JP2015070762A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】より優れた効率で発電することのできる発電システムを提供すること。
【解決手段】発電システム１に、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極する複数の第１デバイスと３、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４とを備える。そして、複数の第１デバイス３を、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けするように互いに電気的に接続し、グループ毎に電力を取り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電システムに関する。

従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。

近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されている。

そのようなシステムとして、具体的には、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、その熱源の温度変化に応じて、ピエゾ効果、焦電効果、ゼーベック効果などにより電気分極する第１デバイス（誘電体など）と、第１デバイスから電力を取り出すため、第１デバイスを挟むように対向配置される第２デバイス（電極など）とを備える発電システムが提案されている。また、その発電システムを自動車などに積載すること、さらには、そのような場合に第１デバイス（誘電体など）を自動車の排ガスが供給される排気管内に配置することが、提案されている。また、このような発電システムでは、第１デバイス（誘電体など）を複数配置して電気的に接続し、それらを同時に加熱および冷却することによって、一度に多くの電力を取り出すことも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−２５０６７５号公報

一方、このような発電方法としては、より一層優れた効率で発電することが要求されている。

本発明の目的は、より優れた効率で発電することのできる発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の発電システムは、温度が経時的に上下する熱源と、前記熱源の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、前記熱源の温度変化により電気分極する複数の第１デバイスと、前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスとを備え、複数の前記第１デバイスは、前記熱媒体による前記第１デバイスの温度分布に対応してグループ分けされるように、互いに電気的に接続され、前記グループ毎に電力が取り出されることを特徴としている。

また、本発明の発電システムは、前記熱源が、内燃機関であり、前記熱媒体が、排ガスであることが好適である。

本発明の発電システムによれば、複数の第１デバイスが、熱媒体による第１デバイスの温度分布に対応してグループ分けされるように、互いに電気的に接続され、グループ毎に電力が取り出される。そのため、優れた効率で電力を取り出すことができる。

図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。 図３は、図２に示す発電システムの要部拡大図である。

図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。

図１において、発電システム１は、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極する複数の第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４とを備えている。

熱源２としては、温度が経時的に上下する熱源であれば、特に制限されないが、例えば、内燃機関、発光装置などの各種エネルギー利用装置が挙げられる。

内燃機関は、例えば、車両などの動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。

このような内燃機関では、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返されており、これにより、例えば、４サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施され、燃料が燃焼され、動力が出力されている。

このような内燃機関において、排気工程では、高温の排ガスが、排ガス管を介して排気され、その排ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達され、排ガス管の内部温度が上昇する。

一方、その他の工程（排気工程を除く工程）では、排ガス管中の排ガス量が低減されるため、排ガス管の内部温度は、排気工程に比べて、下降する。

このように、内燃機関の温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。

とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、内燃機関における各気筒の排ガス管の内部は、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。

発光装置は、点灯（発光）時には、例えば、赤外線、可視光などの光を熱媒体として、その熱エネルギーにより温度上昇し、一方、消灯時には温度低下する。そのため、発光装置は、経時的に、点灯（発光）および消灯することにより、その温度が経時的に上下する。

とりわけ、例えば、発光装置が、経時的に照明の点灯および消灯が断続的に繰り返される発光装置（明滅（点滅）式の発光装置）である場合には、その発光装置は、点灯（発光）時における光の熱エネルギーにより、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。

また、熱源２としては、さらに、例えば、複数の熱源を備え、それら複数の熱源間の切り替えにより、温度変化を生じることもできる。

より具体的には、例えば、熱源２として、低温熱源（冷却材など）と、その低温熱源より温度の高い高温熱源（例えば、加熱材など）との２つの熱源を用意し、経時的に、それら低温熱源および高温熱源を、交互に切り替えて用いる形態が挙げられる。

これにより、熱源としての温度を、経時的に上下させることができ、とりわけ、低温熱源および高温熱源の切り替えを周期的に繰り返すことにより、周期的に温度変化させることができる。

切り替え可能な複数の熱源を備える熱源２としては、特に制限されないが、例えば、燃焼用低温空気供給系、蓄熱式熱交換器、高温ガス排気系、および、供給／排気切替弁を備えた高温空気燃焼炉（例えば、再公表９６−５４７４号公報に記載される高温気体発生装置）、例えば、高温熱源、低温熱源および水素吸蔵合金を用いた海水交換装置（水素吸蔵合金アクチュエータ式海水交換装置）などが挙げられる。

これら熱源２としては、上記熱源を単独使用または２種類以上併用することができる。

熱源２として、好ましくは、経時により周期的に温度変化する熱源が挙げられる。

また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられ、熱媒体として、好ましくは、排ガスが挙げられる。

第１デバイス３は、熱源２の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、熱源２の温度変化により電気分極するデバイスである。

ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および／または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。

このような第１デバイス３として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。

ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。

このようなピエゾ効果により電気分極する第１デバイス３としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。

第１デバイス３としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、配置される。

固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第２デバイス４（例えば、電極など）を用いることもできる。

そして、このような場合には、ピエゾ素子は、排ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。

このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果（圧電効果）、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。

また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定（すなわち、体積一定）になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。

そのため、上記したように排ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。

その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。

焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。

第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。

また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。

このような焦電効果により電気分極するデバイスとしては、特に制限されず、公知の焦電素子を用いることができる。

そして、焦電素子は、排ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、その焦電効果（第１効果および第２効果を含む）により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。

また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。

そのため、上記したように排ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。

その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。

このような第１デバイス３として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子（例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ_３、ＢａＮｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４、ＢａＳｍ_２Ｔｉ_４Ｏ_１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ_４Ｈ_４Ｏ_６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）などを用いることができる。

これら第１デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。

第１デバイス３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。

また、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。

このような発電システム１では、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第１デバイス３の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。

なお、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））は、熱源２の温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。

例えば、配向分極によって分極が発現する材料（例えば、液晶材料など）では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。

また、第１デバイス３の形状は、特に制限されず、例えば、薄膜型（シート状）、バルク型（塊状）などが挙げられる。好ましくは、薄膜型（シート状）が挙げられる。

また、このような第１デバイス３は、熱源２の熱エネルギーを伝達する熱媒体（上記した排ガス、光など）に曝露され、熱媒体に接触されるように、複数、整列配置される。

第２デバイス４は、第１デバイス３から電力を取り出すために設けられる。

このような第２デバイス４は、より具体的には、特に制限されないが、例えば、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される２つの電極（例えば、銅電極、銀電極など）、例えば、それら電極に接続される導線などを備えており、第１デバイス３に電気的に接続されている。

また、このような発電システム１では、複数の第１デバイス３は、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けされるように、第２デバイス４を介して、互いに電気的に接続されている。

より具体的には、このような発電システム１において、熱源２の熱エネルギーが、熱媒体を介して、複数の第１デバイス３に供給される場合、その熱エネルギーは、全ての第１デバイス３に対して同時に供給されるものではない。つまり、熱エネルギーの供給量や供給のタイミングには、第１デバイス３の配置場所などによってばらつきが生じる。

そのため、第１デバイス３の温度変化量や、温度変化のタイミングにもばらつきが生じ、第１デバイス３による発電量や、発電のタイミングにもばらつきが生じる。

より具体的には、例えば、熱源２の近傍に第１デバイス３が並列配置される場合、熱源２の熱エネルギーは、まず、最も熱源２に近接して配置される第１デバイス３（図１において、Ａと示される第１デバイス３。以下、第１デバイス３Ａと表記する。）に伝達される。

次いで、熱源２の熱エネルギーは、第１デバイス３Ａの次に熱源２に近接して配置される第１デバイス３（図１において、Ｂと示される第１デバイス３。以下、第１デバイス３Ｂと表記する。）に伝達される。

次いで、熱源２の熱エネルギーは、第１デバイス３Ｂの次に熱源２に近接して配置される第１デバイス３（図１において、Ｃと示される第１デバイス３。以下、第１デバイス３Ｃと表記する。）に伝達される。

その後、熱源２の熱エネルギーは、第１デバイス３Ｃの次に熱源２に近接して配置される第１デバイス３（図１において、Ｄと示される第１デバイス３。以下、第１デバイス３Ｄと表記する。）に伝達される。

このように、熱源２の熱エネルギーが、熱源２からの距離に応じて、複数の第１デバイス３Ｃに対して、順次伝達されるため、第１デバイス３の温度変化量や温度変化のタイミングにばらつきが生じる。

その結果、第１デバイス３の温度分布に応じて、第１デバイス３の電気分極の度合いや電気分極のタイミングにもばらつきが生じる。つまり、第１デバイス３による発電量や、発電のタイミングにもばらつきが生じる。

このような場合、全ての第１デバイス３から同時に電力を取り出すと、電力の取り出し効率に劣るという不具合がある。

そこで、この発電システム１では、複数の第１デバイス３を、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けし、第２デバイス４を介して互いに電気的に接続して、グループ毎に電力を取り出す。

より具体的には、例えば、熱源２からの距離がほぼ同程度であり、熱源２からの熱エネルギーの伝達量や、熱エネルギーが伝達されるタイミングなどがほぼ同程度である各第１デバイス３を、グループ分けする。そして、その各グループの第１デバイス３を、第２デバイス４としての電極および導線を介して、直列または並列に、電気的に接続する。

例えば、複数の第１デバイス３Ｂが、熱源２からの熱エネルギーの伝達量や、熱エネルギーが伝達されるタイミングなどがほぼ同程度であると予測される場合には、それら第１デバイス３Ｂを、例えば、第２デバイス４（電極、導線）を介して電気的に接続する。

また、例えば、複数の第１デバイス３Ｃが、熱源２からの熱エネルギーの伝達量や、熱エネルギーが伝達されるタイミングなどがほぼ同程度であると予測される場合には、それら第１デバイス３Ｃを、例えば、第２デバイス４（電極、導線）を介して電気的に接続する。

また、例えば、複数の第１デバイス３Ｄが、熱源２からの熱エネルギーの伝達量や、熱エネルギーが伝達されるタイミングなどがほぼ同程度であると予測される場合には、それら第１デバイス３Ｄを、例えば、第２デバイス４（電極、導線）を介して電気的に接続する。

より具体的には、図１に示すように、熱源２からの熱エネルギーは、まず、熱源２に最も近接する第１デバイス３Ａに伝達され、次いで、熱エネルギーは、紙面上方向および紙面左右方向において、第１デバイス３Ａと隣接する第１デバイス３Ｂに伝達される。次いで、その熱エネルギーは、紙面上方向および紙面左右方向において、第１デバイス３Ｂと隣接する第１デバイス３Ｃに伝達され、その後、熱エネルギーは、紙面上方向および紙面左右方向において、第１デバイス３Ｃと隣接する第１デバイス３Ｄに伝達される。

すなわち、熱源２からの熱エネルギーは、熱源２に最も近接する第１デバイス３Ａを中心とした波紋状に伝達される。また、この熱エネルギーの伝達順序に従って、各第１デバイス３を、熱源２に最も近接する第１デバイス３Ａを中心とした波紋状に、電気的に接続する。

このように、第１デバイス３を温度分布に応じてグループ分けし、それらを電気的に接続することにより、後述するように発電するときに、第１デバイス３から、グループ毎に電力を取り出すことができる。

そして、図１に示す発電システム１では、その第２デバイス４が、昇圧器５、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。

このような発電システム１により、発電するには、例えば、まず、熱源２の温度を経時的に上下、好ましくは、周期的に温度変化させ、その熱源２の熱エネルギーを、熱エネルギーを、熱媒体（上記した排ガス、光など）を介して伝達させることにより、第１デバイス３を、加熱および／または冷却する。

そして、このような温度変化に応じて、上記した第１デバイス３を、好ましくは、周期的に電気分極させる。その後、第２デバイス４を介することにより、電力を、第１デバイス３の周期的な電気分極に応じて周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出す。

このような発電システム１において、熱源２の温度は、高温状態における温度が、例えば、２００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、１００〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。

また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、１０〜４００サイクル／秒、好ましくは、３０〜１００サイクル／秒である。

そして、このようにして発電システム１により取り出された電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器５において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧する。昇圧器５としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。

次いで、昇圧器５において昇圧された電力を、交流／直流変換器６において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。

このような発電システム１によれば、温度が経時的に上下する熱源２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。

また、熱源２が、周期的に温度変化する熱源であれば、電力を、周期的に変動する波形として取り出すことができ、その結果、簡易な構成により、より優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。

一方、上記したように、このような発電システム１においては、全ての第１デバイス３に対して同時に熱エネルギーが供給されるものではなく、熱エネルギーの供給量や供給のタイミングには、第１デバイス３の配置場所などによってばらつきが生じる。

そのため、第１デバイス３の温度変化量や、温度変化のタイミングにもばらつきが生じ、第１デバイス３による発電量や、発電のタイミングにもばらつきが生じる。その結果、全ての第１デバイス３から同時に電力を取り出すと、電力の取り出し効率に劣るという不具合がある。

この点、上記の発電システム１では、複数の第１デバイス３が、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けされ、第２デバイス４を介して互いに電気的に接続され、グループ毎に電力が取り出される。そのため、優れた効率で発電することができる。

図２は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図、図３は、図２に示す発電システムの要部拡大図である。

図２において、自動車１０は、内燃機関１１、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を備えている。

内燃機関１１は、エンジン１６、および、エキゾーストマニホールド１７を備えている。

エンジン１６は、多気筒（４気筒型）多サイクル（４サイクル）方式のエンジンであって、各気筒に、エキゾーストマニホールド１７の分岐管１８（後述）の上流側端部が接続されている。

エキゾーストマニホールド１７は、エンジン１６の各気筒から排出される排ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン１６の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管１８（これらを区別する必要がある場合には、図２の上側から順に、分岐管１８ａ、分岐管１８ｂ、分岐管１８ｃおよび分岐管１８ｄと称する。）と、それら分岐管１８の下流側において、各分岐管１８を１つに統合する集気管１９とを備えている。

また、各分岐管１８は、その流れ方向途中において、箱型空間２０を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２０は、分岐管１８に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側において、複数の第１デバイス３と、図示しない第２デバイス４とを備えている（図３参照）。

このようなエキゾーストマニホールド１７では、分岐管１８の上流側端部が、それぞれ、エンジン１６の各気筒に接続されるとともに、分岐管１８の下流側端部と集気管１９の上流側端部とが接続されている。また、集気管１９の下流側端部は、触媒搭載部１２の上流側端部に接続されている。

触媒搭載部１２は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、内燃機関１１から排出される排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、内燃機関１１（エキゾーストマニホールド１７）の下流側端部に接続されている。

エキゾーストパイプ１３は、触媒搭載部１２において浄化された排ガスをマフラー１４に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１２に接続されるとともに、下流側端部がマフラー１４に接続されている。

マフラー１４は、エンジン１６（とりわけ、爆発工程）において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ１３の下流側端部に接続されている。また、マフラー１４の下流側端部は、排出パイプ１５の上流側端部に接続されている。

排出パイプ１５は、エンジン１６から排出され、エキゾーストマニホールド１７、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３およびマフラー１４を順次通過し、浄化および静音化された排ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー１４の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。

そして、この自動車１０は、図２において点線で示すように、発電システム１を搭載している。

発電システム１は、上記したように、熱源２、第１デバイス３（図３参照）および第２デバイス４を備えている。

この発電システム１では、熱源２として、内燃機関１１のエンジン１６が用いられており、また、図３が参照されるように、分岐管１８の箱型空間２０内には、第１デバイス３が配置されている。

第１デバイス３は、シート状に形成されており、箱型空間２０内において、互いに間隔を隔てて整列配置されるとともに、図示しない第２デバイス４（および必要により設けられる固定部材（図示せず））により、固定されている。

これにより、第１デバイス３は、排ガスに接触（曝露）可能とされている。

また、図２および図３には図示しないが、箱型空間２０内において、複数の第１デバイス３は、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けされるように、第２デバイス４（図示せず）を介して、互いに電気的に接続されている（図１参照）。

第２デバイス４は、図示しないが、第１デバイス３を挟んで対向配置される２つの電極、および、それら電極に接続される導線を備えている。

また、発電システム１は、図２に示すように、昇圧器５、交流／直流変換器６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。

そして、このような自動車１０では、エンジン１６の駆動により、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が順次実施され、その温度が経時的に上下される。

より具体的には、例えば、分岐管１８ａに接続される気筒、および、分岐管１８ｃに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、高温の排ガスが、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部を排気工程において通過する。

このとき、エンジン１６の熱が、（熱媒体）を介して伝達され、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。

一方、それら２つの気筒とはタイミングを異にして、分岐管１８ｂに接続される気筒、および、分岐管１８ｄに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃとは異なるタイミングにおいて、高温の排ガスが、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部を排気工程において通過する。

このとき、エンジン１６の熱が、排ガス（熱媒体）を介して伝達され、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。

この周期的な温度変化は、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの周期的な温度変化とは、周期が同じである一方、位相が異なる。

そして、この発電システム１では、上記したように、各分岐管１８の内部（箱型空間２０内）に、シート状の第１デバイス３が配置されている。

そのため、エンジン１６（熱源２）から排出される排ガスが、分岐管１８内に導入され、箱型空間２０内に充填されると、その箱型空間２０内において、第１デバイス３が排ガス（熱媒体）に接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。すなわち、第１デバイス３が、エンジン１６（熱源２）、および、そのエンジン１６の熱を伝達する熱媒体の経時的な温度変化により、加熱および／または冷却される。

そして、これにより、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、その素子（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、電気分極させることができる。

そして、この発電システム１では、上記したように、複数の第１デバイス３は、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けされるように、第２デバイス４を介して、互いに電気的に接続されている。

そのため、この発電システム１では、第１デバイス３の温度分布に対応したグループ毎に、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。

また、この発電システム１では、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの温度と、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの温度とが、同じ周期、かつ、異なる位相で周期的に変化するため、電力を、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、連続的に取り出すことができる。

そして、排ガスは、各分岐管１８を通過した後、集気管１９に供給され、集気された後、触媒搭載部１２に供給され、その触媒搭載部１２に備えられる触媒により浄化される。その後、排ガスは、エキゾーストパイプ１３に供給され、マフラー１４において静音化された後、排出パイプ１５を介して、外気に排出される。

このとき、各分岐管１８内を通過する排ガスは、集気管１９において集気されるので、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を順次通過する排ガスは、その温度が、平滑化されている。

そのため、温度が平滑化されたこのような排ガスを通過させる集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５の温度は、通常、経時的に上下することなく、ほぼ一定である。

そのため、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４または排出パイプ１５を熱源２として用い、その周囲または内部に、上記した第１デバイス３を配置する場合には、第１デバイス３から取り出される電力は、その電圧が小さく、また、一定（直流電圧）である。

そのため、このような方法では、得られる電力を、簡易な構成で効率良く昇圧することができず、蓄電効率に劣るという不具合がある。

一方、上記したように、分岐管１８の内部空間に第１デバイス３を配置すれば、熱源２の経時的な温度変化により、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、そのデバイス（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、周期的に電気分極させることができる。

そのため、この発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。

その後、この方法では、例えば、図２において点線で示すように、上記により得られた電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器５において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧し、次いで、昇圧された電力を、交流／直流変換器６において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。バッテリー７に蓄電された電力は、自動車１０や、自動車１０に搭載される各種電気部品の動力などとして、適宜、用いることができる。

そして、このような発電システム１によれば、温度が経時的に上下する熱源２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出し、ＤＣ−ＤＣコンバーターで変換する場合に比べて、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。

とりわけ、このような発電システム１では、複数の第１デバイス３が、熱媒体による第１デバイス３の温度分布に対応してグループ分けされるように、互いに電気的に接続され、グループ毎に電力が取り出される。そのため、優れた効率で電力を取り出すことができる。

１ 発電システム
２ 熱源
３ 第１デバイス
４ 第２デバイス
５ 昇圧器
６ 交流／直流変換器
７ バッテリー

Claims (2)

1. 温度が経時的に上下する熱源と、
   前記熱源の熱エネルギーが熱媒体を介して伝達され、前記熱源の温度変化により電気分極する複数の第１デバイスと、
   前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと
   を備え、
   複数の前記第１デバイスは、
   前記熱媒体による前記第１デバイスの温度分布に対応してグループ分けされるように、互いに電気的に接続され、前記グループ毎に電力が取り出される
   ことを特徴とする、発電システム。
2. 前記熱源が、内燃機関であり、
   前記熱媒体が、排ガスであることを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。

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