(57)【要約】【課題】冷却効率の向上を図ることができ、優れた発電出力を得られる車載発電システムを提供すること。【解決手段】車載発電システム１が、エンジン１１と、エンジン１１から排ガスを排出させるための排気管１５と、排気管１５内に配置され、排ガスと接触することにより電気分極するピエゾ素子３と、ピエゾ素子３から電力を取り出すための取出デバイス４と、ピエゾ素子３を押圧可能に配置される熱膨張性の押圧部材５とを備え、押圧部材５に排ガスが供給されることによって、押圧部材５が熱膨張し、ピエゾ素子３が加圧される。【選択図】図１
2020102946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンから排ガスを排出させるための排気管と、
前記排気管内に配置され、排ガスと接触することにより電気分極するピエゾ素子と、
前記ピエゾ素子から電力を取り出すための取出デバイスと、
前記ピエゾ素子を押圧可能に配置される熱膨張性の押圧部材と
を備え、
前記押圧部材に前記排ガスが供給されることによって、前記押圧部材が熱膨張し、前記ピエゾ素子が加圧される
ことを特徴とする、車載発電システム。
【請求項２】
前記押圧部材が、一対の筒状部材からなり、
一対の前記筒状部材は、前記ピエゾ素子を挟み込むように組み合わされ、筒穴の開口方向が前記排ガスの流れ方向に沿うように前記排気管内に配置されている
ことを特徴とする、請求項１に記載の車載発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される車載発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されている。そのようなシステムとして、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、その熱源の温度変化に応じて、ピエゾ効果により電気分極する第１デバイスとしてのピエゾ素子と、ピエゾ素子から電力を取り出すための第２デバイスとしての電極および導線とを備える発電システムが提案されている。また、その発電システムを自動車などに積載することが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３８５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、発電システムでは、ピエゾ素子による発電出力のさらなる向上が要求されている。
【０００６】
本発明は、より優れた発電出力を得られる車載発電システムである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明［１］は、エンジンと、前記エンジンから排ガスを排出させるための排気管と、前記排気管内に配置され、排ガスと接触することにより電気分極するピエゾ素子と、前記ピエゾ素子から電力を取り出すための取出デバイスと、前記ピエゾ素子を押圧可能に配置される熱膨張性の押圧部材とを備え、前記押圧部材に前記排ガスが供給されることによって、前記押圧部材が熱膨張し、前記ピエゾ素子が加圧される、車載発電システムを含んでいる。
【０００８】
本発明［２］は、前記押圧部材が、一対の筒状部材からなり、一対の前記筒状部材は、前記ピエゾ素子を挟み込むように組み合わされ、筒穴の開口方向が前記排ガスの流れ方向に沿うように前記排気管内に配置されている、上記［１］に記載の車載発電システムを含んでいる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車載発電システムでは、ピエゾ素子が排気管内に配置され、さらに、熱膨張性の押圧部材がピエゾ素子を押圧可能に配置される。
【００１０】
このような車載発電システムでは、押圧部材に排ガスが供給されることによって、押圧部材が熱膨張し、ピエゾ素子が加圧される。また、その排ガスの供給が停止されるか、排ガスの温度が低下すると、熱膨張した押圧部材が収縮して、ピエゾ素子が減圧される。このようにピエゾ素子を繰り返し加圧および減圧することによって、効率よくピエゾ素子から電力を取り出すことができ、発電出力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の車載発電システムの一実施形態の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す車載発電システムのピエゾ素子および押圧部材を分解して示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す押圧部材と、押圧部材を固定するための固定治具を示す斜視図である。
【図４】図４は、図３に示す押圧部材と固定治具との組付図である。
【図５】図５は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（ピエゾ素子が排気管と押圧部材との間に配置される形態）における箱型空間を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．車載発電システム１
図１において、自動車１０は、車載発電システム１を備えている。
【００１３】
なお、以下において、自動車１０を基準として方向（前後方向、上下方向、幅方向（車幅方向））を示す。
【００１４】
車載発電システム１は、エンジン１１を有する内燃機関２と、エンジン１１から排ガスを排出させるための排気管１５と、エンジン１１から排出され、温度が経時的に上下する排ガスと接触することにより電気分極するピエゾ素子３と、ピエゾ素子３から電力を取り出すための取出デバイス４と、ピエゾ素子３を押圧可能に配置される熱膨張性の押圧部材５とを備えている。
【００１５】
エンジン１１は、自動車１０に動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型（例えば、２気筒型、４気筒型、６気筒型）が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。図１には、４気筒型のエンジン１１を示す。また、以下において、各気筒で４サイクル方式が採用される場合について、説明する。
【００１６】
排気管１５は、エキゾーストマニホールド１７、触媒搭載部１２およびエキゾーストパイプ１３を備えている。
【００１７】
エキゾーストマニホールド１７は、エンジン１１の気筒から排出される排気ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン１１の各気筒に接続される複数（４つ）の上流側分岐管１８（これらを区別する必要がある場合には、図１の上側から順に、上流側分岐管１８ａ、上流側分岐管１８ｂ、上流側分岐管１８ｃおよび上流側分岐管１８ｄと称する。）と、それら上流側分岐管１８の下流側において、各上流側分岐管１８を１つに統合する集気管１９とを備えている。
【００１８】
このようなエキゾーストマニホールド１７では、上流側分岐管１８の上流側端部が、それぞれ、エンジン１１の各気筒に接続されるとともに、上流側分岐管１８の下流側端部と集気管１９の上流側端部とが接続されている。また、集気管１９の下流側端部は、触媒搭載部１２の上流側端部に接続されている。
【００１９】
触媒搭載部１２は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、エンジン１１（内燃機関２）から排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、エキゾーストマニホールド１７の下流側端部に接続されている。
【００２０】
エキゾーストパイプ１３は、触媒搭載部１２において浄化された排ガスを外気に排出するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１２に接続されるとともに、下流側端部が外気に開放されている。
【００２１】
これにより、エンジン１１から排出される排ガスは、触媒搭載部１２を通過し、エキゾーストパイプ１３中の箱型空間３３を介して、外気に放出可能とされている。
【００２２】
また、エキゾーストパイプ１３の流れ方向途中には、箱型空間３３が備えられている。箱型空間３３は、エキゾーストパイプ１３に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側には、複数のピエゾ素子３が配置されている。なお、図１〜図４においては、複数のピエゾ素子３を簡略化し、１つの箱型空間３３に対して、１つのピエゾ素子３を示している。
【００２３】
ピエゾ素子３は、内燃機関２（エンジン１１）から排出され、温度が経時的に上下する排ガスが供給されることにより、温度が経時的に上下され、電気分極するデバイスである。
【００２４】
より具体的には、ピエゾ素子３は、ピエゾ効果により電気分極でき、かつ、焦電効果により電気分極できるデバイスである。つまり、ピエゾ素子３は、圧電素子であるとともに、焦電素子でもある。
【００２５】
ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。また、焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。
【００２６】
このようなピエゾ素子３としては、例えば、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）、Ｃａ３（ＶＯ４）２、Ｃａ３（ＶＯ４）２／Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３／Ｎｉ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＴａＯ３／Ｎｉ、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３／Ｎｉ、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２／Ｎｉなどが挙げられる。
【００２７】
また、ピエゾ素子３としては、さらに、ＬａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＭｇＮｂＯ３、ＣａＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３／Ｎｉ、（Ｂｉ１／２Ｋ１／４Ｎａ１／４）ＮｂＯ３、（Ｓｒ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｂａ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｌｉ１／１０（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９／１０）ＮｂＯ３、Ｓｒ２ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５／Ｎｉ、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５／Ｎｉ、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６／Ｎｉなどの誘電体や、例えば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３などのリラクサーペロブスカイト型結晶構造の誘電体なども挙げられる。
【００２８】
これらピエゾ素子３は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００２９】
ピエゾ素子３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。
【００３０】
また、ピエゾ素子３の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。
【００３１】
また、ピエゾ素子３は、押圧の観点から、公知の成形方法により、所定厚みの薄板状に形成される。
【００３２】
ピエゾ素子３の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．３ｍｍ以上であり、例えば、５ｍｍ以下、好ましくは、１ｍｍ以下である。
【００３３】
また、ピエゾ素子３の平面視（上面視）形状は、図２に示されるように、後述する押圧部材５の平面視（上面視）形状と略同一であり、より具体的には、後述する押圧部材５と同サイズの略矩形状である。
【００３４】
なお、ピエゾ素子３は、詳しくは後述するように、押圧部材５を介して排ガスに接触（曝露）され、かつ、押圧部材５により押圧されるように、箱型空間３３内に配置される。
【００３５】
そして、ピエゾ素子３は、排ガスの供給により加熱および冷却され、焦電効果により電気分極するとともに、熱膨張する押圧部材５に加圧され、ピエゾ効果（圧電効果）により電気分極する。これにより、取出デバイス４を介して、ピエゾ素子３から電力が取り出される。
【００３６】
取出デバイス４は、ピエゾ素子３から電力を取り出すために設けられる。
【００３７】
より具体的には、取出デバイス４は、上記のピエゾ素子３を挟んで対向配置される一対の電極６、および、電極６に接続される導線（図示せず）を備えており、ピエゾ素子３に電気的に接続されている。
【００３８】
電極６は、例えば、ピエゾ素子３よりも小さい短冊状の金属電極（例えば、銅電極、銀電極など）であり、正極および負極を備えている。正極は、ピエゾ素子３の幅方向一方側における表面に接触配置されており、また、負極は、ピエゾ素子３の幅方向他方側の裏面に接触配置されている。さらに、これら電極６は、図１において破線で示されるように、図示しない導線を介してバッテリー９に電気的に接続されている。
【００３９】
また、図示しないが、ピエゾ素子３および取出デバイス４と、バッテリー９との間には、必要に応じて、昇圧器（図示せず）、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）（図示せず）などが介在される
このような取出しデバイス４によって、ピエゾ素子３において生じた電力を、バッテリー９に取り出すことができる。
【００４０】
図１〜図４において、押圧部材５は、加熱されることにより熱膨張し、冷却されることにより収縮する熱膨張性の部材である。
【００４１】
なお、熱膨張性とは、下記の熱的性質を有することと定義され、押圧部材５は、下記の熱的性質を有する材料（以下、熱膨張性材料）から形成される。また、押圧部材５は、電極６とは別体として、形成される。
【００４２】
より具体的には、熱膨張性材料の線膨張率（測定方法：ＡＳＴＭ  Ｅ８３１）は、例えば、１０ｅ−６／Ｋ以上、好ましくは、１５ｅ−６／Ｋ以上であり、通常、５０ｅ−６／Ｋ以下である。
【００４３】
また、熱膨張性材料の熱伝導率（測定方法：ＡＳＴＭ  Ｃ５１８、Ｃ１７７）は、例えば、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、通常、１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
【００４４】
また、熱膨張性材料の熱拡散度（＝熱伝導度／（密度×比熱））は、例えば、５０ｍｍ２／ｓ以上、好ましくは、７０ｍｍ２／ｓ以上であり、通常、３００ｍｍ２／ｓ以下である。
【００４５】
このような熱膨張性材料として、より具体的には、例えば、銀、銅、アルミニウム、鉄などの金属、および、それらの合金などが挙げられる。これらは、単独使用または２種類以上併用することができる。好ましくは、金属、より好ましくは、アルミニウムが挙げられる。
【００４６】
そして、図２に示されるように、押圧部材５は、上記の熱膨張性材料から形成される一対の筒状部材としての角筒７を備えており、好ましくは、一対の角筒７からなる。
【００４７】
一対の角筒７は、下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂを備えている。
【００４８】
下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂは、互いに略同一形状の角筒であり、上下方向に対向するように配置されている。
【００４９】
下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂ（角筒７）のサイズおよび厚みは、特に限定されず、上記のピエゾ素子３および電極６を挟み込み、かつ、箱型空間３３内に配置可能な範囲で、適宜設定される。
【００５０】
なお、下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂ（角筒７）の筒部の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上、好ましくは、０．５ｍｍ以上であり、例えば、１０ｍｍ以下、好ましくは、５ｍｍ以下である。
【００５１】
また、一対の角筒７は、上記のピエゾ素子３および電極６を挟み込むように組み合わせて配置される。
【００５２】
すなわち、下側角筒７ａの上にピエゾ素子３および電極６が載置され、必要に応じて、図示しないネジなどによって固定される。さらに、それらの上に、上側角筒７ｂが載置され、必要に応じて、図示しないネジなどによって固定される。これにより、下側角筒７ａと上側角筒７ｂとの間に、上記のピエゾ素子３および電極６が、介在される。
【００５３】
また、図３および図４に示すように、必要に応じて、固定治具８を用いて、角筒７を固定することができる。
【００５４】
固定治具８は、一対の角筒７（下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂ）を固定するための部材である。
【００５５】
より具体的には、固定治具８は、下側角筒７ａを固定するための下側固定治具８ａと、上側角筒７ｂを固定するための上側固定治具８ｂとを備えている。
【００５６】
下側固定治具８ａは、一対の平面視略凹字状を有するブロック体であり、例えば、耐熱性の熱硬化性樹脂などから形成され、凹部が互いに対向するように幅方向に間隔を隔てて配置される。そして、対向する凹部の間に嵌合するように、下側角筒７ａが配置される。なお、凹部の深さは、排ガスの流れを阻害しない範囲において、適宜設定される。また、図示しないが、必要に応じて、下側固定治具８ａと下側角筒７ａとの間に隙間を設け、その隙間にクッション材を介在させることもできる。
【００５７】
また、上側固定治具８ｂは、下側固定治具８ａと略同一形状および配置である。
【００５８】
より具体的には、上側固定治具８ｂは、一対の平面視略凹字状を有するブロック体であり、例えば、耐熱性の樹脂などから形成され、凹部が互いに対向するように幅方向に間隔を隔てて配置される。そして、対向する凹部の間に嵌合するように、上側角筒７ｂが配置される。なお、凹部の深さは、排ガスの流れを阻害しない範囲において、適宜設定される。また、図示しないが、必要に応じて、必要に応じて、下側固定治具８ａと下側角筒７ａとの間に隙間を設け、その隙間にクッション材を介在させることもできる。
【００５９】
そして、これら固定治具８（上側固定治具８ｂおよび下側固定治具８ａ）は、図３に示されるように、連結ネジ９ａと、固定治具８に形成されるネジ穴９ｂとによって、上下方向に連結される。
【００６０】
そして、固定治具８は、箱型空間３３（図１参照）の底板などに図示しないボルトによって固定され、さらに、図４に示されるように、箱型空間３３の天板３４が、固定治具８の上に載置および固定される。
【００６１】
その結果、一対の角筒７（下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂ）と、角筒７に挟まれるピエゾ素子３および電極６とが、上側固定治具８ｂと下側固定治具８ａにより、箱型空間３３内に固定される。
【００６２】
また、このような場合、一対の角筒７（下側角筒７ａおよび上側角筒７ｂ）と、ピエゾ素子３および電極６とは、図１において部分的に拡大して示すように、角筒７における筒穴Ｈの開口方向が、自動車１０の排ガスの流れ方向に沿うように、箱型空間３３内に配置および固定される。これにより、自動車１０の排ガスは、排気管１５を通過し、一対の角筒７の筒穴Ｈに供給可能とされる。
【００６３】
２．発電方法
以下において、上記した車載発電システム１を用いた発電方法について、詳述する。
【００６４】
この車載発電システム１では、エンジン１１の駆動により、各気筒において燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、エンジン１１の熱が、排気ガスを介して伝達される。
【００６５】
エンジン１１の各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド１７の各上流側分岐管１８に導入され、集気管１９において集気されることにより温度が、幾分平滑化される。その後、排ガスは、触媒搭載部１２を通過するとともに触媒により浄化され、エキゾーストパイプ１３に供給される。
【００６６】
このような、エキゾーストパイプ１３中の排ガスの温度は、例えば、自動車１０の運転状態（エンジン１１の駆動状態）などに応じて、経時的に上下する。
【００６７】
具体的には、自動車１０では、エンジン１１の駆動および停止が経時的に繰り返され、これにより、自動車１０の走行および停止が制御される。
【００６８】
このような場合、エンジン１１の駆動時には、エンジン１１の温度は高温状態とされ、また、エンジン１１の停止時には、エンジン１１の温度は低温状態とされる。
【００６９】
また、エンジン１１の温度は、例えば、自動車１０の走行時における負荷（車両重量、路面の傾斜度合など）や、車速、アクセル開度、エンジン１１の回転数、吸気系における吸気圧および吸入空気量、燃料流量、さらには、空燃比（吸入空気量／燃料流量）などによっても変化し、経時的に上下する。
【００７０】
このとき、エンジン１１の熱が排ガスを介して伝達されるため、排ガスの温度（エキゾーストパイプ１３の内部温度）は、エンジン１１の状態に応じて、経時的に上下する。
【００７１】
このような車載発電システム１において、エンジン１１（内燃機関２）および排ガスの温度は、高温状態における温度が、例えば、２００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、１００〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。
【００７２】
そして、この車載発電システム１では、上記したように、エキゾーストパイプ１３の箱型空間３３内に、一対の角筒７（押圧部材５）およびピエゾ素子３が配置されている。
【００７３】
そのため、エンジン１１（内燃機関２）から排出される排ガスが、エキゾーストパイプ１３の箱型空間３３内に導入されると、ピエゾ素子３が、角筒７（押圧部材５）を介して排ガスに接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。
【００７４】
そして、これにより、ピエゾ素子３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、ピエゾ素子３を、焦電効果によって、電気分極させることができる。
【００７５】
さらに、この車載発電システム１では、箱型空間３３内に排ガスが供給されると、角筒７に排ガスが供給され、角筒７が加熱により熱膨張する。これにより、一対の角筒７に挟み込まれたピエゾ素子３は、高温状態時に、角筒７によって厚み方向両側（上下方向両側）から加圧される。
【００７６】
より具体的には、下側角筒７ａが熱膨張することにより、下側角筒７ａの上面が、上側へ向かう応力を生じさせる。一方、上側角筒７ｂが熱膨張することにより、上側角筒７ｂの底面が、下側へ向かう応力を生じさせる。これにより、下側角筒７ａと上側角筒７ｂとの間に介在するピエゾ素子３が、上下方向に押圧される。
【００７７】
その後、角筒７に対する排ガスの供給が停止されるか、排ガスの温度が低下すると、角筒７が冷却により熱収縮し、一対の角筒７に挟み込まれたピエゾ素子３は、低温状態時に、角筒７による加圧から解放（減圧）される。
【００７８】
このように、自動車１０の走行に応じて、ピエゾ素子３が繰り返し加圧および減圧されると、ピエゾ効果により、ピエゾ素子３から電力が取り出される。
【００７９】
すなわち、上記の車載発電システム１では、ピエゾ素子３の焦電効果により発電するとともに、角筒７からの押圧に応じたピエゾ効果により発電することができるため、とりわけ優れた発電効率が得られる。
【００８０】
なお、この車載発電システム１において、上記により得られた電力は、図１において点線で示すように、必要により取出デバイス４に接続される昇圧器（図示せず）で昇圧され、交流／直流変換器（図示せず）において直流電圧に変換した後、バッテリー９に蓄電される。そして、バッテリー９に蓄電された電力は、自動車１０や、自動車１０に搭載される各種電気部品の動力などとして、適宜、用いられる。
【００８１】
３．作用・効果
上記したように、この車載発電システム１では、押圧部材５（角筒７）に排ガスが供給されることによって、押圧部材５（角筒７）が加熱および熱膨張し、ピエゾ素子３が加圧される。つまり、ピエゾ素子３は、高温状態であるときに加熱される。
【００８２】
また、その排ガスの供給が停止されるか、排ガスの温度が低下すると、熱膨張した押圧部材５（角筒７）が収縮して、ピエゾ素子が減圧される。つまり、ピエゾ素子３は、低温状態であるときに減圧される。
【００８３】
このようにピエゾ素子３を繰り返し加熱および冷却し、また、その温度に応じて加圧および減圧することによって、効率よくピエゾ素子３から電力を取り出すことができ、発電出力の向上を図ることができる。
【００８４】
また、上記の車載発電システム１では、ピエゾ素子３の焦電効果により発電するとともに、角筒７からの押圧に応じたピエゾ効果により発電することができるため、とりわけ優れた発電効率が得られる。
【００８５】
さらに、上記の車載発電システム１では、別途、エネルギーを供給することなく、排ガスのエネルギーを利用してピエゾ素子３を押圧することができるため、エネルギー効率にも優れる。
【００８６】
加えて、上記の車載発電システム１において、角筒７を金属から形成する場合など、角筒７の熱伝導性が高い場合には、角筒７に接触するピエゾ素子３の温度分布の均一化を図ることができ、発電効率の向上を図ることができる。
【００８７】
４．変形例
上記した実施形態では、押圧部材５として一対の角筒７を用いたが、押圧部材５の形状は、特に制限されず、ピエゾ素子３の大きさ、形状、数などに応じて、適宜設計することができる。
【００８８】
押圧部材５の形状としては、上記した角筒（四角筒）に限定されず、例えば、三角筒、五角筒、六角筒、台形筒などの四角筒以外の多角筒であってもよく、また、それらの少なくとも１つの角が丸められていてもよい。さらには、円筒、楕円筒などであってもよく、また、円筒の一部が面取りされた半円筒形状などであってもよい。好ましくは、角筒（四角筒）が挙げられる。
【００８９】
また、上記した実施形態では、一対の角筒７を、上下方向に組み合わせて用いたが、例えば、一対の角筒７を、幅方向（左右方向）に組み合わせて用いることもできる。
【００９０】
さらに、例えば、図２〜図４において２点鎖線で示されるように、ピエゾ素子３と角筒７との接触面において、角筒７の外周面に、スリットＳを設けることもできる。
【００９１】
スリットＳは、例えば、下側角筒７ａの上壁の外側（上面）において、排ガスの流れ方向に沿って単数または複数（図２〜図４においては４つ）形成される。また、スリットＳは、例えば、上側角筒７ｂの下壁の外側（下面）において、排ガスの流れ方向に沿って単数または複数（図２〜図４においては４つ）形成される。
【００９２】
そして、ピエゾ素子３は、一対の角筒７のスリットＳが形成された面に、挟み込まれるように配置される。
【００９３】
このように角筒７が形成されていれば、角筒７のスリット７に排ガスが供給されるため、排ガスがピエゾ素子３に直接接触でき、効率よくピエゾ素子３を加熱および冷却することができ、発電効率の向上を図ることができる。さらに、スリット７により、角筒７とピエゾ素子３との接触面積が低減するため、押圧力が増加し、さらなる発電効率の向上を図ることができる。
【００９４】
また、上記した実施形態では、ピエゾ素子３を、一対の角筒７により挟み込んでいるが、例えば、図５に示されるように、ピエゾ素子３を、１つの角筒７と、箱型空間３３の内壁との間で挟み込むこともできる。
【００９５】
図５は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（ピエゾ素子が排気管と押圧部材との間に配置される形態）における、ピエゾ素子および押圧部材の配置を示す概略図であって、箱型空間３３を示す斜視図である。
【００９６】
このような実施形態では、例えば、図５に示されるように、箱型空間３３を形成するエキゾーストパイプ１３の内周壁に沿ってピエゾ素子３を配置し、また、ピエゾ素子３に対して接触するように図示しない電極を配置し、さらに、ピエゾ素子３の内側に、角筒７を配置する。また、角筒７は、その筒穴Ｈの開口方向が、自動車１０の排ガスの流れ方向に沿うように、箱型空間３３内に配置および固定される。
【００９７】
これにより、エキゾーストパイプ１３の内周壁と、角筒７の外周面との間に、ピエゾ素子３を介在させる。
【００９８】
そして、このような実施形態でも、エンジン１１（内燃機関２）から排出される排ガスが、箱型空間３３内に導入されると、ピエゾ素子３が角筒７（押圧部材５）を介して排ガスに接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。
【００９９】
そして、これにより、ピエゾ素子３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、ピエゾ素子３を、焦電効果によって、電気分極させることができる。
【０１００】
さらに、この車載発電システム１では、箱型空間３３内に排ガスが供給されると、角筒７に排ガスが供給され、角筒７が加熱により熱膨張する。これにより、エキゾーストパイプ１３の内周壁と角筒７に挟み込まれたピエゾ素子３は、角筒７によって、箱型空間３３の内側から外側へ向けて加圧される。
【０１０１】
その後、角筒７に対する排ガスの供給が停止されるか、排ガスの温度が低下すると、角筒７が冷却により熱収縮し、一対の角筒７に挟み込まれたピエゾ素子３は、角筒７による加圧から解放（減圧）される。
【０１０２】
このように、自動車１０の走行に応じて、ピエゾ素子３が繰り返し加圧および減圧されると、ピエゾ効果により、ピエゾ素子３から電力が取り出される。
【０１０３】
すなわち、上記の車載発電システム１では、ピエゾ素子３の焦電効果により発電するとともに、角筒７からの押圧に応じたピエゾ効果により発電することができるため、とりわけ優れた発電効率が得られる。
【実施例】
【０１０４】
次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。
【０１０５】
参考実施例１
Ｉ．Ｍ．ＭｃＫｉｎｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．／Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  １２６  （２０１４）  ７８−８９の記載に基づいて、ピエゾ素子の温度条件および圧力条件に応じた自発分極Ｐｓ（μＣ／ｃｍ２）を実測した。
【０１０６】
より具体的には、ピエゾ素子を押圧することなく（０Ｐａ）、低温状態（８０℃）と高温状態（１４０℃）とを繰り返す場合、低温状態における自発分極が、２４．７８（μＣ／ｃｍ２）であり、高温状態における自発分極は、１９．２４（μＣ／ｃｍ２）であり、低温状態と高温状態との差が、５．５４（μＣ／ｃｍ２）であるとした。また、この差は、温度変化に応じた発電により生じるものであり、差が大きいほど発電性能に優れるものであるとした。
【０１０７】
そして、高温状態（１４０℃）において、２５．１３ＭＰａの圧力をピエゾ素子に印加した場合について、同様に、高温状態における自発分極をシミュレートしたところ、自発分極は１４．１３（μＣ／ｃｍ２）であり、低温状態と高温状態との差が、１０．６５（μＣ／ｃｍ２）であると算出された。
【０１０８】
このように、圧力の印加により、発電性能の向上が確認された。
【符号の説明】
【０１０９】
１      車載発電システム
２      内燃機関
３      ピエゾ素子
４      取出デバイス
５      押圧部材
１１    エンジン
１５    排気管
【図１】
2020102946.tif 000003
【図２】
2020102946.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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