JP6952937B1 - Power control device, thermoelectric power generation system, and power control method - Google Patents
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Abstract
熱電変換装置の取り出し電力を増大させることを目的とする。本願明細書に開示される技術に関する電力制御装置は、熱電変換装置から出力される電力を測定する電力測定部と、熱電変換装置から出力される電力を制御する制御部とを備え、電力測定部は、熱電変換装置の出力に対する負荷が変動された後、さらに、熱電変換装置の熱時定数に対応する時間が経過した後で、熱電変換装置から出力される電力を測定する。The purpose is to increase the withdrawal power of the thermoelectric converter. The power control device according to the technique disclosed in the present specification includes a power measurement unit that measures the power output from the thermoelectric conversion device and a control unit that controls the power output from the thermoelectric conversion device. Measures the power output from the thermoelectric converter after the load on the output of the thermoelectric converter has fluctuated and after the time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric converter has elapsed.
Description
本願明細書に開示される技術は、熱電発電技術に関するものである。 The techniques disclosed herein relate to thermoelectric power generation techniques.
従来の熱電変換装置の制御方法としては、熱電変換装置からの出力を最大化させるために、山登り法を用いて任意の制御周期で熱電変換装置の出力電流を変動させて、最適動作点を探索するものがある(たとえば、特許文献1である特開2013−055769号公報を参照)。 As a control method of the conventional thermoelectric converter, in order to maximize the output from the thermoelectric converter, the output current of the thermoelectric converter is fluctuated at an arbitrary control cycle by using the mountain climbing method to search for the optimum operating point. (For example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-055769, which is Patent Document 1).
このような熱電変換装置の制御方法においては、制御周期が熱電変換装置の熱時定数よりも短い場合、正確な熱電変換装置の最大電力点を取得することが困難となる。その結果、熱電変換装置の最大出力電力よりも取り出し電力が低下するという問題があった。 In such a control method of the thermoelectric conversion device, when the control cycle is shorter than the thermal time constant of the thermoelectric conversion device, it becomes difficult to obtain an accurate maximum power point of the thermoelectric conversion device. As a result, there is a problem that the extraction power is lower than the maximum output power of the thermoelectric conversion device.
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、熱電変換装置の取り出し電力を増大させるための技術である。 The technique disclosed in the present specification has been made in view of the above-mentioned problems, and is a technique for increasing the extraction power of the thermoelectric conversion device.
本願明細書に開示される技術の第1の態様である電力制御装置は、熱に基づいて発電された電力を出力する熱電変換装置の電力を制御する電力制御装置であり、前記熱電変換装置から出力される電力を測定する電力測定部と、前記熱電変換装置から出力される電力を制御する制御部とを備え、前記電力測定部は、前記熱電変換装置の出力に対する負荷が変動された後、さらに、前記熱電変換装置の熱時定数に対応する時間が経過した後で、前記熱電変換装置から出力される電力を測定し、前記熱電変換装置から出力される電流値を変動させ、かつ、前記熱電変換装置から出力される電圧値の時間変化に基づいて前記熱電変換装置の前記熱時定数を取得する熱時定数取得部をさらに備える。
The power control device according to the first aspect of the technique disclosed in the present specification is a power control device that controls the power of a thermoelectric conversion device that outputs power generated based on heat, and is derived from the thermoelectric conversion device. A power measuring unit for measuring the output power and a control unit for controlling the power output from the thermoelectric conversion device are provided, and the power measuring unit has a load on the output of the thermoelectric conversion device after the load is changed. Further, after the time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device has elapsed, the power output from the thermoelectric conversion device is measured , the current value output from the thermoelectric conversion device is changed, and the current value is changed. Further provided is a thermal time constant acquisition unit that acquires the thermal time constant of the thermoelectric conversion device based on the time change of the voltage value output from the thermoelectric conversion device .
本願明細書に開示される技術の少なくとも第1の態様によれば、熱電変換装置から出力される電力(取り出し電力)を増大させることができる。 According to at least the first aspect of the technique disclosed in the present specification, the electric power (extracted electric power) output from the thermoelectric conversion device can be increased.
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。 Also, the objectives, features, aspects and advantages associated with the art disclosed herein will be further clarified by the detailed description and accompanying drawings set forth below.
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the attached drawings. In the following embodiments, detailed features and the like are also shown for the purpose of explaining the technology, but they are examples, and not all of them are necessarily essential features in order for the embodiments to be feasible.
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。 It should be noted that the drawings are shown schematically, and for convenience of explanation, the configurations are omitted or the configurations are simplified in the drawings as appropriate. Further, the interrelationship between the sizes and positions of the configurations and the like shown in different drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate. Further, even in a drawing such as a plan view which is not a cross-sectional view, hatching may be added to facilitate understanding of the contents of the embodiment.
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 Further, in the description shown below, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description of them may be omitted to avoid duplication.
また、以下に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 In addition, in the description described below, when it is described that a certain component is "equipped", "included", or "has", the existence of another component is excluded unless otherwise specified. Not an expression.
また、以下に記載される説明において、「第1の」または「第2の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。 Also, even if ordinal numbers such as "first" or "second" are used in the description described below, these terms make it easy to understand the content of the embodiment. It is used for convenience, and is not limited to the order that can be generated by these ordinal numbers.
また、以下に記載される説明において、等しい状態であることを示す表現、たとえば、「同一」、「等しい」、「均一」または「均質」などは、特に断らない限りは、厳密に等しい状態であることを示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において差が生じている場合を含むものとする。 Further, in the description described below, expressions indicating equality, for example, "same", "equal", "uniform" or "homogeneous", are strictly equal unless otherwise specified. It shall include the case where it indicates that there is, and the case where there is a difference within the range where tolerance or similar function can be obtained.
<第1の実施の形態>
以下、本実施の形態に関する電力制御装置、熱電発電システム、および、電力制御方法について説明する。<First Embodiment>
Hereinafter, the electric power control device, the thermoelectric power generation system, and the electric power control method according to the present embodiment will be described.
<熱電発電システムの構成について>
図1は、本実施の形態に関する熱電発電システムの構成の例を示す図である。図1に例が示されるように、熱電発電システム100は、熱電変換装置11と、熱電変換装置11から出力される電力を制御する電力制御装置12と、負荷13とを備える。負荷13は、たとえば蓄電池などの定電圧源から構成される。<About the configuration of the thermoelectric power generation system>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a thermoelectric power generation system according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 1, the thermoelectric
熱電変換装置11は、熱電変換モジュール11aと、熱電変換モジュール11aを挟んで設けられる高温側熱交換器11bおよび低温側熱交換器11cとを備える。
The
熱電変換モジュール11aは、たとえば熱電変換素子によって構成される。熱電変換モジュール11aは、当該素子の両端に温度差を与えると、ゼーベック効果によって起電力が生じる。熱電変換モジュール11aが熱電変換素子によって構成される場合、熱電変換素子は、熱電変換モジュール11a内で直列または並列に接続される。そして、熱電変換モジュール11aにおいて生じた起電力は、熱電変換モジュール11aの正極および負極から取り出される。
The
高温側熱交換器11bは、たとえばアルミまたはSUS製のフィン構造である。高温側熱交換器11bは、排気ガスなどの高温流体の熱を、熱電変換モジュール11aの高温側の面に伝達する。
The high temperature
一方で、低温側熱交換器11cは、たとえばアルミまたは銅製のブロック中に冷却水が流れる構造である。低温側熱交換器11cは、熱電変換モジュール11aの低温側の面から伝達する熱を奪う。
On the other hand, the low temperature
これらの構成によって、熱電変換モジュール11aの高温側の面から低温側の面へ熱が伝達(貫通)する。
With these configurations, heat is transferred (penetrated) from the surface on the high temperature side of the
電力制御装置12は、熱時定数取得部12aと、電力測定部12bと、電力変換制御部12cと、電力変換部12dとを備える。
The
電力制御装置12には熱電変換装置11の正極と負極とが接続される。そして、熱電変換装置11で発電された電力は、電力制御装置12に入力される。
The positive electrode and the negative electrode of the
また、電力制御装置12には負荷13も接続される。そして、電力変換部12dで変換された電力が負荷13へ出力される。
A
電力変換部12dは、入力側に正極と負極とが設けられ、それぞれが熱電変換装置11の正極と負極とに接続される。そして、電力変換部12dには、熱電変換装置11で発電された電力が入力される。
The
同様に、電力変換部12dは、出力側にも正極と負極とが設けられ、それぞれが負荷13の正極と負極とに接続される。そして、電力変換部12dで変換された電力が、負荷13に出力される。
Similarly, the
電力変換部12dは、たとえば昇圧型、降圧型または昇降圧型のDC−DCコンバータによって構成される。電力変換部12dの入力側の端子からみた電力変換部12dの負荷は、電力変換部12dのスイッチング素子の開閉の時間割合(デューティ比)の制御によって変化させることができる。
The
スイッチング素子の開閉による制御は、開閉を行うための周期的な矩形波(たとえば、PWM(Pulse Width Modulation)波、または、PFM(Pulse Frequency Modulation)波など)であるスイッチング信号が、電力変換制御部12cからスイッチング素子へ送られることによって行われる。 In the control by opening and closing the switching element, a switching signal which is a periodic rectangular wave (for example, a PWM (Pulse Width Modulation) wave or a PFM (Pulse Fluorescence Modulation) wave) for opening and closing is a power conversion control unit. This is done by sending from 12c to the switching element.
電力変換制御部12cには、熱時定数取得部12aと電力測定部12bと電力変換部12dとが接続される。
The thermal time
熱時定数取得部12aは、熱電変換モジュール11aの高温側の面の温度と低温側の面の温度とを熱電対等を用いて検出し取得する。そして、熱時定数取得部12aは、熱電変換モジュール11aの高温側の面の温度と低温側の面の温度とに基づいて熱時定数を算出し、熱時定数を電力変換制御部12cへ送信する。
The thermal time
電力測定部12bは、熱電変換装置11から出力される電流と電圧とを測定することで、熱電変換装置11から出力される電力を測定する。また、熱電変換装置11から出力される電流値および電圧値に基づいて、熱電変換装置11の内部抵抗を取得する。そして、電力測定部12bは、測定した電力を電力データとして電力変換制御部12cに送信する。
The electric
電力変換制御部12cは、入力された熱時定数と電力データとに基づいて、熱電変換装置11から出力される電力の最大出力制御を行う。
The power
<熱電発電システムにおける電力制御装置の動作について>
図2は、電力制御装置12の動作(主に、電力変換制御部12cによる最大出力制御)の例を示すフローチャートである。ここでは、最大電力点探索の一例として、山登り法による最大電力点探索アルゴリズムを用いる。<About the operation of the power control device in the thermoelectric power generation system>
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the power control device 12 (mainly, the maximum output control by the power
まず、ステップST10において、熱時定数取得部12aは熱電変換装置11の熱時定数Tを算出および取得する。熱時定数Tは、以下のようにして取得する。
First, in step ST10, the thermal time
熱電変換装置11から出力される電流の値をIからI+ΔIに変化させた際に、熱電変換モジュール11aの高温側の温度ThはTh+ΔTh0に変化し、熱電変換モジュール11aの低温側の温度TcはTc+ΔTc0に変化する。この時、熱電変換モジュール11aに与えられる温度差は、以下の式(1)のように変化する。The value of a current outputted from the
その後、一定時間(t秒)後に熱電変換モジュール11aの高温側の温度はTh+ΔTh1になり、熱電変換モジュール11aの低温側の温度はTc+ΔTc1になる。そのため、t秒間での熱電変換モジュール11aの温度差の変化は、以下の式(2)のようになる。Thereafter, the temperature of the hot side of the
上記のように得られた温度差の時間tに対する過渡特性から、熱時定数Tを算出する。 The thermal time constant T is calculated from the transient characteristics of the temperature difference obtained as described above with respect to the time t.
次に、ステップST11において、電力変換制御部12cから電力変換部12dに入力するスイッチング信号のデューティ比を変化させる。そして、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値をIからI+ΔIに変化させる。
Next, in step ST11, the duty ratio of the switching signal input from the power
次に、ステップST12において、ステップST10で取得された熱時定数Tに応じた時間だけ待つ。ステップST11において熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値がIからI+ΔIに変化させられたため、熱電変換モジュール11aにペルチェ効果が生じて熱抵抗が低下する。そして、熱電変換装置11の熱バランスが一時的に崩れる。
Next, in step ST12, the patient waits for a time corresponding to the thermal time constant T acquired in step ST10. Since the value of the current output from the
そこで、系に応じて熱時定数の時間Tに対して、たとえばTまたは3Tなど任意の定数倍時間だけ待ち、系を熱的に安定させる。 Therefore, depending on the system, the system is thermally stabilized by waiting for an arbitrary constant multiple time such as T or 3T with respect to the time T of the thermal time constant.
次に、ステップST13において、電力測定部12bで熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を測定する。電力測定部12bは、熱電変換装置11から出力される電圧Vと熱電変換装置11から出力される電流Iとをそれぞれ測定し、電力P=電圧V×電流Iとして電力を算出する。
Next, in step ST13, the
次に、ステップST14において、ステップST13で測定された電力Pと、前のループのステップST13で同様に測定された電力P’(すなわち、ステップST11において電流の値が変化する前の電力)とを比較する。なお、ステップST14がループの初回である場合は、電力P’を0として当該比較を行う。 Next, in step ST14, the power P measured in step ST13 and the power P'similarly measured in step ST13 of the previous loop (that is, the power before the current value changes in step ST11) are added. compare. When step ST14 is the first time in the loop, the comparison is performed with the power P'set to 0.
そして、P>P’である場合、すなわち、図2に例が示されるステップST14から分岐する「YES」に対応する場合には、ステップST15に進む。一方で、P>P’でない場合、すなわち、図2に例が示されるステップST14から分岐する「NO」に対応する場合には、ステップST16に進む。 Then, when P> P', that is, when it corresponds to "YES" branching from step ST14 shown in FIG. 2, the process proceeds to step ST15. On the other hand, if P> P', that is, if it corresponds to "NO" branching from step ST14 shown in FIG. 2, the process proceeds to step ST16.
ステップST15では、次回のループにおいてステップST11で変動させる電流の値ΔIは、先のステップST11における場合と同じ値であるΔIとすることを決定する。そして、ステップST17に進む。 In step ST15, it is determined that the current value ΔI to be changed in step ST11 in the next loop is ΔI, which is the same value as in the previous step ST11. Then, the process proceeds to step ST17.
ステップST16では、次回のループにおいてステップST11で変動させる電流の値ΔIは、先のステップST11における場合と反対の符号の値(絶対値は同じ)である−ΔIにすることを決定する。そして、ステップST17に進む。 In step ST16, it is determined that the value ΔI of the current to be changed in step ST11 in the next loop is −ΔI, which is a value having a sign opposite to that in the previous step ST11 (the absolute value is the same). Then, the process proceeds to step ST17.
次に、ステップST17において、ステップST13において測定された電力Pを、次のループのステップST14において電力P’として用いられる値に更新する。そして、ステップST11に戻る。 Next, in step ST17, the power P measured in step ST13 is updated to a value used as the power P'in step ST14 of the next loop. Then, the process returns to step ST11.
これらの処理によって、電力制御装置12は、熱電変換装置11から出力される電力が最大となる電流値付近でループを繰り返す制御を行うこととなる。このようにして、電力制御装置12は、熱電変換装置11から出力される電力の最大値を探索する。
By these processes, the
なお、本実施の形態では山登り法による最大電力点探索が示されたが、電流の値を変動させて最大電力点を探索させるものであれば、他の電力探索方法が採用されてもよい。 Although the maximum power point search by the mountain climbing method is shown in the present embodiment, another power search method may be adopted as long as the maximum power point is searched by changing the current value.
次に、熱電変換装置11の制御周期の最適値について検討する。図3は、本実施の形態に関する電力制御装置12で、制御の待ち時間である制御周期tを変化させた場合の、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)の値の例を示す図である。図3において、縦軸は電力Pの値を示し、横軸は熱電変換装置11の制御周期を示す。
Next, the optimum value of the control cycle of the
図3に例が示されるように、制御周期tにおいて熱電変換装置11から出力される電力Pが最大となる点Xが存在する。点Xは、熱電変換装置11の熱時定数Tの付近となる。この理由について、以下説明する。
As an example is shown in FIG. 3, there is a point X where the electric power P output from the
制御周期tが熱時定数Tよりも短い場合は、ステップST11で熱電変換装置11から出力される電流Iを変動させた後に熱電変換装置11から出力される電力Pを測定する際に、熱電変換装置11の温度が平衡状態に未だ達していない。そのため、出力も平衡状態に達しておらず、真の最大電力点を取得することができない。
When the control cycle t is shorter than the thermal time constant T, the thermoelectric conversion is performed when measuring the power P output from the
図4は、熱電変換装置11の熱回路を模式的に示す図である。熱電変換装置11は、熱電変換モジュール11aの高温側の面Thsと高温側の温度固定点Thとの間に、主に高温側熱交換器11bによる熱抵抗Rhと熱容量Chとが並列して存在する。同様に、熱電変換モジュール11aの低温側の面Tcsと低温側の温度固定点Tc(ここでは冷却水の温度)との間に、主に低温側熱交換器11cによる熱抵抗Rcと熱容量Ccとが並列して存在する。FIG. 4 is a diagram schematically showing a thermal circuit of the
熱電変換モジュール11aは、流れる電流Iを変動させることで、ペルチェ効果により熱電変換素子の高温側から低温側に輸送される熱量がQからQ+ΔQに増加し、熱抵抗RTEGが変化する。このとき電流0の時の熱電変換モジュール11aの熱抵抗をrTEG0、ペルチェ係数をΠとすると、熱電変換モジュール11aを流れる熱量Qは、以下の式(3)のように表される。By fluctuating the flowing current I in the
そのため、熱電変換モジュール11aの熱抵抗RTEGは、以下の式(4)のように表される。Therefore, the thermal resistance R TEG of the
すなわち、電流をΔI増加させた際には、熱抵抗RTEGは上記の式(4)にしたがい減少する。That is, when the current is increased by ΔI, the thermal resistance R TEG decreases according to the above equation (4).
このように、熱電変換モジュール11aの熱抵抗RTEGが電流変動によって変化することと、高温側熱交換器11bおよび低温側熱交換器11cがそれぞれ熱容量を有することとに起因して、熱電変換素子にかかる温度差が平衡状態に達するまでに遅れが生じる。それに伴って熱電変換モジュール11aの熱起電力の応答にも遅れが生じる。As described above, the thermoelectric conversion element is caused by the fact that the thermal resistance R TEG of the
図5は、熱電変換装置11の電流をΔI増加させた場合(山登り法によって電流を+ΔI摂動させた場合)の、熱電変換装置11から出力される電力Pの過渡特性の例を示す図である。図5において、縦軸は電力の値を示し、横軸は電流の値を示す。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the transient characteristics of the electric power P output from the
また、図6は、熱電変換装置11の熱平衡時の電流−電圧特性の例を示す図である。図6においては、縦軸は電圧の値を示し、横軸は電流の値を示す。
Further, FIG. 6 is a diagram showing an example of the current-voltage characteristics of the
また、図7は、熱電変換装置11の電流をΔI増加させた場合(山登り法によって電流を+ΔI摂動させた場合)の、熱電変換装置11の電圧特性の例を示す図である。図7においては、縦軸は電圧の値を示し、横軸は時間を示す。
Further, FIG. 7 is a diagram showing an example of the voltage characteristics of the
熱平衡時の最大電力である電力Pmax(図5を参照)がVpmaxIpmaxで示されるものとして、電流IをIpmaxからIpmax+ΔIへΔIだけ増加させた場合、電圧Vは、電流増加の瞬間から熱電変換装置11の熱平衡時の電流−電圧特性にしたがってVpmax−ΔVに漸近する(図6および図7を参照)。ここで、漸近する際の時定数は熱時定数Tになる。As the maximum power at the time of thermal equilibrium power P max (see FIG. 5) is represented by V pmax I pmax, when increased by [Delta] I a current I from the I pmax to I pmax + [Delta] I, voltage V, the current increased From the moment of, the voltage gradually approaches V pmax − ΔV according to the current-voltage characteristics at the time of thermal equilibrium of the thermoelectric conversion device 11 (see FIGS. 6 and 7). Here, the time constant at the time of asymptote becomes the thermal time constant T.
この場合、図2に示されたフローチャートのステップST12で待つ時間(制御周期t)が熱時定数Tよりも短い場合、図2に示されたフローチャートのステップST13で測定される電圧Vは、図6および図7で示されるV1となり、熱平衡時の電圧Vの値Vpmax−ΔVよりも高い値となる。In this case, when the time (control cycle t) to wait in step ST12 of the flowchart shown in FIG. 2 is shorter than the thermal time constant T, the voltage V measured in step ST13 of the flowchart shown in FIG. 2 is shown in FIG. It becomes V1 shown in 6 and FIG. 7, which is higher than the value V pmax − ΔV of the voltage V at the time of thermal equilibrium.
電流IをIpmaxからIpmax+ΔIへΔIだけ増加させた場合の電圧Vの値は、Vpmax−ΔVに熱時定数Tで漸近する以下の式(5)で表すことができる。The value of the voltage V when the current I is increased from I pmax to I pmax + ΔI by ΔI can be expressed by the following equation (5), which is asymptotic to V pmax − ΔV with the thermal time constant T.
たとえば、制御周期tが熱時定数Tの1/100である場合、式(5)のt/Tに1/100を代入すると、電圧Vは以下のように示される。 For example, when the control cycle t is 1/100 of the thermal time constant T, substituting 1/100 for t / T in the equation (5), the voltage V is shown as follows.
そのため、電圧VはほぼVpmaxと同じ値となり、熱平衡時のVpmax−ΔVよりも高い値が電圧Vとして測定されることとなる。この場合、図2に示されたフローチャートのステップST13で算出される電力Pは、以下のように示される。Therefore, the voltage V becomes almost the same value as V pmax, and a value higher than V pmax − ΔV at the time of thermal equilibrium is measured as the voltage V. In this case, the power P calculated in step ST13 of the flowchart shown in FIG. 2 is shown as follows.
上記のように、算出される電力Pは熱平衡時の最大電力であるVpmaxIpmaxよりも高くなる。そうすると、図2に示されたフローチャートのステップST14においてP>P’となり(すなわち、図2に例が示されるステップST14から分岐する「YES」に対応し)、図2に示されたフローチャートのステップST15に進む。As described above, the calculated power P is higher than V pmax I pmax, which is the maximum power at the time of thermal equilibrium. Then, in step ST14 of the flowchart shown in FIG. 2, P>P'(that is, corresponding to “YES” branching from step ST14 shown in FIG. 2), and the step of the flowchart shown in FIG. Proceed to ST15.
そして、図2に示されたフローチャートのステップST15では、次回のループにおいてステップST11で変動させる電流の値ΔIは、先のステップST11における場合と同じ値であるΔIとするため、後の工程で図2に示されたフローチャートのステップST11に戻った際には、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値をIpmax+ΔIからIpmax+2ΔIに変化させることとなり、Ipmaxよりもさらに電流Iが大きくなる。Then, in step ST15 of the flowchart shown in FIG. 2, the value ΔI of the current to be changed in step ST11 in the next loop is ΔI, which is the same value as in the case of the previous step ST11. when returning to the step ST11 of the flowchart shown in 2, becomes possible to change the value of a current outputted from the
さらに、図2に示されたフローチャートのステップST11からステップST17までのループを繰り返す中で、いずれは、時間経過によって熱電変換モジュール11a(熱電変換素子)にかかる温度差が小さくなって起電力が低下する。そうすると、図2に示されたフローチャートのステップST14においてP>P’ではなくなり(すなわち、図2に例が示されるステップST14から分岐する「NO」に対応し)、図2に示されたフローチャートのステップST16に進む。
Further, while repeating the loop from step ST11 to step ST17 of the flowchart shown in FIG. 2, the temperature difference applied to the
そして、図2に示されたフローチャートのステップST16では、次回のループにおいてステップST11で変動させる電流の値ΔIは、先のステップST11における場合と反対の符号の値(絶対値は同じ)である−ΔIとするため、後の工程で図2に示されたフローチャートのステップST11に戻った際には、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値をIpmax+ΔIからIpmaxに変化させることとなる。Then, in step ST16 of the flowchart shown in FIG. 2, the value ΔI of the current to be changed in step ST11 in the next loop is a value having a sign opposite to that in the previous step ST11 (the absolute value is the same). to the [Delta] I, when returning in the process step ST11 of the flowchart shown in FIG. 2, after the value of the current output from the
上記のように、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値はIpmaxよりもΔI大きい値の付近でループを繰り返すことになるため、図2に示されたフローチャートのステップST13で測定される電力Pは、熱平衡時の最大電力である電力Pmaxよりも小さくなる。As described above, the value of the current output from the
他方で、熱電変換装置11の電流をΔI減少させた場合についても、以下に説明する。
On the other hand, a case where the current of the
図8は、熱電変換装置11の電流をΔI減少させた場合(山登り法によって電流を−ΔI摂動させた場合)の、熱電変換装置11から出力される電力Pの過渡特性の例を示す図である。図8において、縦軸は電力の値を示し、横軸は電流の値を示す。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the transient characteristics of the power P output from the
また、図9は、熱電変換装置11の熱平衡時の電流−電圧特性の例を示す図である。図9においては、縦軸は電圧の値を示し、横軸は電流の値を示す。
Further, FIG. 9 is a diagram showing an example of the current-voltage characteristics of the
また、図10は、熱電変換装置11の電流をΔI減少させた場合(山登り法によって電流を−ΔI摂動させた場合)の、熱電変換装置11の電圧特性の例を示す図である。図10においては、縦軸は電圧の値を示し、横軸は時間を示す。
Further, FIG. 10 is a diagram showing an example of the voltage characteristics of the
熱平衡時の最大電力である電力Pmax(図8を参照)がVpmaxIpmaxで示されるものとして、電流IをIpmax+ΔIからIpmaxへΔIだけ減少させた場合、電圧Vは、電流減少の瞬間から熱電変換装置11の熱平衡時の電流−電圧特性(図9を参照)にしたがってVpmaxに漸近する。ここで、漸近する際の時定数は熱時定数Tになる。As the maximum power at the time of thermal equilibrium power P max (see Figure 8) is represented by V pmax I pmax, if the current I was reduced by [Delta] I to I pmax from I pmax + [Delta] I, voltage V, the current reduction From the moment of, the voltage gradually approaches V pmax according to the current-voltage characteristics (see FIG. 9) at the time of thermal equilibrium of the
この場合、図2に示されたフローチャートのステップST12で待つ時間(制御周期t)が熱時定数Tよりも短い場合、図2に示されたフローチャートのステップST13で測定される電圧Vは、図9および図10で示されるV1となり、熱平衡時の電圧Vの値Vpmaxよりも低い値となる。In this case, when the time (control cycle t) to wait in step ST12 of the flowchart shown in FIG. 2 is shorter than the thermal time constant T, the voltage V measured in step ST13 of the flowchart shown in FIG. 2 is shown in FIG. It becomes V1 shown in 9 and FIG. 10, which is lower than the value V pmax of the voltage V at the time of thermal equilibrium.
たとえば、制御周期tが熱時定数Tの1/100である場合、電圧VはほぼVpmax−ΔVと同じ値となり、熱平衡時のVpmaxよりも低い値が電圧Vとして測定されることとなる。この場合、図2に示されたフローチャートのステップST13で算出される電力Pは、以下のように示される。For example, when the control cycle t is 1/100 of the thermal time constant T, the voltage V becomes almost the same value as V pmax − ΔV, and a value lower than V pmax at the time of thermal equilibrium is measured as the voltage V. .. In this case, the power P calculated in step ST13 of the flowchart shown in FIG. 2 is shown as follows.
上記のように、算出される電力Pは熱平衡時の最大電力であるVpmaxIpmaxよりも低くなる。そうすると、図2に示されたフローチャートのステップST14においてP>P’ではなくなり(すなわち、図2に例が示されるステップST14から分岐する「NO」に対応し)、図2に示されたフローチャートのステップST16に進む。As described above, the calculated power P is lower than V pmax I pmax, which is the maximum power at the time of thermal equilibrium. Then, in step ST14 of the flowchart shown in FIG. 2, P>P'is not satisfied (that is, corresponding to “NO” branching from step ST14 shown in FIG. 2), and the flowchart shown in FIG. 2 Proceed to step ST16.
そして、図2に示されたフローチャートのステップST16では、次回のループにおいてステップST11で変動させる電流の値ΔIは、先のステップST11における場合と反対の符号の値(絶対値は同じ)である+ΔIとするため、後の工程で図2に示されたフローチャートのステップST11に戻った際には、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値をIpmaxからIpmax+ΔIに変化させることとなる。Then, in step ST16 of the flowchart shown in FIG. 2, the value ΔI of the current to be changed in step ST11 in the next loop is a value having a sign opposite to that in the previous step ST11 (absolute value is the same) + ΔI. change the I pmax + [Delta] I and for, when returning to the step ST11 of the flowchart shown in FIG. 2 in a later step, the value of the current output from the
さらに、図2に示されたフローチャートのステップST11からステップST17までのループを繰り返す中で、いずれは、時間経過によって熱電変換モジュール11a(熱電変換素子)にかかる温度差が小さくなって起電力が低下する。
Further, while repeating the loop from step ST11 to step ST17 of the flowchart shown in FIG. 2, the temperature difference applied to the
そうすると、熱電変換装置11から電力変換部12dに出力される電流の値はIpmaxよりもΔI大きい値の付近でループを繰り返すことになるため、図2に示されたフローチャートのステップST13で測定される電力Pは、熱平衡時の最大電力である電力Pmaxよりも小さくなる。Then, the value of the current output from the
以上のように、制御周期tが熱電変換装置11の熱時定数Tに対して短い場合は、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)が熱平衡時(定常時)の最大出力よりも低下する。
As described above, when the control cycle t is shorter than the thermal time constant T of the
このため、制御周期tを熱時定数T近傍の値にすることによって、熱電変換装置11の熱平衡時(定常時)に近い電力特性が得られ、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を最大化することができる。
Therefore, by setting the control cycle t to a value near the thermal time constant T, power characteristics close to those at the time of thermal equilibrium (steady state) of the
他方で、制御周期tが熱時定数Tよりも十分に大きい場合、熱時定数Tよりも長く制御周期tよりも短い周期で高温側熱源または低温側熱源が変動すると、当該温度変動に追従できずに熱電変換装置11から出力される電力Pが最大電力である電力Pmaxから外れた値に留まる場合がある。そうすると、熱電変換装置11から出力される電力Pが電力Pmaxよりも低下してしまう。On the other hand, when the control cycle t is sufficiently larger than the thermal time constant T, if the high temperature side heat source or the low temperature side heat source fluctuates in a cycle longer than the thermal time constant T and shorter than the control cycle t, the temperature fluctuation can be followed. Instead, the power P output from the
このため、熱電変換装置11から出力される電力Pを最大化するためには、制御周期tは熱電変換装置11の熱時定数T近傍の値であることが望ましい。制御周期tを熱時定数T近傍の値に設定することによって、温度差が変動する熱源に対しても、熱電変換装置11から出力される電力Pを最大化することができる。
Therefore, in order to maximize the electric power P output from the
<第2の実施の形態>
本実施の形態に関する電力制御装置、熱電発電システム、および、電力制御方法について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。<Second Embodiment>
The electric power control device, the thermoelectric power generation system, and the electric power control method according to the present embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..
<熱電発電システムの構成について>
図11は、本実施の形態に関する熱電発電システムの構成の例を示す図である。図11に例が示されるように、熱電発電システム101は、熱電変換装置11と、熱電変換装置11から出力される電力を制御する電力制御装置22と、負荷13とを備える。負荷13は、たとえば蓄電池などの定電圧源から構成される。<About the configuration of the thermoelectric power generation system>
FIG. 11 is a diagram showing an example of a configuration of a thermoelectric power generation system according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 11, the thermoelectric
電力制御装置22は、熱時定数取得部22aと、電力測定部22bと、電力変換制御部22cと、電力変換部22dとを備える。
The
電力制御装置22には熱電変換装置11の正極と負極とが接続される。そして、熱電変換装置11で発電された電力は、電力制御装置22に入力される。
The positive electrode and the negative electrode of the
また、電力制御装置22には負荷13も接続される。そして、電力変換部22dで変換された電力が負荷13へ出力される。
A
電力変換部22dは、入力側に正極と負極とが設けられ、それぞれが熱電変換装置11の正極と負極とに接続される。そして、電力変換部22dには、熱電変換装置11で発電された電力が入力される。
The
同様に、電力変換部22dは、出力側にも正極と負極とが設けられ、それぞれが負荷13の正極と負極とに接続される。そして、電力変換部22dで変換された電力が、負荷13に出力される。
Similarly, the
電力変換部22dの入力側の端子からみた電力変換部22dの負荷は、電力変換部22dのスイッチング素子の開閉の時間割合(デューティ比)の制御によって変化させることができる。
The load of the
電力変換制御部22cには、熱時定数取得部22aと電力測定部22bと電力変換部22dとが接続される。
The thermal time
図1に例が示された熱時定数取得部12aは、熱電変換モジュール11aの高温側の面の温度と低温側の面の温度とを熱電対等を用いて直接検出するものであった。これに対し、本実施の形態における熱時定数取得部22aは、電力測定部22bに接続されており、電力測定部22bから送信される電力測定結果(電力データ)のみから熱時定数Tを算出する。そして、熱時定数取得部22aは、算出した熱時定数Tを電力変換制御部22cへ送信する。
The thermal time
電力測定部22bは、熱電変換装置11から出力される電流と電圧とを測定することで、熱電変換装置11から出力される電力を測定する。そして、電力測定部22bは、測定した電力を電力データとして熱時定数取得部22aおよび電力変換制御部22cに送信する。
The electric power measuring unit 22b measures the electric power output from the
電力変換制御部22cは、入力された熱時定数Tと電力データとに基づいて、熱電変換装置11から出力される電力の最大出力制御を行う。
The power
<熱電発電システムにおける電力制御装置の動作について>
本実施の形態に関する電力制御装置22の動作(主に、電力変換制御部22cによる最大出力制御)は、図2に例が示された動作と同様である。<About the operation of the power control device in the thermoelectric power generation system>
The operation of the power control device 22 (mainly the maximum output control by the power
ただし、ステップST10において熱時定数を取得する際に、電力制御装置22は、以下のようなフローで、熱時定数を取得する。
However, when acquiring the thermal time constant in step ST10, the
図12は、電力制御装置22の熱時定数を取得するための動作の例を示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing an example of an operation for acquiring the thermal time constant of the
まず、ステップST120において、熱電変換装置11の正極と負極との間を短絡状態にして一定の時間だけ待つ。この時間は事前に設定された任意の値とするが、正確な熱時定数Tを取得するために、熱時定数T以上の長さであることが望ましい。先に測定された熱時定数Tがある場合には、その時間の3倍程度をステップST120において待つ時間としてもよい。
First, in step ST120, the positive electrode and the negative electrode of the
次に、ステップST121において、瞬時に熱電変換装置11を開放状態にして熱電変換装置11の正極と負極との間の電圧Vの過渡特性を一定の時間だけ取得する。
Next, in step ST121, the
次に、ステップST122において、熱電変換装置11を開放状態とした直後から一定時間経った後の、熱電変換装置11の電圧Vの時間変化に基づいて時定数を取得する。
Next, in step ST122, a time constant is acquired based on the time change of the voltage V of the
図13は、短絡状態から開放状態となった場合の、熱電変換装置11の電圧の過渡特性の例を示す図である。図13において、縦軸は電圧の値を示し、横軸は時間を示す。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the transient characteristics of the voltage of the
図13に例が示されるように、開放状態となった直後の電圧VをVoc1とし、開放状態となった後十分に時間が経って熱電変換装置11の温度が安定した際の電圧VをVoc2とすると、電圧Vの時間tに対する理論曲線は、以下の式(6)で表すことができる。As an example is shown in FIG. 13, the voltage V immediately after the open state is set to V oc1, and the voltage V when the temperature of the
そして、測定されたVの過渡特性に対して、時定数を最小二乗法などを用いて上記の式(6)でフィッティングすることによって、熱電変換装置11の熱時定数Tを取得することができる。
Then, the thermal time constant T of the
熱電変換装置11の起電力は、ゼーベック効果によって熱電変換装置11の高温側の面と低温側の面との間の温度差ΔTに比例する。このため、電圧値の時間応答は温度差ΔTの時間応答と同じふるまいを示すことになる。
The electromotive force of the
このことから、電圧値の時定数をそのまま熱時定数Tとしてみなすことができるため、電圧測定のみで熱時定数Tを取得することができる。 From this, since the time constant of the voltage value can be regarded as the thermal time constant T as it is, the thermal time constant T can be obtained only by the voltage measurement.
これによって、新たに熱電対などの熱測定のためのハードウェアを追加せずに、電力測定部22bにおける電力測定のみで熱電変換装置11の熱時定数Tを取得することができる。そのため、安価、かつ、簡便に熱電変換装置11から出力される電力を最大化することができる。
As a result, the thermal time constant T of the
なお、本実施の形態では、熱電変換装置11を短絡状態から開放状態に変化させることで結果として熱時定数Tを取得しているが、電流値をΔI変動させることでその際の電圧値の過渡特性に基づいて熱時定数Tを取得してもよい。
In the present embodiment, the
<第3の実施の形態>
本実施の形態に関する電力制御装置、熱電発電システム、および、電力制御方法について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。<Third embodiment>
The electric power control device, the thermoelectric power generation system, and the electric power control method according to the present embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..
以上に記載された実施の形態における電力制御装置12(または、電力制御装置22)は、負荷13を変動させる制御によって、最大出力制御を行ってもよい。
The power control device 12 (or the power control device 22) in the embodiment described above may perform maximum output control by controlling the
図14は、電力制御装置の動作(主に、電力変換制御部12cによる最大出力制御)の例を示すフローチャートである。なお、図14では、電力制御装置12が行う制御について記載されるが、電力制御装置22が行う制御として置き換えられてもよい。
FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation of the power control device (mainly, the maximum output control by the power
まず、ステップST310において、熱時定数取得部12aは熱電変換装置11の熱時定数Tを算出および取得する。
First, in step ST310, the thermal time
次に、ステップST311において、負荷13の値をRからR+ΔRに変化させる。
Next, in step ST311, the value of the
次に、ステップST312において、ステップST310で取得された熱時定数Tに応じた時間だけ待つ。ステップST311において負荷13の値をRからR+ΔRに変化させられたため、熱電変換装置11の熱バランスが一時的に崩れる。
Next, in step ST312, the patient waits for a time corresponding to the thermal time constant T acquired in step ST310. Since the value of the
そこで、系に応じて熱時定数の時間Tに対して、たとえばTまたは3Tなど任意の定数倍時間だけ待ち、系を熱的に安定させる。 Therefore, depending on the system, the system is thermally stabilized by waiting for an arbitrary constant multiple time such as T or 3T with respect to the time T of the thermal time constant.
次に、ステップST313において、電力測定部12bで熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を測定する。電力測定部12bは、熱電変換装置11から出力される電圧Vと熱電変換装置11から出力される電流Iとをそれぞれ測定し、電力P=電圧V×電流Iとして電力を算出する。
Next, in step ST313, the
次に、ステップST314において、ステップST313で測定された電力Pと、前のループのステップST313で同様に測定された電力P’とを比較する。なお、ステップST314がループの初回である場合は、電力P’を0として当該比較を行う。 Next, in step ST314, the power P measured in step ST313 is compared with the power P'similarly measured in step ST313 of the previous loop. When step ST314 is the first time in the loop, the comparison is performed with the power P'set to 0.
そして、P>P’である場合、すなわち、図14に例が示されるステップST314から分岐する「YES」に対応する場合には、ステップST315に進む。一方で、P>P’でない場合、すなわち、図14に例が示されるステップST314から分岐する「NO」に対応する場合には、ステップST316に進む。 Then, when P> P', that is, when it corresponds to "YES" branching from step ST314 shown in FIG. 14, the process proceeds to step ST315. On the other hand, if P> P', that is, if it corresponds to "NO" branching from step ST314 shown in FIG. 14, the process proceeds to step ST316.
ステップST315では、次回のループにおいてステップST311で変動させる負荷の値ΔRは、先のステップST311における場合と同じ値であるΔRとすることを決定する。そして、ステップST317に進む。 In step ST315, it is determined that the load value ΔR to be changed in step ST311 in the next loop is ΔR, which is the same value as in the previous step ST311. Then, the process proceeds to step ST317.
ステップST316では、次回のループにおいてステップST311で変動させる負荷の値ΔRは、先のステップST311における場合と反対の符号の値(絶対値は同じ)である−ΔRにすることを決定する。そして、ステップST317に進む。 In step ST316, it is determined that the load value ΔR to be changed in step ST311 in the next loop is −ΔR, which is a value having a sign opposite to that in the previous step ST311 (the absolute value is the same). Then, the process proceeds to step ST317.
次に、ステップST317において、ステップST313において測定された電力Pを、次のループのステップST314において電力P’として用いられる値に更新する。そして、ステップST311に戻る。 Next, in step ST317, the power P measured in step ST313 is updated to a value used as the power P'in step ST314 of the next loop. Then, the process returns to step ST311.
これらの処理によって、電力制御装置12は、熱電変換装置11から出力される電力が最大となる電流値付近でループを繰り返す制御を行うこととなる。
By these processes, the
負荷13の値を一定に保つ場合は、熱源または冷却源の温度が変動しても、図2のステップST11以降のループでされたような電流値を一定に保つ場合と比較して、熱電変換装置11から出力される電力を最大電力付近に保つことができる。
When the value of the
熱源または冷却源の温度が変動する際に電流値を一定に保つと、温度差に起電力が比例して変化するため、温度変動による最大電力点からのずれが大きくなる。 If the current value is kept constant when the temperature of the heat source or the cooling source fluctuates, the electromotive force changes in proportion to the temperature difference, so that the deviation from the maximum power point due to the temperature fluctuation becomes large.
これに対し、負荷13の値を一定に保つと、熱電変換装置11の内部抵抗が変化しなければ最大電力点からのずれは生じない。
On the other hand, if the value of the
実際には、熱電変換素子の温度上昇によって内部抵抗は増加する傾向にあるが、一般的にこの効果は小さい。そのため、負荷13の値を一定に保つ制御のほうが、電流値を一定に保つ制御よりも熱電変換装置11から出力される電力は大きくなる。これにより、制御周期tの間電流値を一定に保つ場合と比較して、熱電変換装置11から出力される電力を大きくすることができる。
In reality, the internal resistance tends to increase as the temperature of the thermoelectric conversion element rises, but this effect is generally small. Therefore, the power output from the
<熱電発電システムにおける電力制御装置のハードウェア構成について>
図15および図16は、図1および図11に例が示される熱電発電システム(特に、電力制御装置)を実際に運用する場合のハードウェア構成を概略的に例示する図である。<Hardware configuration of power control device in thermoelectric power generation system>
15 and 16 are diagrams schematically illustrating a hardware configuration in the case of actually operating a thermoelectric power generation system (particularly, a power control device) whose example is shown in FIGS. 1 and 11.
なお、図15および図16に例示されるハードウェア構成は、図1および図11に例示される構成とは数などが整合しない場合があるが、これは図1および図11に例示される構成が概念的な単位を示すものであることに起因する。 The hardware configurations exemplified in FIGS. 15 and 16 may not be consistent with the configurations illustrated in FIGS. 1 and 11, but this is the configuration exemplified in FIGS. 1 and 11. Is due to the fact that indicates a conceptual unit.
よって、少なくとも、図1および図11に例示される1つの構成が、図15および図16に例示される複数のハードウェア構成から成る場合と、図1および図11に例示される1つの構成が、図15および図16に例示されるハードウェア構成の一部に対応する場合と、さらには、図1および図11に例示される複数の構成が、図15および図16に例示される1つのハードウェア構成に備えられる場合とが想定され得る。 Therefore, at least one configuration exemplified in FIGS. 1 and 11 comprises a plurality of hardware configurations exemplified in FIGS. 15 and 16, and one configuration exemplified in FIGS. 1 and 11 is included. , A case corresponding to a part of the hardware configurations exemplified in FIGS. 15 and 16, and a plurality of configurations exemplified in FIGS. 1 and 11 are one illustrated in FIGS. 15 and 16. It can be assumed that the hardware configuration is provided.
図15では、図1中および図11中の熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dを実現するためのハードウェア構成として、演算を行う処理回路1102Aと、情報を記憶することができる記憶装置1103とが示される。これらの構成は、他の実施の形態においても同様である。
In FIG. 15, the thermal time
図16では、図1および図11中の熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dを実現するためのハードウェア構成として、演算を行う処理回路1102Bが示される。当該構成は、他の実施の形態においても同様である。
In FIG. 16, the thermal time
熱時定数取得部12aにおける熱時定数の記憶、熱時定数取得部22aにおける熱時定数の記憶、電力測定部12bにおいて測定された電力の記憶、または、電力測定部22bにおいて測定された電力の記憶などは、記憶装置1103または別の記憶装置(ここでは、図示しない)によって実現される。
Storage of the thermal time constant in the thermal time
記憶装置1103は、たとえば、ハードディスクドライブ(Hard disk drive、すなわち、HDD)、ランダムアクセスメモリ(random access memory、すなわち、RAM)、リードオンリーメモリ(read only memory、すなわち、ROM)、フラッシュメモリ、erasable programmable read only memory(EPROM)およびelectrically erasable programmable read−only memory(EEPROM)などの、揮発性または不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはDVDなどを含むメモリ(記憶媒体)、または、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。
The
処理回路1102Aは、記憶装置1103、外部のCD−ROM、外部のDVD−ROM、または、外部のフラッシュメモリなどに格納されたプログラムを実行するものであってもよい。すなわち、たとえば、中央演算処理装置(central processing unit、すなわち、CPU)、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、デジタルシグナルプロセッサ(digital signal processor、すなわち、DSP)であってもよい。
The
処理回路1102Aが記憶装置1103、外部のCD−ROM、外部のDVD−ROM、または、外部のフラッシュメモリなどに格納されたプログラムを実行するものである場合、熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dは、記憶装置1103に格納されたプログラムが処理回路1102Aによって実行されるソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。なお、熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dの機能は、たとえば、複数の処理回路が連携することによって実現されてもよい。
When the
ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置1103に記憶されるものであってもよい。その場合、処理回路1102Aは、記憶装置1103に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、上記の機能を実現する。すなわち、記憶装置1103は、処理回路1102Aに実行されることによって、上記の機能が結果的に実現されるプログラムを記憶するものであってもよい。
The software and firmware may be written as a program and stored in the
また、処理回路1102Bは、専用のハードウェアであってもよい。すなわち、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、集積回路(application specific integrated circuit、すなわち、ASIC)、field−programmable gate array(FPGA)またはこれらを組み合わせた回路であってもよい。
Further, the
処理回路1102Bが専用のハードウェアである場合、熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dは、処理回路1102Bが動作することにより実現される。なお、熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dの機能は、別々の回路で実現されてもよいし、単一の回路で実現されてもよい。
When the
なお、熱時定数取得部12a、熱時定数取得部22a、電力測定部12b、電力測定部22b、電力変換制御部12c、電力変換制御部22c、電力変換部12dおよび電力変換部22dの機能は、一部が記憶装置1103に格納されたプログラムを実行するものである処理回路1102Aにおいて実現され、一部が専用のハードウェアである処理回路1102Bにおいて実現されてもよい。
The functions of the thermal time
<以上に記載された実施の形態によって生じる効果について>
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。すなわち、以下では便宜上、対応づけられる具体的な構成のうちのいずれか1つのみが記載される場合があるが、記載された1つの具体的な構成が対応づけられる他の具体的な構成に置き換えられてもよい。<About the effect caused by the above-described embodiment>
Next, an example of the effect produced by the above-described embodiment will be shown. In the following description, the effect is described based on the specific configuration shown in the embodiment described above, but to the extent that the same effect occurs, the examples in the present specification. May be replaced with other specific configurations indicated by. That is, in the following, for convenience, only one of the specific configurations to be associated may be described, but one specific configuration described may be described as another specific configuration to which the specific configuration is associated. May be replaced.
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。 Further, the replacement may be made across a plurality of embodiments. That is, it may be the case that the respective configurations shown in the examples in different embodiments are combined to produce the same effect.
以上に記載された実施の形態によれば、電力制御装置は、熱電変換装置11から出力される電力を測定する電力測定部12b(または、電力測定部22b)と、熱電変換装置11から出力される電力を制御する制御部とを備える。ここで、制御部は、たとえば、電力変換制御部12c、電力変換制御部22cなどのうちの少なくとも1つに対応するものである。熱電変換装置11は、熱に基づいて発電する。そして、熱電変換装置11は、電力を出力する。ここで、電力測定部12bは、熱電変換装置11の出力に対する負荷が変動された後、さらに、熱電変換装置11の熱時定数に対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力を測定する。
According to the embodiment described above, the power control device is output from the
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力制御装置は、プログラムを実行する処理回路1102Aと、実行されるプログラムを記憶する記憶装置1103とを備える。そして、処理回路1102Aがプログラムを実行することによって、以下の動作が実現される。
Further, according to the embodiment described above, the power control device includes a
すなわち、熱電変換装置11の出力に対する負荷が変動した後、さらに、熱電変換装置11の熱時定数に対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力が測定される。
That is, the power output from the
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力制御装置は、専用のハードウェアである処理回路1102Bを備える。そして、専用のハードウェアである処理回路1102Bは、以下の動作を行う。
Further, according to the embodiment described above, the power control device includes a
すなわち、専用のハードウェアである処理回路1102Bは、熱電変換装置11の出力に対する負荷が変動された後、さらに、熱電変換装置11の熱時定数に対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力を測定する。
That is, the
このような構成によれば、熱時定数Tに対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力を測定することによって、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を増大させることができる。
According to such a configuration, the electric power P (take-out electric power) output from the
なお、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。 In addition, when other configurations shown in the present specification are appropriately added to the above configurations, that is, when other configurations in the present specification not mentioned as the above configurations are appropriately added. Even if there is, the same effect can be produced.
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換制御部12cは、測定された熱電変換装置11の電力に基づいて、熱電変換装置11から出力される電力の最大値を探索する。このような構成によれば、山登り方などの熱電変換装置11の出力に対する負荷を変動させる探索を繰り返すことによって、熱電変換装置11から出力される最大電力を見つけることができる。
Further, according to the embodiment described above, the power
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換制御部12cは、熱電変換装置11の出力に対する負荷を変動させることによって熱電変換装置11から出力される電流値を変動させ、かつ、熱電変換装置11の熱時定数に対応する時間は熱電変換装置11から出力される電流値を一定に保つ。このような構成によれば、熱時定数Tに対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力を測定することによって、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を最大化することができる。
Further, according to the embodiment described above, the power
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換制御部12cは、熱電変換装置11の出力に対する負荷を変動させ、かつ、熱電変換装置11の熱時定数に対応する時間は負荷を一定に保つ。このような構成によれば、熱源または冷却源の温度が変動しても、熱電変換装置11から出力される電力を最大電力付近に保つことができる。そして、熱時定数Tに対応する時間が経過した後で、熱電変換装置11から出力される電力を測定することによって、熱電変換装置11から出力される電力P(取り出し電力)を最大化することができる。
Further, according to the embodiment described above, the power
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力制御装置22は、熱電変換装置11から出力される電流値を変動させ、かつ、熱電変換装置11から出力される電圧値の時間変化に基づいて熱電変換装置11の熱時定数を取得する熱時定数取得部22aを備える。このような構成によれば、熱電変換装置11の正極と負極との間を短絡状態にして一定の時間だけ待った後、再び熱電変換装置11を開放状態にするなどして熱電変換装置11から出力される電圧値の時間変化を測定することによって、温度差ΔTの時間応答と電圧値の時間応答とが同じふるまいになることから、熱電変換装置11の熱測定によって熱時定数Tを取得しなくとも熱時定数Tを取得することができる。
Further, according to the embodiment described above, the
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力測定部12bは、熱電変換装置11から出力される電流値および電圧値に基づいて、熱電変換装置11の内部抵抗を取得する。このような構成によれば、熱電変換装置11の(熱電変換モジュール11aの高温側(または低温側)の面と高温側(または低温側)の温度固定点との間の熱抵抗を含む)正確な内部抵抗を測定することができるため、熱電変換装置11の最大電力制御に活用することができる。
Further, according to the embodiment described above, the
<以上に記載された実施の形態の変形例について>
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、限定的なものではないものとする。<About the modified example of the embodiment described above>
In the embodiments described above, the materials, materials, dimensions, shapes, relative arrangement relationships, implementation conditions, etc. of each component may also be described, but these are examples in all aspects. However, it shall not be limited.
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施の形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Therefore, innumerable variants and equivalents for which examples are not shown are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, when transforming, adding or omitting at least one component, or when extracting at least one component in at least one embodiment and combining it with the component in another embodiment. Shall be included.
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 Further, in the above-described embodiment, when a material name or the like is described without being specified, the material contains other additives, for example, an alloy, etc., as long as there is no contradiction. It shall be included.
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「1つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「1つ以上」備えられていてもよいものとする。 Further, as long as there is no contradiction, "one or more" components described as being provided in the above-described embodiment may be provided.
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、1つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、1つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が1つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。 Further, each component in the above-described embodiment is a conceptual unit, and within the scope of the technology disclosed in the present specification, one component is composed of a plurality of structures. And the case where one component corresponds to a part of a structure, and further, the case where a plurality of components are provided in one structure.
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。 In addition, each component in the above-described embodiment shall include a structure having another structure or shape as long as it exhibits the same function.
また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 In addition, the description in the present specification is referred to for all purposes related to the present technology, and none of them is recognized as a prior art.
また、以上に記載された実施の形態で記載されたそれぞれの構成要素は、ソフトウェアまたはファームウェアとしても、それと対応するハードウェアとしても想定され、その双方の概念において、それぞれの構成要素は「部」または「処理回路」(circuitry)などと称される。 In addition, each component described in the above-described embodiment is assumed to be software or firmware and corresponding hardware, and in both concepts, each component is a "part". Alternatively, it is referred to as a "processing circuit" or the like.
また、熱時定数取得部12aにおける熱時定数の記憶、熱時定数取得部22aにおける熱時定数の記憶、電力測定部12bにおいて測定された電力の記憶、または、電力測定部22bにおいて測定された電力の記憶などは、図1および図11においては熱電発電システム内に搭載されるものとして示されたが、これらのうちの少なくとも1つは、外部の機能部であってもよいものとする。その場合、熱電発電システム内の他の機能部と外部の機能部とが互いに作用しあうことによって、全体として熱電発電システムの機能を果たすものであればよい。
Further, the thermal time
11 熱電変換装置、11a 熱電変換モジュール、11b 高温側熱交換器、11c 低温側熱交換器、12,22 電力制御装置、12a,22a 熱時定数取得部、12b,22b 電力測定部、12c,22c 電力変換制御部、12d,22d 電力変換部、13 負荷、100,101 熱電発電システム、1102A,1102B 処理回路、1103 記憶装置。 11 Thermoelectric converter, 11a Thermoelectric conversion module, 11b High temperature side heat exchanger, 11c Low temperature side heat exchanger, 12,22 Power control device, 12a, 22a Thermal time constant acquisition unit, 12b, 22b Power measurement unit, 12c, 22c Power conversion control unit, 12d, 22d power conversion unit, 13 loads, 100, 101 thermoelectric power generation system, 1102A, 1102B processing circuit, 1103 storage device.
Claims (7)
前記熱電変換装置から出力される電力を測定する電力測定部と、
前記熱電変換装置から出力される電力を制御する制御部とを備え、
前記電力測定部は、前記熱電変換装置の出力に対する負荷が変動された後、さらに、前記熱電変換装置の熱時定数に対応する時間が経過した後で、前記熱電変換装置から出力される電力を測定し、
前記熱電変換装置から出力される電流値を変動させ、かつ、前記熱電変換装置から出力される電圧値の時間変化に基づいて前記熱電変換装置の前記熱時定数を取得する熱時定数取得部をさらに備える、
電力制御装置。 It is a power control device that controls the power of a thermoelectric conversion device that outputs the power generated based on heat.
A power measuring unit that measures the power output from the thermoelectric conversion device, and
It is provided with a control unit that controls the electric power output from the thermoelectric conversion device.
The power measuring unit measures the power output from the thermoelectric conversion device after the load on the output of the thermoelectric conversion device is changed and after a time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device has elapsed. Measure and
A thermal time constant acquisition unit that fluctuates the current value output from the thermoelectric conversion device and acquires the thermal time constant of the thermoelectric conversion device based on the time change of the voltage value output from the thermoelectric conversion device. Further prepare
Power control device.
前記制御部は、測定された前記熱電変換装置の電力に基づいて、前記熱電変換装置から出力される電力の最大値を探索する、
電力制御装置。 The power control device according to claim 1.
The control unit searches for the maximum value of the electric power output from the thermoelectric converter based on the measured electric power of the thermoelectric converter.
Power control device.
前記制御部は、前記熱電変換装置の出力に対する前記負荷を変動させることによって前記熱電変換装置から出力される電流値を変動させ、かつ、前記熱電変換装置の前記熱時定数に対応する時間は前記熱電変換装置から出力される電流値を一定に保つ、
電力制御装置。 The power control device according to claim 1 or 2.
The control unit fluctuates the current value output from the thermoelectric conversion device by fluctuating the load with respect to the output of the thermoelectric conversion device, and the time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device is the time. Keep the current value output from the thermoelectric converter constant,
Power control device.
前記制御部は、前記熱電変換装置の出力に対する前記負荷を変動させ、かつ、前記熱電変換装置の前記熱時定数に対応する時間は前記負荷を一定に保つ、
電力制御装置。 The power control device according to claim 1 or 2.
The control unit fluctuates the load with respect to the output of the thermoelectric conversion device, and keeps the load constant for a time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device.
Power control device.
前記電力測定部は、前記熱電変換装置から出力される電流値および電圧値に基づいて、前記熱電変換装置の内部抵抗を取得する、
電力制御装置。 The power control device according to any one of claims 1 to 4.
The power measuring unit acquires the internal resistance of the thermoelectric conversion device based on the current value and the voltage value output from the thermoelectric conversion device.
Power control device.
前記熱電変換装置から出力される電力を測定し、かつ、前記熱電変換装置から出力される電力を制御する電力制御装置とを備え、
前記電力制御装置は、前記熱電変換装置の出力に対する負荷を変動させた後、さらに、前記熱電変換装置の熱時定数に対応する時間が経過した後で、前記熱電変換装置から出力される電力を測定し、
前記電力制御装置は、前記熱電変換装置から出力される電流値を変動させ、かつ、前記熱電変換装置から出力される電圧値の時間変化に基づいて前記熱電変換装置の前記熱時定数を取得する熱時定数取得部を備える、
熱電発電システム。 A thermoelectric converter that generates electricity based on heat and outputs electric power,
It is provided with a power control device that measures the electric power output from the thermoelectric conversion device and controls the electric power output from the thermoelectric conversion device.
The power control device changes the load on the output of the thermoelectric conversion device, and after a time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device has elapsed, the power output from the thermoelectric conversion device is output. Measure and
The power control device fluctuates the current value output from the thermoelectric conversion device, and acquires the thermal time constant of the thermoelectric conversion device based on the time change of the voltage value output from the thermoelectric conversion device. Equipped with a thermal time constant acquisition unit
Thermoelectric power generation system.
前記熱電変換装置から出力される電力を測定し、
前記熱電変換装置から出力される電力を制御し、
前記熱電変換装置から出力される電力を測定することは、前記熱電変換装置の出力に対する負荷が変動された後、さらに、前記熱電変換装置の熱時定数に対応する時間が経過した後で、前記熱電変換装置から出力される電力を測定することであり、
前記熱電変換装置から出力される電流値を変動させ、かつ、前記熱電変換装置から出力される電圧値の時間変化に基づいて前記熱電変換装置の前記熱時定数を取得する、
電力制御方法。 It is a power control method that controls the power of a thermoelectric converter that outputs the power generated based on heat.
The power output from the thermoelectric converter is measured and
By controlling the power output from the thermoelectric converter,
The electric power output from the thermoelectric conversion device is measured after the load on the output of the thermoelectric conversion device is changed and after a time corresponding to the thermal time constant of the thermoelectric conversion device has elapsed. Ri der measuring the power output from the thermoelectric converter,
The current value output from the thermoelectric conversion device is fluctuated, and the thermal time constant of the thermoelectric conversion device is acquired based on the time change of the voltage value output from the thermoelectric conversion device.
Power control method.
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