JP2005051952A

JP2005051952A - 発電装置

Info

Publication number: JP2005051952A
Application number: JP2003282935A
Authority: JP
Inventors: Jiro Tsuchiya; 次郎土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】熱電変換出力の送電時における電力損失の低減が図れる発電装置を提供すること。
【解決手段】排気管４側に加熱部２ａを向けクーラ５側に冷却部２ｂを向けて熱電素子２を配設し、クーラ５を挟んで熱電素子２と一体的にＤＣ−ＤＣコンバータ３を取り付けて構成する。このように、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３を一体化構造とすることにより、熱電素子２の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ３に入力するための配線６を短くすることができ、その配線６を通じて熱電素子２の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ３に送電する際の電力損失を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電変換により発電を行う発電装置に関するものである。

従来、熱電変換により発電を行う発電装置として、特開昭６３−２６２０７５号公報に記載されるように、自動車等に搭載される内燃機関の排気ガスの熱エネルギを利用して発電を行うものが知られている。この発電装置は、排気ガスが通過する吸熱部に熱電交換素子を取り付けることにより熱電交換素子の加熱を行い、その熱電交換素子に液体式冷却ジャケットを取り付けて熱電交換素子を冷却し、熱電交換素子に大きな温度差を与えて熱電効率を高めようとするものである。
特開昭６３−２６２０７５号公報

上述した発電装置にあっては、熱電効率を高めて発電量を大きくしたとしても、発電装置が電圧調整器や蓄電池と長い配線によって接続されている。このため、発電装置の出力が長い配線を通じて送電される際、その配線が大きな電気抵抗となって多大な電力損失を生ずる。

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、熱電変換出力の送電時における電力損失の低減が図れる発電装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る発電装置は、熱源側に加熱部を向け冷却手段側に冷却部を向けて配設される熱電変換手段と、冷却手段を挟んで熱電変換手段に一体に取り付けられ熱電変換手段の出力を電力変換する電力変換手段とを備えて構成されている。

また本発明に係る発電装置は、熱源が車両の排気熱により高温化する車両構成部であることを特徴とする。

また本発明に係る発電装置は、熱源が車両の排気管であることを特徴とする。

これらの発明によれば、熱電変換手段と電力変換手段を一体化構造としたので、熱電変換手段の出力を電力変換手段に入力するための配線を短くすることができ、その配線を通じて熱電変換手段の出力を電力変換手段に送電する際の電力損失を低減することができる。また、冷却手段を介して熱電変換手段と電力変換手段を一体化構造とすることにより、電力変換手段が高温化するのを防止することができる。

本発明によれば、熱電変換出力の送電時における電力損失の低減が図れる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）
図１に本実施形態に係る発電装置の概略構成図を示す。

本実施形態に係る発電装置１は、エンジンの排気ガスＧの熱エネルギを電気エネルギに熱電変換して発電を行う装置である。この発電装置１は、熱電素子２及びＤＣ−ＤＣコンバータ３を備えている。熱電素子２は、排気ガスＧの熱エネルギを電気エネルギに熱電変換する熱電変換手段として機能するものであり、加熱部２ａと冷却部２ｂを有し、その加熱部２ａと冷却部２ｂの温度差に応じて発電する。この熱電素子２としては、加熱部２ａと冷却部２ｂの温度差に基づいて発電可能なものであれば、いずれのものを用いてもよい。

熱電素子２は、排気管４側に加熱部２ａを向け、クーラ５側に冷却部２ｂを向けて配設されている。排気管４は、熱電素子２を加熱する熱源であり、排気ガスＧの流通により高温状態となる。排気管４における熱電素子２の取付部分には、集熱部４ａを設けることが好ましい。例えば、排気管４における熱電素子２の取付部分の内部にフィン、ハニカム状等の多孔部材など表面積を大きくする集熱部４ａが設けられる。このような集熱部４ａを設けることにより、排気ガスＧの熱を効率よく集めることができる。

クーラ５は、冷却水Ｗによって冷却する水冷式の冷却手段である。なお、熱電素子２を冷却する冷却手段としては、水冷式のクーラ５に限られるものではなく、熱電素子２を冷却可能なものであればいずれのものを用いてもよい。熱電素子２は、例えば図１に示すように複数のものを直列に接続して用いられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、熱電素子２の出力を電力変換する電力変換手段として機能するものであり、配線６を用いて熱電素子２と接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ３は、熱電素子２の出力電圧を入力して電圧レベルを調整する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３で調整された電力は、配線７を通じてバッテリなどに送電され蓄電される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、冷却手段であるクーラ５を挟んで熱電素子２に一体に取り付けられている。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、熱電素子２が取り付けられる排気管２の同一位置に固定部材９により固定され、クーラ５を挟んで設置されている。これにより、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３は互いに近い位置に設置され、それらを接続する配線６が短いものとなる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、その周囲をクーラ５と別のクーラ８により覆われている。このクーラ８により、ＤＣ−ＤＣコンバータ３が高温状態となることを確実に防止できる。クーラ８としては、例えば冷却水Ｗにより冷却する水冷式のものが用いられる。

次に、本実施形態に係る発電装置１の動作について説明する。

図１において、車両のエンジンの駆動により排気管４に排気ガスＧが流通する。排気ガスＧの熱エネルギにより排気管４が高温状態となる。一方、クーラ５には冷却水Ｗが流れており、低温状態となっている。このため、排気管４により熱電素子２の加熱部２ａが加熱され、クーラ５により熱電素子２の冷却部２ｂがクーラ５により冷却される。これにより、熱電素子２に大きな温度差が与えられ、この温度差に応じて熱電素子２が発電する。

熱電素子２の出力電力は、配線６を通じてＤＣ−ＤＣコンバータ３に送電される。その際、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３とが一体的に構成され、近い位置に配置されているので、配線６が短くなっている。このため、配線６の電気抵抗が小さいものとなり、配線６を通じて熱電素子２の出力が送電される際の電力損失が小さく抑えられる。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ３では、電力変換が行われ、熱電素子２の出力電圧が所定の電圧レベルに調整される。その際、ＤＣ−ＤＣコンバータ３は、クーラ５を挟んで熱電素子２と一体化しているので、熱電素子２に与えられる熱がＤＣ−ＤＣコンバータ３に伝導しにくくＤＣ−ＤＣコンバータ３が高温化することが防止される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３をさらにクーラ８で覆うことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３が高温状態となることを効果的に防止できる。

以上のように、本実施形態に係る発電装置１によれば、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３を一体化構造としたので、熱電素子２の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ３に入力するための配線６を短くすることができ、その配線６を通じて熱電素子２の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ３に送電する際の電力損失を低減することができる。また、クーラ５を介して熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３を一体化構造とすることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３が高温化するのを防止することができる。

また、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３を一体化構造とすることにより、発電装置１全体をコンパクトに構成することができる。このため、装置の小型化が図れ、車両の搭載性が向上する。
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る発電装置について説明する。

図２に本実施形態に係る発電装置の構成概要図を示す。図２に示すように、本実施形態に係る発電装置１ａは、熱電素子２を冷却するクーラ５を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ３も冷却するものである。熱電素子２の冷却部２ｂを冷却するクーラ５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の周囲を覆うように設けられている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ３の高温化が防止される。

このように、熱電素子２を冷却するクーラ５を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ３を冷却することにより、冷却手段の設置個数を減らすことができる。また、装置全体をコンパクトに構成でき、装置の小型化が図れる。
（第三実施形態）
次に第三実施形態に係る発電装置について説明する。

図３に本実施形態に係る発電装置の構成概要図を示す。図３に示すように、本実施形態に係る発電装置１ｂは、複数の熱電素子２を備え、それらの各熱電素子２に対しＤＣ−ＤＣコンバータ３を対応させて設置し、一つの熱電素子２と一つのＤＣ−ＤＣコンバータ３でモジュール化させたものである。この場合、熱電素子２とＤＣ−ＤＣコンバータ３との接続を行う配線６をごく短くすることができるため、配線６を通じて熱電素子２の出力をＤＣ−ＤＣコンバータ３に送電する際の電力損失を大きく低減することができる。

なお、上述した各本実施形態では、熱源が車両の排気管２である場合について説明したが、本発明に係る発電装置はそのようなものに限られるものではなく、車両の排気熱により高温化する車両構成部を熱源とするものであってもよい。また、車両以外の高温部分を熱源とするものに適用する場合もある。

また、上述した各本実施形態では、電力変換手段がＤＣ−ＤＣコンバータ３である場合について説明したが、本発明に係る発電装置はそのようなものに限られるものではなく、電力変換手段がＤＣ−ＤＣコンバータ３以外のものである場合であってもよい。

本発明の第一実施形態に係る発電装置の構成概要図である。第二実施形態に係る発電装置の構成概要図である。第三実施形態に係る発電装置の構成概要図である。

符号の説明

１…発電装置、２…熱電素子（熱電変換手段）、２ａ…加熱部、２ｂ…冷却部、３…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換手段）、４…排気管（熱源）、５…クーラ（冷却手段）、６…配線、Ｇ…排気ガス、Ｗ…冷却水。

Claims

熱源側に加熱部を向け冷却手段側に冷却部を向けて配設される熱電変換手段と、
前記冷却手段を挟んで前記熱電変換手段に一体に取り付けられ、前記熱電変換手段の出力を電力変換する電力変換手段と、
を備えた発電装置。
前記熱源が車両の排気熱により高温化する車両構成部であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記熱源が前記車両の排気管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。