JP2013172576A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発電装置に関する。 The present invention relates to a power generator.
内燃機関から排出される高温の排気の熱エネルギーを熱電変換素子により電気エネルギーとして回収する技術が知られている。このような技術の一例が特許文献1に開示されている。特許文献1の内燃機関の排熱発電装置は、排気ポートの管壁に、熱電変換素子の高温側面が排気ポートの径方向中心側を向き、低温側面が排気ポートの周囲に形成されている冷却水通路に向くように配設し、両面の温度差を確保して発電を行う。
A technique for recovering thermal energy of hot exhaust gas discharged from an internal combustion engine as electric energy by a thermoelectric conversion element is known. An example of such a technique is disclosed in
このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献2では、流量調整弁を調整し、発電ユニットとした熱電素子へ送る排気の流量を調整する排熱発電装置が開示されている。
In addition, as a technique considered to be related to the present invention, for example,
ところで、熱電素子の発電性能は、熱電素子の特性と熱電素子の高温側面と低温側面との間の温度差(温度幅)で決定される。熱電素子の特性は、熱電素子の性能指数が高いほど、発電効率が高く、発電性能が良い。図1は、温度に対する性能指数を示し、熱電素子の特性を説明した図である。図1に示すように、素子の特性は、素子を構成する材料により異なり、素子を構成する材料毎にそれぞれ発電性能を効率よく発揮できる温度域が存在する。現状では、広範囲の温度域で効率よく発電可能な材料が見つかっていない。 By the way, the power generation performance of the thermoelectric element is determined by the characteristics of the thermoelectric element and the temperature difference (temperature range) between the high temperature side surface and the low temperature side surface of the thermoelectric element. As for the characteristics of the thermoelectric element, the higher the figure of merit of the thermoelectric element, the higher the power generation efficiency and the better the power generation performance. FIG. 1 shows a figure of merit with respect to temperature and is a diagram illustrating the characteristics of thermoelectric elements. As shown in FIG. 1, the characteristics of the element vary depending on the material constituting the element, and there are temperature ranges where the power generation performance can be efficiently exhibited for each material constituting the element. At present, no material that can generate power efficiently in a wide temperature range has been found.
例えば、図2(a)に示す低温の温度域で性能指数の高い材料を用いた素子では、低温の温度域(L)では効率よく発電するが、高温の温度域(H)では発電効率が悪い。反対に、図2(b)に示す高温の温度域で性能指数の高い材料を用いた素子では、高温の温度域(H)では効率よく発電するが、低温の温度域(L)では発電効率が悪い。このように、発電性能を効率よく発揮できる温度域を外れると発電効率が著しく低下するため、使用する温度域に適合する材料の素子を選定する必要があった。しかしながら、使用する温度域に適合する材料が都合よく存在するわけではない。 For example, the element using a material having a high performance index in the low temperature range shown in FIG. 2A efficiently generates power in the low temperature range (L), but the power generation efficiency is high in the high temperature range (H). bad. On the other hand, the element using a material having a high performance index in the high temperature range shown in FIG. 2B efficiently generates power in the high temperature range (H), but in the low temperature range (L), the power generation efficiency. Is bad. As described above, since the power generation efficiency is remarkably lowered if the temperature range in which the power generation performance can be efficiently exhibited is exceeded, it is necessary to select an element made of a material suitable for the temperature range to be used. However, there is no convenient material suitable for the temperature range to be used.
そこで、図3に示すような、高温の温度域で効率よく発電する材料からなる高温用素子102と、低温の温度域で効率よく発電する材料からなる低温用素子103と、を組み合わせたカスケード型の熱電素子101が採用されている。熱電素子101は、p型半導体素子とn型半導体素子を備えた高温用素子102を高温熱源側の高温プレート104と中間プレート106により挟み込むとともに、p型半導体素子とn型半導体素子を備えた低温用素子103を低温熱源側の低温プレート105と中間プレート106とにより挟み込んだ構成をしている。
Therefore, as shown in FIG. 3, a cascade type in which a
図4はカスケード型の熱電素子101の性能指数を示した図である。図4中のTHは高温熱源の温度、TCは低温熱源の温度、ZHは高温用素子の性能指数、ZCは低温用素子の性能指数を示している。カスケード型の熱電素子1の性能指数は、中間プレートの温度(中間温度)TNに左右される。すなわち、中間温度TNが高すぎると、高温用素子2における発電効率は高いが低温用素子3における発電効率が低く、全体としての発電効率が低下していた。反対に、中間温度TNが低すぎると、低温用素子3における発電効率は高いが高温用素子2における発電効率が低く、全体としての発電効率が低下していた。
FIG. 4 is a diagram showing a figure of merit of the cascade type
従来の熱電素子では、このようなカスケード型の2つの素子の間の温度(中間温度TN)について考慮していないため、発電効率にとって最適な温度域が利用されておらず、発電効率が良好とはいえなかった。 In the conventional thermoelectric element, since the temperature (intermediate temperature T N ) between the two elements of the cascade type is not considered, the optimum temperature range for the power generation efficiency is not used, and the power generation efficiency is good. That wasn't true.
そこで、本発明は、2つの熱電素子間の温度を制御し、発電効率を向上した発電装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power generation apparatus that controls the temperature between two thermoelectric elements to improve power generation efficiency.
かかる課題を解決する本発明の発電装置は、高温熱源と熱交換するように配置された第1熱電素子と、低温熱源と熱交換するように配置された第2熱電素子と、を備え、前記高温熱源の温度において、前記第1熱電素子の性能指数が前記第2熱電素子の性能指数よりも高く、前記低温熱源の温度において、前記第2熱電素子の性能指数が前記第1熱電素子の性能指数よりも高い関係にあり、前記第1熱電素子と前記第2熱電素子との間を循環して熱を輸送する熱輸送媒体の熱輸送量を制御することを特徴とする。 A power generator of the present invention that solves such a problem includes a first thermoelectric element arranged to exchange heat with a high-temperature heat source, and a second thermoelectric element arranged to exchange heat with a low-temperature heat source, The performance index of the first thermoelectric element is higher than the performance index of the second thermoelectric element at the temperature of the high temperature heat source, and the performance index of the second thermoelectric element is the performance of the first thermoelectric element at the temperature of the low temperature heat source. The relationship is higher than the index, and the heat transport amount of a heat transport medium that transports heat by circulating between the first thermoelectric element and the second thermoelectric element is controlled.
上記構成によると、高温熱源側の第1熱電素子から低温熱源側の第2熱電素子へ移動する熱量を制御し、第1熱電素子の温度及び第2熱電素子の温度を制御することができる。これにより、第1熱電素子と第2熱電素子のそれぞれの温度を、発電効率が良好となる温度にすることができる。この結果、発電装置の発電効率を向上できる。 According to the above configuration, the amount of heat transferred from the first thermoelectric element on the high temperature heat source side to the second thermoelectric element on the low temperature heat source side can be controlled, and the temperature of the first thermoelectric element and the temperature of the second thermoelectric element can be controlled. Thereby, each temperature of a 1st thermoelectric element and a 2nd thermoelectric element can be made into the temperature from which electric power generation efficiency becomes favorable. As a result, the power generation efficiency of the power generator can be improved.
上記の発電装置において、前記熱輸送媒体の温度が、前記第1熱電素子の性能指数と前記第2熱電素子の性能指数とが一致する温度になるように熱輸送量を制御することとしてもよい。これにより、第1熱電素子の発電性能が高い温度域で第1熱電素子の発電を行い、第2熱電素子の発電性能が高い温度域で第2熱電素子の発電を行うことができる。この結果、発電装置の発電効率を向上できる。 In the above power generation apparatus, the heat transport amount may be controlled so that the temperature of the heat transport medium becomes a temperature at which the performance index of the first thermoelectric element and the performance index of the second thermoelectric element coincide with each other. . Accordingly, the first thermoelectric element can generate power in a temperature range where the power generation performance of the first thermoelectric element is high, and the second thermoelectric element can generate power in a temperature range where the power generation performance of the second thermoelectric element is high. As a result, the power generation efficiency of the power generator can be improved.
上記の発電装置において、前記熱輸送量制御手段は、前記熱輸送媒体が前記第1熱電素子から前記第2熱電素子へ移動する熱輸送路と、前記熱輸送媒体が前記第2熱電素子から前記第1熱電素子へ戻る戻り路と、前記戻り路の流量を制御する制御弁とを備えてもよい。この構成において、第1熱電素子と第2熱電素子との温度差が小さい場合、前記制御弁が閉弁することとしてもよい。 In the above power generator, the heat transport amount control means includes a heat transport path through which the heat transport medium moves from the first thermoelectric element to the second thermoelectric element, and the heat transport medium from the second thermoelectric element to the second thermoelectric element. You may provide the return path which returns to a 1st thermoelectric element, and the control valve which controls the flow volume of the said return path. In this configuration, when the temperature difference between the first thermoelectric element and the second thermoelectric element is small, the control valve may be closed.
上記の発電装置において、前記高温熱源を、内燃機関から排出される排気としてもよい。また、この構成において、前記低温熱源を、内燃機関内を循環冷却する冷却水としてもよい。 In the above power generator, the high-temperature heat source may be exhaust exhausted from an internal combustion engine. In this configuration, the low-temperature heat source may be cooling water that circulates and cools the internal combustion engine.
本発明の発電装置は、2つの熱電素子間の温度を制御し、発電効率を向上することができる。 The power generator of the present invention can improve the power generation efficiency by controlling the temperature between two thermoelectric elements.
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図5は本実施例の発電装置1を示した図である。発電装置1は第1熱電素子10、第2熱電素子20、熱輸送媒体循環路30を備えている。第1熱電素子10は高温熱源13と熱交換するように配置されている。第1熱電素子10は第1p型半導体素子11と第1n型半導体素子12とを有する。第1p型半導体素子11と第1n型半導体素子12とは、高温熱源13の温度において、第1熱電素子10が高い性能指数を持つように選択された材料からなる。第2熱電素子20は低温熱源23と熱交換するように配置されている。第2熱電素子20は第2p型半導体素子21と第2n型半導体素子22とを有する。第2熱電素子20は第2p型半導体素子21と第2n型半導体素子22とは、低温熱源23の温度において、第2熱電素子20が高い性能指数を持つように選択された材料からなる。特に、第1熱電素子10と第2熱電素子20とは、高温熱源13の温度において、第1熱電素子10の性能指数が第2熱電素子20の性能指数よりも高く、低温熱源23の温度において、第2熱電素子20の性能指数が第1熱電素子10の性能指数よりも高い関係にある。
FIG. 5 is a diagram showing the
熱輸送媒体循環路30は熱輸送媒体が循環する通路である。図5中の矢印は熱輸送媒体の流れ方向を示している。熱輸送媒体は、高温の物体から熱を受け取り、低温の物体へ熱を受け渡すことのできる媒体である。熱輸送媒体は、高温熱源13から熱を受け取り気化し、低温熱源23へ熱を受け渡して液化する潜熱材を熱輸送媒体としてもよい。潜熱材は、蒸発することにより多量の熱エネルギーを運ぶことができる。また、熱輸送媒体は、温度差と流量から輸送する熱エネルギーの検出が容易な顕熱材であってもよい。本実施例では、熱輸送媒体として、例えば、水やオイルを採用してもよい。熱輸送媒体循環路30は、第1熱電素子10側の第1熱交換室31、第2熱電素子20側の第2熱交換室32、熱輸送路33、戻り路34を備えている。第1熱交換室31は、高温熱源13の反対側において第1熱電素子10に接触している。第2熱交換室32は、低温熱源23の反対側において第2熱電素子20に接触している。熱輸送路33、戻り路34は、各々、第1熱交換室31と第2熱交換室32とを連通する。図5中に示すように、熱輸送媒体は、熱輸送路33内を第1熱交換室31から第2熱交換室32へ移動する。反対に、熱輸送媒体は、戻り路34内を第2熱交換室32から第1熱交換室31へ移動する。戻り路34上には制御弁35が設けられており、制御弁35は、絞りを調整することにより、戻り路34を流れる熱輸送媒体の流量を制御する。すなわち、制御弁35は、第2熱交換室32から第1熱交換室31への熱輸送媒体の流量を制御する。この制御弁35は、電磁弁のような電動式の機構により開度を調整してもよいし、ダイアフラムのような機械式の機構により開度を調整してもよい。
The heat transport
次に、発電装置1の作動について説明する。発電装置1は第1熱電素子10と第2熱電素子20の熱電効果(ゼーベック効果)を利用して発電する。発電装置1が発電するための条件は、熱輸送媒体の温度が高温熱源13の温度よりも低く、熱輸送媒体の温度が低温熱源23の温度よりも高いことである。
Next, the operation of the
ここでは、上記の発電装置1が発電するための条件が満たされたとして説明する。高温熱源13が熱輸送媒体よりも高温であるから、第1熱電素子10は、高温熱源13と第1熱交換室31内の熱輸送媒体との温度差により発電する。このとき、第1熱電素子10は高温熱源13から吸熱し、熱輸送媒体へ放熱する。第1熱交換室31内で第1熱電素子10から熱を受け取った熱輸送媒体は、熱輸送路33を通り、第2熱交換室32へ送られる。また、第2熱電素子20は、第2熱交換室32内の熱輸送媒体と低温熱源23との温度差により発電する。このとき、第2熱電素子20は熱輸送媒体から吸熱し、低温熱源23へ放熱する。すなわち、第1熱交換室31で第1熱電素子10から熱を受け取った熱輸送媒体は第2熱交換室32において第2熱電素子20へ熱を受け渡す。第2熱交換室32内の熱輸送媒体は、第2熱電素子20へ熱を受け渡すことにより温度が低下する。その後、温度の低下した熱輸送媒体は戻り路34を通り、第1熱交換室31へ戻る。
Here, the description will be made assuming that the conditions for generating power by the
以上の説明の通り、熱輸送媒体は熱輸送媒体循環路30を循環しながら、第1熱交換室31から第2熱交換室32へ熱の輸送を行う。発電装置1は、例えば、ECUなどの制御部により、制御弁35の開度を調節することにより、第1熱交換室31へ供給する熱輸送媒体の流量を制御する。熱輸送媒体の流量が変化することにより、第1熱交換室31から第2熱交換室32へ輸送される熱量が変化する。第1熱交換室31から第2熱交換室32へ輸送される熱量が減少すれば、第1熱電素子10の低温側部の温度が上昇し、第2熱電素子20の高温側部の温度が低下する。反対に、第1熱交換室31から第2熱交換室32へ輸送される熱量が増加すれば、第1熱電素子10の低温側部の温度が低下し、第2熱電素子20の高温側部の温度が上昇する。このように、発電装置1は熱輸送媒体による熱の輸送量を制御して、第1熱電素子10の低温側部と第2熱電素子20の高温側部の温度を制御する。なお、発電装置1は、熱輸送路33に熱輸送媒体の温度を測定する温度センサを備えてもよい。温度センサにより測定された情報は、例えば、ECUなどの制御部へ送られ、制御部が受信した温度情報に基づき、制御弁35の開度を制御することとしてもよい。
As described above, the heat transport medium transports heat from the first
ここで、発電装置1の性能との関係で熱輸送媒体の流量について説明する。次式は発電装置1の発電効率ηを表す式である。次式において、THは高温熱源温度、TCは低温熱源温度、Zは性能指数である。
数1の式によると、発電効率ηは高温熱源温度THと低温熱源温度TCとの温度差(TH−TC)が増加するほど向上し、性能指数Zが上昇するほど向上する。図6は発電装置1における第1熱電素子10と第2熱電素子20の性能指数を示した図である。図6中の実線は第1熱電素子10の性能指数を示し、破線は第2熱電素子20の性能指数を示している。図中の横軸は温度を示し、図中の高温熱源温度THと低温熱源温度TCの温度差(有効温度差)は発電装置1の性能(発電効率)を決める因子の一つであり、有効温度差が増加するほど発電効率が高まる。また、図6中の縦軸は性能指数を示しており、第1熱電素子10または第2熱電素子20の発電時の温度の値に対応する性能指数が高いほど、発電装置1の発電効率が高まる。ここで、図6中に示す第1熱電素子10の性能指数と第2熱電素子20の性能指数の値が一致する温度を最適温度TBとする。図6に示すように、最適温度TBよりも高温では、第1熱電素子10の性能指数が第2熱電素子20の性能指数よりも高く、最適温度TBよりも低温では、第2熱電素子20の性能指数が第1熱電素子10の性能指数よりも高い。
Here, the flow rate of the heat transport medium will be described in relation to the performance of the
According to
続いて、発電装置1の作動方針について説明する。発電装置1は熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなるように、熱輸送路33内の熱輸送媒体の流量、すなわち制御弁35の開度を制御する。第1熱電素子10と第2熱電素子20との間に位置する熱輸送路33内の熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなることにより、第1熱電素子10を最適温度TBよりも高温に維持し、第2熱電素子20を最適温度TBよりも低温に維持する。これにより、第1熱電素子10と第2熱電素子20がともに、性能指数の高い温度域で発電することになる。このように、発電装置1が熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなるように、制御弁35の開度を制御することにより、高い発電効率を取得することとなる。なお、高温熱源13の温度THが最適温度TBより低い場合や、低温熱源23の温度TCが最適温度TBより高い場合には、熱輸送媒体の温度を最適温度TBとすることができない。このような場合には、発電装置1は、熱輸送媒体の温度ができる限り最適温度TBに近づくように、制御弁35の開度を調節して熱輸送媒体の流量を制御する。
Next, the operation policy of the
次に、高温熱源13と低温熱源23の温度条件と発電装置1の発電効率について、制御弁35の開度を制御しない場合と比較して説明する。比較例の発電装置は、上記の発電装置1と比較して、制御弁35が設けられていない、または制御弁35の開度が全開のまま開度を調節しない構成とする。図7,8は高温熱源13及び低温熱源23の温度と熱電素子の性能指数との関係を示した図である。図7は本実施例の発電装置1に関し、図8は比較例の発電装置に関する。
Next, the temperature conditions of the high-
図7(a)、図8(a)は、高温熱源13が高温の状態で、低温熱源23が高温の状態を示している。ここでは、高温熱源13の温度THは最適温度TBよりも高く、低温熱源23の温度TCは最適温度TBより低いものとする。本実施例の発電装置1は、熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなるように調整する。図7(a)のような条件の場合、発電装置1は、例えば、制御弁35の開度を半開とし、熱輸送媒体の流量を中程度としながら、適宜、熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなるようにする。これにより、第1熱電素子10の温度が最適温度TB以上となり、第2熱電素子20の温度が最適温度TB以下となる。このため、図7(a)に示すように、第1熱電素子10は、高温熱源13の温度THと最適温度TBの間の性能指数ZH1で発電することになる。また、第2熱電素子20は、低温熱源23の温度TCと最適温度TBの間の性能指数ZC1で発電することになる。このように、発電装置1では、温度域に応じて性能指数が高い方の熱電素子が発電を行うため、発電効率が高くなる。この場合、発電装置1の性能指数は第1熱電素子10の特性が支配的となる。一方、比較例の発電装置は、熱輸送媒体の温度TMが高温熱源13の温度THと低温熱源23の温度TCの中間となる。したがって、第1熱電素子10は、高温熱源13の温度THと熱輸送媒体の温度TMとの間の性能指数YH1で発電し、第2熱電素子20は、低温熱源23の温度TCと熱輸送媒体の温度TMとの間の性能指数YC1で発電する。このため、最適温度TBより高く、熱輸送媒体の温度TMよりも低い温度域で、第1熱電素子10よりも性能指数の低い第2熱電素子20で発電することになり、発電効率が最適とはいえない。
FIG. 7A and FIG. 8A show a state where the high-
図7(b)、図8(b)は、高温熱源13が高温の状態で、低温熱源23が低温の状態を示している。図7(b)のような条件の場合、例えば、制御弁35の開度は全開とし、熱輸送媒体の流量を多くする。ただし。この場合も、適宜、熱輸送媒体の温度が最適温度TBとなるよう制御弁35の開度を調整する。この条件の場合、図7(b)に示すように、第1熱電素子10は、高温熱源13の温度THと最適温度TBの間の性能指数ZH2で発電し、第2熱電素子20は、低温熱源23の温度TCと最適温度TBの間の性能指数ZC2で発電する。このため、高い性能指数の温度域で発電が行われるので、発電装置1は高い発電効率を実現する。一方、比較例では、熱輸送媒体の温度TMが最適温度TBに一致することはまれであり、この場合も、熱輸送媒体の温度TMと最適温度TBとの間の温度域では、性能指数の低い方の熱電素子により発電することになり、最適な発電効率が得られることができない。
FIGS. 7B and 8B show a state where the high
図7(c)、図8(c)は、高温熱源13が低温の状態で、低温熱源23が高温の状態を示している。このように7(c)のような条件、すなわち、第1熱電素子10と第2熱電素子20との温度差が小さい場合、発電装置1は制御弁35を閉じ、熱輸送媒体循環路30内の熱輸送媒体の流れを止めて、第1熱交換室31から第2熱交換室32への熱の輸送を停止する。この条件では、有効温度差が小さいため、発電効率が低下する。このため、熱の輸送を停止し、発電を停止する。
FIGS. 7C and 8C show a state where the high
図7(d)、図8(d)は、高温熱源13が低温の状態で、低温熱源23が低温の状態を示している。ここでは、高温熱源13の温度THが最適温度TBを下回っているものとする。図7(d)のような条件の場合、発電装置1は、制御弁35の開度を絞り、熱輸送媒体の流量を少なくして、可能な限り熱輸送媒体の温度が最適温度TBに近くなるようにする。これにより、有効温度差を広げ、発電効率を高める。この場合、第1熱電素子10では発電が行われない。第2熱電素子20は、低温熱源23の温度TCと高温熱源13の温度THの間の性能指数ZC4で発電する。ここでは、発電装置1の性能指数は第2熱電素子20の特性が支配的となる。一方、比較例の発電装置では、熱輸送媒体の温度TMは最適温度TB以下となる。比較例では、第1熱電素子10よりも第2熱電素子20の方が効率よく発電する温度域において、第1熱電素子10が発電を行う。このため、発電効率が最適とはいえない。
FIGS. 7D and 8D show a state where the high
また、図7により説明した例以外にも、例えば、高温熱源13の温度THが最適温度TBよりも高く、低温熱源23の温度TCも最適温度TBより高い場合、発電装置1は、制御弁35の開度を制御し、熱輸送媒体の流量を調整して、可能な限り熱輸送媒体の温度が最適温度TBに近くなるようにすることとしてもよい。以上のように、本実施例の発電装置1は、本来、高温熱源13の温度と低温熱源23の温度により変動する熱輸送媒体の温度を最適温度TBとする。またはそれができない場合には最適温度TBに近づける。これにより、発電装置1は、高温熱源13と低温熱源23の温度条件が変化しても、熱源の環境から与えられる温度条件において性能指数が高い方の熱電素子により発電を行い、発電効率を向上することができる。
In addition to the example described with FIG. 7, for example, higher than the optimum temperature T B is the temperature T H of the high-
上記で説明してきた発電装置1は、高温熱源13と低温熱源23を備えた装置に組み込むことができる。その一例として、発電装置1をエンジン50に組み込んだ例を説明する。図9は発電装置1を組み込んだエンジン50を示した図である。エンジン50は車両等に搭載される内燃機関である。エンジン50は、燃焼室、動弁系等を備えるエンジン本体51、エンジン本体51の冷却水が循環する冷却水通路52、冷却水から放熱させるラジエータ53、燃焼室に吸気を取り込む吸気管54、燃焼室から燃焼後の排気を排出する排気管55を備えている。冷却水通路52には、エンジン本体51へ供給される本流から分岐する冷却水分岐通路56が設けられている。冷却水分岐通路56は、ラジエータ53の下流であって、エンジン本体51の上流において、冷却水通路52から分岐し、エンジン本体51の下流であって、ラジエータ53の上流において、冷却水通路52に合流する。このようなエンジン50において、第1熱電素子10が排気管55に接触し、第2熱電素子20が冷却水分岐通路56の配管に接触するように発電装置1が組みこまれている。発電装置1は排気管55を通る排気を高温熱源13とし、冷却水分岐通路56を通る冷却水を低温熱源23として発電を行う。
The
発電装置1をエンジンに組み込んだ場合、排気温度が上昇すると、高温熱源13が高温となり、排気温度が低下すると、高温熱源13が低温となる。また、冷却水温度が上昇すると、低温熱源23が高温となり、冷却水温度が低下すると、低温熱源23が低温となる。発電装置1は、図7の説明において示したように、排気温度と冷却水温度に応じて、制御弁35の開度を調整し、発電効率を向上する。これにより、発電装置1はエンジンの排気が有する有効なエネルギーを効率よく回収することができる。また、発電装置1は、排気温度が低く、冷却水温度が高い条件で排気と冷却水の温度差が小さい場合には、図7(c)で示したように、制御弁35を閉じて発電を停止する。これにより、冷却水温度の上昇が抑えられるため、ラジエータ53の負荷を低減することができる。
When the
このような発電装置1の利用可能な領域は多岐に亘り、ここで説明した以外にも、高温熱源として、排気、冷却水、油、放熱空気、熱伝導する高温固体、高温潜熱冷媒、蓄熱、太陽光や排気管等からの輻射熱、故意的燃焼熱などを利用することができる。また、低温熱源として、空気、冷却水、油、ミスト、熱伝導する低温固体、潜熱冷媒、輻射放熱、蓄冷熱などを利用することができる。
There are a wide range of areas where such a
また、本発明の実施の形態を示すその他の構成として、図10に示すように、発電装置2は高温熱源と低温熱源の組合せを複数備えた多段式の構成としてもよい。また、このような高温熱源と低温熱源とを組み合わせる数は限定されない。また、図11に示すように、発電装置3は制御弁35の代わりにアキュムレータ36を備え、アキュムレータ36内の熱輸送媒体の容積を制御することにより、熱輸送媒体の流量を制御することとしてもよい。
As another configuration showing the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, the
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
1,2,3 発電装置
10 第1熱電素子
13 高温熱源
20 第2熱電素子
23 低温熱源
30 熱輸送媒体循環路
33 熱輸送路
34 戻り路
35 制御弁
50 エンジン
1, 2, 3
Claims (6)
低温熱源と熱交換するように配置された第2熱電素子と、
を備え、
前記高温熱源の温度において、前記第1熱電素子の性能指数が前記第2熱電素子の性能指数よりも高く、前記低温熱源の温度において、前記第2熱電素子の性能指数が前記第1熱電素子の性能指数よりも高い関係にあり、
前記第1熱電素子と前記第2熱電素子との間を循環して熱を輸送する熱輸送媒体の熱輸送量を制御することを特徴とする発電装置。 A first thermoelectric element arranged to exchange heat with a high temperature heat source;
A second thermoelectric element arranged to exchange heat with a low-temperature heat source;
With
The performance index of the first thermoelectric element is higher than the performance index of the second thermoelectric element at the temperature of the high temperature heat source, and the performance index of the second thermoelectric element is the temperature of the first thermoelectric element at the temperature of the low temperature heat source. The relationship is higher than the figure of merit,
A power generator that controls a heat transport amount of a heat transport medium that circulates between the first thermoelectric element and the second thermoelectric element to transport heat.
前記熱輸送媒体が前記第2熱電素子から前記第1熱電素子へ戻る戻り路と、
前記戻り路の流量を制御する制御弁とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載の発電装置。 A heat transport path through which the heat transport medium moves from the first thermoelectric element to the second thermoelectric element;
A return path from which the heat transport medium returns from the second thermoelectric element to the first thermoelectric element;
The power generator according to claim 1, further comprising a control valve that controls a flow rate of the return path.
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