JP2013208002A - Power generation system with heat storage section - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関するものである。 The present invention relates to a power generation system that generates power using a temperature difference between heat generated in a heat generating device mounted on a vehicle and a cooling medium for cooling the heat.
従来、車両に搭載される発熱機器等の熱源にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関連する技術として、下記特許文献1に開示される水冷式の発電ユニットが知られている。この発電ユニットは、受熱盤の後面側に熱電モジュールが配設され、この熱電モジュールの後面側に冷却ユニットが配設されて構成されている。熱電モジュールは、2種類の異なる金属又は半導体を接合してその両端に温度差を生じさせると起電力が発生するという、いわゆるゼーベック効果を利用したものである。そして、冷却ユニットは良熱伝導性の金属で形成した箱体と、その内側の冷却室に設けた複数の冷却フィンとを有しており、箱体の底部に穿設された注水口から冷却水が注入されると、この冷却水で前壁部や冷却フィンが冷却される。また、受熱盤を加熱する熱源としては、温泉場の地熱や高温の源泉、ゴミ焼却時の排熱等の高温熱源が想定されている。そして、高温熱源からの熱が受熱盤に伝熱され、冷却ユニットが冷却されることで、高温熱源の温度と冷却ユニットの温度との温度差が熱電モジュールに加わり、当該熱電モジュールによる発電がなされる。 Conventionally, as a technology related to a power generation system that uses a temperature difference between heat generated by a heat source such as a heat generating device mounted on a vehicle and a cooling medium for cooling the heat, Patent Document 1 listed below The disclosed water-cooled power generation unit is known. This power generation unit is configured such that a thermoelectric module is disposed on the rear surface side of the heat receiving panel, and a cooling unit is disposed on the rear surface side of the thermoelectric module. The thermoelectric module utilizes a so-called Seebeck effect that electromotive force is generated when two different metals or semiconductors are joined together and a temperature difference is generated between the two ends. The cooling unit has a box made of a metal having good heat conductivity and a plurality of cooling fins provided in a cooling chamber inside the box. The cooling unit cools from a water inlet formed in the bottom of the box. When water is injected, the front wall portion and the cooling fin are cooled by this cooling water. Moreover, as a heat source for heating the heat receiving panel, a high-temperature heat source such as a geothermal heat of a hot spring resort, a high-temperature source, or exhaust heat at the time of incineration of garbage is assumed. Then, heat from the high-temperature heat source is transferred to the heat receiving board, and the cooling unit is cooled, so that a temperature difference between the temperature of the high-temperature heat source and the temperature of the cooling unit is added to the thermoelectric module, and power is generated by the thermoelectric module. The
ところで、熱電モジュール等の熱電変換手段は、高温側と低温側との温度差に応じて発電するように構成される。しかしながら、上記特許文献1に開示されるような高温側の構成と低温側の構成とを、発熱機器の発熱と冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに適用すると以下のような問題が生じる。すなわち、上述のような構成では熱電変換手段に加わる温度差は発熱機器からの熱量や冷却媒体の温度および流量などに依存するため、発熱機器が過剰に冷却される場合等には熱電変換に加わる温度差が小さくなるので、効率的な発電が困難になってしまう。 By the way, thermoelectric conversion means such as a thermoelectric module is configured to generate power according to a temperature difference between a high temperature side and a low temperature side. However, when the configuration on the high temperature side and the configuration on the low temperature side as disclosed in Patent Document 1 are applied to a power generation system that generates power using the temperature difference between the heat generated by the heat generating device and the cooling medium, the following is performed. Problems arise. That is, in the configuration as described above, the temperature difference applied to the thermoelectric conversion means depends on the amount of heat from the heat generating device, the temperature and flow rate of the cooling medium, and so on when the heat generating device is excessively cooled. Since the temperature difference is small, efficient power generation becomes difficult.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電し得る発電システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power generation system that can efficiently generate power by maintaining a high temperature difference between the heat of the heat generating device and the cooling medium. It is to provide.
上記課題を解決するために、請求項1の発電システムでは、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体が通る高温側配管と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体が通る低温側配管とを備え、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段により発電する発電システムであって、前記高温側配管に発熱機器にて発生した熱により高温になった高温側冷却媒体が流れ込む高温側蓄熱部と、前記低温側配管に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体が流れ込む低温側蓄熱部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the power generation system according to claim 1, a high-temperature side pipe through which a high-temperature side cooling medium to which heat generated by a heat generating device mounted on a vehicle is transferred, and the high-temperature side cooling medium are provided. After this heat is transferred for cooling, it is equipped with a low-temperature side pipe through which the low-temperature side cooling medium radiated by the radiator passes, and uses the temperature difference during heat exchange between the high-temperature side cooling medium and the low-temperature side cooling medium A high-temperature side heat storage section into which a high-temperature side cooling medium that has become hot due to heat generated by the heat-generating equipment flows into the high-temperature side pipe, and a radiator to the low-temperature side pipe. And a low-temperature side heat storage section into which the low-temperature side cooling medium radiated is flown.
請求項2の発電システムでは、前記蓄熱部が外部に対して断熱されており、バルブを介して各配管に接続されていることを特徴とする。 The power generation system according to claim 2 is characterized in that the heat storage unit is thermally insulated from the outside and connected to each pipe via a valve.
請求項3の発電システムでは、前記蓄熱部が常に冷却媒体で満たされていることを特徴とする。 The power generation system according to claim 3 is characterized in that the heat storage unit is always filled with a cooling medium.
請求項4の発電システムでは、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切替可能な切替手段と、前記発熱機器の発熱温度を検出する温度検出手段と、前記蓄熱部の発熱温度を検出する温度検出手段とを備え、前記切替え状態と、前記発熱機器の発熱温度と、前記蓄熱部の発熱温度と、に合わせ前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記蓄熱部を蓄熱状態から放熱状態に切替えるように制御することを特徴とする。 5. The power generation system according to claim 4, wherein the high-temperature side cooling medium and the low-temperature side cooling medium, the high-temperature-side cooling medium and the low-temperature-side cooling medium are heat-exchanged via the thermoelectric conversion means without mixing the high-temperature side cooling medium and the low-temperature side cooling medium. Switching means that can be switched to any one of a high cooling state in which cooling of the heat generating device is higher than that in the power generation state by mixing them without passing through the thermoelectric conversion means, and a heat generation temperature of the heat generating device And a temperature detection means for detecting the heat generation temperature of the heat storage section, and the heat exchange according to the switching state, the heat generation temperature of the heat generating device, and the heat generation temperature of the heat storage section. Control is performed so that the heat storage unit is switched from the heat storage state to the heat dissipation state so as to increase the temperature difference.
請求項1の発明では、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体が通る高温側配管と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体が通る低温側配管とを備え、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段により発電する発電システムであって、前記高温側配管に発熱機器にて発生した熱により高温になった高温側冷却媒体が流れ込む高温側蓄熱部と、前記低温側配管に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体が流れ込む低温側蓄熱部と、を備えることを特徴としている。前記蓄熱部を備えたことにより、冷却媒体の熱量の保存が可能となり、条件に応じ各配管と各蓄熱部との間で冷却媒体を用いて熱を授受することで効率的かつ安定的に発電を行うことが可能となる。 In the invention of claim 1, the high-temperature side piping through which the high-temperature side cooling medium to which the heat generated in the heat generating device mounted on the vehicle is transferred and the heat is transferred to cool the high-temperature side cooling medium. And a low-temperature side pipe through which the low-temperature side cooling medium radiated by the radiator passes, and generates power by a thermoelectric conversion means using a temperature difference during heat exchange between the high-temperature side cooling medium and the low-temperature side cooling medium A high-temperature side heat storage section into which a high-temperature side cooling medium that has become hot due to heat generated by the heat-generating device flows into the high-temperature side piping, and a low-temperature-side cooling medium radiated by a radiator to the low-temperature side piping. And a low-temperature side heat storage section that flows in. By providing the heat storage unit, it is possible to store the amount of heat of the cooling medium, and efficiently and stably generate electricity by transferring heat using the cooling medium between each pipe and each heat storage unit according to conditions. Can be performed.
請求項2の発明では、前記蓄熱部が外部に対して断熱されており、バルブを介して各配管に接続されていることを特徴としている。そのため、バルブの開閉により蓄熱部と配管との間で冷却媒体の流入を制限することができ、発生機器によって発生した熱の効率的な授受が可能となる。 The invention of claim 2 is characterized in that the heat storage section is thermally insulated from the outside and connected to each pipe via a valve. Therefore, the flow of the cooling medium can be restricted between the heat storage unit and the pipe by opening and closing the valve, and the heat generated by the generating device can be efficiently transferred.
請求項3の発明では、前記蓄熱部が常に冷却媒体で満たされていることを特徴としている。蓄熱部が常に冷却媒体で満たされているため、蓄熱部の放熱や蓄熱により冷却媒体が移動する際も配管を循環する冷却媒体の総量は影響しない。 The invention of claim 3 is characterized in that the heat storage section is always filled with a cooling medium. Since the heat storage unit is always filled with the cooling medium, the total amount of the cooling medium circulating in the piping is not affected even when the cooling medium moves due to heat dissipation or heat storage of the heat storage unit.
請求項4の発明では、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切替可能な切替手段と、前記発熱機器の発熱温度を検出する温度検出手段と、前記蓄熱部の発熱温度を検出する温度検出手段とを備え、前記切替え状態と、前記発熱機器の発熱温度と、前記蓄熱部の発熱温度と、に合わせ前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記蓄熱部を蓄熱状態から放熱状態に切替えるように制御することを特徴としている。上記のように、蓄熱部の熱を状況に応じ冷却媒体に授受することで、冷却対象である発熱機器を安全な温度に保ったまま、熱電変換手段を用い効率的な発電を行うことが可能となる。 In the invention of claim 4, the power generation state in which the high temperature side cooling medium and the low temperature side cooling medium exchange heat through the thermoelectric conversion means without mixing, the high temperature side cooling medium and the low temperature side cooling medium, Switching means that can be switched to any one of a high cooling state in which the cooling of the heat generating device is higher than the power generation state by mixing them without passing through the thermoelectric conversion means, and a heat generation temperature of the heat generating device. A temperature detecting means for detecting; and a temperature detecting means for detecting the heat generation temperature of the heat storage section, and during the heat exchange according to the switching state, the heat generation temperature of the heat generating device, and the heat generation temperature of the heat storage section. The heat storage unit is controlled to be switched from the heat storage state to the heat dissipation state so as to increase the temperature difference. As described above, by transferring heat from the heat storage unit to the cooling medium according to the situation, it is possible to perform efficient power generation using thermoelectric conversion means while keeping the heat generating device to be cooled at a safe temperature It becomes.
以下、本発明に係る発電システムの一実施形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の発電システム40の一例を概念的に示す説明図である。図1に示すように本発明に係る発電システム40は、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体(冷却液)との温度差を利用して発電するシステムである。
Hereinafter, an embodiment of a power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing an example of the
まず、発熱機器にて発生した熱を冷却する冷却構成について説明する。本実施形態では、冷却が必要な発熱機器として、例えばインバータ11が採用されており、このインバータ11を冷却するために当該インバータ11の外面に設けられるウォータージャケット12には高温側ウォーターポンプ13により高温側配管14内を循環する高温側冷却媒体として高温側冷却液W1が流入するように構成されている。また、高温側配管14には発熱機器にて発生した熱により高温になった高温側冷却液W1が流れ込む高温側蓄熱部70が設けられている。
First, a cooling configuration for cooling the heat generated in the heat generating device will be described. In the present embodiment, for example, an
高温側蓄熱部70は、バルブ70a、70bを介して高温側配管14に接続されている。また、高温側配管14には、バルブ70a、70bを連結するバルブ14cが設けられている。バルブ14c、70a、70bの開閉により高温側蓄熱部70と高温側配管14との間での高温側冷却水W1の流入量を調整し、発熱機器によって発生した熱の授受が可能となる。ただし、高温側蓄熱部70内は常に高温側冷却水W1で充填されており高温側配管14を循環する高温側冷却水W1の総量には影響しないものとする。また、高温側蓄熱部70は熱容量の大きな蓄熱体で構成されており、外部に対して断熱されている。
The high temperature side
また、本実施形態では発熱機器を冷却する放熱器としてラジエータ21とファン22とが採用されており、ラジエータ21には低温側ウォーターポンプ23により低温側配管24内を循環する低温側冷却媒体として低温側冷却液W2が流入するように構成されている。また、低温側配管24には、ラジエータ21によって放熱された低温側冷却液W2が流れ込む低温側蓄熱部80が設けられている。
Further, in this embodiment, a
低温側蓄熱部80は、バルブ80a、80bを介して低温側配管24に接続されている。また、低温側配管24には、バルブ80a、80bを連結するバルブ24cが設けられている。バルブ24c、80a、80bの開閉によりラジエータ21によって放熱された低温側冷却水W2の低温側蓄熱部80への流入量を調整する。ただし、低温側蓄熱部80内は常に低温側冷却水W2で充填されており低温側配管24を循環する低温側冷却水W2の総量には影響しないものとする。また、低温側蓄熱部80は熱容量の大きな蓄熱体で構成されており、外部に対して断熱されている。
The low temperature side
高温側配管14および低温側配管24には、両配管を連結可能な高温側バイパス31と低温側バイパス32とが設けられている。高温側バイパス31は、バルブ31aを介して高温側ウォーターポンプ13から流出する高温側冷却液W1を引込み可能に高温側配管14に連結されるとともにバルブ31bを介して高温側配管14からの高温側冷却液W1をラジエータ21に流入可能に低温側配管24に連結されている。
The high
また、高温側配管14には、高温側バイパス31が連結する部位から下流側にバルブ14aが設けられるとともに、低温側バイパス32が連結する部位から上流側にバルブ14bが設けられている。また、低温側配管24には、高温側バイパス31が連結する部位から上流側にバルブ24aが設けられるとともに、低温側バイパス32が連結する部位から下流側にバルブ24bが設けられている。
Further, the high
これにより、高温側配管14のバルブ14a、14b、14cと、低温側配管24のバルブ24a、24b24cとが開弁状態となり、高温側バイパス31のバルブ31a、31bと、低温側バイパス32のバルブ32a、32bとが閉弁状態となるように切替えられることで、高温側配管14内の高温側冷却液W1と低温側配管24内の低温側冷却液W2とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態となる。この独立環流状態において、後述する熱電変換ユニットを介して高温側冷却液W1と低温側冷却液W2との間で熱交換がなされることで、高温側冷却液W1が冷却され、この冷却された高温側冷却液W1が流れるウォータジャケット12によりインバータ11が冷却されることとなる。
As a result, the
上記独立環流状態から一定時間後、高温冷却液W1の温度が充分に上昇したことを確認すると高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bが開弁状態となり、高温側配管14のバルブ14cが閉弁状態となるように切替えられることで、高温側蓄熱部70へ高温側冷却液W1が流入し、蓄熱が開始される。
After confirming that the temperature of the high-temperature coolant W1 has risen sufficiently after a certain time from the above independent reflux state, the
インバータ11の発熱があらかじめ設定されている上限温度T1より高くなると、高温側配管14のバルブ14a、14bと、低温側配管24のバルブ24a、24bとが閉弁状態となり、高温側配管14のバルブ14cと、低温側配管24のバルブ24cと、高温側バイパス31のバルブ31a、31bと、低温側バイパス32のバルブ32a、32bとが開弁状態となるように切替えられることで、高温側配管14内の高温側冷却液W1と低温側配管24内の低温側冷却液W2とが混流可能な状態となる。この混流状態では、高温側冷却液W1と低温側冷却液W2とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ21にて放熱された後にウォータジャケット12に流れることでインバータ11が冷却される。特に、高温側冷却液W1と低温側冷却液W2とが混流する状態では熱電変換ユニットを介した熱交換がなくなりより低い温度の冷却液がウォータジャケット12に流れるので、熱電変換ユニットを介して熱交換する独立環流状態と比較してインバータ11の冷却性能を向上させることができる。この混流状態は、独立環流状態よりも冷却性能が向上する状態であることから高冷却状態ともいう。
When the heat generation of the
上記高冷却状態では、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bと、低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bとが閉弁状態となり、蓄熱部は各配管から遮断される。
In the high cooling state, the
上記高冷却状態から一定時間後、インバータ11が冷却されたことを確認すると、高温側配管14のバルブ14a、14b、14cと、低温側配管24のバルブ24a、24b、24cとが開弁状態となり、高温側バイパス31のバルブ31a、31bと、低温側バイパス32のバルブ32a、32bとが閉弁状態となるように切替えられ、本発明の発電システムは高冷却状態から独立環流状態へと復帰する。この際、低温側冷却液W2は高温側冷却液W1との混流により温度が上昇しており、熱電変換ユニットでは低温側冷却液W2と高温側冷却液W1との間の温度差を得ることができず発電量が小さくなる。
When it is confirmed that the
ここで、低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bを開弁状態とし、低温側蓄熱部80内の冷却液を放出する。低温側蓄熱部80内の冷却液は、高温側冷却液W1と低温側冷却液W2との混流が行なわれていないので低温に保たれたままである。この低温側蓄熱部80内の冷却液の放出により低温側冷却液W2の温度が下がることで充分な発電量を得ることが可能となる。
Here, the valves 80a and 80b of the low temperature side
インバータ11が駆動を停止すると、高温側蓄熱部70と低温側蓄熱部80は各配管から遮断され、各蓄熱部の熱量が保存されることとなる。そのため、再びインバータ11が駆動を開始した際には、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bを開弁状態とし高温側蓄熱部70内の冷却液を放出する。高温側蓄熱部70内の冷却液は高温のまま保たれているため高温側冷却液W1の温度を上昇させ、速やかに発電を行うことが可能となる。
When the
次に発電システム40の構成について図1を用いて説明する。図1に示すように発電システム40は高温側配管14内を流れる高温側冷却液W1と低温側配管24内を流れる低温側冷却液W2との温度差を利用して発電するシステムであり、高温側冷却液W1を流入可能に構成される4つの高温側ヒートシンク41〜44と、低温側冷却液W2を流入可能に構成される3つの低温側ヒートシンク45〜47とを備えている。
Next, the configuration of the
高温側ヒートシンク41は、入口側のバルブ41aおよび出口側のバルブ41bを介して高温側配管14に接続され、両バルブ41a、41bが開弁状態となることで高温側配管14内を流れる高温側冷却液W1が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク42は入口側のバルブ42aおよび出口側のバルブ42bを介して高温側配管14に接続され、両バルブ42a、42bが開弁状態となることで、高温側配管14内を流れる高温側冷却液W1が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク43は入口側のバルブ43aおよび出口側のバルブ43bを介して高温側配管14に接続され、両バルブ43a、43bが開弁状態となることで、高温側配管14内を流れる高温側冷却液W1が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク44は入口側のバルブ44aおよび出口側のバルブ44bを介して高温側配管14に接続され、両バルブ44a、44bが開弁状態となることで、高温側配管14内を流れる高温側冷却液W1が流入可能な状態となる。
The high temperature
低温側ヒートシンク45は、入口側のバルブ45aおよび出口側のバルブ45bを介して低温側配管14に接続され、両バルブ45a、45bが開弁状態となることで低温側配管24内を流れる低温側冷却液W2が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク46は入口側のバルブ46aおよび出口側のバルブ46bを介して低温側配管14に接続され、両バルブ46a、46bが開弁状態となることで低温側配管24内を流れる低温側冷却液W2が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク47は入口側のバルブ47aおよび出口側のバルブ47bを介して低温側配管14に接続され、両バルブ47a、47bが開弁状態となることで低温側配管24内を流れる低温側冷却液W2が流入可能な状態となる。
The low temperature
また、発電システム40は加えられる温度差に応じて発電する熱電変換素子が複数配置されて熱電変換手段として構成される熱電変換ユニット51〜56を6つ備えており、これら各熱電変換ユニット51〜56にて発電した電力はバッテリBにて蓄電されるように構成されている。
In addition, the
特に熱電変換ユニット51は、高温側ヒートシンク41と低温側ヒートシンク45との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット52は高温側ヒートシンク42と低温側ヒートシンク45との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット53は高温側ヒートシンク42と低温側ヒートシンク46との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット54は、高温側ヒートシンク43と低温側ヒートシンク46との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット55は、高温側ヒートシンク43と低温側ヒートシンク47との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット56は、高温側ヒートシンク44と低温側ヒートシンク47との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。
In particular, the
次に発電システム40の電気的構成について図2を用いて説明する。図2は図1の発電システム40の電気的構成を概略的に示すブロック図である。図2に示すように発電システム40は全体的制御を司る制御ユニット61と、ウォータジャケット12から流出する冷却液の温度(以下、冷却液温度Tという)をインバータ11の発熱温度に相当する温度として測定する温度センサ62と、ラジエータ21から流出する冷却液の温度を測定する温度センサ63と、高温側配管14内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ64と、低温側配管24内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ65と、高温側蓄熱部70内の冷却液の温度を測定する温度センサ66と、低温側蓄熱部80内の冷却液の温度を測定する温度センサ67と、を備えている。制御ユニット61は、各センサ62〜67と電気的に接続され、これら各センサ62〜67からの測定信号が入力されるように構成されている。
Next, the electrical configuration of the
また、制御ユニット61は、高温側ウォーターポンプ13を駆動するモータ13aと、低温側ウォーターポンプ23を駆動するモータ23aと、クーリングファン22を駆動するモータ22aと、各バルブとを駆動制御可能に構成されている。
The
ここで、本発明に係る発電システムの制御内容について説明する。まず、インバータ11が駆動を開始した直後ではインバータ11からの発生熱量も低く、温度センサ62にて測定される冷却液温度Tも低いため、熱電変換ユニットを介した熱交換状態は、バルブ41a、41b、45a、45bが開弁状態に、高温側配管14のバルブ14a、14b、14cと低温側配管24のバルブ24a、24b、24cとが開弁状態に制御されることでそれぞれ独立して環流する独立環流状態となっている。また、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bと低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bは閉弁状態に制御されている。
Here, the control content of the power generation system according to the present invention will be described. First, immediately after the
インバータ11の駆動時間が長くなるにつれインバータ11からの発生熱量は増加し、温度センサ62にて測定される冷却液温度Tも上昇していく。冷却液温度Tの上昇に伴い高温側冷却液W1をより冷却するために、熱電変換ユニットを介した熱交換状態は、バルブ42a、42b、46a、46bを、バルブ43a、43b、47a、47bを開弁状態へと制御されることになる。また、冷却液温度Tが充分な温度に上昇したことを確認し、バルブ70a、70b、80a、80bが開弁状態に制御される。このとき高温側蓄熱部70に出入りする冷却水の量を制御することで高温側冷却水W1の温度が急激に下がることを防止し、以後、冷却液温度Tと温度センサ67にて測定される高温側蓄熱部70内の冷却液温度を比較し、高温側蓄熱部70内の冷却液温度が冷却液温度Tより低温だった場合のみ、バルブ70a、70bを開弁状態とし、高温側蓄熱部70内の冷却水を常に高温に保つようにする。低温側蓄熱部80も同様に、冷却液温度Tと温度センサ68にて測定される低温側蓄熱部80内の冷却液温度を比較し、低温側蓄熱部80内の冷却液温度が冷却液温度Tより高温だった場合のみ、バルブ80a、80bを開弁状態とし、低温側蓄熱部80内の冷却水を常に低温に保つようにする。
As the drive time of the
インバータ11の駆動時間が長くなるにつれ、インバータ11からの発生熱量は増加し、高い状態で 維持されることになる。このとき温度センサ62で測定される冷却液温度Tがあらかじめ設定されている温度より高くなると、発電変換ユニットでの発電よりもインバータ11の冷却を優先するために混流処理がなされる。この処理では、高温側配管14のバルブ14a、14bと、低温側配管24のバルブ24a、24bと、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bと、低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bとが閉弁状態となり、高温側バイパス31のバルブ31a、31bと、低温側バイパス32のバルブ32a、32bとが開弁状態となる。
As the drive time of the
これにより、両バイパス31、32を介して高温側冷却液W1と低温側冷却液W2とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ21にて放熱された後に熱電変換ユニットを介して熱交換されることなくウォータジャケット12に流れることとなる。その結果、より低い温度の冷却液がウォータジャケット12に流れる高冷却状態となるので熱電変換ユニットを介して熱交換する場合と比較してインバータ11を効果的に冷却することができる。
As a result, the high temperature side coolant W1 and the low temperature side coolant W2 are mixed through the
上述のように混流した冷却液によりインバータ11を冷却することで温度センサ62にて測定される冷却液温度Tがあらかじめ設定されている温度以下になると、高温側配管14のバルブ14a、14bと、低温側配管24のバルブ24a、24bとが開弁状態となり、高温側バイパス31のバルブ31a、31bと、低温側バイパス32のバルブ32a、32bとが閉弁状態となる。
When the coolant temperature T measured by the
これにより、高温側配管14内の高温側冷却液W1と低温側配管24内の低温側冷却液W2とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態となり、冷却液温度Tの温度に合わせ、各ヒートシンクに連結するバルブが開弁状態となり、熱電変換ユニット51〜56を介して高温側冷却液W1と低温側冷却液W2との間で熱交換がなされることで発電が再開されることとなる。
As a result, the high-temperature side coolant W1 in the high-
この際、低温側冷却液W2は高温側冷却液W1との混流により温度が上昇しており、熱電変換ユニットでは低温側冷却液W2と高温側冷却液W1との間の温度差を得ることができず発電量が小さくなる。そこで、低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bを開弁状態とすることで低温側蓄熱部80内の冷却液を放出する。低温側蓄熱部80内の冷却液は、高温側冷却液W1との混流が行なわれていないので低温に保たれたままである。この低温側蓄熱部80内の冷却液の放出により低温側冷却液W2の温度が下がることで充分な温度差が生じ、発電量を大きくすることが可能となる。
At this time, the temperature of the low-temperature side coolant W2 rises due to the mixed flow with the high-temperature side coolant W1, and the thermoelectric conversion unit can obtain a temperature difference between the low-temperature side coolant W2 and the high-temperature side coolant W1. It is not possible to reduce the amount of power generation. Therefore, the coolant in the low temperature side
さらに、インバータ11の駆動停止後、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bと低温側蓄熱部80のバルブ80a、80bとを閉弁状態とすることで高温側蓄熱部70と低温側蓄熱部80内の冷却液内の熱量を保存することが可能となる。再び、インバータ11が駆動を開始した際には、冷却液温度Tが上昇し、熱電変換ユニットにて熱交換状態となるためには時間が掛かることになる。ここで、高温側蓄熱部70のバルブ70a、70bを開弁状態とすることで、速やかに高温側冷却水W1の温度を上昇させ低温側冷却水W2との間の温度差を得ることができ、充分な発電量を得ることが可能となる。
Further, after the drive of the
なお、本発明形態は上記実施形態に限定されるものではなく以下のように具体化してもよい。 In addition, this invention form is not limited to the said embodiment, You may actualize as follows.
本発明に係る発電システム40は、インバータ11にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体(冷却液)との温度差を利用して発電することに限らず、エンジンなどの車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体(冷却液)との温度差を利用して発電するように構成されてもよい。また、車両に搭載されない発熱機器であってもラジエータ21のような放熱器を用いた冷却がなされる発熱機器であれば、本発明に係る発電システム40を採用してもよい。
The
熱電変換ユニットは、6つ用意されるとは限らず2〜5つ用意されてもよいし、7つ以上用意されてもよい。この場合、各熱電変換ユニットは、冷却液の流入が制御可能な高温側ヒートシンクと低温側ヒートシンクとの間に介在するように配置することができる。 Six thermoelectric conversion units are not necessarily prepared, and two to five thermoelectric conversion units may be prepared, or seven or more thermoelectric conversion units may be prepared. In this case, each thermoelectric conversion unit can be disposed so as to be interposed between the high temperature side heat sink and the low temperature side heat sink that can control the inflow of the coolant.
温度センサ62は、ウォータジャケット12から流出する冷却液の温度を冷却液温度Tとして測定することに限らず、インバータ11の発熱温度を直接測定するように構成されてもよい。
The
11 インバータ(発熱機器)
14 高温側配管
14a,14b,14c バルブ(切替手段)
21 ラジエータ(放熱器)
24 低温側配管
24a,24b,24c バルブ(切替手段)
31 高温側バイパス(切替手段)
32 低温側バイパス(切替手段)
31a,31b,32a,32b バルブ(切替手段)
40 発電システム
41〜44 高温側ヒートシンク(変更手段)
41a,41b,42a,42b,43a,43b,44a,44b バルブ(変更手段)
45〜47 低温側ヒートシンク(変更手段)
45a,45b,46a,46b,47a,47b バルブ(変更手段)
51〜56 熱電変換ユニット(熱電変換手段)
61 制御ユニット(制御手段)
62,63,66,67 温度センサ(温度検出手段)
70a,70b,80a,80b バルブ
11 Inverter (heat generating device)
14 Hot side piping
14a, 14b, 14c Valve (switching means)
21 Radiator (heatsink)
24 Low temperature side piping
24a, 24b, 24c Valve (switching means)
31 High-temperature side bypass (switching means)
32 Low-temperature side bypass (switching means)
31a, 31b, 32a, 32b Valve (switching means)
40 Power generation system
41 ~ 44 High temperature side heat sink (change means)
41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b Valve (change means)
45 to 47 Low temperature side heat sink (change means)
45a, 45b, 46a, 46b, 47a, 47b Valve (change means)
51-56 Thermoelectric conversion unit (thermoelectric conversion means)
61 Control unit (control means)
62, 63, 66, 67 Temperature sensor (temperature detection means)
70a, 70b, 80a, 80b Valve
Claims (4)
A power generation state in which heat exchange is performed via the thermoelectric conversion means without mixing the high temperature side cooling medium and the low temperature side cooling medium, and the high temperature side cooling medium and the low temperature side cooling medium via the thermoelectric conversion means. Switching means that can be switched to any state of a high cooling state in which the cooling of the heat generating device is higher than that of the power generation state by mixing together, and a temperature detecting means for detecting the heat generation temperature of the heat generating device, Temperature detecting means for detecting the heat generation temperature of the heat storage unit, and the temperature difference during the heat exchange is increased in accordance with the switching state, the heat generation temperature of the heat generating device, and the heat generation temperature of the heat storage unit. 2. The power generation system according to claim 1, wherein the heat storage unit is controlled to be switched from a heat storage state to a heat dissipation state.
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