(57)【要約】【課題】熱発電装置の発電効率を向上させる。【解決手段】熱発電装置６０は、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０との間に配置される第１熱電変換素子６１及び第２熱電変換素子６２を備える。第１熱電変換素子６１は、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給し、第２熱電変換素子６２は、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と第２部材との温度差によって発電する熱発電装置であって、
前記第１部材と前記第２部材との間に配置され発電電力を負荷へと供給する第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子を備え、
前記第１熱電変換素子は、前記第２部材の温度よりも前記第１部材の温度の方が高いときのみに発電電力を前記負荷へと供給し、
前記第２熱電変換素子は、前記第１部材の温度よりも前記第２部材の温度の方が高いときのみに発電電力を前記負荷へと供給することを特徴とする熱発電装置。
【請求項２】
前記第１熱電変換素子から前記負荷への電流の流れのみを許容する第１ダイオードと、
前記第２熱電変換素子から前記負荷への電流の流れのみを許容する第２ダイオードと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱発電装置。
【請求項３】
前記第１部材は、作動流体の圧力により作業機を駆動する流体圧機器のハウジングであり、
前記第２部材は、前記ハウジングの外部に設けられるヒートシンクであることを特徴とする請求項１または２に記載の熱発電装置。
【請求項４】
前記作業機は、屋外で使用されることを特徴とする請求項３に記載の熱発電装置。
【請求項５】
前記第１熱電変換素子が配置される面積は、前記第２熱電変換素子が配置される面積よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の熱発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、シリンダとヒートシンクとの間に配置された熱電変換素子を備えた熱発電装置が開示されている。この熱発電装置では、ヒートシンクの温度よりもシリンダの温度の方が高いときに熱電変換素子において発電が行われ、発電された電力が負荷へと供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３４６０１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、特許文献１に記載の熱発電装置が組み付けられる流体圧機器が屋外で使用される場合、例えば、寒暖差が激しい地域では、ヒートシンクの温度よりもシリンダの温度の方が低くなることがある。このような場合、熱電変換素子における発電電圧が逆転し、負荷に流れる電流の向きが変わることで負荷側の装置が破損するおそれがある。
【０００５】
このような電流の逆流を防止するためには、ダイオードを追加することが考えられるが、ダイオードを追加すると電力損失が増えるため、熱電変換素子から負荷に供給される電力が低下する。また、ダイオードを追加すると、シリンダの温度よりもヒートシンクの温度の方が高くなった場合には、熱電変換素子において発電は行われるが電流が流れる方向が変わるため、ダイオードにより電流の流れが遮断された状態となることから、結果として熱発電装置の発電効率が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱発電装置の発電効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、熱発電装置が、第１部材と第２部材との間に配置され発電電力を負荷へと供給する第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子を備え、第１熱電変換素子は、第２部材の温度よりも第１部材の温度の方が高いときのみに発電電力を負荷へと供給し、第２熱電変換素子は、第１部材の温度よりも第２部材の温度の方が高いときのみに発電電力を負荷へと供給することを特徴とする。
【０００８】
第１の発明では、第２部材の温度よりも第１部材の温度の方が高いときには、第１熱電変換素子から負荷へと発電電力が供給され、第１部材の温度よりも第２部材の温度の方が高いときには、第２熱電変換素子から負荷へと発電電力が供給される。このように、第１部材と第２部材とのどちらの温度が高くなる場合であっても、熱発電装置から負荷へと発電電力を供給可能とすることで、熱発電装置において発電が行われる時間が増加する。
【０００９】
第２の発明は、熱発電装置が、第１熱電変換素子から負荷への電流の流れのみを許容する第１ダイオードと、第２熱電変換素子から負荷への電流の流れのみを許容する第２ダイオードと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明では、第１熱電変換素子と負荷とを接続する導線上に第１ダイオードが設けられ、第２熱電変換素子と負荷とを接続する導線上に第２ダイオードが設けられる。このため、第１熱電変換素子及び第２熱電変換素子から負荷へ供給される電流の流れ方向が変わることが防止される。この結果、電流の逆流により負荷側の装置が破損してしまうことを防止することができる。
【００１１】
第３の発明は、第１部材が、作動流体の圧力により作業機を駆動する流体圧機器のハウジングであり、第２部材が、ハウジングの外部に設けられるヒートシンクであることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明では、ハウジングを介して伝わる作動流体の温度の方が高いときには第１熱電変換素子から負荷へと発電電力が供給され、ヒートシンクを介して伝わる外気の温度の方が高いときには第２熱電変換素子から負荷へと発電電力が供給される。このため、流体圧機器の内外において生じる温度差を熱発電装置によって効率的に電力に変換することができる。
【００１３】
第４の発明は、作業機が、屋外で使用されることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明では、屋外で使用される作業機の流体圧機器に熱発電装置が適用される。使用環境によっては、ハウジングの温度よりもヒートシンクの温度の方が高くなる場合があるが、そのような場合であっても、熱発電装置により発電を行い、負荷に電力を供給することが可能である。
【００１５】
第５の発明は、第１熱電変換素子が配置される面積が、第２熱電変換素子が配置される面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
第５の発明では、第１熱電変換素子が配置される面積が、第２熱電変換素子が配置される面積よりも大きく設定される。このため、第１熱電変換素子による発電量が第２熱電変換素子による発電量よりも多くなり、流体圧機器が稼働しているときに負荷に供給される電力を多くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱発電装置の発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る熱発電装置が適用される油圧ショベルの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱発電装置が組み付けられるシリンダの概略図である。
【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る熱発電装置と負荷との接続状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱発電装置６０について説明する。
【００２０】
まず、図１を参照して、熱発電装置６０が適用される作業機としての油圧ショベル１について説明する。
【００２１】
油圧ショベル１は、クローラ式の走行部２と、走行部２の上部に旋回可能に設けられる旋回部３と、旋回部３の前方中央部に設けられる掘削部５と、を備える。旋回部３には、作業者が搭乗するキャビン３ａが設けられる。
【００２２】
走行部２は、走行モータ（図示省略）によって左右一対のクローラ２ａを駆動することで油圧ショベル１を走行させる。旋回部３は、旋回モータ（図示省略）によって駆動され、走行部２に対して左右方向に旋回する。
【００２３】
掘削部５は、旋回部３の左右方向に延びる水平軸まわりに揺動可能に取り付けられるブーム６と、ブーム６の先端に揺動可能に取り付けられるアーム７と、アーム７の先端に揺動可能に取り付けられて土砂等を掘削するバケット８と、を有する。
【００２４】
また、掘削部５は、ブーム６を上下に回動させるブームシリンダ１０と、アーム７を上下に回動させるアームシリンダ１１と、バケット８を回動させるバケットシリンダ１２と、を有する。
【００２５】
次に、図２から図４を参照して、流体圧機器としてのブームシリンダ１０に組み付けられる熱発電装置６０について説明する。図２は、ブームシリンダ１０の概略図であり、図３は、図２のIII−III線に沿う断面図であり、図４は、熱発電装置６０と後述の圧力検出装置８０との接続状態を示す回路図である。
【００２６】
図２に示すように、ブームシリンダ１０は、作動油が出入りするシリンダ２０と、シリンダ２０内に往復動自在に設けられたピストンロッド３０と、シリンダ２０内に摺動自在に収容されピストンロッド３０に連結されるピストン４０と、を有する油圧シリンダである。
【００２７】
シリンダ２０は、第１部材及びハウジングとしての筒状のシリンダチューブ２１と、シリンダチューブ２１の一端に設けられるヘッド部２２と、シリンダチューブ２１の他端に設けられるボトム部２３と、を有する。ヘッド部２２及びボトム部２３は、溶接によりシリンダチューブ２１に接合される。シリンダチューブ２１の内部は、ピストン４０によってロッド側室２５と反ロッド側室２６との２つの油圧室に仕切られる。
【００２８】
ヘッド部２２には、環状のシリンダヘッド５０が図示しない複数のボルトによって締結される。ピストンロッド３０は、シリンダヘッド５０により摺動自在に支持され、シリンダヘッド５０の内部を通ってシリンダ２０の外側へと延在する。
【００２９】
ピストンロッド３０の端部には、ブーム６に連結される連結部３１が設けられ、ボトム部２３には、旋回部３に連結される連結部２３ａが設けられる。
【００３０】
また、シリンダヘッド５０には、ロッド側室２５と連通する図示しないヘッド側ポートが形成され、ボトム部２３には、反ロッド側室２６と連通する図示しないボトム側ポートが形成される。
【００３１】
ヘッド側ポート及びボトム側ポートは、切換弁（不図示）を通じて、油圧供給源としての油圧ポンプ（不図示）又は作動油貯留部としてのタンク（不図示）に選択的に接続される。切換弁によりヘッド側ポート及びボトム側ポートの一方が油圧ポンプに連通した場合には、他方がタンクに連通する。
【００３２】
油圧ポンプから供給される作動油がヘッド側ポートを通じてロッド側室２５に流入すると、反ロッド側室２６を縮小する方向にピストンロッド３０及びピストン４０が移動し、ブームシリンダ１０が収縮する。このとき、反ロッド側室２６の作動油は、ボトム側ポートを通じて排出される。
【００３３】
油圧ポンプから供給される作動油がボトム側ポートを通じて反ロッド側室２６に流入すると、ロッド側室２５を縮小する方向にピストンロッド３０及びピストン４０が移動し、ブームシリンダ１０が伸長する。このとき、ロッド側室２５内の作動油は、ヘッド側ポートを通じて排出される。
【００３４】
また、シリンダチューブ２１の外側には、図２及び図３に示すように、第２部材としてのヒートシンク７０と、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０とにより挟まれる複数の熱電変換素子６１，６２と、が配置される。
【００３５】
ヒートシンク７０は、鉄系部材で形成されるシリンダチューブ２１よりも熱伝導率が高いアルミやアルミ合金で形成される。ヒートシンク７０は、熱電変換素子６１，６２に接触する平板部７１と、平板部７１から径方向外側に突出する放熱部７２と、を有する。
【００３６】
熱電変換素子６１，６２は、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０との温度差によって起電力を生じるゼーベック素子であり、熱発電装置６０を構成する要素である。熱電変換素子６１，６２は、図示しない基板に取り付けられた状態において、一方の平面がシリンダチューブ２１に接し、他方の平面がヒートシンク７０に接するように配置される。熱電変換素子６１，６２は、図２及び図３に示すように、シリンダチューブ２１の外周面を覆うように配置され、シリンダチューブ２１の軸方向に沿って複数配置されるとともに、シリンダチューブ２１の周方向に沿って複数配置される。
【００３７】
なお、シリンダチューブ２１の外周面には、熱電変換素子６１，６２が接する平面２１ａが形成されているが、これに代えて、熱電変換素子６１，６２が接する平面を有する熱伝導材を、シリンダチューブ２１と熱電変換素子６１，６２との間に介在させた構成としてもよい。
【００３８】
また、ブームシリンダ１０には、熱電変換素子６１，６２で発電された電力が供給される負荷としての圧力検出装置８０が設けられる。圧力検出装置８０は、ロッド側室２５内の作動油の圧力を検出部８１と、検出部８１で検出された値を外部機器へ無線送信する送信部８２と、熱電変換素子６１，６２で発電された電力が充電されるとともに検出部８１及び送信部８２へ電力を供給する蓄電部８３と、を有する。
【００３９】
なお、負荷としては、ロッド側室２５内の作動油の圧力を検出する圧力検出装置８０に限定されず、反ロッド側室２６内の作動油の圧力を検出する圧力検出装置やブームシリンダ１０のストローク量を検出するストローク量検出装置であってもよく、また、これらを組み合わせたものであってもよい。
【００４０】
このように、圧力検出装置８０には、熱電変換素子６１，６２で発電された電力が供給されるため、圧力検出装置８０へ電力を供給するための導線を旋回部３からブームシリンダ１０にかけて配索する必要がない。また、圧力検出装置８０は、無線通信可能な送信部８２を有するため、データを送信するための導線をブームシリンダ１０から旋回部３にかけて配索する必要もない。
【００４１】
ここで、作業者により油圧ショベル１が操縦され、ブームシリンダ１０が伸縮するとシリンダチューブ２１には８０℃前後の比較的高温となった作動油が出入りする。このため、作動油が接するシリンダチューブ２１と外気に接するヒートシンク７０との間には温度差が生じる。
【００４２】
シリンダチューブ２１とヒートシンク７０とにより挟まれた熱電変換素子６１，６２には、この温度差に応じた起電力が生じ、熱電変換素子６１，６２で発電された電力は、圧力検出装置８０の検出部８１や送信部８２、蓄電部８３へ供給される。
【００４３】
このように、作業者により油圧ショベル１が操縦されている間は、通常、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高くなる。このため、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときに、熱電変換素子６１，６２から圧力検出装置８０へと発電電力が供給可能な構成としておけば、圧力検出装置８０は正常に機能する。
【００４４】
一方で、屋外で使用される油圧ショベル１等の作業機は、通常、屋外に駐機される。このため、油圧ショベル１が使用される環境が、寒暖差が激しい地域である場合、夜間にブームシリンダ１０等の機器が、例えば、零下となるまで冷やされることとなる。このような状態において日差しが徐々に強くなり気温が上昇すると、シリンダチューブ２１よりも熱伝導性が高く熱容量の小さいヒートシンク７０の方が、シリンダチューブ２１よりも早く温度が上昇する。
【００４５】
このように自然環境の影響によってヒートシンク７０とシリンダチューブ２１とに温度差が生じた場合であっても、この温度差に応じて熱電変換素子６１，６２は起電力を生じ、熱電変換素子６１，６２で発電された電力は、圧力検出装置８０へと供給されることになる。
【００４６】
そして、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときに熱電変換素子６１，６２に生じる起電力は、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときとは逆になる。つまり、熱電変換素子６１，６２から圧力検出装置８０に供給される電流の流れ方向が変わるため、結果として圧力検出装置８０が破損してしまうおそれがある。
【００４７】
圧力検出装置８０に供給される電流の逆流を防止するためには、熱電変換素子６１，６２と圧力検出装置８０とを接続する導線上にダイオードを追加することが考えられるが、ダイオードを追加すると電力損失が増えるため、熱電変換素子６１，６２から圧力検出装置８０に供給される電力が低下してしまう。また、単に熱電変換素子６１，６２と圧力検出装置８０とを接続する導線上にダイオードを追加すると、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときには、熱電変換素子６１，６２において発電は行われるが電流が流れる方向が変わるため、ダイオードにより電流の流れが遮断された状態となることから、結果として熱発電装置６０の発電効率が低下してしまう。
【００４８】
これに対して、本実施形態では、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときだけではなく、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときにも圧力検出装置８０へ電力が供給されるように、図４に示すように、熱発電装置６０と圧力検出装置８０とが接続される。
【００４９】
具体的には、複数の熱電変換素子６１，６２は、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給する第１熱電変換素子６１と、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給する第２熱電変換素子６２と、の何れかに分けられる。
【００５０】
第１熱電変換素子６１は、圧力検出装置８０に接続される第１供給電極６１ａと、接地される第１接地電極６１ｂと、を有し、第２熱電変換素子６２は、圧力検出装置８０に接続される第２供給電極６２ａと、接地される第２接地電極６２ｂと、を有する。
【００５１】
圧力検出装置８０と第１供給電極６１ａとを接続する第１導線６３には、第１供給電極６１ａから圧力検出装置８０への電流の流れのみを許容する第１ダイオード６３ａが設けられ、圧力検出装置８０と第２供給電極６２ａとを接続する第２導線６４には、第２供給電極６２ａから圧力検出装置８０への電流の流れのみを許容する第２ダイオード６４ａが設けられる。これら第１ダイオード６３ａ及び第２ダイオード６４ａは、第１熱電変換素子６１及び第２熱電変換素子６２とともに、熱発電装置６０を構成する要素である。
【００５２】
熱発電装置６０をこのように構成することによって、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときには、第１熱電変換素子６１から第１ダイオード６３ａを通じて圧力検出装置８０へと発電電力が供給される一方、第２熱電変換素子６２では、発電が行われても第２ダイオード６４ａにより電流の流れが遮断された状態となる。
【００５３】
一方、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときには、第２熱電変換素子６２から第２ダイオード６４ａを通じて圧力検出装置８０へと発電電力が供給される一方、第１熱電変換素子６１では、発電が行われても第１ダイオード６３ａにより電流の流れが遮断された状態となる。
【００５４】
このように、熱発電装置６０からは、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときだけではなく、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときにも圧力検出装置８０へ電力が供給される。つまり、油圧ショベル１が稼働しておらず、シリンダチューブ２１の温度がヒートシンク７０の温度よりも高くなっていない場合であっても熱発電装置６０において発電可能である。このように、熱発電装置６０において発電が行われる時間が増加することにより熱発電装置６０の発電効率を向上させることができる。
【００５５】
上記構成の熱発電装置６０の第１熱電変換素子６１としては、油圧ショベル１が稼働しているときのヒートシンク７０とシリンダチューブ２１との平均的な温度差において最も発電効率が高いゼーベック素子が採用される。
【００５６】
また、上記構成の熱発電装置６０の第２熱電変換素子６２としては、油圧ショベル１が稼働しておらず、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高くなる際のヒートシンク７０とシリンダチューブ２１との平均的な温度差において最も発電効率が高いゼーベック素子が採用される。
【００５７】
なお、第１熱電変換素子６１と第２熱電変換素子６２とは、同一のゼーベック素子であってもよく、この場合、第１熱電変換素子６１と第２熱電変換素子６２とでは、供給電極６１ａ，６２ａと接地電極６１ｂ，６２ｂとが入れ替わるだけであるため、熱発電装置６０の製造コストを低減させることができる。
【００５８】
また、第１熱電変換素子６１と第２熱電変換素子６２とは、シリンダチューブ２１の周方向に交互に配置されてもよいし、シリンダチューブ２１の軸方向に交互に配置されてもよい。また、第２熱電変換素子６２は、日差しによってヒートシンク７０の温度が上昇したときに発電状態となり易いことから、日差しを受けやすい部分に配置されることが好ましい。
【００５９】
また、第１熱電変換素子６１及び第２熱電変換素子６２が配置される位置は、シリンダチューブ２１の外周面に限定されず、作動油の温度が直接的または間接的に伝わる部位であればどのような場所であってもよく、例えば、シリンダチューブ２１内に出入りする作動油が流れる配管やその周辺に配置される部材の表面に配置されてもよい。
【００６０】
また、圧力検出装置８０のように油圧ショベル１の稼働状態を検出するセンサ等へ電力を供給する場合には、油圧ショベル１が稼働し圧力検出装置８０の消費電力が比較的多くなったときに熱発電装置６０から圧力検出装置８０へ供給される電力が多い方が好ましい。
【００６１】
油圧ショベル１が稼働し作動油が比較的高温となったときに発電を行う第１熱電変換素子６１による発電量は、第１熱電変換素子６１が配置される面積を第２熱電変換素子６２が配置される面積よりも大きくするほど多くなる。したがって、第１熱電変換素子６１が配置される面積を第２熱電変換素子６２が配置される面積よりも大きくすることによって、油圧ショベル１が稼働しているときに圧力検出装置８０へ供給される電力を十分に確保することが可能である。
【００６２】
また、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高くなる頻度が高く、そのときの温度差が大きい場合は、第１熱電変換素子６１の数を多くすることで熱発電装置６０の発電効率を向上させることができる。反対に、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高くなる頻度が高く、そのときの温度差が大きい場合は、第２熱電変換素子６２の数を多くすることで熱発電装置６０の発電効率を向上させることができる。
【００６３】
したがって、第１熱電変換素子６１の数と第２熱電変換素子６２の数との比率は、熱発電装置６０の発電効率が最も高くなるように設定される。換言すれば、第１熱電変換素子６１の数と第２熱電変換素子６２の数との比率は、油圧ショベル１の使用環境に応じて設定される。
【００６４】
また、第２熱電変換素子６２の発電効率を向上させるには、アルミ製のヒートシンク７０の表面を黒色アルマイト処理することでヒートシンク７０の輻射率を向上させることが好ましい。このようにヒートシンク７０の輻射率を高くすることで、日差しが強くなったときにヒートシンク７０の温度が上昇し易くなり、結果として、ヒートシンク７０とシリンダチューブ２１との温度差が大きくなり第２熱電変換素子６２の発電効率を向上させることができる。
【００６５】
以上の本実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００６６】
熱発電装置６０では、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときには、第１熱電変換素子６１から圧力検出装置８０へと発電電力が供給され、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときには、第２熱電変換素子６２から圧力検出装置８０へと発電電力が供給される。このように、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０とのどちらの温度が高くなる場合であっても、熱発電装置６０から圧力検出装置８０へと発電電力を供給可能とすることで、熱発電装置６０において発電が行われる時間が増加し、結果として、熱発電装置６０の発電効率を向上させることができる。
【００６７】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００６８】
熱発電装置６０は、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０との間に配置され発電電力を圧力検出装置８０へと供給する第１熱電変換素子６１及び第２熱電変換素子６２を備え、第１熱電変換素子６１は、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給し、第２熱電変換素子６２は、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときのみに発電電力を圧力検出装置８０へと供給する。
【００６９】
この構成では、ヒートシンク７０の温度よりもシリンダチューブ２１の温度の方が高いときには、第１熱電変換素子６１から圧力検出装置８０へと発電電力が供給され、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高いときには、第２熱電変換素子６２から圧力検出装置８０へと発電電力が供給される。このように、シリンダチューブ２１とヒートシンク７０とのどちらの温度が高くなる場合であっても、熱発電装置６０から圧力検出装置８０へと発電電力を供給可能とすることで、熱発電装置６０において発電が行われる時間が増加し、結果として、熱発電装置６０の発電効率を向上させることができる。
【００７０】
また、熱発電装置６０は、第１熱電変換素子６１から圧力検出装置８０への電流の流れのみを許容する第１ダイオード６３ａと、第２熱電変換素子６２から圧力検出装置８０への電流の流れのみを許容する第２ダイオード６４ａと、をさらに備える。
【００７１】
この構成では、第１熱電変換素子６１と圧力検出装置８０とを接続する第１導線６３上に第１ダイオード６３ａが設けられ、第２熱電変換素子６２と圧力検出装置８０とを接続する第２導線６４上に第２ダイオード６４ａが設けられる。このため、第１熱電変換素子６１及び第２熱電変換素子６２から圧力検出装置８０へ供給される電流の流れ方向が変わることが防止される。この結果、電流の逆流により圧力検出装置８０が破損してしまうことを防止することができる。
【００７２】
また、第１部材は、作動油の圧力により油圧ショベル１を駆動するブームシリンダ１０のシリンダチューブ２１であり、第２部材は、シリンダチューブ２１の外部に設けられるヒートシンク７０である。
【００７３】
この構成では、シリンダチューブ２１を介して伝わる作動油の温度の方が高いときには、第１熱電変換素子６１から圧力検出装置８０へと発電電力が供給され、ヒートシンク７０を介して伝わる外気の温度の方が高いときには、第２熱電変換素子６２から圧力検出装置８０へと発電電力が供給される。このため、流体圧機器であるブームシリンダ１０の内外において生じる温度差を熱発電装置６０によって効率的に電力に変換することができる。
【００７４】
また、作業機としての油圧ショベル１は、屋外で使用される。
【００７５】
この構成では、屋外で使用される油圧ショベル１等の作業機の流体圧機器に熱発電装置６０が適用される。屋外で使用される作業機の流体圧機器は、使用環境によっては、シリンダチューブ２１の温度よりもヒートシンク７０の温度の方が高くなる場合があるが、そのような場合であっても、熱発電装置６０により発電を行い、圧力検出装置８０に電力を供給することが可能である。なお、作業機としては、屋外で使用されるものであれば、油圧ショベル１に限定されず、油圧シリンダ等の流体圧機器を備えた自動車や鉄道車両等であってもよい。
【００７６】
また、第１熱電変換素子６１が配置される面積は、第２熱電変換素子６２が配置される面積よりも大きい。
【００７７】
この構成では、第１熱電変換素子６１が配置される面積が、第２熱電変換素子６２が配置される面積よりも大きく設定される。このため、流体圧機器が稼働し作動油が比較的高温となったときに発電を行う第１熱電変換素子６１による発電量が、第２熱電変換素子６２による発電量よりも多くなる。したがって、圧力検出装置８０のように流体圧機器の稼働状態を検出するセンサ等へ供給される電力を、流体圧機器が稼働し圧力検出装置８０の消費電力が比較的多いときであっても十分確保することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、熱発電装置６０がブームシリンダ１０に設けられる場合について説明したが、熱発電装置６０は、ブームシリンダ１０に限定されず、アームシリンダ１１やバケットシリンダ１２に設けられてもよい。また、熱発電装置６０が取り付けられる場所は、シリンダチューブ２１に限定されず、作動油の温度が伝わる部分であれば、どのような場所であってもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、熱発電装置６０はいわゆる液圧シリンダに設けられているが、作動流体の温度が伝わる部位を有する液圧アクチュエータであればどのようなアクチュエータに設けられてもよく、例えば、液圧モータに設けられてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、作動流体として作動油が用いられるが、作動水等の他の流体を作動流体として用いてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、熱発電装置６０が適用される作業機が油圧ショベル１である場合について説明したが、熱発電装置６０は、油圧シリンダ等の流体圧機器によって駆動される作業機であって、特に屋外で使用される作業機であれば、移動式、定置式を問わず、どのような作業機にも適用可能であり、ハイブリッドショベルやホイールローダ、掘削機等の他の作業機に適用可能である。また、作業機としては、油圧シリンダ等の流体圧機器を備えた自動車や鉄道車両であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
６０・・・熱発電装置、１・・・油圧ショベル（作業機）、１０・・・ブームシリンダ（流体圧機器）、２１・・・シリンダチューブ（第１部材、ハウジング）、６１・・・第１熱電変換素子、６２・・・第２熱電変換素子、６３ａ・・・第１ダイオード、６４ａ・・・第２ダイオード、７０・・・ヒートシンク（第２部材）、８０・・・圧力検出装置（負荷）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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