JP2005051934A - 熱電発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い電力回収効率を得ることができる熱電発電システムを提供することを課題とする。
【解決手段】 排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システム1であって、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換手段6,6と、排気ガスの熱エネルギを熱電変換手段6,6の高温部に伝導する熱伝導手段2,3,4,4と、熱電変換手段6,6の発電電圧を降圧する降圧手段10と、熱電変換手段6,6の発電電圧を昇圧する昇圧手段11と、熱電変換手段6,6の発電電圧の入力先として降圧手段10と昇圧手段11とを切り換える昇降圧切換手段9と、昇降圧切換手段9の切換制御を行う制御手段12とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システム1であって、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換手段6,6と、排気ガスの熱エネルギを熱電変換手段6,6の高温部に伝導する熱伝導手段2,3,4,4と、熱電変換手段6,6の発電電圧を降圧する降圧手段10と、熱電変換手段6,6の発電電圧を昇圧する昇圧手段11と、熱電変換手段6,6の発電電圧の入力先として降圧手段10と昇圧手段11とを切り換える昇降圧切換手段9と、昇降圧切換手段9の切換制御を行う制御手段12とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システムに関し、特に、電力回収効率が高い熱電発電システムに関する。
自動車のエンジンや工場等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システムが開発されている。熱電発電システムでは、排気ガスの熱エネルギを伝導した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(特許文献1参照)。さらに、熱電発電システムでは、DC−DCコンバータによって熱電変換モジュールの発電電圧を自動車や工場等で使用可能な電圧に変換している。
特開平6−22572号公報
特開2001−281029号公報
しかしながら、排気ガスの熱エネルギはエンジンの負荷状態や工場における各機関の運転状態に応じて変化するため、高温側と低温側との温度差が変化し、熱電変換モジュールにおける発電電圧も変化する。そのため、熱電発電システムでは、DC−DCコンバータによって発電電力を回収できない場合があり、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収する電力回収効率が低下する。
その一例として、自動車に搭載される熱電発電システムについて説明する。エンジンが低負荷状態で排気ガスの熱エネルギが少ない場合、温度差も小さくなり、熱電変換モジュールの発電電圧も低くなる。そのため、DC−DCコンバータとして降圧型のDC−DCコンバータ(具体的には、バッテリの充電電圧より高い発電電圧を充電電圧まで降圧するコンバータ)を使用している場合、発電電圧がバッテリの充電電圧より低くなると、その発電電力を回収できない。
一方、エンジンが高負荷状態で排気ガスの熱エネルギが多い場合、温度差も大きくなり、熱電変換モジュールの発電電圧も高くなる。そのため、DC−DCコンバータとして昇圧型のDC−DCコンバータ(具体的には、バッテリの充電電圧より低い発電電圧を充電電圧まで昇圧するコンバータ)を使用している場合、発電電圧がバッテリの充電電圧より高くなると、その発電電力を回収できない。そこで、昇圧型のDC−DCコンバータを使用している場合、発電電圧の最大電圧がバッテリの充電電圧を超えない個数の熱電素子を直列に接続した熱電変換モジュールを構成する必要がある。この制限によって熱電変換モジュールが複数個構成されると、各熱電変換モジュールから効率良く電力を回収するためには、各熱電変換モジュールに対して昇圧型のDC−DCコンバータを設ける必要がある。そのため、熱電発電システムにおいて、電力変換を行うための回路数が多くなる。
そこで、本発明は、高い電力回収効率を得ることができる熱電発電システムを提供することを課題とする。
本発明に係る熱電発電システムは、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システムであって、排気ガス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、排気ガスの熱エネルギを熱電変換手段の高温部に伝導する熱伝導手段と、熱電変換手段の発電電圧を降圧する降圧手段と、熱電変換手段の発電電圧を昇圧する昇圧手段と、熱電変換手段の発電電圧の入力先として降圧手段と昇圧手段とを切り換える昇降圧切換手段と、昇降圧切換手段の切換制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
この熱電発電システムでは、熱伝導手段によって伝導された排気ガスの熱エネルギを熱電変換手段によって電気エネルギに変換する。この熱電変換手段による発電電圧は排気ガスの熱エネルギによって変動するので、熱電発電システムは、その変動に対応するために、発電電圧を降圧する降圧手段及び発電手段を昇圧する昇圧手段を備えており、この降圧手段と昇圧手段とを昇降圧切換手段で切り換える構成としている。熱電変換手段の発電電圧が所定電圧(例えば、自動車で使用する場合にはバッテリの充電電圧)より高い場合、熱電発電システムでは、制御手段において降圧手段への切換制御を行い、降圧手段によって高い発電電圧を所定電圧まで降圧し、電力回収する。一方、熱電変換手段の発電電圧が所定電圧より低い場合、熱電発電システムでは、制御手段において昇圧手段への切換制御を行い、昇圧手段によって低い発電電圧を所定電圧まで昇圧し、電力回収する。このように、熱電発電システムでは、昇圧手段と降圧手段とを切り換えることによって、排気ガスの熱エネルギが変動して発電電圧が変動しても、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収できる。つまり、この熱電発電システムでは、排気ガスの熱エネルギの少ない領域から多い領域まで電力回収が可能であり、電力回収効率が非常に高い。また、熱電発電システムでは、低い発電電圧から高い発電電圧まで回収可能なので、熱電変換手段を構成する際の熱電素子の組み合わせに制限を受けない。そのため、熱電発電システムでは、電力を変換するための手段としては降圧手段と昇圧手段のみでよいので、回路数が少なく、構成が簡素化する。
本発明の上記熱電発電システムでは、熱電変換手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段と、熱電変換手段の低温部の温度を検出する低温部温度検出手段とを備え、制御手段は、高温部温度検出手段で検出した温度と低温部温度検出手段で検出した温度との温度差に基づいて切換制御を行う構成としてもよい。
この熱電発電システムでは、高温部温度検出手段によって熱電変換手段の高温部の温度を検出するとともに、低温部温度検出手段によって熱電変換手段の低温部の温度を検出する。そして、熱電発電システムでは、制御手段において高温部と低温部との温度差に基づいて昇降圧切換手段の切換制御を行う。熱電変換手段(熱電素子)は、高温部と低温部との温度差が大きくなるほど発電電圧が高くなる発電特性を有している。したがって、温度差が大きい場合には発電電圧が高く、温度差が小さい場合には発電電圧が低くなる。そのため、熱電発電システムでは、温度差に基づいて、発電電圧が昇圧しなければならない電圧値かあるいは降圧しなければならない電圧値かを的確に判断することできる。
本発明に係る熱電発電システムは、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システムであって、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する第1熱電変換手段と、第1熱電変換手段よりも高温領域で使用可能であり、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する第2熱電変換手段と、排気ガスの熱エネルギを第1熱電変換手段及び第2熱電変換手段の各高温部に伝導する熱伝導手段と、第1熱電変換手段と第2熱電変換手段とを切り換える熱電変換切換手段と、熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧を降圧する降圧手段と、熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧を昇圧する昇圧手段と、熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧の入力先として降圧手段と昇圧手段とを切り換える昇降圧切換手段と、熱電変換切換手段の切換制御及び昇降圧切換手段の切換制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
この熱電発電システムは、第1熱電変換手段及び排気ガスの高温領域まで使用可能な第2熱電変換手段を備えており、2つの熱電変換手段うちの何れの熱電変換手段で発電を行うのかを熱電変換切換手段で切り換える構成としている。熱電発電システムでは、熱伝導手段によって排気ガスの熱エネルギを熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段に伝導し、この熱電変換手段によって電気エネルギに変換する。さらに、熱電発電システムは、降圧手段及び昇圧手段を備えており、この降圧手段と昇圧手段とを昇降圧切換手段で切り換える構成としている。熱電変換手段の発電電圧が所定電圧より高い場合、熱電発電システムでは、制御手段において降圧手段への切換制御を行い、降圧手段によって高い発電電圧を所定電圧まで降圧し、電力回収する。一方、熱電変換手段の発電電圧が所定電圧より低い場合、熱電発電システムでは、制御手段において昇圧手段への切換制御を行い、昇圧手段によって低い発電電圧を所定電圧まで昇圧し、電力回収する。さらに、熱電変換システムでは、昇圧手段及び降圧手段の入力電圧に対する変換効率等を考慮して第1熱電変換手段と第2熱電変換手段との切換制御を行う。このように、熱電発電システムでは、昇圧手段と降圧手段とを切り換えることによって、発電電圧の変動に関係なく排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収できる。さらに、熱電発電システムでは、第1熱電変換手段と第2熱電変換手段とを切り換えることによって、昇圧手段及び降圧手段の変換効率が良い領域を利用して変換が可能となる。そのため、この熱電発電システムでは、排気ガスの熱エネルギの少ない領域から多い領域まで高い効率で電力回収が可能となり、電力回収効率が非常に高い。また、この熱電発電システムでは、上記熱電発電システムと同様の理由により、回路数が少なく、構成が簡素化する。
本発明の上記熱電発電システムでは、第1熱電変換手段の発電電圧を検出する第1電圧検出手段と、第2熱電変換手段の発電電圧を検出する第2電圧検出手段と、熱電変換手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段と、熱電変換手段の低温部の温度を検出する低温部温度検出手段とを備え、制御手段は、高温部温度検出手段で検出した温度と低温部温度検出手段で検出した温度との温度差、第1電圧検出手段で検出した発電電圧及び第2電圧検出手段で検出した発電電圧に基づいて、熱電変換切換手段の切換制御及び昇降圧切換手段の切換制御を行う構成としてもよい。
この熱電発電システムでは、高温部温度検出手段によって熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の高温部の温度を検出するとともに、低温部温度検出手段によってその熱電変換手段の低温部の温度を検出する。そして、熱電発電システムでは、制御手段において高温部と低温部との温度差に基づいて昇降圧切換手段の切換制御を行う。このように、熱電発電システムでは、温度差に基づいて、発電電圧が昇圧しなければならない電圧値かあるいは降圧しなければならない電圧値かを的確に判断することできる。また、熱電発電システムでは、第1電圧検出手段によって第1熱電変換手段の発電電圧を検出するとともに、第2電圧検出手段によって第2熱電変換手段の発電電圧を検出する。そして、熱電変換手段では、熱電変換切換手段で切り換っている熱電変換手段の発電電圧及び高温部と低温部との温度差に基づいて熱電変換切換手段の切換制御を行う。2つの熱電変換手段(熱電素子)は、高温部と低温部との温度差が大きくなるほど発電電圧が高くなる発電特性を有しており、第2熱電変換手段の方が同じ温度差に対する発電電圧が高く、大きな温度差まで熱電変換が可能である。また、昇圧手段の変換効率は入力電圧が高いほど高くなり、降圧手段の変換効率は入力電圧が高いほど低くなる。そこで、熱電変換システムでは、これら各手段の特性と検出値に基づいて、最も効率良くするためには、第1熱電変換手段で熱電発電を行ったらよいかあるいは第2熱電変換手段で熱電発電を行ったらよいかを的確に判断することできる。
なお、高温部温度検出手段は、第1熱電変換手段の高温部と第2熱電変換手段の高温部とを別々に検出する温度検出手段でもよいし、両方の高温部を共通で検出する温度検出手段でもよい。低温部温度検出手段は、第1熱電変換手段の低温部と第2熱電変換手段の低温部とを別々に検出する温度検出手段でもよいし、両方の低温部を共通で検出する温度検出手段でもよい。
本発明によれば、高い電力回収効率で排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る熱電発電システム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システムを、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電気エネルギに変換する熱電発電システムに適用する。本実施の形態には、2つの実施の形態があり、第1の実施の形態が降圧コンバータと昇圧コンバータとを切り換える構成であり、第2の実施の形態が昇圧コンバータと昇圧コンバータ及び低温型熱電変換モジュールと高温型熱電変換モジュールとを切り換える構成である。
図1及び図2を参照して、第1の実施の形態に係る熱電発電システム1の構成について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る熱電発電システムの構成図である。図2は、図1の熱電変換モジュールの発電特性とエンジンECUにおける切換制御を示す図である。
熱電発電システム1は、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電気エネルギとして回収するシステムである。特に、熱電発電システム1は、エンジンの低負荷状態から高負荷状態まで(排気ガスの熱エネルギが少ない状態から多い状態まで)電気エネルギを回収可能であり、電力回収効率が高い。そのために、熱電発電システム1は、ヒートシンク2、ヒートパイプ3、加熱部4、冷却部5、熱電変換モジュール6、高温部温度センサ7、低温部温度センサ8、切換スイッチ9、降圧コンバータ10、昇圧コンバータ11及びエンジンECU12を備える。
なお、第1の実施の形態では、ヒートシンク2、ヒートパイプ3及び加熱部4,4が特許請求の範囲に記載する熱伝導手段に相当し、熱電変換モジュール6,6が特許請求の範囲に記載する熱電変換手段に相当し、高温部温度センサ7が特許請求の範囲に記載する高温部温度検出手段に相当し、低温部温度センサ8が特許請求の範囲に記載する低温部温度検出手段に相当し、切換スイッチ9が特許請求の範囲に記載する昇降圧切換手段に相当し、降圧コンバータ10が特許請求の範囲に記載する降圧手段に相当し、昇圧コンバータ11が特許請求の範囲に記載する昇圧手段に相当し、エンジンECU12が特許請求の範囲に記載する制御手段に相当する。
ヒートシンク2は、熱交換手段であり、排気ガスの熱エネルギをヒートパイプ3まで移動させる。ヒートシンク2は、ステンレス等で形成され、熱交換効率を高くするためにできるだけ表面積が大きくなるように構成される。ヒートシンク2は、自動車の排気系に構成される排気管Pの途中に配設される。なお、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は、ヒートシンク2をエキゾーストマニホールドの直下等の排気系の上流側に配設するほどよい。
ヒートパイプ3は、熱伝導手段であり、排気ガスの熱エネルギを加熱部4,4まで伝導する。ヒートパイプ3は、ヒートシンク2の外周面に接合され、2つの加熱部4,4の内部まで配設される。
加熱部4は、ヒートパイプ3で伝導された排気ガスの熱エネルギを熱電変換モジュール6の高温端面に伝え、高温端面を加熱する。各加熱部4は、中央にヒートパイプ3が貫通し、一端面が熱電変換モジュール6の高温端面に固着される。
冷却部5は、熱電変換モジュール6,6の各低温端面を冷却する。冷却部5は、その内部に冷却水管が配設され、この冷却水管にはラジエータからの冷却水が循環される。冷却部5は、その両端面が熱電変換モジュール6,6の各低温端面に固着される。
熱電変換モジュール6は、多数の熱電素子(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、この熱電素子が直列かつ並列に接続される。また、熱電変換モジュール6は、平行かつ水平な高温端面と低温端面を有している。熱電変換モジュール6では、両端面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電極(図示せず)から出力する。この熱電変換モジュール6,6の各電極は、切換スイッチ9の入力端に接続される。2つの熱電変換モジュール6,6は、冷却部5の両端面にそれぞれ配設される。ちなみに、熱電変換モジュール6の最大発電電圧には、バッテリBの充電電圧を超える電圧を設定できないなどの制約はない。
熱電変換モジュール6の熱電素子は、高温型の熱電素子であり、排気ガスの温度が高温領域まで(ひいては、高温端面と低温端面との温度差ΔTが大きい領域まで)使用可能である。図2は、この熱電変換モジュール6の発電特性Eを示しており、横軸が熱電変換モジュール6の高温端面と低温端面との温度差ΔT(℃)であり、縦軸が温度差ΔTに対する発電電圧(V)である。図2から判るように、温度差ΔTが大きいほど発電電圧が高くなる。ちなみに、温度差ΔTが小さいほど、排気ガスの温度が低く、エンジンの負荷状態が低い。一方、温度差ΔTが大きいほど、排気ガスの温度が高く、エンジンの負荷状態が高い。したがって、熱電変換モジュール6では、高負荷状態になるほど発電電圧が高くなる。
高温部温度センサ7は、熱電変換モジュール6の高温端面の温度を検出するセンサである。低温部温度センサ8は、熱電変換モジュール6の低温端面の温度を検出するセンサである。各温度センサ7,8は、検出した温度をエンジンECU12に送信する。
切換スイッチ9は、熱電変換モジュール6,6で発電した電圧(電力)を降圧コンバータ10と昇圧コンバータ11のいずれか一方のコンバータに入力させるための切換スイッチである。切換スイッチ9は、その入力端には熱電変換モジュール6,6が並列に接続され、一方の出力端には降圧コンバータ10の入力端が接続され、他方の出力端には昇圧コンバータ11の入力端が接続される。切換スイッチ9は、エンジンECU12からコンバータ切換信号が入力され、この信号に応じて入力端を一方の出力端又は他方の出力端に接続する。熱電発電システム1では、切換スイッチ9で降圧コンバータ10に切り換えた場合には降圧動作になり、切換スイッチ9で昇圧コンバータ11に切り換えた場合には昇圧動作になる。
降圧コンバータ10は、入力電圧をバッテリBの充電電圧(例えば、12V)まで降圧するDC−DCコンバータである。降圧コンバータ10は、切換スイッチ9を介して熱電変換モジュール6,6の発電電圧が入力された場合、その発電電圧を充電電圧まで降圧し、バッテリBに出力する。なお、降圧コンバータ10は、熱電変換モジュール6,6の最大発電電圧より高い電圧まで入力可能である。
昇圧コンバータ11は、入力電圧をバッテリBの充電電圧まで昇圧するDC−DCコンバータである。昇圧コンバータ11は、切換スイッチ9を介して熱電変換モジュール6,6の発電電圧が入力された場合、その電圧を充電電圧まで昇圧し、バッテリBに出力する。
エンジンECU12は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]等からなる電子制御ユニットである。エンジンECU12は、各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて各種制御値等を設定し、エンジン及びエンジンに関する各部を制御する制御装置である。さらに、エンジンECU12は、切換スイッチ9を制御し、熱電発電システム1の制御装置でもある。
エンジンECU12では、高温部温度センサ7から高温端面の温度を取り入れるとともに低温部温度センサ8から低温端面の温度を取り入れ、その温度差ΔTを演算する。そして、エンジンECU12では、切換スイッチ9で昇圧コンバータ11に切り換えている場合、温度差ΔTと降圧切換温度差Tuとを比較し、温度差ΔTが降圧切換温度差Tuより大きくなると降圧コンバータ10に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ9に送信する(図2参照)。また、エンジンECU12では、切換スイッチ9で降圧コンバータ10に切り換えている場合、温度差ΔTと昇圧切換温度差Tlとを比較し、温度差ΔTが昇圧切換温度差Tlより小さくなると昇圧コンバータ11に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ9に送信する(図2参照)。
図2に示すように、降圧切換温度差Tuのときには熱電変換モジュール6の発電電圧は電圧Vbhとなる。この電圧Vbhは、バッテリBの充電電圧に極小さい所定電圧を加えた電圧である。また、昇圧切換温度差Tlのときには熱電変換モジュール6の発電電圧は電圧Vblとなる。この電圧Vblは、バッテリBの充電電圧から極小さい所定電圧を減じた電圧である。このように、エンジンECU12では、充電電圧を境にして、降圧コンバータ10と昇圧コンバータ11とを切り換え、温度差ΔTの全領域で発電電圧を回収可能としている。ちなみに、充電電圧を境にしてヒステリシスを設けて切換スイッチ9を切り換えるのは、切換スイッチ9がばたばたと切り換るのを防止するためである。
図1及び図2を参照して、熱電発電システム1の動作について説明する。ここでは、エンジンが低負荷状態から高負荷状態に移行した場合及び高負荷状態から低負荷状態に移行した場合について説明する。
エンジンが低負荷状態から高負荷状態に移行した場合について説明する。低負荷状態の場合、排気ガスの温度が低く、温度差ΔTも小さい。そのため、熱電変換モジュール6,6の発電電圧が充電電圧より低いので、熱電発電システム1では、昇圧コンバータ11による昇圧動作中であり、熱電変換モジュール6,6の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電している。ここで、運転者の加速操作によって高負荷状態に移行したとする。
負荷状態が高くなるのに従って排気ガスの温度が上昇し、温度差ΔTも大きくなる。エンジンECU12では、昇圧動作中の場合には、温度差ΔTと降圧切換温度差Tuとを比較する。温度差ΔTが降圧切換温度差Tuより大きくなると、エンジンECU12では、降圧コンバータ10に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ9に送信する。すると、切換スイッチ9では、昇圧コンバータ11から降圧コンバータ10に切り換える。このとき、熱電変換モジュール6,6では、充電電圧かそれ以上の電圧を発電し始めている。このように、熱電発電システム1では、降圧コンバータ10による降圧動作に切り換り、熱電変換モジュール6,6の発電電圧を降圧コンバータ10で降圧してバッテリBに充電する。
エンジンが高負荷状態から低負荷状態に移行した場合について説明する。高負荷状態の場合、排気ガスの温度が高く、温度差ΔTも大きい。そのため、熱電変換モジュール6,6の発電電圧が充電電圧より高いので、熱電発電システム1では、降圧コンバータ10による降圧動作中であり、熱電変換モジュール6,6の発電電圧を降圧コンバータ10で降圧してバッテリBに充電している。ここで、運転者の減速操作によって低負荷状態に移行したとする。
負荷状態が低くなるのに従って排気ガスの温度が低下し、温度差ΔTも小さくなる。エンジンECU12では、降圧動作中の場合には、温度差ΔTと昇圧切換温度差Tlとを比較する。温度差ΔTが昇圧切換温度差Tlより小さくなると、エンジンECU12では、昇圧コンバータ11に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ9に送信する。すると、切換スイッチ9では、降圧コンバータ10から昇圧コンバータ11に切り換える。このとき、熱電変換モジュール6,6では、充電電圧かそれ以下の電圧を発電し始めている。このように、熱電発電システム1では、昇圧コンバータ11による昇圧動作に切り換り、熱電変換モジュール6,6の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電する。
この熱電発電システム1によれば、降圧コンバータ10と昇圧コンバータ11とを切り換えて熱電変換モジュール6,6の発電電圧を昇降圧できる構成としたので、エンジンの低負荷状態から高負荷状態(排気ガスの熱エネルギが少ない状態から多い状態)まで、排気ガスの熱エネルギを回収することが可能である。そのため、この熱電発電システム1では、熱エネルギを回収できない領域がなくなり、高い電力回収効率が得られる。
また、熱電発電システム1は、発電電圧を昇降圧できるので、熱電変換モジュール6,6の最大発電電圧をバッテリBの充電電圧等で制限しなくてもよい。そのため、熱電発電システム1では、熱電変換モジュール6,6に対して電力変換回路として降圧コンバータ10と昇圧コンバータ11とを各一回路づつ構成すればよいので、回路数が少なく、構成が簡素化する。
図3〜図6を参照して、第2の実施の形態に係る熱電発電システム21の構成について説明する。図3は、第2の実施の形態に係る熱電発電システムの構成図である。図4は、図3の低温型熱電変換モジュール及び高温型熱電変換モジュールの各発電特性とエンジンECUにおける切換制御を示す図である。図5は、図3の降圧コンバータの変換効率特性を示す図である。図6は、図3の昇圧コンバータの変換効率特性を示す図である。なお、熱電発電システム21では、第1の実施の形態に係る熱電発電システム1と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
熱電発電システム21も、熱電発電システム1と同様に、自動車の排気ガスの熱エネルギを電気エネルギとして回収するシステムである。特に、熱電発電システム21は、エンジンの低負荷状態から高負荷状態まで電気エネルギを回収可能でありかつコンバータの変換効率の高い領域で電圧変換が可能であり、電力回収効率が非常に高い。そのために、熱電発電システム21は、ヒートシンク2、ヒートパイプ22、高温側バルブ23、低温側バルブ24、高温側加熱部25、低温側加熱部26、冷却部5、高温型熱電変換モジュール27、低温型熱電変換モジュール28、高温側高温部温度センサ29、高温側低温部温度センサ30、低温側高温部温度センサ31、低温側低温部温度センサ32、高温側電圧センサ33、低温側電圧センサ34、切換スイッチ35、降圧コンバータ10、昇圧コンバータ11及びエンジンECU36を備える。
なお、第2の実施の形態では、ヒートシンク2、ヒートパイプ22、高温側加熱部25及び低温側加熱部26が特許請求の範囲に記載する熱伝導手段に相当し、高温側バルブ23及び低温側バルブ24が特許請求の範囲に記載する熱電変換切換手段に相当し、高温型熱電変換モジュール27が特許請求の範囲に記載する第2熱電変換手段に相当し、低温型熱電変換モジュール28が特許請求の範囲に記載する第1熱電変換手段に相当し、高温側高温部温度センサ29及び低温側高温部温度センサ31が特許請求の範囲に記載する高温部温度検出手段に相当し、高温側低温部温度センサ30及び低温側低温部温度センサ32が特許請求の範囲に記載する低温部温度検出手段に相当し、高温側電圧センサ33が特許請求の範囲に記載する第2電圧検出手段に相当し、低温側電圧センサ34が特許請求の範囲に記載する第1電圧検出手段に相当し、切換スイッチ35が特許請求の範囲に記載する昇降圧切換手段に相当し、降圧コンバータ10が特許請求の範囲に記載する降圧手段に相当し、昇圧コンバータ11が特許請求の範囲に記載する昇圧手段に相当し、エンジンECU36が特許請求の範囲に記載する制御手段に相当する。
ヒートパイプ22は、第1の実施の形態に係るヒートシンク2と同様のヒートシンクであるが、バルブ23,24が設けられる点で異なる。ヒートパイプ22は、高温側加熱部25に配設される高温側ヒートパイプ22aの途中に高温側バルブ23が設けられ、低温側加熱部26に配設される低温側ヒートパイプ22bの途中に低温側バルブ24が設けられる。
高温側バルブ23は、高温側ヒートパイプ22aを連通/遮断するバルブである。高温側バルブ23が開いた場合には高温側ヒートパイプ22aが連通して排気ガスの熱エネルギを高温側加熱部25まで伝導でき、閉じた場合には高温側ヒートパイプ22aが遮断して排気ガスの熱エネルギを高温側加熱部25まで伝導できない。高温側バルブ23は、エンジンECU36から高温側開閉信号が入力され、この信号に応じてバルブを開閉する。
低温側バルブ24は、低温側ヒートパイプ22bを連通/遮断するバルブである。低温側バルブ24が開いた場合には低温側ヒートパイプ22bが連通して排気ガスの熱エネルギを低温側加熱部26まで伝導でき、閉じた場合には低温側ヒートパイプ22bが遮断して排気ガスの熱エネルギを低温側加熱部26まで伝導できない。低温側バルブ24は、エンジンECU36から低温側開閉信号が入力され、この信号に応じてバルブを開閉する。
熱電発電システム1では、高温側バルブ23が開きかつ低温側バルブ24が閉じた場合には高温型熱電変換モジュール27で発電を行い、高温側バルブ23が閉じかつ低温側バルブ24が開いた場合には低温型熱電変換モジュール28で発電を行う。
高温側加熱部25は、ヒートパイプ22の高温側ヒートパイプ22aで伝導された排気ガスの熱エネルギを高温型熱電変換モジュール27の高温端面に伝え、高温端面を加熱する。高温側加熱部25は、中央に高温側ヒートパイプ22aが貫通し、一端面が高温型熱電変換モジュール27の高温端面に固着される。
低温側加熱部26は、ヒートパイプ22の低温側ヒートパイプ22bで伝導された排気ガスの熱エネルギを低温型熱電変換モジュール28の高温端面に伝え、高温端面を加熱する。低温側加熱部26は、中央に低温側ヒートパイプ22bが貫通し、一端面が低温型熱電変換モジュール28の高温端面に固着される
高温型熱電変換モジュール27は、第1の実施の形態に係る熱電変換モジュール6と同様の高温型の熱電素子からなる熱電変換モジュールである。図4には、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHを示しており、高温端面と低温端面との温度差ΔTが大きい領域まで(排気ガスの温度が高温領域まで)発電が可能である。図4から判るように、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHは、低温型熱電変換モジュール28の発電特性ELと比べて、同じ温度差ΔT(同じ熱エネルギ)に対して発電電圧が高い。つまり、高温型熱電変換モジュール27の方が、低温型熱電変換モジュール28よりも発電効率が高い。
高温型熱電変換モジュール27は、第1の実施の形態に係る熱電変換モジュール6と同様の高温型の熱電素子からなる熱電変換モジュールである。図4には、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHを示しており、高温端面と低温端面との温度差ΔTが大きい領域まで(排気ガスの温度が高温領域まで)発電が可能である。図4から判るように、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHは、低温型熱電変換モジュール28の発電特性ELと比べて、同じ温度差ΔT(同じ熱エネルギ)に対して発電電圧が高い。つまり、高温型熱電変換モジュール27の方が、低温型熱電変換モジュール28よりも発電効率が高い。
低温型熱電変換モジュール28は、第1の実施の形態に係る熱電変換モジュール6と同様の構成であるが、高温型の熱電素子よりも排気ガスの温度が低い領域まで(温度差ΔTが小さい領域まで)しか使用できない低温型の熱電素子からなる熱電変換モジュールである。図4から判るように、低温型熱電変換モジュール28の発電特性ELは、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHと比べて、温度差ΔTが小さい領域までしか発電できない。また、低温型熱電変換モジュール28の発電特性ELは、高温型熱電変換モジュール27の発電特性EHと比べて、同じ温度差ΔT(同じ熱エネルギ)に対して発電電圧が低い。そのため、熱電発電システム21では、昇圧動作中の場合、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧がバッテリBの充電電圧より高いために回収できない領域でも、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧はバッテリBの充電電圧より低いので、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧によって回収可能である。
高温側高温部温度センサ29は、高温型熱電変換モジュール27の高温端面の温度を検出するセンサである。高温側低温部温度センサ30は、高温型熱電変換モジュール27の低温端面の温度を検出するセンサである。低温側高温部温度センサ31は、低温型熱電変換モジュール28の高温端面の温度を検出するセンサである。低温側低温部温度センサ32は、低温型熱電変換モジュール28の低温端面の温度を検出するセンサである。各温度センサ29〜32は、検出した温度をエンジンECU36に送信する。
高温側電圧センサ33は、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧を検出するセンサである。低温側電圧センサ34は、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧を検出するセンサである。各電圧センサ33,34は、検出した電圧をエンジンECU36に送信する。
切換スイッチ35は、第1の実施の形態に係る切換スイッチ9と同様の切換スイッチであるが、高温型熱電変換モジュール27と低温型熱電変換モジュール28のいずれか一方の熱電変換モジュールで発電した電圧(電力)のみが入力される。切換スイッチ35は、その入力端には熱電変換モジュール27,28が並列に接続され、発電を行っている方の熱電変換モジュールの電圧のみが入力端に入力される。
図5には、降圧コンバータ10の変換効率特性CDを示しており、横軸が降圧コンバータ10への入力電圧(高温型熱電変換モジュール27の発電電圧に相当)(V)であり、縦軸が入力電圧に対する変換効率(%)である。図5から判るように、降圧コンバータ10は、入力電圧が低くなるほど変換効率が増加する。
図6には、昇圧コンバータ11の変換効率特性CUを示しており、横軸が昇圧コンバータ11への入力電圧(V)であり、縦軸が入力電圧(高温型熱電変換モジュール27又は低温型熱電変換モジュール28の発電電圧に相当)に対する変換効率(%)である。図6から判るように、昇圧コンバータ11は、入力電圧が高くなるほど変換効率が増加する。
エンジンECU36は、第1の実施の形態に係るエンジンECU12と同様のECUであるが、切換スイッチ35のみならず、高温側バルブ23及び低温側バルブ24も制御する。
切換スイッチ35で昇圧コンバータ11に切り換えている場合、エンジンECU36では、低温側高温部温度センサ31から高温端面の温度を取り入れるとともに低温側低温部温度センサ32から低温端面の温度を取り入れ、その温度差ΔTを演算する。そして、エンジンECU36では、その温度差ΔTと降圧切換温度差Tuとを比較し、温度差ΔTが降圧切換温度差Tuより大きくなると降圧コンバータ10に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ35に送信する(図4参照)。
切換スイッチ35で降圧コンバータ10に切り換えている場合、エンジンECU36では、高温側高温部温度センサ29から高温端面の温度を取り入れるとともに高温側低温部温度センサ30から低温端面の温度を取り入れ、その温度差ΔTを演算する。そして、エンジンECU36では、その温度差ΔTと昇圧切換温度差Tlとを比較し、温度差ΔTが昇圧切換温度差Tlより小さくなると昇圧コンバータ11に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ35に送信する(図4参照)。
高温型熱電変換モジュール27で発電を行っている場合、エンジンECU36では、高温側電圧センサ33から高温型熱電変換モジュール27の発電電圧を取り入れる。エンジンECU36では、切換スイッチ35で昇圧コンバータ11に切り換えている場合、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧と下限電圧Vblとを比較し、その発電電圧が下限電圧Vblより大きくなるとバルブを閉じるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともにバルブを開くための低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する(図4参照)。また、エンジンECU36では、切換スイッチ35で降圧コンバータ10に切り換えている場合、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧と上限電圧Vbhとを比較し、その発電電圧が上限電圧Vbhより低くなるとバルブを閉じるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともにバルブを開くための低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する(図4参照)。
低温型熱電変換モジュール28で発電を行っている場合、エンジンECU36では、低温側電圧センサ34から低温型熱電変換モジュール28の発電電圧を取り入れる。また、エンジンECU36では、低温側高温部温度センサ31から高温端面の温度を取り入れるとともに低温側低温部温度センサ32から低温端面の温度を取り入れ、その温度差ΔTを演算する。エンジンECU36では、切換スイッチ35で昇圧コンバータ11に切り換えている場合、温度差ΔTと素子切換温度差Teとを比較し、温度差ΔTが素子切換温度差Teより小さくなるとバルブを開くための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともにバルブを閉じるための低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する(図4参照)。また、エンジンECU36では、切換スイッチ35で昇圧コンバータ11に切り換えている場合、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧と下限電圧Vblとを比較し、その発電電圧が下限温度Tblより高くなるとバルブを開くための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともにバルブを閉じるための低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する(図4参照)。
図4に示すように、降圧切換温度差Tuのときには、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧は、バッテリBの充電電圧から極小さい所定電圧を減じた電圧Vblとなっている。また、昇圧切換温度差Tlのときには、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧は、バッテリBの充電電圧に極小さい所定電圧を加えた電圧Vbhとなっている。エンジンECU36では、充電電圧を境にして、降圧コンバータ10と昇圧コンバータ11とを切り換えるとともに高温型熱電変換モジュール27と低温型熱電変換モジュール28とを切り換え、温度差ΔTの全領域で発電電圧を回収可能としている。
図6に示すように、昇圧コンバータ11で変換を行っている場合、入力電圧が高いほど変換効率が高くなる。また、図4に示すように、同じ温度差ΔTに対する発電電圧は、低温型熱電変換モジュール28より高温型熱電変換モジュール27の方が高い(つまり、高温型熱電変換モジュール27の方が、発電効率が高い)。そこで、エンジンECU36では、昇圧動作中の場合、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧が下限電圧Vbl(温度差ΔT)以下となる領域では発電効率の良い高温型熱電変換モジュール27に切り換え、電力回収効率を向上させる。
図3及び図4を参照して、熱電発電システム21の動作について説明する。ここでは、エンジンが低い低負荷状態(温度差ΔT<素子切換温度差Te)から高い低負荷状態(温度差ΔT>素子切換温度差Te)に移行した場合、高い低負荷状態から高負荷状態に移行した場合、高負荷状態から高い低負荷状態に移行した場合及び高い低負荷状態から低い低負荷状態に移行した場合について説明する。
エンジンが低い負荷状態から高い低負荷状態に移行した場合について説明する。低い低負荷状態の場合、排気ガスの温度が非常に低く、温度差ΔTも非常に小さい。そのため、熱電発電システム21では、高温型熱電変換モジュール27による発電中かつ昇圧コンバータ11による昇圧動作中であり、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電している。ここで、運転者の加速操作によって徐々に高い低負荷状態に移行したとする。
負荷状態が高くなるのに従って排気ガスの温度が上昇し、高温型熱電変換モジュール27の端面間の温度差ΔTも大きくなり、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧も高くなる。エンジンECU36では、高温型熱電変換モジュール27による発電中かつ昇圧動作中の場合には、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧と下限電圧Vblとを比較する。発電電圧が下限電圧Vblより高くなると、エンジンECU36では、低温型熱電変換モジュール28に切り換えるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともに低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する。すると、高温側バルブ23が閉じることによって高温側ヒートパイプ22aが遮断するとともに低温側バルブ24が開くことによって低温側ヒートパイプ22bが連通し、低温型熱電変換モジュール28で発電を開始する。そのため、昇圧コンバータ11に入力される電圧が下限電圧Vblより低くなり、熱電発電システム21では、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電する。
エンジンが高い低負荷状態から高負荷状態に移行した場合について説明する。高い低負荷状態の場合、熱電発電システム21では、低温型熱電変換モジュール28による発電中かつ昇圧コンバータ11による昇圧動作中である。ここで、運転者の加速操作によって高負荷状態に移行したとする。
負荷状態が高くなるのに従って排気ガスの温度が上昇し、低温型熱電変換モジュール28の端面間の温度差ΔTも大きくなり、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧も高くなる。エンジンECU36では、昇圧動作中の場合には、温度差ΔTと降圧切換温度差Tu(低温型熱電変換モジュール28の発電電圧Vblに相当)とを比較する。温度差ΔTが降圧切換温度差Tuより大きくなると、エンジンECU36では、降圧コンバータ10に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ35に送信する。すると、切換スイッチ35では、昇圧コンバータ11から降圧コンバータ10に切り換える。また、エンジンECU36では、低温型熱電変換モジュール28による発電中の場合には、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧と下限電圧Vbl(温度差Tuに相当)とを比較する。発電電圧が下限電圧Vblより高くなると、エンジンECU36では、高温型熱電変換モジュール27に切り換えるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともに低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する。すると、高温側バルブ23が開くことによって高温側ヒートパイプ22aが連通するとともに低温側バルブ24が閉じることによって低温側ヒートパイプ22bが遮断し、高温型熱電変換モジュール27で発電を開始する。したがって、熱電発電システム21では、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧を降圧コンバータ10で降圧してバッテリBに充電する。なお、低温型熱電変換モジュール28の温度差ΔT及び発電電圧で制御するのではなく、どちらか一方で制御を行ってもよい。この場合、温度差ΔTが降圧切換温度差Tuより大きくなるかあるいは発電電圧が下限電圧Vblより高くなった場合、降圧コンバータ10に切り換えるとともに高温型熱電変換モジュール27に切り換える。
エンジンが高負荷状態から高い低負荷状態に移行した場合について説明する。高負荷状態の場合、熱電発電システム21では、高温型熱電変換モジュール27による発電中かつ降圧コンバータ10による降圧動作中である。ここで、運転者の減速操作によって高い低負荷状態に移行したとする。
負荷状態が低くなるのに従って排気ガスの温度が低下し、高温型熱電変換モジュール27の端面間の温度差ΔTも小さくなり、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧も低くなる。エンジンECU36では、降圧動作中の場合には、温度差ΔTと昇圧切換温度差Tl(高温型熱電変換モジュール27の発電電圧Vbhに相当)とを比較する。温度差ΔTが昇圧切換温度差Tlより小さくなると、エンジンECU36では、昇圧コンバータ11に切り換えるためのコンバータ切換信号を切換スイッチ35に送信する。すると、切換スイッチ35では、降圧コンバータ10から昇圧コンバータ11に切り換える。また、エンジンECU36では、高温型熱電変換モジュール27による発電中の場合には、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧と上限電圧Vbh(温度差Tlに相当)とを比較する。発電電圧が上限電圧Vbhより低くなると、エンジンECU36では、低温型熱電変換モジュール28に切り換えるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともに低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する。すると、高温側バルブ23が閉じることによって高温側ヒートパイプ22aが遮断するとともに低温側バルブ24が開くことによって低温側ヒートパイプ22bが連通し、低温型熱電変換モジュール28で発電を開始する。したがって、熱電発電システム21では、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電する。なお、高温型熱電変換モジュール27の温度差ΔT及び発電電圧で制御するのではなく、どちらか一方で制御を行ってもよい。この場合、温度差ΔTが昇圧切換温度差Tlより小さくなるかあるいは発電電圧が上限電圧Vbhより低くなった場合、昇圧コンバータ11に切り換えるとともに低温型熱電変換モジュール28に切り換える。
エンジンが高い低負荷状態から低い低負荷状態に移行した場合について説明する。高い低負荷状態の場合、熱電発電システム21では、低温型熱電変換モジュール28による発電中かつ昇圧コンバータ11による降圧動作中である。ここで、運転者の更なる減速操作によって低い低負荷状態に移行したとする。
負荷状態が更に低くなるのに従って排気ガスの温度が低下し、低温型熱電変換モジュール28の端面間の温度差ΔTも小さく、低温型熱電変換モジュール28の発電電圧も低くなる。エンジンECU36では、低温型熱電変換モジュール28による発電中かつ昇圧動作中の場合には、低温型熱電変換モジュール28の端子間の温度差ΔTと素子切換温度差Teとを比較する。温度差ΔTが素子切換温度差Teより低くなると、エンジンECU36では、高温型熱電変換モジュール27に切り換えるための高温側開閉信号を高温側バルブ23に送信するとともに低温側開閉信号を低温側バルブ24に送信する。すると、高温側バルブ23が開くことによって高温側ヒートパイプ22aが連通するとともに低温側バルブ24が閉じることによって低温側ヒートパイプ22bが遮断し、高温型熱電変換モジュール27で発電を開始する。そのため、熱電発電システム21では、高温型熱電変換モジュール27の発電電圧を昇圧コンバータ11で昇圧してバッテリBに充電する。この際、昇圧コンバータ11に入力される電圧が高くなるので、昇圧コンバータ11の発電効率が向上する。
この熱電発電システム21によれば、第1の実施の形態に係る熱電発電システム1の効果を有する他に、以下の効果も有する。熱電発電システム21では、高温型熱電変換モジュール27と低温型熱電変換モジュール28とを切り換える構成としたので、昇圧コンバータ11の変換効率の高い領域を利用でき、電力回収効率が更に高くなる。
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利用して発電するシステムに適用したが、工場から排出される排気ガス等の他の機関からの排気ガスの熱エネルギを利用して発電するシステムに適用してもよい。
また、本実施の形態では熱伝導手段をヒートシンク、ヒートパイプ及び加熱部で構成したが、ヒートシンクに熱電変換モジュールを直接設けるなど他の構成としてもよい。また、本実施の形態では熱電変換モジュールの低温端面を冷却水による冷却部で冷却する構成としたが、空冷式など他の構成としてもよく、あるいは、冷却部が無くてもよい。
また、本実施の形態では熱電変換モジュールの低温端面及び高温端面の温度を検出する構成としたが、低温端面や高温端面を直接検出するのでなく、冷却部や加熱部における温度を検出する構成でもよい。また、高温型熱電変換モジュールと低温型熱電変換モジュールとの各端面の温度を別々に検出する構成としたが、2つの熱電変換モジュールの高温部や低温部の温度を共通に検出する構成としてもよい。
また、本実施の形態では熱電変換モジュールの高温端面と低温端面との温度差に基づいて切換スイッチの切換を制御する構成としたが、熱電変換モジュールの発電電圧を検出し、その検出した発電電圧に基づいて切換スイッチの切換を制御するなど他のパラメータによって切換制御を行ってもよい。
1,21…熱電発電システム、2…ヒートシンク、3,22…ヒートパイプ、22a…高温側ヒートパイプ、22b…低温側ヒートパイプ、4…加熱部、5…冷却部、6…熱電変換モジュール、7…高温部温度センサ、8…低温部温度センサ、9,35…切換スイッチ、10…降圧コンバータ、11…昇圧コンバータ、12,36…エンジンECU、23…高温側バルブ、24…低温側バルブ、25…高温側加熱部、26…低温側加熱部、27…高温型熱電変換モジュール、28…低温型熱電変換モジュール、29…高温側高温部温度センサ、30…高温側低温部温度センサ、31…低温側高温部温度センサ、32…低温側低温部温度センサ、33…高温側電圧センサ、34…低温側電圧センサ
Claims (4)
- 排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システムであって、
排気ガス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、
排気ガスの熱エネルギを前記熱電変換手段の高温部に伝導する熱伝導手段と、
前記熱電変換手段の発電電圧を降圧する降圧手段と、
前記熱電変換手段の発電電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記熱電変換手段の発電電圧の入力先として前記降圧手段と前記昇圧手段とを切り換える昇降圧切換手段と、
前記昇降圧切換手段の切換制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする熱電発電システム。 - 前記熱電変換手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段と、
前記熱電変換手段の低温部の温度を検出する低温部温度検出手段と
を備え、
前記制御手段は、前記高温部温度検出手段で検出した温度と前記低温部温度検出手段で検出した温度との温度差に基づいて切換制御を行うことを特徴とする請求項1に記載する熱電発電システム。 - 排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電システムであって、
排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する第1熱電変換手段と、
前記第1熱電変換手段よりも高温領域で使用可能であり、排気ガスの熱エネルギを電気エネルギに変換する第2熱電変換手段と、
排気ガスの熱エネルギを前記第1熱電変換手段及び前記第2熱電変換手段の各高温部に伝導する熱伝導手段と、
前記第1熱電変換手段と前記第2熱電変換手段とを切り換える熱電変換切換手段と、
前記熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧を降圧する降圧手段と、
前記熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記熱電変換切換手段で切り換えた熱電変換手段の発電電圧の入力先として前記降圧手段と前記昇圧手段とを切り換える昇降圧切換手段と、
前記熱電変換切換手段の切換制御及び前記昇降圧切換手段の切換制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする熱電発電システム。 - 前記第1熱電変換手段の発電電圧を検出する第1電圧検出手段と、
前記第2熱電変換手段の発電電圧を検出する第2電圧検出手段と、
前記熱電変換手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段と、
前記熱電変換手段の低温部の温度を検出する低温部温度検出手段と
を備え、
前記制御手段は、前記高温部温度検出手段で検出した温度と前記低温部温度検出手段で検出した温度との温度差、前記第1電圧検出手段で検出した発電電圧及び前記第2電圧検出手段で検出した発電電圧に基づいて、前記熱電変換切換手段の切換制御及び前記昇降圧切換手段の切換制御を行うことを特徴とする請求項3に記載する熱電発電システム。
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2003
- 2003-07-29 JP JP2003282059A patent/JP2005051934A/ja active Pending
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