JP6546822B2 - Power generation circuit and power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、発電回路および発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される発電システム、および、その発電システムにおいて採用される発電回路に関する。 The present invention relates to a power generation circuit and a power generation system, and more particularly to a power generation system mounted on a vehicle such as a car and a power generation circuit employed in the power generation system.
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。 Conventionally, in various energy utilization devices such as internal combustion engines such as automobile engines, heat exchangers such as boilers and air conditioners, electric engines such as generators and motors, and light emitting devices such as lights, for example, as exhaust heat and light A lot of thermal energy is released and lost.
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おり、さらに、より効率的に発電するために、電圧印加装置によって、第1デバイスの昇温中に第1デバイスに電圧を印加し、また、降温中には電圧の印加を停止することが提案されている。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(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, from the viewpoint of energy saving, it has been required to recover emitted thermal energy and reuse it as an energy source. As such a system, specifically, for example, a heat source whose temperature rises and falls with time, and a first device which is electrically polarized by a piezo effect, a pyroelectric effect, a Seebeck effect or the like according to a temperature change of the heat source A power generation system has been proposed that includes a dielectric and a second device (such as an electrode) disposed opposite to sandwich the first device in order to extract power from the first device, and further more efficiently. In order to generate power, it has been proposed that a voltage application device applies a voltage to the first device while the temperature of the first device is rising, and stops the application of the voltage during the temperature decrease. In addition, it has been proposed to load the power generation system in a car or the like and, in such a case, to arrange the first device (such as a dielectric) in the exhaust pipe to which the exhaust gas of the car is supplied ( See, for example, Patent Document 1).
上記した発電システムでは、得られた電力は、第1デバイスから第2デバイスを介してバッテリーに蓄積され、必要に応じて消費可能とされる。 In the power generation system described above, the obtained power is stored in the battery from the first device through the second device, and can be consumed as needed.
一方、このような発電システムでは、第1デバイス(誘電体など)による発電に際して電圧印加装置が用いられるため、回路外部からの電力投入を必要とするという不具合がある。 On the other hand, in such a power generation system, since the voltage application device is used for power generation by the first device (dielectric or the like), there is a problem that power input from the outside of the circuit is required.
そこで、本発明の目的は、外部からの電力投入を不要とし、発電素子から効率よく電力を取り出すことができる発電回路および発電システムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power generation circuit and a power generation system capable of efficiently extracting power from a power generation element without the need to supply power from the outside.
本発明は、
[1]温度が経時的に上下されることにより電気分極する発電素子と、前記発電素子から取り出された電力が供給される受電デバイスと、前記発電素子に電圧を印加するための第1蓄電体と、前記第1蓄電体とは別途、前記発電素子に電圧を印加するための第2蓄電体と、前記受電デバイスとは別途、前記発電素子から取り出された電力が供給される第3蓄電体と、前記発電素子、前記受電デバイス、前記第1蓄電体、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体を接続する導線と、前記導線を開閉するスイッチシステムとを備え、前記導線は、前記発電素子、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続され、前記受電デバイスおよび前記第1蓄電体が接続されない第1回路と、前記発電素子および前記第1蓄電体が接続され、前記受電デバイス、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続されない第2回路と、前記発電素子、前記受電デバイス、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続され、前記第1蓄電体が接続されない第3回路と、前記発電素子、前記受電デバイスおよび前記第1蓄電体が接続され、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続されない第4回路と、前記発電素子および前記第3蓄電体が接続され、前記受電デバイス、前記第1蓄電体および前記第2蓄電体が接続されない第5回路とを構成し、前記スイッチシステムは、前記第2回路および前記第3回路を閉状態とし、かつ、前記第1回路、前記第4回路および前記第5回路を開状態とする第1状態と、前記第1回路および前記第4回路を閉状態とし、かつ、前記第2回路、前記第3回路および前記第5回路を開状態とする第2状態と、前記第5回路を閉状態とし、かつ、前記第1回路、前記第2回路、前記第3回路および前記第4回路を開状態とする第3状態とを切り替え可能とすることを特徴とする、発電回路、
[2]上記[1]に記載の発電回路と、前記発電素子の温度を経時的に上下させる熱源と、前記発電素子の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段による検知に基づいて、前記スイッチシステムを制御するための制御手段とを備えることを特徴とする、発電システム
である。
The present invention
[1] A power generating element that is electrically polarized by temperature rising and lowering with time, a power receiving device to which power extracted from the power generating element is supplied, and a first power storage body for applying a voltage to the power generating element And a second power storage body for applying a voltage to the power generation element separately from the first power storage body, and a third power storage body to which power extracted from the power generation element is separately supplied from the power reception device. And a lead wire connecting the power generation element, the power reception device, the first power storage body, the second power storage body and the third power storage body, and a switch system for opening and closing the lead wire, the lead wire being the power generation A first circuit to which the element, the second power storage body and the third power storage body are connected, and the power receiving device and the first power storage body are not connected, and the power generating element and the first power storage body are connected A second circuit to which the second storage body and the third storage body are not connected, the power generation element, the power receiving device, the second storage body, and the third storage body are connected, and the first storage body is not connected A fourth circuit to which a third circuit, the power generation element, the power reception device, and the first power storage body are connected, and the second power storage body and the third power storage body are not connected, the power generation element and the third power storage body Constitute a fifth circuit to which the power receiving device, the first power storage body, and the second power storage body are not connected, and the switch system closes the second circuit and the third circuit, and A first state in which the first circuit, the fourth circuit and the fifth circuit are in an open state, and a state in which the first circuit and the fourth circuit are in a closed state, and the second circuit and the third circuit And the fifth A second state in which the path is open, and a third state in which the fifth circuit is closed and the first circuit, the second circuit, the third circuit, and the fourth circuit are open. Power generation circuit, characterized in that
[2] Based on the power generation circuit according to the above [1], a heat source that raises and lowers the temperature of the power generation element with time, a temperature detection unit that detects the temperature of the power generation element, and detection by the temperature detection unit A control means for controlling the switch system.
本発明の発電回路および発電システムによれば、発電ユニットにおいて生じるエネルギーを用いて、発電素子に電圧を印加することができるため、外部からの電力投入を不要とし、発電素子から効率よく電力を取り出すことができる。 According to the power generation circuit and the power generation system of the present invention, the energy can be applied to the power generation element by using the energy generated in the power generation unit, thereby eliminating the need for external power input and efficiently extracting power from the power generation element. be able to.
とりわけ、本発明の発電回路および発電システムによれば、冷却初期において、発電素子から効率よく電力を取り出すことができる。 In particular, according to the power generation circuit and the power generation system of the present invention, power can be efficiently extracted from the power generation element at the initial stage of cooling.
図1において、発電回路1は、発電ユニット2と、受電ユニット3と、第1蓄電ユニット4と、第2蓄電ユニット5と、第3蓄電ユニット8と、それらを接続する導線6と、導線6を開閉し電流の流れを制御するためのスイッチシステム7を備えている。
In FIG. 1, the
発電ユニット2は、発電素子9、および、発電素子9を挟んで対向配置される一対の電極(図示せず)を備えている。なお、図1において、発電素子9は、コンデンサ記号で表記される。
The
発電素子9は、温度が経時的に上下されることにより電気分極するデバイスである。 The power generation element 9 is a device that is electrically polarized as the temperature rises and falls with time.
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。 Here, the term “electric polarization” refers to a phenomenon that dielectric polarization is caused by displacement of positive and negative ions due to distortion of a crystal to generate a potential difference, such as a piezoelectric effect and / or a phenomenon that a dielectric constant changes to cause a potential difference, such as pyroelectric It is defined as a phenomenon that an electromotive force occurs in a material, such as effects.
このような発電素子9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。 More specifically, examples of such a power generation element 9 include a device that performs electrical polarization by the piezo effect, a device that performs electrical polarization by the pyroelectric effect, and the like.
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。 The piezo effect is an effect (phenomenon) of electrical polarization when stress or strain is applied, depending on the magnitude of the stress or strain.
このようなピエゾ効果により電気分極する発電素子としては、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。 The power generation element to be electrically polarized by such a piezoelectric effect is not particularly limited, and a known piezoelectric element (piezoelectric element) can be used.
発電素子9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る。固定部材としては、特に制限されず、例えば、電極(図示せず)を用いることもできる。 When a piezo element is used as the power generation element 9, the piezo element is fixed, for example, by a fixing member around its periphery. The fixing member is not particularly limited, and for example, an electrode (not shown) may be used.
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。 The pyroelectric effect is, for example, an effect (phenomena) in which the insulator is electrically polarized according to the temperature change when heating and cooling the insulator (dielectric) or the like, and includes the first effect and the second effect. It is.
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。 The first effect is that when the insulator is heated and cooled, it spontaneously polarizes due to the temperature change, and is considered as an effect of generating a charge on the surface of the insulator.
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。 The second effect is the effect that pressure deformation occurs in the crystal structure due to temperature change during heating and cooling of the insulator, and piezoelectric polarization is caused by stress or strain applied to the crystal structure (piezo effect, piezoelectric effect ).
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。 It does not restrict | limit especially as a device electrically polarized by such a pyroelectric effect, A well-known pyroelectric element can be used.
このような発電素子9として、具体的には、公知の焦電素子(例えば、BaTiO3、CaTiO3、(CaBi)TiO3、BaNd2Ti5O14、BaSm2Ti4O12、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)など)、公知のピエゾ素子(例えば、水晶(SiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ロッシェル塩(酒石酸カリウム−ナトリウム)(KNaC4H4O6)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、リチウムテトラボレート(Li2B4O7)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、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)、Ca3(VO4)2、Ca3(VO4)2/Ni、LiNbO3、LiNbO3/Ni、LiTaO3、LiTaO3/Ni、Li(Nb0.4Ta0.6)O3、Li(Nb0.4Ta0.6)O3/Ni、Ca3{(Nb,Ta)O4}2、Ca3{(Nb,Ta)O4}2/Niなどを用いることができる。 Specifically as such a power generation element 9, known pyroelectric elements (for example, BaTiO 3 , CaTiO 3 , (CaBi) TiO 3 , BaNd 2 Ti 5 O 14 , BaSm 2 Ti 4 O 12 , zirconate titanate) Lead acid (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), etc., known piezo elements (eg, quartz (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO), Rochelle salt (potassium sodium tartrate) (KNaC 4 H 4 O) 6 ) Lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), Langa Site (La 3 Ga 5 SiO 14 ), aluminum nitride (AlN), tourmaline (tourmaline), polyvinylidene fluoride (P VDF etc.), Ca 3 (VO 4 ) 2 , Ca 3 (VO 4 ) 2 / Ni, LiNbO 3 , LiNbO 3 / Ni, LiTaO 3 , LiTaO 3 / Ni, Li (Nb 0.4 Ta 0.6 ) Using O 3 , Li (Nb 0.4 Ta 0.6 ) O 3 / Ni, Ca 3 {(Nb, Ta) O 4 } 2 , Ca 3 {(Nb, Ta) O 4 } 2 / Ni, etc. Can.
また、発電素子9としては、さらに、LaNbO3、LiNbO3、KNbO3、MgNbO3、CaNbO3、(K1/2Na1/2)NbO3、(K1/2Na1/2)NbO3/Ni、(Bi1/2K1/4Na1/4)NbO3、(Sr1/100(K1/2Na1/2)99/100)NbO3、(Ba1/100(K1/2Na1/2)99/100)NbO3、(Li1/10(K1/2Na1/2)9/10)NbO3、Sr2NaNb5O15、Sr19/10Ca1/10NaNb5O15、Sr19/10Ca1/10NaNb5O15/Ni、Ba2NaNbO15、Ba2Nb2O6、Ba2NaNbO15/Ni、Ba2Nb2O6/Niなどの誘電体を用いることもできる。
Further, as the power generating element 9, further, LaNbO 3, LiNbO 3, KNbO 3, MgNbO 3, CaNbO 3, (
これら発電素子9は、単独使用または2種類以上併用することができる。 These power generation elements 9 can be used alone or in combination of two or more.
また、発電素子9は、通常、公知の方法によりポーリング処理されて用いられる。 In addition, the power generation element 9 is usually used after being subjected to a polling process by a known method.
発電素子9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。 The Curie point of the power generation element 9 is, for example, −77 ° C. or more, preferably −10 ° C. or more, and for example, 1300 ° C. or less, preferably 900 ° C. or less.
また、発電素子9(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。 The relative dielectric constant of the power generation element 9 (insulator (dielectric)) is, for example, 1 or more, preferably 100 or more, and more preferably 2000 or more.
このような発電回路1では、発電素子9(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、発電素子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。
In such a
なお、発電素子9(絶縁体(誘電体))は、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。 Although the power generation element 9 (insulator (dielectric)) is electrically polarized by a temperature change, the electrical polarization may be any of electronic polarization, ion polarization, and orientation polarization.
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。 For example, in materials (such as liquid crystal materials and the like) in which polarization is induced by orientation polarization, it is expected that the power generation efficiency can be improved by changing the molecular structure.
なお、図1において、発電素子9は、加熱時に一方側(紙面左側)の電極が正電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が負電荷を帯びるように電気分極する。 In FIG. 1, the power generation element 9 is electrically polarized so that the electrode on one side (left side in the drawing) has a positive charge and the electrode on the other side (right side in the drawing) has a negative charge.
また、発電素子9は、冷却時に一方側(紙面左側)の電極が負電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が静電荷を帯びるように電気分極する。 In addition, in the power generation element 9, the electrode on one side (left side in the drawing) is negatively charged during cooling, and the electrode on the other side (right side in the drawing) is electrically polarized so as to be electrostatically charged.
受電ユニット3は、上記の発電素子9から取り出された電力が供給されるユニットであって、受電デバイスとしての受電コンデンサ10を備えている。
The power reception unit 3 is a unit to which the power extracted from the power generation element 9 described above is supplied, and includes a
受電コンデンサ10は、発電素子9から取り出された電力を受電し、蓄積するデバイスであって、図示しないダイオードなどを介して、発電素子9に電気的に接続されている。
The
また、受電ユニット3は、受電コンデンサ10を備えることにより、発電素子9に対して電圧を印加可能とされている。
In addition, the power receiving unit 3 can apply a voltage to the power generation element 9 by including the
第1蓄電ユニット4は、発電素子9に電圧を印加するための第1蓄電体としての第1コンデンサ11を備えている。
The
第1コンデンサ11は、電気回路に採用される公知のコンデンサであって、導線6の第2回路B(後述)および第4回路D(後述)に介在されるように設けられており、電気エネルギーを蓄積可能とされている。第1コンデンサ11の静電容量は、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜設定され、第2コンデンサ12(後述)、第3コンデンサ13(後述)および受電コンデンサ10の静電容量とのバランスが調整される。
The
第2蓄電ユニット5は、第1コンデンサ11とは別途、発電素子9に電圧を印加するための第2蓄電体としての第2コンデンサ12を備えている。
The
第2コンデンサ12は、電気回路に採用される公知のコンデンサであって、導線6の第1回路A(後述)および第3回路C(後述)に介在されるように設けられており、電気エネルギーを蓄積可能とされている。第2コンデンサ12の静電容量は、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜設定され、第1コンデンサ11、第3コンデンサ13(後述)および受電コンデンサ10の静電容量とのバランスが調整される。
The
第3蓄電ユニット8は、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12とは別途用意され、上記受電コンデンサ10とは別途、発電素子9から取り出された電力が供給される第3コンデンサ13を備えている。
The
第3コンデンサ13は、電気回路に採用される公知のコンデンサであって、導線6の第1回路A(後述)、第3回路C(後述)第5回路E(後述)に介在されるように設けられており、電気エネルギーを蓄積可能とされている。第3コンデンサ13の静電容量は、特に制限されず、目的および用途に応じて適宜設定され、第1コンデンサ11、第2コンデンサ12および受電コンデンサ10の静電容量とのバランスが調整される。
The
導線6は、発電素子9、受電コンデンサ10、第1コンデンサ11、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13に接続されており、第1回路A、第2回路B、第3回路C、第4回路Dおよび第5回路Eを構成している。
The conducting wire 6 is connected to the power generation element 9, the
第1回路Aは、発電素子9と、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13とが接続され、かつ、発電素子9と、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11とが接続されないように、導線6の環状部分に構成される回路である。
In the first circuit A, the power generation element 9 is connected to the
すなわち、第1回路Aには、発電素子9、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が接続されており、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11が接続されていない。
That is, the power generation element 9, the
第2回路Bは、発電素子9と、第1コンデンサ11とが接続され、かつ、発電素子9と、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13とが接続されないように、導線6の環状部分に構成される回路である。
In the second circuit B, the power generation element 9 and the
すなわち、第2回路Bには、発電素子9および第1コンデンサ11が接続されており、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が接続されていない。
That is, the power generation element 9 and the
第3回路Cは、発電素子9と、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13とが接続され、かつ、発電素子9と第1コンデンサ11とが接続されないように、導線6の環状部分に構成される回路である。
In the third circuit C, the ring of the conducting wire 6 is connected so that the power generation element 9 and the
すなわち、第3回路Cには、発電素子9、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が接続されており、第1コンデンサ11が接続されていない。
That is, the power generation element 9, the
第4回路Dは、発電素子9と、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11とが接続され、かつ、発電素子9と、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13とが接続されないように、導線6の環状部分に構成される回路である。
In the fourth circuit D, the power generation element 9 is connected to the
すなわち、第4回路Dには、発電素子9、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11が接続されており、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が接続されていない。
That is, to the fourth circuit D, the power generation element 9, the
第5回路Eは、発電素子9と第3コンデンサ13とが接続され、かつ、発電素子9と、受電コンデンサ10、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12とが接続されないように、導線6の環状部分に構成される回路である。
In the fifth circuit E, the ring of the conducting wire 6 is connected so that the power generation element 9 and the
すなわち、第5回路Eには、発電素子9および第3コンデンサ13が接続されており、受電コンデンサ10、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12が接続されていない。
That is, the power generation element 9 and the
これら第1回路A、第2回路B、第3回路C、第4回路Dおよび第5回路Eは、導線6が一部共用されることにより、構成される。 The first circuit A, the second circuit B, the third circuit C, the fourth circuit D, and the fifth circuit E are configured by partially sharing the conducting wire 6.
より具体的には、導線6は、第1共用導線21と、第2共用導線22と、第3共用導線23と、第4共用導線24と、第5共用導線25と、第6共用導線26と、第7共用導線27と、第8専用導線28とを備えている。
More specifically, the conductor 6 includes the first
第1共用導線21は、受電コンデンサ10と第2コンデンサ12との間を接続するように、配設されている。
The first
第2共用導線22は、第2コンデンサ12と第3コンデンサ13との間を接続するように、配設されている。
The second
第3共用導線23は、第1コンデンサ11と第3コンデンサ13との間を接続するように、配設されている。
The third
第4共用動線24は、第1コンデンサ11と、受電コンデンサ10との間を接続するように、配設されている。
The fourth
第5共用導線25は、第1共用導線21の途中部分から分岐するように設けられ、第1共用導線21の途中部分と、第4共用導線24の途中部分との間を接続するように、配設されている。
The fifth
第6共用導線26は、第3共用導線23の途中部分から分岐するように設けられ、第3共用導線23の途中部分と、発電素子9との間を接続するように、配設されている。
The sixth
第7共用導線27は、第5共用導線25の途中部分(具体的には、第1スイッチSW1(後述)と第2スイッチSW2(後述)との間)から分岐するように設けられ、第5共用導線25の途中部分と、発電素子9との間を接続するように、配設されている。
The seventh shared
第8専用導線28は、第2共用導線22の途中部分から分岐するように設けられ、第2共用導線22の途中部分と、第7共用導線の途中部分との間を接続するように、配設されている。
The eighth
そして、図1では、発電素子9の近傍において、第6共用導線26、および、第7共用導線27の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と発電素子9との間の領域)が、第1回路A、第2回路B、第3回路C、第4回路Dおよび第5回路Eとして、共用される。
Then, in FIG. 1, in the vicinity of the power generation element 9, a part of the sixth
すなわち、第6共用導線26、および、第7共用導線27の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と発電素子9との間の領域)は、第1回路Aの一部を構成し、かつ、第2回路Bの一部を構成し、かつ、第3回路Cの一部を構成し、かつ、第4回路Dの一部を構成し、かつ、第5回路Eの一部を構成する。
That is, a part of the sixth shared
また、第7共用導線27の他部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と、第5共用導線25の接続部分との間の領域)が、第1回路A、第2回路B、第3回路Cおよび第4回路Dとして、共用される。
Further, the other part of the seventh common conducting wire 27 (specifically, the region between the connecting portion of the eighth
すなわち、第7共用導線27の他部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と、第5共用導線25の接続部分との間の領域)は、第1回路Aの一部を構成し、かつ、第2回路Bの一部を構成し、かつ、第3回路Cの一部を構成し、かつ、第4回路Dの一部を構成する。
また、受電コンデンサ10の近傍において、第1共用導線21の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と受電コンデンサ10との間の領域)と、第4共用導線24の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と受電コンデンサ10との間の領域)とが、第3回路Cおよび第4回路Dとして、共用される。
That is, the other part of the seventh common conducting wire 27 (specifically, the region between the connecting portion of the eighth
Further, in the vicinity of the receiving
すなわち、第1共用導線21の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と受電コンデンサ10との間の領域)と、第4共用導線24の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と受電コンデンサ10との間の領域)とは、第3回路Cの一部を構成し、かつ、第4回路Dの一部を構成する。
That is, a part of the first common conducting wire 21 (specifically, an area between the connection portion of the fifth
また、第1コンデンサ11の近傍において、第3共用導線23の一部(具体的には、第6共用導線26の接続部分と第1コンデンサ11との間の領域)と、第4共用導線24の一部(具体的には、第5専用導線25の接続部分と第1コンデンサ11との間の領域)とが、第2回路Bおよび第4回路Dとして、共用される。
Further, in the vicinity of the
すなわち、第3共用導線23の一部(具体的には、第6共用導線26の接続部分と第1コンデンサ11との間の領域)と、第4共用導線24の一部(具体的には、第5専用導線25の接続部分と第1コンデンサ11との間の領域)とは、第2回路Bの一部を構成し、かつ、第4回路Dの一部を構成する。
That is, a part of the third shared conductor 23 (specifically, a region between the connection portion of the sixth shared
また、第2コンデンサ12の近傍において、第1共用導線21の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と第2コンデンサ12との間の領域)と、第2共用導線22の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と第2コンデンサ12との間の領域)とが、第1回路Aおよび第3回路Cとして、共用される。
Further, in the vicinity of the
すなわち、第1共用導線21の一部(具体的には、第5共用導線25の接続部分と第2コンデンサ12との間の領域)と、第2共用導線22の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と第2コンデンサ12との間の領域)は、第1回路Aの一部を構成し、かつ、第3回路Cの一部を構成する。
That is, a part of the first common conducting wire 21 (specifically, an area between the connection portion of the fifth
また、第3コンデンサ13の近傍において、第2共用導線22の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と第3コンデンサ13との間の領域)と、第3共用導線23の一部(具体的には、第6専用導線26の接続部分と第3コンデンサ13との間の領域)とが、第1回路A、第3回路Cおよび第5回路Eとして、共用される。
Further, in the vicinity of the
すなわち、第2共用導線22の一部(具体的には、第8専用導線28の接続部分と第3コンデンサ13との間の領域)と、第3共用導線23の一部(具体的には、第6専用導線26の接続部分と第3コンデンサ13との間の領域)とは、第1回路Aの一部を構成し、かつ、第3回路Cの一部を構成し、かつ、第5回路Eの一部を構成する。
That is, a part of the second common conducting wire 22 (specifically, an area between the connection portion of the eighth
また、第5共用導線25の一部(具体的には、第1共用導線21の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)が、第1回路Aおよび第4回路Dとして、共用される。
In addition, a part of the fifth shared conductor 25 (specifically, a region between the connection portion of the first shared
すなわち、第5共用導線25の一部(具体的には、第1共用導線21の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)は、第1回路Aの一部を構成し、かつ、第4回路Dの一部を構成する。
That is, a part of the fifth shared conductor 25 (specifically, a region between the connection portion of the first shared
また、第5共用導線25の他部(具体的には、第4共用導線24の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)が、第2回路Bおよび第3回路Cとして、共用される。
Further, the other part of the fifth common conducting wire 25 (specifically, the region between the connection portion of the fourth
すなわち、第5共用導線25の他部(具体的には、第4共用導線24の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)は、第2回路Bの一部を構成し、かつ、第3回路Cの一部を構成する。
That is, the other part of the fifth common conducting wire 25 (specifically, the region between the connection part of the fourth
さらに、第8専用導線28が、第5回路Eとして用いられる。
Furthermore, the eighth
すなわち、第8専用導線28は、第5回路Eの一部を構成する。
That is, the eighth
スイッチシステム7は、導線6を開閉し、導線6における電流の流れを制御(方向決定)するためのスイッチシステムであって、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチ、および、第4スイッチSW4を備えている。
The
第1スイッチSW1および第2スイッチSW2は、第5共用導線25に介在されるように、互いに間隔を隔てて設けられている。
The first switch SW1 and the second switch SW2 are provided to be spaced apart from each other so as to be interposed by the fifth shared
より具体的には、第1スイッチSW1は、第5共用導線25の一部(具体的には、第4共用導線24の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)に介在されており、第2回路Bおよび第3回路Cの開閉を制御可能としている。
More specifically, the first switch SW1 is a part of the fifth shared conductor 25 (specifically, a region between the connection portion of the fourth shared
また、第2スイッチSW2は、第5共用導線25の他部(具体的には、第1共用導線21の接続部分と、第7共用導線27の接続部分との間の領域)に介在されており、第1回路Aおよび第4回路Dの開閉を制御可能としている。
In addition, the second switch SW2 is interposed in the other part of the fifth common conducting wire 25 (specifically, an area between the connecting portion of the first
第3スイッチSW3は、第6共用導線26に介在されており、第1回路A、第2回路B、第3回路C、第4回路Dおよび第5回路Eの開閉を制御可能としている。
The third switch SW3 is interposed in the sixth
第4スイッチSW4は、第8専用導線28に介在されており、第5回路Eの開閉を制御可能としている。
The fourth switch SW4 is interposed in the eighth
これら第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4は、例えば、制御ユニット34(後述)などの制御手段に電気的に接続され、その開閉が制御される。 The first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3, and the fourth switch SW4 are electrically connected to control means such as a control unit 34 (described later), and the opening / closing of the first switch SW1 is controlled.
より具体的には、例えば、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3が閉状態とされ、かつ、第2スイッチSW2および第4スイッチSW4が開状態とされることにより、第2回路Bおよび第3回路Cが閉状態とされ、かつ、第1回路A、第4回路Dおよび第5回路Eが開状態とされる(第1状態)。 More specifically, for example, the first circuit SW1 and the third switch SW3 are closed, and the second switch SW2 and the fourth switch SW4 are opened, whereby the second circuit B and the third circuit B are formed. The circuit C is closed, and the first circuit A, the fourth circuit D and the fifth circuit E are opened (first state).
また、例えば、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3が閉状態とされ、かつ、第1スイッチSW1および第4スイッチSW4が開状態とされることにより、第1回路Aおよび第4回路Dが閉状態とされ、かつ、第2回路B、第3回路Cおよび第5回路Eが開状態とされる(第2状態)。 Also, for example, the first circuit A and the fourth circuit D are closed by closing the second switch SW2 and the third switch SW3 and opening the first switch SW1 and the fourth switch SW4. And the second circuit B, the third circuit C and the fifth circuit E are opened (second state).
また、例えば、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4が閉状態とされ、かつ、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が開状態とされることにより、第5回路Eが閉状態とされ、かつ、第1回路A、第2回路B、第3回路Cおよび第4回路Dが開状態とされる(第3状態)。 Also, for example, the third circuit SW is closed by the third switch SW3 and the fourth switch SW4 being closed and the first switch SW1 and the second switch SW2 being opened, and The first circuit A, the second circuit B, the third circuit C, and the fourth circuit D are opened (third state).
このような発電回路1は、以下に示す発電システム31、具体的には、発電素子9から電力を取り出し、その電力を受電ユニット3と、第1蓄電ユニット4および第2蓄電ユニット5と、第3蓄電ユニット8とに供給する発電システム31において、好適に用いられる。
Such a
図2において、発電システム31は、上記の発電回路1と、その発電回路1中の発電素子9の温度を経時的に上下させる熱源32と、発電素子9の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ33と、温度センサ33の検知に基づいて発電回路1の各スイッチを制御する制御手段としての制御ユニット34とを備えている。なお、図2には、発電回路1を模式的に示している。
In FIG. 2, the
熱源32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。
The
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。 The internal combustion engine is, for example, a device that outputs power of a vehicle or the like, and for example, a single-cylinder type or a multi-cylinder type is adopted, and in each cylinder, a multi-cycle type (for example, a two-cycle type, four cycles) System, 6 cycle system, etc. are adopted.
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。 In such an internal combustion engine, the raising and lowering motion of the piston is repeated in each cylinder, whereby, for example, in the 4-cycle system, the intake process, the compression process, the explosion process, the exhaust process, etc. It is burned and power is output.
このような内燃機関において、排気工程では、高温の排気ガスが、排気ガス管を介して排気され、その排気ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達され、排気ガス管の内部温度が上昇する。 In such an internal combustion engine, in the exhaust process, high temperature exhaust gas is exhausted through the exhaust gas pipe, thermal energy is transmitted using the exhaust gas as a heat medium, and the internal temperature of the exhaust gas pipe rises.
一方、その他の工程(排気工程を除く工程)では、排気ガス管中の排気ガス量が低減されるため、排気ガス管の内部温度は、排気工程に比べて、下降する。 On the other hand, in the other processes (processes excluding the exhaust process), the amount of exhaust gas in the exhaust gas pipe is reduced, so the internal temperature of the exhaust gas pipe drops compared to the exhaust process.
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。 In this way, the temperature of the internal combustion engine rises in the exhaust process and falls in the intake process, the compression process and the explosion process, that is, rises and falls over time.
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気ガス管の内部は、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。 In particular, since each of the above-described steps is cyclically and sequentially repeated according to the piston cycle, the inside of the exhaust gas pipe of each cylinder in the internal combustion engine is periodically cycled with the repetition of each of the above-described steps. The temperature change, more specifically, the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated.
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。 The light emitting device uses, for example, light such as infrared light or visible light as a heat medium during lighting (light emission), and the temperature rises due to the heat energy, while the temperature decreases when the light is turned off. Therefore, the temperature of the light emitting device rises and falls with time by turning on (emitting light) and turning off.
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。 In particular, for example, in the case where the light emitting device is a light emitting device in which lighting on and off is repeated intermittently over time (flashing type light emitting device), the light emitting device is turned on (light emitting) Due to the heat energy of the light at the temperature, the temperature change, more specifically, the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated.
また、熱源32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。
Further, the
より具体的には、例えば、熱源として、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。 More specifically, for example, two heat sources of a low temperature heat source (such as a coolant) and a high temperature heat source (such as a heating material) having a temperature higher than that of the low temperature heat source are prepared as heat sources. The form which uses a low temperature heat source and a high temperature heat source alternately and uses it is mentioned.
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。 As a result, the temperature as the heat source can be raised and lowered over time, and the temperature can be changed periodically by repeating the switching between the low temperature heat source and the high temperature heat source, among others.
切り替え可能な複数の熱源を備える熱源32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。
The
これら熱源32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。
As these
熱源32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。
The
また、熱源32として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。
Further, as the
このような熱源32は、発電素子9を加熱および/または冷却するため、発電素子9に接触または近接配置される。
Such a
温度センサ33は、発電素子9の温度を検知するため、発電素子9に近接または接触して設けられる。温度センサ33は、発電素子9の温度として、発電素子9の表面温度を直接検知するか、または、発電素子9の周囲の雰囲気温度を検知する。温度センサ33としては、例えば、赤外放射温度計や、熱電対温度計などの公知の温度センサが用いられる。
The
制御ユニット34は、発電システム31における電気的な制御を実行するユニット(例えば、ECU:Electronic Control Unit)であり、CPU、ROMおよびRAMなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
The
制御ユニット34は、温度センサ33およびスイッチシステム7に電気的に接続されている(破線参照)。これによって、詳しくは後述するが、上記した温度センサ33によって検知される発電素子9の温度に応じて、スイッチシステム7を制御し、これにより、発電回路1における各回路(導線6)を開閉可能としている。
The
また、発電システム31では、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12には、予め、電気エネルギーが蓄積される。
Further, in the
例えば、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12の一方側(図1紙面上側)の電極が正電荷を帯び、また、他方側(図1紙面下側)の電極が負電荷を帯びるように、電気エネルギーが蓄積される。
For example, the electrode on one side (upper side in FIG. 1) of the
なお、電気エネルギーの蓄積方法は、特に制限されず、例えば、予め外部電源から電気エネルギーが蓄積されていてもよく、また、例えば、発電素子9の電気分極により生じる電気エネルギーが蓄積されていてもよい。 The method of storing electrical energy is not particularly limited, and, for example, electrical energy may be stored in advance from an external power supply, or, for example, even if electrical energy generated by electrical polarization of power generation element 9 is stored. Good.
また、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12に蓄積される電気エネルギーの大きさは、目的および用途に応じて、適宜設定される。
Moreover, the magnitude | size of the electrical energy accumulate | stored in the 1st capacitor |
そして、このような発電システム31により発電するには、例えば、まず、熱源32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32により、発電素子9を、加熱および/または冷却する。
Then, in order to generate power by such a
熱源32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。
The temperature of the
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。 Also, the repetition cycle of the high temperature state and the low temperature state is, for example, 10 to 400 cycles / second, preferably 30 to 100 cycles / second.
そして、このような温度変化に応じて、上記した発電素子9を、好ましくは、周期的に電気分極させる。 Then, in response to such a temperature change, the power generation element 9 described above is preferably subjected to periodic electrical polarization.
より具体的には、発電素子9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、熱源32に接触するか、または、熱源32の熱を伝達する熱媒体(上記した排気ガス、光など)に接触(曝露)されるように配置される。そして、ピエゾ素子は、熱源32の経時的な温度変化により、(場合により熱媒体(上記した排気ガス、光など)を介して)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。
More specifically, when a piezo element is used as the power generation element 9, for example, the piezo element is fixed by the fixing member at its periphery and contacts the
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、上記したように熱源32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。
Also, such a piezo element is usually maintained in a heated or cooled state, and when its temperature becomes constant (that is, the volume is constant), the electric polarization is neutralized and then cooled or heated, Electrically polarized again. Therefore, as described above, when the temperature of the
また、発電素子として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、熱源32に接触するか、または、熱源32の熱を伝達する熱媒体(上記した排気ガス、光など)に接触(曝露)されるように配置される。このような場合において、焦電素子は、熱源32の経時的な温度変化により、(場合により熱媒体(上記した排気ガス、光など)を介して)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。
When a pyroelectric element is used as a power generation element, the pyroelectric element is in contact with the
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、上記したように熱源32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。
In addition, such a pyroelectric element is normally maintained in a heated or cooled state, and when its temperature becomes constant, the electric polarization is neutralized, and then it is electrically polarized again by being cooled or heated. . Therefore, as described above, when the temperature of the
このようにして、発電素子9は経時的に温度変化し、その温度変化に応じて、電気分極する。 In this manner, the temperature of the power generation element 9 changes with time, and is electrically polarized according to the temperature change.
一方、このような発電システム31では、より効率的に発電するため、発電素子9の温度状態に応じて、発電素子9に電圧を印加することが要求される。
On the other hand, in such a
そこで、以下に示すように、制御ユニット34によりスイッチシステム7を制御し、発電素子9により生じる電力によって、発電素子9に電圧を印加する。
Therefore, as described below, the
より具体的には、この発電システム31では、例えば、
(1)まず、図3に示すように、発電素子9を加熱し、温度上昇させる。
More specifically, in this
(1) First, as shown in FIG. 3, the power generation element 9 is heated to raise its temperature.
この発電システム31において、発電素子9が加熱され、温度上昇すると、発電素子9は、一方側(紙面左側)の電極が正電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が負電荷を帯びるように、電気分極する。
In this
そこで、この発電システム31では、制御ユニット34の制御によって、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を閉状態とし、かつ、第2スイッチSW2および第4スイッチSW4を開状態とする。これにより、第2回路Bおよび第3回路Cを閉状態とし、かつ、第1回路A、第4回路Dおよび第5回路Eを開状態とする(発電回路1の第1状態)。
Therefore, in the
これにより、発電素子9により生じた電気エネルギー(焦電電流)が、第3回路Cを介して、紙面右周りの電流として、受電コンデンサ10に供給される(矢印C参照)。
As a result, the electrical energy (pyroelectric current) generated by the power generation element 9 is supplied to the
また、これとともに、発電素子9により生じた電気エネルギー(焦電電流)が、第2回路Bを介して、紙面左周りの電流として、第1コンデンサ11に蓄積される(矢印B参照)。
At the same time, the electric energy (pyroelectric current) generated by the power generation element 9 is accumulated in the
このような状態における維持時間は、例えば、0.1秒以上、好ましくは、0.5秒以上であり、例えば、10秒以下、好ましくは、9.8秒以下である。
(2)次いで、この発電システム31では、図4に示すように、熱源32の制御により、発電素子9を冷却し、温度低下させる。
The maintenance time in such a state is, for example, 0.1 seconds or more, preferably 0.5 seconds or more, and for example, 10 seconds or less, preferably 9.8 seconds or less.
(2) Next, in the
このとき、発電素子9は、上記(1)において加熱された影響により、一方側(紙面左側)の電極が正電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が負電荷を帯びるように、電気分極している。 At this time, in the power generation element 9, the electrode on one side (the left side of the sheet) is positively charged while the electrode on the other side (the right side of the sheet) is negatively charged due to the heating in (1). It is polarized.
そこで、この発電システム31では、制御ユニット34の制御によって、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3を閉状態とし、かつ、第1スイッチSW1および第4スイッチSW4を開状態とする。これにより、第1回路Aおよび第4回路Dを閉状態とし、かつ、第2回路B、第3回路Cおよび第5回路Eを開状態とする(発電回路1の第2状態)。
Therefore, in the
これにより、第2コンデンサ12に蓄積されている電気エネルギーが、第1回路Aを介して、紙面右周りの電流として、発電素子9に供給され、さらに、第3コンデンサ13に蓄積されている電気エネルギーも、第1回路Aを介して、紙面右周りの電流として、発電素子9に供給される(矢印A参照)。また、受電コンデンサ10に蓄積されている電気エネルギーが、第4回路Dを介して、発電素子9に供給される。すなわち、発電素子9に、電圧が印加される。
As a result, the electric energy stored in the
このような状態における維持時間は、例えば、0.01秒以上、好ましくは、0.1秒以上であり、例えば、1秒以下、好ましくは、0.2秒以下である。
(3)次いで、この発電システム31では、図5に示すように、上記(2)から引き続いて、発電素子9を冷却する。
The maintenance time in such a state is, for example, 0.01 seconds or more, preferably 0.1 seconds or more, and for example, 1 second or less, preferably 0.2 seconds or less.
(3) Next, in the
この発電システム31において、発電素子9が冷却され、温度低下する場合には、発電素子9は、一方側(紙面左側)の電極が負電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が正電荷を帯びるように、電気分極する。
In the
そこで、この発電システム31では、上記(2)から引き続いて、第2スイッチSW2および第3スイッチSW3を閉状態とし、かつ、第1スイッチSW1および第4スイッチSW4を開状態とする。これにより、第1回路Aおよび第4回路Dを閉状態とし、かつ、第2回路B、第3回路Cおよび第5回路Eを開状態とする(発電回路1の第2状態)。
Therefore, in the
これにより、発電素子9により生じた電気エネルギー(焦電電流)が、第4回路Dを介して、紙面右周りの電流として、受電コンデンサ10に供給される(矢印C参照)。
Thereby, the electrical energy (pyroelectric current) generated by the power generation element 9 is supplied to the
また、これとともに、発電素子9により生じた電気エネルギー(焦電電流)が、第1回路Aを介して、紙面左周りの電流として、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13に蓄積される(矢印B参照)。
At the same time, the electric energy (pyroelectric current) generated by the power generation element 9 is accumulated in the
このような状態における維持時間は、例えば、0.1秒以上、好ましくは、0.5秒以上であり、例えば、10秒以下、好ましくは、9.8秒以下である。
(4)次いで、この発電システム31では、図6に示すように、熱源32の制御により、発電素子9を加熱し、温度上昇させる。
The maintenance time in such a state is, for example, 0.1 seconds or more, preferably 0.5 seconds or more, and for example, 10 seconds or less, preferably 9.8 seconds or less.
(4) Next, in the
この状態において、例えば、第1コンデンサ11に蓄積されている電気エネルギーを、発電素子9に供給(電圧印加)し、発電素子9の発電性能を向上させることも検討される。 In this state, for example, it is also considered to supply the electric energy stored in the first capacitor 11 (voltage application) to the power generation element 9 to improve the power generation performance of the power generation element 9.
しかし、このとき、発電素子9は、上記(3)において冷却された影響により、一方側(紙面左側)の電極が負電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が正電荷を帯びるように、電気分極している。この状態の発電素子9からは、電力を取り出すことが可能であり、第1コンデンサ11に蓄積されている電気エネルギーを発電素子9に供給(電圧印加)すると、発電素子9の電気エネルギーが中和され、電力を取り出すことができなくなる。
However, at this time, in the power generation element 9, the electrode on one side (left side in the paper surface) is negatively charged and the electrode on the other side (right side in paper surface) positively charged due to the influence of cooling in (3). , Electrically polarized. Electric power can be taken from the power generation element 9 in this state, and when the electric energy stored in the
そこで、この方法では、効率よく電気エネルギーを取り出すため、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4を閉状態とし、かつ、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を開状態とする。これにより、第5回路Eを閉状態とし、かつ、第1回路A、第2回路B、第3回路Cおよび第4回路Dを開状態とする(発電回路1の第3状態)。 Therefore, in this method, in order to extract electric energy efficiently, the third switch SW3 and the fourth switch SW4 are closed, and the first switch SW1 and the second switch SW2 are opened. Thus, the fifth circuit E is closed, and the first circuit A, the second circuit B, the third circuit C, and the fourth circuit D are opened (third state of the power generation circuit 1).
これにより、発電素子9において生じている電気エネルギー(焦電電流)が、第5回路Eを介して、紙面左周りの電流として、第3コンデンサ13に供給される(矢印E参照)。すなわち、発電素子9が冷却初期において、発電素子9の有する電力が、第3コンデンサ13に供給される。
As a result, the electrical energy (pyroelectric current) generated in the power generation element 9 is supplied to the
このような状態における維持時間は、例えば、0.01秒以上、好ましくは、0.1秒以上であり、例えば、1秒以下、好ましくは、0.2秒以下である。
(5)次いで、この発電システム31では、図7に示すように、上記(4)から引き続いて、発電素子9を加熱する。
The maintenance time in such a state is, for example, 0.01 seconds or more, preferably 0.1 seconds or more, and for example, 1 second or less, preferably 0.2 seconds or less.
(5) Next, in the
この発電システム31では、上記(4)において、発電素子9の有する電力が、第3コンデンサ13に供給されるため、その後の発電素子9は、電気的に中性となる。
In the
そこで、この発電システム31では、制御ユニット34の制御によって、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を閉状態とし、かつ、第2スイッチSW2および第4スイッチSW4を開状態とする。これにより、第2回路Bおよび第3回路Cを閉状態とし、かつ、第1回路A、第4回路Dおよび第5回路Eを開状態とする(発電回路1の第1状態)。
Therefore, in the
これにより、第1コンデンサ11に蓄積されている電気エネルギーが、第2回路Bを介して、紙面右周りの電流として、発電素子9に供給される(矢印B参照)。また、図示しないが、受電コンデンサ10に蓄積されている電気エネルギーが、第3回路Cを介して、発電素子9に供給される。すなわち、発電素子9に、電圧が印加される。
As a result, the electric energy stored in the
このような状態における維持時間は、例えば、0.01秒以上、好ましくは、0.1秒以上であり、例えば、1秒以下、好ましくは、0.2秒以下である。
(6)その後、上記(5)から引き続き発電素子9を加熱する場合には、上記(1)で示すように、引き続き、第1スイッチSW1および第3スイッチSW3を閉状態とし、かつ、第2スイッチSW2および第4スイッチSW4を開状態とする。これにより、第2回路Bおよび第3回路Cを閉状態とし、かつ、第1回路A、第4回路Dおよび第5回路Eを開状態とする(発電回路1の第1状態)。
The maintenance time in such a state is, for example, 0.01 seconds or more, preferably 0.1 seconds or more, and for example, 1 second or less, preferably 0.2 seconds or less.
(6) After that, when heating the power generation element 9 continuously from the above (5), as shown in the above (1), the first switch SW1 and the third switch SW3 are continuously closed, and the second The switch SW2 and the fourth switch SW4 are opened. As a result, the second circuit B and the third circuit C are closed, and the first circuit A, the fourth circuit D, and the fifth circuit E are opened (first state of the power generation circuit 1).
そして、発電素子9が加熱され、温度上昇すると、発電素子9は、一方側(紙面左側)の電極が正電荷を帯び、他方側(紙面右側)の電極が負電荷を帯びるように、電気分極する。 Then, when the power generation element 9 is heated and the temperature rises, the power generation element 9 is electrically polarized so that the electrode on one side (left side in the drawing) has a positive charge and the electrode on the other side (right side in the drawing) has a negative charge. Do.
このようにして、上記(1)〜(5)の処理が、繰り返され、発電素子9から電力が取り出され、その電力が受電コンデンサ10(受電ユニット3)に供給される。 In this manner, the above processes (1) to (5) are repeated, electric power is taken out from the power generation element 9, and the electric power is supplied to the power reception capacitor 10 (power reception unit 3).
このような発電回路1および発電システム31によれば、発電ユニット2において生じるエネルギーを用いて、発電素子9に電圧を印加することができるため、外部からの電力投入を不要とし、発電素子9から効率よく電力を取り出すことができる。
According to such a
また、上記の発電回路1および発電システム31は、第5回路Eおよび第3コンデンサ13を備えるため、冷却初期において発電素子9の有する電力が、第3コンデンサ13に供給される。そのため、さらに良好に、発電素子9から効率よく電力を取り出すことができる。
Further, since the
とりわけ、上記の発電回路1および発電システム31では、第5回路Eが、発電素子9の加熱開始のタイミングで閉状態とされるため、発電素子9の冷却開始のタイミングで閉状態とされる場合に比べ、電力のロスを低減することができ、発電素子9からとりわけ効率よく電力を取り出すことができる。
In particular, in the
また、通常、発電システム31において、発電素子9に過剰な電圧を印加すると、発電素子9に損傷を生じる場合がある。これに対して、上記の発電システム31では、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12によって発電素子9に電圧が印加される。そのため、それら第1コンデンサ11および第2コンデンサ12の静電容量を選択および設計することによって、印加される電圧を選択および設計することができる。その結果、発電素子9に過剰な電圧が印加させることを抑制することができ、発電素子9の損傷を抑制することができる。とりわけ、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12として、互いに異なる静電容量のコンデンサを選択できるため、発電素子9の加熱時に印加される電圧と、発電素子9の冷却時に印加される電圧とを、個別に設計することができ、発電素子9に過剰な電圧が印加させることを抑制することができ、発電素子9の損傷を抑制することができる。
In addition, in the
そのため、このような発電システム31は、特に制限されないが、例えば、自動車などに搭載される。このような場合、発電素子9は、例えば、自動車のエキゾーストマニホールドにおける分岐管の内部または表面などに配置され、自動車のエンジンおよび排ガスが、熱源32として用いられる。そして、エンジンの燃焼サイクルに応じて排ガスの温度が経時的に上下され、発電素子9が加熱および/または冷却され、上記の発電システム31により発電される。得られる電力は、バッテリーに蓄積されてもよく、また、例えば、ヘッドライトなどの電気負荷装置に用いられてもよく、さらには、自動車の動力として用いられてもよい。
Therefore, such a
なお、上記した説明では、受電ユニット3は、発電素子9により生じた電力を受電する受電デバイスとして、コンデンサ(受電コンデンサ10)を備えているが、発電素子9により生じた電力が蓄積または利用されるデバイスであれば、特に制限されず、受電コンデンサ10に代替して、バッテリーなどの蓄電デバイスや、灯火装置などの電気負荷デバイスなどを備えることもできる。
In the above description, the power reception unit 3 includes the capacitor (the power reception capacitor 10) as a power reception device for receiving the power generated by the power generation element 9, but the power generated by the power generation element 9 is stored or used. The device is not particularly limited, and may be replaced by the
また、上記した説明では、第1蓄電体、第2蓄電体および第3蓄電体として、コンデンサ(第1コンデンサ11、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13)を備えているが、第1蓄電体、第2蓄電体および第3蓄電体としては、発電素子9において生じた電力を蓄電し、また、発電素子9に電圧を印加することができれば、特に制限されず、コンデンサに代替して、化学電池などの蓄電体を備えることができる。
In the above description, the capacitors (the
また、図示しないが、発電回路1には、必要により、任意の場所に、例えば、昇圧器、電圧変換器、インダクタなどの公知の電気デバイスを介在させることもできる。
Although not shown, in the
また、導線6の構成は、上記に限定されず、例えば、図8に示すように、第1回路A、第2回路B、第3回路C、第4回路Dおよび第5回路Eが、それぞれが独立して構成されるように、複数の導線6を備えていてもよい。 Further, the configuration of the conductor 6 is not limited to the above, and for example, as shown in FIG. 8, the first circuit A, the second circuit B, the third circuit C, the fourth circuit D and the fifth circuit E respectively May be provided with a plurality of conductors 6 so that they are configured independently.
図8において、導線6は、第1回路Aを構成する第1独立導線41と、第2回路Bを構成する第2独立導線42と、第3回路Cを構成する第3独立導線43と、第4回路Dを構成する第4独立導線44、第5回路Eを構成する第5独立導線45とを備えている。
In FIG. 8, the conducting wire 6 includes a first
第1独立導線41は、発電素子9、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が介在(接続)され、かつ、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11が介在(接続)されない環状導線として設けられている。
The first
第2独立導線42は、発電素子9および第1コンデンサ11が介在(接続)され、かつ、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が介在(接続)されない環状導線として設けられている。
The second
第3独立導線43は、発電素子9、受電コンデンサ10、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が介在(接続)され、かつ、第1コンデンサ11が介在(接続)されない環状導線として設けられている。
The third
第4独立導線44は、発電素子9、受電コンデンサ10および第1コンデンサ11が介在(接続)され、かつ、第2コンデンサ12および第3コンデンサ13が介在(接続)されない環状導線として設けられている。
The fourth
第5独立導線45は、発電素子9および第3コンデンサ13が介在(接続)され、かつ、受電コンデンサ10、第1コンデンサ11および第2コンデンサ12が介在(接続)されない環状導線として設けられている。
The fifth
また、このような場合、スイッチシステム7(第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第3スイッチSW3および第4スイッチSW4)は、第1独立導線41、第2独立導線42、第3独立導線43、第4独立導線44および第5独立導線45のそれぞれに、個別に設けられる。
Further, in such a case, the switch system 7 (the first switch SW1, the second switch SW2, the third switch SW3 and the fourth switch SW4) includes the first
このような発電システム31によっても、発電ユニット2において生じるエネルギーを用いて、発電素子9に電圧を印加することができるため、外部からの電力投入を不要とし、発電素子9から効率よく電力を取り出すことができる。とりわけ、第5回路Eおよび第3コンデンサ13を備えるため、冷却初期において発電素子9の有する電力が、第3コンデンサ13に供給される。そのため、とりわけ良好に、発電素子9から効率よく電力を取り出すことができる。
Even with such a
1 発電回路
6 回路
7 スイッチ
9 発電素子
10 受電コンデンサ
11 第1コンデンサ
12 第2コンデンサ
13 第3コンデンサ
A 第1回路
B 第2回路
C 第3回路
D 第4回路
E 第5回路
Claims (2)
前記発電素子から取り出された電力が供給される受電デバイスと、
前記発電素子に電圧を印加するための第1蓄電体と、
前記第1蓄電体とは別途、前記発電素子に電圧を印加するための第2蓄電体と、
前記受電デバイスとは別途、前記発電素子から取り出された電力が供給される第3蓄電体と、
前記発電素子、前記受電デバイス、前記第1蓄電体、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体を接続する導線と、
前記導線を開閉するスイッチシステムとを備え、
前記導線は、
前記発電素子、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続され、前記受電デバイスおよび前記第1蓄電体が接続されない第1回路と、
前記発電素子および前記第1蓄電体が接続され、前記受電デバイス、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続されない第2回路と、
前記発電素子、前記受電デバイス、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続され、前記第1蓄電体が接続されない第3回路と、
前記発電素子、前記受電デバイスおよび前記第1蓄電体が接続され、前記第2蓄電体および前記第3蓄電体が接続されない第4回路と、
前記発電素子および前記第3蓄電体が接続され、前記受電デバイス、前記第1蓄電体および前記第2蓄電体が接続されない第5回路と
を構成し、
前記スイッチシステムは、
前記第2回路および前記第3回路を閉状態とし、かつ、
前記第1回路、前記第4回路および前記第5回路を開状態とする第1状態と、
前記第1回路および前記第4回路を閉状態とし、かつ、
前記第2回路、前記第3回路および前記第5回路を開状態とする第2状態と、
前記第5回路を閉状態とし、かつ、
前記第1回路、前記第2回路、前記第3回路および前記第4回路を開状態とする第3状態と
を切り替え可能とする
ことを特徴とする、発電回路。 A power generation element that is electrically polarized by temperature rising and falling with time.
A power receiving device to which the power extracted from the power generating element is supplied;
A first power storage unit for applying a voltage to the power generation element;
A second storage body for applying a voltage to the power generation element separately from the first storage body;
A third power storage unit to which the power extracted from the power generation element is supplied separately from the power reception device;
A conducting wire connecting the power generation element, the power reception device, the first power storage body, the second power storage body, and the third power storage body;
And a switch system for opening and closing the wire.
The wire is
A first circuit in which the power generation element, the second power storage body, and the third power storage body are connected, and the power reception device and the first power storage body are not connected;
A second circuit in which the power generation element and the first power storage body are connected and the power reception device, the second power storage body, and the third power storage body are not connected;
A third circuit in which the power generation element, the power reception device, the second power storage body, and the third power storage body are connected, and the first power storage body is not connected;
A fourth circuit in which the power generation element, the power reception device, and the first power storage unit are connected, and the second power storage unit and the third power storage unit are not connected;
And a fifth circuit to which the power generation element and the third power storage body are connected and the power reception device, the first power storage body, and the second power storage body are not connected.
The switch system is
Closing the second circuit and the third circuit, and
A first state in which the first circuit, the fourth circuit, and the fifth circuit are opened;
Closing the first circuit and the fourth circuit, and
A second state in which the second circuit, the third circuit and the fifth circuit are opened;
Closing the fifth circuit, and
A power generation circuit, wherein the first circuit, the second circuit, the third circuit, and a third state in which the fourth circuit is opened can be switched.
前記発電素子の温度を経時的に上下させる熱源と、
前記発電素子の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段による検知に基づいて、前記スイッチシステムを制御するための制御手段とを備えることを特徴とする、発電システム。 A power generation circuit according to claim 1;
A heat source that raises and lowers the temperature of the power generation element over time;
Temperature detection means for detecting the temperature of the power generation element;
A power generation system comprising: control means for controlling the switch system based on detection by the temperature detection means.
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