JP4675086B2 - 熱電発電装置 - Google Patents

Description

本発明は熱電発電装置に関するものである。

熱電発電装置は、一般的に、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子を電極板を介して電気的に直列となるよう接合したもので、一端部側を加熱し且つ他端部側を冷却することにより、熱電素子に生じる温度差によって、電位差を発生させるシステムである。而して、斯かる電位差が生じる現象はゼーベック効果として知られている。

ゼーベック効果を利用した従来の熱電発電装置の一例は図１３に示されており、図中、１はｐ型熱電素子、２はｎ型熱電素子であり、熱電素子１，２は並列されている。３は両熱電素子１，２を連結するよう両熱電素子１，２の一端面に接続された電極板、４はｐ型熱電素子１の他端面に接続された電極板、５はｎ型熱電素子２の他端面に接続された電極板である。熱電素子１，２としては、例えばＢｉ−Ｔｅ系の材料が使用され、電極板３，４，５としては、銅合金等の熱伝導性及び電導性が良好な材料が使用される。

６は電極板３の外面に固設された絶縁材、７は絶縁材６の外面に固設されて内部を加熱流体８が流通するようにした径路、９は電極板４，５の外面に固設された絶縁材、１０は絶縁材９の外面に固設されて内部を冷却流体１１が流通するようにした径路である。絶縁材６，９としては、例えば、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックが使用される。

而して、ｐ型熱電素子１、ｎ型熱電素子２、電極板３，４，５、絶縁材６，９により熱電モジュール１２が形成されている。

ｐ型熱電素子１とｎ型熱電素子２の電気的直列回路の基端と終端とは、負荷１３に対し電気的に接続されており、電流１４は矢印方向へ流れ得るようになっている。

図１３に示す熱電発電装置においては、径路７内を車両排ガス等の加熱流体８が矢印方向へ送給されると共に、径路１０内を水等の冷却流体１１が矢印方向へ送給される。このため、ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２の電極板３側（熱電モジュールの一方の側）は加熱され、ｐ型熱電素子１の電極板４側及びｎ型熱電素子２の電極板５側（熱電モジュールの他方の側）は冷却され、熱電素子１，２の両端面に温度差により電位差が生じる。電位差により生じた電流１４は負荷１３又は蓄電手段に給電される。

ゼーベック効果を利用した従来の熱電発電装置の先行技術文献例としては、特許文献１がある。而して、特許文献１には、一端側を加熱し且つ他端側を冷却することにより、電位差を生じるｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とを電気的に直列接続した熱電発電モジュールが示されている。
特開平９−１９９７６４号公報

熱電素子１，２は所定温度以上になると、物性が変化して性能が悪化し、一度物性が変化すると冷却しても元の状態には戻らない。一方、図１３に示す熱電発電装置においては、熱電素子１，２の両側面には、電極板３，４を介して絶縁材６，９が設けられているが、絶縁材６，９には異常高温から熱電素子１，２を保護する機能は付加されてはいない。このため、熱電素子１，２が何等かの原因により異常高温に晒された場合には、熱電素子１，２は物性が変化して劣化する虞がある。

又、特許文献１に示す熱電発電装置においても、並列されたｐ型熱電素子とｎ型熱電素子の両端面には、支持材が設けられているが、熱電素子１，２が異常高温に晒された場合には、図１３の場合と同様、熱電素子は物性が変化して劣化する虞がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、加熱流体として車両排ガス等の高温ガスを送給して熱電モジュールにより発電を行なう場合に、熱電素子が異常高温に晒されることを防止し得るようにした熱電発電装置を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１の熱電発電装置は、
ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続された熱電モジュールの一方の側を加熱し得るよう加熱流体が流通する第一の径路と、前記熱電モジュールの他方の側を冷却し得るよう冷却流体が流通する第二の径路とを備えた熱電発電装置であって、
前記第一の径路の熱電モジュールよりも上流側に、第一の弁手段を介してバイパス径路を接続すると共に、
前記第一の径路における前記第一の弁手段の下流側で且つ熱電モジュールの上流側に、第二の弁手段を介して緊急冷却流体を第一の径路へ送給するための第三の径路を接続したものである。

請求項２の発電装置においては、バイパス径路の下流側端部を、熱電モジュールよりも下流側において第一の径路に接続している。

請求項３の発電装置は、
熱電素子の温度、若しくは第一の径路内の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器により検出された温度が所定の値を越える状態が所定の時間持続したら、前記第一の弁手段に、加熱流体がバイパス径路側へ送給されるよう、第一の弁手段を切換える弁切換え指令を出力すると共に、
前記第二の弁手段に、第三の径路を送給されてきた緊急冷却流体が前記第一の径路へ送給されるよう、第二の弁手段を切換える弁切換え指令を出力し、
前記温度検出器により検出された温度が所定の値を下回る状態が所定の時間持続したら、前記第一の弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されるよう、第一の弁手段を切換える弁切換え指令を出力すると共に、
前記第二の弁手段に、前記第一の弁手段を経て第一の径路を送給されてきた加熱流体が第二の弁手段の下流側へ送給され且つ緊急冷却流体が第一の径路に送給されないよう、第二の弁手段を切換える弁切換え指令を出力する
制御装置を設けたものである。

請求項４の熱電発電装置は、
ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続された熱電モジュールの一方の側を加熱し得るよう加熱流体が流通する第一の径路と、前記熱電モジュールの他方の側を冷却し得るよう冷却流体が流通する第二の径路とを備えた熱電発電装置であって、
前記第一の径路の熱電モジュールよりも上流側に、弁手段を介して緊急冷却流体を第一の径路へ送給し得るようにした第三の径路を接続したものである。

請求項５の熱電発電装置は、
熱電素子の温度、若しくは弁手段の下流側において第一の径路内の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器により検出された温度が所定の値を越える状態が所定の時間持続したら、前記弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されると共に緊急冷却流体が前記第一の径路側へ送給されるよう、弁手段を切換える弁切換え指令を出力し、
前記温度検出器により検出された温度が所定の値を下回る状態が所定の時間持続したら、前記弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されると共に緊急冷却流体は第一の径路へ送給されないよう、前記弁手段を切換える弁切換え指令を出力する
制御装置を設けたものである。

本発明によれば、熱電素子は異常高温に晒されることがないため劣化が防止され、性能を良好に保持することができ、且つ、加熱流体が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。又、緊急冷却流体を第一の径路へ送給して熱電モジュールを強制的に冷却できるようにした場合は、熱電素子の性能はより一層良好に保持できる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１〜図３は本発明の参考例の第一例であって、図中、図１３と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、熱電モジュール１２の基本的構成は図１３に示す従来のものと同様である。

径路７の熱電モジュール１２設置部よりも加熱流体８流れ方向上流側端部には、切換え弁１５が接続されると共に、切換え弁１５には、上流側から加熱流体８が送給されてくる径路１６と異常高温時に加熱流体８を径路７へ送給せずにバイパスさせるためのバイパス径路１７が接続されている。

ｎ型熱電素子２の高温側一側端部には、熱電対等の温度検出器１８が設けられており、温度検出器１８により検出した熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９に与え得るようになっている。又、制御装置１９から切換え弁１５へは、弁切換え指令Ｖ１を与え得るようになっている。

次に、上記図示例の作動を図３をも参照しつつ説明する。なお、図３中、ポジション１は、加熱流体８が径路１６から径路７へ流通するよう切換え弁１５が切換わっている発電時の状態をいい、ポジション２は、加熱流体８が径路１６からバイパス径路１７へ流通するよう切換え弁１５が切換わっている熱電素子冷却時の状態をいう。

本図示例の熱電発電装置においては、通常の運転時には、切換え弁１５はポジション１に切換わっており、径路１６，７は連通し、径路１６、バイパス径路１７は遮断されているため、車両排ガス等の加熱流体８は径路１６，７内を矢印方向へ送給される。又、水等の冷却流体１１は径路１０内を矢印方向へ送給される。

このため、ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２の電極板３側（熱電モジュール１２の一方の側）は加熱され、ｐ型熱電素子１の電極板４側及びｎ型熱電素子２の電極板５側（熱電モジュール１２の他方の側）は冷却され、熱電素子１，２の両端面に温度差により電位差が生じる。而して、電位差により生じた電流１４は負荷１３に給電される。

又、本図示例では、熱電素子１，２が異常高温に晒されることを防止するために、加熱流体８の流れ方向を制御するようにしている。すなわち、運転時には、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され、検出された熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９へ与えられる。

而して、制御装置１９では、熱電素子高温側温度Ｔと予め制御装置１９に設定されている熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１が比較され（Ｓ１）、熱電素子高温側温度Ｔが熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１よりも高い場合（Ｔ＞Ｔｏ１）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ２）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ１を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ１）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジション１からポジション２へ切換わる。

その結果、径路１６とバイパス径路１７とが連通し、径路１６，７は遮断されるため、径路１６を送給されてきた加熱流体８は切換え弁１５からバイパス径路１７へ導入され、バイパス径路１７を下流側へ送給される。

一方、加熱流体８がバイパス径路１７側へ送給され、径路７側へ送給されない場合も、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され（Ｓ３）、検出された熱電素子高温側温度Ｔが予め定めた熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ２よりも低い場合（Ｔ＜Ｔｏ２）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ４）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ２を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ２）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジション２からポジション１へ切換わる。

その結果、径路１６，７が連通し、径路１６、バイパス径路１７が遮断されるため、加熱流体８は再び径路１６から径路７へ送給され、熱電モジュール１２の加熱及び冷却による発電が開始される。

本図示例によれば、熱電素子１，２は異常高温に晒されることがないため劣化が防止され、性能を良好に保持することができ、且つ、加熱流体８が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。

図４〜図６は本発明の参考例の第二例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、熱電モジュール１２の基本的構成は図２に示すものと同様である。

而して、本図示例では、径路７の熱電モジュール１２設置部よりも加熱流体８流れ方向上流側端部には、切換え弁１５が接続されると共に、切換え弁１５には、上流側から加熱流体８が送給されてくる径路１６と異常高温時に加熱流体８を径路７へ送給せずにバイパスさせるためのバイパス径路１７が接続されている。又、径路７の熱電モジュール１２設置部よりも加熱流体８流れ方向下流側端部には、切換え弁２０が接続されると共に、切換え弁２０には、バイパス径路１７の下流端と、径路７或はバイパス径路１７から送給された加熱流体８を下流側へ送給する径路２１が接続されている。

ｎ型熱電素子２の高温側一側端部には、熱電対等の温度検出器１８が設けられており、温度検出器１８により検出した熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９に与え得るようになっている。又、制御装置１９から切換え弁１５へは、弁切換え指令Ｖ１を、又、切換え弁２０には弁切換え指令Ｖ２を与え得るようになっている。

次に、上記図示例の作動を図５、図６をも参照しつつ説明する。なお、図５、図６中、ポジション１は、切換え弁１５においては、加熱流体８が径路１６から径路７へ流通するよう切換わっている状態、切換え弁２０においては、加熱流体８が径路７から径路２１へ流通するよう切換わっている状態をいい、発電時の状態である。又、ポジション２は、切換え弁１５においては、加熱流体８が径路１６からバイパス径路１７へ流通するよう切換わっている状態、切換え弁２０においては、加熱流体８がバイパス径路１７から径路２１へ流通するよう切換わっている状態をいい、熱電素子冷却時の状態である。更に、Ａ、Ｂは制御の繋がりを表している。

本図示例の熱電発電装置においては、通常の運転時には、切換え弁１５，２０はポジション１に切換わっており、径路１６，７，２１は連通している。このため、車両排ガス等の加熱流体８は径路１６，７，２１内を矢印方向へ送給される。又、水等の冷却流体１１は径路１０内を矢印方向へ送給される。

このため、ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２の電極板３側（熱電モジュール１２の一方の側）は加熱され、ｐ型熱電素子１の電極板４側及びｎ型熱電素子２の電極板５側（熱電モジュール１２の他方の側）は冷却される。このため、熱電モジュール１２では、前記したと同様にして発電が行なわれる。

又、本図示例では、熱電素子１，２が異常高温に晒されることを防止するために、加熱流体８の流れ方向を制御するようにしている。すなわち、運転時には、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され、検出された熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９へ与えられる。

而して、制御装置１９では、熱電素子高温側温度Ｔと予め制御装置１９に設定されている熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１が比較され（Ｓ１１）、熱電素子高温側温度Ｔが熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１よりも高い場合（Ｔ＞Ｔｏ１）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ１２）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ１を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ１）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジション１からポジション２へ切換わると共に、制御装置１９から切換え弁２０へ弁切換え指令Ｖ２が与えられて切換え弁２０はポジション１からポジション２へ切換わる。

このため、径路１６，バイパス径路１７，径路２１が連通すると共に、径路１６，７及び径路７，２１は遮断され、その結果、加熱流体８は径路１６からバイパス径路１７を経て径路２１へ流入し、下流側へ送給される。

一方、加熱流体８がバイパス径路１７側へ送給され、径路７側へ流れない場合も、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され（Ｓ１３）、検出された熱電素子高温側温度Ｔが予め定めた熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ２よりも低い場合（Ｔ＜Ｔｏ２）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ１４）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ２を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ２）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジショ２からポジション１へ切換わると共に、制御装置１９から切換え弁２０へ弁切換え指令Ｖ２が与えられて切換え弁２０はポジション２からポジション１へ切換わる。

その結果、径路１６，７，２１が連通し、径路１６、バイパス径路１７が遮断されるため、加熱流体８は再び径路１６から径路７へ送給され、次いで、径路２１へ送給され、従って、熱電モジュール１２の加熱及び冷却による発電が開始される。

本図示例によれば、熱電素子１，２は異常高温に晒されることがないため劣化が防止され、性能を良好に保持することができ、且つ、加熱流体８が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。

図７〜図９は請求項１、３に対応する本発明の実施の形態の第一例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、熱電モジュール１２の基本的構成は図２に示すものと同様である。

而して、本図示例においては、径路７の熱電モジュール１２設置部よりも加熱流体８流れ方向上流側端部に、切換え弁１５が接続されると共に、切換え弁１５には、上流側から加熱流体８が送給されてくる径路１６と異常高温時に加熱流体８を径路７へ送給せずにバイパスさせるためのバイパス径路１７が接続されている。又、径路７の中途部には、熱電モジュール１２よりも上流側に位置するよう切換え弁２２が設けられ、切換え弁２２には、冷却空気等の緊急冷却流体を２３を、径路７のうち切換え弁２２よりも下流側に位置する部分へ送給するための径路２４が接続されている。

ｎ型熱電素子２の高温側一側端部には、熱電対等の温度検出器１８が設けられており、温度検出器１８により検出した熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９に与え得るようになっている。又、制御装置１９から切換え弁１５へは、弁切換え指令Ｖ１を、又、切換え弁２２には弁切換え指令Ｖ３を与え得るようになっている。

次に、上記図示例の作動を図８、図９をも参照しつつ説明する。なお、図８、図９中、ポジション１は、切換え弁１５においては、加熱流体８が径路１６から径路７へ流通するよう切換わっている状態、切換え弁２２においては、加熱流体８が径路７を切換え弁２２よりも上流側から下流側へ流通するよう切換わっている状態をいい、発電時の状態である。又、ポジション２は、切換え弁１５においては、加熱流体８が径路１６からバイパス径路１７へ流通するよう切換わっている状態、切換え弁２２においては、緊急冷却流体２３が径路２４から径路７へ流通するよう切換わっている状態をいい、熱電素子冷却時の状態である。更に、Ａ、Ｂは制御の繋がりを表している。

本図示例の熱電発電装置においては、通常の運転時には、切換え弁１５，２２はポジション１に切換わっており、径路１６，７及び、径路７の切換え弁２２よりも上流側の部分と下流側の部分は連通し、径路１６とバイパス径路１７、径路２４，７は遮断されている。このため、加熱流体８は径路１６，７内を矢印方向へ送給される。又、冷却流体１１は径路１０内を矢印方向へ送給される。

このため、ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２の電極板３側（熱電モジュール１２の一方の側）は加熱され、ｐ型熱電素子１の電極板４側及びｎ型熱電素子２の電極板５側（熱電モジュール１２の他方の側）は冷却される。その結果、熱電モジュール１２では、前記したと同様にして発電が行なわれる。

又、本図示例では、熱電素子１，２が異常高温に晒されることを防止するために、加熱流体８の流れ方向を制御すると共に、緊急冷却流体２３を径路７へ送給するようにしている。すなわち、運転時には、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され、検出された熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９へ与えられる。

而して、制御装置１９では、熱電素子高温側温度Ｔと予め制御装置１９に設定されている熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１が比較され（Ｓ２１）、熱電素子高温側温度Ｔが熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１よりも高い場合（Ｔ＞Ｔｏ１）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ２２）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ１を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ１）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジション１からポジション２へ切換わると共に、制御装置１９から切換え弁２２へ弁切換え指令Ｖ３が与えられて切換え弁２２はポジション１からポジション２へ切換わる。このため、径路１６とバイパス径路１７が連通すると共に、径路２４と径路７の切換え弁２２よりも下流側の部分が連通し、径路１６，７は遮断される。

このため、加熱流体８は径路１６からバイパス径路１７へ流入し、下流側へ送給される。又、緊急冷却流体２３は径路２４から径路７の切換え弁２２よりも下流側の部分へ流入し、径路７を下流側へ送給される。このため、熱電モジュール１２の熱電素子１，２は緊急に冷却される。

一方、加熱流体８がバイパス径路１７側へ送給され、且つ、緊急冷却流体２３が径路７内を送給されている場合も、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され（Ｓ２３）、検出された熱電素子高温側温度Ｔが予め定めた熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ２よりも低い場合（Ｔ＜Ｔｏ２）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ２４）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ２を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ２）は、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ３が与えられて切換え弁２２はポジショ２からポジション１へ切換わり、又、制御装置１９から切換え弁１５へ弁切換え指令Ｖ１が与えられて切換え弁１５はポジション２からポジション１へ切換わる。

このため、径路１６、径路７の切換え弁２２よりも上流側の部分、径路７の切換え弁２２よりも下流側の部分が連通し、径路７とバイパス径路１７、径路７，２４は遮断される。その結果、緊急冷却流体２３の径路７への導入が停止されると共に、加熱流体８は径路１６から径路７へ送給されるため、再び熱電モジュール１２の発電が開始される。

本図示例によれば、熱電モジュール１２は緊急冷却されるため、熱電素子１，２は異常高温に晒されることがなくて劣化が防止され、性能をより一層良好に保持することができ、且つ、加熱流体８が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。

図１０は請求項２、３に対応する本発明の実施の形態の第二例であって、図中、図７と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、熱電モジュール１２の基本的構成は図２に示すものと同様であり、各径路の構成は図７に示すものと略同様である。ただ、バイパス径路１７の下流側端部が径路７に対し熱電モジュール１２よりも下流側において接続されている点が、図７の場合と異なっているだけである。従って、熱電モジュール１２による発電時の切換え弁１５，２２の切換えポジション、熱電素子１，２の冷却時の切換え弁１５，２２の切換えポジションは図７の場合と全く同じで、制御のフローは図８、図９と全く同じであるが、熱電モジュール１２の冷却時にバイパス径路１７へ流入した加熱流体８は最終的には、熱電モジュール１２の下流側において、径路７へ送出される。

本図示例においても、実施の形態の第三例と同様、熱電モジュール１２は緊急冷却されるため、熱電素子１，２は異常高温に晒されることがなくて劣化が防止され、性能をより一層良好に保持することができ、且つ、加熱流体８が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。

図１１及び図１２は、請求項４、５に対応する本発明の実施の形態の第三例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、熱電モジュール１２の基本的な構成は図２に示すものと同様である。

而して、本図示例においては、径路７の熱電モジュール１２設置部よりも加熱流体８流れ方向上流側端部に、切換え弁２５が接続されると共に、切換え弁２５には、上流側から加熱流体８が送給されてくる径路１６と異常高温時に緊急冷却流体２３を径路７へ送給し得るようにした切換え弁２５が接続されている。

ｎ型熱電素子２の高温側一側端部には、熱電対等の温度検出器１８が設けられており、温度検出器１８により検出した熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９に与え得るようになっている。又、制御装置１９から切換え弁２５へは、弁切換え指令Ｖ４を与え得るようになっている。

次に、上記図示例の作動を図１２をも参照しつつ説明する。なお、図１２中、ポジション１は、加熱流体８が径路１６から径路７へ送給されるよう切換え弁２５が切換わっている発電時の状態、ポジション２は加熱流体８が径路１６から径路７へ送給されると共に、緊急冷却流体２３が径路２４から径路７へ送給されるよう、切換え弁２５が切換わっている熱電素子冷却時の状態をいう。

本図示例の熱電発電装置においては、通常の運転時には、切換え弁２５はポジション１に切換わっており、径路１６，７は連通し、径路２４，７は遮断されている。このため、加熱流体８は径路１６，７内を矢印方向へ送給される。又、冷却流体１１は径路１０内を矢印方向へ送給される。

このため、ｐ型熱電素子１及びｎ型熱電素子２の電極板３側（熱電モジュール１２の一方の側）は加熱され、ｐ型熱電素子１の電極板４側及びｎ型熱電素子２の電極板５側（熱電モジュール１２の他方の側）は冷却される。その結果、熱電モジュール１２では、前記したと同様にして発電が行なわれる。

又、本図示例では、熱電素子１，２が異常高温に晒されることを防止するために、加熱流体８と共に、緊急冷却流体２３を径路７へ送給するようにしている。すなわち、運転時には、ｎ型熱電素子２の高温側一側端部の温度は温度検出器１８により検出され、検出された熱電素子高温側温度Ｔは制御装置１９へ与えられる。

而して、制御装置１９では、熱電素子高温側温度Ｔと予め制御装置１９に設定されている熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１が比較され（Ｓ３１）、熱電素子高温側温度Ｔが熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ１よりも高い場合（Ｔ＞Ｔｏ１）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ３２）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ１を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ１）は、制御装置１９から切換え弁２５へ弁切換え指令Ｖ４が与えられて切換え弁２５はポジション１からポジション２へ切換わる。このため、径路１６，７が連通した状態が保持されると共に、径路２４と径路７が連通する。

このため、径路１６から径路７へ加熱流体８が送給される他に、径路２４から径路７へ緊急冷却流体２３が送給される。その結果、径路７内では、加熱流体８と緊急冷却流体２３とが混合された状態で送給され、熱電モジュール１２の冷却が行なわれる。

一方、加熱流体８及び緊急冷却流体２３が径路７内を送給されている場合も、ｎ型熱電素子２の温度は温度検出器１８により検出され（Ｓ３３）、検出された熱電素子高温側温度Ｔが予め定めた熱電素子高温側温度設定値Ｔｏ２よりも低い場合（Ｔ＜Ｔｏ２）には、その状態の持続時間Ｌがカウントされ（Ｓ３４）、カウントされた持続時間Ｌが予め定めた持続時間設定値Ｌｏ２を越えた場合（Ｌ＞Ｌｏ２）は、制御装置１９から切換え弁２５へ弁切換え指令Ｖ４が与えられて切換え弁２５はポジション２からポジション１へ切換わる。

このため、径路１６，７が連通すると共に、径路２４，７は遮断されるため、加熱流体８のみが径路１６から径路７へ送給され、再び熱電モジュール１２の発電が開始される。

本図示例によれば、熱電モジュールは緊急冷却されるため、熱電素子１，２は異常高温に晒されることがなくて劣化が防止され、性能をより一層良好に保持することができ、且つ、加熱流体８が車両排ガスのような場合に、排熱の回収を効果的に行なうことができる。

なお、本発明の熱電発電装置においては、加熱流体として車両排ガスを例に挙げ説明したが、加熱流体は車両排ガスに限らず、種々の排ガスを適用することができること、排ガスに限らず新たに生成させた高温ガスを加熱流体として用いるようにしても実施できること、ｎ型熱電素子の高温側温度を測定する場合について説明したが、熱電素子のどの部分で温度を検出するようにしても実施できること、発電時に熱電モジュールを加熱するための加熱流体が流れるようにした径路内の温度を検出するようにしても実施できること、ｐ型熱電素子及びｎ型熱電素子は一組設置する場合について説明したが、電気的に直列となるよう接続すれば、何組設置しても実施可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の熱電発電装置の参考例の第一例を示す概要図である。 図１の熱電発電装置に適用する熱電モジュールの概要図である。 図１の熱電発電装置のフローチャートである。 本発明の熱電発電装置の参考例の第二例を示す概要図である 図４の熱電発電装置のフローチャートの前半部分である。 図４の熱電発電装置のフローチャートの後半部分である。 本発明の熱電発電装置の実施の形態の第一例を示す概要図である。 図７の熱電発電装置のフローチャートの前半部分である。 図７の熱電発電装置のフローチャートの後半部分である。 本発明の熱電発電装置の実施の形態の第二例を示す概要図である。 本発明の熱電発電装置の実施の形態の第三例を示す概要図である。 図１１の熱電発電装置のフローチャートである。 熱電モジュールの部分を拡大して示す従来の熱電発電装置の例を示す概要図である。

符号の説明

１ ｐ型熱電素子
２ ｎ型熱電素子
７ 径路（第一の径路）
８ 加熱流体
１０ 径路（第二の径路）
１１ 冷却流体
１２ 熱電モジュール
１５ 切換え弁（弁手段）（第一の弁手段）
１６ 径路
１７ バイパス径路
１８ 温度検出器
１９ 制御装置
２０ 切換え弁（第二の弁手段）
２１ 径路
２２ 切換え弁（第二の弁手段）
２３ 緊急冷却流体
２４ 径路（第三の径路）
２５ 切換え弁（弁手段）
Ｖ１ 弁切換え指令
Ｖ２ 弁切換え指令
Ｖ３ 弁切換え指令
Ｖ４ 弁切換え指令

Claims (5)

1. ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続された熱電モジュールの一方の側を加熱し得るよう加熱流体が流通する第一の径路と、前記熱電モジュールの他方の側を冷却し得るよう冷却流体が流通する第二の径路とを備えた熱電発電装置であって、
   前記第一の径路の熱電モジュールよりも上流側に、第一の弁手段を介してバイパス径路を接続すると共に、
   前記第一の径路における前記第一の弁手段の下流側で且つ熱電モジュールの上流側に、第二の弁手段を介して緊急冷却流体を第一の径路へ送給するための第三の径路を接続したことを特徴とする熱電発電装置。
2. バイパス径路の下流側端部を、熱電モジュールよりも下流側において第一の径路に接続した請求項１記載の熱電発電装置。
3. 熱電素子の温度、若しくは第一の径路内の温度を検出する温度検出器と、
   該温度検出器により検出された温度が所定の値を越える状態が所定の時間持続したら、前記第一の弁手段に、加熱流体がバイパス径路側へ送給されるよう、第一の弁手段を切換える弁切換え指令を出力すると共に、
   前記第二の弁手段に、第三の径路を送給されてきた緊急冷却流体が前記第一の径路へ送給されるよう、第二の弁手段を切換える弁切換え指令を出力し、
   前記温度検出器により検出された温度が所定の値を下回る状態が所定の時間持続したら、前記第一の弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されるよう、第一の弁手段を切換える弁切換え指令を出力すると共に、
   前記第二の弁手段に、前記第一の弁手段を経て第一の径路を送給されてきた加熱流体が第二の弁手段の下流側へ送給され且つ緊急冷却流体が第一の径路に送給されないよう、第二の弁手段を切換える弁切換え指令を出力する
   制御装置を設けた請求項１、又は２記載の熱電発電装置。
4. ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが電気的に直列に接続された熱電モジュールの一方の側を加熱し得るよう加熱流体が流通する第一の径路と、前記熱電モジュールの他方の側を冷却し得るよう冷却流体が流通する第二の径路とを備えた熱電発電装置であって、
   前記第一の径路の熱電モジュールよりも上流側に、弁手段を介して緊急冷却流体を第一の径路へ送給し得るようにした第三の径路を接続したことを特徴とする熱電発電装置。
5. 熱電素子の温度、若しくは弁手段の下流側において第一の径路内の温度を検出する温度検出器と、
   該温度検出器により検出された温度が所定の値を越える状態が所定の時間持続したら、前記弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されると共に緊急冷却流体が前記第一の径路側へ送給されるよう、弁手段を切換える弁切換え指令を出力し、
   前記温度検出器により検出された温度が所定の値を下回る状態が所定の時間持続したら、前記弁手段に、加熱流体が第一の径路側へ送給されると共に緊急冷却流体は第一の径路へ送給されないよう、前記弁手段を切換える弁切換え指令を出力する
   制御装置を設けた請求項４記載の熱電発電装置。

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