(57)【要約】【課題】発電装置の異常検出装置に関し、発電のために温度差を必要としない熱電変換素子を備える発電装置の異常を精度良く検出できるようにする。【解決手段】発電装置１０は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に位置する真性半導体部１２ｃのバンドギャップエネルギがｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶を熱電変換素子１２として複数備える熱電変換モジュール１４を備える。異常検出装置４０は、発電装置１０の異常検出を素子単位で行う。この異常検出処理によれば、熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐが検出または推定される。検出または推定された３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づいて推定起電圧Ｖｔｅが算出される。この推定起電圧Ｖｔｅに対する実起電圧Ｖｔａの差の絶対値が閾値以上である場合に、発電装置１０の異常が検出される。【選択図】図９
2018113304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱機器の排熱が伝わる部位に配置された熱電変換モジュールであって、ｎ型半導体部とｐ型半導体部とこれらの間にある真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のそれぞれのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶を熱電変換素子として少なくとも１つ備える熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールとの間で電気回路を構成する負荷機器と、
を備える発電装置の異常検出を行う異常検出装置であって、
前記異常検出装置は、前記少なくとも１つのうちの熱電変換素子の少なくとも１つを判定対象として素子単位で前記異常検出を行い、または、前記熱電変換モジュールの全体を判定対象としてモジュール単位で前記異常検出を行うものであって、
前記異常検出装置は、
前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子に関して、前記ｎ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｎ型端部温度、前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｐ型端部温度、および、前記真性半導体部の温度である真性部温度を検出または推定する温度取得手段と、
前記温度取得手段により検出または推定された前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度に基づいて、前記素子単位または前記モジュール単位で推定起電圧および当該推定起電圧に基づく推定発電電力のうちの少なくとも一方を算出する推定出力算出手段と、
前記素子単位または前記モジュール単位で実起電圧および実発電電力のうちの少なくとも一方を検出する実出力検出手段と、
前記素子単位または前記モジュール単位で、前記推定起電圧に対する前記実起電圧の乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの第１判定、および、前記推定発電電力に対する前記実発電電力の乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かの第２判定のうちの少なくとも一方を実施し、前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方が成立する場合に、前記発電装置の異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする発電装置の異常検出装置。
【請求項２】
前記熱電変換モジュールは、前記発熱機器の排熱を伝える熱供給体の表面に設置され、
前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記熱供給体の前記表面において１列に並んで設置された１組の熱電変換素子を含み、
前記温度取得手段は、前記１組の熱電変換素子の前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度の合計の数よりも少ない数の温度センサであって、前記１列と平行な方向に並ぶように間隔をあけて前記熱供給体に取り付けられた複数の温度センサを含み、
前記温度取得手段は、前記複数の温度センサの検出値に基づく前記１組の熱電変換素子の温度分布に基づいて、前記１組の熱電変換素子のそれぞれの前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置の異常検出装置。
【請求項３】
前記発熱機器の排熱が伝わる前記部位は、前記発熱機器の排熱を回収した排熱回収流体が流れる流路であって、
前記熱電変換モジュールは、前記排熱回収流体が並列に流れる複数の単位流路となるように前記流路を区画する流路形成部材を含み、
前記流路形成部材は、前記熱電変換モジュールが備える前記少なくとも１つの熱電変換素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、
前記熱電変換モジュールが備える前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記複数の単位流路の延伸方向に垂直な方向に並び、かつ、前記複数の単位流路に跨るように設置された複数の熱電変換素子を１組として、複数組の熱電変換素子を含み、
前記複数組の熱電変換素子のそれぞれは、前記真性半導体部の表面が前記排熱回収流体に曝されるようにしつつ前記流路形成部材によって覆われており、
前記温度取得手段は、
前記複数の単位流路のそれぞれにおいて、個々の前記単位流路内にある複数の熱電変換素子の一部の熱電変換素子の前記真性半導体部の温度を検出する複数の真性部温度センサと、
前記流路形成部材に設置された１または複数の端部温度センサと、
を含み、
前記温度取得手段は、前記複数の真性部温度センサの検出値に基づいて、前記複数組の熱電変換素子のそれぞれの前記真性部温度を前記単位流路毎に検出または推定し、
前記温度取得手段は、前記１または複数の端部温度センサの検出値に基づいて、前記複数組の熱電変換素子のそれぞれの前記ｎ型端部温度および前記ｐ型端部温度を検出または推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置の異常検出装置。
【請求項４】
前記複数の真性部温度センサは、前記複数の単位流路に１つずつ配分されており、かつ、前記複数組の熱電変換素子のうちで前記複数の単位流路の最も下流に位置する組の熱電変換素子のそれぞれに取り付けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置の異常検出装置。
【請求項５】
前記異常検出装置は、前記流路形成部材を加熱または冷却することによって、前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子が起電圧を生成可能な温度範囲内で前記１または複数の熱電変換素子の温度を調節する温度調節器をさらに備え、
前記異常検出手段は、
前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方の成立を受けて前記発電装置の異常を検出した場合に、前記排熱回収流体の流れがなく、かつ、前記排熱回収流体の温度が安定している状況下において、前記温度調節器による前記加熱または前記冷却を実行し、
前記温度調節器による前記加熱または前記冷却が行われている温度調節状態における前記１または複数の熱電変換素子の起電圧推定範囲から前記実起電圧が外れた場合、または、前記温度調節状態における前記１または複数の熱電変換素子の発電電力推定範囲から前記実発電電力が外れた場合には、前記発電装置の異常は、前記熱電変換モジュールの異常に起因するものであると判定し、
前記実起電圧が前記起電圧推定範囲内にある場合、または、前記実発電電力が前記発電電力推定範囲内にある場合には、前記発電装置の異常は、前記流路の異常に起因するものであると判定する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の発電装置の異常検出装置。
【請求項６】
前記異常検出手段は、前記温度調節状態において、前記複数の真性部温度センサの検出値の少なくとも１つが、前記温度調節器による前記加熱による入熱量または前記冷却による出熱量に応じた許容範囲から外れた場合には、前記真性部温度の検出に関する異常が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置の異常検出装置。
【請求項７】
前記異常検出手段は、前記温度調節状態において、前記１または複数の端部温度センサの検出値の少なくとも１つが、前記温度調節器による前記加熱による入熱量または前記冷却による出熱量に応じた許容範囲から外れた場合には、前記ｎ型端部温度または前記ｐ型端部温度の検出に関する異常が生じていると判定する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の発電装置の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電装置の異常検出装置に関し、より詳細には、均一温度場であっても熱を電力に変換可能な半導体単結晶を熱電変換素子として備える発電装置の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼーベック効果を利用した様々な熱電変換素子が知られている。この熱電変換素子を用いて起電圧を得るためには、当該熱電変換素子を構成する２種類の金属もしくは半導体の間に温度差を必要とする。一方、特許文献１には、温度差を必要とせずに発電を行える熱電変換素子として利用可能な半導体単結晶が開示されている。具体的には、この半導体単結晶は、ｎ型半導体部と、ｐ型半導体部と、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部とを有し、真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１２５８２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の半導体単結晶を熱電変換素子として使用する場合には、当該熱電変換素子を備える発電装置の異常を精度良く検出できることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、発電のために温度差を必要としない熱電変換素子（ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶）を備える発電装置の異常検出装置であって、当該発電装置の異常を精度良く検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る発電装置の異常検出装置は、発熱機器の排熱が伝わる部位に配置された熱電変換モジュールであって、ｎ型半導体部とｐ型半導体部とこれらの間にある真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のそれぞれのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶を熱電変換素子として少なくとも１つ備える熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールとの間で電気回路を構成する負荷機器と、を備える発電装置の異常検出を行う。前記異常検出装置は、前記少なくとも１つのうちの熱電変換素子の少なくとも１つを判定対象として素子単位で前記異常検出を行い、または、前記熱電変換モジュールの全体を判定対象としてモジュール単位で前記異常検出を行うものである。前記異常検出装置は、前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子に関して、前記ｎ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｎ型端部温度、前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｐ型端部温度、および、前記真性半導体部の温度である真性部温度を検出または推定する温度取得手段と、前記温度取得手段により検出または推定された前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度に基づいて、前記素子単位または前記モジュール単位で推定起電圧および当該推定起電圧に基づく推定発電電力のうちの少なくとも一方を算出する推定出力算出手段と、前記素子単位または前記モジュール単位で実起電圧および実発電電力のうちの少なくとも一方を検出する実出力検出手段と、前記素子単位または前記モジュール単位で、前記推定起電圧に対する前記実起電圧の乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの第１判定、および、前記推定発電電力に対する前記実発電電力の乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かの第２判定のうちの少なくとも一方を実施し、前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方が成立する場合に、前記発電装置の異常を検出する異常検出手段と、を備える。
【０００７】
前記熱電変換モジュールは、前記発熱機器の排熱を伝える熱供給体の表面に設置されてもよい。前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記熱供給体の前記表面において１列に並んで設置された１組の熱電変換素子を含んでいてもよい。前記温度取得手段は、前記１組の熱電変換素子の前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度の合計の数よりも少ない数の温度センサであって、前記１列と平行な方向に並ぶように間隔をあけて前記熱供給体に取り付けられた複数の温度センサを含んでいてもよい。そして、前記温度取得手段は、前記複数の温度センサの検出値に基づく前記１組の熱電変換素子の温度分布に基づいて、前記１組の熱電変換素子のそれぞれの前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度を推定してもよい。
【０００８】
前記発熱機器の排熱が伝わる前記部位は、前記発熱機器の排熱を回収した排熱回収流体が流れる流路であってもよい。前記熱電変換モジュールは、前記排熱回収流体が並列に流れる複数の単位流路となるように前記流路を区画する流路形成部材を含んでいてもよい。前記流路形成部材は、前記熱電変換モジュールが備える前記少なくとも１つの熱電変換素子の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有していてもよい。前記熱電変換モジュールが備える前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記複数の単位流路の延伸方向に垂直な方向に並び、かつ、前記複数の単位流路に跨るように設置された複数の熱電変換素子を１組として、複数組の熱電変換素子を含んでいてもよい。前記複数組の熱電変換素子のそれぞれは、前記真性半導体部の表面が前記排熱回収流体に曝されるようにしつつ前記流路形成部材によって覆われていてもよい。前記温度取得手段は、前記複数の単位流路のそれぞれにおいて、個々の前記単位流路内にある複数の熱電変換素子の一部の熱電変換素子の前記真性半導体部の温度を検出する複数の真性部温度センサと、前記流路形成部材に設置された１または複数の端部温度センサと、を含んでいてもよい。前記温度取得手段は、前記複数の真性部温度センサの検出値に基づいて、前記複数組の熱電変換素子のそれぞれの前記真性部温度を前記単位流路毎に検出または推定してもよい。そして、前記温度取得手段は、前記１または複数の端部温度センサの検出値に基づいて、前記複数組の熱電変換素子のそれぞれの前記ｎ型端部温度および前記ｐ型端部温度を検出または推定してもよい。
【０００９】
前記複数の真性部温度センサは、前記複数の単位流路に１つずつ配分されており、かつ、前記複数組の熱電変換素子のうちで前記複数の単位流路の最も下流に位置する組の熱電変換素子のそれぞれに取り付けられていてもよい。
【００１０】
前記異常検出装置は、前記流路形成部材を加熱または冷却することによって、前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子が起電圧を生成可能な温度範囲内で前記１または複数の熱電変換素子の温度を調節する温度調節器をさらに備えていてもよい。前記異常検出手段は、前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方の成立を受けて前記発電装置の異常を検出した場合に、前記排熱回収流体の流れがなく、かつ、前記排熱回収流体の温度が安定している状況下において、前記温度調節器による前記加熱または前記冷却を実行してもよい。前記温度調節器による前記加熱または前記冷却が行われている温度調節状態における前記１または複数の熱電変換素子の起電圧推定範囲から前記実起電圧が外れた場合、または、前記温度調節状態における前記１または複数の熱電変換素子の発電電力推定範囲から前記実発電電力が外れた場合には、前記発電装置の異常は、前記熱電変換モジュールの異常に起因するものであると判定してもよい。そして、前記実起電圧が前記起電圧推定範囲内にある場合、または、前記実発電電力が前記発電電力推定範囲内にある場合には、前記発電装置の異常は、前記流路の異常に起因するものであると判定してもよい。
【００１１】
前記異常検出手段は、前記温度調節状態において、前記複数の真性部温度センサの検出値の少なくとも１つが、前記温度調節器による前記加熱による入熱量または前記冷却による出熱量に応じた許容範囲から外れた場合には、前記真性部温度の検出に関する異常が生じていると判定してもよい。
【００１２】
前記異常検出手段は、前記温度調節状態において、前記１または複数の端部温度センサの検出値の少なくとも１つが、前記温度調節器による前記加熱による入熱量または前記冷却による出熱量に応じた許容範囲から外れた場合には、前記ｎ型端部温度または前記ｐ型端部温度の検出に関する異常が生じていると判定してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る発電装置では、ｎ型半導体部とｐ型半導体部との間に位置する真性半導体部のバンドギャップエネルギがｎ型半導体部およびｐ型半導体部のバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶が熱電変換素子として用いられる。このような構造の熱電変換素子は、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子とは異なり、素子両端に温度差が生じていなくても起電圧を発生させることができる。このため、本発明に係る熱電変換素子の推定起電圧を素子温度に基づいて算出するためには、素子両端の温度を取得するだけでは十分とはいえない。この点に関し、本発明によれば、検出または推定された素子両端の温度（ｎ型端部温度およびｐ型端部温度）と真性半導体部の温度（真性部温度）とに基づいて、素子単位またはモジュール単位で推定起電圧および当該推定起電圧に基づく推定発電電力の少なくとも一方が算出される。そのうえで、素子単位またはモジュール単位で、推定起電圧に対する実起電圧の乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの第１判定、および、推定発電電力に対する実発電電力の乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かの第２判定のうちの少なくとも一方が実施される。そして、第１判定および第２判定のうちの少なくとも一方が成立する場合に、発電装置の異常が検出される。このように、上述の３点の温度を利用する本発明によれば、発電のために温度差を必要としない熱電変換素子を少なくとも１つ備える発電装置の異常を精度良く検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発電装置が備える熱電変換素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱電変換素子のバンドギャップエネルギの状態を示す概念図である。
【図３】熱電変換素子の実起電圧Ｖｔａと温度との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る発電装置が備える熱電変換モジュールの構成を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す熱電変換モジュールの内部構造を模式的に示す部分透視図である。
【図６】各熱電変換素子における温度取得の対象部位を説明するための図である。
【図７】素子端面と垂直な方向における熱電変換素子内の温度分布とバンドギャップエネルギの分布とを表した図である。
【図８】推定起電圧Ｖｔｅの算出に用いるマップのイメージ図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１１】発電装置の等価回路を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る熱電変換素子の温度推定手法を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る熱電変換素子の温度取得処理のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る発電装置およびその異常検出装置の構成を模式的に表した図である。
【図１７】図１６に示す素子積層体の構成を模式的に表した斜視図である。
【図１８】図１７に示す方向Ｄ５の位置が同じかつ排気ガスの流れ方向Ｄ３に平行に並んだ３組の熱電変換素子のうちで、図１６の下方側の単位流路に位置する３つの熱電変換素子の温度Ｔｉについて説明するための図である。
【図１９】図１７に示す方向Ｄ５の位置が同じかつ排気ガスの流れ方向Ｄ３に平行に並んだ３組の熱電変換素子のうちで、単位流路のそれぞれの内部における上流側に位置する２つの熱電変換素子の温度Ｔｉについて説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態７に係る異常検出装置の構成を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態７に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図２２】温度センサの検出値とヒータによる入熱量との関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１６】
実施の形態１．
まず、図１〜図９を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１７】
［熱電変換素子の構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電装置１０（後述の図４参照）が備える熱電変換素子１２の構成を模式的に示す斜視図である。図１に示す一例では、熱電変換素子１２は、角柱形状で形成されている。熱電変換素子１２は、一端側にｎ型半導体部１２ａを備え、他端側にｐ型半導体部１２ｂを備えている。また、熱電変換素子１２は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に、真性半導体部１２ｃを備えている。
【００１８】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１に示す熱電変換素子１２のバンドギャップエネルギの状態を示す概念図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）の縦軸は電子のエネルギであり、横軸は熱電変換素子１２におけるｎ型半導体部１２ａ側の端面（ｎ型半導体部１２ａにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端面）１２ａｅｓからの距離Ｌ１（図１参照）である。もう一方の端面１２ｂｅｓは、ｐ型半導体部１２ｂにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端面である。
【００１９】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、ｎ型半導体部１２ａは、フェルミレベルｆが伝導帯側にある部位であり、ｐ型半導体部１２ｂは、フェルミレベルｆが価電子帯側にある部位である。真性半導体部１２ｃは、フェルミレベルｆが伝導帯と価電子帯との間の禁制帯の中央にある部位である。バンドギャップエネルギは、価電子帯の最上部と伝導帯の最下部とのエネルギ差に相当するものである。これらの図から分かるように、熱電変換素子１２では、真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギは、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおけるバンドギャップエネルギよりも低くなっている。なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）中に示すｎ型半導体部１２ａ、ｐ型半導体部１２ｂおよび真性半導体部１２ｃの長さの割合は、一例であり、この割合は、熱電変換素子（半導体単結晶）１２の形成の仕方に応じて変化する。また、ｎ型半導体部１２ａ、ｐ型半導体部１２ｂおよび真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギは、例えば逆光電子分光法によって測定することができる。
【００２０】
上述の特性（すなわち、真性半導体部１２ｃにおけるバンドギャップエネルギが、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおけるバンドギャップエネルギよりも低いこと）を有する熱電変換素子（半導体単結晶）１２は、例えば、クラスレート化合物（包接化合物）によって構成することができる。このようなクラスレート化合物の一例としては、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８を用いることができる。
【００２１】
本実施形態の熱電変換素子１２の製造方法は、熱電変換素子１２が上述の特性を有するようにできるものであれば特に限定されない。熱電変換素子１２が一例としてシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８である場合には、例えば、国際特許出願の国際公開第２０１５／１２５８２３号において詳述されている製造方法を用いることができる。その概要は次の通りである。すなわち、ＢａとＡｕとＳｉとの比（モル比）が８：８：３８となるようにＢａ粉末、Ａｕ粉末およびＳｉ粉末を秤量する。秤量した粉末を、アーク溶融法を利用して溶融する。得られた融液を冷却することで、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８のインゴットを得る。このように調製されたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８のインゴットを粒状に粉砕する。粉砕されたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８を、チョクラルスキー法を利用して坩堝内で溶融することで、シリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８の単結晶を得る。図１に示す熱電変換素子１２は、このような手法で得られたシリコンクラスレートＢａ８Ａｕ８Ｓｉ３８の単結晶を角柱形状（より具体的には、直方体形状）に切断して得られたものである。熱電変換素子の形状は、上記単結晶を角柱形状に限らず、立方体形状、円柱形状、あるいは他の所望の形状に切断することによって任意に選択することができる。例えば、ｎ型半導体部１２ａと真性半導体部１２ｃとｐ型半導体部１２ｂとが薄く積層されたような平板形状に熱電変換素子１２を形成することもできる。
【００２２】
［発電原理］
図２（Ａ）は、熱電変換素子１２を所定の温度に加熱したときの熱励起の状態を示す概念図である。熱電変換素子１２を温度Ｔ０（後述の図３参照）以上に加熱すると、図２（Ａ）に示すように、価電子帯の電子（黒丸）が伝導帯に熱励起する。より具体的には、熱の供給によってバンドギャップエネルギを超えるエネルギが価電子帯の最上部に位置する電子に対して与えられると、電子が伝導帯に励起する。このような熱による電子の励起は、熱電変換素子１２の温度が上昇していく過程では、バンドギャップエネルギが相対的に低い真性半導体部１２ｃにおいてのみ生じる状態が得られる。図２（Ａ）はそのような状態が得られる所定の温度（例えば、温度Ｔ０）に熱電変換素子１２が加熱された状態を示している。この状態では、バンドギャップエネルギが相対的に高いｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂでは電子が熱励起されない。
【００２３】
図２（Ｂ）は、熱電変換素子１２を上記所定の温度に加熱したときの電子（黒丸）および正孔（白丸）の移動を示す概念図である。図２（Ｂ）に示すように、伝導帯に励起した電子は、エネルギの低い方、すなわち、ｎ型半導体部１２ａ側に移動する。一方、電子の励起により価電子帯に生じた正孔は、エネルギの高い方、すなわち、ｐ型半導体部１２ｂに移動する。このようなキャリアの偏りによって、ｎ型半導体部１２ａが負に帯電し、ｐ型半導体部１２ｂが正に帯電するため、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間で起電力が生じる。このため、熱電変換素子１２によれば、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に温度差がなくても発電が可能となる。このような発電原理は、温度差に基づいて起電力が生じるゼーベック効果とは異なる。
【００２４】
図３は、熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａと温度との関係を表した図である。ここでいう熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａとは、熱電変換素子１２に電流が流れていないときに、正極として機能するｐ型半導体部１２ｂ側の端部と、負極として機能するｎ型半導体部１２ａ側の端部との間に生じる電位差である起電圧（起電力）Ｖｔの検出値のことである。より具体的には、図３に示す関係は、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間で温度差が生じない態様で熱電変換素子１２を加熱していった際に生じる起電圧の温度特性を表している。なお、実起電圧Ｖｔａが生じる温度範囲は、熱電変換素子の構造によって異なるものとなる。
【００２５】
図３に示すように、熱電変換素子１２を温度Ｔ０以上に加熱することによって、実起電圧Ｖｔａが生じる。より具体的には、熱電変換素子１２の温度が高くなるにつれ、実起電圧Ｖｔａが上昇していく。この関係から分かるように、熱電変換素子１２の起電圧は温度に依存する。図３に示すように温度上昇に伴って実起電圧Ｖｔａが高くなる理由は、供給熱量の増加によって、バンドギャップエネルギが相対的に低い真性半導体部１２ｃにおいて励起できる電子および正孔の数が増えるためであると考えられる。また、図３に示すように、実起電圧Ｖｔａは、ある温度Ｔ１においてピーク値を示し、温度Ｔ１よりも熱電変換素子１２をさらに昇温させると、実起電圧Ｖｔａが低下していく。その理由は、熱電変換素子１２の温度が高くなると、真性半導体部１２ｃのみならずｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおいても電子および正孔の熱励起が生じることが影響していると考えられる。
【００２６】
［実施の形態１における熱電変換モジュールの適用部位］
上述の構成を有する熱電変換素子１２を発熱機器の排熱が伝わる部位に配置することで、発電が可能となる。ただし、熱電変換素子１２は、上記部位への配置においては単独で使用されることはなく、他の部品（例えば、電極）とともに構成する熱電変換モジュールの形態で使用される。すなわち、ここでいう熱電変換モジュールとは、半導体単結晶とそれを熱電変換素子として機能させるための部品（例えば、電極）とが１つの装置としてまとまったものを意味する。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１に係る発電装置１０が備える熱電変換モジュール１４の構成を模式的に示す図である。本実施形態の熱電変換モジュール１４は、一例として、内燃機関を備える車両に適用されている。本実施形態では、内燃機関が上記の発熱機器に相当する。より詳細には、内燃機関は、作動時に熱を発生する発熱機器である。
【００２８】
より具体的には、熱電変換モジュール１４は、図４に示すように、内燃機関の排気管１６の外表面１６ａに取り付けられている。熱伝導により排気管１６の内側から外側へ伝わった熱は、外表面１６ａに取り付けられた熱電変換モジュール１４によって吸熱されて電力に変換される。すなわち、熱電変換モジュール１４によれば、発熱機器である内燃機関の排熱を電力として回収することができる。なお、本発明に係る熱電変換モジュールの適用部位は、発熱機器の排熱が伝わる部位であれば特に限定されない。すなわち、熱電変換モジュール１４が一例として車両に適用される場合、熱電変換モジュール１４は、内燃機関以外に、トランスミッション、バッテリ、ブレーキ装置などの作動時に熱が発生する発熱機器に対して取り付けられてもよい。後述の実施の形態６、７のように、発熱機器の排熱を回収した排熱回収流体が流れる流路中に設置することもできる。
【００２９】
［熱電変換モジュールの構成］
図５は、図４に示す熱電変換モジュール１４の内部構造を模式的に示す部分透視図である。なお、図５（後述の図１４、１６、１７、２０も同様）においては、熱電変換素子１２の配置を分かり易く図示するために、ｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとを色分けして区別している。真性半導体部１２ｃは、色分けされたｎ型半導体部１２ａとｐ型半導体部１２ｂとの間に位置している。
【００３０】
図５に示すように、熱電変換モジュール１４は、複数の熱電変換素子１２を備えている。より具体的には、熱電変換モジュール１４は、複数の熱電変換素子１２の積層体である素子積層体１８を備えている。素子積層体１８では、隣り合う熱電変換素子１２が電極２０を介して直列に接続されている。電極２０としては、例えば、電気抵抗率の低い銅などの金属材料を用いることができる。より詳細には、電極２０間の電位差をできるだけ確保しつつ電流を円滑に流せるようにするために、電極２０は、一方の熱電変換素子１２のｎ型半導体部１２ａにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端部１２ａｅ（図１参照）と、他方の熱電変換素子１２のｐ型半導体部１２ｂにおける真性半導体部１２ｃと反対側の端部１２ｂｅ（図１参照）とを接続している。すなわち、電極２０は、バンドギャップエネルギが最も高い部位同士を接続している。
【００３１】
素子積層体１８は、ケーシング２２（図５では、一部の壁２２ａのみ図示）の中に収められている。ケーシング２２は、図示省略する取り付け具を用いて排気管１６の外表面１６ａに取り付けられている。ケーシング２２は高い熱伝導性を有し、また、外部と内部とを絶縁している。本実施形態では、複数の熱電変換素子１２および電極２０（すなわち、素子積層体１８）と、それらを収容するケーシング２２とによって熱電変換モジュール１４が構成されている。素子積層体１８の各熱電変換素子１２には、排気管１６からの熱がケーシング２２の壁２２ａを介して伝えられる。ただし、熱電変換モジュール１４が設置される環境によっては、ケーシング２２を省略することも可能である。
【００３２】
なお、図５に示す熱電変換モジュール１４が備える熱電変換素子１２の数は、あくまでも一例にすぎない。より多くの熱電変換素子１２が直列もしくは並列に接続されていてもよいし、熱電変換素子１２が十分な発電能力を有しているのであれば単数でもよい。つまり、熱電変換モジュール１４を構成する熱電変換素子１２の個数は、熱電変換モジュール１４に要求される発電電力と、熱電変換素子１２の１個当たりの発電電力とによって決まる。
【００３３】
［発電装置の構成］
上述の熱電変換モジュール１４を機能させるための装置が発電装置１０である。図４、５に示すように、本実施形態の発電装置１０は、熱電変換モジュール１４を含む電気回路２４と、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６とを備えている。熱電変換モジュール１４から電力を取り出すための導線２８は、素子積層体１８の両端に位置する熱電変換素子１２から引き出されている。
【００３４】
上記の導線２８が外部の負荷機器３０に接続されて電気回路２４が構成されることにより、熱の入力を受けた熱電変換モジュール１４による発電が開始される。繰り返しの説明になるが、熱電変換素子１２による発電には温度差は必要としないため、熱電変換モジュール１４は温度差のない環境に置かれても熱の入力があれば発電する。既述した熱電変換素子１２の発電原理によれば、ｐ型半導体部１２ｂが正極として機能し、ｎ型半導体部１２ａが負極として機能する。このため、発電により生じた起電圧による電流の流れ方向は、図５に示すようにｐ型からｎ型となる。
【００３５】
負荷機器３０は電力を消費する機器である。負荷機器３０としては、例えば、車両に搭載された電装部品（例えば、灯火類またはエアコン）、電動モータ、または、電力を蓄えるバッテリが該当する。電気回路２４には、当該電気回路２４を開閉するスイッチ３２が接続されている。スイッチ３２の開閉は、ＥＣＵ２６により制御され、これにより、電気回路２４を流れる電流のオン／オフが切り替えられる。なお、スイッチ３２に加え、電流調整器（例えば、可変抵抗）が負荷機器３０と直列に接続されてもよい。このような電流調整器によれば、可変抵抗の抵抗値を変化させることで、電気回路２４に流れる電流、つまり、熱電変換モジュール１４から電気回路２４に印加される電流を可変にすることができる。このため、熱電変換モジュール１４から負荷機器３０に供給される電力をより詳細に制御できるようになる。
【００３６】
ＥＣＵ２６は、少なくとも１つのメモリ２６ａと少なくとも１つのプロセッサ２６ｂとを有する。メモリ２６ａには、排熱回収制御に用いるプログラムおよびマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリ２６ａからプログラムを読み出してプロセッサ２６ｂで実行することにより、ＥＣＵ２６による排熱回収制御に関係する機能が実現される。
【００３７】
［異常検出装置の構成］
以上説明した熱電変換素子１２を利用する発電装置１０によれば、温度差を必要とせずに発電を行うことができる。このような発電装置１０では、熱電変換素子１２または電極２０などの構成部品に異常が生じると、意図した発電電力を発揮させられなくなる可能性がある。そこで、本実施形態のシステムは、発電装置１０の異常検出を行う異常検出装置４０を備えている。異常検出装置４０は、上述のＥＣＵ２６と、複数の温度センサ（例えば、熱電対）３４と、複数の電圧センサ３６と、電流センサ３８とを備えている。すなわち、ＥＣＵ２６は、排熱回収制御に関する制御装置に該当するだけでなく、異常検出装置４０の主たる構成要素としても機能する。なお、排熱回収制御に用いられるＥＣＵと、異常検出装置４０が備えるＥＣＵとは別体であってもよい。
【００３８】
［熱電変換素子の３点の温度取得（検出または推定）］
図６は、各熱電変換素子１２における温度取得の対象部位を説明するための図である。各熱電変換素子１２の温度取得は、図６中に丸印で示す３点を対象として行われる。この３点の温度は、バンドギャップエネルギの最も低い部位である真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉ、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓの温度Ｔｎ、および、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓの温度Ｔｐのことである。
【００３９】
上述の複数の温度センサ３４は、熱電変換モジュール１４の各熱電変換素子１２における上記３点の温度を検出または推定するために備えられている。より詳細には、図５に示すように、温度センサ３４は、各熱電変換素子１２の真性半導体部１２ｃの表面に取り付けられている。また、温度センサ３４は、各電極２０にも取り付けられている。金属である電極２０は高い熱伝導性を有している。そこで、図５に示す例では、電極２０を介して隣り合う（すなわち、素子積層体１８の両端に位置するｎ型半導体部１２ａまたはｐ型半導体部１２ｂ以外の）ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂのそれぞれの端面１２ａｅｓまたは１２ｂｅｓの温度Ｔｎ、Ｔｐは、電極２０の温度と等しい値として推定される。さらに、温度センサ３４は、素子積層体１８の両端に位置するｎ型半導体部１２ａまたはｐ型半導体部１２ｂの端部１２ａｅまたは１２ｂｅにも取り付けられている。
【００４０】
また、上述の複数の電圧センサ３６は、熱電変換素子１２の両端の電圧を検出するものであり、素子積層体１８の各熱電変換素子１２に対して設置されている（ただし、図５においては、１つの電圧センサ３６のみを図示）。電流センサ３８は、電気回路２４を流れる電流を検出する（図５のみに図示）。
【００４１】
図７は、素子端面と垂直な方向（以下、便宜上、距離Ｌ１を利用して「Ｌ１方向」と称する）における熱電変換素子１２内の温度分布とバンドギャップエネルギの分布とを表した図である。図７に示す温度分布は、真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉが相対的に高くなっている例を示している。熱電変換素子１２内のバンドギャップエネルギの分布は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）の説明と整合したものである。より詳細には、本発明で用いられる熱電変換素子１２のバンドギャップエネルギの分布は、熱電変換素子１２の具体的な構造に応じて定まるものである。しかしながら、バンドギャップエネルギが真性半導体部１２ｃにおいて最も低く、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂにおいて最も高くなるという基本的な特性は熱電変換素子１２の構造によらずに共通である。
【００４２】
熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａは、図３を参照して説明したように、熱電変換素子１２の温度に依存する。ただし、実起電圧Ｖｔａは、バンドギャップエネルギの分布が変わると（すなわち、Ｌ１方向の各位置でのバンドギャップエネルギの値が変わると）変化する。より具体的には、ある同一温度の下では、バンドギャップエネルギが低いほど、上述した電子の熱励起が促進される。上述の発電原理によれば、真性半導体部１２ｃに関しては、バンドギャップエネルギが低いことは実起電圧Ｖｔａを高めるように作用する。一方、ｎ型半導体部１２ａおよびｐ型半導体部１２ｂの端面１２ａｅｓまたは１２ｂｅｓに関しては、バンドギャップエネルギが低いことは実起電圧Ｖｔａの生成を抑制するように作用する。
【００４３】
以上のことから、熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａは、Ｌ１方向の温度分布およびバンドギャップエネルギの分布に応じて定めることが分かる。バンドギャップエネルギの分布に関しては、上述のように、熱電変換素子１２（半導体単結晶）の構造に応じて定まるので、事前に把握することができる。温度分布は、図７に示すように、Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの３点の温度が分かれば、図７中に破線で示すように近似的に把握することができる。
【００４４】
そこで、本実施形態では、熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐと起電圧Ｖｔとの関係を定めたマップを利用して、これらの３点の温度から起電圧Ｖｔの推定値（以下、「推定起電圧Ｖｔｅ」と称する）が算出される。推定起電圧Ｖｔｅは、ある３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの下で発揮するであろう起電圧Ｖｔの設計値に相当する。
【００４５】
図８は、推定起電圧Ｖｔｅの算出に用いるマップのイメージ図である。このマップは、３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐをそれぞれマップ軸として用いて推定起電圧Ｖｔｅを算出するものである。図８は、このマップを温度Ｔｉと推定起電圧Ｖｔｅとを軸として２次元的に表したものである。図８には、３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐによって特定される推定起電圧Ｖｔｅの２つのマップ値が例示的に表されている。このようなマップは、上記３点の温度を変化させつつ、熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａを実験的に計測することで事前に取得することができる。また、このような手法で取得されることで、マップには、用いられる熱電変換素子１２のバンドギャップエネルギの分布（図７参照）の影響が考慮されることになる。
【００４６】
さらに付け加えると、上記マップに用いられる３つの温度測定点は、熱電変換素子１２内においてバンドギャップエネルギが最も低くなる部位（真性半導体部１２ｃ）とバンドギャップエネルギが最も高くなる２つの部位（端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓ）であり、何れも実起電圧Ｖｔａの生成に特に影響が大きい部位である。このため、このような３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐを利用することで、熱電変換素子１２内の温度分布を正確に把握できるので、推定起電圧Ｖｔｅを精度良く推定できるようになる。なお、３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐと推定起電圧Ｖｔｅとの関係は、マップとして規定されたものに限られず、例えば、計算式として規定されていてもよい。
【００４７】
［公知の異常検出手法の課題］
ゼーベック効果を利用した熱電変換素子のための異常検出手法として、次のような手法が知られている。すなわち、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子を備える発電装置では、熱電変換素子の両端に対して積極的に温度差を与えることによって起電圧が生成される。このため、このような公知の発電装置では、熱電変換素子における高温側の端部と低温側の端部の２点の温度を取得すれば、熱電変換素子、さらには熱電変換モジュールの起電圧を推定することができる。そして、推定された起電圧を、計測された実起電圧と比較することで、発電装置の異常検出が可能となる。
【００４８】
ゼーベック効果を利用した熱電変換素子では、両端の温度が等しい環境下では発電が行われない。このため、上記の公知の推定手法によれば、両端の温度が等しい環境下では、起電圧はゼロとして推定されることになる。一方、本実施形態の熱電変換素子１２では、ゼーベック効果を利用する熱電変換素子とは発電原理が異なり、両端の温度Ｔｎ、Ｔｐが同じ場合であっても、上記図３に示すように熱電変換素子１２の温度次第では発電が可能となる。したがって、公知の推定手法は、両端の温度が等しい環境下において、熱電変換素子１２の起電圧Ｖｔを正しく推定することができないといえる。
【００４９】
これに対し、図６〜図８を参照して説明した本実施形態の手法によれば、３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐを利用して推定起電圧Ｖｔｅが算出される。このため、本実施形態の発電原理に従う熱電変換素子１２（熱電変換モジュール１４）を用いる発電装置１０において、推定起電圧Ｖｔｅを精度良く算出することができる。
【００５０】
［実施の形態１の具体的な異常検出処理］
図９は、本発明の実施の形態１に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンの処理は、発熱機器（内燃機関）からの熱の供給を受けて熱電変換モジュール１４が発電を行える温度状況下において開始される。また、本ルーチンの処理は、熱電変換モジュール１４が備える熱電変換素子１２毎に実行されるものとする。
【００５１】
図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ２６は、まず、判定対象の熱電変換素子１２の３点の温度（真性半導体部１２ｃのＴｉ、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓの温度Ｔｎ、および、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓの温度Ｔｐ）を取得する（ステップ１００）。より詳細には、上記３点の温度は、温度センサ３４が取り付けられた部位であれば温度センサ３４を用いて検出される。また、電極２０に隣り合う端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓの温度Ｔｎ、Ｔｐは、温度センサ３４を用いて検出される電極２０の温度と同じ値として推定される。なお、電極２０に隣り合う端面１２ａｅｓおよび１２ｂｅｓの温度Ｔｎ、Ｔｐは、異なる温度センサ３４でそれぞれ検出されてもよい。
【００５２】
次に、ＥＣＵ２６は、判定対象の熱電変換素子１２の推定起電圧Ｖｔｅを算出する（ステップ１０２）。ＥＣＵ２６には、図８を参照して説明したようなマップが記憶されている。ステップ１０２では、そのようなマップを参照して、ステップ１００にて取得された３点の温度に対応する推定起電圧Ｖｔｅが算出される。
【００５３】
次に、ＥＣＵ２６は、判定対象の熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａを検出する（ステップ１０４）。実起電圧Ｖｔａは、例えば、スイッチ３２が開放された状態で電圧センサ３６を用いて検出することができる。
【００５４】
次に、ＥＣＵ２６は、ステップ１０２および１０４にて取得された推定起電圧Ｖｔｅと実起電圧Ｖｔａとの差（Ｖｔｅ−Ｖｔａ）の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップ１０６）。この閾値は、推定起電圧Ｖｔｅと実起電圧Ｖｔａとの誤差として想定される値の上限として事前に決定された値である。本実施形態では、ステップ１０６の処理により、推定起電圧Ｖｔｅに対する実起電圧Ｖｔａの乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かが判定される。なお、この乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの判定は、推定起電圧Ｖｔｅと実起電圧Ｖｔａとの差を利用したものに限られず、例えば、推定起電圧Ｖｔｅに対する実起電圧Ｖｔａの比を所定の閾値と比較することで行われてもよい。このことは、後述のステップ２０４、３０８および４０４の判定についても同様である。
【００５５】
ＥＣＵ２６は、ステップ１０６の判定が成立する場合、つまり、上記の起電圧の差（Ｖｔｅ−Ｖｔａ）の絶対値が上記閾値以下である場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常は発生していないと判定する（ステップ１０８）。なお、本ルーチンの処理を熱電変換モジュール１４が備えるすべての熱電変換素子１２に対して実行した結果として、何れの熱電変換素子１２にも異常が認められなかった場合には、発電装置１０に異常が発生していないと判定することができる。
【００５６】
一方、ＥＣＵ２６は、ステップ１０６の判定が不成立となる場合、つまり、上記の起電圧の差（Ｖｔｅ−Ｖｔａ）の絶対値が上記閾値よりも大きい場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常が生じていると判定する（ステップ１１０）。この場合には、発電装置１０の異常が検出される。
【００５７】
以上説明した図９に示すルーチンの異常検出処理によれば、熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づく推定起電圧Ｖｔｅに対して、実起電圧Ｖｔａが誤差として想定される範囲を超えて乖離している場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常が生じていることを理由として、発電装置１０の異常が検出される。以上説明したように、上記３点の温度に基づく推定起電圧Ｖｔｅを利用する異常検出処理によれば、温度差がなくても発電が可能な熱電変換素子１２を備える発電装置１０の異常を精度良く検出できるようになる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ２６がステップ１００の処理を実行することにより本発明における「温度取得手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ１０２の処理を実行することにより本発明における「推定出力算出手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ１０４の処理を実行することにより本発明における「実出力検出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ２６がステップ１０６〜１１０の処理を実行することにより本発明における「異常検出手段」が実現されている。また、ｎ型半導体部１２ａの端面１２ａｅｓの温度Ｔｎが本発明における「ｎ型端部温度」に相当し、ｐ型半導体部１２ｂの端面１２ｂｅｓの温度Ｔｐが本発明における「ｐ型端部温度」に相当し、真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉが本発明における「真性部温度」に相当し、ステップ１０６の処理による判定が本発明における「第１判定」に相当している。さらに付け加えると、ｎ型端部温度は、端部１２ａｅ（すなわち、端面１２ａｅｓおよびその近傍の部位）の温度であれば、必ずしも端面１２ａｅｓの温度Ｔｎに限られない。このことは、ｐ型端部温度についても同様である。また、熱電変換素子１２の３点の温度を取得するために、上記温度センサ３４に代え、例えば、サーモビュアが用いられてもよい。
【００５９】
実施の形態２．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る異常検出処理も、実施の形態１と同様に発電装置１０を対象としている。また、実施の形態２の異常検出装置のハードウェア構成は、実施の形態１の異常検出装置４０のそれと同じである。このことは、後述の実施の形態３、４も同様である。
【００６０】
［実施の形態２の具体的な異常検出処理］
熱電変換モジュール１４が備える各熱電変換素子１２の内部抵抗の値は、経年的に変化することがある。内部抵抗の値が変化すると、熱電変換素子１２により発電された電力（発電電力）が変化し、これに伴い、熱電変換モジュール１４の発電電力も変化する。なお、本明細書でいう発電電力とは、熱電変換素子１２もしくは熱電変換モジュール１４から外部に取り出された電力を意味する。すなわち、熱電変換素子１２の内部抵抗によって消費された電力は、熱電変換素子１２の発電電力には含まれないものとする。このことは、熱電変換モジュール１４についても同様である。
【００６１】
内部抵抗の変化に伴って熱電変換素子１２の発電電力が変化すると、実起電圧Ｖｔａは正常範囲内にあっても、実際に発電された電力（以下、「実発電電力Ｐｔａ」と称する）は正常範囲から外れる可能性がある。そこで、本実施形態では、素子単位で実発電電力Ｐｔａを推定発電電力Ｐｔｅと比較することによって、発電装置１０の異常検出を行うこととした。ここでいう推定発電電力Ｐｔｅとは、熱電変換素子１２の上述の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づく推定起電圧Ｖｔｅから推定される発電電力のことである。
【００６２】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。図１０に示すルーチン中のステップ１００、１０２、１０８および１１０の処理については、実施の形態１において既述した通りである。
【００６３】
図１０に示すルーチンでは、ＥＣＵ２６は、ステップ１０２における推定起電圧Ｖｔｅの算出に続いて、判定対象の熱電変換素子１２の推定発電電力Ｐｔｅを算出する（ステップ２００）。ここで、図１１は、発電装置１０の等価回路を示す図である。図１１に示すように、発電装置１０の等価回路は、電圧値Ｖｍを有する直流電源４２と、それに直列に接続された２つの抵抗４４、４６とによって表される。直流電源４２の電圧値Ｖｍは、熱電変換モジュール１４の起電圧を表している。
【００６４】
図１１において、抵抗４４は外部抵抗であり、発電装置１０では負荷機器３０の負荷抵抗に相当する。抵抗値Ｒｏは外部抵抗（負荷抵抗）４４の抵抗値を表している（以下、「外部抵抗値Ｒｏ」と称する）。抵抗４６は熱電変換モジュール１４の内部抵抗であり、抵抗値Ｒｉｍは内部抵抗４６の抵抗値を表している（以下、「内部抵抗値Ｒｉｍ」と称する）。また、図１１において、外部抵抗４４に印加される電圧の値はＶｏで表され、内部抵抗４６に印加される電圧の値はＶｉｍで表され、電気回路２４に流れる電流の値はＩで表されている。なお、電気回路２４上に負荷機器３０と直列で可変抵抗を備える場合には、可変抵抗の抵抗値と抵抗値Ｒｏとの和が外部抵抗値となる。
【００６５】
図１１に示す等価回路では、内部抵抗４６に印加される電圧の値Ｖｉｍは、以下の式（２）のように起電圧値Ｖｍと内部抵抗値Ｒｉｍと外部抵抗値Ｒｏとによって表される。また、発電電力（すなわち、熱電変換モジュール１４で発電されて外部に取り出される電力）Ｐｍは、外部抵抗４４に印加される電圧の値Ｖｏと電流値Ｉ（＝Ｖｉｍ／Ｒｉｍ）との積である。発電電力Ｐｍは、式（１）の関係を利用して、以下の式（２）のように起電圧値Ｖｍと内部抵抗値Ｒｉｍと外部抵抗値Ｒｏとによって表すことができる。式（２）において、内部抵抗値Ｒｉｍは、熱電変換モジュール１４の構造で定まる既知の値である。外部抵抗値Ｒｏは、負荷機器３０の作動状態によって決まる所与値である。
【数１】
2018113304.tif 000003
2018113304.tif 000004
【００６６】
熱電変換モジュール１４では、各熱電変換素子１２が直列に接続されている。このため、熱電変換モジュール１４の推定起電圧をＶｍｅとし、かつ、熱電変換モジュール１４が備える熱電変換素子１２の数をＮとしたとき、個々の熱電変換素子１２の推定起電圧Ｖｔｅは、推定起電圧Ｖｍｅを素子数Ｎで除することで得られる。また、個々の熱電変換素子１２の内部抵抗値Ｒｉｔは、熱電変換モジュール１４の内部抵抗値Ｒｉｍを素子数Ｎで除することで得られる。そして、熱電変換モジュール１４の推定発電電力をＰｍｅとしたとき、各熱電変換素子１２の推定発電電力Ｐｔｅは、推定発電電力Ｐｍｅを素子数Ｎで除することで得られる。したがって、各熱電変換素子１２の推定発電電力Ｐｔｅは、熱電変換モジュール１４に対する上記の式（２）の関係を変形することで、以下の式（３）のように表すことができる。なお、式（３）においては、熱電変換モジュール１４の各電極２０の抵抗値は考慮されていない。これに対し、推定発電電力Ｐｔｅの算出精度の向上のために、各電極２０の抵抗値を考慮してもよい。
【数２】
2018113304.tif 000005
【００６７】
ステップ２００では、判定対象の熱電変換素子１２の推定発電電力Ｐｔｅが式（３）を用いて算出される。この算出に用いられる推定起電圧Ｖｔｅの値はステップ１００の処理による算出値である。熱電変換素子１２の内部抵抗値Ｒｉｔおよび素子数Ｎは既知の値である。外部抵抗値（負荷抵抗値）Ｒｏの検出手法に限定はない。外部抵抗値Ｒｏを検出する１つの方法は、負荷機器３０にかかる電圧と負荷機器３０に流れる電流とをそれぞれ測定し、それらの測定値から計算することである。別の方法として、負荷機器３０の作動状態ごとに外部抵抗値を測定し、その測定結果に基づいて作成された、負荷機器３０の作動状態と外部抵抗値とを関連付けるマップをメモリに記憶しておくことである。
【００６８】
次に、ＥＣＵ２６は、判定対象の熱電変換素子１２の実発電電力Ｐｔａを検出する（ステップ２０２）。実発電電力Ｐｔａの検出手法についても限定はない。一例として、ステップ２０２では、熱電変換素子１２の両端の電圧が、スイッチ３２を閉じた状態（すなわち、熱電変換素子１２が発電を行っている状態）で電圧センサ３６を用いて測定される。また、熱電変換素子１２に流れる電流の値Ｉが電流センサ３８によって測定される。そのうえで、実発電電力Ｐｔａはそれらの測定値の積として算出される。
【００６９】
次に、ＥＣＵ２６は、ステップ２００および２０２にて取得された推定発電電力Ｐｔｅと実発電電力Ｐｔａとの差（Ｐｔｅ−Ｐｔａ）の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップ２０４）。この閾値は、推定発電電力Ｐｔｅと実発電電力Ｐｔａとの誤差として想定される値の上限として事前に決定された値である。本実施形態では、ステップ２０４の処理により、推定発電電力Ｐｔｅに対する実発電電力Ｐｔａの乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かが判定される。
【００７０】
ＥＣＵ２６は、ステップ２０４の判定が成立する場合、つまり、上記の発電電力の差（Ｐｔｅ−Ｐｔａ）の絶対値が上記閾値以下である場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常は発生していないと判定する（ステップ１０８）。一方、ＥＣＵ２６は、ステップ２０４の判定が不成立となる場合、つまり、上記の発電電力の差（Ｐｔｅ−Ｐｔａ）の絶対値が上記閾値よりも大きい場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常が生じていると判定する（ステップ１１０）。この場合には、発電装置１０の異常が検出される。
【００７１】
以上説明した図１０に示すルーチンの異常検出処理によれば、熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づく推定起電圧Ｖｔｅから推定される推定発電電力Ｐｔｅに対し、実発電電力Ｐｔａが誤差として想定される範囲を超えて乖離している場合には、判定対象の熱電変換素子１２に異常が生じていることを理由として、発電装置１０の異常が検出される。また、このような手法によれば、熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａは正常であっても内部抵抗値Ｒｉｔが経年的に変化していることを理由として意図した実発電電力Ｐｔａが発揮されていない異常を精度良く検出できるようになる。
【００７２】
ところで、熱電変換素子１２の起電圧Ｖｔに着目した実施の形態１の異常検出処理と、熱電変換素子１２の発電電力Ｐｔに着目した実施の形態２の異常検出処理とは、何れか一方が単独で実施されるのではなく、これらの処理の両方が順に実施されてもよい。これらの処理による判定の一方もしくは両方が成立する場合に、発電装置１０の異常を検出してもよい。また、両方の異常検出処理を実施することで、発電装置１０の異常が、実起電圧Ｖｔａを要因とするのか、あるいは、内部抵抗値Ｒｉｔを含めて実起電圧Ｖｔａ以外を要因とするのかを判別することも可能となる。
【００７３】
また、上述した実施の形態１および２においては、熱電変換モジュール１４が備えるすべての熱電変換素子１２に関して、熱電変換素子１２毎に異常検出が行われる例を挙げた。しかしながら、熱電変換素子を実行単位とする異常検出処理は、必ずしも熱電変換モジュールが備えるすべての熱電変換素子を対象として実行されなくてもよく、全部ではない１つまたは複数の熱電変換素子を対象として実行されてもよい。
【００７４】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ２６がステップ１００の処理を実行することにより本発明における「温度取得手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ１０２および２００の処理を実行することにより本発明における「推定出力算出手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ２０２の処理を実行することにより本発明における「実出力検出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ２６がステップ１０８、１１０および２０４の処理を実行することにより本発明における「異常検出手段」が実現されている。また、ステップ２０４の処理による判定が本発明における「第２判定」に相当している。
【００７５】
実施の形態３．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
【００７６】
［実施の形態３の具体的な異常検出処理］
本実施形態に係る異常検出処理は、「起電圧Ｖ」を利用する点において実施の形態１と共通している。ただし、本実施形態に係る異常検出処理は、以下に図１２を参照して説明する手法で、個々の熱電変換素子１２ではなく熱電変換モジュール１４の全体を判定対象としてモジュール単位で実行される。
【００７７】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンの処理も、図９に示すルーチンと同様に、発熱機器（内燃機関）からの熱の供給を受けて熱電変換モジュール１４が発電を行える温度状況下において開始される。
【００７８】
図１２に示すルーチンでは、ＥＣＵ２６は、まず、熱電変換モジュール１４のすべての熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐを取得する（ステップ３００）。これらの３点の温度の具体的な取得手法は、ステップ１００と同じである。
【００７９】
次に、ＥＣＵ２６は、すべての熱電変換素子１２の推定起電圧Ｖｔｅを順番に算出する（ステップ３０２）。具体的には、各熱電変換素子１２の推定起電圧Ｖｔｅが、ステップ１０２と同様に上記３点の温度と推定起電圧Ｖｔｅとの関係を定めたマップを用いて順番に算出される。
【００８０】
次に、ＥＣＵ２６は、熱電変換モジュール１４の推定起電圧Ｖｍｅを算出する（ステップ３０４）。熱電変換モジュール１４は複数の熱電変換素子１２を直接に接続して得られたものである。このため、熱電変換モジュール１４の推定起電圧Ｖｍｅは、ステップ３０２にて取得したすべての熱電変換素子１２の推定起電圧Ｖｔｅを足し合わせることにより算出される。なお、上述の推定起電圧Ｖｍｅの算出には各電極２０での電圧降下が考慮されていない。しかしながら、より精度の良い異常検出を行うために、推定起電圧Ｖｍｅは各電極２０での電圧降下を考慮して算出されてもよい。
【００８１】
次に、ＥＣＵ２６は、熱電変換モジュール１４の実起電圧Ｖｍａを検出する（ステップ３０６）。実起電圧Ｖｍａは、例えば、スイッチ３２が開放された状態で個々の熱電変換素子１２毎の両端の電圧を電圧センサ３６を用いて検出し、得られた検出値を足し合わせることによって検出することができる。あるいは、素子積層体１８の両端の電圧を検出する電圧センサを備え、スイッチ３２が開放された状態で当該電圧センサによって検出される電圧の値が実起電圧Ｖｍａとして用いられてもよい。
【００８２】
次に、ＥＣＵ２６は、ステップ３０４および３０６にて取得された推定起電圧Ｖｍｅと実起電圧Ｖｍａとの差（Ｖｍｅ−Ｖｍａ）の絶対値が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップ３０８）。この閾値は、推定起電圧Ｖｍｅと実起電圧Ｖｍａとの誤差として想定される値の上限として事前に決定された値である。本実施形態では、ステップ３０８の処理により、推定起電圧Ｖｍｅに対する実起電圧Ｖｍａの乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かが判定される。
【００８３】
ＥＣＵ２６は、ステップ３０８の判定（｜Ｖｍｅ−Ｖｍａ｜≦閾値）が成立する場合には、熱電変換モジュール１４に異常が生じておらず、このため、発電装置１０に異常が発生していないと判定する（ステップ３１０）。一方、ＥＣＵ２６は、ステップ３０８の判定（｜Ｖｍｅ−Ｖｍａ｜≦閾値）が不成立となる場合には、熱電変換モジュール１４に異常が生じており、このため、発電装置１０に異常が生じていると判定する（ステップ３１２）。
【００８４】
以上説明した図１２に示すルーチンの異常検出処理によれば、各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づく推定起電圧Ｖｔｅから熱電変換モジュール１４の推定起電圧Ｖｍｅが算出される。このように、上記３点の温度に基づいて算出される推定起電圧Ｖｍｅに対する実起電圧Ｖｍａの誤差を評価することにより、図１〜図３に示す構成の熱電変換素子１２を利用する発電装置１０において、熱電変換モジュール１４の異常に起因する発電装置１０の異常を精度良く検出することができる。
【００８５】
なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ２６がステップ３００の処理を実行することにより本発明における「温度取得手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ３０２および３０４の処理を実行することにより本発明における「推定出力算出手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ３０６の処理を実行することにより本発明における「実出力検出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ２６がステップ３０８〜３１２の処理を実行することにより本発明における「異常検出手段」が実現されている。また、ステップ３０８の処理による判定が本発明における「第１判定」に相当している。
【００８６】
実施の形態４．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
【００８７】
［実施の形態４の具体的な異常検出処理］
実施の形態３に対する本実施形態の位置付けは、実施の形態１に対する実施の形態２の位置付けと同様である。すなわち、本実施形態に係る異常検出処理は、熱電変換モジュール１４の全体を対象として、熱電変換モジュール１４の推定発電電力Ｐｍｅと実発電電力Ｐｍａとを比較することにより実行される。
【００８８】
図１３は、本発明の実施の形態４に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。図１３に示すルーチン中のステップ３００〜３０４、３１０および３１２の処理については、実施の形態３において既述した通りである。
【００８９】
図１３に示すルーチンでは、ＥＣＵ２６は、ステップ３０４における推定起電圧Ｖｍｅの算出に続いて、熱電変換モジュール１４の推定発電電力Ｐｍｅを算出する（ステップ４００）。推定発電電力Ｐｍｅは、推定起電圧Ｖｍｅ、外部抵抗値Ｒｏ、および内部抵抗値Ｒｉｍを上記の式（２）の右辺に代入することで算出される。外部抵抗値Ｒｏは、ステップ２００のために上述した手法で検出することができる。推定起電圧Ｖｍｅはステップ３０４の処理による算出値である。熱電変換モジュール１４の内部抵抗値Ｒｉｍは既知の値である。
【００９０】
次に、ＥＣＵ２６は、熱電変換モジュール１４の実発電電力Ｐｍａを検出する（ステップ４０２）。実発電電力Ｐｍａの検出手法についても限定はない。一例として、ステップ４０２では、スイッチ３２が閉じた状態ですべての熱電変換素子１２の両端の電圧が電圧センサ３６を用いて測定されたうえで足し合わされる。これにより、発電中の熱電変換モジュール１４（素子積層体１８）の両端電圧値が検出される。この両端電圧値は、素子積層体１８の両端の電圧を検出する電圧センサを用いて検出されてもよい。また、熱電変換モジュール１４に流れる電流の値Ｉが電流センサ３８によって測定される。そのうえで、実発電電力Ｐｍａは熱電変換モジュール１４の両端電圧値と電流値Ｉとの積として算出される。
【００９１】
次に、ＥＣＵ２６は、ステップ４０４の判定を実行し、その判定結果に応じて、熱電変換モジュール１４の異常に起因する発電装置１０の異常の有無を判定する（ステップ３１０、３１２）。ステップ４０４では、ステップ４００および４０２にて取得された推定発電電力Ｐｍｅと実発電電力Ｐｍａとの差（Ｐｍｅ−Ｐｍａ）の絶対値が所定の閾値以下であるか否かが判定される。この閾値は、推定発電電力Ｐｍｅと実発電電力Ｐｍａとの誤差として想定される値の上限として事前に決定された値である。本実施形態では、ステップ４０４の処理により、推定発電電力Ｐｍｅに対する実発電電力Ｐｍａの乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かが判定される。
【００９２】
以上説明した図１３に示すルーチンの異常検出処理によれば、各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐに基づく推定起電圧Ｖｔｅから熱電変換モジュール１４の推定発電電力Ｐｍｅが算出される。このように、上記３点の温度に基づいて算出された推定発電電力Ｐｍｅに対する実発電電力Ｐｍａの誤差を評価することにより、図１〜図３に示す構成の熱電変換素子１２を利用する発電装置１０において、熱電変換モジュール１４の異常に起因する発電装置１０の異常を精度良く検出することができる。また、熱電変換モジュール１４の実起電圧Ｖｍａは正常であっても内部抵抗値Ｒｉｍが経年的に変化していることを理由として意図した実発電電力Ｐｍａが発揮されていない異常を精度良く検出できるようになる。
【００９３】
ところで、熱電変換モジュール１４の起電圧Ｖｍに着目した実施の形態３の異常検出処理と、発電電力Ｐｍに着目した実施の形態４の異常検出処理とは、何れか一方が単独で実施されるのではなく、これらの処理の両方が順に実施されてもよい。
【００９４】
なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ２６がステップ３００の処理を実行することにより本発明における「温度取得手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ３０２、３０４および４００の処理を実行することにより本発明における「推定出力算出手段」が実現されており、ＥＣＵ２６がステップ４０２の処理を実行することにより本発明における「実出力検出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ２６がステップ３１０、３１２および４０４の処理を実行することにより本発明における「異常検出手段」が実現されている。また、ステップ４０４の処理による判定が本発明における「第２判定」に相当している。
【００９５】
実施の形態５．
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
【００９６】
［実施の形態５に係る熱電変換素子の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの推定手法］
図１４は、本発明の実施の形態５に係る熱電変換素子１２の温度推定手法を説明するための図である。図１４では、本実施形態の温度推定手法の適用対象の一例として、上述した発電装置１０が表されている。素子積層体１８は、より詳細には、電極２０を介して３本（一例）の単位積層体１８ａを折り返すように直列に接続することにより構成されている。
【００９７】
単位積層体１８ａのそれぞれを構成する１組（一例として４つ）の熱電変換素子１２は、ケーシング２２の壁２２ａの表面に１列に並んで設置されている。換言すると、図１４の構成では、複数組（一例として３組）の熱電変換素子１２がそれぞれ１列に並んで設置されている。図１４に示す例では、１列に並んでいる１組の熱電変換素子１２は電極２０を介して直列に接続されているが、これらは並列に接続されてもよい。また、図１４に示す例では、排気管１６の外表面１６ａに設置されたケーシング２２の壁２２ａが本発明における「発熱機器の排熱を伝える熱供給体」に相当する。
【００９８】
本実施形態の異常検出装置５０は、複数の温度センサ３４に代え、複数の温度センサ５２を備えている。すなわち、温度センサ５２は、単位積層体１８ａ（１組の熱電変換素子１２）の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの合計の数（１２点）よりも少ない数（一例として、３つ）だけ備えられている。図１４に示すように、これらの温度センサ５２は、単位積層体１８ａの１列と平行な方向（以下、単に「列方向Ｄ１」と称する）に沿って並ぶように間隔をあけてケーシング２２の壁２２ａに取り付けられている。より詳細には、温度センサ５２は、単位積層体１８ａに近接した位置において壁２２ａに取り付けられている。
【００９９】
次に、図１４とともに図１５を参照して、各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの推定手法を説明する。図１５は、本発明の実施の形態５に係る熱電変換素子１２の温度取得処理のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。このサブルーチンの処理結果は、例えば、実施の形態１〜４で説明した図９、１０、１２または１３に示すルーチンにおけるステップ１００または３００の処理に利用することができる。
【０１００】
図１５に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ２６は、まず、熱供給体（ケーシング２２の壁２２ａ）の３点の温度を、温度センサ５２を用いて検出する（ステップ５００）。ここで、図１４中の下方のグラフは、個々の単位積層体１８ａの各部の温度と、単位積層体１８ａの列方向Ｄ１における単位積層体１８ａの一方の端面からの距離Ｌ２との関係を示している。図１４中の丸印は、温度センサ５２の設置部位と距離Ｌ２が同じ位置での単位積層体１８ａの温度を示している。
【０１０１】
本実施形態では、一例として、列方向Ｄ１の距離Ｌ２が同じ位置における温度センサ５２の設置部位と単位積層体１８ａとの温度差をゼロとみなしている。すなわち、丸印で表された単位積層体１８ａの温度は、距離Ｌ２が同じ位置での温度センサ５２の検出値と同じであると推定される。したがって、３つの温度センサ５２の検出値を取得することで、これらの検出値に基づいて、列方向Ｄ１における３点の丸印の温度以外の各位置での温度（すなわち、単位積層体１８ａの温度分布）を図１４中に破線で示すように把握できるようになる。
【０１０２】
ＥＣＵ２６は、ステップ５００の処理に続いてステップ５０２の処理を実行する。ステップ５０２では、それぞれの単位積層体１８ａ（１組の熱電変換素子１２）が備える各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐが、上記温度分布に基づいて次のように推定される。
【０１０３】
まず、図１４の下方に位置する単位積層体１８ａの各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの推定手法を説明する。前提として、ここでは、実施の形態１でも説明したように、電極２０の温度およびこれに隣り合う端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓの温度Ｔｎ、Ｔｐは同じ値であるとみなされている。図１４中の四角印は、各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐのうちで、丸印以外の温度に相当する。四角印のそれぞれの温度は、温度分布の近似曲線（図１４中の破線）を公知の手法で算出することで、近似曲線と距離Ｌ２とを用いて推定することができる。
【０１０４】
また、本ステップ５０２では、図１４の上方および中央に位置する残りの単位積層体１８ａの各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐは、一例として、次のようにして推定される。すなわち、本実施形態では、内部の熱伝導率が一様なケーシング２２の壁２２ａが熱供給体として用いられている。このため、壁２２ａは、３つの単位積層体１８ａが並ぶ方向（列方向Ｄ１と垂直な方向Ｄ２）の位置によらずに、均等な温度になっていると考えることができる。したがって、ケーシング２２の壁２２ａ（熱供給体）から個々の単位積層体１８ａへの熱伝導の条件は同等であるといえる。
【０１０５】
そこで、本ステップ５０２では、図１４の上方および中央に位置する単位積層体１８ａにおける列方向Ｄ１の各位置での温度（Ｔｉ、ＴｎまたはＴｐ）は、図１４の下方に位置する単位積層体１８ａにおける列方向Ｄ１の同じ位置での温度と同じであると推定される。ただし、方向Ｄ２の位置によって熱伝導の条件が異なる熱供給体が使用される場合には、例えば、単位積層体１８ａ（１組の熱電変換素子１２）毎に１組の熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの合計の数よりは少ない数で温度センサを備えつつ、本実施形態に従う温度推定を単位積層体１８ａ毎に行ってもよい。
【０１０６】
以上説明した本実施形態の異常検出装置５０によれば、複数の温度センサ３４を備える実施の形態１の異常検出装置４０と比べて温度センサ５２の数を減らしつつ、各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐを取得できるようになる。
【０１０７】
ところで、図１４に示す熱電変換モジュール１４の構成とは異なり、ケーシング２２が省略される熱電変換モジュール構成の場合には、複数組の熱電変換素子１２は排気管１６の外表面１６ａに設置されることになる。この構成では、排気管１６が上記「熱供給体」に相当する。
【０１０８】
なお、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ２６がステップ５００および５０２の処理を実行することにより本発明における「温度取得手段」が実現されている。
【０１０９】
実施の形態６．
次に、図１６〜図１９を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
【０１１０】
［実施の形態６に係る発電装置の構成］
図１６は、本発明の実施の形態６に係る発電装置６０およびその異常検出装置７０の構成を模式的に表した図である。図１７は、図１６に示す素子積層体６６の構成を模式的に表した斜視図である。なお、図１６、１７において、上記図４、５に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１１１】
図１６に示すように、発電装置６０が備える熱電変換モジュール６２は、発熱機器（一例として、内燃機関）の排熱を回収した排熱回収流体（一例として、排気ガス）が流れる排気流路６４に設置されている。熱電変換モジュール６２は、素子積層体６６とシールド６８とを備えている。なお、排熱回収流体は特に限定されるものではないが、内燃機関が発熱機器である例においては、排気ガス以外にも、内燃機関を冷却する冷却水または内燃機関を潤滑するオイルなどが排熱回収流体に該当する。
【０１１２】
シールド６８は、後述の真性半導体部１２ｃへの集中的な入熱を確保する機能とともに、排気流路６４の「流路形成部材」としての機能をも有している。より具体的には、排気流路６４は、板状に形成された３枚のシールド６８によって、排気ガスが並列に流れるように区画された複数（一例として、２つ）の単位流路６４ａ、６４ｂを備えている。シールド６８は、熱電変換素子１２の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。シールド６８の材質としては、例えば、セラミックスを用いることができる。
【０１１３】
図１６に示すように、素子積層体６６は、単位流路６４ａ、６４ｂの延伸方向（排気ガスの流れ方向）Ｄ３に垂直な方向Ｄ４に並び、かつ、２つの単位流路６４ａ、６４ｂに跨るように設置された複数（一例として、２つ）の熱電変換素子１２を１組として、複数組（一例として、９つ）の熱電変換素子１２を備えている。ここでは、この１組の熱電変換素子１２のことを、単位積層体６６ａとも称する。本実施形態における個々の単位積層体６６ａでは、２つの熱電変換素子１２が電極２０を介して直列に接続されている。
【０１１４】
より詳細には、素子積層体６６では、一例として、９本の単位積層体６６ａが、図１６および図１７に示すように、単位流路６４ａ、６４ｂの延伸方向Ｄ３および方向Ｄ５（方向Ｄ３、Ｄ４の双方に垂直な方向）のそれぞれの方向に所定間隔をあけて配置されている。
【０１１５】
９組の熱電変換素子１２のそれぞれは、図１６、１７に示すように、真性半導体部１２ｃの表面が排気ガスに曝されるようにしつつシールド（流路形成部材）６８によって覆われている。熱電変換素子１２の発電原理によれば、バンドギャップエネルギが最も低い真性半導体部１２ｃへの入熱をバンドギャップエネルギが最も高い端部１２ａｅ、１２ｂｅ（図１参照）と比べて促進させることで、効果的に起電圧Ｖｔを生成させることができる。熱伝導率の低いシールド６８によれば、排気ガスから端部１２ａｅ、１２ｂｅへの伝熱を抑制することができる。したがって、上記の態様でシールド６８によって各熱電変換素子１２の一部を覆うようにすることで、真性半導体部１２ｃへの集中的な入熱が可能となり、効果的な発電が可能となる。
【０１１６】
［実施の形態６に係る異常検出装置の構成］
本実施形態の異常検出装置７０は、ＥＣＵ２６と、複数の温度センサ７２、７４と、電圧センサ７６と、電流センサ３８（図５と同じ）とを備えている。温度センサ７２は、真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉを検出するために、単位流路６４ａおよび６４ｂに１つずつ設置されている。すなわち、温度センサ７２は、本発明における「真性部温度センサ」に相当する。図１７に示す例では、温度センサ７２は、９組の熱電変換素子１２のうちで各単位流路６４ａ、６４ｂの最も下流に位置する組（一例として、方向Ｄ５の中央に位置する組）の熱電変換素子１２のそれぞれに取り付けられている。
【０１１７】
温度センサ７４は、図１６に示すように、熱電変換素子１２の温度Ｔｎ、Ｔｐを検出するために、３つのシールド６８に１つずつ取り付けられている。すなわち、温度センサ７４は、本発明における「端部温度センサ」に相当する。より詳細には、一例として、３つの温度センサ７４は、排気ガスの流れ方向Ｄ３の上流側の３組の熱電変換素子１２のうちの１組の熱電変換素子１２に接続される電極２０にそれぞれ取り付けられている。また、本実施形態では、電圧センサ７６は、図１７に示すように、熱電変換モジュール６２の実起電圧Ｖｍａの検出のために、素子積層体６６の両端電圧を検出するように構成されている。なお、熱電変換素子１２毎に実起電圧Ｖｔａを検出する場合には、熱電変換素子１２毎に電圧センサを備えればよい。
【０１１８】
［実施の形態６に係る熱電変換素子の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの推定手法］
まず、真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉは、温度センサ７２を用いて単位流路６４ａ、６４ｂ毎に検出または推定される。より具体的には、温度センサ７２が取り付けられた２つの熱電変換素子１２の温度Ｔｉについては、温度センサ７２の検出値が用いられる。これらの２つの熱電変換素子１２以外の熱電変換素子１２の温度Ｔｉについては、次のように推定される。すなわち、単位流路６４ａに曝されるように位置する各真性半導体部１２ｃの温度Ｔｉは、同一の単位流路６４ａに設置された温度センサ７２の検出値と同じであると推定される。また、単位流路６４ｂに関しても同様の推定が行われる。
【０１１９】
図１６、１７に示す熱電変換モジュール６２の構成では、各熱電変換素子１２の端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓは、シールド６８によって覆われている。ＥＣＵ２６には、同一のシールド６８内に位置する温度センサ７４および各端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓに関して、温度センサ７４の位置での温度と各端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓの位置での温度との温度差を示す情報がマップ（図示省略）として記憶されている。この温度差は、シールド６８への入熱量に応じて変化する。この入熱量の変化は、温度センサ７４により検出される温度に表れる。このため、上記マップでは、温度センサ７４の検出温度をパラメータとして、当該検出温度と温度差との関係が事前に定められている。本実施形態では、一例として、このようなマップを参照して、温度センサ７４の検出値に基づいて、各端面１２ａｅｓ、１２ｂｅｓの温度Ｔｎ、Ｔｐが推定される。
【０１２０】
以上説明した本実施形態に係る熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの推定手法は、例えば、実施の形態１〜４で説明した図９、１０、１２または１３に示すルーチンにおけるステップ１００または３００の処理に利用することができる。
【０１２１】
［熱電変換モジュールが流路内に設置される場合の課題と、実施の形態６の構成の効果］
図１８は、図１７に示す方向Ｄ５の位置が同じかつ排気ガスの流れ方向Ｄ３に平行に並んだ３組の熱電変換素子１２のうちで、単位流路６４ｂに位置する３つの熱電変換素子１２の温度Ｔｉについて説明するための図である。図１８は、排気ガスの流れ方向（単位流路６４ａ、６４ｂの延伸方向）の中央の熱電変換素子１２と下流側の熱電変換素子１２との間の部位で異物による詰まりが単位流路６４ｂに生じた例を示している。
【０１２２】
上記の詰まりが単位流路６４ｂに生じると、排気ガスが下流側の熱電変換素子１２の周りを通過して流れることができなくなる。このため、単位流路６４ｂでは、排気ガスは上流側から中央の熱電変換素子１２に向かい、その後に流れの方向が逆転して上流側に逆流するようになる。その結果、図１８に示すように、下流側の熱電変換素子１２の温度Ｔｉが上がらない状況が生じ得る。その結果、この熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａが上がらない状況が生じ得る。
【０１２３】
図１９は、図１７に示す方向Ｄ５の位置が同じかつ排気ガスの流れ方向Ｄ３に平行に並んだ３組の熱電変換素子１２のうちで、単位流路６４ａ、６４ｂのそれぞれの内部における上流側に位置する２つの熱電変換素子１２の温度Ｔｉについて説明するための図である。図１９は、異物による詰まりが単位流路６４ｂの入口付近に生じた例を示している。この例では、図１９に示すように、詰まりが生じた単位流路６４ｂの熱電変換素子１２の温度Ｔｉがもう一方の単位流路６４ａの温度Ｔｉと比べて上がらない状況が生じ得る。その結果、この熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａが上がらない状況が生じ得る。このことは、上流側の熱電変換素子１２だけでなく、単位流路６４ｂにおける中央および下流側の熱電変換素子１２の温度Ｔｉについても同様である。
【０１２４】
熱電変換モジュール６２の各熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐは、できる限り多くの温度センサを用いて検出するようにし、推定される温度の数を減らしてもよい。これにより、図１８および図１９に示すような詰まりが生じた場合であっても、各熱電変換素子１２の上記３点の温度取得の精度を高めることが可能となる。その一方で、搭載する温度センサの数が増えると、異常検出装置の部品点数の増加によりコストが増加してしまう。このため、上記３点の温度取得の精度を確保しつつ、温度センサの数を減らしたいという要求がある。
【０１２５】
上記の要求に対し、上述した本実施形態の構成では、温度Ｔｉを検出するための温度センサ７２が、単位流路６４ａ、６４ｂに１つずつ設置されている。このため、単位流路６４ａ、６４ｂ間で温度センサ７２の検出値を比較することにより、図１９に示すように単位流路６４ａ、６４ｂの一方に詰まりが生じたことを把握できるようになる。これにより、詰まりの発生の有無を把握しながら、詰まりが生じていない場合には、温度センサ７２の数を減らしつつ個々の単位流路６４ａ、６４ｂに設置された熱電変換素子１２の温度Ｔｉを検出および推定できるようになる。
【０１２６】
さらに、本実施形態の構成では、上記の要求に対し、温度センサ７２は、各単位流路６４ａ、６４ｂの最も下流に位置する熱電変換素子１２に取り付けられている。このような構成とは異なり、これらの温度センサ７２が上流側の熱電変換素子１２に取り付けられると、図１８に示すような詰まりが生じた場合に、当該詰まりに起因する下流側の熱電変換素子１２の温度Ｔｉの変化を捉えられない。これに対し、これらの温度センサ７２を各単位流路６４ａ、６４ｂの最も下流に位置する熱電変換素子１２に取り付けたことで、単位流路６４ａ、６４ｂ間で温度センサ７２の検出値を比較することにより、図１８に示すような態様での詰まりが生じたことを把握できるようになる。これにより、このような態様での詰まりの有無をも把握しながら、詰まりが生じていない場合には、温度センサ７２の数を減らしつつ個々の単位流路６４ａ、６４ｂに設置された熱電変換素子１２の温度Ｔｉを検出および推定できるようになる。
【０１２７】
ところで、上述した実施の形態６においては、９組の熱電変換素子１２のうちで各単位流路６４ａ、６４ｂの最も下流に位置する組の熱電変換素子１２のそれぞれに温度センサ７２が取り付けられた例を挙げた。しかしながら、当該温度センサ７２、すなわち、「真性部温度センサ」は、各単位流路６４ａ、６４ｂの最も下流に位置する組ではなく、他の組（図１７に示す例では、上流側もしくは中央に位置する組）の熱電変換素子１２のそれぞれに取り付けられてもよい。また、真性部温度センサは、個々の単位流路６４ａ、６４ｂにある熱電変換素子１２の全部ではなく一部に設置されるようになっていれば、個々の単位流路６４ａ、６４ｂにある熱電変換素子１２の複数に対して設置されてもよい。このような例であっても、個々の単位流路６４ａ、６４ｂにある熱電変換素子１２の全部に対して真性部温度センサが設けられる例と比べて、真性部温度センサの数を減らすことができる。
【０１２８】
また、上述した実施の形態６においては、排気流路６４を区画するための「流路形成部材」に相当するシールド６８が３つに分割されている例を挙げた。しかしながら、本発明に係る流路形成部材は、一体的に形成されていてもよい。そして、「端部温度センサ」に相当する温度センサ７４の数は、熱電変換モジュール６２の各熱電変換素子１２の端部１２ａｅ、１２ｂｅを覆う流路形成部材が一体的に（１つの部材として）形成されている場合には、最小で１つであってもよい。
【０１２９】
実施の形態７．
次に、図２０〜図２２を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。実施の形態７に係る異常検出処理は、実施の形態６と同様に発電装置６０を対象としている。ただし、本実施形態では、後述のステップ６１０の処理のために熱電変換素子１２毎に電圧センサを備えているものとする。
【０１３０】
［実施の形態７に係る異常検出装置］
図２０は、本発明の実施の形態７に係る異常検出装置８０の構成を説明するための図である。本実施形態に係る異常検出装置８０は、ヒータ８２を追加的に備えている点を除き、実施の形態６に係る異常検出装置７０と同様である。図２０に示すように、ヒータ８２は、一例として排気ガスの流れ方向Ｄ３の上流側の端部付近においてシールド６８のそれぞれの内部に設置されている。ヒータ８２への通電は、ＥＣＵ２６により制御される。
【０１３１】
［実施の形態７の具体的な異常検出処理］
図２０に示す構成のように熱電変換モジュールが排熱回収流体の流れる流路内に設置された構成では、図４に示す構成のように固体の熱源（排気管１６）に熱電変換モジュールが設置されている構成と比べて、発電装置の異常検出に対して外乱として作用する要素が多くなる。具体的には、熱電変換モジュールが流路内に設置されていると、流路の詰まり、または、各熱電変換素子の周りを通過する流体の温度もしくは速度のばらつきなどの外乱の影響を受ける。
【０１３２】
本実施形態では、以下に説明する手法を採用することで、異常の要因を切り分けつつ、発電装置６０の異常検出が行われる。具体的には、熱電変換モジュール１４の異常（個々の熱電変換素子１２の異常）と、単位流路６４ａ、６４ｂの異常とが切り分けられる。また、発電装置６０の異常検出のための温度検出に関する異常の有無も判定される。
【０１３３】
図２１は、本発明の実施の形態７に係る異常検出処理のルーチンの一例を示すフローチャートである。本実施形態では、図２１に示すルーチンの実行に先立ち、熱電変換モジュール６２が備える個々の熱電変換素子１２の異常の有無を検出するために、図９に示すルーチンと同様のルーチン（以下、便宜上、「ルーチンＲ」と称する）が実行されるものとする。
【０１３４】
上記のルーチンＲでは、排気ガスからの流れがあり、かつ、排気ガスからの熱の供給を受けて熱電変換モジュール６２が発電を行える温度状況下において、発電装置６０の異常判定が実行される。なお、ルーチンＲのステップ１０２において推定起電圧Ｖｔｅを算出するために利用される３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの取得手法としては、一例として、実施の形態６で説明した手法を用いることができる。ルーチンＲのステップ１１０において熱電変換素子１２の異常検出がなされた場合に、図２１に示すルーチンが起動される。
【０１３５】
図２１に示すルーチンでは、ＥＣＵ２６は、まず、排気ガス（排熱回収流体）の流れがなく、かつ、排気流路６４内に滞留する排気ガスの温度が安定している状況であるか否かを判定する（ステップ６００）。このような状況は、例えば、内燃機関の運転停止後に所定時間が経過した後に到来する。このため、本ステップ６００では、内燃機関の運転停止後にそのような所定時間が経過したか否かが判定される。この判定は、本ルーチンの起動後に当該判定が成立するまで繰り返し実行される。なお、このような所定時間が経過することなく内燃機関が再始動した場合には、今回のルーチンの処理が終了される。
【０１３６】
ＥＣＵ２６は、ステップ６００の判定が成立した場合には、各ヒータ８２への通電を実行する（ステップ６０２）。ヒータ８２が通電されると、シールド６８内を熱が伝導する。この熱は、シールド６８から各熱電変換素子１２にも伝えられる。各ヒータ８２の消費電力は、起電圧Ｖｔを生成可能な温度範囲（図３参照）内に各熱電変換素子１２の温度を制御できるように決定されている。一例として、図３中に示す温度Ｔ１相当に熱電変換素子１２が加熱されるように消費電力を決定してもよい。これにより、熱電変換素子１２が正常であれば、生成される実起電圧Ｖｔａをピーク値相当にすることができる。これにより、判定対象の値を大きくすることで精度の良い判定が可能となる。
【０１３７】
次に、ＥＣＵ２６は、各ヒータ８２への通電開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップ６０４）。この所定時間は、各ヒータ８２への通電開始後に各シールド６８および各熱電変換素子１２の温度が安定するまでに要する時間として事前に決定されたものである。
【０１３８】
ＥＣＵ２６は、ステップ６０４の所定時間が経過した後に、判定対象の熱電変換素子１２の３点の温度Ｔｉ、Ｔｎ、Ｔｐの検出または推定に用いられる温度センサ７２および７４のそれぞれの検出値が、ヒータ８２による加熱による入熱量に応じた許容範囲にあるか否かを判定する（ステップ６０６）。
【０１３９】
図２２は、温度センサの検出値とヒータ８２による入熱量との関係を表した図である。図２２に示すように、入熱量が大きくなると、温度センサの検出値も大きくなる。３つのヒータ８２による熱電変換モジュール６２（熱電変換素子１２およびシールド６８）への入熱量は、ヒータ８２の消費電力に基づいて算出することができる。ヒータ８２による入熱がなされたときの各温度センサ７２、７４の検出値の変化は、センサ位置に応じて異なる。このため、ＥＣＵ２６には、図２２に示す関係を定めたマップが温度センサ７２、７４毎に記憶されている。本ステップ６０６では、対象となる温度センサ７２、７４毎に上記のようなマップを参照し、温度検出値が許容範囲内にあるか否かが判定される。なお、このような判定は、判定精度向上のために、入熱量を変化させつつ複数の温度検出値を対象として実行されてもよい。
【０１４０】
ＥＣＵ２６は、ステップ６０６の判定が不成立となる場合、つまり、温度センサ７２および７４の検出値の少なくとも１つが許容範囲から外れた場合には、温度Ｔｉ、ＴｎまたはＴｐの検出に関する異常が生じていると判定する（ステップ６０８）。付け加えると、温度センサ７２、７４のうちのどの温度センサの検出値が許容範囲から外れたかを判別することで、温度Ｔｉの検出に関する異常と、温度ＴｎまたはＴｐの検出に関する異常とを切り分けることができる。
【０１４１】
一方、ＥＣＵ２６は、ステップ６０６の判定が成立する場合には、判定対象の熱電変換素子１２の実起電圧Ｖｔａを検出する（ステップ６１０）。実起電圧Ｖｔａは、例えば、スイッチ３２が開放された状態で電圧センサを用いて検出することができる。
【０１４２】
次に、ＥＣＵ２６は、ヒータ８２による加熱が行われている加熱状態（本発明における「温度調節状態」の一例に相当）における熱電変換素子１２の起電圧推定範囲に実起電圧Ｖｔａが収まっているか否かを判定する（ステップ６１２）。ＥＣＵ２６には、ステップ６０２の処理に利用されるヒータ８２の消費電力を考慮して決定された起電圧推定範囲が記憶されている。
【０１４３】
ＥＣＵ２６は、ステップ６１２の判定が成立する場合、つまり、実起電圧Ｖｔａが上記起電圧推定範囲内に収まっている場合には、判定対象の熱電変換素子１２には異常が生じておらず、したがって、発電装置６０の異常（ステップ１１０参照）は、単位流路６４ａ、６４ｂの異常に起因するものであると判定する（ステップ６１４）。
【０１４４】
一方、ＥＣＵ２６は、ステップ６１２の判定が不成立となる場合、つまり、実起電圧Ｖｔａが上記起電圧推定範囲から外れる場合には、発電装置６０の異常（ステップ１１０参照）は、今回の判定対象の熱電変換素子１２の異常に起因するものであると判定する（ステップ６１６）。
【０１４５】
以上説明した図２１に示すルーチンによれば、排気ガスの流れがない状態、かつ、ヒータ８２による加熱が行われている加熱状態で実起電圧Ｖｔａが評価される。これにより、発電装置６０の異常検出に対する外乱を十分に排除しつつ当該異常検出を行えるようになる。
【０１４６】
そして、図２１に示すルーチンによれば、温度検出に関する異常がない場合（ステップ６０６の判定が成立する場合）において、実起電圧Ｖｔａが起電圧推定範囲内に収まっている場合には、発電装置６０の異常の要因が単位流路６４ａ、６４ｂの異常であると判定される。つまり、排気ガスの流れがある状態でルーチンＲにおいて実起電圧Ｖｔａが正常ではないと判定された場合（ステップ１１０）であっても、図２１に示すルーチンにおいて排気ガスの流れの影響が取り除かされた状態で実起電圧Ｖｔａが正常であると判定された場合（ステップ６１４）には、熱電変換素子１２自体には異常はないと考えられる。そこで、この場合には、単位流路６４ａ、６４ｂが異常の要因であると判断することができる。一方、図２１に示すルーチンにおいて排気ガスの流れの影響が取り除かされた状態においても実起電圧Ｖｔａが正常ではない場合（ステップ６１６）には、熱電変換素子１２が異常の要因であると考えられる。そこで、この場合には、熱電変換モジュール１４（判定対象の熱電変換素子１２）が異常の要因であると判断することができる。
【０１４７】
以上のように、本実施形態の異常検出処理によれば、異常の要因を切り分けつつ、発電装置６０の異常検出を行うことができる。また、ステップ６０６の判定によれば、発電装置６０の異常検出のための温度検出に関する異常の有無についても判定することができる。より詳細には、本実施形態では、温度検出に関する異常があると判定された場合には、ルーチンＲにおけるステップ１１０による発電装置６０の異常の要因の判別は行われずに、発電装置６０に異常があること、および、温度検出に関する異常があることがそれぞれ検出される。
【０１４８】
ところで、上述した実施の形態７においては、推定起電圧Ｖｔｅと実起電圧Ｖｔａとを比較するルーチンＲ（図９に示すルーチンと同様のルーチン）の処理と、異常要因の判別のための図２１に示すルーチンの処理とを組み合わせた例（熱電変換素子単位の判定例）を挙げた。しかしながら、熱電変換素子単位で判定を行う場合において、図２１に示すルーチンの処理は、推定発電電力Ｐｔｅと実発電電力Ｐｔａとを比較する図１０に示すルーチンの処理と組み合わせて異常要因を判別するために、適宜修正されてもよい。さらに、図２１に示すルーチンの処理は、熱電変換モジュール単位で推定起電圧Ｖｍｅと実起電圧Ｖｍａとを比較する図１２に示すルーチンの処理（または推定発電電力Ｐｍｅと実発電電力Ｐｍａとを比較する図１３に示すルーチンの処理）と組み合わせて異常要因を判別するために、適宜修正されてもよい。なお、発電電力ＰｔまたはＰｍを利用する場合には、加熱状態における熱電変換素子１２または熱電変換モジュール６２の「発電電力推定範囲」に実発電電力ＰｔａまたはＰｍａが収まっているか否かを判定すればよい。
【０１４９】
また、上述した実施の形態７においては、本発明に係る「温度調節器」としてヒータ８２を利用する例を挙げた。しかしながら、本発明に係る温度調節器は、判定対象の熱電変換素子１２が起電圧Ｖｔを生成可能な温度範囲内のある温度で安定的に当該熱電変換素子１２を冷却させられるのであれば、ヒータに代えてクーラであってもよい。なお、クーラが用いられる場合には、温度調節状態（安定的な冷却が行われている冷却状態）において、温度センサ７２の検出値の少なくとも１つが、クーラによる冷却による出熱量に応じた許容範囲から外れた場合に、温度Ｔｉの検出に関する異常が生じていると判定すればよい。同様に、温度センサ７４の検出値の少なくとも１つが上記許容範囲から外れた場合に、温度Ｔｎ、Ｔｐの検出に関する異常が生じていると判定すればよい。
【０１５０】
なお、上述した実施の形態７においては、ＥＣＵ２６が図２１に示すルーチンの一連の処理を実行することにより本発明における「異常検出手段」が実現されている。
【０１５１】
ところで、以上説明した各実施の形態の例および他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
【符号の説明】
【０１５２】
１０、６０  発電装置
１２  熱電変換素子
１２ａ  ｎ型半導体部
１２ａｅ  ｎ型半導体部における真性半導体部と反対側の端部
１２ａｅｓ  ｎ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面
１２ｂ  ｐ型半導体部
１２ｂｅ  ｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端部
１２ｂｅｓ  ｐ型半導体部における真性半導体部と反対側の端面
１２ｃ  真性半導体部
１４、６２  熱電変換モジュール
１６  排気管
１８、６６  素子積層体
１８ａ、６６ａ  単位積層体
２０  電極
２２  ケーシング
２４  電気回路
２６  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２８  導線
３０  負荷機器
３２  スイッチ
３４、７２、７４  温度センサ
３６、７６  電圧センサ
３８  電流センサ
４０、５０、７０、８０  異常検出装置
４２  直流電源
４４  外部抵抗（負荷抵抗）
４６  熱電変換モジュールの内部抵抗
６４  排気流路
６４ａ、６４ｂ  単位流路
６８  シールド
８２  ヒータ
【図１】
2018113304.tif 000006
【図２】
2018113304.tif 000007
【図３】
2018113304.tif 000008
【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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【図１１】
2018113304.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2018113304.tif 000018
【図１４】
2018113304.tif 000019
【図１５】
2018113304.tif 000020
【図１６】
2018113304.tif 000021
【図１７】
2018113304.tif 000022
【図１８】
2018113304.tif 000023
【図１９】
2018113304.tif 000024
【図２０】
2018113304.tif 000025
【図２１】
2018113304.tif 000026
【図２２】
2018113304.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月11日(2018.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
発熱機器の排熱が伝わる部位に配置された熱電変換モジュールであって、ｎ型半導体部とｐ型半導体部とこれらの間にある真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のそれぞれのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶を熱電変換素子として少なくとも１つ備える熱電変換モジュールと、
前記熱電変換モジュールとの間で電気回路を構成する負荷機器と、
を備える発電装置の異常検出を行う異常検出装置であって、
前記異常検出装置は、前記少なくとも１つの熱電変換素子のうちの少なくとも１つを判定対象として素子単位で前記異常検出を行い、または、前記熱電変換モジュールの全体を判定対象としてモジュール単位で前記異常検出を行うものであって、
前記異常検出装置は、
前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子に関して、前記ｎ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｎ型端部温度、前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｐ型端部温度、および、前記真性半導体部の温度である真性部温度を検出または推定する温度取得手段と、
前記温度取得手段により検出または推定された前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度に基づいて、前記素子単位または前記モジュール単位で推定起電圧および当該推定起電圧に基づく推定発電電力のうちの少なくとも一方を算出する推定出力算出手段と、
前記素子単位または前記モジュール単位で実起電圧および実発電電力のうちの少なくとも一方を検出する実出力検出手段と、
前記素子単位または前記モジュール単位で、前記推定起電圧に対する前記実起電圧の乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの第１判定、および、前記推定発電電力に対する前記実発電電力の乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かの第２判定のうちの少なくとも一方を実施し、前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方が成立する場合に、前記発電装置の異常を検出する異常検出手段と、
を備えることを特徴とする発電装置の異常検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る発電装置の異常検出装置は、発熱機器の排熱が伝わる部位に配置された熱電変換モジュールであって、ｎ型半導体部とｐ型半導体部とこれらの間にある真性半導体部とを有し、前記真性半導体部のバンドギャップエネルギが前記ｎ型半導体部および前記ｐ型半導体部のそれぞれのバンドギャップエネルギよりも低くなるように構成された半導体単結晶を熱電変換素子として少なくとも１つ備える熱電変換モジュールと、前記熱電変換モジュールとの間で電気回路を構成する負荷機器と、を備える発電装置の異常検出を行う。前記異常検出装置は、前記少なくとも１つの熱電変換素子のうちの少なくとも１つを判定対象として素子単位で前記異常検出を行い、または、前記熱電変換モジュールの全体を判定対象としてモジュール単位で前記異常検出を行うものである。前記異常検出装置は、前記異常検出の対象となる１または複数の熱電変換素子に関して、前記ｎ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｎ型端部温度、前記ｐ型半導体部における前記真性半導体部と反対側の端部の温度であるｐ型端部温度、および、前記真性半導体部の温度である真性部温度を検出または推定する温度取得手段と、前記温度取得手段により検出または推定された前記ｎ型端部温度、前記ｐ型端部温度および前記真性部温度に基づいて、前記素子単位または前記モジュール単位で推定起電圧および当該推定起電圧に基づく推定発電電力のうちの少なくとも一方を算出する推定出力算出手段と、前記素子単位または前記モジュール単位で実起電圧および実発電電力のうちの少なくとも一方を検出する実出力検出手段と、前記素子単位または前記モジュール単位で、前記推定起電圧に対する前記実起電圧の乖離の度合いが第１所定値以上であるか否かの第１判定、および、前記推定発電電力に対する前記実発電電力の乖離の度合いが第２所定値以上であるか否かの第２判定のうちの少なくとも一方を実施し、前記第１判定および前記第２判定のうちの少なくとも一方が成立する場合に、前記発電装置の異常を検出する異常検出手段と、を備える。