专利名称：废气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有将排气的热能转换为电能的发电装置和净化废气的催化剂的废气净化装置。
由于在从汽车发动机排出的废气等中含有热能，所以如果将废气就这样排掉会造成能源的浪费。因此，产生了将废气中含有的热能转换为电能，以备蓄电池充电之用的发电装置。作为这种发电装置，有在如日本国特开2000-35824号公报所公开的装置。
在该发电装置中，具有设在排气管上的热电转换元件和作为将来自排气管的热量传递给热电转换元件的热连接装置的双金属。并且，当发热部件(排气管)的温度低于热电转换元件的耐热温度时，双金属不变形，发热部件(排气管)的热量被传递给热电转换元件。相反，当发热部件(排气管)的温度高于热电转换元件的耐热温度时，双金属变形，发热部件和热电转换装置的机械接触断开而不再进行热传导。
在近年的汽车中，为了除去废气中的氧化炭等，在排气管上设有排气净化催化剂。这样的催化剂，当温度在催化剂活化温度以上时，才发挥净化废气的作用。设想在汽车的排气管上安装如上所述的发电装置，并在其下游一侧设有催化剂的废气净化装置。
但是，在这样设有发电装置和催化剂的废气净化装置中，在汽车起动时等催化剂没有达到催化剂活化温度时，也可以通过发电装置进行发电。存在如果废气中含有的热量被用于发电，那么催化剂达到催化剂活化温度的时间将延迟，发挥净化作用的时间也延迟的问题。
发明内容
本发明之目的在于，提供一种不延迟催化剂达到催化剂活化温度的时间，并且高效地将废气中含有的热能转换为电能的废气净化装置。
本发明的废气净化装置，具有发电装置，该发电装置具有利用由发动机排出的废气中的热量通过热电转换进行发电的热电转换元件。在发电装置内部或下游一侧设有催化剂。本发明的废气净化装置，具有可将从废气向热电转换元件的热传递状态改变为高传热状态和低传热状态的可变传热装置。可变传热装置，当催化剂的温度高于根据催化剂的活化温度设定的温度时，使从废气向热电转换元件的热传递变得更为显著。
本发明涉及的废气净化装置，设有可改变向发电转换元件的传热状态的可变传热装置，当温度高于规定温度(催化剂活化温度或基于催化剂活化温度设定的温度)时，使传热状态变为高传热状态。因此，可以通过减少向发电转换元件传递的热量直到催化剂被活化为止，以使催化剂迅速达到催化剂活化温度。之后，催化剂被活化后，通过提高对发电转换元件的传热状态，可以高效地回收废气中的热能，转换成电能。
可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部和冷却液通路，热回收部和冷却液通路，被分别设置在热电转换元件的两侧。此外，热电转换元件，可以相对热回收部移动，并能够当冷却水被导入冷却液通路时接触热回收部，当冷却液未被导入冷却液通路时与热回收部分离。
在发电装置中，当冷却液被导入冷却液通路时，通过热电转换元件进行热电转换。因此，可以通过在冷却液被导入冷却液通路时变成高传热状态，而使进行热量回收时变成高传热状态。
此外，可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部，在热回收部上设有载热体收容部。并且能够当载热体被收容于载热体收容部时传热状态变为高传热状态，当载热体未被收容于载热体收容部时变为低传热状态。这样，通过在载热体收容部中收容载热体，或者从载热体收容部中除去载热体，可以容易地改变高传热状态和低传热状态。
另外，可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部。热回收部，被设置在废气流过的排气流路周围。热电转换元件，被以与热回收部接触的状态设置在热回收部的外周。通过拉动热电转换元件使热电转换装置以热电转换元件的一端部为支点旋转，而使热电转换装置和排气流路分离，在热电转换元件与热回收部相接触时，为高传热状态，在热电转换元件与热回收部分离时，为低传热状态。通过这样的机械结构，也可以容易地改变高传热状态和低传热状态。
此外，可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部，热回收部的热电转换元件和接触面可以产生变形，也可以使热回收部处于高热时与低热时相比，与接触面的热电转换元件的接触面积变大而构成的状态。这样，也可以利用接触面的变形，容易地改变高传热状态和低传热状态。
这时，接触面可以在与热回收部的热电转换元件的接触面积大时为平面，接触面积小时为曲面而构成。通过这样形成接触面的形状，可以容易地改变高传热状态和低传热状态。
另外，可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部，在热回收部和热电转换元件之间设有软硬转变部件，还能够当软硬转变部件在软状态时，使热回收部和热电转换元件之间为高传热状态，当软硬转变部件在硬状态时，使热回收部和热电转换元件之间为低传热状态。通过采用这样的软硬转变部件，可以容易地改变高传热状态和低传热状态。
这时，软硬转变部件可以将固液转变装置收容于柔性盒中而形成。通过在柔性盒中采用固液转变装置可以容易地形成软硬转变部件。
图1是本发明的实施方式涉及的废气净化装置的方框结构图。
图2是发电装置的平面剖面图。
图3是表示热电转换组件和传热部的状态的平面剖面图。
图4是第二实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的平面剖面图。
图5是表示油液被收容于发电装置中的油收容部或油贮存部的状态的方框图。
图6是第三实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的平面剖面图。
图7是导向部件的扩大平面图。
图8是沿图7的A-A线的剖面图。
图9是表示热电转换组件和传热部的状态的平面图。
图10是第四实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的平面剖面图。
图11是表示发电装置中的散热片部件的变形的形态的图。
图12是说明发电装置中的散热片部件变形的原理的图。
图13是第五实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的要部平面剖面图。
图14是表示发电装置中的缓冲垫变形状态的剖面图。
图15是第六实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的主要部分平面剖面图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。另外，在各实施方式中，对具有相同功能的部分标注相同标号，并省略重复说明。
图1是本发明的实施方式涉及的废气净化装置的方框结构图，图2是发电装置的平面剖面图(由与废气流成直角的平面剖开的剖面)。
如图1所示，本实施方式涉及的废气净化装置1具有排气管2。排气管2被连接在发动机3上，从发动机3排出的废气在排气管2内流动，并从未图示的消声器向外排出。
在排气管2的中间位置，设有发电装置4。发电装置4，将废气含有的热能转换为电能。在该发电装置4上连接有通过冷却液管5使冷却液循环的泵6，控制装置7被电连接在泵6上。
控制装置7，一边根据废气温度等判断是否驱动泵6，一边控制泵6。此外，在冷却液管5上设有热交换器8。热交换器8通过热交换来冷却温度升高的冷却水。
另外，在排气管2上的发电装置4的下游，设有排气净化催化剂9。催化剂9是三元催化剂，净化废气中含有的氮氧化物、一氧化碳以及烃等物质。此外，在排气管2上设有温度传感器10。温度传感器10检测出排气管2内流通的废气的温度，并将检测出的温度输出给控制装置7。
发电装置4，如图2所示，具有筐体11，在筐体11上形成4条排气流路12。图1所示的从发动机3排出的废气，在4条排气流路12中流通，向催化剂9的方向排出。在各排气流路12上，分别设置有用于回收废气中含有的热能的散热片部件13。散热片部件13，成为热回收部。散热片部件13，具有传热部13A和散热片主体13B，从传热部13A延伸出多个散热片主体13B来这些传热部13A和多个散热片主体13B，通过挤压成形等一体形成。
此外，在与筐体11的外框部的散热片部件13对应的位置上，安装有冷却水箱14，冷却水箱14具有内框14A和外框14B。外框14B被固定在筐体11的外框部上。内框14A可以相对外框14B移动。
在内框14A上，形成狭缝形的冷却水流路14C，从图1所示的冷却液管5供给的冷却水在冷却水流路14C中流通。被冷却水在该冷却水流路14C内流通，使内框14可以移动到散热片部件13一侧。此外，在外框14B的内侧、内框14A滑动的部位，设有密封部件14D，以防止在冷却水流路14C中流通的冷却水向外部流出。
此外，在内框14A内侧(与外框14B相反一侧，散热片部件13的传热部13A一侧)安装本发明的热电转换组件15。热电转换组件15，是利用所谓的赛贝克效应将热能转换为电能的元件。即，由于热电转换组件15利用温度差进行热电转换，所以温度差越大，可以发出(转换)越多的电。如果冷却水在冷却水流路14C中流通，内框14A移动到散热片部件13一侧，那么热电转换组件15也沿相同方向移动，热电转换组件15和散热片部件13接触。这样，冷却水箱14就形成了本发明的可变传热装置。
另外，在散热片部件13的传热部13A外侧和冷却水箱14的内框14A之间安装弹簧16。弹簧16处于包围热电转换组件15的位置上。弹簧16沿使散热片部件13中的传热部13A和冷却水箱14的内框14A相互分离的方向施力。
下面对具有以上结构的本实施方式涉及的废气净化装置的动作和作用进行说明。
在本实施方式涉及的废气净化装置1中，在发动机3工作时，从发动机3排出废气。被排出的废气，经由排气管2通过发电装置4，到达催化剂9。虽然通过该催化剂9净化废气，但是当催化剂的温度很低而没有达到催化剂活化温度时，催化剂9的净化能力不能被充分发挥。在发动机3刚刚启动之后等时候，催化剂9还处于低温的状态。这时，如果通过发电装置4回收废气中的热量，那么催化剂9需要较长时间才能成为活化状态。
在本实施方式涉及的废气净化装置1中，根据催化剂9的催化剂活化温度预设规定温度的阈值。具体而言，是将催化剂活化温度作为阈值。催化剂活化温度，是由催化剂9所决定的。在控制装置7中，根据由温度传感器10输出的废气的温度来推定催化剂9的温度，并比较催化剂9的温度和催化剂活化温度。
结果，当催化剂9的温度低于催化剂活化温度时，从控制装置7向泵6输出停止信号，使泵6不工作，不给发电装置4供应(或循环)冷却水。当不给发电装置4供应冷却水时，如图3(a)所示，散热片部件13的传热部13A和热电转换组件15通过弹簧16的作用力分离。
如果散热片部件13的传热部13A和热电转换组件15分离，那么即使废气在排气流路12内流通，在热电转换组件15中也几乎不传递热量。结果，不从废气中回收热量，废气以原有的高温向催化剂9流出。因此，由于催化剂9被供给热量较大的废气，所以在短时间内就可以使催化剂9达到催化剂活化温度。
另一方面，当由控制装置7推定的催化剂9的温度达到催化剂活化温度以上时，从控制装置7向泵6输出工作信号，从而使泵6工作，使冷却水在发电装置4的冷却水箱14内循环供给。如果使冷却水在冷却水箱14内循环，那么如图3(b)所示，冷却水箱14的内框14A将反抗弹簧16的作用力移动到散热片部件13一侧。随着该内框14A的移动，热电转换组件15也移动到散热片部件13一侧，热电转换组件15和散热片部件13的传热部13A接触。
通过该热电转换组件15与散热片部件13的传热部13A的接触，废气中的热量由散热片主体13B回收，并传递给热电转换组件15。在热电转换组件15中，利用散热片部件13和冷却水箱14之间的较大温度差(因吸收废气中的热量而变热的传热部13A的温度和被冷却水冷却的内框14A的温度的差值)，高效地将热能转换为电能，供给未图示的蓄电池等。
热量被散热片主体13B回收了的废气，因热量减少而温度变低。因此，虽然当到达催化剂9时，热能因温度较低而处于较小状态，但是由于催化剂9达到了催化剂活化温度，所以可以充分发挥净化性能。所以，可以高效回收废气中的热量。
这样，在本实施方式涉及的废气净化装置1中，当催化剂9的温度没有达到催化剂活化温度时，优先将废气中的热量供给催化剂9，当催化剂9的温度达到催化剂活化温度时，优先通过发电装置4进行热量回收。所以，可以不延迟催化剂9达到催化剂活化温度的时间，并且高效地将废气中的热能转换为电能。
另外，在本实施方式中，虽然采用催化剂活化温度自身作为根据催化剂9的催化剂活化温度设定的规定温度的阈值，但是也可以设定比催化剂活化温度低一些或者高一些的温度等。此外，虽然从废气的温度来推定催化剂9的温度，但是也可以是从发动机的运行状态或运行时间等来推定的方式。当然，也可以直接检测出催化剂9的温度。
下面对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式涉及的废气净化装置，其发电装置的结构不同于上述第一实施方式，其他方面具有与图1所示相同的结构。图4是本发明的第二实施方式涉及的废气净化装置的发电装置的平面剖面图。
如图4所示，本实施方式涉及的废气净化装置的发电装置20，具有筐体21，在筐体21上形成4条排气流路22。在各排气流路22上设有用于回收废气中含有的热能的散热片部件23。散热片部件23，具有传热部23A和散热片主体23B，从传热部23A延伸出多个散热片主体23B。
此外，在与筐体21的外框部上的散热片部件23对应的位置上，设有冷却水箱24。冷却水箱24，具有被相互固定的内框24A和外框24B，在内框24A上形成狭缝状的冷却水流路24C。从图1所示的冷却液管5供给的冷却水在冷却水流路24C中流通。
此外，热电转换组件25被固定在冷却水箱24的内框24A的散热片部件23一侧。热电转换组件25，与上述第一实施方式中采用的原理相同，是利用所谓的赛贝克效应将热能转换为电能的元件。该热电转换组件25，(通过薄片材料)与散热片部件23接触，从而成为可以传热的状态。
在冷却水箱24和筐体21之间，设有板簧26。板簧26，反力作用在筐体21上，并冷却水箱24向散热片部件23一侧施力。通过该板簧26的作用力，将热电转换组件25(通过薄片材料)顶在散热片部件23的传热部23A上。
另外，在散热片部件23的散热片主体23B周围，形成作为载热体收容部的油收容部27。在油收容部27上，可以填充作为载热体的油。在该油收容部27上连接有油出入口28以及空气出入口29。油从油出入口28出入于油收容部27，空气从空气出入口29出入于收容部27。这时，当油进入油收容部27时空气被排出，当油被排出时，空气被排出。
该油出入口28与图5所示的油流通管30连通，空气出入口29与空气流通管31连通。在油流通管30上设有油贮存部32，当油L没有被收容部27收容时，油被贮存在该油贮存部32中。此外，油流通管30以及空气流通管31，被分别连接到油移动活塞33上。通过使油移动活塞33移动，可以使油L在油收容部27和油贮存部32之间移动。在油移动活塞33上连接有控制装置7，控制装置7控制油移动活塞33。
在具有以上结构的本实施方式涉及的具有发电装置20废气净化装置中，与上述第一实施方式相同，根据由温度传感器10输出的温度信号推定催化剂9的温度。结果，当由控制装置7推定的催化剂9的温度在催化剂活化温度以上时，使泵6工作，使冷却水在发电装置20的冷却水箱24中循环。与此同时，控制装置7将控制信号输出给油移动活塞33，如图5(a)所示，通过油移动活塞33，使油L填充到发电装置20中的油收容部27中。
如果油L被填充到油收容部27中，那么在排气流路22中流通的废气含有的热量，被以相对于散热片主体23B的高传热状态传递。结果，在热电转换组件25中，可以利用散热片部件23和冷却水箱24之间的较大的温度差(吸收废气中的热量借助于油L而变热的传热部23A的温度和被冷却水冷却的内框24A的温度的差值)高效地将热能转换成电能。这时，虽然流向催化剂9的废气因热量被回收而温度变低，但是由于催化剂处于活化很高的状态，所以可以充分发挥净化作用。
另一方面，当催化剂9的温度低于催化剂活化温度时，从控制装置7向泵6输出停止信号，使泵6停止。与此同时，从控制装置7向油移动活塞33输出控制信号，如图5(b)所示，通过油移动活塞33，从油收容部27中除去油L，并收容在油贮存部32中，而成为空气进入油收容部27的状态。
如果油不被油收容部收容而成为空气进入的状态，那么当废气流通排气流路22时，热量从废气对于散热片主体23B的传递被进入油收容部27的空气隔断。由此，由于在散热片主体23B上几乎不传递来自废气的热量，所以废气维持原有的高温从发电装置20向催化剂9流出，因此，由于催化剂9被供给热量较大的废气，所以在短时间内就可以使催化剂9达到催化剂活化温度。
此外，当不进行热量回收时，使泵6停止，不进行冷却水的循环供给。由此，可以防止浪费用于使泵6工作的电力。
这样，在本实施方式涉及的具有发电装置20的废气净化装置中，也可以不延迟催化剂达到催化剂活化温度的时间，并且高效地将废气中具有的热能转换成电能。
接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式涉及的废气净化装置，其发电装置的结构不同于上述第一实施方式，其他方面具有与图1所示相同的结构。图6是本发明的第三实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的平面剖面图，图7是导向部件的扩大平面图，图8是沿图7的A-A线的剖面图。
如图6所示，本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置40具有筐体41，在筐体41的中央部分形成1条排气流路42。在排气流路42上设有多个散热片43。散热片43被安设在管状的传热部件44的内侧面上，散热片43和传热部件44例如通过挤压成形一体形成。
此外，在传热部件44的外周部上，沿圆周方向以相等间隔形成本发明中作为热回收部的8个传热部44A。传热部44A的外侧表面形成平面状，该平面被设置在处于从沿传热部件44内侧剖面的半径方向延伸的线稍微向外侧偏移的角度的位置上。
分别在这些传热部44A上设置热电转换组件45。该热电转换组件45，与上述各实施方式相同，是利用所谓的赛贝克效应将热能转换为电能的元件。通过该热电转换组件45与传热部44A接触，排气流路42内的废气的热量通过传热部件44被传递给热电转换组件45。在这些热电转换组件45上，分别安装冷却水箱46。在冷却水箱46上形成冷却水流路。
此外，在筐体41上设有包围整个冷却水箱46外侧的旋转导轨47，该旋转导轨47，与截面为圆形的排气流路42大致同心地设置。另外，在冷却水箱46的外侧，如图8所示，分别设有可沿旋转导轨47滑动的导向部件48。
金属丝49以贯通状态被安装在导向部件48的中央位置上。金属丝49将8个导向部件48全部连接起来，通过拉动金属丝49使导向部件48沿着旋转导轨47移动。金属丝49的一端部被连接在未图示的执行机构上，可以通过使执行机构工作来拉动金属丝49。
另外，导向部件48被未图示的弹簧推压，当不拉动金属丝49时，通过弹簧使热电转换组件45与传热部44A接触。通过使执行机构工作来反抗弹簧的作用力拉动金属丝49，而使导向部件48移动。此外，将来自控制装置7的控制信号输出给执行机构。控制装置7根据被推定的催化剂9的温度，将控制信号输出给执行机构。
在具有以上结构的本实施方式涉及的废气净化装置中，与上述第一实施方式相同，根据由温度传感器10输出的温度信号来推定催化剂9的温度。当由控制装置7推定的催化剂9的温度在催化剂活化温度以上时，使泵6工作，使冷却水在发电装置40的冷却水箱46中循环。与此同时，控制装置7，使执行机构不工作而使金属丝49松开，通过未图示的弹簧的作用力，如图9(a)所示，使热电转换组件45接触到传热部件44的传热部44A。另外，在图9中，省略旋转导轨47以及筐体41的图示。
这样，如果使热电转换组件45接触到传热部44A，那么通过散热片43回收的流经排气流路42的废气具有的热量，被以相对于热电转换组件45的高传热状态传递。结果，在热电转换组件45中，可以利用传热部件44和冷却水箱46之间的较大温度差(因吸收废气中的热量而变热的传热部44A的温度和被冷却水冷却的冷却水箱46的温度的差值)，高效地将热能转换为电能。这时，虽然流出催化剂9的废气因被回收了热量而温度变低，但是由于催化剂9处于活化高的状态，所以仍然可以充分发挥净化作用。
另一方面，当催化剂9的温度低于催化剂活化温度时，控制装置7向泵6输出停止信号，使泵6停止。与此同时，由控制装置7向执行机构输出工作信号，通过执行机构来拉动金属丝49。通过执行机构拉动金属丝49，则导向部件48沿着旋转导轨47移动。这时，由于通过旋转导轨47的中心的直线和导向部件48的中心轴偏移，所以，如图9(b)所示，通过拉动金属丝49而使热电转换组件45和传热部44A分离。
如果热电转换组件45和传热部44A分离，则在热电转换组件45和传热部44A之间形成空气层，从而使流经排气流路42中的废气中的热量，不会通过传热部件44传递给热电转换组件45。所以，废气从维持原有高温的发电装置40向催化剂9流出。因此，由于催化剂9被供给热量较大的废气，所以可以在短时间内就使催化剂9达到催化剂活化温度。
此外，当不进行热量回收时，使泵6停止而不进行冷却水的循环供给。因此，不会白白浪费用于使泵6工作的电力。
接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。本实施方式涉及的废气净化装置，其发电装置的结构不同于上述第一实施方式，其他方面具有与图1所示相同的结构。图10是本发明的第四实施方式涉及的废气净化装置中发电装置的平面剖面图。
如图10所示，本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置50，具有筐体51，在筐体51上形成4条废气流路52。在各废气流路52上，设有用于回收废气中含有的热能的散热片部件53。
散热片部件53，具有传热部53A和散热片主体53B，从传热部53A延伸出多个散热片主体53B。散热片主体53B设在传热部53A中央部的部分很大，并且越往边缘其大小越小。此外，在设有传热部53A的散热片主体53B的表面上，形成与热电转换组件25的接触面53C。
传热部53A，可以通过流经排气流路52的废气的温度产生变形。即，传热部53A由可热变形的材料构成。当发电装置50没有被充分预热而温度低时，如图11(a)所示，与热电转换组件25的接触面53C为曲面。此外，当发电装置50被充分预热而温度升高时，如图11(b)所示，与热电转换组件25的接触面53C为平面。
此外，冷却水箱54被安装在与筐体51的外框部的散热片部件53对应的位置上，冷却水箱54具有内框54A和外框54B。外框54B被固定在筐体的外框部上，内框54A被固定在外框54B上。在内框54A上，形成狭缝状的冷却水流路54C，从图1所示的冷却液管5供给的冷却水在冷却水流路54C中流通。
在具有以上结构的本实施方式涉及的废气净化装置中，与上述第一实施方式相同，根据由图1所示的温度传感器10输出的温度信号来定催化剂9的温度。其结果，当由控制装置7推定的催化剂的温度在催化剂活化温度以上时，使泵6工作，从而使冷却水在发电装置50的冷却水箱54内循环。
当催化剂处于温度很低而不能充分发挥其净化能力的状态时，发电装置50的温度也变低。当发电装置50的温度很低时，散热片部件53，如图11(a)所示，接触面53成为曲面状。另外，这时，散热片主体53B彼此间成为大致相互平行的状态。接触面53C的成为曲面状时，接触面53C和热电转换组件25的接触面积变小。结果，热电转换组件25中的热能向电能的转换量变少，那样由于可以将较多热量供给催化剂9，所以在短时间内就可以使催化剂9达到催化剂活化温度。另一方面，如果催化剂9被预热而温度升高，那么发电装置50与催化剂9同时被预热，如图11(b)所示，接触面53C近似于平面。另外，这时，邻接的散热片主体53B彼此间的前端部的间隔因变形而变宽。
散热片部件53产生这样的变形，是由散热片部件53上的2个温度分布(温度差)引起的。其1是，传热部53A上的排气流路52一侧和热电转换组件25一侧的温度差。关于传热部53A上的排气流路52一侧和热电转换组件25一侧的温度，在排气流路52一侧升高。如果排气流路52一侧的温度升高，那么如图12(a)所示，传热部53A上的排气流路52一侧膨胀而大于热电转换组件25一侧。
其2是，设在传热部53A中央部的散热片主体53B和设在端部的散热片主体53B之间的温度差。设在传热部53A中央的散热片主体53B大于设在端部的散热片主体53B，其表面积也大。因此，如图12(b)所示，中央部的散热片主体53B，从废气中吸收的热量大于设在端部的散热片主体53B。
通过这样的2个温度分布，散热片部件53上的传热部53A，如图12(c)所示，全部向热电转换组件25一侧翘曲。结果，与热电转换组件25的接触面53C成为近似于平面的形状。
这样，由于散热片部件53上的与热电转换组件25的接触面53C近似于平面或变为平面，所以散热片部件53的传热部53A与热电转换组件25之间的接触面积变大，从而可以高效地回收废气中的热量。即，在热电转换组件25中，可以利用散热片部件53和冷却水箱54之间的较大温度差(因吸收废气中的热量而变热的传热部53A的温度和被冷却水冷却的内框54A的温度的差值)，高效地将热能转换为电能。
下面说明本发明的第五实施方式。本实施方式涉及的废气净化装置，其发电装置的结构不同于上述第一实施方式，其他方面，具有与图1所示相同的结构。图13是本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的主要部分平面剖面图。
如图13所示，本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置60，具有排气流路62。排气流路62也在与在上述第四实施方式中说明的图10所示的筐体51相同的筐体内形成。此外，与上述第四实施方式相同，在筐体内形成4条该排气流路62。
在各排气流路62上，设有用于回收废气中含有的热能的散热片部件63。散热片部件63，具有传热部63A和散热片部件主体63B，从传热部63A延伸出多个散热片主体63B。此外，在传热部63A的侧端形成凸缘63C，在传热部63A和凸缘63C之间，设有作为本发明的软硬转变部件的缓冲垫64。
如图14所示，缓冲垫64具有作为固液转变部件的焊锡64A以及柔性盒64B。焊锡64A，根据散热片部件63以及热电转换组件25的温度变成固体(固相)或液体(液相)。当散热片部件63以及热电转换组件25为高温时，焊锡64A变成液体；当散热片部件63以及热电转换组件25为低温时，焊锡64A变成固体。此外，作为固液转变部件，还可以利用焊锡以外的铅等熔点较低的金属。
热电转换组件25被以对接状态设在缓冲垫64上的散热片部件63的相反一侧。缓冲垫64被设在散热片部件63和热电转换组件25之间，并以热电转换组件25来传递由散热片部件63回收的热量。
在具有以上结构的本实施方式涉及的废气净化装置中，与上述第一实施方式相同，根据由温度传感器10输出的温度信号来推定催化剂9的温度。结果，当由控制装置7推定的催化剂9的温度在催化剂活化温度以上时，使泵6工作，使冷却水在发电装置60的冷却水箱54中循环。
当催化剂9处于温度低而不能充分发挥其净化能力的状态时，发电装置60的温度也变低。所以，如图14(a)所示，缓冲垫64上的焊锡64A变成固体，焊锡64A变成块状。因此，可以在缓冲垫64和散热片部件63之间形成间隙，处于缓冲垫64和散热片部件63的接触面积非常小的状态。
如果焊锡64A变成固体，缓冲垫64与散热片部件63的接触面积变得很小，那么热电转换组件25上的热能向电能的转换量变少，从而可以将较多热量供给催化剂9。因此，由于可以在预热前将较多热量供给催化剂9，所以可以在短时间内就使催化剂9达到催化剂活化温度。
另一方面，当催化剂9处于温度升高，从而可以充分发挥其净化能力的状态时，发电装置60的温度也升高。这时，如图14(b)所示，焊锡64A变成液体，变得可以流动。如果焊锡64A可以变形，那么由于即使当散热片部件63因热变形时缓冲垫64也追随其变形，所以可以保持缓冲垫64与散热片部件63接触面积较大的状态。
这时，由于催化剂9处于被充分预热的状态，所以不再需要用于预热催化剂9的热量，从而可以将较多的热能转换为电能。因此，由于焊锡64A变成液体而使缓冲垫64与散热片部件63的接触面积变大，所以可以利用散热片部件63和冷却水箱54之间的较大温度差(充分传递了散热片部件63的热量的缓冲垫64的温度和被冷却水冷却的冷却水箱54的温度的差值)高效地将热能转换为电能。
下面，说明本发明的第六实施方式。本实施方式涉及的废气净化装置，其发电装置的结构不同于上述第一实施方式，其他方面具有与图1所示相同的结构。图15是本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置的主要部分平面剖面图。
如图15所示，本实施方式涉及的废气净化装置中的发电装置70，具有排气流路72。排气流路72也在与在上述第四实施方式中说明的图10所示的筐体51相同的筐体内形成。此外，与上述第四实施方式相同，在筐体内形成4条该排气流路72。
在各排气流路72上，设有用于回收废气中含有的热能的散热片部件73。散热片部件73，具有传热部73A和散热片主体73B，从传热部73A延伸出多个散热片主体73B。此外，在传热部73A未设有散热片主体73B的一面形成凹部，并固定密封该凹部的盖部件73C。
在形成于传热部73A的凹部上，封入作为固液转变部件的焊锡74。此外，热电转换组件25被安装在盖部件73C的不对这着传热部73A一侧的表面上。此外，冷却水箱54被安装在热电转换组件25的与散热片部件73相反一侧的表面上。
在具有以上结构的本实施方式涉及的废气净化装置中，与上述第一实施方式相同，根据由温度传感器10输出的温度信号来定催化剂9的温度。结果，当由控制装置7推定的催化剂9的温度在催化剂活化温度以上时，使泵6工作而使冷却水在发电装置70的冷却水箱54中循环。
当催化剂9处于温度较低而不能充分发挥其净化能力的状态时，发电装置70的温度也变低。因此，被封入传热部73A的凹部的焊锡74变成固体。由于在变成固体的焊锡74上含有由多个气泡产生的空隙，所以通过使该焊锡74介于散热片部件73和热电转换组件25之间，而成为热量热片部件73对热电转换组件25的传递率较低的状态。
如果热量从散热片部件73对热电转换组件25的热传递率变低，那么从废气中获得较少热量即可，从而可以将较多热量供给催化剂9。所以由于可以在预热前将较多热量供给催化剂9，所以可以使催化剂9在短时间内就达到催化剂活化温度。
另一方面，当催化剂9的温度高从而可以充分发挥其净化能力的状态时，发电装置60的温度也变高。这时，焊锡74变成液体，变得可以流动。如果焊锡74可以产生变形，那么由于对散热片部件73的接触性提高，所以可以提高从散热片部件73对热电转换组件25的传热性。尤其是，由于焊锡74具有流动性，即使在散热片部件73发生变形时，因为焊锡74追随着该变形，所以可以维持较高的传热性。
这时，由于催化剂9处于被充分预热的状态，所以不再需要用于预热催化剂9的热量，从而可以将较多的热能转换为电能。因此，由于焊锡74变成液体而使对热电转换组件25的传热性升高，所以可以利用散热片部件73和冷却水箱54之间的较大温度差(通过焊锡74充分传递了散热片主体73B的热量的盖部件73C的温度和被冷却水冷却的内框54A的温度的差值)高效地将热能转换为电能。
根据本发明涉及的废气净化装置，可以不延长催化剂达到催化剂活化温度的时间，并且高效地回收废气具有的热能，转换为电能。
权利要求
1.一种废气净化装置，具有具有利用废气中的热量进行热电转换的热电转换元件的发电装置和设置在所述发电装置内或所述发电装置排气下游的排气净化催化剂；其特征在于，还具有可以将从废气向所述热电转换元件的热传递状态改变为高传热状态和低传热状态的可变传热装置，所述可变传热装置，当所述排气净化催化剂的温度高于规定温度时，使从废气向所述热电转换元件的热传递状态为高传热状态。
2.如权利要求1所述的废气净化装置，所述规定温度是所述排气净化催化剂的活化温度。
3.如权利要求1所述的废气净化装置，所述规定温度是根据所述排气净化催化剂的活化温度设定的温度。
4.如权利要求1所述的废气净化装置，所述可变传热装置具有回收废气中的热量的热回收部和冷却液通路；所述热回收部和所述冷却液通路，被分别设置在所述热电转换元件的两侧；使所述热电转换元件可以相对所述热回收部移动；所述可变传热装置，当冷却水在所述冷却液通路中循环时，使所述热电转换元件与所述热回收部接触而为高传热状态，当冷却液不在所述冷却液通路中循环时，使所述热电转换元件与所述热回收部分离而为低传热状态。
5.如权利要求1所述的废气净化装置，所述可变传热装置具有具有载热体收容部的热回收部；使载热体收容于所述载热体收容部来实现高传热状态，通过不使载热体收容于所述载热体收容部来实现低传热状态。
6.如权利要求5所述的废气净化装置，所述可变传热装置还具有冷却液通路；所述热回收部和所述冷却液通路被分别设置在所述热电转换元件的两侧；所述可变传热装置，当使载热体收容于所述载热体收容部时使冷却水在所述冷却液通路中循环，当不使载热体收容于所述载热体收容部时使冷却水不在所述冷却液通路中循环。
7.如权利要求1所述的废气净化装置，所述可变传热装置，被设置在排气流路的周围，并且具有回收废气中的热量的热回收部；所述热电转换元件，被可沿所述热回收部外周移动地设置，并根据移动位置有选择地控制与热回收部的接触/分离；所述可变传热装置，使所述热电转换元件与所述热回收部接触而实现高传热状态，使所述热电转换元件与所述热回收部分离而实现低传热状态。
8.如权利要求7所述的废气净化装置，通过拉动所述热电转换元件使所述热电转换元件以所述热电转换元件的一端部为支点相对所述热回收部旋转，从而使所述热电转换元件与所述排气流路分离。
9.如权利要求7所述的废气净化装置，所述可变传热装置还具有冷却液通路；所述热回收部和所述冷却液通路被分别设置在所述热电转换元件的两侧；所述可变传热装置，当使所述热电转换元件与所述热回收部接触时使冷却水在所述冷却液通路中循环，当使所述热电转换元件与所述热回收部分离时使冷却水不在所述冷却液通路中循环。
10.如权利要求1所述的废气净化装置，所述可变传热装置具有回收废气中的热量的热回收部，所述热回收部的与所述热电转换元件的接触面可以热变形；所述热回收部在高热时，所述接触面与所述热电转换元件的接触面积比在低热时大。
11.如权利要求10所述的废气净化装置，所述接触面，当所述接触面积大时为平面，当所述接触面积小时为曲面。
12.如权利要求10所述的废气净化装置，所述可变传热装置还具有冷却液通路；所述热回收部和所述冷却液通路被分别设置在所述热电转换元件的两侧；所述可变传热装置，当所述接触面积大时使冷却水在所述冷却液通路中循环，当所述接触面积小时使冷却水不在所述冷却液通路中循环。
13.如权利要求1所述的废气净化装置，所述可变传热装置，具有回收废气中的热量的热回收部；在所述热回收部和所述热电转换元件之间设有软硬转变部件；当所述软硬转变部件很时实现高传热状态，当所述软硬转变部件硬时实现低传热状态。
14.如权利要求13所述的废气净化装置，所述软硬转变部件，在柔性盒内收容固液转变部件而形成。
15.如权利要求13所述的废气净化装置，由于所述软硬转变部件根据温度改变硬度，所以在高温时变软使所述所述热回收部和所述热电转换元件之间的紧贴增强，在低温时变硬使所述所述热回收部和所述热电转换元件之间的紧贴减弱。
16.如权利要求15所述的废气净化装置，所述可变传热装置还具有冷却液通路；所述热回收部和所述冷却液通路，被分别设置在所述热电转换元件两侧；所述可变传热装置，当所述软硬转变部件很软时使冷却水在所述冷却液通路中循环，当所述软硬转变部件很硬时使冷却水不在所述冷却液通路中循环。
全文摘要
本发明的废气净化装置，具有具有利用废气的热量进行热电转换的热电转换元件的发电装置，设置在该发电装置内或发电装置的排气下游一侧的排气净化催化剂，和可以将从废气向热电转换元件的热传递状态改变为高传热状态和低传热状态的可变传热装置。可变传热装置，当排气净化催化剂的温度高于规定温度时，使从废气向热电转换元件的热传递状态为高传热状态。通过这样，可以不延长排气净化催化剂达到催化剂活化温度的时间，并且高效地回收废气中含有的热能，转换为电能。
文档编号H02N11/00GK1605740SQ20041008333
公开日2005年4月13日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年10月6日
发明者佐佐木俊武, 村田清仁 申请人:丰田自动车株式会社