(57)【要約】【課題】電池の温度調節を行う熱電変換素子を利用して発電を行うこと。【解決手段】ペルチェ素子２１の第１面２１ａと、電池１２は第１流通路１により接続されている。ペルチェ素子２１の第２面２１ｂと熱電変換素子３１の第１面３１ａは、第２流通路２により接続されている。更に、熱電変換素子３１の第２面３１ｂとエンジン１１は、第３流通路３により接続されている。熱電変換素子３１の第１面３１ａは、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂにより加熱又は冷却されるとともに第２流通路２を流通する第２熱媒体により熱交換される。また、熱電変換素子３１の第２面３１ｂは、エンジン１１の廃熱により加熱されるとともに第３流通路３を流通する第３熱媒体により熱交換される。そして、熱電変換素子３１は、第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差により発電を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有し、前記第１面により電池の温度調節を行う第１熱媒体を加熱又は冷却する第１熱電変換素子と、
前記第１熱電変換素子の第２面により加熱又は冷却される第２熱媒体と熱交換される第１面及び前記第２熱媒体と温度差を有する第３熱媒体と熱交換される第２面を有するとともに、前記第２熱媒体と熱交換される第１面と前記第３熱媒体と熱交換される第２面の温度差により発電を行う第２熱電変換素子と、を備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記第３熱媒体は、発熱体の廃熱により加熱されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第２熱電変換素子により発電された電力は、前記電池に給電されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の温度調節を行う熱電変換素子を利用して発電を行う発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電変換素子を用いて電池の温度調節を行う電池用温度調節装置としては、例えば、特許文献１に記載の電池用温度調節装置が挙げられる。
特許文献１において、電池が収容されるケースには、ケース内に空気を取り込むための取込口が形成されている。ケース内には、取込口からケース内に流入した空気をケース外へ排出させる第１流路及び第２流路が形成されている。第１流路を流通する空気は、電池を介してケース外へ排出され、第２流路を流通する空気は、電池を介さずケース外に排出されるように各流路は形成されている。取込口と各流路の間には、ペルチェ素子が配設されており、ペルチェ素子の第１面により熱交換された空気は第１流路を流通し、ペルチェ素子の第２面により熱交換された空気は第２流路を流通するように構成されている。そして、電池を冷却する場合には、ペルチェ素子の第１面が空気を冷却するようにペルチェ素子が制御される。第１流路を流通する空気は、ペルチェ素子の第１面により冷却されているため、電池が冷却される。一方で、ペルチェ素子の第２面は、第２流路を流通する空気を加熱するが、第２流路を流通する空気は、電池を介さずにケース外に排出されるため、電池が加熱されることがない。同様に、電池を加熱する場合には、ペルチェ素子の第１面が空気を加熱し、ペルチェ素子の第２面が空気を冷却するようにペルチェ素子の制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ペルチェ素子の第２面により温度調節される空気は、電池を温度調節するのに適さない空気であるため電池の温度調節を行うことなく、ケース外部に排出される。このため、ペルチェ素子の第２面により温度調節された空気は、利用されることなく排出され、第２面により温度調節された空気が無駄になっている。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池の温度調節を行う熱電変換素子を利用して発電を行うことができる発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用を行う第１面及び第２面を有し、前記第１面により電池の温度調節を行う第１熱媒体を加熱又は冷却する第１熱電変換素子と、前記第１熱電変換素子の第２面により加熱又は冷却される第２熱媒体と熱交換される第１面及び前記第２熱媒体と温度差を有する第３熱媒体と熱交換される第２面を有するとともに、前記第２熱媒体と熱交換される第１面と前記第３熱媒体と熱交換される第２面の温度差により発電を行う第２熱電変換素子と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、第１熱電変換素子の第１面により電池の温度調節を行う第１熱媒体が加熱または冷却される。また、電池の温度調節に寄与しない第１熱電変換素子の第２面により加熱又は冷却された第２熱媒体は、第２熱電変換素子の第１面と熱交換される。第２熱電変換素子の第２面は第３熱媒体により熱交換され、これにより第２熱電変換素子の第１面と第２面に温度差が生じ、第２熱電変換素子により発電が行われる。したがって、電池の温度調節を行う第１熱電変換素子を利用して第２熱電変換素子の第１面と第２面に温度差を生じさせ、発電を行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、前記第３熱媒体は、発熱体の廃熱により加熱されることを要旨とする。
これによれば、第３熱媒体の温度を発熱体の廃熱を利用して上昇させることができる。このため、第３熱媒体と第２熱媒体に温度差を生じさせやすい。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発電装置において、前記第２熱電変換素子により発電された電力は、前記電池に給電されることを要旨とする。
これによれば、第２熱電変換素子により発電された電力は、電池に給電される。すなわち、第２熱電変換素子により発電された電力により電池が充電される。このため、電池の放電と同時に電池を充電することができるため、電池を長時間放電させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池の温度調節を行う熱電変換素子を利用して発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態における発電装置を示す概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１にしたがって説明する。
図１に示すように本実施形態の発電装置１０は、ＰＨＶ(Plug in Hybrid Vehicle)などの、モータ１３及びエンジン１１を駆動原とする図示しない車両に搭載されている。発電装置１０は、モータ１３への電力源となる電池１２の温度調節を行う第１熱電変換素子としてのペルチェ素子２１を利用して、第２熱電変換素子としての熱電変換素子３１により発電を行う発電装置である。
【００１３】
ペルチェ素子２１は、通電の極性に応じて放熱と吸熱の相反する作用を行う第１面２１ａ及び第２面２１ｂを有しており、ペルチェ素子２１の第１面２１ａと電池１２は、第１流通路１を介して接続されている。具体的には、ダクトやパイプなどからなる第１流通路１の外周面にはペルチェ素子２１の第１面２１ａが密着した状態で固定されている。電池１２は、図示しないケースに収容されており、ケースの外周面と第１流通路１が密着して固定されることにより電池１２とペルチェ素子２１の第１面２１ａは第１流通路１を介して熱的に接続されている。そして、第１流通路１には、ペルチェ素子２１の第１面２１ａにより加熱又は冷却された第１熱媒体が流通する。
【００１４】
熱電変換素子３１は、第１面３１ａ及び第２面３１ｂを有するとともに、第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差により発電を行う（起電力を生じさせる）素子であり、第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差が大きいほど起電力も大きくなる。熱電変換素子３１の第１面３１ａとペルチェ素子２１の第２面２１ｂは、第２流通路２により接続されている。具体的には、ダクトやパイプなどからなる第２流通路２の外周面にはペルチェ素子２１の第２面２１ｂ及び熱電変換素子３１の第１面３１ａが密着した状態で固定されている。これにより、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂと熱電変換素子３１の第１面３１ａは第２流通路２を介して熱的に接続されている。そして、第２流通路２には、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂにより加熱又は冷却された第２熱媒体が流通する。
【００１５】
熱電変換素子３１の第２面３１ｂと発熱体としてのエンジン１１は、第３流通路３を介して接続されている。具体的には、ダクトやパイプなどからなる第３流通路３の外周面には、熱電変換素子３１の第２面３１ｂが密着した状態で固定されている。また、第３流通路３は、エンジン１１の廃熱を第３流通路３内に供給できるように配設されている。これにより、熱電変換素子３１の第２面３１ｂとエンジン１１は、第３流通路３を介して熱的に接続されている。そして、第３流通路３には、エンジン１１の廃熱により加熱された第３熱媒体が流通する。また、熱電変換素子３１は、電池１２と電気的に接続されている。
【００１６】
各流通路１〜３には、図示しない循環機構が設けられており、循環機構の駆動により各流通路１〜３内を各熱媒体が流通するように構成されている。熱媒体として、液状の熱媒体を用いる場合は、循環機構としてはポンプが用いられる。また、熱媒体として気体状の熱媒体を用いる場合は、循環機構として送風機が用いられる。
【００１７】
ペルチェ素子２１には、ペルチェ素子２１の制御を行う制御部４１が接続されている。制御部４１は、電池１２の温度を計測する温度計測機能を備えており、電池１２の温度にしたがってペルチェ素子２１の制御を行う。
【００１８】
次に、本実施形態の発電装置１０の作用について説明する。
車両が駆動されると、制御部４１は、電池１２の温度調節が必要か否かを判断する。電池１２の温度調節が必要な場合には、ペルチェ素子２１を駆動して電池１２の温度調節を行う。具体的には、ペルチェ素子２１の第１面２１ａが第１流通路１内を流通する第１熱媒体を加熱又は冷却することによりペルチェ素子２１により電池１２の加熱又は冷却がなされる。
【００１９】
ペルチェ素子２１の第１面２１ａと第２面２１ｂは相反する作用を行うため、ペルチェ素子２１の第１面２１ａにより第１熱媒体が加熱されている場合には、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂにより第２熱媒体が冷却されている。そして、熱電変換素子３１の第１面３１ａは、冷却された第２熱媒体と熱交換されることにより冷却される。一方、熱電変換素子３１の第２面３１ｂは、エンジン１１の廃熱により加熱された第３熱媒体と熱交換されることによりにより加熱される。したがって、熱電変換素子３１の第１面３１ａは冷却される一方で、熱電変換素子３１の第２面３１ｂは加熱され、熱電変換素子３１の第１面３１ａと熱電変換素子３１の第２面３１ｂには温度差が生じる。そして、熱電変換素子３１は、第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差により発電を行う。熱電変換素子３１が発電した電力は、電池１２に給電され、これにより電池１２が充電される。
【００２０】
ペルチェ素子２１の第１面２１ａにより第１熱媒体が冷却されている場合には、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂにより第２熱媒体が加熱されている。そして、熱電変換素子３１の第１面３１ａは、加熱された第２熱媒体と熱交換されることにより加熱される。熱電変換素子３１の第２面３１ｂは、エンジン１１の廃熱により加熱された第３熱媒体と熱交換されることにより加熱される。エンジン１１は、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂに比べて発熱量が多いため、第３熱媒体の温度は第２熱媒体の温度に比べて高温となっている。このため、熱電変換素子３１の第１面３１ａと第２面３１ｂには温度差が生じる。そして、熱電変換素子３１は、第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差により発電を行う。熱電変換素子３１が発電した電力は、電池１２に給電され、これにより電池１２が充電される。したがって、本実施形態では、エンジン１１の廃熱により第３熱媒体が加熱され、第２熱媒体と温度差を有する第３熱媒体により熱電変換素子３１の第２面３１ｂが加熱される。
【００２１】
したがって、上記実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）ペルチェ素子２１の第１面２１ａにより加熱又は冷却された第１熱媒体により電池１２の温度調節がされている。一方、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂにより加熱又は冷却された第２熱媒体により熱電変換素子３１の第１面３１ａが加熱又は冷却される。そして、エンジン１１の廃熱により加熱された第３熱媒体により熱電変換素子３１の第２面３１ｂを加熱することにより発電を行っている。したがって、電池１２の温度調節に使用されない第２面２１ｂの熱は、第２熱媒体を加熱または冷却することに用いられる。これにより、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂの熱は、熱電変換素子３１の第１面３１ａと第２面３１ｂの温度差を発生させるために用いられることになり、電池１２の温度調節を行うペルチェ素子２１を利用して、発電を行うことができる。
【００２２】
（２）エンジン１１の廃熱により第３熱媒体を加熱している。第３熱媒体が加熱されることにより、熱電変換素子３１の第１面３１ａと第２面３１ｂとの温度差が大きくなり、発電量が増加する。
【００２３】
（３）特に、ペルチェ素子２１よりも発熱量の大きいエンジン１１の廃熱により第３熱媒体を加熱することにより、ペルチェ素子２１の第２面が第２熱媒体を加熱する場合であっても第２熱媒体と第３熱媒体に温度差を生じさせることができる。このため、ペルチェ素子２１の第２面２１ｂが第２熱媒体を冷却しているか加熱しているかに関わらず、第２熱媒体と第３熱媒体に温度差を生じさせることができる。
【００２４】
（４）熱電変換素子３１により発電された電力は、電池１２に供給される。このため、電池１２を長時間放電させることが可能であり、車両の走行距離が向上される。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
【００２５】
○  実施形態において、熱電変換素子３１とペルチェ素子２１を電気的に接続し、熱電変換素子３１が発電した電力をペルチェ素子２１を駆動するための電力に使用してもよい。
【００２６】
○  実施形態において、熱電変換素子３１の第１面３１ａを加熱し、第２面３１ｂを冷却することにより発電を行ってもよい。例えば、ペルチェ素子２１で電池１２を冷却する場合、熱電変換素子３１の第１面３１ａは第２熱媒体により加熱される。この際、冷却器などにより冷却された第３熱媒体により熱電変換素子３１の第２面３１ｂを冷却することにより発電を行ってもよい。
【００２７】
○  実施形態において、モータ１３への動力源（電池１２）以外の電池を充電してもよい。例えば、補機用バッテリを充電してもよい。
○  実施形態において、モータ１３やＤＣＤＣジャンクションなどの発熱体の廃熱により第３熱媒体を加熱してもよい。
【００２８】
○  実施形態において、熱電変換素子３１の第２面３１ｂを温度調節する第３熱媒体として、外気を用いてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０…発電装置、１１…エンジン、１２…電池、２１…ペルチェ素子、２１ａ…第１面、２１ｂ…第２面、３１…熱電変換素子、３１ａ…第１面、３１ｂ…第２面。
【図１】
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