(57)【要約】【課題】内燃機関を冷却する冷却水を利用して熱電発電装置の発電量を増加させることができる熱電発電システムを提供すること。【解決手段】熱電発電システムは、２つの熱電発電装置１７、４１を有し、エンジン冷却水を熱電発電装置１７の放熱基板２７に供給した後に熱電発電装置４１の受熱基板５２に供給するように構成する。また、熱電変換モジュール２４が、高い作動温度領域で熱電発電を行うＭｇ−Ｓｉ系のＮ型熱電変換素子およびＰ型熱電変換素子を有し、熱電変換モジュール５０が、熱電変換モジュール２４よりも低い作動温度領域で熱電発電を行うＢｉ−Ｔｅ系のＮ型熱電変換素子およびＰ型熱電変換素子を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温媒体が供給される第１の高温部と低温媒体が供給される第１の低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う第１の熱電変換モジュールを備えた第１の熱電発電装置と、
高温媒体が供給される第２の高温部と低温媒体が供給される第２の低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う第２の熱電変換モジュールを備えた第２の熱電発電装置と、
内燃機関を冷却する冷却水を、低温媒体として前記第１の熱電発電装置の前記第１の低温部に供給した後に、高温媒体として前記第２の熱電発電装置の前記第２の高温部に供給する内燃機関冷却回路とを含んで構成される熱電発電システム。
【請求項２】
前記第１の熱電変換モジュールは、高い作動温度領域を有し、前記作動温度領域に属する温度で前記高温媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され、
前記第２の熱電変換モジュールは、前記第１の熱電変換モジュールよりも低い作動温度領域を有し、前記作動温度領域に属する温度で前記冷却水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電システム。
【請求項３】
前記第１の熱電発電装置の前記第１の高温部に、前記高温媒体として内燃機関から排出される排気ガスを供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電システム。
【請求項４】
回転電機を制御するインバータを冷却する冷却水が流通するインバータ冷却回路を有し、前記第２の熱電発電装置の前記第２の低温部に、前記低温媒体として前記インバータ冷却回路から冷却水が供給されることを特徴とする熱電発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を冷却する冷却水と高温媒体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を備えた熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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る排気ガスを熱電変換モジュールの高温部に供給し、内燃機関を冷却する冷却水または走行用モータを駆動するインバータを冷却する冷却水を熱電変換モジュールの低温部に供給し、高温部と低温部との温度差に基づいて熱電発電を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の熱電変換装置にあっては、排気ガスによって昇温された冷却水は、内燃機関またはインバータの冷却用の冷却水として再び利用されるだけである。このため、熱電発電装置から排出された冷却水を熱電発電装置の発電量を増加させるために利用することができず、熱電発電装置の発電量を増大させることができない。
【０００５】
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、内燃機関を冷却する冷却水を利用して熱電発電装置の発電量を増加させることができる熱電発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱電発電システムは、上記目的を達成するため、（１）高温媒体が供給される第１の高温部と低温媒体が供給される第１の低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う第１の熱電変換モジュールを備えた第１の熱電発電装置と、高温媒体が供給される第２の高温部と低温媒体が供給される第２の低温部との温度差に基づいて熱電発電を行う第２の熱電変換モジュールを備えた第２の熱電発電装置と、内燃機関を冷却する冷却水を、低温媒体として前記第１の熱電発電装置の前記第１の低温部に供給した後に、高温媒体として前記第２の熱電発電装置の前記第２の高温部に供給する内燃機関冷却回路とを含んで構成されている。
【０００７】
この熱電発電システムは、内燃機関を冷却する冷却水を、第１の熱電発電装置の第１の低温部に供給した後に第２の熱電発電装置の第２の高温部に供給するようにしたので、第１の熱電発電装置で熱電発電に利用した冷却水を第２の熱電発電装置で熱電発電に利用することができる。このため、複数の熱電発電装置を用いて発電量を増加させることができる。
【０００８】
上記（１）に記載の熱電発電システムにおいて、（２）前記第１の熱電変換モジュールは、高い作動温度領域を有し、前記作動温度領域に属する温度で前記高温媒体の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され、前記第２の熱電変換モジュールは、前記第１の熱電変換モジュールよりも低い作動温度領域を有し、前記作動温度領域に属する温度で前記冷却水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものから構成されている。
【０００９】
この熱電発電システムは、第１の熱電変換モジュールが高い作動温度領域で熱電発電を行い、第２の熱電変換モジュールが第１の熱電変換モジュールよりも低い作動温度領域で熱電発電を行うので、第１の熱電発電装置および第２の熱電発電装置が、第１の熱電発電装置に供給される高温媒体および冷却水の温度と、第２の熱電発電装置に供給される冷却水および低温媒体の温度とに応じて効率よく発電を行うことができる。このため、複数の熱電発電装置を用いてより効率的に発電量を増加させることができる。
【００１０】
上記（１）、（２）に記載の熱電発電システムにおいて、（３）前記第１の熱電発電装置の前記第１の高温部に、前記高温媒体として内燃機関から排出される排気ガスを供給するものから構成されている。
【００１１】
この熱電発電システムは、第１の熱電発電装置の第１の高温部に排気ガスが供給され、第１の低温部に冷却水が供給されるので、第１の熱電変換モジュールが高温の排気ガスと内燃機関冷却用の低温の冷却水との温度差に応じた熱電発電を行うことができる。
【００１２】
上記（１）〜（３）に記載の熱電発電システムにおいて、（４）回転電機を制御するインバータを冷却する冷却水が流通するインバータ冷却回路を有し、前記第２の熱電発電装置の前記第２の低温部に、前記低温媒体として前記インバータ冷却回路から冷却水が供給されるものから構成されている。
【００１３】
この熱電発電システムは、第２の熱電発電装置の第２の低温部に、第１の熱電発電装置によって昇温された冷却水よりも低温のインバータ冷却水が供給されるので、第２の熱電変換モジュールが内燃機関冷却用の高温の冷却水とインバータ冷却用の低温の冷却水との温度差に応じた熱電発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内燃機関を冷却する冷却水を利用して熱電発電装置の発電量を増加させることができる熱電発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、熱電発電システムを備える車両の概略構成図である。
【図２】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、一方の熱電発電装置に搭載された熱電変換モジュールの斜視図である。
【図３】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、他方の熱電発電装置に搭載された熱電変換モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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）とモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両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。
【００１７】
図１〜図３は、本発明に係る熱電発電システムの一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外気に放出するようになっている。
【００１８】
吸気系は、エンジン１に接続された吸気マニホールド２と、吸気マニホールド２に接続された吸気管２ａとから構成されており、吸気管２ａは、吸気管２ａの上流側に設けられた図示しないエアダクトから取り入れた空気を図示しないエアクリーナで浄化して吸気マニホールド２に導入するようになっている。
【００１９】
吸気マニホールド２は、吸気管２ａから導入された空気をエンジン１の各気筒の燃焼室３に分配するようになっており、エンジン１の気筒数に応じた数の分岐管を備えている。例えば、４気筒エンジンであれば、分岐管が４つ設けられている。但し、エンジン１の気筒数は、特に４気筒に限定されるものではない。
【００２０】
吸気管２ａにはスロットルバルブ４が設けられており、スロットルバルブ４は、燃焼室３に導入される吸入空気量を調整するようになっている。また、エンジン１には、各燃焼室３毎に燃料噴射弁５が設けられており、この燃料噴射弁５は、エンジン１の各燃焼室３に燃料を噴射供給するようになっている。
【００２１】
燃料噴射弁５から各燃焼室３に燃料が噴射されると、吸気管２ａから吸気マニホールド２に導入される空気と燃料とからなる混合気が燃焼室３内に充填され、この混合気が各気筒に設けられた点火プラグ６の点火によって燃焼される。このときの燃焼エネルギーによってエンジン１のピストン７が往復移動し、ピストン７の往復移動がエンジン１のクランクシャフト８の回転運動に変換される。
【００２２】
一方、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９と、このエキゾーストマニホールド９に球面継手１０を介して連結された排気管１１とを含んで構成されている。
【００２３】
球面継手１０は、エキゾーストマニホールド９と排気管１１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１１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。
【００２４】
排気管１１上には、２つの触媒１２、１３が直列に設置されており、この触媒１２、１３により排気ガスが浄化されるようになっている。
【００２５】
この触媒１２、１３のうち、排気管１１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１２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１１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１３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。
【００２６】
これらの触媒１２、１３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。
【００２７】
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）と呼ばれる冷却媒体としての冷却水が充填されている。
【００２８】
この冷却水は、エンジン１に取付けられた導出管１４から導出された後、ラジエータ１５に供給され、このラジエータ１５から冷却水管１６に導入される。冷却水管１６に導入された冷却水は、熱電発電装置１７の後述する冷却ケースに導入された後、冷却水管１８および冷却水管６０を経てエンジン１に戻されるようになっている。
【００２９】
ラジエータ１５は、ウォータポンプ１９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。このウォータポンプ１９は、エンジン１のクランクシャフト８によって駆動されるトロコイドポンプ等の機械的なポンプから構成されている。
【００３０】
また、導出管１４にはバイパス管３５が連結されており、このバイパス管３５と導出管１４との間にはサーモスタット３６が介装され、このサーモスタット３６によって、ラジエータ１５を流通する冷却水量とバイパス管３５を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
【００３１】
例えば、エンジン１の暖機運転時においてはバイパス管３５側の冷却水量が増加されて暖機が促進され、暖機完了後にはバイパス管３５側の冷却水量を減少、または、バイパス管３５側に冷却水をバイパスしないようにしてエンジン１の冷却性能を向上させる。
【００３２】
エンジン１の排気系には、第１の熱電発電装置としての熱電発電装置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。
【００３３】
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部２０を備えている。この排気管部２０の上流端は、排気管１１に接続されており、排気管部２０の下流端は、排気管２１に接続されている。この排気管２１にはマフラ２２が設けられており、このマフラ２２は、排気管１１、２１に排出される排気ガスによる排気音を消音するようになっている。
【００３４】
排気管部２０の内部には排気通路２３が形成されており、排気通路２３は、排気管１１、２１の内部に形成された排気通路に連通している。このため、排気通路２３には排気管１１の排気通路を介して排気ガスが導入され、排気通路２３に導入された排気ガスは、排気管２１の排気通路を通して外部に排出される。
【００３５】
また、熱電発電装置１７は、排気ガスの排気方向に設置される第１の熱電変換モジュールとしての複数の熱電変換モジュール２４と、排気管部２０と同軸上に設けられた筒状の冷却ケース２５とを備えている。
【００３６】
図２に示すように、熱電変換モジュール２４は、第１の高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板２６と、第１の低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板２７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２８およびＰ型熱電変換素子２９が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子２８およびＰ型熱電変換素子２９が電極３０ａ、３０ｂ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２４は、配線３１を介して電気的に連結されている。
【００３７】
また、Ｎ型熱電変換素子２８およびＰ型熱電変換素子２９は、例えば、３００℃から６００℃程度の作動温度領域を有するＭｇ−Ｓｉ（マグネシウム−シリサイド）系等の熱電材料から構成されており、この作動温度領域に属する温度で排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換できるようになっている。すなわち、熱電変換モジュール２４は、３００℃から６００℃程度の作動温度領域で熱電変換効率が高くなる特性を有している。
【００３８】
この熱電変換モジュール２４は、受熱基板２６が排気管部２０に対向して排気管部２０に接触するとともに、放熱基板２７が冷却ケース２５に対向して冷却ケース２５に接触している。
【００３９】
ここで、図示しないが、排気管部２０の排気通路２３に吸熱フィンを設け、吸熱フィンによって排気通路２３を流れる排気ガスの熱を受熱基板２６に効率よく伝達させるようにしてもよい。
【００４０】
冷却ケース２５は、冷却水管１６に連結される冷却水導入部２５ａおよび冷却水管１８に連結される冷却水排出部２５ｂを備えている。
【００４１】
この冷却ケース２５は、冷却水導入部２５ａから冷却ケース２５に導入された冷却水が排気ガスの排気方向と反対方向に流れるように、冷却水排出部２５ｂに対して冷却水導入部２５ａが排気方向下流側に設けられている。
【００４２】
ここで、冷却水導入部２５ａから冷却ケース２５に導入された冷却水が排気ガスの排気方向と同方向に流れるように、冷却水排出部２５ｂに対して冷却水導入部２５ａが排気方向上流側に設けられてもよい。
【００４３】
また、熱電変換モジュール２４は、ケーブル３２を介してＤＣＤＣコンバータ３３に接続されている。この熱電変換モジュール２４は、受熱基板２６と放熱基板２７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３２からＤＣＤＣコンバータ３３に直流電圧を供給するようになっている。
【００４４】
ＤＣＤＣコンバータ３３は、熱電変換モジュール２４から出力された直流電圧を調整してバッテリ３４に供給することにより、バッテリ３４を充電するようになっている。なお、図１では、熱電変換モジュール２４を簡略化している。
【００４５】
一方、冷却水管１８は、第２の熱電発電装置としての熱電発電装置４１に接続されている。
【００４６】
熱電発電装置４１は、インバータ４２を冷却する冷却水が供給される冷却管部４３を備えている。インバータ４２は、バッテリ３４の電力を受けて作動することにより、回転電機としてのモータジェネレータ４４の回転数を制御するようになっている。
また、ハイブリッド車両は、エンジン１とモータジェネレータ４４とを走行用駆動源として使い分けられることにより、エンジン１の燃費を向上させるものである。
【００４７】
この冷却管部４３の上流端は、インバータ４２を冷却する冷却水が供給される冷却水管４５に接続されており、冷却管部４３の下流端は、冷却水管４６に接続されている。冷却管部４３の内部には冷却水通路４９が形成されており、冷却水通路４９は、冷却水管４５、４６の内部に形成された排気通路に連通している。このため、冷却水通路４９には冷却水管４５の冷却水通路を介して冷却水が導入され、冷却水通路４９に導入された冷却水は、冷却水管４６の冷却水通路に排出される。
【００４８】
また、冷却水管４５の上流管は、ラジエータ４７に接続されており、冷却水管４６の下流端は、電動式のウォータポンプ４８を介してラジエータ４７に接続されている。このため、ラジエータ４７によって冷却される冷却水は、ウォータポンプ４８によって矢印ｂで示すように冷却水管４５、冷却管部４３および冷却水管４６を循環し、この冷却水によってインバータ４２が冷却される。
【００４９】
ここで、インバータ４２は、インバータ４２の寿命を確実に確保するために、例えば、４０℃以下に維持する必要がある。このため、冷却水管４５、冷却管部４３および冷却水管４６を循環する冷却水温は、４０℃以下に維持される。なお、この温度は、例示であってこの温度に限定されるものではない。
【００５０】
また、熱電発電装置４１は、排気ガスの排気方向に設置される第２の熱電変換モジュールとしての複数の熱電変換モジュール５０と、冷却管部４３と同軸上に設けられた筒状の冷却ケース５１とを備えている。
【００５１】
図３に示すように、熱電変換モジュール５０は、第２の高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板５２と、第２の低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板５３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５４およびＰ型熱電変換素子５５が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子５４およびＰ型熱電変換素子５５が電極５６ａ、５６ｂ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５０は、配線５７を介して電気的に連結されている。
【００５２】
また、Ｎ型熱電変換素子５４およびＰ型熱電変換素子５５は、例えば、常温から１００℃の範囲の作動温度領域を有するＢｉ−Ｔｅ系（ビスマス−テルル）系等の熱電材料から構成されており、この作動温度領域に属する温度で排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換できるように構成されている。すなわち、熱電変換モジュール５０は、常温から１００℃の作動温度領域で熱電変換効率が高くなる特性を有している。
【００５３】
この熱電変換モジュール５０は、受熱基板５２が冷却管部４３に対向して冷却管部４３に接触するとともに、放熱基板５３が冷却ケース５１に対向して冷却ケース５１に接触している。
冷却ケース５１は、冷却水管１８に連結される冷却水導入部５１ａおよび冷却水管６０に連結される冷却水排出部５１ｂを備えている。
【００５４】
この冷却ケース５１は、冷却水導入部５１ａから冷却ケース５１に導入された冷却水が冷却管部４３を流れる冷却水方向と反対方向に流れるように、冷却水排出部５１ｂに対して冷却水導入部５１ａが排気方向下流側に設けられている。
【００５５】
ここで、冷却水導入部５１ａから冷却ケース５１に導入された冷却水が冷却管部４３を流れる冷却水方向と同方向に流れるように、冷却水排出部５１ｂに対して冷却水導入部５１ａが冷却管部４３を流れる冷却水方向の上流側に設けられてもよい。
【００５６】
また、熱電変換モジュール５０は、ケーブル５８を介してＤＣＤＣコンバータ５９に接続されている。この熱電変換モジュール５０は、受熱基板５２と放熱基板５３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５８からＤＣＤＣコンバータ５９に直流電圧を供給するようになっている。
【００５７】
ＤＣＤＣコンバータ５９は、熱電変換モジュール５０から出力された直流電圧を調整してバッテリ３４に供給することにより、バッテリ３４を充電するようになっている。なお、図１では、熱電変換モジュール５０を簡略化している。
【００５８】
また、冷却水管６０は、ウォータポンプ１９を介してエンジン１に接続されており、ラジエータ１５によって冷却される冷却水は、ウォータポンプ１９によって矢印ａで示すように冷却水管１６、冷却ケース２５、冷却水管１８、冷却ケース５１、冷却水管６０、エンジン１および導出管１４を循環するようになっている。
【００５９】
すなわち、本実施の形態の熱電発電システムは、エンジン１を冷却する冷却水は、熱電発電装置１７の放熱基板２７に供給された後に、熱電発電装置４１の受熱基板５２に供給されるようになっている。
【００６０】
エンジン冷却水温は、ラジエータ１５の仕様等により、冷却水管４５、冷却管部４３および冷却水管４６を循環する冷却水温度よりも高い温度、例えば、８０℃から１００℃の範囲に維持されている。なお、この温度は、例示であり、これに限定されるものではない。
【００６１】
本実施の形態の熱電発電システムは、導出管１４、バイパス管３５、冷却水管１６、冷却水管１８および冷却水管６０が、エンジン冷却水を循環させる内燃機関冷却回路としてのエンジン冷却回路６１を構成している。
また、冷却水管４５および冷却水管４６は、エンジン冷却回路６１とは独立して設けられたインバータ冷却回路６２を構成している。
【００６２】
次に、作用を説明する。
エンジン１の冷間始動時には、触媒１２、１３、エンジン冷却水の全てが低温（外気温程度）になっている。
【００６３】
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９を経て排気管１１に、低温の排気ガスが排出されることになり、２つの触媒１２、１３が排気ガスにより昇温されることになる。
【００６４】
ウォータポンプ１９の作動によってエンジン冷却回路６１を流れる冷却水は、ラジエータ１５を通らずに導出管１４、バイパス管３５、冷却水管１６、１８、６０を流れる経路となってエンジン１に戻されることにより、暖機運転が行われることになる。
このため、排気管１１から排気管部２０の排気通路２３に導入された排気ガスによって冷却ケース２５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。
【００６５】
一方、エンジン１の暖機完了後には、ウォータポンプ１９の作動によってエンジン冷却回路６１を流れる冷却水は、ラジエータ１５を通して導出管１４、冷却水管１６、１８、６０を流れる経路となってエンジン１に戻されることにより、エンジン１の冷却が行われる。
【００６６】
ウォータポンプ１９の作動によりエンジン冷却回路６１を循環する冷却水は、冷却水管１６から熱電発電装置１７に供給されることにより、冷却ケース２５に流通し、この冷却水が放熱基板２７に作用する。
【００６７】
また、熱電発電装置１７の排気管部２０には４００から６００℃程度の高温の排気ガスが流れ、この排気ガスの熱が受熱基板２６に作用する。このため、熱電発電装置１７において、受熱基板２６と放熱基板２７との温度差に応じて熱電発電が行われ、発電電力がケーブル３２およびＤＣＤＣコンバータ３３を介してバッテリ３４に充電される。
【００６８】
エンジン冷却回路６１を循環する冷却水は、熱電発電装置１７の冷却ケース２５を流通した後、熱電発電装置４１の冷却ケース５１を流通する。
【００６９】
また、熱電発電装置４１の冷却ケース５１には８０℃から１００℃の範囲の高温のエンジン冷却水が流通し、このエンジン冷却水の熱が受熱基板５２に作用する。
【００７０】
また、熱電発電装置４１の冷却管部４３には、インバータ冷却回路６２を循環するインバータ４２の冷却用の冷却水が流れる。この冷却水は、４０℃以下であり、冷却ケース５１に供給される冷却水よりも低温となっている。
【００７１】
熱電発電装置４１は、冷却管部４３を流れる低温の冷却水が熱電変換モジュール５０の放熱基板５３に作用し、冷却ケース５１を流れる高温の冷却水が熱電変換モジュール５０の受熱基板５２に作用する。
【００７２】
このため、受熱基板５２と放熱基板５３との温度差に応じて熱電発電が行われる。この発電電力は、ケーブル５８およびＤＣＤＣコンバータ５９を介してバッテリ３４に充電される。
【００７３】
このように本実施の形態の熱電発電システムは、２つの熱電発電装置１７、４１を有し、エンジン冷却水を熱電発電装置１７の放熱基板２７に供給した後に熱電発電装置４１の受熱基板５２に供給するようにした。
【００７４】
この結果、熱電発電装置１７で熱電発電に利用した冷却水を熱電発電装置４１で熱電発電に利用することができ、２つの熱電発電装置１７、４１を用いて発電量を増加させることができる。
【００７５】
また、本実施の形態の熱電発電システムは、熱電変換モジュール２４が、高い作動温度領域で熱電発電を行うＭｇ−Ｓｉ系のＮ型熱電変換素子２８およびＰ型熱電変換素子２９を有し、熱電変換モジュール５０が、熱電変換モジュール２４よりも低い作動温度領域で熱電発電を行うＢｉ−Ｔｅ系のＮ型熱電変換素子５４およびＰ型熱電変換素子５５を有する。
【００７６】
このため、熱電発電装置１７、４１が、熱電発電装置１７に供給される排気ガスおよびエンジン冷却水の温度と、熱電発電装置４１に供給されるエンジン冷却水およびインバータ冷却水の温度とに応じて効率よく発電を行うことができる。したがって、複数の熱電発電装置１７、４１を用いてより効率的に発電量を増加させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態の熱電発電システムは、熱電発電装置１７の熱電変換モジュール２４の受熱基板２６に排気ガスを供給され、放熱基板２７にエンジン冷却水を供給したので、熱電変換モジュール２４が高温の排気ガスと低温のエンジン冷却水との温度差に応じた熱電発電を行うことができる。
【００７８】
また、本実施の形態の熱電発電システムは、熱電発電装置４１の放熱基板５３に、熱電発電装置１７によって昇温された冷却水よりも低温のインバータ冷却水を供給したので、熱電変換モジュール５０が高温のエンジン冷却水と低温のインバータ冷却水との温度差に応じた熱電発電を行うことができる。
なお、熱電発電装置１７に供給されるエンジン冷却水を高温と表現し、熱電発電装置１７に供給されるエンジン冷却水を低温と表現したのは、最も温度が高い排気ガスと比較した場合にエンジン冷却水が低温となり、最も温度が低いインバータ冷却水と比較した場合にエンジン冷却水が高温となるためである。
【００７９】
以上のように、本発明に係る熱電発電装置は、内燃機関を冷却する冷却水を利用して熱電発電装置の発電量を増加させることができるという効果を有し、内燃機関を冷却する冷却水と高温媒体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を備えた熱電発電装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１…エンジン（内燃機関）、１７…熱電発電装置（第１の熱電発電装置）、２４…熱電変換モジュール（第１の熱電変換モジュール）、２６…受熱基板（第１の高温部）、２７…放熱基板（第１の低温部）、４１…熱電発電装置（第２の熱電発電装置）、４２…インバータ、４４…モータジェネレータ（回転電機）、５０…熱電変換モジュール（第２の熱電変換モジュール）、５２…受熱基板（第２の高温部）、５３…放熱基板（第２の低温部）、６１…エンジン冷却回路、６２…インバータ冷却回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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