WO2013108287A1 - 熱電発電装置 - Google Patents

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thermoelectric conversion
thermoelectric
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exhaust gas
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入山　要次郎
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly, to a thermoelectric generator that detects an operating state of a thermoelectric conversion module that performs thermoelectric generation based on a temperature difference between a high temperature portion and a low temperature portion.
  • exhaust gas or the like discharged from an internal combustion engine of a vehicle such as an automobile contains thermal energy, and therefore, if the exhaust gas is discarded as it is, the thermal energy is wasted. Therefore, the thermal energy contained in the exhaust gas is recovered by the thermoelectric generator and converted into electrical energy, and for example, the battery is charged.
  • thermoelectric power generator In this type of conventional thermoelectric power generator, the high temperature portion of the thermoelectric conversion module is opposed to the exhaust pipe into which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced, and cooling water flows through the low temperature portion of the thermoelectric conversion module.
  • the one facing the water pipe is known.
  • thermoelectric conversion module is configured to include a thermoelectric conversion element such as a semiconductor, an electrode, a heat receiving substrate serving as a high-temperature portion, a heat-dissipating substrate serving as a low-temperature portion, and the like.
  • the cooling water generates power by generating a temperature difference between the high temperature part and the low temperature part of the thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric power generation device when a failure or deterioration of the thermoelectric conversion module occurs, it becomes difficult to recover the electric power. Therefore, it is necessary to determine whether or not the thermoelectric conversion module has failed.
  • thermoelectric conversion module for example, a diagnostic device for executing a diagnosis of a thermoelectric conversion module described in Patent Document 1 is known.
  • This diagnostic device performs a predetermined calculation based on a measurement means for actually measuring the electric power generated by the thermoelectric conversion module, and a signal indicating each measurement value measured by a temperature sensor, an intake air amount sensor, an outside air temperature sensor, a vehicle speed sensor, and the like.
  • a measurement means for actually measuring the electric power generated by the thermoelectric conversion module and a signal indicating each measurement value measured by a temperature sensor, an intake air amount sensor, an outside air temperature sensor, a vehicle speed sensor, and the like.
  • the diagnostic device warns that the thermoelectric conversion module is broken through the display unit or the audio output unit when the actually measured power is not included in the normal range of the power.
  • the estimation means is based on a signal indicating each measurement value measured by a plurality of sensors such as a temperature sensor, an intake air amount sensor, an outside air temperature sensor, and a vehicle speed sensor, Since the electric power generated by the thermoelectric conversion module is estimated, there are many parameters for estimating the electric power of the thermoelectric conversion module. For this reason, the configuration of the diagnostic apparatus is complicated, and a plurality of parameters are entangled with each other, so that the estimation accuracy may not be sufficient and erroneous determination may occur.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems.
  • the operation state of the thermoelectric conversion module can be detected with a simple configuration, and the detection accuracy of the operation state of the thermoelectric conversion module can be detected.
  • An object of the present invention is to provide a thermoelectric generator capable of improving the efficiency.
  • thermoelectric power generation device is a thermoelectric power generation device including a thermoelectric conversion module that performs thermoelectric power generation according to a temperature difference between a high temperature portion and a low temperature portion, and An operation for performing an operation state detection process for detecting an operation state of the thermoelectric conversion module based on a change in an electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module when the amount of heat transmitted to any one of the low temperature parts is varied. It is comprised from what was provided with the state detection means.
  • the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module changes according to the amount of heat transmitted to the high temperature part or low temperature part of the thermoelectric conversion module.
  • the operating state detection means changes the amount of heat transmitted to the high temperature part or the low temperature part of the thermoelectric conversion module and monitors the electrical characteristic value (for example, voltage) output from the thermoelectric conversion module, thereby Detects the operating state of the conversion module.
  • thermoelectric conversion module it is possible to simplify the configuration of the operating state detection means, and to determine the failure or deterioration of the thermoelectric conversion module with high accuracy based on the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module.
  • the high temperature portion is provided opposite to an exhaust pipe into which exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced, and the operating state detection unit is configured to change an amount of exhaust gas flowing through the exhaust pipe.
  • You may comprise so that the operating state of the said thermoelectric conversion module may be detected based on the change of the electrical property value of the said thermoelectric conversion module.
  • the operating state detection means detects the operating state of the thermoelectric conversion module based on a change in the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module when the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is varied. Therefore, when the thermoelectric generator is applied to a vehicle, the configuration of the operating state detection means is simplified, and the failure or deterioration of the thermoelectric conversion module is highly accurate based on the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module. Judgment can be made.
  • the exhaust pipe is provided coaxially with the first exhaust pipe in which a bypass passage into which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced, and the first exhaust pipe,
  • a heat receiving passage through which exhaust gas is introduced is formed together with the exhaust pipe, and includes a second exhaust pipe facing a high temperature portion of the thermoelectric conversion module, and a communication portion communicating the bypass passage and the heat receiving passage.
  • an opening / closing valve for opening / closing the first exhaust pipe and an opening / closing control means for controlling opening / closing of the opening / closing valve, and the operating state detecting means drives the opening / closing control means to control opening / closing of the opening / closing valve. Then, the amount of exhaust gas flowing through the heat receiving passage may be varied by switching the exhaust gas exhaust route between the bypass passage and the heat receiving passage.
  • thermoelectric generator for example, when the operating state detecting means drives the opening / closing control means to release the opening / closing valve, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is discharged outside through the bypass pipe, and the exhaust gas is introduced into the heat receiving passage. It will not be done.
  • the operating state detection means drives the opening / closing control means and closes the opening / closing valve
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced into the heat receiving passage from the bypass pipe through the communication portion, and enters the high temperature portion of the thermoelectric generator. Exhaust gas heat is transferred.
  • the operating state detecting means for example, switches the open / close valve from the open state to the closed state, varies the amount of exhaust gas introduced into the heat receiving passage, and varies the amount of heat transmitted to the thermoelectric generator, thereby enabling the thermoelectric conversion module. If the change of the electrical characteristic value is monitored, the operating state of the thermoelectric conversion module can be detected.
  • the operating state detecting means detects the operating state of the thermoelectric conversion module based on a change in an electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module after the on-off valve is switched from an open state to a closed state. May be.
  • thermoelectric generator when the on-off valve is switched from the open state to the closed state, the amount of exhaust gas introduced into the heat receiving passage changes, and if there is no failure or deterioration of the thermoelectric conversion module, the thermoelectric conversion Since the amount of power generated by the thermoelectric conversion module increases due to the heat of the exhaust gas transmitted to the module, the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module increases.
  • the operating state detection means detects that a failure or deterioration of the thermoelectric conversion module has occurred when the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module does not increase after switching the open / close valve from the open state to the closed state. Can do.
  • the operation state detection means switches the open / close valve from the open state to the closed state and varies the amount of exhaust gas introduced into the heat receiving passage, thereby varying the amount of heat transmitted to the thermoelectric conversion module.
  • the operation state detection means switches the open / close valve from the open state to the closed state and varies the amount of exhaust gas introduced into the heat receiving passage, thereby varying the amount of heat transmitted to the thermoelectric conversion module.
  • the operating state detection means compares an electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module after the on-off valve is switched from an open state to a closed state with a threshold value, and the electrical characteristic value is less than the threshold value. In this case, it may be determined that the thermoelectric conversion module is malfunctioning.
  • thermoelectric generator if the thermoelectric conversion module operates normally after the on-off valve is switched from the open state to the closed state, the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module increases.
  • the operating state detection means compares the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module after the on-off valve is switched from the open state to the closed state with a threshold value, and if the electrical characteristic value is less than the threshold value, the thermoelectric conversion It can be determined that the module is malfunctioning such as failure or deterioration.
  • thermoelectric conversion module it is possible to simplify the configuration of the operation state detection means and determine the operation failure of the thermoelectric conversion module with high accuracy based on the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module.
  • the operating state detecting means compares an electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module after the on-off valve is switched from an open state to a closed state with a threshold value, and the electrical characteristic value is equal to or greater than the threshold value.
  • the thermoelectric conversion module may be configured to determine that it is operating normally.
  • thermoelectric generator if the thermoelectric conversion module operates normally after the on-off valve is switched from the open state to the closed state, the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module increases.
  • the operating state detection means compares the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module after the on-off valve is switched from the open state to the closed state with a threshold value, and if the electrical characteristic value is equal to or greater than the threshold value, It can be determined that the module is operating normally.
  • thermoelectric conversion module it is possible to simplify the configuration of the operation state detection means and determine the operation failure of the thermoelectric conversion module with high accuracy based on the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module.
  • the operation state detection unit stops power generation other than the thermoelectric conversion module during the operation state detection process, and is based on a change in a voltage value of a battery that stores electric power generated by the thermoelectric conversion module. Then, the operating state of the thermoelectric conversion module may be detected.
  • thermoelectric power generation device stops the power generation other than the thermoelectric conversion module during the operation state detection process, and operates the thermoelectric conversion module based on the change in the voltage value of the battery that stores the electric power generated by the thermoelectric conversion module. Since the state is detected, only the electric power from the thermoelectric conversion module is stored in the battery, and the operation state of the thermoelectric conversion module can be reliably detected based on the change in the electrical characteristic value of the battery.
  • thermoelectric conversion module can be detected without using a plurality of sensors as in the prior art, and the configuration of the operation state detection means can be simplified.
  • the operation state detection means may perform the operation state detection process on condition that the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined temperature.
  • the amount of heat transmitted to the thermoelectric conversion module is low when the exhaust gas temperature is low, so the power generation amount of the thermoelectric conversion module is reduced.
  • the operation state detection means may perform the operation state detection process on condition that the vehicle is in steady running.
  • thermoelectric generator when the vehicle is not in steady running, such as when the vehicle is accelerating or decelerating, the voltage value of the battery is unstable, while the voltage value of the battery becomes large and the battery voltage value becomes unstable.
  • the low-temperature portion is provided opposite to a cooling water pipe through which cooling water for cooling the internal combustion engine flows, and the thermoelectric conversion when the operating state detecting unit varies the amount of cooling water flowing through the cooling water pipe. It may be configured to detect an operating state of the thermoelectric conversion module based on a change in the electrical characteristic value of the module.
  • thermoelectric power generator detects the operating state of the thermoelectric conversion module based on the change in the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module when the operating state detection means varies the amount of cooling water for cooling the internal combustion engine.
  • the configuration of the operating state detection means is simplified, and failure or deterioration of the thermoelectric conversion module is determined with high accuracy based on the electrical characteristic value output from the thermoelectric conversion module. be able to.
  • thermoelectric power generation device that can detect the operation state of the thermoelectric conversion module with a simple configuration and improve the detection accuracy of the operation state of the thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric power generation apparatus It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generation apparatus which concerns on this invention, and is a schematic block diagram of a vehicle provided with a thermoelectric power generation apparatus.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on this invention, and is side surface sectional drawing of a thermoelectric power generating apparatus. It is a figure which shows 1st Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on this invention, and is a perspective view of a thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric power generation apparatus which concerns on this invention
  • 1st Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is a figure which shows the flowchart of an operation state detection program.
  • 1st Embodiment of the thermoelectric power generating apparatus which concerns on this invention, and is a figure which shows the change of the voltage value of the battery in implementation of the operation state detection process.
  • 2nd Embodiment of the thermoelectric generator which concerns on this invention, and is a figure which shows the flowchart of an operation state detection program.
  • thermoelectric power generation apparatus It is a figure which shows 2nd Embodiment of the thermoelectric power generator which concerns on this invention, and is a figure which shows the change of the voltage value of the battery in implementation of the operation state detection process. It is a figure which shows 1st, 2nd embodiment of the thermoelectric power generation apparatus which concerns on this invention, and is a schematic block diagram of a vehicle provided with the thermoelectric power generation apparatus from which the supply path
  • thermoelectric generator according to the present invention
  • the engine is not limited to a gasoline engine.
  • thermoelectric generator 1 to 6 are diagrams showing a first embodiment of a thermoelectric generator according to the present invention. First, the configuration will be described. As shown in FIG. 1, an engine 1 as an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is formed by mixing air supplied from an intake system and fuel supplied from a fuel supply system at an appropriate air-fuel ratio. After being supplied to the air-fuel mixture combustion chamber and combusted, the exhaust gas generated along with this combustion is discharged from the exhaust system to the atmosphere.
  • the exhaust system includes an exhaust manifold 2 attached to the engine 1 and an exhaust pipe 4 connected to the exhaust manifold 2 via a spherical joint 3.
  • the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4 An exhaust passage is formed.
  • the spherical joint 3 allows moderate swinging of the exhaust manifold 2 and the exhaust pipe 4 and functions so as not to transmit the vibration and movement of the engine 1 to the exhaust pipe 4 or to attenuate and transmit them.
  • Two catalysts 5 and 6 are installed in series on the exhaust pipe 4, and the exhaust gas is purified by the catalysts 5 and 6.
  • the catalyst 5 installed upstream in the exhaust gas exhaust direction in the exhaust pipe 4 is a so-called start catalyst (S / C).
  • the catalyst 6 installed downstream in the exhaust direction is a so-called main catalyst (M / C) or underfloor catalyst (U / F).
  • These catalysts 5 and 6 are constituted by, for example, a three-way catalyst.
  • This three-way catalyst exhibits a purifying action in which carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx) are collectively changed to harmless components by a chemical reaction.
  • coolant long life coolant
  • the cooling water is led out from the outlet pipe 8 attached to the engine 1 and then supplied to the radiator 7, and is returned from the radiator 7 to the engine 1 through the cooling water reflux pipe 9.
  • the radiator 7 cools the cooling water circulated by the water pump 10 by heat exchange with the outside air.
  • a bypass pipe 12 is connected to the reflux pipe 9, and a thermostat 11 is interposed between the bypass pipe 12 and the reflux pipe 9, and the amount of cooling water flowing through the radiator 7 and the bypass are bypassed by the thermostat 11.
  • the amount of cooling water flowing through the pipe 12 is adjusted. For example, during the warm-up operation of the engine 1, the amount of cooling water on the bypass pipe 12 side is increased to promote warm-up.
  • a heater pipe 13 is connected to the bypass pipe 12, and a heater core 14 is provided in the middle of the heater pipe 13.
  • the heater core 14 is a heat source for heating the passenger compartment using the heat of the cooling water.
  • the air warmed by the heater core 14 is introduced into the vehicle interior by the blower fan 15.
  • a heater unit 16 is configured by the heater core 14 and the blower fan 15.
  • the heater pipe 13 is provided with an upstream pipe 18 a for supplying cooling water to a thermoelectric generator 17 described later, and between the thermoelectric generator 17 and the reflux pipe 9, the thermoelectric generator 17 to the reflux pipe 9 are provided.
  • a downstream pipe 18b for discharging the cooling water is provided.
  • the exhaust system of the engine 1 is provided with a thermoelectric power generation device 17 that recovers the heat of the exhaust gas discharged from the engine 1 and converts the heat energy of the exhaust gas into electrical energy. It is supposed to convert.
  • thermoelectric generator 17 is provided outside the inner pipe 21, an exhaust pipe into which exhaust gas discharged from the engine 1 is introduced, an inner pipe 21 as a first exhaust pipe, An exhaust pipe that forms a heat receiving passage 22 with the inner pipe 21 and an outer pipe 23 as a second exhaust pipe are provided.
  • the upstream end of the inner pipe 21 is connected to the exhaust pipe 4, and a bypass passage 25 through which exhaust gas is introduced from the exhaust pipe 4 is formed inside the inner pipe 21.
  • the inner tube 21 is fixed to the outer tube 23 via a support member 24, and the downstream end of the outer tube 23 is connected to the tail pipe 19.
  • thermoelectric generator 17 includes a plurality of thermoelectric conversion modules 27 and a cylindrical cooling water pipe 28.
  • thermoelectric conversion module 27 has a temperature difference due to the Seebeck effect between a heat receiving substrate 29 made of insulating ceramics constituting the high temperature portion and a heat dissipation substrate 30 made of insulating ceramics constituting the low temperature portion.
  • a plurality of N-type thermoelectric conversion elements 31 and P-type thermoelectric conversion elements 32 that generate corresponding electromotive forces are installed, and the N-type thermoelectric conversion elements 31 and the P-type thermoelectric conversion elements 32 are alternately arranged via electrodes 33a and 33b. Connected in series. Adjacent thermoelectric conversion modules 27 are electrically connected via wiring 35.
  • thermoelectric conversion module 27 the heat receiving substrate 29 faces the outer tube 23 and contacts the outer tube 23, and the heat dissipation substrate 30 faces the cooling water tube 28 and contacts the cooling water tube 28. A plurality are installed in the exhaust direction.
  • thermoelectric conversion module 27 shown in FIG. 3 is simplified.
  • thermoelectric conversion module 27 supplies electric power to an auxiliary battery, which will be described later, via a cable 34 by performing thermoelectric power generation according to the temperature difference between the heat receiving substrate 29 and the heat radiating substrate 30.
  • thermoelectric conversion module 27 Since the thermoelectric conversion module 27 has a substantially square plate shape and needs to be in close contact between the outer tube 23 and the cooling water tube 28, the outer tube 23 and the cooling water tube 28 are formed in a polygonal shape. Yes.
  • the outer pipe 23 and the cooling water pipe 28 may be circular.
  • the heat receiving substrate 29 and the heat radiating substrate 30 of the thermoelectric conversion module 27 may be curved.
  • the cooling water pipe 28 includes a cooling water introduction part 28a connected to the upstream pipe 18a and a cooling water discharge part 28b connected to the downstream pipe 18b.
  • This cooling water pipe 28 has a cooling water introduction part 28a with respect to the cooling water discharge part 28b so that the cooling water W introduced into the cooling water pipe 28 from the cooling water introduction part 28a flows in the same direction as the exhaust direction of the exhaust gas G. Is provided upstream in the exhaust direction.
  • a plurality of communication holes 36 as communication portions are formed in the inner tube 21, and the communication holes 36 communicate the bypass passage 25 and the heat receiving passage 22.
  • the communication holes 36 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the inner tube 21.
  • the communication holes 36 are not limited to those formed at regular intervals.
  • the support member 24 has communication holes 24a formed at equal intervals in the circumferential direction of the support member 24, and the heat receiving passage 22 communicates with the tail pipe 19 through the communication holes 24a.
  • the communication holes 24a are not limited to those formed at regular intervals.
  • the inner pipe 21 is provided with an on-off valve 26.
  • the on-off valve 26 is provided at the downstream end of the inner pipe 21, and is rotatably attached to the outer pipe 23 so as to open and close the inner pipe 21. ing.
  • the on-off valve 26 is opened and closed by an actuator 37 (see FIG. 4) as an opening / closing control means.
  • the actuator 37 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 41, and the actuator 37 controls the opening / closing valve 26 based on an opening / closing signal from the ECU 41.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the ECU 41 includes an electronic control circuit including a CPU (Central Processing Unit) 42, a ROM (Read Only Memory) 43, a RAM (Random Access Memory) 44, an input / output interface 45, and the like.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 42 detects the operation state of the thermoelectric conversion module 27 based on the operation state diagnosis program stored in the ROM 43.
  • the ROM 43 stores an operating state diagnosis program, and the RAM 44 temporarily stores data and constitutes a work area.
  • the engine 1 is provided with an alternator 47 that charges an auxiliary battery 46 as a battery.
  • the alternator 47 is driven by the engine 1 to generate electric power.
  • the auxiliary battery 46 is charged.
  • the engine 1 is provided with a water temperature sensor 48.
  • the water temperature sensor 48 detects the temperature of the cooling water flowing through the engine 1 and outputs detection information to the ECU 41.
  • the water temperature sensor 48 may be provided in the heater pipe 13 or the like.
  • the exhaust pipe 4 is provided with a temperature sensor 54.
  • the temperature sensor 54 detects the temperature of the exhaust gas discharged to the exhaust pipe 4 and outputs detection information to the ECU 41.
  • the vehicle is provided with a vehicle speed sensor 49.
  • the vehicle speed sensor 49 is composed of, for example, a wheel speed sensor that detects the speed of the wheel of the vehicle, and outputs a detection signal to the ECU 41 by detecting the wheel speed. It is supposed to do.
  • the ECU 41 acquires the vehicle speed based on the detection signal from the vehicle speed sensor 49, and calculates the acceleration or deceleration of the vehicle based on the change in the vehicle speed per unit time.
  • the engine 1 is provided with a rotation speed sensor 50.
  • the rotation speed sensor 50 detects the rotation speed of the crankshaft of the engine 1, for example, and outputs a signal corresponding to the engine rotation speed to the ECU 41. It is supposed to be.
  • the cable 34 of the thermoelectric conversion module 27 is connected to the auxiliary battery 46 via the DCDC converter 51, and the DCDC converter 51 adjusts the direct current voltage output from the thermoelectric conversion module 27 to adjust the auxiliary battery 46. By applying the voltage to the auxiliary battery 46, the auxiliary battery 46 is charged.
  • the ECU 41 controls the opening / closing of the on-off valve 26 by driving the actuator 37 based on the engine speed output from the speed sensor 50.
  • the ECU 41 transmits a close signal to the actuator 37, and the actuator 37 moves the on-off valve 26 to the closed position as shown by a solid line in FIG. By doing so, the inner tube 21 is closed. At this time, the exhaust gas introduced into the inner pipe 21 is introduced into the heat receiving passage 22 through the communication hole 36.
  • the ECU 41 transmits an open signal to the actuator 37, and the actuator 37 moves the open / close valve 26 to the open position as shown by a broken line in FIG. 21 is released.
  • the thermoelectric power generation device 17 can prevent the exhaust gas from increasing in back pressure and prevent the exhaust performance from deteriorating.
  • the auxiliary battery 46 is provided with a voltage sensor 52, which detects the voltage of the auxiliary battery 46 and corresponds to the voltage value of the auxiliary battery 46. A detection signal is output to the ECU 41.
  • the ECU 41 detects the operating state of the thermoelectric conversion module 27 based on the change in the electrical characteristic value of the auxiliary battery 46 when the amount of exhaust gas transmitted to the heat receiving substrate 29, that is, the amount of heat of the exhaust gas is varied.
  • the operation state detection process is performed, and the operation state detection means is configured together with the voltage sensor 52.
  • the ECU 41 outputs an abnormal signal to the warning lamp 53 when a malfunction of the thermoelectric conversion module 27 occurs.
  • the warning lamp 53 receives an abnormal signal from the ECU 41, the warning lamp 53 is lit or blinked to warn the driver.
  • the voltage value of auxiliary battery 46 constitutes an electrical characteristic value. Further, the warning lamp 53 may warn by a sound such as a buzzer or a voice.
  • cooling water is returned to the engine 1 through the bypass pipe 12 without passing through the radiator 7, whereby the warm-up operation is performed.
  • the ECU 41 When the engine 1 is cold started, for example, since the engine 1 is idling and the pressure of the exhaust gas is low, the ECU 41 outputs a close signal to the actuator 37 to close the on-off valve 26.
  • the exhaust gas introduced from the exhaust pipe 4 into the bypass passage 25 of the inner pipe 21 is introduced into the heat receiving passage 22, and the cooling water flowing through the cooling water pipe 28 is heated by the exhaust gas passing through the heat receiving passage 22,
  • the engine 1 is warmed up. Further, in the low / medium rotation range of the engine 1 after the engine 1 has been warmed up, the ECU 41 outputs a close signal to the actuator 37, so that the on-off valve 26 is closed.
  • thermoelectric conversion module 27 Since the exhaust gas introduced from the exhaust pipe 4 into the bypass passage 25 of the inner pipe 21 is introduced into the heat receiving passage 22, the thermal energy of the exhaust gas is efficiently converted into electric energy by the thermoelectric conversion module 27.
  • the ECU 41 outputs an open signal to the actuator 37 and releases the on-off valve 26.
  • the on-off valve 26 is released in the high rotation range of the engine 1, the back pressure of the exhaust gas flowing through the bypass passage 25 does not increase, and the exhaust performance of the exhaust gas can be prevented from deteriorating. it can.
  • thermoelectric conversion module 27 Next, the operation state diagnosis process of the thermoelectric conversion module 27 will be described based on the flowchart shown in FIG. Note that the flowchart of the operation state diagnosis program shown in FIG. 5 is an operation state diagnosis program stored in the ROM 43, and this operation state diagnosis program is executed by the CPU 42.
  • the operating state diagnosis program includes an operating state detection process.
  • the CPU 42 determines whether or not the voltage of the auxiliary battery 46 is equal to or higher than the minimum level value based on the detection signal from the voltage sensor 52 (step S1). If the CPU 42 determines that the voltage of the auxiliary battery 46 is less than the minimum level value, the CPU 42 determines that the battery of the auxiliary battery 46 is likely to run out, and does not execute the operating state detection process this time. The process ends. If the CPU 42 determines that the voltage of the auxiliary battery 46 is equal to or higher than the minimum level value, the CPU 42 determines whether or not the vehicle is in steady running based on detection information from the vehicle speed sensor 49 (step S2).
  • the CPU 42 determines that the vehicle is accelerating or decelerating, the CPU 42 determines that the voltage of the auxiliary battery 46 is unstable, and performs the current process without executing the operating state detection process. finish. If the CPU 42 determines that the vehicle is in steady running, the CPU 42 determines that the voltage of the auxiliary battery 46 is in a stable state and determines the temperature of the exhaust gas based on detection information from the temperature sensor 54. Is determined to be equal to or higher than a predetermined temperature (step S3).
  • the CPU 42 determines that the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined temperature, the CPU 42 ends the current process without executing the operation state detection process. That is, when the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the exhaust gas transmitted to the heat receiving substrate 29 of the thermoelectric generator 17 is low, that is, the amount of heat of the exhaust gas is small and the power generation amount of the thermoelectric generator 17 is low.
  • thermoelectric conversion module 27 cannot be accurately determined.
  • the CPU 42 does not perform the operation state detection process of the thermoelectric conversion module 27.
  • the CPU 42 determines whether or not the water temperature is lower than the predetermined temperature based on the detection information from the water temperature sensor 48 (step S4).
  • the CPU 42 determines that the temperature of the water temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the CPU 42 determines that the cooling water temperature supplied to the engine 1 is high and the engine 1 is likely to be overheated. The current process is terminated without performing the state detection process.
  • the CPU 42 determines that the temperature of the cooling water is lower than the predetermined temperature, the CPU 42 stops power generation by the alternator 47 (step S5), and then outputs an open signal to the actuator 37 to force the on-off valve 26. The valve is opened automatically (step S6).
  • the exhaust gas introduced from the exhaust pipe 4 to the inner pipe 21 is not introduced into the heat receiving passage 22 but is discharged to the tail pipe 19 through the inner pipe 21.
  • the CPU 42 monitors the voltage of the auxiliary battery 46 for a predetermined time indicated by B in FIG. 6 based on the detection information from the voltage sensor 52 (step S7), and outputs a close signal to the actuator 37 after the predetermined time has elapsed. By doing so, the on-off valve 26 is forcibly closed (step S8).
  • thermoelectric conversion module 27 power generation by the thermoelectric conversion module 27 is performed.
  • the CPU 42 forcibly closes the on-off valve 26 and forcibly closes the on-off valve 26 from a state where the exhaust gas is not introduced into the heat receiving passage 22, and exhausts the exhaust gas into the heat receiving passage 22.
  • the amount of exhaust gas transmitted to the heat receiving substrate 29 of the thermoelectric conversion module 27, that is, the amount of heat of the exhaust gas is varied.
  • the CPU 42 stores in the RAM 44 the voltage value of the battery at the time when the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state based on the detection information from the voltage sensor 52, and uses the voltage value of the auxiliary battery 46 as a threshold value. Set (step S9).
  • the CPU 42 determines whether or not the monitored battery voltage value is equal to or greater than the threshold value stored in the RAM 44 after the on-off valve 26 is shifted from the open state to the closed state ( Step S10).
  • This determination period is a fixed time indicated by A in FIG. 6, and the battery voltage value and the threshold value stored in the RAM 44 are compared a plurality of times during this fixed time.
  • thermoelectric conversion module 27 When the CPU 42 determines that the voltage value of the auxiliary battery 46 is equal to or greater than the threshold value, the thermoelectric conversion module 27 operates normally and is compensated by power generation by the thermoelectric conversion module 27 as shown by a solid line in FIG. It is determined that the charging state of the machine battery 46 is normal, and the current process is terminated.
  • the CPU 42 determines that the voltage value of the auxiliary battery 46 is less than the threshold value, the CPU 42 has a failure of the thermoelectric conversion module 27 due to the disconnection of the cable 34 or the wiring 35, or the N-type thermoelectric conversion element 31 or the P-type. It is determined that a malfunction of the thermoelectric conversion module 27 occurs due to deterioration of the thermoelectric conversion element 32 and the charge state of the auxiliary battery 46 due to power generation by the thermoelectric conversion module 27 is abnormal as indicated by a broken line in FIG.
  • thermoelectric conversion module 27 If the CPU 42 determines that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning, it outputs an abnormal signal to the warning lamp 53 (step S11), and ends the current process.
  • steps S5 to S11 correspond to the operating state detection process.
  • thermoelectric power generation device 17 is provided with the inner pipe 21 in which the bypass passage 25 into which the exhaust gas discharged from the engine 1 is introduced, and the inner pipe 21 are provided coaxially.
  • the heat receiving passage 22 into which the exhaust gas is introduced together with the heat receiving substrate 21 is formed, and the outer tube 23 facing the heat receiving substrate 29 of the thermoelectric conversion module 27 and the inner tube 21 are connected to communicate the bypass passage 25 and the heat receiving passage 22.
  • a hole 36, an opening / closing valve 26 that opens and closes the inner tube 21, and an actuator 37 that controls opening / closing of the opening / closing valve 26 are provided in the outer tube 23.
  • the CPU 42 drives the actuator 37 to control opening and closing of the on-off valve 26, thereby switching the exhaust gas exhaust path to the bypass path 25 and the heat receiving path 22, thereby varying the amount of exhaust gas flowing through the heat receiving path 22.
  • the amount of heat transmitted to the heat receiving substrate 29 of the thermoelectric conversion module 27 is varied, the voltage value of the auxiliary battery 46 output from the thermoelectric conversion module 27 is monitored, and the operating state of the thermoelectric conversion module 27 is detected. .
  • the operating state detecting means can be constituted by the ECU 41 and the voltage sensor 52, and the operating state detecting means can be simplified, so that a failure or deterioration of the thermoelectric conversion module 27 is performed based on the voltage value of the auxiliary battery 46. It can be judged with high accuracy.
  • the CPU 42 of the present embodiment detects the operating state of the thermoelectric conversion module 27 based on the change in the voltage value of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state.
  • the voltage value of the auxiliary battery 46 does not increase after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state, it can be detected that a failure or deterioration of the thermoelectric conversion module 27 has occurred.
  • the CPU 42 of the present embodiment compares the voltage value of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state with a threshold value, and the voltage value of the auxiliary battery 46 is less than the threshold value. Furthermore, it is determined that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning.
  • the operation failure of the thermoelectric conversion module 27 can be accurately detected based on the voltage value of the auxiliary battery 46. Can be judged.
  • step S5 the ECU 41 according to the present embodiment proceeds to step S5 and detects the operation state from step S5 to step S11 on condition that the vehicle is in steady running or the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined temperature. Processing is in progress.
  • thermoelectric conversion is performed by performing the operation state detection process during steady running of the vehicle in which the voltage of the auxiliary battery 46 is stable or when the exhaust gas temperature at which the thermoelectric conversion module 27 generates a large amount of power is high.
  • the detection accuracy of the operating state of the module 27 can be improved.
  • the ECU 41 of the present embodiment stops power generation other than the thermoelectric conversion module 27 during the operation state detection process, and changes in the voltage value of the auxiliary battery 46 that stores the electric power generated by the thermoelectric conversion module 27. Based on the above, a change in the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 is detected.
  • thermoelectric conversion module 27 only the electric power from the thermoelectric conversion module 27 can be stored in the auxiliary battery 46, and the operating state of the thermoelectric conversion module 27 can be reliably detected based on the change in the electrical characteristic value of the auxiliary battery 46. . Therefore, the operation state of the thermoelectric conversion module 27 can be detected without using a plurality of sensors as in the conventional case, and the configuration of the operation state detection means can be simplified.
  • thermoelectric generator 17 is applied to a hybrid vehicle that includes an internal combustion engine and an electric motor and has a high-voltage battery that stores electric power of the electric motor.
  • the process of step S5 is a process of stopping charging the auxiliary battery 46 by the high voltage battery.
  • the CPU 42 of the present embodiment sets the voltage value of the battery at the time when the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state based on the detection information from the voltage sensor 52 as a threshold value, and the voltage of the auxiliary battery 46 When the voltage value of the auxiliary battery 46 is less than the threshold value by comparing the value with the threshold value, it is determined that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning.
  • the present invention is not limited to this.
  • a map in which a change in the voltage value of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state when the thermoelectric conversion module 27 is normal is created with respect to the voltage value of the auxiliary battery 46.
  • the change in voltage value may be used as a threshold value.
  • the CPU 42 compares the voltage value of the auxiliary battery 46 input from the voltage sensor 52 and the threshold value after switching the open / close valve 26 from the open state to the closed state, and the voltage value of the auxiliary battery 46 becomes less than the threshold value. In this case, it can be determined that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning. Further, a map is created in which the voltage value of the auxiliary battery 46 is associated with the change in the voltage value of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state when the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning. The change in voltage value may be used as a threshold value.
  • the CPU 42 compares the voltage value of the auxiliary battery 46 input from the voltage sensor 52 and the threshold value after switching the open / close valve 26 from the open state to the closed state, and the voltage value of the auxiliary battery 46 becomes equal to or higher than the threshold value. In this case, it can be determined that the thermoelectric conversion module 27 is normal. Further, in the present embodiment, the CPU 42 detects the operating state of the thermoelectric conversion module 27 based on the voltage value of the auxiliary battery 46, but the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 may be directly detected.
  • the CPU 42 sets an arbitrary threshold when the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state, and determines that the thermoelectric conversion module 27 is operating normally when the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 is equal to or greater than the threshold.
  • the threshold value is set to zero.
  • the threshold value and the voltage value of the auxiliary battery 46 are compared. However, the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state without providing the threshold value. You may detect the malfunction of the thermoelectric conversion module 27 based on the variation
  • the CPU 42 detects a change in the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 from the time when the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state, and the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 tends to increase. In this case, it may be determined that the thermoelectric conversion module 27 is operating normally, and if the voltage value of the thermoelectric conversion module 27 tends to decrease, it may be determined that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a second embodiment of the thermoelectric generator according to the present invention. Since the hardware configuration is the same as that of the first embodiment, the hardware configuration is the same as the first embodiment. This will be described with reference to the drawings of the embodiment.
  • the present embodiment is characterized in that the CPU 42 detects the operation state of the thermoelectric conversion module 27 based on the change of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the closed state to the open state.
  • the CPU 42 closes the on-off valve 26 by outputting a close signal to the actuator 37 after stopping the power generation of the alternator 47 in step S5 of FIG. 7 (step S16).
  • the exhaust gas introduced into the inner pipe 21 from the exhaust pipe 4 is introduced into the heat receiving passage 22 through the communication hole 36, and the amount of heat of the exhaust gas transmitted to the heat dissipation substrate 30 of the thermoelectric conversion module 27 increases.
  • the CPU 42 stores the voltage value of the battery when the on-off valve 26 is switched from the open state to the closed state in the RAM 44, and sets a threshold value based on the voltage value of the auxiliary battery 46 (step S17).
  • the CPU 42 monitors the voltage of the auxiliary battery 46 for a certain time indicated by B1 in FIG. 8 based on the detection information from the voltage sensor 52 (step S18), and outputs an open signal to the actuator 37 after the lapse of the certain time. By doing so, the on-off valve 26 is forcibly opened (step S19). Therefore, the exhaust gas introduced from the exhaust pipe 4 into the inner pipe 21 is discharged from the inner pipe 21 to the tail pipe 19 without being introduced into the heat receiving passage 22.
  • the CPU 42 determines whether or not the monitored battery voltage value is equal to or greater than the threshold value stored in the RAM 44 (step S20). This determination period is a fixed time indicated by A1 in FIG. 8, and during this fixed time A, the battery voltage value is compared with the threshold value stored in the RAM 44 a plurality of times.
  • thermoelectric conversion module 27 when the thermoelectric conversion module 27 operates normally, the voltage value of the auxiliary battery 46 increases as indicated by a solid line during B1 of FIG. 8, and the voltage value of the auxiliary battery 46 increases during A1. Decrease.
  • step S20 the CPU 42 compares the battery voltage value with the threshold value stored in the RAM 44 during A1, and if it is determined that the battery voltage value is equal to or greater than the threshold value, the thermoelectric conversion module 27 is normal. It is determined that there is, and this process is terminated.
  • thermoelectric conversion module 27 fails or deteriorates, the voltage value of the auxiliary battery 46 decreases as indicated by the broken line during B1 in FIG. 8, and the voltage value of the auxiliary battery 46 decreases during A1. It continues to decrease further.
  • step S20 the CPU 42 compares the battery voltage value with the threshold value stored in the RAM 44 during A1, and determines that the thermoelectric conversion module 27 is malfunctioning if the battery voltage value is less than the threshold value. Then, an abnormal signal is output to the warning lamp 53 (step S21), and the current process is terminated.
  • the CPU 42 of the present embodiment detects the operating state of the thermoelectric conversion module 27 based on the change in the voltage value of the auxiliary battery 46 after the on-off valve 26 is switched from the closed state to the open state.
  • the voltage value of the auxiliary battery 46 does not increase after the on-off valve 26 is switched from the closed state to the open state, it can be detected that the thermoelectric conversion module 27 has failed or deteriorated.
  • thermoelectric power generation device 17 of each of the above embodiments switches the exhaust gas flow path between the bypass passage 25 and the heat receiving passage 22, thereby reducing the amount of heat of the exhaust gas transmitted to the heat receiving substrate 29 of the thermoelectric power generation device 17.
  • it is variable, it is not limited to this.
  • the inner pipe 21 and the on-off valve 26 are eliminated, exhaust gas is introduced into the outer pipe 23, and fuel that is supplied to the cylinders of the engine 1 is cut, so-called fuel cut is performed.
  • the temperature of the exhaust gas introduced into the pipe 23 may be lowered, and the amount of heat of the exhaust gas may be varied during fuel combustion and fuel cut.
  • the operating state detection process is performed by varying the amount of heat of the exhaust gas.
  • the present invention is not limited to this.
  • the operating state detection process may be performed by varying the amount of cooling water transmitted to the heat dissipation board 30 which is a low temperature part.
  • bypass pipe 61 that communicates the upstream pipe 18a and the downstream pipe 18b and the upstream pipe 18a are provided, and the path through which the cooling water flows is bypassed from the downstream pipe 18b.
  • a switching valve 62 that switches to either the pipe 61 is provided.
  • the CPU 42 outputs a switching signal to the switching valve 62 to switch the cooling water supply path between the cooling water pipe 28 and the downstream pipe 18b, whereby the amount of cooling water transmitted to the heat dissipation board 30 of the thermoelectric conversion module 27, That is, the operating state of the thermoelectric conversion module 27 is detected based on the change in the electrical characteristic value of the thermoelectric conversion module when the amount of heat of the cooling water is varied.
  • thermoelectric conversion module 27 can be determined with high accuracy based on the voltage value of the auxiliary battery 46.
  • the voltage value of the auxiliary battery 46 is detected by the voltage sensor 52 as the electrical characteristic value.
  • a sensor for detecting the current and power of the auxiliary battery 46 is provided to A current value or a power value may be detected as the characteristic value.
  • thermoelectric power generation device can detect the operation state of the thermoelectric conversion module with a simple configuration, and can improve the detection accuracy of the operation state of the thermoelectric conversion module. It has an effect and is useful as a thermoelectric power generation device that detects an operating state of a thermoelectric conversion module that performs thermoelectric power generation based on a temperature difference between a high temperature part and a low temperature part.
  • Thermoelectric generator 21 Inner pipe (exhaust pipe, first exhaust pipe) 22 heat receiving passage 23 outer pipe (exhaust pipe, second exhaust pipe) 25 Bypass passage 26 On-off valve 27 Thermoelectric conversion module 28 Cooling water pipe 29 Heat receiving substrate (high temperature part) 30 Heat dissipation substrate (low temperature part) 36 Communication hole (communication part) 37 Actuator (open / close control means) 41 ECU (Operating state detection means) 46 Auxiliary battery 52 Voltage sensor (operation state detection means)

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Abstract

【課題】簡素な構成によって熱電変換モジュールの作動状態を検知することができるようにして、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができる熱電発電装置を提供すること。熱電発電装置１７は、エンジン１から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路２５が形成された内管２１と、内管２１と同軸上に設けられ、内管２１と共に排気ガスが導入される受熱通路２２を形成し、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９が対向する外管２３と、内管２１に設けられ、バイパス通路２５と受熱通路２２とを連通する連通孔３６と、内管２１に設けられ、内管２１を開閉する開閉弁２６と、開閉弁２６を開閉制御するアクチュエータ３７とを含んで構成される。

Description

熱電発電装置
　本発明は、熱電発電装置に関し、特に、高温部と低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う熱電変換モジュールの作動状態を検知する熱電発電装置に関する。
　従来、自動車等の車両の内燃機関から排出される排気ガス等には、熱エネルギーが含まれているため、排気ガスをそのまま捨てると熱エネルギーの無駄となる。そこで、排気ガスに含まれる熱エネルギーを熱電発電装置によって回収して電気エネルギーに変換し、例えば、バッテリに充電するようにしている。
　従来のこの種の熱電発電装置としては、内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管に熱電変換モジュールの高温部を対向させるとともに、熱電変換モジュールの低温部を冷却水が流通する冷却水管に対向させたものが知られている。
　この熱電変換モジュールは、半導体等の熱電変換素子、電極、高温部となる受熱基板および低温部となる放熱基板等を含んで構成されており、ゼーベック効果を利用して高温の排気ガスと低温の冷却水とにより、熱電変換モジュールの高温部と低温部との間に温度差を生じさせて発電を行うようになっている。
　ところで、この熱電発電装置にあっては、熱電変換モジュールの故障、劣化等が発生すると、電力を回収することが困難となるため、熱電変換モジュールの故障の有無を判断する必要がある。
　従来、熱電変換モジュールの故障の有無を判断するものとしては、例えば、特許文献１に記載された熱電変換モジュールの診断を実行する診断装置が知られている。
　この診断装置は、熱電変換モジュールで生成される電力を実測する測定手段と、温度センサ、吸気量センサ、外気温センサおよび車速センサ等で測定された各測定値を示す信号に基づいて所定の演算を実行することで、熱電変換モジュールで生成される電力を推定する推定手段と、熱抵抗成分が実測される電力に与える電力測定誤差を、推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する確定手段とを備えている。
　そして、診断装置は、実測された電力が電力の正常範囲に含まれない場合に、表示部または音声出力部を介して熱電変換モジュールが故障していることを警告するようになっている。
特開２００８－２２３５０４号公報
　しかしながら、このような従来の診断装置にあっては、推定手段が、温度センサ、吸気量センサ、外気温センサおよび車速センサ等の複数のセンサによって測定された各測定値を示す信号に基づいて、熱電変換モジュールで生成される電力を推定しているので、熱電変換モジュールの電力を推定するためのパラメータが多くなってしまう。このため、診断装置の構成が複雑となる上に、複数のパラメータが絡み合って推定精度が十分とならずに誤判定が発生する可能性がある。
　本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、簡素な構成によって熱電変換モジュールの作動状態を検知することができるようにして、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができる熱電発電装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る熱電発電装置は、上記目的を達成するため、高温部および低温部との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールを備えた熱電発電装置であって、前記高温部または前記低温部のいずれか一方に伝達される熱量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知する作動状態検知処理を実施する作動状態検知手段を備えたものから構成されている。
　この熱電発電装置にあっては、熱電変換モジュールの高温部または低温部に伝達される熱量に応じて熱電変換モジュールから出力される電気的特性値が変化する。このため、作動状態検知手段は、熱電変換モジュールの高温部または低温部に伝達される熱量を可変させて熱電変換モジュールから出力される電気的特性値（例えば、電圧）をモニタすることにより、熱電変換モジュールの作動状態を検知する。
　このようにすれば、作動状態検知手段の構成を簡素化して、熱電変換モジュールから出力される電気的特性値に基づいて熱電変換モジュールの故障または劣化等を高精度に判断することができる。
　好ましくは、前記高温部は、内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管に対向して設けられ、前記作動状態検知手段は、前記排気管を流れる排気ガス量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知するように構成してもよい。
　この熱電発電装置は、作動状態検知手段が、内燃機関から排出された排気ガス量を可変させたときの熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、熱電変換モジュールの作動状態を検知するので、熱電発電装置を車両に適用した場合に、作動状態検知手段の構成を簡素化して、熱電変換モジュールから出力される電気的特性値に基づいて熱電変換モジュールの故障または劣化等を高精度に判断することができる。
　好ましくは、前記排気管が、内燃機関から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路が形成された第１の排気管と、前記第１の排気管と同軸上に設けられ、前記第１の排気管と共に排気ガスが導入される受熱通路を形成し、前記熱電変換モジュールの高温部が対向する第２の排気管と、前記バイパス通路と前記受熱通路とを連通する連通部とを含んで構成され、前記第１の排気管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを設け、前記作動状態検知手段が、前記開閉制御手段を駆動して前記開閉弁を開閉制御して排気ガスの排気経路を前記バイパス通路と前記受熱通路とに切換えることにより、前記受熱通路を流れる排気ガス量を可変させるようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、例えば、作動状態検知手段が開閉制御手段を駆動して開閉弁を解放すると、内燃機関から排出された排気ガスがバイパス管を通して外部に排出されて受熱通路に排気ガスが導入されなくなる。
　また、例えば、作動状態検知手段が開閉制御手段を駆動して開閉弁を閉塞すると、内燃機関から排出された排気ガスが連通部を通してバイパス管から受熱通路に導入されて熱電発電装置の高温部に排気ガスの熱が伝達される。
　作動状態検知手段は、例えば、開閉弁を開状態から閉状態に切換えて、受熱通路に導入される排気ガス量を可変させて熱電発電装置に伝達される熱量を可変させることにより、熱電変換モジュールの電気的特性値の変化をモニタすれば、熱電変換モジュールの作動状態を検知することができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換え後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知するようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、開閉弁を開状態から閉状態に切換えると、受熱通路に導入される排気ガス量が可変し、熱電変換モジュールの故障または劣化等が発生していない場合には、熱電変換モジュールに伝達される排気ガスの熱によって熱電変換モジュールの発電量が増加することから、熱電変換モジュールの電気的特性値が増加することになる。
　したがって、作動状態検知手段は、開閉弁を開状態から閉状態に切換え後に熱電変換モジュールの電気的特性値が増加しない場合には、熱電変換モジュールの故障または劣化等が発生したことを検知することができる。
　このように作動状態検知手段が、開閉弁を開状態から閉状態に切換えて受熱通路に導入される排気ガス量を可変させることにより、熱電変換モジュールに伝達される熱量を可変させたときの熱電変換モジュールの電気的特性値の変化をモニタすることにより、熱電変換モジュールの故障または劣化等を検知することができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、前記電気的特性値が前記閾値未満の場合に、前記熱電変換モジュールの作動不良と判断するようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後に熱電変換モジュールが正常作動であれば、熱電変換モジュールの電気的特性値が増加する。
　このため、作動状態検知手段は、開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、電気的特性値が閾値未満の場合に、熱電変換モジュールの故障または劣化等の作動不良と判断することができる。
　したがって、作動状態検知手段の構成を簡素化して、熱電変換モジュールから出力される電気的特性値に基づいて熱電変換モジュールの作動不良を高精度に判断することができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、前記電気的特性値が前記閾値以上の場合に、前記熱電変換モジュールが正常作動と判断するものから構成されてもよい。
　この熱電発電装置は、開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後に熱電変換モジュールが正常作動であれば、熱電変換モジュールの電気的特性値が増加する。
　このため、作動状態検知手段は、開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、電気的特性値が閾値以上の場合に、熱電変換モジュールの正常作動と判断することができる。
　したがって、作動状態検知手段の構成を簡素化して、熱電変換モジュールから出力される電気的特性値に基づいて熱電変換モジュールの作動不良を高精度に判断することができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、前記作動状態検知処理の実施中に前記熱電変換モジュール以外の発電を中止し、前記熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電圧値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知するようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、作動状態検知処理の実施中に熱電変換モジュール以外の発電を中止し、熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電圧値の変化に基づいて、熱電変換モジュールの作動状態を検知するので、熱電変換モジュールからの電力のみをバッテリに蓄電して、バッテリの電気的特性値の変化に基づいて熱電変換モジュールの作動状態を確実に検知することができる。
　このため、従来のように複数のセンサを用いずに熱電変換モジュールの作動状態を検知することができ、作動状態検知手段の構成を簡素化することができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、排気ガスの温度が所定温度以上であるを条件として、前記作動状態検知処理を実施するようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、排気ガス温度の低温時には熱電変換モジュールに伝達される熱量が低いことから熱電変換モジュールの発電量が低下するのに対して、熱電変換モジュールの発電量が大きい排気ガス温度が高温の場合に、作動状態検知処理を実施することによって、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができる。
　好ましくは、前記作動状態検知手段は、車両が定常走行であることを条件として、前記作動状態検知処理を実施するようにしてもよい。
　この熱電発電装置は、車両の加減速時等ように定常走行でない場合には、バッテリの電圧値の変動が大きくバッテリの電圧値が不安定となるのに対して、バッテリの電圧値が安定した車両の定常走行時に、作動状態検知処理を実施することによって、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができる。
　好ましくは、前記低温部が、内燃機関を冷却する冷却水が流通する冷却水管に対向して設けられ、前記作動状態検知手段が、前記冷却水管を流れる冷却水量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知するものから構成されてもよい。
　この熱電発電装置は、作動状態検知手段が、内燃機関を冷却する冷却水量を可変させたときの熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、熱電変換モジュールの作動状態を検知するので、熱電発電装置を車両に適用した場合に、作動状態検知手段の構成を簡素化して、熱電変換モジュールから出力される電気的特性値に基づいて熱電変換モジュールの故障または劣化等を高精度に判断することができる。
　本発明によれば、簡素な構成によって熱電変換モジュールの作動状態を検知することができるようにして、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができる熱電発電装置を提供することができる。
本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、熱電発電装置を備える車両の概略構成図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、熱電発電装置の側面断面図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、熱電変換モジュールの斜視図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、車両のシステム構成図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、作動状態検知プログラムのフローチャートを示す図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図であり、作動状態検知処理の実施中のバッテリの電圧値の変化を示す図である。 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、作動状態検知プログラムのフローチャートを示す図である。 本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、作動状態検知処理の実施中のバッテリの電圧値の変化を示す図である。 本発明に係る熱電発電装置の第１、２の実施の形態を示す図であり、冷却水の供給経路が異なる熱電発電装置を備える車両の概略構成図である。
　以下、本発明に係る熱電発電装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、熱電発電装置を、自動車等の車両に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
　図１～図６は、本発明に係る熱電発電装置の第１の実施の形態を示す図である。
　まず、構成を説明する。
　図１に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気燃焼室に供給して燃焼させた後、この燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。
　排気系は、エンジン１に取付けられたエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して連結された排気管４とを含んで構成されており、エキゾーストマニホールド２と排気管４とによって排気通路が形成されている。
　球面継手３は、エキゾーストマニホールド２と排気管４との適度な揺動を許容するとともに、エンジン１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するように機能する。
　排気管４上には、２つの触媒５、６が直列に設置されており、この触媒５、６により排気ガスが浄化されるようになっている。
　この触媒５、６のうち、排気管４において排気ガスの排気方向の上流側に設置される触媒５は、所謂、スタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるものであり、排気管４において排気ガスの排気方向の下流側に設置される触媒６は、所謂、メインキャタリスタ（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスタ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるものである。
　これらの触媒５、６は、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。
　エンジン１の内部には、ウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットにはロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷却液（以下、単に冷却水と言う）が充填されている。
　この冷却水は、エンジン１に取付けられた導出管８から導出された後、ラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水の還流管９を経てエンジン１に戻されるようになっている。
　ラジエータ７は、ウォータポンプ１０によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。
　また、還流管９にはバイパス管１２が連結されており、このバイパス管１２と還流管９との間にはサーモスタット１１が介装され、このサーモスタット１１によって、ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス管１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
　例えば、エンジン１の暖機運転時においてはバイパス管１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。
　バイパス管１２にはヒータ配管１３が連結されており、このヒータ配管１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。
　このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室内に導入されるようになっている。なお、ヒータコア１４とブロアファン１５とによりヒータユニット１６が構成されている。
　また、ヒータ配管１３には後述する熱電発電装置１７に冷却水を供給する上流側配管１８ａが設けられており、熱電発電装置１７と還流管９との間には熱電発電装置１７から還流管９に冷却水を排出する下流側配管１８ｂが設けられている。
　このため、熱電発電装置１７において排熱回収動作（この排熱回収動作の詳細については後述する）が行われている場合には、下流側配管１８ｂを流れる冷却水は、上流側配管１８ａを流れる冷却水の温度よりも高くなる。
　一方、エンジン１の排気系には、熱電発電装置１７が設けられており、この熱電発電装置１７は、エンジン１から排出される排気ガスの熱を回収し、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。
　図２に示すように、熱電発電装置１７は、エンジン１から排出された排気ガスが導入される排気管および第１の排気管としての内管２１と、内管２１の外方に設けられ、内管２１との間で受熱通路２２を形成する排気管および第２の排気管としての外管２３とを備えている。
　内管２１の上流端は、排気管４に連結されており、内管２１の内部には排気管４から排気ガスが導入されるバイパス通路２５が形成されている。内管２１は、支持部材２４を介して外管２３に固定されており、外管２３の下流端は、テールパイプ１９に連結されている。
　このため、エンジン１から排気管４を通して内管２１のバイパス通路２５に排出された排気ガスＧは、バイパス通路２５を通してテールパイプ１９に排出された後、テールパイプ１９から外気に排出される。
　また、熱電発電装置１７は、複数の熱電変換モジュール２７と筒状の冷却水管２８とを備えている。
　図３に示すように、熱電変換モジュール２７は、高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板２９と、低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板３０との間に、ゼーベック効果により温度差に応じた起電力を発生するＮ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が電極３３ａ、３３ｂを介して交互に直列に接続されている。また、隣接する熱電変換モジュール２７は、配線３５を介して電気的に連結されている。
　この熱電変換モジュール２７は、受熱基板２９が外管２３に対向して外管２３に接触するとともに、放熱基板３０が冷却水管２８に対向して冷却水管２８に接触しており、排気ガスＧの排気方向に複数個設置されている。なお、図１では、図３に示す熱電変換モジュール２７を簡略化している。
　そして、熱電変換モジュール２７は、受熱基板２９と放熱基板３０との温度差に応じて熱電発電を行うことにより、ケーブル３４を介して後述する補機バッテリに電力を供給するようになっている。
　なお、熱電変換モジュール２７は、略正方形のプレート形状をしており、外管２３および冷却水管２８の間に密着させる必要があるため、外管２３および冷却水管２８は、多角形に形成されている。
　また、外管２３および冷却水管２８は、円形であってもよい。この場合には、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９および放熱基板３０等を湾曲させるようにすればよい。
　冷却水管２８は、上流側配管１８ａに連結される冷却水導入部２８ａおよび下流側配管１８ｂに連結される冷却水排出部２８ｂを備えている。
　この冷却水管２８は、冷却水導入部２８ａから冷却水管２８に導入された冷却水Ｗが排気ガスＧの排気方向と同方向に流れるように、冷却水排出部２８ｂに対して冷却水導入部２８ａが排気方向上流側に設けられている。
　一方、内管２１には連通部としての複数の連通孔３６が形成されており、この連通孔３６は、バイパス通路２５と受熱通路２２とを連通している。この連通孔３６は、内管２１の円周方向に等間隔に形成されている。なお、連通孔３６は、等間隔に形成されるものに限定されない。
　また、支持部材２４には支持部材２４の円周方向に亘って等間隔に連通孔２４ａが形成されており、受熱通路２２は、連通孔２４ａを通してテールパイプ１９に連通している。なお、連通孔２４ａは、等間隔に形成されるものに限定されない。
　また、内管２１には開閉弁２６が設けられており、この開閉弁２６は、内管２１の下流端に設けられ、内管２１を開閉するように外管２３に回動自在に取付けられている。この開閉弁２６は、開閉制御手段としてのアクチュエータ３７（図４参照）によって開閉される。
　図４に示すように、アクチュエータ３７は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）４１によって制御されるようになっており、アクチュエータ３７は、ＥＣＵ４１からの開閉信号に基づいて開閉弁２６を開閉制御する。
　ＥＣＵ４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）４２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）４３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）４４および入出力インターフェース４５等を含んだ電子制御回路から構成されている。
　ＣＰＵ４２は、ＲＯＭ４３に格納された作動状態診断プログラムに基づいて熱電変換モジュール２７の作動状態を検知するようになっている。ＲＯＭ４３には、作動状態診断プログラムが記憶されており、ＲＡＭ４４は、データの一時的な記憶を行ったり、ワークエリアを構成している。
　一方、図１、図４に示すように、エンジン１にはバッテリとしての補機バッテリ４６の充電を行うオルタネータ４７が設けられており、オルタネータ４７は、エンジン１によって駆動されて発電を行うことにより、補機バッテリ４６に充電するようになっている。
　また、エンジン１には水温センサ４８が設けられており、この水温センサ４８は、エンジン１を流れる冷却水温を検知してＥＣＵ４１に検知情報を出力するようになっている。なお、水温センサ４８は、ヒータ配管１３等に設けられてもよい。
　また、排気管４には温度センサ５４が設けられており、この温度センサ５４は、排気管４に排出される排気ガスの温度を検知してＥＣＵ４１に検知情報を出力するようになっている。
　また、車両には車速センサ４９が設けられており、この車速センサ４９は、例えば、車両の車輪の速度を検知する車輪速センサから構成され、車輪速を検知することにより検知信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
　ＥＣＵ４１は、車速センサ４９からの検知信号に基づいて車速を取得するとともに、単位時間当たりの車速の変化に基づいて車両の加速度または減速度を算出するようになっている。
　また、エンジン１には回転数センサ５０が設けられており、この回転数センサ５０は、例えば、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検知することにより、エンジン回転数に応じた信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
　また、熱電変換モジュール２７のケーブル３４は、ＤＣＤＣコンバータ５１を介して補機バッテリ４６に接続されており、ＤＣＤＣコンバータ５１は、熱電変換モジュール２７から出力された直流電圧を調整して補機バッテリ４６に印加することにより、補機バッテリ４６を充電するようになっている。
　また、本実施の形態のＥＣＵ４１は、回転数センサ５０から出力されたエンジン回転数に基づいてアクチュエータ３７を駆動することにより、開閉弁２６の開閉制御を行うようになっている。
　具体的には、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数が低・中回転域にあるときには、アクチュエータ３７に閉信号を送信すると、アクチュエータ３７が開閉弁２６を図２に実線で示すように、閉位置に移動させることにより内管２１を閉塞させる。
　このとき、内管２１に導入された排気ガスが連通孔３６を通して受熱通路２２に導入される。
　また、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数が高回転域にあるときには、アクチュエータ３７に開信号を送信すると、アクチュエータ３７が開閉弁２６を図２に破線で示すように、開位置に移動させることにより内管２１を解放させる。
　このため、熱電発電装置１７は、排気ガスの背圧が高くなるのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
　また、図４に示すように、補機バッテリ４６には電圧センサ５２が設けられており、この電圧センサ５２は、補機バッテリ４６の電圧を検知して補機バッテリ４６の電圧値に対応する検知信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
　ＥＣＵ４１は、受熱基板２９に伝達される排気ガス量、すなわち、排気ガスの熱量を可変させたときの補機バッテリ４６の電気的特性値の変化に基づいて、熱電変換モジュール２７の作動状態を検知する作動状態検知処理を実施するようになっており、電圧センサ５２と共に作動状態検知手段を構成している。
　そして、ＥＣＵ４１は、熱電変換モジュール２７の作動不良が発生した場合には、ウォーニングランプ５３に異常信号を出力する。ウォーニングランプ５３は、ＥＣＵ４１から異常信号を受信すると、点灯または点滅することで運転者に警告を行う。なお、本実施の形態では、補機バッテリ４６の電圧値が電気的特性値を構成している。また、ウォーニングランプ５３は、ブザー等の音または音声等によって警告を行ってもよい。
　次に、作用を説明する。
　エンジン１の冷間始動時には、触媒５、６、エンジン１の冷却水の全てが低温（外気温程度）になっている。
　この状態からエンジン１が始動されると、エンジン１の始動に伴いエンジン１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に、低温の排気ガスが排出されることになり、２つの触媒５、６が排気ガスにより昇温されることになる。
　また、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス管１２を経てエンジン１に戻されることによって暖機運転が行われることになる。
　エンジン１の冷間始動時には、例えば、エンジン１のアイドリングが行われて排気ガスの圧力が低いため、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に閉信号を出力し、開閉弁２６を閉じた状態にする。
　このため、排気管４から内管２１のバイパス通路２５に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入され、受熱通路２２を通過する排気ガスによって冷却水管２８を流通する冷却水が昇温され、エンジン１の暖機が促される。
　また、エンジン１の暖機後のエンジン１の低・中回転域では、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に閉信号を出力するため、開閉弁２６が閉じた状態となる。
　このとき、排気管４から内管２１のバイパス通路２５に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入されるため、熱電変換モジュール２７によって排気ガスの熱エネルギーが電気エネルギーに効率よく変換される。
　また、エンジン１の高回転域では、エンジン１の冷却性能を高める必要がある。エンジン１の高回転域では、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に開信号を出力し、開閉弁２６を解放する。
　開閉弁２６が解放されると、バイパス通路２５とテールパイプ１９の内部とが連通し、排気ガスは、ほとんど受熱通路２２を流れることがなく、バイパス通路２５からテールパイプ１９に直接、排出される。このため、高温の排気ガスによって冷却水管２８を流通する冷却水が昇温されることがない。これに加えて、熱電変換モジュール２７が高温の排気ガスに晒されて熱害を受けることがなく、熱電変換モジュール２７が損傷するのを防止することができる。
　このとき、サーモスタット１１によってバイパス管１２と還流管９との連通が遮断されるので、エンジン１から導出管８を介して導出された冷却水がラジエータ７を介して還流管９に導出される。このため、エンジン１に低温の冷却水が供給され、エンジン１の冷却性能を高めることができる。
　また、エンジン１の高回転域には開閉弁２６が解放されるので、バイパス通路２５を流れる排気ガスの背圧が高くなることがなく、排気ガスの排気性能が低下するのを防止することができる。
　次に、図５に示すフローチャートに基づいて熱電変換モジュール２７の作動状態診断処理を説明する。なお、図５に示す作動状態診断プログラムのフローチャートは、ＲＯＭ４３に記憶された作動状態診断プログラムであり、この作動状態診断プログラムは、ＣＰＵ４２によって実行される。また、作動状態診断プログラムには作動状態検知処理が含まれている。
　まず、ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知信号に基づいて補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１）。ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値未満であるものと判断すると、補機バッテリ４６のバッテリ上がりの可能性が高いものと判断して、作動状態検知処理を実行せずに今回の処理を終了する。
　ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値以上と判断すると、車速センサ４９からの検知情報に基づいて車両が定常走行であるか否かを判別する（ステップＳ２）。
　ＣＰＵ４２は、車両の加速時または減速時であるものと判断した場合には、補機バッテリ４６の電圧が不安定であるものと判断して、作動状態検知処理を実行せずに今回の処理を終了する。
　また、ＣＰＵ４２は、車両が定常走行であるものと判断した場合には、補機バッテリ４６の電圧が安定状態にあるものと判断して、温度センサ５４からの検知情報に基づいて排気ガスの温度が所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
　ＣＰＵ４２は、排気ガスの温度が所定温度未満であると判断した場合には、作動状態検知処理を実行せずに今回の処理を終了する。すなわち、排気ガスの温度が低い場合には、熱電発電装置１７の受熱基板２９に伝達される排気ガスの温度が低く、すなわち、排気ガスの熱量が小さくて熱電発電装置１７の発電量が低い。
　熱電発電装置１７の発電量が低いと、補機バッテリ４６に充電される電圧が低く、補機バッテリ４６の電圧値の変化が小さいため、熱電変換モジュール２７の作動状態を精度よく判定できないため、ＣＰＵ４２は、熱電変換モジュール２７の作動状態検知処理を実施しない。
　ＣＰＵ４２は、排気ガスの温度が所定温度以上であると判断した場合には、水温センサ４８からの検知情報に基づいて水温が所定温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ４）。
　ＣＰＵ４２は、水温の温度が所定温度以上であると判断した場合には、エンジン１に供給される冷却水温が高温であり、エンジン１のオーバーヒートが発生する可能性が高いものと判断して、作動状態検知処理を実施せずに今回の処理を終了する。
　冷却水の温度が高い場合に、受熱通路２２に排気ガスを導入して冷却水と排気ガスとの熱交換を行うと、高温の排気ガスによって冷却水温がより一層高くなるため、ＣＰＵ４２は、アクチュエータ３７に開信号を出力して開閉弁２６を解放して排気ガスを受熱通路２２に導入しない。このときには、冷却水の冷却を優先して行うことで、エンジン１のオーバーヒートを防止する処理を行う。
　また、ＣＰＵ４２は、冷却水の温度が所定温度未満であるものと判断した場合には、オルタネータ４７による発電を中止した後（ステップＳ５）、アクチュエータ３７に開信号を出力して開閉弁２６を強制的に開弁する（ステップＳ６）。
　このため、排気管４から内管２１に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入されず、内管２１を通してテールパイプ１９に排出される。
　次いで、ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知情報に基づいて、補機バッテリ４６の電圧を図６のＢで示す一定時間だけモニタし（ステップＳ７）、一定時間経過後にアクチュエータ３７に閉信号を出力することにより、開閉弁２６を強制的に閉弁する（ステップＳ８）。
　このため、排気管４から内管２１に導入された排気ガスが連通孔３６を通して受熱通路２２に導入され、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９に排気ガスが伝達される。したがって、熱電変換モジュール２７による発電が行われる。
　すなわち、本実施の形態のＣＰＵ４２は、開閉弁２６を強制的に閉弁して受熱通路２２に排気ガスを導入しない状態から開閉弁２６を強制的に閉弁して受熱通路２２に排気ガスを導入する状態に切換えることにより、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９に伝達される排気ガス量、すなわち、排気ガスの熱量を可変させる。
　次いで、ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知情報に基づいて開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた時点のバッテリの電圧値をＲＡＭ４４に記憶し、この補機バッテリ４６の電圧値を閾値として設定する（ステップＳ９）。
　ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知信号に基づいて開閉弁２６を開状態から閉状態に移行した後に、モニタしたバッテリの電圧値がＲＡＭ４４に記憶された閾値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０）。この判別期間は、図６のＡで示す一定の時間であり、この一定の時間の間においては、バッテリの電圧値とＲＡＭ４４に記憶された閾値とを複数回、比較する。
　ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値が閾値以上であるものと判断した場合には、熱電変換モジュール２７が正常に作動して、図６に実線で示すように熱電変換モジュール２７による発電によって補機バッテリ４６の充電状態が正常であるものと判断して、今回の処理を終了する。
　また、ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値が閾値未満であるものと判断した場合には、ケーブル３４や配線３５の断線による熱電変換モジュール２７の故障、あるいはＮ型熱電変換素子３１またはＰ型熱電変換素子３２の劣化等による熱電変換モジュール２７の作動不良が発生し、図６に破線で示すように熱電変換モジュール２７による発電による補機バッテリ４６の充電状態が異常であるものと判断する。
　ＣＰＵ４２は、熱電変換モジュール２７が作動不良であると判断すると、ウォーニングランプ５３に異常信号を出力して（ステップＳ１１）、今回の処理を終了する。なお、本実施の形態では、ステップＳ５～ステップＳ１１が作動状態検知処理に相当する。
　このように本実施の形態の熱電発電装置１７は、エンジン１から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路２５が形成された内管２１と、内管２１と同軸上に設けられ、内管２１と共に排気ガスが導入される受熱通路２２を形成し、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９が対向する外管２３と、内管２１に設けられ、バイパス通路２５と受熱通路２２とを連通する連通孔３６と、外管２３に設けられ、内管２１を開閉する開閉弁２６と、開閉弁２６を開閉制御するアクチュエータ３７とを含んで構成される。
　そして、ＣＰＵ４２が、アクチュエータ３７を駆動して開閉弁２６を開閉制御することにより、排気ガスの排気経路をバイパス通路２５と受熱通路２２とに切換えることにより、受熱通路２２を流れる排気ガス量を可変させることにより、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９に伝達される熱量を可変させて熱電変換モジュール２７から出力される補機バッテリ４６の電圧値をモニタし、熱電変換モジュール２７の作動状態を検知する。
　このため、作動状態検知手段をＥＣＵ４１と電圧センサ５２とから構成することができ、作動状態検知手段を簡素化して、補機バッテリ４６の電圧値に基づいて熱電変換モジュール２７の故障または劣化等を高精度に判断することができる。
　特に、本実施の形態のＣＰＵ４２は、開閉弁２６が開状態から閉状態に切換え後の補機バッテリ４６の電圧値の変化に基づいて、熱電変換モジュール２７の作動状態を検知しているので、開閉弁２６が開状態から閉状態に切換え後に補機バッテリ４６の電圧値が増加しない場合には、熱電変換モジュール２７の故障または劣化等が発生したことを検知することができる。
　また、本実施の形態のＣＰＵ４２は、開閉弁２６が開状態から閉状態に切換えられた後の補機バッテリ４６の電圧値を閾値と比較し、補機バッテリ４６の電圧値が閾値未満の場合に、熱電変換モジュール２７の作動不良と判断している。
　したがって、作動状態検知手段の構成を簡素化して、すなわち、補機バッテリ４６に既存の電圧センサ５２を用いることで、補機バッテリ４６の電圧値に基づいて熱電変換モジュール２７の作動不良を高精度に判断することができる。
　また、本実施の形態のＥＣＵ４１は、車両が定常走行であるか、または排気ガスの温度が所定温度以上であることを条件として、ステップＳ５に移行してステップＳ５からステップＳ１１までの作動状態検知処理を実施している。
　このため、補機バッテリ４６の電圧が安定した車両の定常走行時、あるいは、熱電変換モジュール２７の発電量が大きい排気ガス温度が高温の場合に、作動状態検知処理を実施することによって、熱電変換モジュール２７の作動状態の検知精度を向上させることができる。
　また、本実施の形態のＥＣＵ４１は、作動状態検知処理の実施中に熱電変換モジュール２７以外の発電を中止し、熱電変換モジュール２７によって発電された電力を蓄電する補機バッテリ４６の電圧値の変化に基づいて、熱電変換モジュール２７の電圧値の変化を検知している。
　このため、熱電変換モジュール２７からの電力のみを補機バッテリ４６に蓄電して、補機バッテリ４６の電気的特性値の変化に基づいて熱電変換モジュール２７の作動状態を確実に検知することができる。
　したがって、従来のように複数のセンサを用いずに熱電変換モジュール２７の作動状態を検知することができ、作動状態検知手段の構成を簡素化することができる。
　また、本実施の形態では、内燃機関のみを有する車両に代えて、内燃機関と電気モータとを備え、電気モータの電力を蓄電する高圧バッテリを有するハイブリッド車両に熱電発電装置１７を適用する場合には、ステップＳ５の処理は、高圧バッテリによる補機バッテリ４６への充電中止という処理になる。
　なお、本実施の形態のＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知情報に基づいて開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた時点のバッテリの電圧値を閾値に設定し、補機バッテリ４６の電圧値と閾値とを比較して補機バッテリ４６の電圧値が閾値未満である場合に、熱電変換モジュール２７の作動不良と判断しているが、これに限定されるものではない。
　例えば、補機バッテリ４６の電圧値に対して、熱電変換モジュール２７の正常時に開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた後の補機バッテリ４６の電圧値の変化を関連付けたマップを作成し、この電圧値の変化を閾値としてもよい。
　ＣＰＵ４２は、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた後に電圧センサ５２から入力された補機バッテリ４６の電圧値と閾値とを比較して補機バッテリ４６の電圧値が閾値未満になった場合に、熱電変換モジュール２７の作動不良と判断することができる。
　また、補機バッテリ４６の電圧値に対して、熱電変換モジュール２７の作動不良時に開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた後の補機バッテリ４６の電圧値の変化を関連付けたマップを作成し、この電圧値の変化を閾値としてもよい。
　ＣＰＵ４２は、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた後に電圧センサ５２から入力された補機バッテリ４６の電圧値と閾値とを比較して補機バッテリ４６の電圧値が閾値以上になった場合に、熱電変換モジュール２７が正常であるものと判断することができる。
　また、本実施の形態では、ＣＰＵ４２が、補機バッテリ４６の電圧値に基づいて熱電変換モジュール２７の作動状態を検知しているが、熱電変換モジュール２７の電圧値を直接検知してもよい。
　すなわち、ＣＰＵ４２は、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた時点で任意の閾値を設定し、熱電変換モジュール２７の電圧値が閾値以上の場合には熱電変換モジュール２７の正常作動と判断し、熱電変換モジュール２７の電圧値が閾値以下の場合には、熱電変換モジュール２７の作動不良と判断してもよい。この場合の閾値としては、例えば、零に設定される。
　また、本実施の形態では、閾値と補機バッテリ４６の電圧値とを比較しているが、閾値を設けずに、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた後の補機バッテリ４６の電圧値の単位時間当たりの変化量、すなわち、変化率に基づいて熱電変換モジュール２７の作動不良を検知してもよい。
　例えば、ＣＰＵ４２は、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた時点からの熱電変換モジュール２７の電圧値の変化を電圧センサによって検知し、熱電変換モジュール２７の電圧値が増加する傾向にある場合には、熱電変換モジュール２７の正常作動と判断し、熱電変換モジュール２７の電圧値が減少する傾向にある場合には、熱電変換モジュール２７の作動不良と判断してもよい。
（第２の実施の形態）
　図７、図８は、本発明に係る熱電発電装置の第２の実施の形態を示す図であり、ハード構成は、第１の実施の形態と同一であるため、ハード構成は、第１の実施の形態の図面を用いて説明を行う。
　本実施の形態では、ＣＰＵ４２が、開閉弁２６を閉状態から開状態に切換えた後の補機バッテリ４６の変化に基づいて熱電変換モジュール２７の作動状態を検知する点に特徴がある。
　ＣＰＵ４２は、図７のステップＳ５でオルタネータ４７の発電を中止した後に、アクチュエータ３７に閉信号を出力することにより、開閉弁２６を閉じる（ステップＳ１６）。
　このとき、排気管４から内管２１に導入された排気ガスが連通孔３６を通して受熱通路２２に導入され、熱電変換モジュール２７の放熱基板３０に伝達される排気ガスの熱量が増加する。
　次いで、ＣＰＵ４２は、開閉弁２６を開状態から閉状態に切換えた時点のバッテリの電圧値をＲＡＭ４４に記憶し、この補機バッテリ４６の電圧値に基づいて閾値を設定する（ステップＳ１７）。
　次いで、ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知情報に基づいて、補機バッテリ４６の電圧を図８のＢ１で示す一定時間だけモニタし（ステップＳ１８）、一定時間経過後にアクチュエータ３７に開信号を出力することにより、開閉弁２６を強制的に開弁する（ステップＳ１９）。
　このため、排気管４から内管２１に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入されずに内管２１からテールパイプ１９に排出される。
　ＣＰＵ４２は、モニタしたバッテリの電圧値がＲＡＭ４４に記憶された閾値以上であるか否かを判別する（ステップＳ２０）。この判別期間は、図８のＡ１で示す一定の時間であり、この一定の時間Ａの間においては、バッテリの電圧値とＲＡＭ４４に記憶された閾値とを複数回、比較する。
　ここで、熱電変換モジュール２７が正常に作動した場合には、図８のＢ１の間に実線で示すように補機バッテリ４６の電圧値が増加し、Ａ１の間に補機バッテリ４６の電圧値が減少する。
　ＣＰＵ４２は、ステップＳ２０でＡ１の間にバッテリの電圧値とＲＡＭ４４に記憶された閾値とを比較し、バッテリの電圧値が閾値以上であるものと判断した場合には、熱電変換モジュール２７が正常であるものと判断して今回の処理を終了する。
　また、熱電変換モジュール２７が故障または劣化した場合には、図８のＢ１の間に破線で示すように補機バッテリ４６の電圧値が減少し、Ａ１の間に補機バッテリ４６の電圧値がさらに減少し続ける。
　ＣＰＵ４２は、ステップＳ２０でＡ１の間にバッテリの電圧値とＲＡＭ４４に記憶された閾値とを比較し、バッテリの電圧値が閾値未満である場合には熱電変換モジュール２７の作動不良であるものと判断してウォーニングランプ５３に異常信号を出力して（ステップＳ２１）、今回の処理を終了する。
　このように本実施の形態のＣＰＵ４２は、開閉弁２６が閉状態から開状態に切換え後の補機バッテリ４６の電圧値の変化に基づいて、熱電変換モジュール２７の作動状態を検知しているので、開閉弁２６が閉状態から開状態に切換え後に補機バッテリ４６の電圧値が増加しない場合には、熱電変換モジュール２７の故障または劣化等が発生したことを検知することができる。
　なお、上記各実施の形態の熱電発電装置１７は、排気ガスの流路をバイパス通路２５と受熱通路２２とに切換えることにより、熱電発電装置１７の受熱基板２９に伝達される排気ガスの熱量を可変させているが、これに限定されるものではない。
　例えば、内管２１と開閉弁２６とを廃止して、外管２３に排気ガスを導入するようにし、エンジン１の気筒に供給される燃料をカットする、所謂、フューエルカットを行うことにより、外管２３に導入される排気ガスの温度を低下させ、燃料の燃焼時とフューエルカット時とで排気ガスの熱量を可変させるようにしてもよい。
　また、上記各実施の形態では、排気ガスの熱量を可変させることにより、作動状態検知処理を実施しているが、これに限定されるものではない。
　例えば、低温部である放熱基板３０に伝達される冷却水量を可変させることにより、作動状態検知処理を実施してしてもよい。
　この場合には、図９に示すように、上流側配管１８ａと下流側配管１８ｂとを連通するバイパス管６１と、上流側配管１８ａに設けられ、冷却水の流れる経路を下流側配管１８ｂとバイパス管６１とのいずれか一方に切換える切換弁６２を設ける。
　そして、ＣＰＵ４２が、切換弁６２に切換信号を出力して冷却水の供給経路を冷却水管２８と下流側配管１８ｂとに切換えることにより、熱電変換モジュール２７の放熱基板３０に伝達される冷却水量、すなわち、冷却水の熱量を可変させたときの熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、熱電変換モジュール２７の作動状態を検知する。
　このようにしても、作動状態検知手段の構成を簡素化して、補機バッテリ４６の電圧値に基づいて熱電変換モジュール２７の故障または劣化等を高精度に判断することができる。
　また、上記各実施の形態では、電気的特性値として、電圧センサ５２によって補機バッテリ４６の電圧値を検知しているが、補機バッテリ４６の電流や電力を検知するセンサを設け、電気的特性値として電流値や電力値を検知してもよい。
　以上のように、本発明に係る熱電発電装置は、簡素な構成によって熱電変換モジュールの作動状態を検知することができるようにして、熱電変換モジュールの作動状態の検知精度を向上させることができるという効果を有し、高温部と低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う熱電変換モジュールの作動状態を検知する熱電発電装置等として有用である。
　１　エンジン（内燃機関）
　１７　熱電発電装置
　２１　内管（排気管、第１の排気管）
　２２　受熱通路
　２３　外管（排気管、第２の排気管）
　２５　バイパス通路
　２６　開閉弁
　２７　熱電変換モジュール
　２８　冷却水管
　２９　受熱基板（高温部）
　３０　放熱基板（低温部）
　３６　連通孔（連通部）
　３７　アクチュエータ（開閉制御手段）
　４１　ＥＣＵ（作動状態検知手段）
　４６　補機バッテリ（バッテリ）
　５２　電圧センサ（作動状態検知手段）

Claims (10)

  1. 高温部および低温部との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールを備えた熱電発電装置であって、
    　前記高温部または前記低温部のいずれか一方に伝達される熱量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知する作動状態検知処理を実施する作動状態検知手段を備えたことを特徴とする熱電発電装置。
  2. 前記高温部は、内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管に対向して設けられ、
    　前記作動状態検知手段は、前記排気管を流れる排気ガス量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
  3. 前記排気管が、内燃機関から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路が形成された第１の排気管と、前記第１の排気管と同軸上に設けられ、前記第１の排気管と共に排気ガスが導入される受熱通路を形成し、前記熱電変換モジュールの高温部が対向する第２の排気管と、前記バイパス通路と前記受熱通路とを連通する連通部とを含んで構成され、
    　前記第１の排気管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを設け、
    　前記作動状態検知手段が、前記開閉制御手段を駆動して前記開閉弁を開閉制御して排気ガスの排気経路を前記バイパス通路と前記受熱通路とに切換えることにより、前記受熱通路を流れる排気ガス量を可変させることを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
  4. 前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換え後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知することを特徴とする請求項３に記載の熱電発電装置。
  5. 前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、前記電気的特性値が前記閾値未満の場合に、前記熱電変換モジュールの作動不良と判断することを特徴とする請求項４に記載の熱電発電装置。
  6. 前記作動状態検知手段は、前記開閉弁が開状態から閉状態に切換えられた後の前記熱電変換モジュールの電気的特性値を閾値と比較し、前記電気的特性値が前記閾値以上の場合に、前記熱電変換モジュールが正常作動と判断することを特徴とする請求項４に記載の熱電発電装置。
  7. 前記作動状態検知手段は、前記作動状態検知処理の実施中に前記熱電変換モジュール以外の発電を中止し、前記熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電圧値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１の請求項に記載の熱電発電装置。
  8. 前記作動状態検知手段は、排気ガスの温度が所定温度以上であるを条件として、前記作動状態検知処理を実施することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１の請求項に記載の熱電発電装置。
  9. 前記作動状態検知手段は、車両が定常走行であることを条件として、前記作動状態検知処理を実施することを特徴とする請求項７に記載の熱電発電装置。
  10. 前記低温部が、内燃機関を冷却する冷却水が流通する冷却水管に対向して設けられ、
    　前記作動状態検知手段が、前記冷却水管を流れる冷却水量を可変させたときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値の変化に基づいて、前記熱電変換モジュールの作動状態を検知することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
     
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