JP2009033806A - 熱電発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体の熱エネルギ量の増減に応じた適切な熱発電が可能であり、しかも、熱エネルギを無駄なく活用することができる熱電発電装置を提供する。
【解決手段】高温側フィン付熱流板２１の温度が例えば３００℃未満の低温域内のときには、低温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎが接触状態にあり、高温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎが遮断状態にあるため、低温型熱電発電素子群のみによって効率良く熱発電される。そして、高温側フィン付熱流板２１の温度が３００℃以上の高温域内となると、高温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎが接触状態に切り換えられるため、高温型熱電発電素子群によって効率良く熱発電されると共に、低温型熱電発電素子群によって熱エネルギを無駄にすることなく熱発電される。
【選択図】図１８

Description

本発明は、熱回収部材と放熱部材との間の温度差により熱発電する熱電発電装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気熱を回収して熱発電するのに好適な熱電発電装置に関するものである。

熱回収部材と放熱部材との間の温度差により熱発電する熱電発電装置として、内燃機関の排気熱を回収して熱発電する車両用の熱電発電装置が従来一般に知られている。この種の熱電発電装置は、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生する熱電発電素子を備えている（例えば特許文献１、２参照）。

ここで、特許文献１には、内燃機関の排気が流通する排気管（熱回収部材）と、その両側に配置された冷却ジャケット（放熱部材）との間に複数の熱電素子（熱電発電素子群）が挟み込まれ、その高温端が排気管（熱回収部材）の外表面に接触し、その低温端が冷却ジャケット（放熱部材）に接触する構造の自動車用排熱発電装置が開示されている。

一方、特許文献２には、高温排熱回収手段（熱電発電装置）が装着された第１の排ガス流路と、低温排熱回収手段（熱電発電装置）が装着された第２の排ガス流路と、各排ガス流路を流れる排ガスの温度に応じて第１の排ガス流路または第２の排ガス流路に排ガスの流路を切り換える切換えルブとを備えた排ガスエネルギの回収装置が開示されている。
特開２０００−２９７６９９号公報（段落００２３、００２４） 特開平５−１９５７６５号公報（段落０００９〜００１１、００１４）

ここで、熱電発電装置を構成する熱電発電素子の熱電変換効率は、その作動温度に応じて変化し、また、高い熱電変換効率を示す作動温度域は、熱電発電素子の種類に応じて異なることが一般に知られている。

このような前提において、特許文献１に記載の自動車用排熱発電装置では、作動温度域の同じ１種類の熱電発電素子で熱電発電装置が構成されているため、排気熱の温度が低い内燃機関の低負荷運転領域から、排気熱の温度が高い内燃機関の高負荷運転領域にわたって効率良く熱発電するには無理がある。

一方、特許文献２に記載の排ガスエネルギの回収装置では、第１の排ガス流路に装着された高温排熱回収手段（熱電発電装置）と、第２の排ガス流路に装着された低温排熱回収手段（熱電発電装置）とが全く独立しているため、その一方の排熱回収手段（熱電発電装置）に蓄熱された熱エネルギを他方の排熱回収手段（熱電発電装置）に活用することができない。

そこで、本発明は、熱媒体の熱エネルギ量の増減に応じた適切な熱発電が可能であり、しかも、熱エネルギを無駄なく活用することができる熱電発電装置を提供することを課題とする。

本発明に係る熱電発電装置は、熱媒体から熱エネルギを回収する熱回収部材に高温端が接触し、低温端が放熱部材に接触する接触状態で熱発電可能な熱電発電素子群を備えた熱電発電装置であって、熱電発電素子群は、作動温度域の異なる第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群で構成されており、熱回収部材の温度に応じて第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群の少なくとも一方を接触状態または遮断状態に切り換える切換手段を備えていることを特徴とする。

本発明に係る熱電発電装置では、熱回収部材の温度に応じて切換手段が作動温度域の異なる第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群の少なくとも一方を接触状態または遮断状態に切り換えるため、熱媒体の熱エネルギ量の増減に応じた効率の良い適切な熱発電が可能となる。また、第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群は、接触状態において共通の熱回収部材に高温端が接触する構造であるため、遮断状態から接触状態に切り換えられると、熱回収部材に回収された熱エネルギを無駄なく活用して即座に熱発電を開始する。

本発明の熱電発電装置においては、第１の熱電発電素子群を作動温度域の低い低温型熱電発電素子群で構成し、第２の熱電発電素子群を作動温度域の高い高温型熱電発電素子群で構成することができる。これに対応して、切換手段は、熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、低温型熱電発電素子群を接触状態として高温型熱電発電素子群を遮断状態とすると共に、熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とするように切り換える構成とすることができる。

この場合、熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、切換手段が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群を接触状態とし、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を遮断状態とするため、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のみによって効率良く熱発電される。一方、熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、切換手段が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群および作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を共に接触状態とするため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群によって効率良く熱発電されると共に、低温型熱電発電素子群によって熱エネルギを無駄にすることなく熱発電される。

また、第１の熱電発電素子群を作動温度域の低い低温型熱電発電素子群で構成し、第２の熱電発電素子群を作動温度域の高い高温型熱電発電素子群で構成した本発明の熱電発電装置において、切換手段は、熱回収部材の温度が所定の低温域に達するまでは、低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を遮断状態とし、熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、低温型熱電発電素子群を接触状態として高温型熱電発電素子群を遮断状態とし、熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、低温型熱電発電素子群を遮断状態として高温型熱電発電素子群を接触状態とすると共に、熱回収部材の温度が所定の高温域を超えると、低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とするように切り換える構成とすることができる。

この場合、熱回収部材の温度が所定の低温域に達するまでは、切換手段が低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を遮断状態とするため、熱媒体の熱エネルギ量が熱回収部材に蓄熱される。また、熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、切換手段が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群を接触状態とし、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を遮断状態とするため、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のみによって効率良く熱発電される。

一方、熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、切換手段が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群を遮断状態として作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を接触状態とするため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群のみによって効率良く熱発電される。そして、熱回収部材の温度が所定の高温域を超えると、切換手段が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群および作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を共に接触状態とするため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群によって効率良く熱発電されると共に、低温型熱電発電素子群によって熱エネルギを無駄にすることなく熱発電される。

ここで、第１の熱電発電素子群を作動温度域の低い低温型熱電発電素子群で構成し、第２の熱電発電素子群を作動温度域の高い高温型熱電発電素子群で構成した本発明の熱電発電装置において、切換手段は、低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とする際、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群の熱抵抗が増大するように低温型熱電発電素子群の接触状態を調整するのが好ましい。

この場合、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群の熱抵抗が増大すると、その高温端と低温端との温度差が小さくなるため、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群が効率良く熱発電するようになる。同時に、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群への熱流量が増大するため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群も効率良く熱発電するようになる。

本発明に係る熱電発電装置によれば、熱回収部材の温度に応じて切換手段が作動温度域の異なる第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群の少なくとも一方を接触状態または遮断状態に切り換えるため、熱媒体の熱エネルギ量の増減に応じた効率の良い熱発電が可能となり、十分な発電量を得ることができる。また、第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群は、接触状態において共通の熱回収部材に高温端が接触する構造であるため、遮断状態から接触状態に切り換えられる際に、熱回収部材に回収された熱エネルギを無駄なく活用ことができ、即座に熱発電を開始することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る熱電発電装置の最良の実施形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る熱電発電装置が介設された内燃機関の排気系の概略構造を示す平面図、図２は図１に示した熱電発電装置の外観を示す斜視図、図３は図２に示した熱電発電装置の側面図、図４は図３に示した熱電発電装置の正面図、図５は図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面斜視図、図６は図５に示した熱電発電装置の分解斜視図、図７は図５に示した熱電発電装置の内部構造を示す縦断面図である。

一実施形態に係る熱電発電装置は、車両に搭載された内燃機関の排気系に排出される排気から排気熱を回収して熱発電するように構成されている。すなわち、図１に示すように、一実施形態の熱電発電装置１は、内燃機関（図示省略）の排気系において、例えば、排気上流側の排気マニホールド２に接続された触媒コンバータ３と、排気下流側のマフラー４との間に介設されている。

一実施形態の熱電発電装置１により熱発電される電気エネルギーは、ＥＣＵ（Electric Control Unit）５によってオン・オフ制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ６を介してバッテリー７に充電されるように構成されている。

なお、車両の登坂運転時のような内燃機関の高負荷運転領域で熱電発電装置１の回収熱量を一時的に低減させたり、あるいは熱電発電装置１のシステム異常の際に熱回収を停止させるため、熱電発電装置１の中心部には、触媒コンバータ３からマフラー４側に排気を直接流通させるバイパス管８が貫通して設置されている。そして、このバイパス管８の排気流入口には、ＥＣＵ５によって開閉制御されるバイパスバルブ９が付設されている。

ＥＣＵ５は、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read Only Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)等をハードウェアとして備えたマイクロコンピュータであり、後述する切換手段の制御装置を構成する。

図２〜図７に示すように、熱電発電装置１は、その外周部を構成する中空円筒状の冷却水ケース１０、排気の流入部を構成する筒状の流入側ハウジング１１、排気の流出部を構成する筒状の流出側ハウジング１２、流入側ハウジング１１を覆う流入側ジャバラ管１３、流出側ハウジング１２を覆う流出側ジャバラ管１４等の部材を備えて構成されている。

冷却水ケース１０の後端部には、冷却水が流入する流入側ニップル１０Ａが接続され、前端部には冷却水が流出する流出側ニップル１０Ｂが接続されている。これらの流入側ニップル１０Ａおよび流出側ニップル１０Ｂは、図１に示したＥＣＵ５によりオン・オフ制御される冷却水循環ポンプ１５およびラジエータ１６を備えた冷却水の循環管路に接続されており、冷却水循環ポンプ１５がＥＣＵ５によりオン制御されると、ラジエータ１６で冷却された冷却水が冷却水ケース１０内を流通して循環するようになっている。

筒状の流入側ハウジング１１は、図５〜図７に示すように、筒状のハウジング本体１１Ａと、このハウジング本体１１Ａの内端部に同心状にインロー嵌合するリング状の流入側挟持部材１１Ｂとの組み合わせ構造とされており、ハウジング本体１１Ａの内端部には、複数本の放射状連結部１１Ｃを介して連続する小径のリング状支持部１１Ｄが形成されている。

同様に、流入側挟持部材１１Ｂには、ハウジング本体１１Ａの各放射状連結部１１Ｃおよびリング状支持部１１Ｄに重なる複数本の放射状連結部１１Ｅおよびリング状支持部１１Ｆが形成されている。そして、ハウジング本体１１Ａおよび流入側挟持部材１１Ｂは、それぞれリング状支持部１１Ｄおよびリング状支持部１１Ｆがバイパス管８の外周に摺動自在に嵌合することでバイパス管８に同芯状に支持されている。

流出側ハウジング１２も流入側ハウジング１１と同様に、複数本の放射状連結部１２Ｃおよび小径のリング状支持部１２Ｄを有する筒状のハウジング本体１２Ａと、複数本の放射状連結部１２Ｅおよび小径のリング状支持部１２Ｆを有するリング状の流出側挟持部材１２Ｂとの組み合わせ構造とされている。そして、この流出側ハウジング１２のハウジング本体１２Ａおよび流出側挟持部材１２Ｂは、それぞれリング状支持部１２Ｄおよびリング状支持部１２Ｆがバイパス管８の外周に摺動自在に嵌合することでバイパス管８に同芯状に支持されている。

ここで、流入側ハウジング１１内に臨むバイパス管８の前端部には大径部８Ａが形成されている。この大径部８Ａの段部には、流入側ハウジング１１を構成するハウジング本体１１Ａのリング状支持部１１Ｄを介して流入側挟持部材１１Ｂのリング状支持部１１Ｆが係止されている。

一方、流出側ハウジング１２内に臨むバイパス管８の後端部には小径部８Ｂが形成されており、この小径部８Ｂには複数の皿ばね１７および押しナット１８が装着されている。そして、押しナット１８のねじ込みにより、皿ばね１７が流出側ハウジング１２を構成するハウジング本体１２Ａのリング状支持部１２Ｆを介して流出側挟持部材１２Ｂのリング状支持部１２Ｆを前方に押圧している。

流入側ジャバラ管１３は、その外端部に固定された接続リング１３Ａが流入側ハウジング１１のハウジング本体１１Ａの外端部に気密状態で嵌合固定され、その内端部に固定された接続リング１３Ｂが冷却水ケース１０の前端部に気密状態で嵌合固定されている。同様に、流出側ジャバラ管１４は、その外端部に固定された接続リング１４Ａが流出側ハウジング１２のハウジング本体１２Ａの外端部に気密状態で連結され、その内端部に固定された接続リング１４Ｂが冷却水ケース１０の他端部に気密状態で連結されている。

ここで、流入側ハウジング１１を構成する流入側挟持部材１１Ｂの外周部の側面と、流出側ハウジング１２を構成する流出側挟持部材１２Ｂの外周部の側面との間には、バイパス管８の外周および冷却水ケース１０の内周に摺動自在に嵌合するドーナツ状に組み立てられた熱電発電ユニット２０が排気流入側から排気流出側に向かって例えば１２段に配置されている。

各熱電発電ユニット２０は、図５に示すように、熱回収部材としてバイパス管８の外周に嵌合されるリング状の高温側フィン付熱流板２１と、放熱部材として冷却水ケース１０の内周に嵌合されるリング状の低温側熱流板２２と、両者の間に介設される熱電発電素子モジュール２３とで構成されている。

図７に示すように、各熱電発電ユニット２０を構成する各高温側フィン付熱流板２１の外周部付近は、流入側挟持部材１１Ｂの外周部側面と流出側挟持部材１２Ｂの外周部側面との間に所定の押付け荷重で挟持されている。この押付け荷重は、バイパス管８の小径部８Ｂに装着された押しナット１８のねじ込み量により皿ばね１７の反発力を調整することで最適化されている。

また、各熱電発電ユニット２０を構成する各低温側熱流板２２の外周面は、熱伝導性の高いシリコングリース層を介して冷却水ケース１０の内周面に密着している。そして、流入側ジャバラ管１３および流出側ジャバラ管１４により外気と遮断された冷却水ケース１０の内側空間には、熱電発電素子モジュール２３の酸化を防止するための窒素ガスなどの適宜の不活性ガスが充填されている。

ここで、図８の分解斜視図に示すように、熱電発電ユニット２０を構成する高温側フィン付熱流板２１は、相互に対向して組み合わされる左右一対で構成されている。各高温側フィン付熱流板２１は、耐熱性のある絶縁性セラミックスにより一体に成形されており、リング状の本体２１Ａと、この本体２１Ａの左右方向の外端側に形成された大径のフランジ部２１Ｂと、フランジ部２１Ｂと反対側に突出する状態で本体２１Ａの内周側に放射状に配列されて形成された多数のくし歯状のフィン２１Ｃとを有する。

左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂにおける相互に対面する内側面には、熱電発電素子モジュール２３を構成する小判形の一群の高温側電極２３Ａが環状に配列されてそれぞれ嵌め込み接合される。

そして、各高温側フィン付熱流板２１，２１は、くし歯状の多数のフィン２１Ｃ，２１Ｃ同士が所定のクリアランスをあけて交互に噛み合わされ、この状態で本体２１Ａ，２１Ａ同士が突当てられて組み合わされる。そして、この高温側フィン付熱流板２１，２１のくし歯状の多数のフィン２１Ｃ，２１Ｃがバイパス管８を囲んでその外周に嵌合されることにより（図５参照）、バイパス管８の周囲には、バイパス管８の軸方向に沿って排気が流通する所定のクリアランスが形成される。

熱電発電ユニット２０を構成する低温側熱流板２２は、絶縁性セラミックスにより一体に成形されており、外周面が冷却水ケース１０の内周面に嵌合する幅の広い環状の嵌合部２２Ａと、内周部が左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂ間に臨む幅の狭い環状の装着部２２Ｂとを有する。

熱電発電ユニット２０を構成する熱電発電素子モジュール２３は、前述したように環状に配列される一群の高温側電極２３Ａ，２３Ａと、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの内周部に装着されて環状に配列される一群の低温側電極２３Ｂと、各低温側電極２３Ｂに予めＰＮパイ型接合されてそれぞれ環状に配列される複数のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎを有する。

低温側電極２３Ｂは、図９に示すように、左右方向中央部に湾曲したばね部２３Ｂ１が形成された正面視Ｕ字形のクリップ状に形成されており、その左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２は、ばね部２３Ｂ１付近までの切欠きによりそれぞれ前後に分割されている。

そして、低温側電極２３Ｂの左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２のうち、例えば右側の前後の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２の外面には、第１の熱電発電素子群である低温型熱電発電素子群を構成する作動温度域の低い一組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの低温端がハンダ層や拡散層を介してＰＮパイ型接合されている。一方、低温側電極２３Ｂの左側の前後の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２の外面には、第２の熱電発電素子群である高温型熱電発電素子群を構成する作動温度域の高い一組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの低温端がハンダ層や拡散層を介してＰＮパイ型接合されている。

ここで、図１０に示すように、一群の低温側電極２３Ｂの一つは、ばね部２３Ｂ１を含めて左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２が完全に前後に分割されており、その前後一方の左右一側の挟持片部２３Ｂ２には、例えばマイナス側リード片２３Ｂ３が連続して形成され、その前後他方の左右他側の挟持片部２３Ｂ２には、プラス側リード片２３Ｂ４が連続して形成されている。

マイナス側リード片２３Ｂ３は、図１１および図１２に示すように、正面視Ｕ字状に外側に屈曲している。一方、プラス側リード片２３Ｂ４は、同様に正面視Ｕ字状に外側に屈曲し、さらにその先端部が他段の熱電発電素子モジュール２３のマイナス側リード片２３Ｂ３に向けて屈曲している。そして、各段の熱電発電素子モジュール２３は、プラス側リード片２３Ｂ４とマイナス側リード片２３Ｂ３とが接触することで交互に直列に接続されており、各段の熱電発電素子モジュール２３で熱発電された電気エネルギがその一端部および他端部から取り出されるようになっている。

ここで、図１３に示すように、一つの熱電発電ユニット２０を構成する左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１の本体２１Ａ，２１Ａの対向面間には、冷却水ケース１０で覆われた空間に充填される不活性ガスを封止するためにリング状のガスケットＧ１が挟持されている。このガスケットＧ１は、一対の高温側フィン付熱流板２１，２１間の熱流動を可能とするため、例えば、銅にニッケルメッキを施した熱伝導性の良好な材料で構成されている。

また、隣接する熱電発電ユニット２０，２０の一方の高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂと、他方の高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂとの対向面間には、ガスケットＧ１と同様の機能を有するリング状のガスケットＧ２が挟持されている。このガスケットＧ２は、流入側ハウジング１１の流入側挟持部材１１Ｂと、これに対面する高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂとの間にも挟持されている。なお、図１３に図示されていない流出側ハウジング１２の流出側挟持部材１２Ｂと、これに対面する高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂとの間にもガスケットＧ２が挟持されている。

一方、図１３および図１４に示すように、低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａにおける幅方向両端部付近の外周面には、冷却水ケース１０の内周面との間をシールする一対のオーリングＯ，Ｏの装着溝２２Ｃが形成されている。また、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの右側の側面には、環状に配列されて開口する一群のピストン室２２Ｄが形成されており、各ピストン室２２Ｄにはそれぞれピストン２４が摺動自在に嵌挿されている。

ここで、後述する切換手段の一部の構成として、低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａの外周面における一対のオーリングＯ，Ｏの間の幅方向中央部には、圧縮空気の圧力を導入するための環状溝３２Ａが形成されている。また、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの左側の側面には、環状に配列されて開口する一群のピストン室３２Ｂが形成されており、各ピストン室３２Ｂには、一群のピストン３１が摺動自在に嵌挿されている。そして、このような各ピストン室３２Ｂの奥部が低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａに形成された環状溝３２Ａにそれぞれ連通孔３２Ｃを介して連通している。

さらに、図１５に示すように、冷却水ケース１０の後端部には、圧力導入プラグ３２Ｄが装着されており、この圧力導入プラグ３２Ｄに連通する圧力導入通路３２Ｅが冷却水ケース１０内に形成されている。そして、この圧力導入通路３２Ｅは、冷却水ケース１０の内周面に開口する複数の連通孔３２Ｆを介して各低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａに形成された各環状溝３２Ａに連通している。

なお、冷却水ケース１０の後端部には、熱電発電装置１の一方のモジュール電極２３Ｃが絶縁部材１９を介して支持されており、このモジュール電極２３Ｃには、最後段の熱電発電素子モジュール２３のプラス側リード片２３Ｂ４が接続されている。

図１３および図１４に示した一方のピストン２４および他方のピストン３１は、図１６に示すように、それぞれカップ状に形成されている。一方のピストン２４には、その内側に圧縮コイルばね２４Ａが装着され、外周にオーリング２４Ｂが装着されている。また、他方のピストン３１には、その内側に引張りコイルばね３１Ａが装着され、外周にオーリング３１Ｂが装着されている。引張りコイルばね３１Ａは、一端部がピストン３１に係止され、他端部がピストン室３２Ｂ（図１３参照）の奥部に係止されることで、ピストン３１をピストン室３２Ｂ内に引き込むように構成されている。

ここで、一実施形態の熱電発電装置１は、図１３に示した他方のピストン３１側に環状に配列された第２の熱電発電素子群、すなわち、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と、これに対面する一群の高温側電極２３Ａとを接触状態または離間状態に切り換える切換手段を備えている。

図１７は切換手段の一例を示しており、この切換手段３０は、前述したＥＣＵ５によって作動がオン・オフ制御される圧力バルブ３３と、この圧力バルブ３３を介して圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力が伝達される圧力伝達経路３２と、この圧力伝達経路３２を介して伝達される圧力に応じて進退作動する前述の一群のピストン３１とを主体に構成されている。

圧力伝達経路３２は、冷却水ケース１０に装着された圧力導入プラグ３２Ｄから冷却水ケース１０内に形成された圧力導入通路３２Ｅおよび各連通孔３２Ｆ、低温側熱流板２２に形成された環状溝３２Ａおよび各連通孔３２Ｃを介して各ピストン室３２Ｂに至る伝達経路を有する（図１３〜図１５参照）。

圧力バルブ３３は、ＥＣＵ５によってオン制御されると、圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力を圧力伝達経路３２に伝達することで、ピストン室３２Ｂ内に引き込まれている一群のピストン３１（図１８参照）をそれぞれ引張りコイルばね３１Ａに抗してピストン室３２Ｂから進出させる（図１９参照）。一方、ＥＣＵ５によってオフ制御されると、圧力バルブ３３は、圧力伝達経路３２内の圧力を大気に開放することで、一群のピストン３１をそれぞれ引張りコイルばね３１Ａの付勢力によりピストン室３２Ｂ内に退入させる（図１８参照）。

圧力タンク３４は、圧力ポンプ３５から供給される圧縮空気の圧力を蓄圧する。この圧力タンク３４には、蓄圧された圧縮空気の圧力を検出してその検出信号をＥＣＵ５に出力する圧力センサ３６が付設されている。そして、この圧力センサ３６の検出信号に基づいて、ＥＣＵ５が圧力ポンプ３５の作動をオン・オフ制御するようになっている。

ここで、ＥＣＵ５には、排気の熱回収部材である高温側フィン付熱流板２１のフィン温度を検出する温度センサ３７からその検出温度の信号が入力される。このＥＣＵ５は、温度センサ３７の検出信号に基づき、熱媒体である排気の熱エネルギ量の増減に対応して圧力バルブ３３の作動をオン・オフ制御する。

すなわち、ＥＣＵ５は、温度センサ３７が例えば３００℃以上の温度を検出すると、圧力バルブ３３の作動をオン制御する。一方、温度センサ３７が３００℃未満の温度を検出すると、ＥＣＵ５は、圧力バルブ３３の作動をオフ制御する。

以上のように構成された一実施形態の熱電発電装置１では、図１８および図１９に示すように、低温側熱流板２２の各ピストン室２２Ｄに嵌挿されている一群のピストン２４は、圧縮コイルばね２４Ａの付勢力により、各ピストン室２２Ｄから常時進出した状態となっている。

その結果、一群のピストン２４が接合された低温側電極２３Ｂの右側の挟持片部２３Ｂ２は、各ピストン２４に押圧されて弾性変形しており、その外面にＰＮパイ型接合された低温型熱電発電素子群を構成する作動温度域の低いｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接合された高温側電極２３Ａに常時接触した状態となっている。

一方、低温側熱流板２２の環状溝３２Ａに各連通孔３２Ｃを介して連通された各ピストン室３２Ｂに嵌挿されている一群のピストン３１は、図１７に示した切換手段３０により、車両の走行状態等に対応して内燃機関の排気系に排出される排気の熱エネルギの増減に応じて進退制御される。

ここで、切換手段３０では、車両の走行状態が市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時であって、排気系に排出される排気の熱エネルギが小さく、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば３００℃未満の場合、３００℃未満の温度を検出した温度センサ３７の検出信号に基づき、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオフ信号を出力し、圧力バルブ３３が圧力伝達経路３２内の圧力を大気に開放している。

このため、図１８に示すように、低温側熱流板２２の環状溝３２Ａに各連通孔３２Ｃを介して連通された各ピストン室３２Ｂに嵌挿されている一群のピストン３１は、引張りコイルばね３１Ａの付勢力により、各ピストン室３２Ｂ内に退入した状態に制御される。

その結果、一群のピストン３１が接合された低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２は、各ピストン３１に追従して弾性復帰し、その外面にＰＮパイ型接合された高温型熱電発電素子群を構成する作動温度域の高いｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が他方の高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接合された高温側電極２３Ａから離間した遮断状態に制御される。

すなわち、車両の市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時においては、図１８に示すように、低温側電極２３Ｂの右側の挟持片部２３Ｂ２の外面にＰＮパイ型接合された作動温度域の低い低温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎのみが接触状態にあり、低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２の外面にＰＮパイ型接合された作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは遮断状態となる。

そして、この場合、低温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端には、一方の高温側フィン付熱流板２１から直接排気の熱エネルギが供給されると共に、他方の高温側フィン付熱流板２１からも熱伝導性の良好なガスケットＧ１を介して排気の熱エネルギが供給される。

従って、車両の市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時においては、図２０に示すように、各熱電発電ユニット２０を構成する各熱電発電素子モジュール２３における作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎのみによって効率良く熱発電され、その総発電量が増大する。

ここで、車両の走行状態が高速巡航等の内燃機関の高負荷運転となって、排気系に排出される排気の熱エネルギが増大し、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば３００℃以上に達すると、切換手段３０では、３００℃以上の温度を検出した温度センサ３７の検出信号に基づき、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオン信号を出力するため、圧力バルブ３３が圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力を圧力伝達経路３２に伝達する。

このため、図１９に示すように、低温側熱流板２２の環状溝３２Ａに各連通孔３２Ｃを介して連通された各ピストン室３２Ｂに嵌挿されている一群のピストン３１は、引張りコイルばね３１Ａの付勢力に抗して各ピストン室３２Ｂ内から進出するように制御される。

その結果、一群のピストン３１が接合された低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２は、各ピストン３１に押圧されて弾性変形し、その外面にＰＮパイ型接合された高温型熱電発電素子群を構成する作動温度域の高いｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が他方の高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接合された高温側電極２３Ａに接触した状態に制御される。

すなわち、車両の高速巡航等の内燃機関の高負荷運転時においては、図１９に示すように、低温側電極２３Ｂの右側の挟持片部２３Ｂ２の外面にＰＮパイ型接合された作動温度域の低い低温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎが接触状態にあり、低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２の外面にＰＮパイ型接合された作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎも接触状態となる。

そして、この場合、他方の高温側フィン付熱流板２１は、排気の熱エネルギにより既に昇温されているため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、図１８に示す遮断状態から図１９に示す接触状態に切り換えられると、他方の高温側フィン付熱流板２１に回収された熱エネルギにより即座に熱発電を開始する。

従って、車両の高速巡航等の内燃機関の高負荷運転時においては、図２０に示すように、各熱電発電ユニット２０を構成する各熱電発電素子モジュール２３における作動温度域の高い高温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎによって効率良く熱発電されると共に、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎによっても熱エネルギを無駄にすることなく熱発電されるようになり、その総発電量が増大する。

このように、一実施形態の熱電発電装置１によれば、車両の市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時から高速巡航等の内燃機関の高負荷運転時にわたり、排気の熱エネルギ量の増減に応じて効率の良い熱発電を応答性よく行うことができ、十分な発電量を得ることができる。

また、高温型熱電発電素子群の遮断状態では、高温型熱電発電素子群の低温端が低温側熱流板２２側の低い温度に維持されるため、高温型熱電発電素子群の低温端と低温側電極２３Ｂとをハンダ接合することが可能となる。このため、高温型熱電発電素子群の低温端と低温側電極２３Ｂとの間の熱抵抗および電気抵抗を低下させることができる。

本発明に係る熱電発電装置は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図１７に示した切換手段３０が図１８に示したピストン３１に作用させる作動圧は、圧縮空気の圧力に限らず、その他の気体や液体の圧力であってもよい。

ここで、図１７に示した切換手段３０は、第２の熱電発電素子群である高温型熱電発電素子群を接触状態または離間状態に切り換えると共に、第１の熱電発電素子群である低温型熱電発電素子群をも接触状態または離間状態に切り換えるように構成することができる。

この場合、切換手段３０は、ＥＣＵ５によりそれぞれ独立してオン・オフ制御される２つの圧力バルブ３３と、この２つの圧力バルブ３３によりそれぞれ独立して開閉される２系統の圧力伝達経路３２とを備えるものに変更する（図示省略）。

また、図１８に示した低温側熱流板２２は、図２１〜図２４に示すように、相互に独立した２系統の連通孔３２Ｇ，３２Ｈと、これらの連通孔３２Ｇ，３２Ｈにそれぞれ連通する左右のピストン室３２Ｂ，３２Ｂとを有する構造に変更する。そして、左右のピストン室３２Ｂ，３２Ｂには、それぞれ引張りコイルばね３１Ａにより引き込まれるピストン３１（図１８参照）を嵌挿する。

ここで、切換手段３０のＥＣＵ５は、温度センサ３７が例えば１００℃未満の温度を検出しているときには、図２１に示すように、左右のピストン３１，３１が共にピストン室３２Ｂ，３２Ｂ内に退入した状態となるように２つの圧力バルブ３３をオフ制御し、温度センサ３７が例えば１００℃以上、３００℃未満の温度を検出しているときには、図２２に示すように、右側のピストン３１のみがピストン室３２Ｂから進出した状態となるように一方の圧力バルブ３３のみをオン制御するように構成する。

また、ＥＣＵ５は、温度センサ３７が例えば３００℃以上、７００℃未満の温度を検出しているときには、図２３に示すように、左側のピストン３１のみがピストン室３２Ｂから進出した状態となるように他方の圧力バルブ３３のみをオン制御し、温度センサ３７が７００℃以上の温度を検出しているときには、図２４に示すように、左右のピストン３１，３１が共にピストン室３２Ｂ，３２Ｂから進出した状態となるように２つの圧力バルブ３３をオン制御するように構成する。

このように切換手段３０が変更された熱電発電装置１では、図２５に示すように車両の内燃機関の始動直後などの冷間時であって、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば１００℃未満の場合、図２１に示すように、左右のピストン３１，３１が共にピストン室３２Ｂ，３２Ｂ内に退入した状態に制御されるため、右側の低温型熱電発電素子群および左側の高温型熱電発電素子群の高温端が高温側電極２３Ａ，２３Ａから離間して低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群が何れも遮断状態となる。

従って、車両の内燃機関の始動直後などの冷間時においては、高温側フィン付熱流板２１，２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂから低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群の高温端への無駄な熱流入が遮断されて排気熱が高温側フィン付熱流板２１，２１に蓄熱される。その結果、以後の内燃機関の低負荷運転時などの排気熱量が小さいときにも、熱電発電素子１は、高温側フィン付熱流板２１，２１に蓄熱された排気熱のエネルギにより十分な発電量をもって迅速に熱発電を開始することができる。

また、図２５に示すように車両の走行状態が市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時であって、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば１００℃以上、３００℃未満の場合には、図２２に示すように、右側のピストン３１のみがピストン室３２Ｂから進出した状態に制御されるため、右側の低温型熱電発電素子群の高温端のみが高温側電極２３Ａに接触して低温型熱電発電素子群のみが接触状態となる。

すなわち、車両の市外地走行等の内燃機関の低負荷運転時においては、左側の高温型熱電発電素子群が遮断状態に保持され、右側の低温型熱電発電素子群のみが接触状態となるため、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎのみによって効率良く熱発電され、その総発電量が増大する。

さらに、図２５に示すように車両の走行状態が高速巡航等の内燃機関の高負荷運転時であって、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば３００℃以上、７００℃未満の場合には、図２３に示すように、左側のピストン３１のみがピストン室３２Ｂから進出した状態に制御されるため、左側の高温型熱電発電素子群の高温端のみが高温側電極２３Ａに接触して高温型熱電発電素子群のみが接触状態となる。

すなわち、車両の高速巡航等の内燃機関の高負荷運転時においては、右側の低温型熱電発電素子群が遮断状態に保持され、左側の高温型熱電発電素子群のみが接触状態となるため、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎのみによって効率良く熱発電され、その総発電量が増大する。

そして、図２５に示すように車両の走行状態が高速加速や登坂等の内燃機関の高負荷運転時であって、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば７００℃以上の場合には、図２４に示すように、左右のピストン３１，３１が共にピストン室３２Ｂ，３２Ｂから進出した状態に制御されるため、右側の低温型熱電発電素子群および左側の高温型熱電発電素子群の高温端が高温側電極２３Ａ，２３Ａにそれぞれ接触して低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群が共に接触状態となる。

従って、車両の高速加速や登坂等の内燃機関の高負荷運転時においては、作動温度域の高い高温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎによって効率良く熱発電されると共に、作動温度域の低い低温型熱電発電素子群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎによっても熱エネルギを無駄にすることなく熱発電されるようになり、その総発電量が増大する。

ここで、図２１〜図２４に示した低温側熱流板２２の連通孔３２Ｇ，３２Ｈにそれぞれ圧縮空気の圧力を伝達する圧力バルブ３３（図１７参照）は、ＥＣＵ５によってディーティ制御される構造のものに変更し、ピストン３１，３１に作用させる圧力値を可変に制御するようにしてもよい。

この場合、図２４に示すように右側の低温型熱電発電素子群および左側の高温型熱電発電素子群が共に接触状態にあるとき、右側の連通孔３２Ｈから右側のピストン室３２Ｂに伝達する圧力を低く調整することで、右側の低温型熱電発電素子群の高温端と高温側電極２３Ａとの間の熱抵抗を増大させることができる。

そして、このように右側の低温型熱電発電素子群の高温端の熱抵抗を増大させると、作動温度域の低い右側の低温型熱電発電素子群は、高温側フィン付熱流板２１からの流入熱量が減少して高温端と低温端との温度差が小さくなるため、効率良く熱発電するようになる。また、作動温度域の高い左側の高温型熱電発電素子群は、高温側フィン付熱流板２１からの流入熱量が増大して効率良く熱発電するようになる。

ここで、一実施形態の熱電発電装置１において、例えば、図１２に示した熱電発電素子モジュール２３は、図２６に示すようにそれぞれ環状に独立して構成された熱電発電素子モジュール２５，２５に変更し、これに対応して高温側フィン付熱流板２１および低温側熱流板２２は、図２６に示すような構造に変更することができる。

図２６に示す熱電発電素子モジュール２５は、各一組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端に跨って小判形の一群の高温側電極２５Ａが拡散接合やハンダ付けで接合され、各一組のｎ型熱電発電素子Ｎおよびｐ型熱電発電素子Ｐの低温端に跨って小判形の一群の低温側電極２５Ｂが同様に接合されている。

この接合構造により、第１の熱電発電素子群である低温型熱電発電素子群を構成する複数のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子ＮがＰＮパイ型接合されて電気的に相互に直列に接続され、同様に、第２の熱電発電素子群である高温型熱電発電素子群を構成する複数のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子ＮがＰＮパイ型接合されて電気的に相互に直列に接続されている。

これに対応して、図２７に示すように、高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂの内面には、小判形の一群の高温側電極２５Ａが押し込まれて接触する一群の接触凹部２１Ｄが形成されている。また、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの側面には、小判形の一群の低温側電極２５Ｂが収容される一群の収容凹部２２Ｄが形成されている。なお、各低温側電極２５Ｂには、図１８に示した各ピストン２４，３１の外端面または図２１に示したピストン３１，３１の外端面が予め接合されている。

このように変更された熱電発電素子モジュール２５を備える熱電発電装置１では、例えば図１９に示すように、低温側熱流板２２の各ピストン室２２Ｄ，３２Ｂから各ピストン２４，３１が進出すると、熱電発電素子モジュール２５を構成する一群の高温側電極２５Ａが高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに形成された一群の接触凹部２１Ｄに押し込まれて接触することで、高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂからｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端へ熱入力される接触状態となる。

反対に、低温側熱流板２２の各ピストン室２２Ｄ，３２Ｂ内に各ピストン２４，３１が退入すると、熱電発電素子モジュール２５を構成する一群の高温側電極２５Ａが高温側フィン付熱流板２１側の一群の接触凹部２１Ｄから離間することで、高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂからｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端への熱入力が遮断される遮断状態となる。

さらに、一実施形態の熱電発電装置１において、図５および図７に示すように排気の上流側から下流側に向かって多段に配列される熱電発電ユニット２０は、個々に独立して熱発電し、あるいは数個づつのグループ毎に熱発電するように構成してもよい。これに対応して、図１７に示した切換手段３０は、個々の熱電発電ユニット２０あるはいグループ毎の熱電発電ユニット２０を制御対象とするように構成する。

この場合、排気の上流側に配置された熱電発電ユニット２０の高温側フィン付熱流板２１の温度と、排気の下流側に配置された熱電発電ユニット２０の高温側フィン付熱流板２１の温度との差が大きいときにも、各段の熱電発電ユニット２０を的確に制御することができ、内燃機関の低負荷運転時の発電量の増大が期待できる。

本発明の一実施形態に係る熱電発電装置が介設された内燃機関の排気系の概略構造を示す平面図である。 図１に示した熱電発電装置の外観を示す斜視図である。 図２に示した熱電発電装置の側面図である。 図３に示した熱電発電装置の正面図である。 図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面斜視図である。 図５に示した熱電発電装置の分解斜視図である。 図５に示した熱電発電装置の内部構造を示す縦断面図である。 図５に示した熱電発電ユニットの構造を示す分解斜視図である。 図８に示した低温側電極の構造を拡大して示す斜視図である。 図８に示した熱電発電素子モジュールの正面図である。 図１０に示した熱電発電素子モジュールの側面図である。 図１１に示した熱電発電素子モジュールの斜視図である。 図７に示した熱電発電装置の前部の内部構造の一部を拡大して示す部分断面図である。 図１３に示した低温側熱流板の一部を拡大して示す斜視図である。 図７に示した熱電発電装置の後部の内部構造の一部を拡大して示す部分断面図である。 図１４に示したピストンの構造を示す分解斜視図である。 一実施形態の熱電発電装置における切換手段の構成を示すブロック図である。 図１３に示した高温型熱電発電素子群の遮断状態を示す部分拡大断面図である。 図１８に示した高温型熱電発電素子群の接続状態を示す図１８に対応した部分拡大断面図である。 図８に示した熱電発電素子モジュールを構成する低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群の発電効率を示すグラフである。 図１８に示した低温型熱電発電素子群も接続状態または遮断状態に切換え可能に可能に構成した変形例を示す部分拡大断面図であって、低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群が共に遮断された状態を示す部分拡大断面図である。 図２１に示した低温型熱電発電素子群のみが接続された状態を示す部分拡大断面図である。 図２１に示した高温型熱電発電素子群のみが接続された状態を示す部分拡大断面図である。 図２１に示した低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群が共に接続された状態を示す部分拡大断面図である。 図２１〜図２４に示した切換え状態と高温側フィン付熱流板の温度との関係を示すグラフである。 図１２に示した熱電発電素子モジュールの変形例を示す斜視図である。 図２６に示した熱電発電素子モジュールに対応する高温側フィン付熱流板および低温側熱流板の構造を示す部分斜視図である。

符号の説明

１…熱電発電装置、２…排気マニホールド、３…触媒コンバータ、４…マフラー、５…ＥＣＵ、６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、７…バッテリー、８…バイパス管、９…バイパスバルブ、１０…冷却水ケース、１１…流入側ハウジング、１２…流出側ハウジング、１３…流入側ジャバラ管、１４…流出側ジャバラ管、１５…冷却水循環ポンプ、１６…ラジエータ、１７…皿ばね、１８…押しナット、１９…絶縁部材、
２０…熱電発電ユニット、２１…高温側フィン付熱流板(熱回収部材)、２１Ａ…本体、２１Ｂ…フランジ部、２１Ｃ…フィン、２２…低温側熱流板(放熱部材)、２２Ａ…嵌合部、２２Ｂ…装着部、２２Ｃ…装着溝、２３…熱電発電素子モジュール、２３Ａ…高温側電極、２３Ｂ…低温側電極、２３Ｂ１…ばね部、２３Ｂ２…挟持片部、２３Ｃ…モジュール電極、
２４…ピストン、２４Ａ…圧縮コイルばね、２４Ｂ…オーリング、
３０…切換手段、３１…ピストン、３１Ａ…引張りコイルばね、３１Ｂ…オーリング、３２…圧力伝達経路、３２Ａ…環状溝、３２Ｂ…ピストン室、３２Ｃ…連通孔、３２Ｄ…圧力導入プラグ、３２Ｅ…圧力導入通路、３２Ｆ…連通孔、３３…圧力バルブ、３４…圧力タンク、３５…圧力ポンプ、３６…圧力センサ、３７…温度センサ、
Ｇ１，Ｇ２…ガスケット、Ｎ…ｎ型熱電発電素子、Ｐ…ｐ型熱電発電素子。

Claims (4)

1. 熱媒体から熱エネルギを回収する熱回収部材に高温端が接触し、低温端が放熱部材に接触する接触状態で熱発電可能な熱電発電素子群を備えた熱電発電装置であって、
   前記熱電発電素子群は、作動温度域の異なる第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群で構成されており、
   前記熱回収部材の温度に応じて前記第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群の少なくとも一方を接触状態または遮断状態に切り換える切換手段を備えていることを特徴とする熱電発電装置。
2. 前記第１の熱電発電素子群が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群で構成され、前記第２の熱電発電素子群が作動温度域の高い高温型熱電発電素子群で構成されており、
   前記切換手段は、前記熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、前記低温型熱電発電素子群を接触状態として前記高温型熱電発電素子群を遮断状態とすると共に、前記熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、前記低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とするように切り換えることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
3. 前記第１の熱電発電素子群が作動温度域の低い低温型熱電発電素子群で構成され、前記第２の熱電発電素子群が作動温度域の高い高温型熱電発電素子群で構成されており、
   前記切換手段は、前記熱回収部材の温度が所定の低温域に達するまでは、前記低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を遮断状態とし、前記熱回収部材の温度が所定の低温域内にあるときには、前記低温型熱電発電素子群を接触状態として前記高温型熱電発電素子群を遮断状態とし、前記熱回収部材の温度が所定の高温域内にあるときには、前記低温型熱電発電素子群を遮断状態として前記高温型熱電発電素子群を接触状態とすると共に、前記熱回収部材の温度が所定の高温域を超えると、前記低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とするように切り換えることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
4. 前記切換手段は、前記低温型熱電発電素子群および高温型熱電発電素子群を接触状態とする際、低温型熱電発電素子群の熱抵抗が増大するように低温型熱電発電素子群の接触状態を調整することを特徴とする請求項２または３に記載の熱電発電装置。

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