(57)【要約】【課題】熱エネルギを効率的に吸熱できる熱電素子搭載車両を提供する。【解決手段】吸熱部１１２と放熱部１１３との間に熱電材料１１ｐ，１１ｎが設けられた熱電素子本体１１と、前記吸熱部に熱的に接続された装着基板１２と、前記放熱部に熱的に接続された放熱部材１３とを有する熱電素子１が、熱伝導性金属を含有する接着剤１５を介して、車両進行方向前側のオイルパン２２の前面又は内燃機関２１の背面２１１に接着されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱部と放熱部との間に熱電材料が設けられた熱電素子本体と、前記吸熱部に熱的に接続された装着基板と、前記放熱部に熱的に接続された放熱部材とを有する熱電素子が、熱伝導性金属を含有する接着剤を介して内燃機関に接着されている熱電素子搭載車両。
【請求項２】
前記装着基板の装着面は、凹凸状に形成されている請求項１に記載の熱電素子搭載車両。
【請求項３】
前記熱電素子は、車両進行方向前側の前記内燃機関のオイルパンの前面に接着されている請求項１に記載の熱電素子搭載車両。
【請求項４】
前記熱電素子は、前記オイルパンの前面であってエンジンアンダーカバーによる陰部に接着されている請求項３に記載の熱電素子搭載車両。
【請求項５】
前記熱電素子は、車両進行方向後側の前記内燃機関の背面に接着されている請求項１に記載の熱電素子搭載車両。
【請求項６】
前記放熱部材は、放熱性塗料が塗布されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電素子搭載車両。
【請求項７】
前記熱電素子の出力端子に、電線を介して電力負荷部品が接続されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱電素子搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子搭載車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
吸熱要素とヒートシンクを有し、これらの間の温度勾配によって電気エネルギを発生する熱電発電機を、内燃機関に直接配置された車両が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５１８７９６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、上記従来の技術では、内燃機関等の熱エネルギ源へ熱電発電機を直接密着させる必要があるが、内燃機関の接触面の形状や接着材料等の熱伝導性により効率的に熱エネルギを得ることが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、熱エネルギを効率的に吸熱できる熱電素子搭載車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、熱伝導性金属を含有する接着剤を介して熱電素子を内燃機関に接着することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱伝導性金属を含有する接着剤を用いて熱電素子を内燃機関に接着するので、内燃機関に特別な加工を施すことなく、内燃機関の熱エネルギを熱電素子の吸熱部に効率的に吸熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の熱電素子搭載車両に係る熱電素子の一例を示す分解斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの熱電素子に接続される温度センサユニットの一例を示す斜視図である。
【図２】図１Ａの熱電素子を内燃機関のオイルパンに装着した状態を示す断面図である。
【図３】図１Ａの熱電素子の他例を内燃機関のオイルパンに装着した状態を示す断面図である。
【図４】図２，３の熱電素子を装着する車両の一例を示す要部側面図である。
【図５】図４の車両の床裏を示す底面図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】図６のVII矢視図である。
【図８】図６のVIII矢視図である。
【図９】熱電素子材料の発電効率特性を示すグラフである。
【図１０】熱電素子の発電原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１Ａは本例の熱電素子１を示す分解斜視図、図１Ｂは温度センサユニット３を示す斜視図である。本例の熱電素子搭載車両１（以下、単に車両１ともいう。）は、市場に投入した自動車の走行環境データ、たとえばエンジンルーム内の温度データなどを収集するための温度センサユニット３が装着され、この温度センサユニット３の電源として熱電素子１が搭載されている。こうした各種データ収集のための測定ユニットは、実験車両などに一時的に搭載されることがあり、データ収集が終われば取り外される。したがって、測定ユニットの電源も、車載バッテリから供給するのではなく着脱可能な熱電素子１を用いると、バッテリケーブルの配策が不要で利便性がよい。このため、本例の車両１では、内燃機関２１で生じる熱エネルギを利用して温度センサユニット３に供給する電力を発電する熱電素子１を搭載している。なお、本発明に係る熱電素子１の電力の供給先は温度センサユニット３にのみ限定されず、その他の電力負荷であってもよい。
【００１０】
本例の熱電素子１は、図１Ａ（熱電素子本体１１の内部構造については図１０参照）に示すように、吸熱部１１２と放熱部１１３との間に熱電材料１１ｐ，１１ｎが設けられた熱電素子本体１１と、吸熱部１１２に熱的に接続された装着基板１２と、放熱部１１３に熱的に接続されたヒートシンク１３とを有する。
【００１１】
熱電素子本体１１の基本構造と発電原理を図１０に示す。一般的に熱電素子は、熱起電力の異なる２種類の金属または半導体を接合した素子であって、両端に温度差を生じさせると起電力が生じるゼーベック効果を利用して発電する素子である。図１０に示す例では、キャリアが正孔である３つのｐ型熱電材料１１ｐ（たとえばｐ型半導体）と、キャリアが電子である３つのｎ型熱電材料１１ｎ（たとえばｎ型半導体）を交互に並設してこれらを直列に接続し、各熱電材料１１ｐ，１１ｎの一端に吸熱部１１２を設け、他端に放熱部１１３を設ける。
【００１２】
そして、吸熱部１１２を内燃機関２１に接続することにより当該吸熱部１１２に熱エネルギを供給するとともに、放熱部１１３にヒートシンク１３を設けることにより当該放熱部１１３から熱エネルギを放出すると、ｐ型熱電材料１１ｐでは吸熱部１１２から放熱部１１３に向かって正孔が移動し（つまり放熱部１１３から吸熱部１１２に向かって電子が移動する）、ｎ型熱電材料１１ｎでは吸熱部１１２から放熱部１１３に向かって電子が移動する。これらｐ型熱電材料とｎ型熱電材料は、図１０に示すように直列に接続されているので、左端のｐ型熱電材料１１ｐから右端のｎ型熱電材料１１ｎに向かって直列的に電子が移動する。その結果、２つの端子Ｐ１，Ｐ２間に電圧差が生じ、Ｐ１とＰ２を結ぶ回路１１４に反時計回りの電流が流れることになる。
【００１３】
熱電材料１１ｐ，１１ｎとしては、ビスマス・テルル（Ｂｉ２Ｔｅ３）系、鉛・テルル（ＰｂＴｅ）系、コバルト・アンチモン（ＣｏＳｂ３）系、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）系、ランタン・テルル（Ｌａ３Ｔｅ４）系などを例示できるが、図９に示すようにビスマス・テルル系熱電材料は、オイルパン２２の温度である１００〜１４０℃で最も発電効率がよいのでこれを用いることが望ましい。
【００１４】
図１Ａに戻り、熱電素子本体１１の吸熱部１１２には、ナットなどのネジ孔（図１Ａでは隠れている）にボルト１２１を螺合することにより装着基板１２が固定されている。この装着基板１２は、熱電素子本体１１とヒートシンク１３を支持できる程度の剛体であることが必要とされる。また後述するように、図１Ａに示す裏面が内燃機関２１の壁面やオイルパン２２に接着され、ここからの熱エネルギを熱電素子本体１１の吸熱部１１２に伝達する必要があるため、熱伝導性に富んだ材料、アルミニウム、鉄、銅などの金属から構成することが望ましい。なお、装着基板１２は、図示するように平板状である必要はなく、内燃機関２１の装着部位の形状に応じて適宜成形すればよい。
【００１５】
熱電素子本体１１の放熱部１１３には、ナットなどのネジ孔１１１にボルト１３１を螺合することによりヒートシンク１３が固定されている。このヒートシンク１３は、放熱部１１３から熱エネルギを放出する（放熱部１１３を冷却する）必要があるため、熱伝導性に富んだ材料、アルミニウム、鉄、銅などの金属から構成することが望ましい。なお、ヒートシンク１３は、図６に示すように熱電素子１を内燃機関２１のオイルパン２２に装着する場合には、走行時の空気流に晒されるようにレイアウトすることが望ましい。また、同図に示すように内燃機関２１の背面に装着する場合には、走行時の空気流が届かず空気が淀むため、ヒートシンク１３の表面に放熱塗料を塗布することが好ましい。この放熱塗料とは、基材樹脂はアクリル系樹脂など特に限定されないが、熱放射率の高いシリカ、ジルコニア、炭化珪素、窒化アルミニウムなどを添加した塗料である。放熱塗料を塗布することにより、シートシンク１３に伝わった熱が赤外線電磁波の形で放射されることになる。
【００１６】
図１Ｂに示す温度センサユニット３は、温度センサと、当該温度センサで計測された温度データを送信する通信回路を含むマイクロチップと、二次電池がユニット化されてなり、その電源としての熱電素子１の出力端子１４に電線３１が接続される。電線３１は温度センサユニット３を装着する部位と熱電素子１を装着する部位とを結ぶに必要な長さとされている。このように熱電素子１と温度センサユニット３を分離して構成することで、それぞれにとって最適な部位に装着することができ、またマイクロチップや二次電池といった耐熱性に問題がある部品を熱電素子１が装着される高熱部から離間させることができる。
【００１７】
本例の熱電素子１は、図６に示すように内燃機関２１の壁面やオイルパン２２に接着剤１５により接着される。本例で用いて好ましい接着剤１５は、基材樹脂としてはエポキシ系樹脂やメタクリレート系樹脂など特に限定されないが、アルミニウムや銅など熱伝導率の高い金属が添加された接着剤（パテ材を含む）である。市販品としてＩＴＷデブコン社製ＨＲ−３０３パテ材や、ＩＴＷプレクサス社製構造用接着剤Ｍシリーズなどを例示することができる。こうした熱伝導性金属を含有する接着剤１５を装着基板１２及び／又は内燃機関２１の壁面やオイルパン２２に塗布し硬化させることにより、内燃機関２１の熱エネルギを装着基板１２に対して効率的に伝達することができる。
【００１８】
なお、図３に示すように、装着基板１２の接着面を凹凸状に加工してもよい。こうすることで、装着基板１２の凸部は直接的に内燃機関２１に接触する一方、凹部は接着剤１５による接着効果を発揮するので、より効率的に熱エネルギを伝達することができる。
【００１９】
次に熱電素子１の装着部位について説明する。図４は本例の熱電素子１を装着する車両２を示すフロント部側面図、図５はエンジンルームを床裏から見た底面図、図６は図５のVI-VI線に沿う断面図、図７は図６のVII矢視図、図８は図６のVIII矢視図である。
【００２０】
図５のエンジンルームの床裏を示す図において、２１が内燃機関の底面、２２がオイルパン、２３がフロントクロスメンバ、２４がエンジンアンダーカバー（ハーフタイプ）である。また、図６において、２５がエンジンアンダーカバー（古タイプ）、２６がラヂエータである。本例の熱電素子１は、図６に示すように、車両進行方向前側のオイルパン２２の前面（ここに装着する熱電素子を１Ａと称する）か、あるいは車両進行方向後側の内燃機関２１の背面２１１（ここに装着する熱電素子を１Ｂと称する）に装着される。
【００２１】
オイルパン２２の前面に装着した熱電素子１Ａを図７に示し、内燃機関２１の背面２１１に装着した熱電素子１Ｂを図８に示す。なお、図６において、実線で示すハーフタイプのエンジンアンダーカバー２４は、フロントクロスメンバ２３から内燃機関２１の前部に至る範囲に設けられ、飛び石等による内燃機関２１の損傷を防止する部品である。これに対して、点線で示すフルタイプのエンジンアンダーカバー２５は、フロントクロスメンバ２３から内燃機関２１の後部までの範囲に設けられ、同じく飛び石等による内燃機関２１の損傷を防止する部品である。
【００２２】
オイルパン２２の前面に装着した熱電素子１Ａにあっては、図６に示すように、エンジンアンダーカバー２４又は２５による陰部に接着されている。これにより、熱電素子１Ａに対するチッピングを防止することができる。また、図６に示すように、オイルパン２２の前面は、ラヂエータ２６を通過した走行時の空気流が最も多く流れる流路に位置するのでヒートシンク１３による放熱部１１３の冷却能力が高く、これにより発電量も増加することになる。
【００２３】
これに対して、内燃機関２１の背面２１１に装着した熱電素子１Ｂにあっては、チッピングによる損傷を受け難い一方、走行時の空気流が淀むためヒートシンク１３による放熱部１１３の冷却能力が劣る。しかしながら、上述したとおりヒートシンク１３に放熱塗料を塗布するなどすることにより放熱部１１３の冷却能力を補うことができる。
【００２４】
以上のとおり、本例の熱電素子搭載車両によれば以下の効果を奏する。
（１）本例では、熱伝導性金属を含有する接着剤１５を介して熱電素子１を熱源に接着するので、熱源の熱エネルギを効率的に吸熱部１１２に伝達することができ、その結果、発電量を増加させることができる。また、接着剤１５による固定であるため、装着時は脱落しないがデータ収集が終了すれば取り外すことができるので、内燃機関２１などに特別な加工を施す必要もない。
【００２５】
（２）本例では、図３に示すように装着基板１２の装着面を凹凸状に加工しているので、凸部は直接的に内燃機関２１に接触する一方、凹部は接着剤１５による接着効果を発揮する。これにより、より効率的に熱エネルギを伝達することができる。
【００２６】
（３）本例では、熱電素子１Ａを車両進行方向前側のオイルパン２２の前面に装着するので、ラヂエータ２６を通過した走行時の空気流が最も多く流れる流路に位置し、ヒートシンク１３による放熱部１１３の冷却能力が高く、これにより発電量が増加する。
【００２７】
（４）本例では、熱電素子１Ａをエンジンアンダーカバー２４又は２５による陰部に接着するので、熱電素子１Ａに対するチッピングを防止することができる。
【００２８】
（５）本例では、熱電素子１Ｂを内燃機関２１の背面２１１に装着するので、チッピングによる損傷を受け難い。また、走行時の空気流が淀むためヒートシンク１３による放熱部１１３の冷却能力が劣るが、ヒートシンク１３に放熱塗料を塗布することにより放熱部１１３の冷却能力を補うことができる。
【００２９】
（６）本例では、熱電素子１と温度センサユニット３を分離して構成するので、それぞれにとって最適な部位に装着することができ、またマイクロチップや二次電池といった耐熱性に問題がある部品を熱電素子１が装着される高熱部から離間させることができる。
【００３０】
上記ヒートシンク１３は本発明に係る放熱部材に相当する。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ，１Ｂ…熱電素子
１１…熱電素子本体
１１ｐ，１１ｎ…熱電材料
１１１…ネジ孔
１１２…吸熱部
１１３…放熱部
１２…装着基板
１２１…ボルト
１３…ヒートシンク
１３１…ボルト
１４…出力端子
２…車両
２１…内燃機関
２１１…背面
２２…オイルパン
２３…フロントクロスメンバ
２４…エンジンアンダーカバー（ハーフタイプ）
２５…エンジンアンダーカバー（フルタイプ）
２６…ラヂエータ
３…温度センサユニット
３１…電線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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