CN102792579B

CN102792579B - 发电系统

Info

Publication number: CN102792579B
Application number: CN201180013865.6A
Authority: CN
Inventors: 金允护; 芹泽毅; 田中裕久; 中山忠亲; 武田雅敏; 山田升; 新原晧一
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102792579A; DE112011101493T5; JP2012010592A; US9190597B2; WO2011135970A1; JP2011250675A; US20130002091A1; JP5865646B2

Abstract

本发明提供一种能够以更优良的效率蓄电的发电系统。发电系统(1)具备：热源(2)，温度历时性地升降；第1设备(3)，通过热源(2)的温度变化而电极化；以及第2设备(4)，用于从第1设备(3)取出电力。根据这样的发电系统(1)，由于使用温度历时性地升降的热源(2)，所以能够取出变动的电压，其结果，相比于作为恒定电压取出的情况，能够通过简易的结构，高效地升压并蓄电。

Description

发电系统

技术领域

本发明涉及发电系统。

背景技术

以往，在汽车引擎等内燃机、锅炉、空调设施等热交换器、发电机、马达等电动机构、照明等发光装置等各种能量利用装置中，例如，作为排热、光等，释放以及损失大量的热能。

近年来，根据节能的观点，要求回收所释放的热能并再用作能量源，作为这样的方法，例如，提出有在汽车的废气系统中，在排气净化催化剂以及消音器之间设置废气热交换器，并在该废气热交换器中，使排气管中的废气均匀化，并且在排气管以及冷却器之间配置由Bi2Te3构成的热电元件(热电模块)而成的热电发电机(TEG)(例如，参照下述非专利文献1)。

在该热电发电机中，在被废气加热的排气管与冷却器之间配置热电元件，使其一方面以及另一方面产生温度差，通过热电元件的塞贝克效应，进行发电。这样得到的电力通常经由升压型DC－DC转换器等而蓄电到车载电池等，并根据需要适宜使用。

非专利文献1：MTZMotortechnischeZeitschrift0412009Volume70(出版社vieweg)

发明内容

但是，在上述非专利文献1记载的热电发电机中，在排气净化催化剂以及消音器之间使用均匀化的废气、即恒定温度的废气来进行发电。通过这样的方法得到的电力的电压小并且恒定(直流电压)，所以存在无法通过简易的结构高效地升压，蓄电效率不佳这样的缺陷。

本发明的目的在于提供一种能够以更优良的效率进行蓄电的发电系统。

本发明提供一种发电系统，其特征在于具备：热源，温度历时性地升降；第1设备，通过所述热源的温度变化而电极化；以及第2设备，用于从所述第1设备取出电力。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述热源周期性地进行温度变化。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述第2设备将电力取出为周期性地变动的波形。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述热源是内燃机。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述第1设备通过压电效应而电极化。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述第1设备通过焦热电效应而电极化。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述第1设备通过塞贝克效应而电极化。

另外，在本发明的发电系统中，其特征在于：所述热源具有多个，通过多个所述热源间的切换，产生温度变化。

根据本发明的发电系统，使用温度历时性地升降的热源，所以能够取出变动的电压，其结果，相比于作为恒定电压取出的情况，能够通过简易的结构，高效地升压而蓄电。

附图说明

图1是示出本发明的发电系统的一个实施方式的概略结构图。

图2是示出图1所示的第1设备的一个实施方式的概略结构图。

图3是示出图1所示的第1设备的另一实施方式的概略结构图。

图4是示出对本发明的发电系统进行车载的一个实施方式的概略结构图。

图5是图4所示的发电系统的主要部分放大图。

图6是在实施例1中使用的发电系统的概略结构图。

图7是示出在实施例1中得到的发电电压与温度变化的关系的曲线。

图8是在实施例2中使用的发电系统的概略结构图。

图9是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：0.12Hz)的关系的曲线。

图10是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：0.13Hz)的关系的曲线。

图11是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：0.38Hz)的关系的曲线。

图12是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：0.56Hz)的关系的曲线。

图13是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：0.80Hz)的关系的曲线。

图14是示出在实施例2中得到的发电电压与断续光的照射周期(斩波频率：1.06Hz)的关系的曲线。

图15是示出在实施例3中得到的发电电压与热风的照射周期的关系的曲线。

图16是在图15中将作为加热/放冷＝10s/20s的范围放大而示出的图。

图17是在图15中将作为加热/放冷＝5s/15s的范围放大而示出的图。

图18是示出在实施例4中得到的发电电压与热风的照射周期(加热/放冷＝250s/250s)的关系的曲线。

图19是示出在实施例4中得到的发电电压与热风的照射周期(加热/放冷＝100s/100s)的关系的曲线。

图20是示出在实施例4中得到的发电电压与热风的照射周期(加热/放冷＝10s/15s)的关系的曲线。

具体实施方式

图1是示出本发明的发电系统的一个实施方式的概略结构图。

在图1中，发电系统1具备温度历时性地升降的热源2、通过热源2的温度变化而电极化的第1设备3、以及用于从第1设备3取出电力的第2设备4。

作为热源2，只要是温度历时性地升降的热源，则没有特别限制，例如，可以举出内燃机、发光装置等各种能量利用装置。

内燃机例如是输出车辆等的动力的装置，例如，采用单气缸型或者多气缸型，并且在该各气缸中，采用多循环方式(例如，2循环方式、4循环方式、6循环方式等)。

在这样的内燃机中，在各气缸中，反复活塞的升降运动，由此，例如，在4循环方式中，依次实施吸气工序、压缩工序、爆发工序、排气工序等，燃料被燃烧，输出动力。

在这样的内燃机中，在排气工序中，高温的废气经由废气管被排气。此时，废气管授受废气的热能，温度上升。

另一方面，在其他工序(除了排气工序的工序)中废气管中的废气量降低，所以废气管授受的热能降低，其结果，废气管的温度降低。

这样，内燃机的温度在排气工序中上升，在吸气工序、压缩工序以及爆发工序中下降，即历时性地升降。

特别，上述各工序根据活塞循环而周期性地依次反复，所以内燃机中的各气缸的废气管伴随上述各工序的反复周期，温度周期性地变化，更具体而言，高温状态和低温状态周期性地反复。

发光装置在点亮(发光)时，例如通过红外线、可见光等光的热能而其温度上升，另一方面，在熄灭时其温度降低。因此，发光装置通过历时性地点亮(发光)以及熄灭，其温度历时性地升降。

特别，例如，在发光装置是照明的点亮以及熄灭历时性断续地反复的发光装置(明灭(点灭)式的发光装置)的情况下，该发光装置通过点亮(发光)时的光的热能，其温度周期性地变化，更具体而言，高温状态和低温状态周期性地反复。

另外，作为热源2，进而，例如，具备多个热源，还能够通过这些多个热源间的切换来产生温度变化。

更具体而言，例如，作为热源，可以举出准备低温热源(冷却材料等)和温度比该低温热源高的高温热源(例如，加热材料等)这2个热源，并历时性地交替切换而使用这些低温热源以及高温热源的方式。

由此，能够使作为热源的温度历时性地升降，特别，通过使低温热源以及高温热源的切换周期性地反复，能够周期性地进行温度变化。

作为具备可切换的多个热源的热源2，没有特别限制，例如，可以举出燃烧用低温空气供给系、蓄热式热交换器、高温气体排气系、以及具备供给/排气切换阀的高温空气燃烧炉(例如，日本再公表96－5474号公报记载的高温气体发生装置)、例如使用了高温热源、低温热源以及储氢合金的海水交换装置(储氢合金致动器式海水交换装置)等。

作为这些热源2，能够将上述热源单独使用或者并用2种以上。

作为热源2，优选为根据历时性而周期性地进行温度变化的热源。

另外，作为热源2，优选为内燃机。

第1设备3是根据热源2的温度变化而电极化的设备。

此处所称的电极化定义为：由于与晶体的形变相伴的正负离子的变位引起感应分极而产生电位差的现象、例如由于压电效应和/或温度变化引起介电常数变化而产生电位差的现象、例如由于焦热电效应和/或温度变化或温度梯度等在电荷中发生偏置而产生电位差的现象、例如如塞贝克效应等那样当在材料的两端产生温度差则发生电动势的现象。

作为这样的第1设备3，更具体而言，例如，可以举出通过焦热电效应而电极化的设备、通过塞贝克效应而电极化的设备、通过压电效应而电极化的设备等。

焦热电效应例如是在对绝缘体(电介体)等进行加热以及冷却时，根据该温度变化而使绝缘体电极化的效应(现象)，包括第1效应以及第2效应。

第1效应是在绝缘体的加热时以及冷却时，通过其温度变化而自发分极，在绝缘体的表面产生电荷的效应。

另外，第2效应是在绝缘体的加热时以及冷却时，通过其温度变化而在晶体构造中产生压力变形，通过对晶体构造施加的应力或者形变，产生压电分极的效应(压电(piezo)效应)。

作为通过这样的焦热电效应而电极化的设备，没有特别限制，而能够使用公知的焦热电元件。

在作为第1设备3使用了焦热电元件的情况下，焦热电元件被配置成例如针对热源2接近或者经由后述电极接触。

在这样的情况下，焦热电元件通过热源2的历时性性的温度变化而加热或者冷却，通过该焦热电效应(包括第1效应以及第2效应)电极化。由此，详细后述，经由第2设备4，从焦热电元件取出电力。

另外，这样的焦热电元件通常维持加热状态或者冷却状态，如果其温度恒定，则电极化被中和，之后，被冷却或者加热，从而再次电极化。

因此，在如上所述，热源2周期性地进行温度变化，高温状态和低温状态周期性地反复的情况等下，焦热电元件周期性地反复加热以及冷却，焦热电元件的电极化及其中和周期性地反复。

其结果，通过后述第2设备4，将电力作为周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)而取出。

塞贝克效应是例如如果在金属或者半导体的两端产生温度差，则根据该温度差而在金属或者半导体中产生电动势的效应(现象)。

作为通过这样的塞贝克效应而电极化的设备，没有特别限制，能够使用公知的热电变换元件。

在作为第1设备3使用了热电变换元件的情况下，热电变换元件被配置成例如其一方侧端部针对热源2接近或者经由后述电极接触，并且另一方侧端部远离热源2。

在这样的情况下，在热电变换元件中，仅该一方侧端部通过热源2的历时性的温度变化而加热或者冷却，在该热电变换元件的两端(一方侧端部以及另一方侧端部之间)中，产生温度差。此时，通过塞贝克效应，在热电变换元件中产生电动势。由此，详细后述，经由第2设备4，从热电变换元件取出电力。

另外，这样的热电变换元件在其两端中的温度差大的情况下，电动势变高，能够取出高电力，另一方面，在温度差小的情况下，电动势变小，所取出的电力降低。

因此，在如上所述，热源2的温度周期性地变化，高温状态和低温状态周期性地反复的情况等下，热电变换元件的一方侧端部的温度周期性地反复升降，所以与其对应地，电动势的大小的程度周期性地升降。

压电效应是在施加了应力或者形变时，根据该应力或者形变的大小而电极化的效应(现象)。

作为通过这样的压电效应电极化的第1设备3，没有特别限制，例如，能够使用薄膜型、衬底型等公知的压电元件(压电元件)。

在作为第1设备3使用了压电元件的情况下，压电元件被配置成例如其周围被固定部件固定，在体积膨胀被抑制了的状态下，针对热源2接近或者经由后述电极接触。作为固定部件，没有特别限制，例如还能够使用后述第2设备4(例如，电极等)。

另外，在这样的情况下，压电元件通过热源2的历时性性的温度变化而加热或者冷却，由此，膨胀或者收缩。

此时，压电元件通过固定部件其体积膨胀被抑制，所以压电元件被固定部件按压，通过压电效应而电极化。由此，详细后述，经由第2设备4，从热电变换元件取出电力。

另外，这样的压电元件通常维持加热状态或者冷却状态，如果其温度成为恒定(即，体积恒定)，则电极化被中和，之后冷却或者加热，从而再次电极化。

因此，在如上所述，热源2的温度周期性地变化，高温状态和低温状态周期性地反复的情况等下，压电元件周期性地反复加热以及冷却，所以压电元件的电极化及其中和周期性地反复。

其结果，通过后述第2设备4，将电力作为周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)取出。

这些第1设备3能够单独使用或者并用2种以上。

图2是示出图1所示的第1设备的一个实施方式的概略结构图。

上述第1设备3还能够如图2所示，例如层叠配置。

在这样的情况下，在多个第1设备3(优选焦热电元件)之间，介有后述第2设备4(例如，电极、导线等)，由此，以在电极化时成为电气地串联的方式连接各第1设备3。

然后，将这样得到的第1设备3的层叠体如图1所示，配置成与热源2接触或者接近，对层叠的各第1设备3同时进行加热或者冷却。

由此，能够使多个第1设备3同时电极化，并将它们电气地串联连接，其结果，相比于单独(作为单层)使用第1设备3的情况，能够取出大的电力。

图3是示出图1所示的第1设备的另一实施方式的概略结构图。

上述第1设备3还能够如图3所示，例如同一面状地排列配置来使用。

在这样的情况下，将多个第1设备3之间通过后述第2设备4(例如，电极、导线等)连接成在电极化时电气地成为串联。

然后，将这样排列配置的多个第1设备3如图1所示，配置成与热源2接触或者接近，对排列配置的各第1设备3同时进行加热或者冷却。

由此，能够使多个第1设备3同时电极化，能够将它们电气地串联连接，其结果，相比于单独使用第1设备3的情况，能够取出更大的电力。

另外，此时，例如，在第1设备3是焦热电元件的情况、仅使用由p型半导体构成的热电变换元件或者由n型半导体构成的热电变换元件的情况等下，各第1设备3以使与热源2接触或者接近的一方侧都成为正极或者负极，使远离热源2的另一方侧都成为负极或者正极的方式电极化(参照图3(a))。

因此，在这样的情况下，第1设备3的与热源2接触或者接近的一侧、和其他第1设备3的远离热源2的一侧电连接。

另一方面，例如，在作为第1设备3，使用由p型半导体构成的热电变换元件、以及由n型半导体构成的热电变换元件，并将它们交替配置的情况等下，由p型半导体构成的热电变换元件、和由n型半导体构成的热电变换元件在逆方向上电极化，所以在各第1设备3的与热源2接触或者接近的一方侧，交替排列配置正极以及负极。

因此，在这样的情况下，第1设备3的与热源2接触或者接近的一侧、和其他第1设备3的与热源2接触或者接近的一侧电连接，并且，第1设备3的远离热源2的一侧、和其他第1设备3的远离热源2的一侧电连接(参照图3(b))。

在图1中，第2设备4用于从第1设备3取出电力。

这样的第2设备4更具体地虽然没有特别限制，但例如具备夹着上述第1设备3而对向配置的2个电极(例如，铜电极、银电极等)、例如与这些电极连接的导线等，并与第1设备3电连接。

然后，在图1所示的发电系统1中，该第2设备4与升压器5、交流/直流变换器(AC－DC转换器)6以及电池7依次电连接。

通过这样的发电系统1，在发电中，例如，首先，使热源2的温度历时性地升降，优选周期性地温度变化，并根据该温度变化，使上述第1设备3优选周期性地电极化。之后，通过经由第2设备4，将电力作为根据第1设备3的周期性的电极化而周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)取出。

在这样的热电系统1中，对于热源2的温度，高温状态下的温度例如是500～1200℃、优选为700～900℃，低温状态下的温度小于上述高温状态下的温度、更具体而言例如是200～800℃、优选为200～500℃，高温状态与低温状态的温度差例如是10～600℃、优选为20～500℃。

另外，这些高温状态和低温状态的反复周期例如是10～400循环/秒、优选为30～100循环/秒。

然后，使这样通过发电系统1取出的电力在与第2设备4连接的升压器5中，以周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)的状态升压。作为升压器5，使用了能够将交流电压例如通过使用了线圈、电容器等的简易的结构高效地升压的升压器。

接下来，在将由升压器5升压了的电力在交流/直流变换器6中变换为直流电压之后，蓄电到电池7。

根据这样的发电系统1，由于使用温度历时性地升降的热源2，所以能够取出变动的电压(例如，交流电压)，其结果，相比于作为恒定电压(直流电压)取出的情况，能够通过简易的结构，高效地升压并蓄电。

另外，只要热源2是温度周期性地变化的热源，就能够将电力作为周期性地变动的波形而取出，其结果，能够通过简易的结构，以更优良的效率升压并蓄电。

图4是示出本发明的发电系统被车载的一个实施方式的概略结构图。

在图4中，汽车10具备内燃机11、催化剂搭载部12、排放管13、消音器14以及排出管15。

内燃机11具备引擎16、以及排放歧管17。

引擎16是4气缸型4循环方式的引擎，对各气缸连接了排放歧管17的分岐管18(后述)的上游侧端部。

排放歧管17是为了收容从引擎16的各气缸排出的废气而设置的排气多岐管，具备与引擎16的各气缸连接的多个(4个)分岐管18(在需要将它们区分的情况下，从图4的上侧依次称为分岐管18a、分岐管18b、分岐管18c以及分岐管18d)、和在这些分岐管18的下游侧将各分岐管18合并为1个的集气管19。

在这样的排放歧管17中，分岐部18的上游侧端部分别与引擎16的各气缸连接，并且分岐管18的下游侧端部和集气管19的上游侧端部连接。另外，集气管19的下游侧端部与催化剂搭载部12的上游侧端部连接。

催化剂搭载部12例如具备催化剂载体以及在该载体上涂敷的催化剂，为了净化从内燃机11排出的废气中包含的烃(HC)、氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)等有害成分，与内燃机11(排放歧管17)的下游侧端部连接。

排放管13是为了将在催化剂搭载部12中净化了的废气引导至消音器14而设置的，上游侧端部与催化剂搭载部12连接，并且下游侧端部与消音器14连接。

消音器14是为了对在引擎16(特别，爆发工序)中产生的噪音进行静音化而设置的，其上游侧端部与排放管13的下游侧端部连接。另外，消音器14的下游侧端部与排出管15的上游侧端部连接。

排出管15是为了将从引擎16排出并依次通过排放歧管17、催化剂搭载部12、排放管13以及消音器14而净化以及静音化后的废气释放到外气而设置的，其上游侧端部与消音器14的下游侧端部连接，并且其下游侧端部与外气开放。

另外，该汽车10如图4的虚线所示，搭载了发电系统1。

图5是图4所示的发电系统的主要部分放大图。

在图5中，发电系统1如上所述，具备热源2、第1设备3以及第2设备4。

在该发电系统1中，作为热源2，使用了内燃机11中的排放歧管17的分岐管18，并在该分岐管18的周围，配置了第1设备3。

作为第1设备3，如上所述，能够使用公知的焦热电元件(例如，BaTiO₃、CaTiO₃、(CaBi)TiO₃、BaNd₂Ti₅O₁₄、BaSm₂Ti₄O₁₂、锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O₃)等)、公知的热电变换元件(例如，Bi－Te系热电变换元件(例如，Bi₂Te₃、Bi₂Te₃/Sb₂Te₃等))、PbTe、AgSbTe₂/GeTe、NaCo₂O₄、CaCoO₃、SrTiO₃/SrTiO₃：Nb、SiGe、β－FeSi₂、Ba₈Si₄₆、Mg₂Si、MnSi_1.73、ZnSb、Zn₄Sb₃、CeFe₃CoSb₁₂、LaFe₃CoSb₁₂、SrTiO₃/SrTiO₃：Nb/SrTiO₃、Si纳米线阵列、NaCo₂O₄、(Ce_1－xLa_x)Ni₂、(Ce_1－xLa_x)In₃、CeInCu₂、NaV₂O₅、V₂O₅等)、公知的压电元件(例如，水晶(SiO₂)、氧化锌(ZnO)、罗谢尔盐(钠钾酒石酸)(KNaC₄H₄O₆)、锆钛酸铅(PZT：Pb(Zr，Ti)O₃)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)、四硼酸锂(Li₂B₄O₇)、兰克赛(La₃Ga₅SiO₁₄)、氮化铝(AlN)、电气石(电石)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等)等。

在第1设备3是焦热电元件和/或压电元件(绝缘体(电介体))的情况下，其居里点例如是－77℃以上、优选为－10℃以上，例如是1300℃以下、优选为900℃以下。

另外，第1设备3(绝缘体(电介体))的相对介电常数例如是1以上、优选为100以上、更优选为2000以上。

在这样的发电系统1中，第1设备3(绝缘体(电介体))的相对介电常数越高，能量变换效率越高，而能够以高电压取出电力，但如果第1设备3的相对介电常数小于上述下限，则有时能量变换效率低，而所得到的电力的电压变低。

另外，第1设备3(绝缘体(电介体))通过热源2的温度变化而电极化，但该电极化可以是电子分极、离子分极以及取向分极中的任意一个。

例如，在通过取向分极而体现分极的材料(例如，液晶材料等)中，通过使其分子构造变化，能够提高发电效率。

在第1设备3是热电变换元件的情况下，其性能例如如下述式(1)所示。

ZT＝S²σT/κ(1)

(在式中，Z表示性能指数，T表示绝对温度，S表示塞贝克系数，σ表示电气传导率，κ表示热传导率)

在这样的第1设备3(热电变换元件)中，该ZT值(无量纲性能指数)例如是0.3以上。

在ZT值(无量纲性能指数)小于上述下限的情况下，有时能量变换效率低，而所得到的电力的电压变低。

另外，通常，热电变换元件通过材料内部的温度差而发电，所以热传导率越低，能量变换效率变得越高，但在该发电系统1中，不需要第1设备3(热电变换元件)两端的温度差，因此，第1设备3(热电变换元件)的热传导率没有特别限制。

第2设备4具备夹着第1设备3而对向配置的2个电极、以及与这些电极连接的导线。另外，在第1设备3的一方侧面配置的电极以及导线被配置成介于第1设备3与分岐管18(热源2)之间，在第1设备3的另一方侧面配置的电极以及导线不与分岐管18(热源2)接触而露出。

另外，发电系统1如图4所示，与升压器5、交流/直流变换器6以及电池7依次电连接。

另外，在这样的汽车10中，通过引擎16的驱动，在各气缸中，活塞的升降运动反复，依次实施吸气工序、压缩工序、爆发工序以及排气工序。

更具体而言，例如，在与分岐管18a连接的气缸、以及与分岐管18c连接的气缸的2个气缸中，活塞连动，在同相位下实施吸气工序、压缩工序、爆发工序以及排气工序。由此，燃料燃烧，输出动力，并且高温的废气在排气工序中通过分岐管18a以及分岐管18c的内部。

此时，分岐管18a以及分岐管18c的温度在排气工序中上升，在其他工序(吸气工序、压缩工序、爆发工序)中下降，所以根据活塞循环，历时性地升降，高温状态和低温状态周期性地反复。

另一方面，与这些2个气缸使定时错开，而在与分岐管18b连接的气缸、以及与分岐管18d连接的气缸这2个气缸中，活塞连动，在同相位下实施吸气工序、压缩工序、爆发工序以及排气工序。由此，燃料燃烧，输出动力，并且在与分岐管18a以及分岐管18c不同的定时，高温的废气在排气工序中通过分岐管18b以及分岐管18d的内部。

此时，分岐管18b以及分岐管18d的温度在排气工序中上升，在其他工序(吸气工序、压缩工序、爆发工序)中下降，所以根据活塞循环，历时性地升降，高温状态和低温状态周期性地反复。

该周期性的温度变化相比于分岐管18a以及分岐管18c的周期性的温度变化，周期相同，但另一方面，相位不同。

另外，在该发电系统1中，在各分岐管18(热源2)中，配置了第1设备3。

因此，能够通过各分岐管18(热源2)的历时性性的温度变化，使第1设备3周期性地成为高温状态或者低温状态，能够使第1设备3通过与该元件(例如，焦热电元件、热电变换元件、压电元件等)对应的效应(例如，焦热电效应、塞贝克效应、压电效应等)电极化。

因此，在该发电系统1中，能够经由第2设备4，从各第1设备3，作为周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)，取出电力。

另外，在该发电系统1中，分岐管18a以及分岐管18c的温度、和分岐管18b以及分岐管18d的温度以相同的周期并且不同的相位周期性地变化，所以能够将电力作为周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)而连续地取出。

然后，废气在通过了各分岐管18之后，被供给到集气管19，在集气之后，被供给到催化剂搭载部12，通过该催化剂搭载部12中具备的催化剂而净化。之后，废气被供给到排放管13，在消音器14中被静音化之后，经由排出管15被排出到外气。

此时，在各分岐管18内通过的废气在集气管19被集气，所以在集气管19、催化剂搭载部12、排放管13、消音器14以及排出管15中依次通过的废气的温度被平滑化。

因此，使温度被平滑化的这样的废气通过的集气管19、催化剂搭载部12、排放管13、消音器14以及排出管15的温度通常不历时性地升降而大致恒定。

因此，在将集气管19、催化剂搭载部12、排放管13、消音器14或者排出管15用作热源2，并在其周围隔着第2设备4配置上述第1设备3的情况下，从第1设备3取出的电力的电压小、并且是恒定(直流电压)。

因此，在这样的方法中，无法通过简易的结构使所得到的电力高效地升压，存在蓄电效率不佳这样的缺陷。

另一方面，如上所述，在将内燃机11(分岐管18)用作热源2的发电系统1中，能够通过该热源2的历时性性的温度变化，使第1设备3周期性地成为高温状态或者低温状态，能够使第1设备3通过与该设备(例如，焦热电元件、热电变换元件、压电元件等)对应的效应(例如，焦热电效应、塞贝克效应、压电效应等)，周期性地电极化。

因此，在该发电系统1中，能够经由第2设备4，从各第1设备3，将电力取出为周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)。

之后，在该方法中，例如，如图4的虚线所示，使通过上述得到的电力，在与第2设备4连接的升压器5中，以周期性地变动的波形(例如，交流、脉流等)的状态升压，接下来，在将升压了的电力在交流/直流变换器6中变换为直流电压之后，蓄电到电池7。能够将蓄电到电池7的电力适宜地用作汽车10、汽车10中搭载的各种电气部件的动力等。

另外，根据这样的发电系统1，由于使用温度历时性地升降的热源2，所以能够取出变动的电压(例如，交流电压)，其结果，相比于作为恒定电压(直流电压)而取出的情况，能够通过简易的结构，高效地升压而蓄电。

另外，虽然未详细图示，但对于第1设备3，能够根据其元件的种类、必要以及用途，如图2所示，层叠配置来使用，进而，还能够如图3所示，同一面状地排列配置来使用。

如果将第1设备3层叠配置和/或同一面状地排列配置来使用，则能够使多个第1设备3同时电极化，并且将它们电气地串联连接，其结果，相比于单独使用第1设备3的情况，能够取出大的电力。

另外，在上述说明中，在分岐管18的周围(外侧壁)，配置有第1设备3，但为了不使温度变化平均化而对第1设备3传递，优选在分岐管18的内部(例如，内侧壁)配置第1设备3。

实施例

以下，根据实施例，说明本发明，但本发明不限于下述实施例。

实施例1(焦热电效应)

图6是在实施例1中使用的发电系统的概略结构图。

作为第1设备3，使用焦热电元件(编号：WG197、钛酸钙(CaTiO₃)(包含微量的Bi)、晶体构造：钙钛矿型、相对介电常数：197、静电电容：0.75nF、尺寸：25mm×25mm×1.3mm、日本Tungsten公司制)，并在其表面以及背面，以成为20mm×20mm×0.1mm的大小的方式涂敷了银膏。

之后，以升温速度10℃/min从0℃加热至120℃，在120℃下保持了1小时之后，接下来，以升温速度10℃/min加热至500℃，在500℃下保持1小时。之后，以降温速度10℃/min冷却至常温，由此，在焦热电元件的两面，形成作为第2设备4a的银电极。

之后，将具备银电极的焦热电元件载置到金属制的配管22上，通过作为第2设备4b的导线连接了银电极和数字万用表21。

作为热源2使用烘干机(喷出空气温度：250～300℃)，并以使其喷射口朝向焦热电元件，并且使喷射口距焦热电元件离开1cm的方式，分别配置有烘干机以及焦热电元件。

通过从烘干机喷出热风，历时性地切换烘干机的ON/OFF，使温度历时性地升降，通过该温度变化，使焦热电元件电极化，经由电极以及导线，取出发电电压(电力)。

观测利用烘干机的焦热电元件的温度变化，并且通过数字万用表21观测从焦热电元件取出的电力的电压变化。

另外，作为焦热电元件的温度变化，作为近似值，测定了焦热电元件接触的配管的温度。图7示出发电电压与温度变化的关系。

实施例2(塞贝克效应)

图8是在实施例2中使用的发电系统的概略结构图。

作为第1设备3，使用了热电变换元件(编号：KSEH02031Z－ABE、Bi－Te系恒温器模块、金属化：CuNiAu、尺寸：8mm×8mm×1.5mm(由62根约0.8mm×0.8mm×1mm的热电材料62构成)、KELK公司制)。

在热电变换元件(已金属化)的一方侧表面，为了吸收光，涂敷碳(未图示)，并以使另一方侧端面接触20℃の水冷板26的方式载置，并且通过作为第2设备4的导线连接了与热电变换元件连接的导线和示波器27。

作为热源2，使用太阳模拟器23(光源：金属卤化物灯、1000W/m²)、聚光透镜24以及旋转翼式的斩波器25，通过聚光透镜24使该太阳模拟器23的光聚光，并且使斩波器25旋转，周期性地遮断光，从而成为断续光。

以使太阳模拟器23的光源距热电变换元件离开60cm的方式，分别配置了太阳模拟器23以及热电变换元件。

在将另一方侧表面的温度通过水冷板26保持为20℃的同时，使斩波器25的斩波频率成为0.12Hz，通过其断续光的热能，使热电变换元件的一方侧表面的温度周期性地变化。

通过该热电变换元件的一方侧表面的温度变化、以及一方侧表面与另一方侧表面之间的温度差，使热电变换元件电极化，经由导线取出电力。

观测断续光的照射周期，并且通过示波器27观测从热电变换元件取出的电力的电压变化。图9示出发电电压与断续光的照射周期的关系。

将斩波器的斩波频率设为0.13Hz、0.38Hz、0.56Hz、0.80Hz以及1.06Hz，并分别通过示波器27，观测从热电变换元件取出的电力的电压变化。图10、图11、图12、图13以及图14分别示出发电电压与断续光的照射周期的关系。

(考察)

如从实施例1以及2可知，根据这样的发电系统，能够从温度历时性地升降(周期性地变化)的热源，将电力取出为根据其变化而变动的波形。

另外，如从实施例2可知，在温度变化的周期长的情况下，能够以最大的发电效率取出电力。

实施例3(压电效应1)

将薄膜型的压电元件(构造：Pb(Zr，Ti)O₃、制造编号：VSB50EWH0301B、类型：飞线轮、调类：外装驱动器、尺寸：直径50mm、静电电容：600nF[120Hz]、阻抗：300Ω[1kHz]、共振频率：400Hz、振动频率带：250Hz～20kHz、村田制作所制)连接到电压计(输入电阻：10MΩ)。

作为热源使用烘干机(喷出空气温度：50～200℃)，以使其喷射口朝向压电元件，并且使喷射口距压电元件离开5cm的方式，分别配置了烘干机以及压电元件。

从烘干机喷出热风，历时性地切换烘干机的ON/OFF，从而使温度历时性地升降，通过该温度变化，使压电元件电极化，经由电极以及导线，取出发电电压(电力)。

另外，利用烘干机的加热和放冷首先以加热/放冷＝10s/20s周期切换，之后，以加热/放冷＝5s/15s周期切换。

然后，通过电压计观测从压电元件取出的电力的电压变化。

图15示出发电电压与温度变化的关系。

另外，在图15中，将作为加热/放冷＝10s/20s的范围放大而在图16中示出，进而，将作为加热/放冷＝5s/15s的范围放大而在图17中示出。

实施例4(压电效应2)

将衬底型的压电元件(构造：Nb以及Sn添加PZT(Nb/Sn/Pb(Zr，Ti)O₃)、制造编号：H5C、住友金属Electro设备制)连接到电压计(输入电阻：10MΩ)。

作为热源，使用烘干机(喷出空气温度：50～300℃)，以使其喷射口朝向压电元件，并且使喷射口距压电元件离开5cm的方式，分别配置了烘干机以及压电元件。

另外，利用烘干机的加热和放冷首先以加热/放冷＝250s/250s周期切换。然后，通过电压计，观测从压电元件取出的电力的电压变化。图18示出发电电压与温度变化的关系。

另外，以加热/放冷＝100s/100s周期切换，同样地，通过电压计观测从压电元件取出的电力的电压变化。图19示出发电电压与温度变化的关系。

进而，以加热/放冷＝10s/15s周期切换，同样地，通过电压计观测从压电元件取出的电力的电压变化。图20示出发电电压与温度变化的关系。

另外，上述发明是本发明的例示的实施方式，但其仅为例示，而不限于此。本领域技术人员能够想到本发明的变形例包含于后述权利要求书的范围内。

产业上的可利用性

本发明的发电系统适用于回收从汽车引擎等内燃机、锅炉、空调设施等热交换器、发电机、马达等电动机构、照明等发光装置等各种能量利用装置释放的热能并再利用为能量源的装置。

Claims

1.一种发电系统，其特征在于具备：

热源，温度历时性地升降；

第1设备，通过所述热源的温度变化而电极化；以及

第2设备，用于从所述第1设备取出电力，

所述热源是内燃机，该内燃机具备多气缸型的引擎和排放歧管，该排放歧管具备与所述引擎的各气缸连接的多个分岐管、以及在所述分岐管的下游侧将各所述分岐管合并的集气管，

所述第1设备被配置于所述分岐管，

所述第1设备是焦热电元件和/或压电元件，

所述第1设备的居里点为-77℃以上且1300℃以下，

所述第1设备的相对介电常数为1以上。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述热源周期性地进行温度变化。

3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于：所述第2设备将电力取出为周期性地变动的波形。