(57)【要約】【課題】熱媒体の熱エネルギ量の減少時および増大時にそれぞれ対応して適切に発電量を増大できる熱電発電装置を提供する。【解決手段】排気の熱エネルギ量が減少して高温側フィン付熱流板２１の温度が低下すると、第２の熱電発電素子群が高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂから離間するため、第１の熱電発電素子群の熱抵抗比が上昇し、モジュール効率が高くなって第１の熱電発電素子群による発電量が増大する。一方、排気の熱エネルギ量が増大して高温側フィン付熱流板２１の温度が上昇すると、第２の熱電発電素子群が高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接触するため、第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群の熱抵抗比が低下し、熱回収効率が高くなって第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群による発電量が増大する。【選択図】図１７
2008205126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体からの回収熱により熱発電可能な熱電発電素子を備えた熱電発電装置であって、
前記熱電発電素子の高温端熱抵抗と低温端熱抵抗との和に対する素子内熱抵抗の比率を熱電発電素子の熱抵抗比としたとき、
前記熱媒体の熱エネルギ量の減少時には前記熱電発電素子の熱抵抗比を上昇させ、熱エネルギ量の増大時には前記熱電発電素子の熱抵抗比を低下させるように構成されていることを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
前記熱電発電素子は、前記熱媒体から熱を回収する熱回収部材に常時接触する第１の熱電発電素子群と、この第１の熱電発電素子群に対して熱流方向に並列な第２の熱電発電素子群とで構成されており、
前記第２の熱電発電素子群を前記熱回収部材に接触させることで前記熱電発電素子の熱抵抗比を低下させ、
前記第２の熱電発電素子群を前記熱回収部材から離間させることで前記熱電発電素子の熱抵抗比を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記第２の熱電発電素子群は、これに付与される圧力の制御によって前記熱回収部材に対し接離方向に移動することを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体からの回収熱により熱発電する熱電発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱媒体からの回収熱により熱発電する熱電発電装置として、内燃機関の排気熱を回収して熱発電する熱電発電装置が従来一般に知られている。この種の熱電発電装置は、ゼーベック効果により温度差に応じた熱起電力を発生する複数の熱電発電素子を備えており、各熱電発電素子の高温端は、内燃機関の排気が流通するインナーシェルなどの熱回収部材に密着し、各熱電発電素子の低温端は、冷却水が流通するアウターシェルなどの放熱部材に密着している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１には、熱電変換モジュールの最大出力時における熱抵抗をＲｍ、熱電変換モジュールの高温端面と高温熱媒体との間の熱抵抗をＲｉ、熱電変換モジュールの低温端面と冷却媒体との間の熱抵抗をＲｏとしたとき、次式（Ａ）の関係を満足させることにより、熱電発電装置の発電能力を向上させる技術が開示されている。
（Ａ）……Ｒｉ＋Ｒｏ＜Ｒｍ＜２（Ｒｉ＋Ｒｏ）
【特許文献１】特開平１１−２６１１１７号公報（段落９〜１０参照）
【発明の開示】
【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に記載された技術は、単に熱電変換モジュールの熱抵抗Ｒｍを所定範囲に管理して熱電変換モジュールへの流入熱エネルギを増大させるものであるため、例えば内燃機関の運転領域に応じて排気（熱媒体）の熱エネルギ量が増減する場合に、その増減に対応して適切に発電量を増大させることはできない。
【０００５】
そこで、本発明は、熱媒体の熱エネルギ量の減少時および増大時にそれぞれ対応して適切に発電量を増大できる熱電発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明らは、このような課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の結論を得て熱電発電装置に係る本発明を完成した。まず、前提として、熱電発電素子は、その高温端と低温端との温度差（Δｔｍ）が大きい程、熱を電気に変換する素子効率（ηｍ）が高くなり、同時に高温端から低温端に向かって素子内を貫通する貫通熱量（Ｑｍ）も増大するという基本特性を有する。
【０００７】
従って、熱電発電素子の発電量（Ｐｍ）は、貫通熱量（Ｑｍ）と素子効率（ηｍ）との積で表すことができ、温度差（Δｔｍ）の増大に応じて増大する。これを一群の熱電発電素子からなる熱電発電素子モジュールに当てはめれば、その総発電量（Ｐｍｔ）は、総貫通熱量（Ｑｍｔ）とモジュール効率（ηｍｔ）との積で表すことができる。すなわち、総発電量（Ｐｍｔ）＝総貫通熱量（Ｑｍｔ）×モジュール効率（ηｍｔ）となる。
【０００８】
ここで、熱電発電装置への総流入熱量（Ｑｇｉ）に対する総貫通熱量（Ｑｍｔ）の比率を熱回収効率（ηｓ）と定義すれば、熱回収効率（ηｓ）＝総貫通熱量（Ｑｍｔ）／総流入熱量（Ｑｇｉ）であるから、総貫通熱量（Ｑｍｔ）＝総流入熱量（Ｑｇｉ）×熱回収効率（ηｓ）となる。従って、前述した熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）は、総発電量（Ｐｍｔ）＝総流入熱量（Ｑｇｉ）×熱回収効率（ηｓ）×モジュール効率（ηｍｔ）となる。
【０００９】
この関係式より、熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）を増大させるには、熱回収効率（ηｓ）またはモジュール効率（ηｍｔ）が高くなるようにすれば良く、熱回収効率（ηｓ）とモジュール効率（ηｍｔ）との積が最大となるように最適化すれば、最大の総発電量（Ｐｍｔ）が得られるとの結論を得た。
【００１０】
一方、熱電発電素子の高温端への流入熱抵抗を高温端熱抵抗（Ｒｇ）、低温端からの流出熱抵抗を低温端熱抵抗（Ｒｃ）、高温端から低温端への貫通熱抵抗を素子内熱抵抗（Ｒｍ）として、高温端熱抵抗（Ｒｇ）と低温端熱抵抗（Ｒｃ）との和に対する素子内熱抵抗（Ｒｍ）の比率を熱電発電素子の熱抵抗比と定義すれば、熱電発電素子の熱抵抗比は、（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））となる。
【００１１】
ここで、熱電発電素子の熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））の上昇は、高温端熱抵抗（Ｒｇ）と低温端熱抵抗（Ｒｃ）との和に対して素子内熱抵抗（Ｒｍ）が相対的に増大することを意味し、熱電発電素子の長さが長いほど、また、断面積が小さいほど、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））が上昇する。
【００１２】
一方、熱電発電素子の熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））の低下は、高温端熱抵抗（Ｒｇ）と低温端熱抵抗（Ｒｃ）との和に対して素子内熱抵抗（Ｒｍ）が相対的に減少することを意味し、熱電発電素子の長さが短いほど、また、断面積が大きいほど、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））が低下する。
【００１３】
熱電発電素子の素子内熱抵抗（Ｒｍ）の増大により熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））が上昇すると、熱電発電素子の貫通熱量（Ｑｍ）が減少して高温端と低温端との温度差（Δｔｍ）が増大するため、熱電発電素子の素子効率（ηｍ）が高くなる。これを熱電発電素子モジュールに当てはめれば、総貫通熱量（Ｑｍｔ）が減少する結果、モジュール効率（ηｍｔ）が高くなって熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）が増大する。
【００１４】
反対に、熱電発電素子の素子内熱抵抗（Ｒｍ）の減少により熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））が低下すると、熱電発電素子の貫通熱量（Ｑｍ）が増大する。これを熱電発電素子モジュールに当てはめれば、総貫通熱量（Ｑｍｔ）が増大することとなり、熱回収効率（ηｓ）が高くなって熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）が増大する。
【００１５】
ここで、熱電発電装置が回収する熱媒体の熱エネルギ量が小さいときには、熱電発電素子モジュールを貫通可能な総貫通熱量（Ｑｍｔ）も小さくなるので、熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）を増大するには、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））を低下させて熱回収効率（ηｓ）を高めるよりも、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））を上昇させてモジュール効率（ηｍｔ）を高める方が適切である。
【００１６】
反対に、熱電発電装置が回収する熱媒体の熱エネルギ量が大きいときには、熱電発電素子モジュールを貫通可能な総貫通熱量（Ｑｍｔ）も大きくなるので、熱電発電素子モジュールの総発電量（Ｐｍｔ）を増大するには、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））を上昇させてモジュール効率（ηｍｔ）を高めるよりも、熱抵抗比（Ｒｍ／（Ｒｇ＋Ｒｃ））を低下させて熱回収効率（ηｓ）を高める方が適切である。
【００１７】
本発明は、以上の結論により完成された熱電発電装置に係る発明であり、熱媒体からの回収熱により熱発電可能な熱電発電素子を備えた熱電発電装置であって、熱電発電素子の高温端熱抵抗と低温端熱抵抗との和に対する素子内熱抵抗の比率を熱電発電素子の熱抵抗比としたとき、熱媒体の熱エネルギ量の減少時には熱電発電素子の熱抵抗比を上昇させ、熱エネルギ量の増大時には熱電発電素子の熱抵抗比を低下させるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る熱電発電装置では、熱媒体の熱エネルギ量の減少時には、熱電発電素子の熱抵抗比が上昇して素子高温端と素子低温端との温度差が大きくなるため、熱電発電素子のモジュール効率（素子効率）が高くなって発電量が増大する。一方、熱媒体の熱エネルギ量の増大時には、熱電発電素子の熱抵抗比が低下して素子内通過熱エネルギが増大するため、熱電発電素子の熱回収効率が高くなって発電量が増大する。
【００１９】
本発明に係る熱電発電装置において、熱電発電素子の熱抵抗比を変化させる手段としては、熱媒体から熱を回収する熱回収部材に常時接触する第１の熱電発電素子群と、この第１の熱電発電素子群に対して熱流方向に並列な第２の熱電発電素子群とで熱電発電素子を構成し、第２の熱電発電素子群を熱回収部材に接触させることで熱電発電素子の熱抵抗比を低下させ、第２の熱電発電素子群を熱回収部材から離間させることで熱電発電素子の熱抵抗比を上昇させる手段を採用することができる。
【００２０】
この場合、熱媒体の熱エネルギ量の減少時には、第２の熱電発電素子群を熱回収部材から離間させることで熱電発電素子の熱抵抗比が上昇するため、熱電発電素子のモジュール効率が高くなって発電量が増大する。一方、熱媒体の熱エネルギ量の増大時には、第２の熱電発電素子群を熱回収部材に接触させることで熱電発電素子の熱抵抗比が低下するため、熱電発電素子の熱回収効率が高くなって発電量が増大する。
【００２１】
ここで、第２の熱電発電素子群がこれに付与される圧力の制御によって熱回収部材に対し接離方向に移動するように構成されていると、熱媒体の熱エネルギ量の減少時には第２の熱電発電素子群が熱回収部材から確実に離間して熱電発電素子の熱抵抗比が確実に上昇し、熱媒体の熱エネルギ量の増大時には第２の熱電発電素子群が熱回収部材に確実に接触して熱電発電素子の熱抵抗比が確実に低下するので好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る熱電発電装置によれば、熱媒体の熱エネルギ量の減少時には、熱電発電素子の熱抵抗比が上昇するため、熱電発電素子のモジュール効率が高くなって発電量が増大し、熱媒体の熱エネルギ量の増大時には、熱電発電素子の熱抵抗比が低下するため、熱電発電素子の熱回収効率が高くなって発電量が増大する。従って、熱媒体の熱エネルギ量の減少時および増大時にそれぞれ対応して適切に発電量を増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明に係る熱電発電装置の最良の実施形態を説明する。参照する図面において、図１は第１実施形態に係る熱電発電装置が介設された内燃機関の排気系の概略構造を示す平面図、図２は図１に示した熱電発電装置の外観を示す側面図、図３は図２に示した熱電発電装置の正面図、図４は図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面斜視図、図５は図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面図である。
【００２４】
第１実施形態に係る熱電発電装置は、車両に搭載された内燃機関の排気系に排出される排気から排気熱を回収して熱発電する装置である。このため、図１に示すように、第１実施形態の熱電発電装置１は、内燃機関（図示省略）の排気系において、例えば、排気上流側の排気マニホールド２に接続された触媒コンバータ３と、排気下流側のマフラー４との間に介設されている。
【００２５】
熱電発電装置１により熱発電される電気エネルギーは、ＥＣＵ（Electric  Control  Unit）５によってオン・オフ制御されるＤＣ−ＤＣコンバータ６を介してバッテリー７に充電されるように構成されている。
【００２６】
なお、熱電発電装置１による排気の圧損が急増した場合に、触媒コンバータ３から熱電発電装置１を迂回してマフラー４側に排気を流通させるため、熱電発電装置１の中心部には排気のバイパス管８が貫通して設置されている。そして、このバイパス管８の排気流入口には、ＥＣＵ５によって開閉制御されるバイパスバルブ９が付設されている。
【００２７】
ＥＣＵ５は、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read  Only  Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random  Access  Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central  Processing  Unit)等をハードウェアとして備えたマイクロコンピュータであり、後述する切換手段の制御装置を構成する。
【００２８】
図２〜図５に示すように、熱電発電装置１は、その外周部を構成する円筒状の冷却水ケース１０、排気の流入部を構成する筒状の流入側ハウジング１１、排気の流出部を構成する筒状の流出側ハウジング１２、流入側ハウジング１１を覆う流入側ジャバラ管１３、流出側ハウジング１２を覆う流出側ジャバラ管１４等の部材を備えて構成されている。
【００２９】
冷却水ケース１０には、冷却水が流入する流入側ニップル１０Ａと、冷却水が流出する流出側ニップル１０Ｂとが接続されている。これらの流入側ニップル１０Ａおよび流出側ニップル１０Ｂは、図１に示したＥＣＵ５によりオン・オフ制御される冷却水循環ポンプ１５およびラジエータ１６を備えた冷却水の循環管路に接続されており、冷却水循環ポンプ１５がＥＣＵ５によりオン制御されると、ラジエータ１６で冷却された冷却水が冷却水ケース１０内を流通して循環するようになっている。
【００３０】
図４および図５に示すように、筒状の流入側ハウジング１１は、その内端部に複数本の放射状連結部１１Ａを介して連続する小径のリング状支持部１１Ｂを有し、このリング状支持部１１Ｂがバイパス管８の外周に摺動自在に嵌合することでバイパス管８に同芯状に支持されている。同様に、筒状の流出側ハウジング１２は、その内端部に複数本の放射状連結部１２Ａを介して連続する小径のリング状支持部１２Ｂを有し、このリング状支持部１２Ｂがバイパス管８の外周に摺動自在に嵌合することでバイパス管８に同芯状に支持されている。
【００３１】
流入側ハウジング１１内に臨むバイパス管８の端部には大径部８Ａが形成されており、この大径部８Ａの段部に流入側ハウジング１１のリング状支持部１１Ｂが係止されている。また、流出側ハウジング１２内に臨むバイパス管８の端部には小径部８Ｂが形成されており、この小径部８Ｂには複数の皿ばね１７および押しナット１８が装着されている。
【００３２】
流入側ジャバラ管１３は、その外端部が流入側ハウジング１１の外端部に気密状態で連結され、その内端部が冷却水ケース１０の一端部に気密状態で連結されている。同様に、流出側ジャバラ管１４は、その外端部が流出側ハウジング１２の外端部に気密状態で連結され、その内端部が冷却水ケース１０の他端部に気密状態で連結されている。
【００３３】
ここで、流入側ハウジング１１と流出側ハウジング１２との間には、バイパス管８の外周および冷却水ケース１０の内周に摺動自在に嵌合するドーナツ状に組み立てられた熱電発電ユニット２０が排気流入側から排気流出側に向かって例えば１２段に配置されている。
【００３４】
各熱電発電ユニット２０は、熱回収部材としてバイパス管８の外周に嵌合される高温側フィン付熱流板２１と、放熱部材として冷却水ケース１０の内周に嵌合される低温側熱流板２２と、両者の間に介設される熱電発電素子モジュール２３とで構成されている。
【００３５】
図５に示すように、各熱電発電ユニット２０を構成する各高温側フィン付熱流板２１の外周部付近は、バイパス管８の小径部８Ｂに装着された押しナット１８のねじ込みによる皿ばね１７の押圧力を受けて流入側ハウジング１１の内端部と流出側ハウジング１２の内端部と間に所定の圧力で挟持されている。また、各熱電発電ユニット２０を構成する各低温側熱流板２２の外周面は、熱伝導性の高いシリコングリース層を介して冷却水ケース１０の内周面に密着している。そして、流入側ジャバラ管１３および流出側ジャバラ管１４により外気と遮断された冷却水ケース１０の内側空間には、熱電発電素子モジュール２３の酸化を防止するための適宜の不活性ガスが充填されている。
【００３６】
ここで、図６に分解して示すように、熱電発電ユニット２０を構成する高温側フィン付熱流板２１は、相互に対向して組み合わされる左右一対で構成されている。この高温側フィン付熱流板２１は、耐熱性のある絶縁性セラミックスにより一体に成形されており、リング状の本体２１Ａと、この本体２１Ａの左右方向の外端側に形成された大径のフランジ部２１Ｂと、フランジ部２１Ｂと反対側に突出する状態で本体２１Ａの内周側に放射状に配列されて形成された多数のフィン２１Ｃとを有する。
【００３７】
左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂにおける相互に対面する内側面には、熱電発電素子モジュール２３を構成する小判形の一群の高温側電極２３Ａがそれぞれ環状に配列されて接合される。そして、左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１は、多数のフィン２１Ｃ，２１Ｃ同士が交互に放射状に配列されるように本体２１Ａ，２１Ａ同士を突き当てた状態で組み合わされ、この状態で多数のフィン２１Ｃ，２１Ｃがバイパス管８を囲んでその外周に嵌合する（図４参照）。
【００３８】
熱電発電ユニット２０を構成する低温側熱流板２２は、絶縁性セラミックスにより一体に成形されており、外周面が冷却水ケース１０の内周面に嵌合する幅の広い環状の嵌合部２２Ａと、内周部が左右一対の高温側フィン付熱流板２１，２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂ間に臨む幅の狭い環状の装着部２２Ｂとを有する。そして、この装着部２２Ｂの一側部には、環状に配列された一群の絶縁性セラミックス製のピストン２４が摺動自在に嵌合され、他側部には、同様に環状に配列された一群の絶縁性セラミックス製のピストン３１が摺動自在に嵌合される。
【００３９】
熱電発電ユニット２０を構成する熱電発電素子モジュール２３は、前述したように環状に配列される一群の高温側電極２３Ａ，２３Ａと、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの内周部に装着されて環状に配列される一群の低温側電極２３Ｂと、各低温側電極２３Ｂに予めＰＮパイ型接合されてそれぞれ環状に配列される第１の熱電発電素子群および第２の熱電発電素子群を構成する複数のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎを有する。
【００４０】
低温側電極２３Ｂは、図７に示すように、中央部にばね部２３Ｂ１が湾曲して形成され正面視Ｕ字形のクリップ状に形成されており、その左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２の例えば右側の挟持片部２３Ｂ２の外面には、第１の熱電発電素子群を構成する一組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの低温端がハンダ層や拡散層を介してＰＮパイ型接合されている。同様に、左側の挟持片部２３Ｂ２の外面には、第２の熱電発電素子群を構成する一組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの低温端がハンダ層や拡散層を介してＰＮパイ型接合されている。
【００４１】
低温側電極２３Ｂの左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２は、二組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの間の部分がばね部２３Ｂ１付近まで切り欠かれることでそれぞれ前後に分割されている。
【００４２】
ここで、図８に示すように、一群の低温側電極２３Ｂの一つは、ばね部２３Ｂ１を含めて左右の挟持片部２３Ｂ２，２３Ｂ２が完全に前後に分割されており、その前後一方の左右一側の挟持片部２３Ｂ２には、例えばマイナス側リード片２３Ｂ３が連続して形成され、その前後他方の左右他側の挟持片部２３Ｂ２には、プラス側リード片２３Ｂ４が連続して形成されている。
【００４３】
マイナス側リード片２３Ｂ３は、図９および図１０に示すように正面視Ｕ字状に外側に屈曲している。プラス側リード片２３Ｂ４は、同様に正面視Ｕ字状に外側に屈曲し、さらにその先端部が他段の熱電発電素子モジュール２３のマイナス側リード片２３Ｂ３に向けて屈曲している。そして、各段の熱電発電素子モジュール２３は、プラス側リード片２３Ｂ４とマイナス側リード片２３Ｂ３とが接触することで交互に直列に接続されており、その一端部および他端部から各段の熱電発電素子モジュール２３で熱発電された電気エネルギが取り出されるようになっている。
【００４４】
図１１に示すように、高温側フィン付熱流板２１の本体２１Ａ，２１Ａの対向面間には、冷却水ケース１０で覆われた空間に充填される不活性ガスを封止するためにリング状のガスケットＧ１が挟持されている。また、高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂ，２１Ｂの対向面間およびフランジ部２１Ｂと流入側ハウジング１１との対向面間には、ガスケットＧ１と同様の機能を有するリング状のガスケットＧ２が挟持されている。なお、図１１に図示されていない流出側ハウジング１２とフランジ部２１Ｂとの対向面間にもガスケットＧ２が挟持されている。
【００４５】
ここで、図１１および図１２に示すように、低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａの外周面における幅方向中央部には、圧縮空気の圧力を導入するための環状溝３２Ａが形成されており、その両側部分には、圧縮空気の漏出を防止するように冷却水ケース１０の内周面との間をシールする一対のオーリングＯ，Ｏの装着溝２２Ｃが形成されている。
【００４６】
また、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの一側面には、環状に配列されて開口する一群のピストン室２２Ｄが形成されており、各ピストン室２２Ｄにはそれぞれピストン２４が摺動自在に嵌挿されている。同様に、低温側熱流板２２の装着部２２Ｂの他側面には、環状に配列されて開口する一群のピストン室３２Ｂが形成されており、各ピストン室３２Ｂにはそれぞれピストン３１が摺動自在に嵌挿されている。
【００４７】
一方、図１３に示すように、冷却水ケース１０の後端部には、圧力導入プラグ３２Ｄが装着されており、この圧力導入プラグ３２Ｄに連通する圧力導入通路３２Ｅが冷却水ケース１０内に形成されている。そして、この圧力導入通路３２Ｅは、冷却水ケース１０の内周面に開口する複数の連通孔３２Ｆを介して各低温側熱流板２２の嵌合部２２Ａに形成された各環状溝３２Ａに連通している。
【００４８】
なお、冷却水ケース１０の後端部には、熱電発電装置１の一方のモジュール電極２３Ｃが絶縁部材１９を介して支持されており、このモジュール電極２３Ｃには、最後段の熱電発電素子モジュール２３のプラス側リード片２３Ｂ４が接続されている。
【００４９】
図１４に示すように、図１１および図１２に示した一方のピストン２４および他方のピストン３１は、それぞれカップ状に形成されている。一方のピストン２４には、その内側に圧縮コイルばね２４Ａが装着され、外周にオーリング２４Ｂが装着されている。また、他方のピストン３１には、その内側に引張りコイルばね３１Ａが装着され、外周にオーリング３１Ｂが装着されている。引張りコイルばね３１Ａは、一端部がピストン３１に係止され、他端部がピストン室３２Ｂ（図１１参照）の奥部に係止されており、常時にはピストン３１をピストン室３２Ｂ内に引き込むようになっている。
【００５０】
ここで、第１実施形態の熱電発電装置１は、図１１に示した他方のピストン３１側に環状に配列された第２の熱電発電素子群を構成する一群のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と、これに対面する一群の高温側電極２３Ａとを接触状態または離間状態に切り換えることで、熱電発電ユニット２０を構成する熱電発電素子モジュール２３の熱抵抗比を変化させる切換手段を備えている。
【００５１】
図１５は切換手段の一例を示しており、この切換手段３０は、前述したＥＣＵ５によって作動がオン・オフ制御される圧力バルブ３３と、この圧力バルブ３３を介して圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力が伝達される圧力伝達経路３２と、この圧力伝達経路３２を介して伝達される圧力に応じて進退作動する前述の一群のピストン３１とを主体に構成されている。
【００５２】
圧力伝達経路３２は、冷却水ケース１０に装着された圧力導入プラグ３２Ｄから冷却水ケース１０内に形成された圧力導入通路３２Ｅおよび各連通孔３２Ｆ、低温側熱流板２２に形成された環状溝３２Ａおよび各連通孔３２Ｃを介して各ピストン室３２Ｂに至る伝達経路を有する（図１１および図１３参照）。
【００５３】
圧力バルブ３３は、ＥＣＵ５によってオン制御されると、圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力を圧力伝達経路３２に伝達することで、図１６に示すように、一群のピストン３１をそれぞれ引張りコイルばね３１Ａに抗してピストン室３２Ｂから進出させる。一方、ＥＣＵ５によってオフ制御されると、圧力バルブ３３は、圧力伝達経路３２内の圧力を大気に開放することで、図１７に示すように、一群のピストン３１をそれぞれ引張りコイルばね３１Ａの付勢力によりピストン室３２Ｂ内に退入させる。
【００５４】
圧力タンク３４は、圧力ポンプ３５から供給される圧縮空気の圧力を蓄圧する。この圧力タンク３４には、蓄圧された圧縮空気の圧力を検出してその検出信号をＥＣＵ５に出力する圧力センサ３６が付設されている。そして、この圧力センサ３６の検出信号に基づいて、ＥＣＵ５が圧力ポンプ３５の作動をオン・オフ制御するようになっている。
【００５５】
ここで、ＥＣＵ５には、排気の熱回収部材である高温側フィン付熱流板２１のフィン温度を検出する温度センサ３７からその検出温度の信号が入力される。このＥＣＵ５は、温度センサ３７の検出信号に基づき、熱媒体である排気の熱エネルギ量の増減に対応して圧力バルブ３３の作動をオン・オフ制御する。
【００５６】
すなわち、ＥＣＵ５は、温度センサ３７が例えば５００℃以上の温度を検出すると、熱電発電ユニット２０を構成する熱電発電素子モジュール２３を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が大きいものとみなして、圧力バルブ３３の作動をオン制御する。一方、温度センサ３７が５００℃未満の温度を検出すると、ＥＣＵ５は、熱電発電素子モジュール２３を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が小さいものとみなして、圧力バルブ３３の作動をオフ制御する。
【００５７】
以上のように構成された第１実施形態の熱電発電装置１では、図１５に示した切換手段３０の温度センサ３７が例えば５００℃以上の温度を検出するまでは、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオフ信号を出力しているため、圧力バルブ３３は、圧力伝達経路３２内の圧力を大気に開放している。このため、図１７に示すように、他方のピストン３１は、引張りコイルばね３１Ａの付勢力により、低温側熱流板２２のピストン室３２Ｂ内に退入した状態となっている。
【００５８】
従って、低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２は、ピストン３１に追従して弾性復帰しており、その外面にＰＮパイ型接合された第２の熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接合された高温側電極２３Ａから離間した状態となっている。なお、図１８は、このような離間状態を模式的に示している。
【００５９】
このような図１７および図１８に示す離間状態では、熱電発電素子モジュール２３における熱発電に寄与するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの断面積が半減することとなり、その熱抵抗比が倍に上昇して総貫通熱量が半減することとなる。このため、熱電発電素子モジュール２３の第１の熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と低温端との温度差が倍増し、熱電発電素子モジュール２３のモジュール効率が高くなる。
【００６０】
すなわち、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば５００℃未満であって、熱媒体である排気の熱エネルギ量が小さく、熱電発電素子モジュール２３を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が小さい場合には、熱電発電素子モジュール２３のモジュール効率が高くなってその総発電量が増大する。
【００６１】
一方、図１５に示した切換手段３０の温度センサ３７が例えば５００℃以上の温度を検出すると、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオン信号を出力するため、圧力バルブ３３が圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力を圧力伝達経路３２に伝達する。このため、図１６に示すように、他方のピストン３１は、引張りコイルばね３１Ａの付勢力に抗して低温側熱流板２２のピストン室３２Ｂ内から進出する。
【００６２】
従って、低温側電極２３Ｂの左側の挟持片部２３Ｂ２がピストン３１に押動されて弾性変形し、その外面にＰＮパイ型接合された第２の熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が高温側フィン付熱流板２１のフランジ部２１Ｂに接合された高温側電極２３Ａに押圧されて接触状態となる。なお、図１９はこのような接触状態を模式的に示している。
【００６３】
このような図１６および図１９に示す接触状態では、図１７および図１８に示した離間状態に較べて、発電素子モジュール２３における熱発電に寄与するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの断面積が倍増することとなり、その熱抵抗比が半減して総貫通熱量が倍増することとなる。その結果、熱電発電素子モジュール２３の熱回収効率が高くなって総発電量が増大する。
【００６４】
すなわち、高温側フィン付熱流板２１のフィン温度が例えば５００℃以上であって、熱媒体である排気の熱エネルギ量が大きく、熱電発電素子モジュール２３を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が大きい場合には、熱電発電素子モジュール２３の熱回収効率が高くなって総発電量が増大する。
【００６５】
従って、第１実施形態の熱電発電装置１によれば、熱媒体である排気の熱エネルギ量が小さい場合には、各段の熱電発電ユニット２０を構成する各熱電発電素子モジュール２３のモジュール効率をそれぞれ高めて総発電量を増大させることができ、排気の熱エネルギ量が大きい場合には、各熱電発電素子モジュール２３の熱回収効率をそれぞれ高めて総発電量を増大させることができるのであり、排気の熱エネルギ量の増減に対応して適切に発電量を増大することができる。
【００６６】
また、第２の熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と、これに対面する一群の高温側電極２３Ａとを図１７に示した離間状態から図１６に示した接触状態に切り換える切換手段３０は、圧力伝達経路３２を介して伝達される圧力に応じて進退作動する一群のピストン３１を主体に構成されているため、作動が確実であって高い信頼性が得られる。
【００６７】
ここで、図２０は、排気の熱エネルギ量に応じて熱電発電素子モジュール２３の熱抵抗比を変化させた場合における熱電発電素子モジュール２３の発電量と熱回収効率との関係特性を示しており、図中、曲線Ａは熱エネルギ量が大きい場合、曲線Ｂは熱エネルギ量が小さい場合、曲線Ｃは熱エネルギ量が中程度の場合の関係特性をそれぞれ示している。
【００６８】
排気の熱エネルギ量が大きい場合の曲線Ａにおいて、図中に白線矢印で示すように熱抵抗比を高側から低側へと変化させてゆくと、熱電発電素子モジュール２３の総貫通熱量が増大して熱回収効率がＡ１点からＡ２点まで上昇するが、発電量はＡ１点とＡ２点との間のＡ３点で最大となる。
【００６９】
一方、排気の熱エネルギ量が小さい場合の曲線Ｂにおいては、曲線ＡのＡ１点に対応した熱抵抗比の高いＢ１点で発電量が最大となる。なお、熱エネルギ量が中程度の場合の曲線Ｃにおいては、曲線ＡのＡ１点に対応した熱抵抗比の高いＣ１点より熱抵抗比が若干低下したＣ２点で発電量が最大となる。
【００７０】
従って、第１実施形態の熱電発電装置１においては、排気の熱エネルギ量の増減に応じて各段の熱電発電ユニット２０を構成する各熱電発電素子モジュール２３の熱抵抗比を図２２に示した曲線ＡのＡ３点、曲線ＢのＢ１点、曲線ＣのＣ２点に対応する熱抵抗比となるように最適化することにより、排気の熱エネルギ量の増減に対応して最大の発電量を得ることができる。
【００７１】
なお、第１実施形態の熱電発電装置１において、一群のピストン３１の進退動作に応じて接触状態と離間状態とに切り換えられる第２の熱電発電素子群は、図２１および図２２に模式的に示すような構造としてもよい。すなわち、第２の熱電発電素子群は、ｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端に予め高温側電極２３ＡがＰＮパイ型接合された構造とし、かつ、第１の熱電発電素子群と電気的に独立した構造としてもよい。
【００７２】
この場合にも、切換手段３０によって第２の熱電発電素子群が図２１に示した離間状態と図２２に示した接触状態とに切り換えられるため、前述した作用効果と同様の作用効果が得られる。
【００７３】
次に、第２実施形態に係る熱電発電装置を説明する。図２３に分解して示すように、第２実施形態の熱電発電装置４０は、排気の流入部を構成する流入側ハウジング４１と、排気の流出部を構成する流出側ハウジング４２と、流入側ハウジング４１と流出側ハウジング４２との間に例えば３段に配置される熱電発電ユニット５０と、これらを貫通することで排気のバイパス管を兼用する管状のボルト部材４３と、このボルト部材４３に締結されることで流入側ハウジング４１と流出側ハウジング４２との間に各熱電発電ユニット５０を挟持するナット部材４４などを備えて構成されている。
【００７４】
流入側ハウジング４１および流出側ハウジング４２には、ボルト部材４３の周囲に配置して複数の排気通過孔４１Ａ，４２Ａがそれぞれ開口されている。また流入側ハウジング４１と流出側ハウジング４２との間には、各熱電発電ユニット５０を貫通する複数本の位置決めロッド４５が架設されている。
【００７５】
各熱電発電ユニット５０は、例えば四角形の平板状に構成された６個の熱電発電素子モジュール５１と、各熱電発電素子モジュール５１を取り付ける外周面が例えば正六角形に形成された高温側フィン付熱流板５２とを主体に構成されている。
【００７６】
高温側フィン付熱流板５２は、耐熱性のある絶縁性セラミックスにより一体に成形されており、その両端部には、前述した複数本の位置決めロッド４５が貫通するフランジ部５２Ａ，５２Ａが形成されている。また、高温側フィン付熱流板５２の内周側には、放射状に配列されて内端部がボルト部材４３の外周に嵌合する多数のフィン５２Ｂが熱回収部材として形成されている。
【００７７】
ここで、各熱電発電素子モジュール５１は、図２４に分解して示すように、予めＰＮパイ型接合されて縦横にマトリックス状に配列された第１の熱電発電素子群５１Ａと、第１の熱電発電素子群５１Ａと協働してＰＮパイ型接合されるように縦横にマトリックス状に配列された第２の熱電発電素子群５１Ｂと、第２の熱電発電素子群５１Ｂを押動して第１の熱電発電素子群５１Ａと協働させるように縦横にマトリックス状に配列された一群のピストン体５１Ｃと、一群のピストン体５１Ｃを嵌挿した状態で第１の熱電発電素子群５１Ａに重ねられる放熱部材としての厚板状の冷却水ケース５１Ｄと、冷却水ケース５１Ｄに重ねられる薄板状のカバー部材５１Ｅとを備えて構成されている。
【００７８】
図２５〜図２８は、図２４に示した熱電発電素子モジュール５１の一部を切り出して拡大した図であり、図２５は切出し部分の斜視図、図２６は切出し部分の側面図、図２７は切出し部分の底面図、図２８は図２７のＡ−Ａ線に沿う断面図、図２９は切出し部分の分解斜視図である。
【００７９】
ここで、図２８に示すように、第１の熱電発電素子群５１Ａは、低温側電極５１Ａ１に低温端がＰＮパイ型接合された複数組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎを有し、各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端は、複数の高温側電極５１Ａ２を介して交互にＰＮパイ型接合されている。
【００８０】
第１の熱電発電素子群５１Ａの低温側電極５１Ａ１を介して連結されたｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの各組は、相互に離間して直線状に配列されており、各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、それぞれ角柱状に形成されている（図２４参照）。
【００８１】
第２の熱電発電素子群５１Ｂは、図２８に示すように、第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の低温側電極５１Ａ１の間に直線状に配列される複数組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎを有し、その低温端にはそれぞれ低温側電極５１Ｂ１が接合されている。
【００８２】
第２の熱電発電素子群５１Ｂの各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、縦割りの分割面が相互に対面する半円柱状にそれぞれ形成されている。また、この半円柱状のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの低温端に接合された低温側電極５１Ｂ１は、それぞれ半円板状に形成されており、その半円周部が突出している（図２４参照）。
【００８３】
この第２の熱電発電素子群５１Ｂを構成する各組の一方のｐ型熱電発電素子Ｐは、第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の一方のｐ型熱電発電素子Ｐに隣接するように配列されており、第２の熱電発電素子群５１Ｂを構成する各組の他方のｎ型熱電発電素子Ｎは、第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の他方のｎ型熱電発電素子Ｎに隣接するように配列されている。
【００８４】
ここで、図３０に示すように、第２の熱電発電素子群５１Ｂを構成する各組の低温側電極５１Ｂ１の半円周部は、各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端が第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の高温側電極５１Ａ２に接触する際、第１の熱電発電素子群５１Ａの各組の低温側電極５１Ａ１に重なって接触するように構成されている。
【００８５】
各ピストン体５１Ｃは、カップ状に成形された絶縁性セラミックス製のピストン５１Ｃ１と、このピストン５１Ｃ１の内側に装着される引張りコイルばね５１Ｃ２と、ピストン５１Ｃ１の外周に装着されるオーリング５１Ｃ３とで構成されている。
【００８６】
ここで、図２８に示すように、ピストン５１Ｃ１の底部には、第２の熱電発電素子群５１Ｂの各組の低温側電極５１Ｂ１，５１Ｂ１が予め接合されている。また、引張りコイルばね５１Ｃ２は、自由状態においてピストン５１Ｃ１をカバー部材５１Ｅ側に退入させるように、両端部がピストン５１Ｃ１とカバー部材５１Ｅとに固定されている。
【００８７】
冷却水ケース５１Ｄには、図２４に示すように、一群のピストン体５１Ｃをそれぞれ摺動自在に嵌挿する一群のピストン嵌挿孔５１Ｄ１が縦横にマトリックス状に配列して形成されている。そして、この冷却水ケース５１Ｄには、その一側面の開口部から他側面に向かって延びる複数本の冷却水通路５１Ｄ２が形成されている。
【００８８】
これらの冷却水通路５１Ｄ２は、マトリックス状に配列されたピストン嵌挿孔５１Ｄ１の各列の間に例えば３本ずつ配列されている。なお、これらの冷却水通路５１Ｄ２は、図１に示した冷却水循環ポンプ１５およびラジエータ１６を備える冷却水の循環管路に接続されている。
【００８９】
カバー部材５１Ｅには、その一側面に開口する複数本の空気圧通路５１Ｅ１が形成されている。各空気圧通路５１Ｅ１は、図２８に示すように、カップ状の各ピストン５１Ｃ１に空気圧を作用させるようにカバー部材５１Ｅの下面に開口されている。
【００９０】
ここで、第２実施形態の熱電発電装置４０においては、図１５に示した切換手段３０を構成する温度センサ３７が高温側フィン付熱流板５２のフィン温度を検出し、また、切換手段３０を構成する圧力バルブ３３からカバー部材５１Ｅの各空気圧通路５１Ｅ１に圧縮空気が供給するされるように構成されている。
【００９１】
以上のように構成された第２実施形態の熱電発電装置４０では、図１５に示した切換手段３０の温度センサ３７が例えば５００℃以上の温度を検出するまでは、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオフ信号を出力しているため、圧力バルブ３３は、カバー部材５１Ｅの各空気圧通路５１Ｅ１内の圧力を大気に開放している。このため、図２８に示すように、各ピストン体５１Ｃのピストン５１Ｃ１は、引張りコイルばね５１Ｃ２の付勢力により、冷却水ケース５１Ｄのピストン嵌挿孔５１Ｄ１内において、カバー部材５１Ｅ側に退入した状態となっている。
【００９２】
従って、第２の熱電発電素子群５１Ｂを構成する各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の高温側電極５１Ａ２から離間した状態となっている。なお、図３１は、このような離間状態を模式的に示している。
【００９３】
このような図２８および図３１に示す離間状態では、熱電発電素子モジュール５１における熱発電に寄与するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの断面積が半減することとなり、その熱抵抗比が倍に上昇して総貫通熱量が半減することとなる。このため、熱電発電素子モジュール５１の第１の熱電発電素子群５１Ａを構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と低温端との温度差が倍増し、熱電発電素子モジュール５１のモジュール効率が高くなる。
【００９４】
すなわち、高温側フィン付熱流板５２のフィン温度が例えば５００℃未満であって、熱媒体である排気の熱エネルギ量が小さく、熱電発電素子モジュール５１を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が小さい場合には、熱電発電素子モジュール５１のモジュール効率が高くなってその総発電量が増大する。
【００９５】
一方、図１５に示した切換手段３０の温度センサ３７が例えば５００℃以上の温度を検出すると、ＥＣＵ５が圧力バルブ３３にオン信号を出力するため、圧力バルブ３３が圧力タンク３４内に蓄圧された圧縮空気の圧力をカバー部材５１Ｅの各空気圧通路５１Ｅ１に伝達する。このため、図３０に示すように、各ピストン体５１Ｃのピストン５１Ｃ１は、引張りコイルばね５１Ｃ２の付勢力に抗して第１の熱電発電素子群５１Ａ側に進出する。
【００９６】
従って、第２の熱電発電素子群５１Ｂを構成する各組のｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎは、その高温端が第１の熱電発電素子群５１Ａを構成する各組の高温側電極５１Ａ２に押圧されて接触状態となる。なお、図３２はこのような接触状態を模式的に示している。
【００９７】
このような図３０および図３２に示す接触状態では、図２８および図３１に示した離間状態に較べて、発電素子モジュール５１における熱発電に寄与するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの断面積が倍増することとなり、その熱抵抗比が半減して総貫通熱量が倍増することとなる。その結果、熱電発電素子モジュール５１の熱回収効率が高くなって総発電量が増大する。
【００９８】
すなわち、高温側フィン付熱流板５２のフィン温度が例えば５００℃以上であって、熱媒体である排気の熱エネルギ量が大きく、熱電発電素子モジュール５１を貫通可能な総貫通熱量（総流入熱量）が大きい場合には、熱電発電素子モジュール５１の熱回収効率が高くなって総発電量が増大する。
【００９９】
従って、第２実施形態の熱電発電装置４０においても、熱媒体である排気の熱エネルギ量が小さい場合には、各段の熱電発電ユニット５０を構成する各熱電発電素子モジュール５１のモジュール効率をそれぞれ高めて総発電量を増大させることができ、排気の熱エネルギ量が大きい場合には、各熱電発電素子モジュール５１の熱回収効率をそれぞれ高めて総発電量を増大させることができるのであり、排気の熱エネルギ量の増減に対応して適切に発電量を増大することができる。
【０１００】
本発明に係る熱電発電装置は、前述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、図１５に示した切換手段３０を構成する圧力バルブ３３がピストン３１またはピストン５１Ｃ１に作用させる作動圧は、圧縮空気の圧力に限らず、その他の気体や液体の圧力であってもよい。
【０１０１】
また、切換手段３０を構成する圧力バルブ３３は、ＥＣＵ５によってディーティ制御される構造のものに変更し、ピストン３１またはピストン５１Ｃ１（図２８参照）に作用させる圧力値を可変に制御するようにしてもよい。
【０１０２】
この場合、ピストン３１またはピストン５１Ｃ１に作用させる圧力値を低く制御することで、第２の熱電発電素子群を構成するｐ型熱電発電素子Ｐおよびｎ型熱電発電素子Ｎの高温端と第１の熱電発電素子群を構成する高温側電極２３Ａまたは高温側電極５１Ａ２との間の高温端熱抵抗を意図的に制御でき、熱電発電素子モジュール２３または熱電発電素子モジュール５１の熱抵抗比をきめ細かく可変に制御することが可能となる。
【０１０３】
さらに、第１実施形態の熱電発電装置１において、図４および図５に示したように排気の上流側から下流側に向かって多段に配列される熱電発電ユニット２０は、個々に独立して熱発電し、あるいは数個づつのグループ毎に熱発電するように構成すると共に、図１５に示した切換手段３０は、個々の熱電発電ユニット２０あるはいグループ毎の熱電発電ユニット２０を制御対象とするように構成してもよい。
【０１０４】
この場合、排気の上流側に配置された熱電発電ユニット２０の高温側フィン付熱流板２１の温度と、排気の下流側に配置された熱電発電ユニット２０の高温側フィン付熱流板２１の温度との温度差が大きいときにも、各段の熱電発電ユニット２０の発電量を的確に増大制御することが可能となる。
【０１０５】
第２実施形態の熱電発電装置４０においても、図２３に示したように排気の上流側から下流側に向かって３段に配列される熱電発電ユニット５０を個々に独立して熱発電するように構成すれば、各段の熱電発電ユニット５０の発電量を的確に増大制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱電発電装置が介設された内燃機関の排気系の概略構造を示す平面図である。
【図２】図１に示した熱電発電装置の外観を示す側面図である。
【図３】図２に示した熱電発電装置の正面図である。
【図４】図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面斜視図である。
【図５】図２に示した熱電発電装置の内部構造を示す断面図である。
【図６】図４に示した熱電発電ユニットの構造を示す分解斜視図である。
【図７】図６に示した低温側電極の構造を拡大して示す斜視図である。
【図８】図６に示した熱電発電素子モジュールの正面図である。
【図９】図８に示した熱電発電素子モジュールの側面図である。
【図１０】図９に示した熱電発電素子モジュールの斜視図である。
【図１１】図５に示した熱電発電装置の前部の内部構造の一部を拡大して示す断面図である。
【図１２】図１１に示した低温側熱流板の一部を拡大して示す斜視図である。
【図１３】図５に示した熱電発電装置の後部の内部構造の一部を拡大して示す断面図である。
【図１４】図１２に示したピストンの構造を示す分解斜視図である。
【図１５】第１実施形態の熱電発電装置における切換手段の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示した切換手段により接触状態に切り換えられた要部の図１１に対応する拡大断面図である。
【図１７】図１５に示した切換手段により離間状態に切り換えられた要部の図１６に対応する拡大断面図である。
【図１８】図１７に示した要部の離間状態を模式的に示す要部断面図である。
【図１９】図１６に示した要部の接触状態を模式的に示す要部断面図である。
【図２０】図６に示した熱電発電素子モジュールの発電量と熱回収効率との関係特性を示すグラフである。
【図２１】図１８および図１９に示した要部の変形例を模式的に示す図１８に対応した要部断面図である。
【図２２】図１８および図１９に示した要部の変形例を模式的に示す図１９に対応した要部断面図である。
【図２３】第２実施形態に係る熱電発電装置の分解斜視図である。
【図２４】図２３に示した熱電発電素子モジュールの内部構造を示す分解斜視図である。
【図２５】図２４に示した熱電発電素子モジュールの一部を切り出した切出し部分の拡大斜視図である。
【図２６】図２５に示した切出し部分の側面図である。
【図２７】図２５に示した切出し部分の底面図である。
【図２８】図２７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２９】図２５に示した切出し部分の内部構造を示す分解斜視図である。
【図３０】図２８に示した要部の接触状態を示す切出し部分の断面図である。
【図３１】図２８に示した要部の離間状態を模式的に示す要部斜視図である。
【図３２】図３０に示した要部の接触状態を模式的に示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…熱電発電装置、２…排気マニホールド、３…触媒コンバータ、４…マフラー、５…ＥＣＵ、６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、７…バッテリー、８…バイパス管、９…バイパスバルブ、１０…冷却水ケース、１１…流入側ハウジング、１２…流出側ハウジング、１３…流入側ジャバラ管、１４…流出側ジャバラ管、１５…冷却水循環ポンプ、１６…ラジエータ、１７…皿ばね、１８…押しナット、１９…絶縁部材、
２０…熱電発電ユニット、
２１…高温側フィン付熱流板(排気熱回収部材)、２１Ａ…本体、２１Ｂ…フランジ部、２１Ｃ…フィン、
２２…低温側熱流板(放熱部材)、２２Ａ…嵌合部、２２Ｂ…装着部、２２Ｃ…装着溝、２２Ｄ…
２３…熱電発電素子モジュール、２３Ａ…高温側電極、２３Ｂ…低温側電極、２３Ｂ１…ばね部、２３Ｂ２…挟持片部、２３Ｃ…モジュール電極、
２４…ピストン、２４Ａ…圧縮コイルばね、２４Ｂ…オーリング、
３０…切換手段、３１…ピストン、３１Ａ…引張りコイルばね、３１Ｂ…オーリング、３２…圧力伝達経路、３２Ａ…環状溝、３２Ｂ…ピストン室、３２Ｃ…連通孔、３２Ｄ…圧力導入プラグ、３２Ｅ…圧力導入通路、３２Ｆ…連通孔、３３…圧力バルブ、３４…圧力タンク、３５…圧力ポンプ、３６…圧力センサ、３７…温度センサ、３８…水温センサ、
Ｇ１，Ｇ２…ガスケット、Ｎ…ｎ型熱電発電素子、Ｐ…ｐ型熱電発電素子。
【図１】
2008205126.tif 000003
【図２】
2008205126.tif 000004
【図３】
2008205126.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008205126.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008205126.tif 000009
【図８】
2008205126.tif 000010
【図９】
2008205126.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008205126.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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