囲を上回る場合、排気ガスが熱電変換部６１０を迂回することで熱電素子６１２が過熱されることを抑制でき、熱電変換部６１０の耐久性を向上できる。
圧力センサ４５ｂで検出した排気ガスの圧力が上述した所定の圧力を超えた場合、排気ガスが熱電変換部６１０を迂回することで排気ガス経路１６における排気抵抗を抑制できるので、内燃機関２の性能低下を抑制できる。

このように、上述した排気ガス後処理部６０は、図示左右方向である第１の方向に延びる第１経路６０１に沿って設けられ排気ガス経路１６から排気ガスが流入する熱電変換部６１０と、第１の方向において第１経路６０１と平行となるように設けられ、排気ガス経路１６から流入する排気ガスを浄化する排気ガス浄化部６２０とを備える。これにより、排気ガス後処理部６０を小型化できるので、車両への搭載性が向上する。
また、上述した排気ガス後処理部６０では、排気ガス後処理部６０における排気ガス経路１６から流入する排気ガスの流路は、熱電変換部６１０を通過した後に排気ガス浄化部６２０を通過する流路と、排気ガス浄化部６２０のみを通過する流路との間で選択可能となるように構成されている。これにより、排気ガス経路１６から流入する排気ガスを熱電変換部６１０に導くか否かを選択できるので、熱電変換部６１０を動作させるか否かを、上述したように、例えば排気ガスの温度や排気ガスの圧力等に応じて制御できる。したがって、燃費を向上させつつ熱電変換部６１０の耐久性を向上できる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０では、熱電変換部６１０の熱交換器６１１は、排気ガス浄化部６２０の周囲を囲むように円筒状に形成されている。すなわち、上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０では、熱電変換部６１０は、排気ガス浄化部６２０の周囲を囲むように円筒状に形成されている。しかし、熱電変換部６１０は、必ずしも円筒状に形成されていなくてもよい。例えば、熱電変換部６１０は、排気ガス浄化部６２０を外周側で、周方向の一部に延在するように形成されていてもよい。また、熱電変換部６１０は、排気ガス浄化部６２０を外周側から挟み込むように複数設けられていてもよく、例えば、一対の熱電変換部６１０が排気ガス浄化部６２０を外周側から挟み込むように配置されていてもよい。

例えば、一対の熱電変換部６１０が排気ガス浄化部６２０を外周側から挟み込むように配置されている場合、排気ガス後処理部６０の第１経路６０１を図２における図示左右方向である第１の方向に延在する２つの流路によって構成し、２つの流路の一方に一対の熱電変換部６１０の一方を配置し、２つの流路の他方に一対の熱電変換部６１０の他方を配置してもよい。
この場合、第１経路６０１の２つの流路における第１経路上流部６０１ａのそれぞれに、バタフライバルブ式の流量制御弁を設け、この流量制御弁によって、排気ガスを熱電変換部６１０及び排気ガス浄化部６２０を通過させるか、排気ガス浄化部６２０のみを通過させるかを切り替え可能に構成してもよい。

上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０では、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、図示左方の排気ガス経路１６から第１経路上流部６０１ａに流入した排気ガスは、第１経路６０１を図示右方の下流側に向かって流れ、第１経路６０１内の熱交換器６１１を通過した後、流れの向きを反転させて内側経路６０３を図示左方のＤＰＦ上流側領域６０５に向かって流れ、さらに流れの向きを反転させて排気ガス浄化部６２０内を図示右方に向かって流れた。尚、図３は、排気ガス後処理部６０内における排気ガスの流れの向きを単純化して表した図であり、図３（ａ）は、上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０内における排気ガスの流れの向きを表し、図３（ｂ）は、次に述べる他の実施形態の排気ガス後処理部６０内における排気ガスの流れの向きを表す。
すなわち、図３（ｂ）で示した他の実施形態に係る排気ガス後処理部６０のように、図示左方の排気ガス経路１６から第１経路上流部６０１ａに流入した排気ガスが、第１経路６０１を図示右方の下流側に向かって流れ、第１経路６０１内の熱交換器６１１を通過した後、流れの向きを反転させて排気ガス浄化部６２０内を図示左方に向かって流れるようにしてもよい。

上述した一実施形態では、バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止している場合、排気ガスは、熱電変換部６１０を通過した後に排気ガス浄化部６２０を通過した。すなわち、上述した一実施形態では、排気ガス後処理部６０における排気ガス経路１６から流入する排気ガスの流路は、熱電変換部６１０を通過した後に排気ガス浄化部６２０を通過する流路と、排気ガス浄化部６２０のみを通過する流路との間で選択可能となるように構成されている。
しかし、バイパス弁６０７が開口６０６ａを閉止している場合に、排気ガスが、排気ガス浄化部６２０を通過した後に熱電変換部６１０を通過するようにしてもよい。すなわち、排気ガス後処理部６０における排気ガス経路１６から流入する排気ガスの流路は、排気ガス浄化部６２０を通過した後に熱電変換部６１０を通過する流路と、排気ガス浄化部６２０のみを通過する流路との間で選択可能となるように構成されていてもよい。

上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０では、熱電素子６１２で熱電発電を行わせたが、例えば、排気ガスの温度が低い場合などに、オルタネータ３６やバッテリ４２からの電力を熱電素子６１２に供給することで熱電素子６１２を発熱させて、熱電変換部６１０を通過する排気ガスを加熱してもよい。例えば排気ガス浄化部６２０の再生時に熱電素子６１２を発熱させて、熱電変換部６１０を通過する排気ガスを加熱してもよい。
また、上述した一実施形態では、触媒２０として選択触媒還元脱硝装置を用いているが、このような選択触媒還元脱硝装置では、尿素水の加水分解の反応速度が雰囲気温度に依存するため、例えば冷態始動時のように排気ガスが比較的低温な場合には、所定量のアンモニアを生成するために必要とされる還元剤の消費量が増加してしまう。そこで、上述のように熱電変換部６１０をヒータとして機能させることで排気ガスの昇温を促進することで、触媒２０における還元剤の消費を効果的に抑制できる。その結果、還元剤の貯蔵タンクの容量が少なく済むため、限られたスペースを有する車両に対して良好な搭載性を発揮するとともに、還元剤の消費量削減による経済性も達成できる。

上述した一実施形態では、排気ガス浄化部６２０と熱電変換部６１０とを排気ガス後処理部６０として一体的に構成したが、上述した一実施形態の排気ガス後処理部６０における構造と同様の構造によって触媒２０と熱電変換部６１０とを一体的に構成してもよい。すなわち、触媒２０の周囲に排気ガスの流路を設け、この流路中に熱電変換部６１０を配置することで、触媒２０を通過する排気ガスの熱エネルギーを熱電変換部６１０で電気エネルギーに変換するようにしてもよい。

１ 熱電デバイス
２ 内燃機関
１６ 排気ガス経路
２０ 触媒
６０ 排気ガス後処理部
６０１ 第１経路
６０７ バイパス弁
６１０ 熱電変換部
６２０ 排気ガス浄化部

Claims (1)

1. 内燃機関からの排気ガスが流入する排気ガス経路と、
   第１の方向に延びる第１経路に沿って設けられ前記排気ガス経路から前記排気ガスが流入する熱電変換部と、前記第１の方向において前記第１経路と平行となるように設けられ、前記排気ガス経路から流入する前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化部と、を備える排気ガス後処理部と、を含み、
   前記排気ガス後処理部における前記排気ガス経路から流入する排気ガスの流路は、前記排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と前記熱電変換部を通過した後に前記排気ガス浄化部を通過する第２流路との間で選択可能となるように構成されるか、前記排気ガス浄化部のみを通過する第１流路と前記排気ガス浄化部を通過した後に前記熱電変換部を通過する第３流路との間で選択可能となるように構成される、熱電デバイス。

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