JP6102690B2

JP6102690B2 - Thermoelectric generator

Info

Publication number: JP6102690B2
Application number: JP2013236730A
Authority: JP
Inventors: 入山　要次郎; 要次郎入山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: JP2015097228A

Description

本発明は、高温ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置に関する。 The present invention relates to a thermoelectric generator that converts thermal energy of a high-temperature gas into electrical energy.

例えば特許文献１には、エンジンから排出される高温の排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電デバイスが記載されている。 For example, Patent Literature 1 describes a thermoelectric device that converts thermal energy of high-temperature exhaust gas discharged from an engine into electrical energy.

この熱電デバイスは、熱電発電器モジュールの多数をエンジンの排気通路（ハウジング）内に組み込んだ構成とされている。 This thermoelectric device has a structure in which many thermoelectric generator modules are incorporated in an exhaust passage (housing) of an engine.

前記熱電発電器モジュールは、棒状に形成されており、その長手方向が前記排気通路内の排ガス流れ方向と直交するような状態で設けられている。前記熱電発電器モジュールは、冷却剤が流通される内側ケーシングと、この内側ケーシングが挿通される外側ケーシングと、前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの対向間に設置される多数の熱電素子とを含んだ構成になっている。 The thermoelectric generator module is formed in a rod shape, and is provided in a state where its longitudinal direction is orthogonal to the exhaust gas flow direction in the exhaust passage. The thermoelectric generator module includes an inner casing through which a coolant flows, an outer casing through which the inner casing is inserted, and a number of thermoelectric elements installed between the inner casing and the outer casing. It has a configuration.

特表２０１２−５３３９７２号公報Special table 2012-533972 gazette

上記特許文献１は、前記各熱電発電器モジュールの長手方向両端を前記ハウジング内に固定するようになっているが、前記ハウジングの熱膨張率と前記各熱電発電器モジュールの熱膨張率とに差がある場合、エンジンの運転と停止とによる温度変化に伴い前記ハウジングに対する前記各熱電発電器モジュールの固定部分（前記長手方向両端）に応力が集中して、熱歪が発生するおそれがある。 In Patent Document 1, both ends in the longitudinal direction of each thermoelectric generator module are fixed in the housing, but the difference between the thermal expansion coefficient of the housing and the thermal expansion coefficient of each thermoelectric generator module is different. If there is, there is a possibility that stress is concentrated on the fixing portions (both ends in the longitudinal direction) of the thermoelectric generator modules with respect to the housing due to temperature changes due to operation and stop of the engine, and thermal distortion is generated.

このような事情に鑑み、本発明は、高温ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置において、熱電モジュールとケースとの取り付け部位に当該両者の熱膨張差に起因する熱歪の発生を抑制または防止することを目的としている。 In view of such circumstances, the present invention provides a thermoelectric generator that converts thermal energy of high-temperature gas into electrical energy, and generates thermal strain due to a difference in thermal expansion between the thermoelectric module and the case at the attachment site. It is intended to suppress or prevent.

本発明は、高温ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置であって、前記高温ガスが流通される筒形のケースに多数の棒状の熱電モジュールがガス流通方向に交差する姿勢で前記ケースの一方開口から他方開口へ向けて隣り合うように組み付けられており、前記熱電モジュールは、アウターチューブ内にインナーチューブを非接触に挿通し、前記アウターチューブと前記インナーチューブとの対向間にｐ型半導体からなる第１熱電素子とｎ型半導体からなる第２熱電素子とを設置し、当該両熱電素子を電線で接続した構成とされており、前記熱電モジュールの長手方向一端側が前記ケースの周壁から外側へ突き出す状態で固定されており、前記熱電モジュールの長手方向他端側のアウターチューブが前記ケース内部にフレキシブルクランプを介して相対変位可能に取り付けられており、前記フレキシブルクランプと前記アウターチューブとの間に弾性部材が介装されている、ことを特徴としている。 The present invention is a thermoelectric power generation device that converts thermal energy of high-temperature gas into electrical energy, wherein the rod-shaped thermoelectric module intersects the gas flow direction in a cylindrical case through which the high-temperature gas flows. The case is assembled so as to be adjacent from one opening to the other opening of the case, and the thermoelectric module is inserted through the inner tube in a non-contact manner in the outer tube, and p between the outer tube and the inner tube is opposed to each other. A first thermoelectric element made of a type semiconductor and a second thermoelectric element made of an n-type semiconductor are installed, and both the thermoelectric elements are connected by an electric wire, and one end in the longitudinal direction of the thermoelectric module is a peripheral wall of the case It is fixed in a state of protruding outwardly from the other longitudinal end side of the outer tube deflection inside the casing of the thermoelectric module Through Shiburukuranpu are mounted for relative displacement, the elastic member between the flexible clamp and the outer tube is interposed, it is characterized in that.

この構成では、前記熱電モジュールの熱膨張率が前記ケースの熱膨張率よりも小さいなど、当該両者の熱膨張率に差がある場合に前記ケースが熱膨張すると、それに伴い当該ケースに固定されている前記熱電モジュールの長手方向一端側が引っ張られることがあるが、そのときに、当該熱電モジュールの長手方向他端側が前記ケース内部の取り付け部位で相対変位することになるから、当該取り付け部位で前記両者の熱膨張差が吸収されるようになる。これにより、前記ケースに対する前記熱電モジュールの取り付け部位に応力が集中せずに済むようになるので、当該取り付け部位に前記熱膨張差に起因する熱歪が発生することを抑制または防止できるようになる。 In this configuration, when the case has a thermal expansion when there is a difference in the thermal expansion coefficient between the two, such as the thermal expansion coefficient of the thermoelectric module is smaller than that of the case, the thermoelectric module is fixed to the case accordingly. The one end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module may be pulled. At that time, the other end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module is relatively displaced at the mounting portion inside the case. The difference in thermal expansion is absorbed. As a result, stress does not need to be concentrated on the thermoelectric module mounting portion with respect to the case, so that it is possible to suppress or prevent the occurrence of thermal strain due to the thermal expansion difference at the mounting portion. .

また、前記熱電モジュールの長手方向他端側をケースに相対変位可能に取り付ける形態として、前記フレキシブルクランプを用いることを特定している。この特定により、熱電発電装置の設備コストの上昇を抑制することが可能になる。 Further, as a form attaching displaceable relative to the other longitudinal end side of the case of the thermoelectric module, and specifies the use of the flexible clamp. By this specification, it becomes possible to suppress an increase in the equipment cost of the thermoelectric generator.

本発明は、熱電モジュールとケースとの取り付け部位に当該両者の熱膨張差に起因する熱歪の発生を抑制または防止することが可能な熱電発電装置を提供できるようになる。 The present invention can provide a thermoelectric generator capable of suppressing or preventing the occurrence of thermal distortion due to the difference in thermal expansion between the thermoelectric module and the case.

本発明に係る熱電発電装置の一実施形態で、その外観を部分的に示す斜視図である。1 is a perspective view partially showing the appearance of an embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention. 図１の熱電発電装置の内部を透視して示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the inside of the thermoelectric generator of FIG. 1 as seen through. 図２において熱電モジュールの多数の熱電素子の接続形態を示す図である。It is a figure which shows the connection form of many thermoelectric elements of a thermoelectric module in FIG. 図２の（４）−（４）線断面の矢視図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line (4)-(4) in FIG. 2. 図２の（５）−（５）線断面の矢視図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line (5)-(5) in FIG. 2. 図４の（６）を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows (6) of FIG. 図６の（７）−（７）線断面の矢視図である。It is an arrow view of the (7)-(7) line cross section of FIG. 図２の（８）−（８）線断面の矢視図である。It is an arrow line view of the (8)-(8) line cross section of FIG. 本発明に係る熱電発電装置の他実施形態で、図６に対応する図である。FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 in another embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention.

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Best modes for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

図１から図８に、本発明の一実施形態を示している。図中、１は排気通路、２は熱電発電装置である。 1 to 8 show an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an exhaust passage, and 2 is a thermoelectric generator.

熱電発電装置２は、エンジンから排出される高温の排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するゼーベック効果を利用したものであって、ケース３に多数の熱電モジュール４を組み込んだ構成である。 The thermoelectric generator 2 utilizes a Seebeck effect that converts thermal energy of high-temperature exhaust gas discharged from the engine into electrical energy, and has a configuration in which a large number of thermoelectric modules 4 are incorporated in the case 3.

ケース３は、図１に示すように、角筒形に形成されており、その一方開口が排気通路１において排ガス流れ方向（白抜き矢印参照）の上流側に、また他方開口が排気通路１において排ガス流れ方向の下流側にそれぞれ連通連結されている。このケース３において排気通路１との前記両連結部分は、四角錐形状とされている。 As shown in FIG. 1, the case 3 is formed in a rectangular tube shape, one opening of which is upstream of the exhaust gas flow direction (see the white arrow) in the exhaust passage 1, and the other opening is in the exhaust passage 1. Each is connected to the downstream side in the exhaust gas flow direction. In this case 3, both the connecting portions with the exhaust passage 1 have a quadrangular pyramid shape.

多数の熱電モジュール４は、図５および図６に示すように、いずれも棒状に形成されており、ケース３に排ガス流れ方向に交差する姿勢、具体的に直交する姿勢でケース３の一方開口から他方開口へ向けて隣り合うように組み付けられている。 As shown in FIGS. 5 and 6, the large number of thermoelectric modules 4 are each formed in a rod shape, and from the one opening of the case 3 in a posture that intersects the exhaust flow direction of the case 3, specifically in a posture that is orthogonal to the case 3. It is assembled so as to be adjacent to the other opening.

この実施形態では、図２に示すように、ケース３内において熱電モジュール４が上下方向に２段、排ガス流れ方向に４列設けられている。熱電モジュール４の配列については、排ガス流れ方向の上流側から下流側へ向けて、第１列、第２列、第３列、第４列とする。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the thermoelectric modules 4 are provided in the case 3 in two stages in the vertical direction and in four rows in the exhaust gas flow direction. About the arrangement | sequence of the thermoelectric module 4, it is set as the 1st row | line | column, the 2nd row | line | column, the 3rd row | line, and the 4th row | line | column toward the downstream from the upstream of the exhaust gas flow direction.

詳しくは、熱電モジュール４は、図６および図７に示すように、アウターチューブ５内にインナーチューブ６を挿通し、アウターチューブ５とインナーチューブ６との対向間に多数の熱電材料として第１熱電素子（例えばｐ型半導体）７および第２熱電素子（例えばｎ型半導体）８を設置し、図３の破線で示すように、第１熱電素子７と第２熱電素子８とを電線９で接続した構成になっている。 Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the thermoelectric module 4 includes an inner tube 6 inserted into the outer tube 5, and a first thermoelectric material serving as a number of thermoelectric materials between the outer tube 5 and the inner tube 6. An element (for example, a p-type semiconductor) 7 and a second thermoelectric element (for example, an n-type semiconductor) 8 are installed, and the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8 are connected by an electric wire 9 as indicated by a broken line in FIG. It has a configuration.

アウターチューブ５は、断面が小判形状に形成されており、その２つの平坦な長辺５ａ，５ｂの外面には、外向きに突出する放熱フィン５ｃが長手方向所定ピッチ毎に設けられている。 The outer tube 5 is formed in an oval cross section, and on the outer surfaces of the two flat long sides 5a and 5b, radiating fins 5c projecting outward are provided at every predetermined pitch in the longitudinal direction.

インナーチューブ６は、断面が扁平な長方形形状に形成されており、アウターチューブ５の中心付近に非接触に配置されている。このインナーチューブ６内には、冷媒が流通されるようになっている。 The inner tube 6 is formed in a rectangular shape with a flat cross section, and is disposed in a non-contact manner near the center of the outer tube 5. A refrigerant is circulated in the inner tube 6.

なお、第１列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向一端側に冷媒導入管１１が連通連結され、第１列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向他端側と第２列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向他端側とが第１接続管１２で連通連結され、第２列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向一端側と第３列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向一端側とが第２接続管１３で連通連結され、第３列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向他端側と第４列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向他端側とが第３接続管１４で連通連結され、さらに第４列の熱電モジュール４のインナーチューブ６の長手方向一端側が冷媒還流管１５に連通連結されている。そして、アウターチューブ５の長手方向一端および他端は閉塞されており、この閉塞部分に冷媒導入管１１と第１〜第３接続管１２〜１４と冷媒還流管１５とが貫通させられ、冷媒導入管１１と第１〜第３接続管１２〜１４と冷媒還流管１５とがアウターチューブ５内でインナーチューブ６に連通連結されるようになっている。このようなことから、冷媒は第１列の熱電モジュール４から第２列の熱電モジュール４、第３列の熱電モジュール４、第４列の熱電モジュール４へと順に流通するようになる。 In addition, the refrigerant | coolant introduction pipe | tube 11 is connected by the longitudinal direction one end side of the inner tube 6 of the 1st row thermoelectric module 4, and the longitudinal direction other end side and the 2nd row | line | column of the inner tube 6 of the 1st row thermoelectric module 4 are connected. The other end in the longitudinal direction of the inner tube 6 of the thermoelectric module 4 is connected in communication with the first connecting pipe 12, and the one end in the longitudinal direction of the inner tube 6 of the second row of thermoelectric modules 4 and the third row of thermoelectric modules 4. One end side in the longitudinal direction of the inner tube 6 is connected in communication with the second connecting pipe 13, and the other end side in the longitudinal direction of the inner tube 6 in the third row thermoelectric module 4 and the inner tube 6 in the fourth row thermoelectric module 4. The other end in the longitudinal direction is connected in communication with the third connecting pipe 14, and the one end in the longitudinal direction of the inner tubes 6 of the fourth row of thermoelectric modules 4 is connected in communication with the refrigerant reflux pipe 15. . Then, one end and the other end in the longitudinal direction of the outer tube 5 are closed, and the refrigerant introduction pipe 11, the first to third connection pipes 12 to 14, and the refrigerant reflux pipe 15 are penetrated through the closed portion to introduce the refrigerant. The pipe 11, the first to third connection pipes 12 to 14, and the refrigerant reflux pipe 15 are connected to the inner tube 6 in the outer tube 5. For this reason, the refrigerant flows in order from the first row of thermoelectric modules 4 to the second row of thermoelectric modules 4, the third row of thermoelectric modules 4, and the fourth row of thermoelectric modules 4.

第１熱電素子７および第２熱電素子８は、図６および図７に示すように、共に直方体または立方体のような形状とされていて、アウターチューブ（高温側部材）５とインナーチューブ（低温側部材）６との対向間に設置されている。 As shown in FIGS. 6 and 7, the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8 are both shaped like a rectangular parallelepiped or a cube, and have an outer tube (high temperature side member) 5 and an inner tube (low temperature side). It is installed between the facing member 6).

具体的に、第１熱電素子７および第２熱電素子８は、図３に示すように、アウターチューブ５の幅方向（排ガス流れ方向）に１個ずつ配置されているとともに、アウターチューブ５の長手方向に１個ずつ交互に配置されている。詳しく言えば、アウターチューブ５の長手方向での第１熱電素子７および第２熱電素子８の配置としては、第１熱電素子（ｐ型半導体）７−第２熱電素子（ｎ型半導体）８−第１熱電素子（ｐ型半導体）７−第２熱電素子（ｎ型半導体）８……という形態で所定ピッチ毎に並べられている。 Specifically, as shown in FIG. 3, the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8 are arranged one by one in the width direction of the outer tube 5 (exhaust gas flow direction), and the length of the outer tube 5 is long. One by one is arranged alternately in the direction. Specifically, the arrangement of the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8 in the longitudinal direction of the outer tube 5 includes a first thermoelectric element (p-type semiconductor) 7-a second thermoelectric element (n-type semiconductor) 8-. The first thermoelectric elements (p-type semiconductor) 7-the second thermoelectric elements (n-type semiconductor) 8... Are arranged at predetermined pitches.

第１熱電素子７および第２熱電素子８の６つの面のうち、いずれか一つの面がアウターチューブ５の２つの平坦な長辺５ａ，５ｂの内面に、また、前記面と対向する面がインナーチューブ６の２つの長辺６ａ，６ｂの外面にそれぞれ面接触されている。そして、第１熱電素子７および第２熱電素子８における前記対向する２つの面の間で温度差が生じたときに電気エネルギー（電圧）を発生する。 Of the six surfaces of the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8, any one surface is an inner surface of the two flat long sides 5a and 5b of the outer tube 5, and a surface facing the surface is The inner tube 6 is in surface contact with the outer surfaces of the two long sides 6a and 6b. Electric energy (voltage) is generated when a temperature difference occurs between the two opposing surfaces of the first thermoelectric element 7 and the second thermoelectric element 8.

電線９は、アウターチューブ５の長手方向および幅方向に配置されている多数の第１熱電素子７と多数の第２熱電素子８とを１つずつ交互に直列に接続するものである。この電線９の配線パターンは図３の破線で示すようなクランク状の配線パターンになっている。 The electric wire 9 connects a large number of first thermoelectric elements 7 and a large number of second thermoelectric elements 8 alternately in series one by one arranged in the longitudinal direction and the width direction of the outer tube 5. The wiring pattern of the electric wire 9 is a crank-shaped wiring pattern as indicated by a broken line in FIG.

この電線９においてケース３内に露呈される部分は、排ガスの熱影響を受けやすくなるので、当該露呈部分については、第１〜第３接続管１２〜１４の外壁に抱き合わせるように付設し、それらを保護材１６で包むようにしている（図８参照）。これにより、電線９の熱劣化を抑制または防止することが可能になる。なお、電線９においてケース３の外側に露呈される部分は、図示していないが、前記同様に、ケース３の外側に配置されている冷媒導入管１１および冷媒還流管１５に抱き合わせるように付設し、それらを保護材（図示省略）で包む形態にしてもよいし、また、冷媒導入管１１および冷媒還流管１５に沿わせるだけで前記保護材で包まない形態にしてもよい。 Since the part exposed in the case 3 in the electric wire 9 is easily affected by the heat of the exhaust gas, the exposed part is attached to the outer walls of the first to third connecting pipes 12 to 14, They are wrapped with a protective material 16 (see FIG. 8). Thereby, it becomes possible to suppress or prevent the thermal deterioration of the electric wire 9. Although the portion of the electric wire 9 exposed to the outside of the case 3 is not shown, it is attached so as to be entangled with the refrigerant introduction pipe 11 and the refrigerant reflux pipe 15 arranged outside the case 3 as described above. Then, they may be wrapped with a protective material (not shown), or may be placed along the refrigerant introduction pipe 11 and the refrigerant reflux pipe 15 and not wrapped with the protective material.

なお、アウターチューブ５は排ガスが触れる関係より「高温側部材」となり、また、インナーチューブ６はその内部を冷媒が流通する関係より「低温側部材」となる。 The outer tube 5 becomes a “high temperature side member” because of contact with exhaust gas, and the inner tube 6 becomes a “low temperature side member” because of the relationship where the refrigerant flows through the inner tube 6.

次に、ケース３に対する熱電モジュール４の組み込み形態について詳細に説明する。 Next, how the thermoelectric module 4 is incorporated into the case 3 will be described in detail.

上述しているように、多数の熱電モジュール４を角筒形のケース３に「川」の字形に並べた状態で組み付けているが、すべての熱電モジュール４の長手方向一端側をケース３の周壁から外側へ突き出す状態で固定し、すべての熱電モジュール４の長手方向他端側をケース３内部に相対変位可能に取り付けるようにしている。 As described above, a large number of thermoelectric modules 4 are assembled in a square tube-like case 3 in a state of being arranged in a “river” shape, but one end in the longitudinal direction of all the thermoelectric modules 4 is connected to the peripheral wall of the case 3. The other end in the longitudinal direction of all the thermoelectric modules 4 is attached to the inside of the case 3 so as to be relatively displaceable.

詳しくは、熱電モジュール４の長手方向一端側は、ケース３の周壁を貫通させておいて、熱電モジュール４のアウターチューブ５の外周とケース３の周壁の貫通孔（図示省略）の縁とを溶接（図１の太線部分参照）することによって、ケース３においてアウターチューブ５の貫通部分を密封するようにしている。この溶接は、アーク溶接（例えばＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接など）のように肉盛りするような形態とすることが好ましい。 Specifically, one end in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4 is made to penetrate the peripheral wall of the case 3, and the outer periphery of the outer tube 5 of the thermoelectric module 4 and the edge of the through hole (not shown) of the peripheral wall of the case 3 are welded. (See the thick line portion in FIG. 1) to seal the through portion of the outer tube 5 in the case 3. This welding is preferably in a form that builds up like arc welding (for example, MIG welding, TIG welding, etc.).

また、熱電モジュール４の長手方向他端側は、ケース３の周壁内面にフレキシブルクランプ２１および取付片２２を介して支持されている。 The other end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4 is supported on the inner surface of the peripheral wall of the case 3 via a flexible clamp 21 and an attachment piece 22.

具体的に、熱電モジュール４の長手方向他端側には、フレキシブルクランプ２１が隙間を持つ状態で外嵌されており、このフレキシブルクランプ２１が取付片２２を介してケース３の周壁内面に取り付けられている。前記熱電モジュール４の長手方向他端側とフレキシブルクランプ２１との間の隙間には、金属製のワイヤーメッシュなどの弾性部材（図示省略）が弾性変形可能な状態で介装されている。 Specifically, a flexible clamp 21 is fitted on the other end in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4 with a gap, and the flexible clamp 21 is attached to the inner surface of the peripheral wall of the case 3 via an attachment piece 22. ing. In the gap between the other end in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4 and the flexible clamp 21, an elastic member (not shown) such as a metal wire mesh is interposed in a state in which it can be elastically deformed.

このように、熱電モジュール４の長手方向他端側とフレキシブルクランプ２１との間に前記弾性部材を介装させることによって、ケース３に固定のフレキシブルクランプ２１に対して熱電モジュール４の長手方向他端側が長手方向ならびに径方向に相対変位可能になるのである。 Thus, by interposing the elastic member between the longitudinal end side and the flexible clamp 21 of the thermoelectric module 4, the longitudinal direction other thermoelectric module 4 relative to the flexible clamp 21 fixed to the casing 3 The end side can be relatively displaced in the longitudinal direction and the radial direction.

ところで、熱電モジュール４の長手方向他端側においてフレキシブルクランプ２１が外嵌装着される領域には、放熱フィン５ｃが設けられていない（図２の左側に配置される第１列の熱電モジュール４および第２列の熱電モジュール４を参照、あるいは図６参照）。 By the way, in the region where the flexible clamp 21 is fitted and mounted on the other end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4, no heat radiating fins 5c are provided (the first row of thermoelectric modules 4 arranged on the left side of FIG. See the second row of thermoelectric modules 4 or see FIG. 6).

フレキシブルクランプ２１は、帯状板を輪状にした部材とされており、その円周方向１ヶ所が離れている。また、取付片２２は、帯状板を側面視でほぼＺ字形状にした部材とされている。 The flexible clamp 21 is a member in which a belt-like plate is formed into a ring shape, and one place in the circumferential direction is separated. Further, the attachment piece 22 is a member having a belt-like plate that is substantially Z-shaped in a side view.

フレキシブルクランプ２１および取付片２２は、主として耐熱性および耐蝕性に優れた材料（例えばステンレスなど）で形成される。それらを共にステンレスで形成する場合にはフレキシブルクランプ２１と取付片２２との結合および取付片２２とケース３との結合を例えば溶接（太線部分参照）とすることができる。その場合、アウターチューブ５およびケース３についても、主として耐熱性および耐蝕性に優れた金属材料（例えばステンレスなど）で形成する必要がある。 The flexible clamp 21 and the mounting piece 22 are mainly formed of a material excellent in heat resistance and corrosion resistance (for example, stainless steel). When both are formed of stainless steel, the connection between the flexible clamp 21 and the mounting piece 22 and the connection between the mounting piece 22 and the case 3 can be, for example, welding (see the thick line portion). In that case, the outer tube 5 and the case 3 also need to be formed mainly of a metal material (for example, stainless steel) having excellent heat resistance and corrosion resistance.

ところで、熱電モジュール４については、多数の構成要素を組み合わせた複合構造である関係より、たとえ前記多数の構成要素のうちのアウターチューブ５の素材がケース３と同一素材であっても、熱電モジュール４の熱膨張率については、ケース３の熱膨張率と相違するものになる。 By the way, about the thermoelectric module 4, even if the material of the outer tube 5 of the said many components is the same material as the case 3 from the relationship which is a composite structure which combined many components, the thermoelectric module 4 The thermal expansion coefficient is different from that of the case 3.

そのため、熱電モジュール４の熱膨張率がケース３の熱膨張率よりも小さいなど、両者の熱膨張率に差がある場合にケース３が熱膨張すると、それに伴い当該ケース３に固定されている熱電モジュール４の長手方向一端側が引っ張られることがあるが（図２の矢印１００参照）、そのときに、当該熱電モジュール４の長手方向他端側がケース３に固定のフレキシブルクランプ２１に対して相対変位するようになるから、当該取り付け部位で熱電モジュール４とケース３との熱膨張差が吸収されるようになる。これにより、ケース３に対する熱電モジュール４の取り付け部位に応力が集中せずに済むようになる。 Therefore, when the case 3 is thermally expanded when there is a difference between the thermal expansion coefficients of both the thermoelectric module 4 and the case 3, for example, the thermoelectric module 4 is fixed to the case 3 accordingly. Although one end side in the longitudinal direction of the module 4 may be pulled (see arrow 100 in FIG. 2), the other end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module 4 is relatively displaced with respect to the flexible clamp 21 fixed to the case 3 at that time. As a result, the difference in thermal expansion between the thermoelectric module 4 and the case 3 is absorbed at the attachment site. As a result, stress does not concentrate on the attachment portion of the thermoelectric module 4 to the case 3.

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、ケース３の周壁に熱電モジュール４の長手方向一端側のみを固定して、熱電モジュール４の長手方向他端側をケース３の周壁内部にフレキシブルクランプ２１および取付片２２を介して相対変位可能に取り付けることにより、ケース３と熱電モジュール４との熱膨張差に起因してケース３に対する熱電モジュール４の取り付け部位に応力が集中することを回避させるようにしている。 As described above, in the embodiment to which the present invention is applied, only one longitudinal end of the thermoelectric module 4 is fixed to the peripheral wall of the case 3, and the other longitudinal end of the thermoelectric module 4 is flexible inside the peripheral wall of the case 3. By attaching the clamp 21 and the attachment piece 22 so as to be relatively displaceable, it is possible to avoid stress concentration on the attachment portion of the thermoelectric module 4 with respect to the case 3 due to the difference in thermal expansion between the case 3 and the thermoelectric module 4. I am doing so.

これにより、ケース３に対する熱電モジュール４の取り付け部位に当該両者の熱膨張差に起因する熱歪が発生することを抑制または防止できるようになるので、熱電発電装置２の信頼性向上に貢献できる。 Thereby, since it becomes possible to suppress or prevent the occurrence of thermal strain due to the difference in thermal expansion between the thermoelectric module 4 with respect to the case 3, it is possible to contribute to improving the reliability of the thermoelectric generator 2.

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, It can change suitably in the range equivalent to the claim and the said range.

（１）上記実施形態では、高温ガスとしてエンジンの排ガスを利用する例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばＥＧＲガスを利用することが可能である。 (1) In the above embodiment, an example in which the exhaust gas of the engine is used as the high-temperature gas is given. However, the present invention is not limited to this, and for example, EGR gas can be used.

（２）上記実施形態では、ケース３内に熱電モジュール４を上下方向に２段にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば１段あるいは３段以上とすることが可能である。 (2) In the above embodiment, an example in which the thermoelectric module 4 is arranged in two stages in the vertical direction in the case 3 is described. However, the present invention is not limited to this, and for example, one stage or three stages or more. Is possible.

（３）上記実施形態では、ケース３内に熱電モジュール４を排ガス流れ方向に４列にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば１列、２列、３列あるいは５列以上とすることが可能である。 (3) In the above embodiment, an example in which the thermoelectric modules 4 are arranged in four rows in the exhaust gas flow direction in the case 3 is described. However, the present invention is not limited to this, for example, one row, two rows. It is possible to have 3 rows or 5 rows or more.

（４）上記実施形態では、フレキシブルクランプ２１と取付片２２とを別体にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば一体に形成することが可能である。 (4) In the said embodiment, although the example which made the flexible clamp 21 and the attachment piece 22 into the different body is given, this invention is not limited only to this, For example, it can form integrally. is there.

（５）上記実施形態では、熱電発電装置２をケース３に熱電モジュール４を組み込んだ構成にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばケース３を無くして熱電モジュール４を排気通路１に直接組み込んだ構成とすることが可能である。 (5) In the above embodiment, an example in which the thermoelectric generator 2 is configured to incorporate the thermoelectric module 4 into the case 3 is described. However, the present invention is not limited to this example. Thus, the thermoelectric module 4 can be directly incorporated in the exhaust passage 1.

（６）上記実施形態では、ケース３を角筒形にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えばケース３を円筒形、楕円筒形などにすることが可能である。 (6) In the above embodiment, the case 3 is given an example in which the case 3 has a rectangular tube shape. However, the present invention is not limited to this example. For example, the case 3 has a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, or the like. Is possible.

（７）上記実施形態では、熱電モジュール４のアウターチューブ５およびインナーチューブ６を断面でほぼ矩形にした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば図９に示すように、熱電モジュール４をアウターチューブ５およびインナーチューブ６を断面でほぼ円形にすることが可能である。この場合、第１熱電素子７および第２熱電素子８を面でアウターチューブ５とインナーチューブ６とに接触させるようにしている。 (7) In the above embodiment, an example is given in which the outer tube 5 and the inner tube 6 of the thermoelectric module 4 are made substantially rectangular in cross section, but the present invention is not limited to this example. For example, FIG. As shown, the thermoelectric module 4 can have an outer tube 5 and an inner tube 6 that are substantially circular in cross section. In this case, the 1st thermoelectric element 7 and the 2nd thermoelectric element 8 are made to contact the outer tube 5 and the inner tube 6 by the surface.

本発明は、高温ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電装置に好適に利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used for a thermoelectric generator that converts thermal energy of a high-temperature gas into electrical energy.

１排気通路
２熱電発電装置
３ケース
４熱電モジュール
５アウターチューブ
５ａ，５ｂアウターチューブの２つの長辺
５ｃアウターチューブの放熱フィン
６インナーチューブ
６ａ，６ｂインナーチューブの２つの長辺
７第１熱電素子
８第２熱電素子
９電線
１１冷媒導入管
１２第１接続管
１３第２接続管
１４第３接続管
１５冷媒還流管
１６保護材
２１フレキシブルクランプ
２２取付片
２３弾性部材 1 Exhaust passage
2 Thermoelectric generator
3 cases
4 Thermoelectric module
5 Outer tube 5a, 5b Two long sides of outer tube
5c Outer tube radiating fin
6 Inner tube 6a, 6b Two long sides of inner tube
7 First thermoelectric element
8 Second thermoelectric element
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Electric wire 11 Refrigerant introduction pipe 12 1st connection pipe 13 2nd connection pipe 14 3rd connection pipe 15 Refrigerant return pipe 16 Protective material 21 Flexible clamp 22 Mounting piece 23 Elastic member

Claims

A thermoelectric generator that converts thermal energy of high-temperature gas into electrical energy,
A large number of rod-shaped thermoelectric modules are assembled to the cylindrical case through which the high-temperature gas is circulated so as to be adjacent to each other from the one opening of the case to the other,
In the thermoelectric module, an inner tube is inserted into an outer tube in a non-contact manner, and a first thermoelectric element made of a p-type semiconductor and a second thermoelectric element made of an n-type semiconductor are disposed between the outer tube and the inner tube. And the thermoelectric elements are connected by electric wires.
One end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module is fixed in a state protruding outward from the peripheral wall of the case,
The outer tube on the other end side in the longitudinal direction of the thermoelectric module is attached to the inside of the case so as to be relatively displaceable via a flexible clamp,
An elastic member is interposed between the flexible clamp and the outer tube .