(57)【要約】【課題】熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる熱電変換素子の制御装置を提供する。【解決手段】熱電変換素子１と、その熱電変換素子１に並列接続する２個の直列接続された抵抗Ｒ1、Ｒ2と、後者の抵抗Ｒ2にかかる電圧をタイミング回路２からのトリガーにより操作される切替スイッチＳｗのオフ時に保持する電圧ホールド回路３と、その電圧ホールド回路３の電圧と熱電変換素子１の出力電圧との差を演算する回路７Ａとその出力に比例したＰＷＭ発生回路４を通じて接続する電流制御回路５とを備えており、タイミング回路２は、熱電変換素子１の開放電圧の発生時においてトリガーを発してコンデンサＣに電圧を保持させた後に、その保持された電圧を電流制御回路５に出力することを所定の間隔で行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を電力に変換して出力する熱電変換素子と、前記熱電変換素子に並列接続する２個の直列接続された抵抗と、前記２個の抵抗のうちの片方の抵抗にかかる電圧を外部からのトリガーのタイミングに合わせてコンデンサに保持させる電圧ホールド回路と、前記コンデンサと前記熱電変換素子との差電圧に応じて前記熱電変換素子からの出力電流を制御する電流制御回路と、前記電圧ホールド回路のトリガーを発するタイミング回路とを備え、
前記タイミング回路は、前記熱電変換素子の開放電圧の発生時において前記トリガーを発して前記コンデンサに電圧を保持させた後に、その保持された電圧を前記電流制御回路に出力することを所定の間隔で行うことを特徴とする熱電変換素子の制御装置。
【請求項２】
前記コンデンサと前記電流制御回路との間にＰＷＭ発生回路を設けた請求項１に記載の熱電変換素子の制御装置。
【請求項３】
前記所定の間隔が３０〜６０秒間隔である請求項１又は２に記載の熱電変換素子の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱電変換素子の制御装置に関し、更に詳しくは、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる熱電変換素子の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用の各種プラントや自動車などから発生するいわゆる「廃熱」を、有用な電気エネルギーに変換する技術として、温度差によって電力を発生することができる熱電変換素子が注目されている。
【０００３】
この熱電変換素子の出力性能（電力カーブ）は、熱電変換素子への温度差により変化するという特徴を有している。例えば図３の例からは、熱電変換素子への温度差が大きくなると、熱電変換素子の開放電圧が高くなって、電力カーブのピーク（最大電力点）が増加することが分かる。従って、廃熱の有する熱エネルギーを効率的に利用するためには、熱電変換素子への温度差がどのように変わっても、常に最大電力点又はその近傍において電力を取り出すようにする制御を行う必要がある。
【０００４】
このような制御の例として、熱電変換素子の温度差を温度センサで検出し、出力特性テーブルを用いて最大電力点を決定する制御方法が提案されている（特許文献１を参照）。しかしながら、この制御方法では、温度センサが高価であるためコストが増加するという問題があった。
【０００５】
そのような問題を解決するために、通常の熱電変換素子の最大電力点は開放電力の約１／２にあるという特徴を利用して、熱電モジュールの出力電流が短絡電流の１／２となるように、熱電モジュールとＤＣ−ＤＣコンバータとの間に設けられたスイッチング素子をオンオフする制御装置が提案されている（特許文献２を参照）。
【０００６】
しかしながら、上記の制御装置では温度センサが不要になる代わりに、熱電変換素子ごとにセンサや演算装置などが必要となるため、熱電モジュールを構成する熱電変換素子が多数になると、システムが複雑となってコストが増大してしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２２５７２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる熱電変換素子の制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成する本発明の熱電変換素子の制御装置は、熱を電力に変換して出力する熱電変換素子と、前記熱電変換素子に並列接続する２個の直列接続された抵抗と、前記２個の抵抗のうちの片方の抵抗にかかる電圧を外部からのトリガーのタイミングに合わせてコンデンサに保持させる電圧ホールド回路と、前記コンデンサと前記熱電変換素子との差電圧に応じて前記熱電変換素子からの出力電流を制御する電流制御回路と、前記電圧ホールド回路のトリガーを発するタイミング回路とを備え、前記タイミング回路は、前記熱電変換素子の開放電圧の発生時において前記トリガーを発して前記コンデンサに電圧を保持させた後に、その保持された電圧を前記電流制御回路に出力することを所定の間隔で行うことを特徴とするものである。
【００１０】
上記の熱電変換素子の制御装置においては、コンデンサと電流制御回路との間にＰＷＭ発生回路を設けるようにする。また、タイミング回路が動作を繰り返す所定の間隔は、３０〜６０秒とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱電変換素子の制御装置によれば、従来に比べて簡易な回路構成で熱電変換素子の最大電力点を追従する制御を行うので、熱電変換素子から低コストで効率よく電力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態からなる制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】タイミング回路からのパルスの形状を示す波形図である。
【図３】熱電変換素子の出力特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態からなる熱電変換素子の制御装置の回路構成を示す。
【００１５】
この制御装置は、熱電変換素子１への温度差が変化した場合でも、常に熱電変換素子１の最大電力点において電力を取り出す最大電力点追従制御を行うものである。
【００１６】
制御装置の回路は、熱電変換素子１に並列する２個の直列接続された抵抗Ｒ1、Ｒ2と、後者の抵抗Ｒ2にかかる電圧をタイミング回路２から発せられるトリガーのタイミングに合わせて保持する電圧ホールド回路３と、その電圧ホールド回路３の電圧と熱電変換素子１の出力電圧との差を演算する回路（オペアンプ）７Ａとその出力に比例したＰＷＭ発生回路４を通じて接続する電流制御回路５とを有している。回路端部の外部接続端子６には、熱電変換素子１で発生した電力を外部機器で使用できるように昇圧又は降圧するコンバータなどが接続される。
【００１７】
熱電変換素子１は、自動車や焼却炉などの排ガス経路などに設置され、排ガスが有する熱エネルギーを電気エネルギーである電力に変換する。実際の使用に際しては、個々の熱電変換素子１の起電力が非常に小さいため、複数個をまとめて熱電モジュールを構成させるようにする。
【００１８】
トリガーを発するタイミング回路２には、矩形波を発生する発振回路などを用いることができる。電圧ホールド回路３は、コンデンサＣとオペアンプ７Ａとに接続する切替スイッチＳｗを出力側に有するオペアンプ７Ｂから構成されている。電流制御回路５は、熱電変換素子１と並列に接続されたダイオードＤ及びスイッチング素子Ｓｔと、接続端子６の片方に通じるコイルＬとから構成されており、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｓｔをオンオフすることにより、熱電変換素子１及び２個の抵抗Ｒ1、Ｒ2に流れる電流の大きさを制御することができる。
【００１９】
このような制御装置における制御動作の内容を以下に説明する。
【００２０】
ＰＷＭ発生回路４を停止して電流制御回路５をオフした状態では、熱電変換素子１の電圧はほぼ開放電圧となる。ここで、抵抗Ｒ1にはＥ×Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）の電圧が発生している。タイミング回路２のトリガにより切替スイッチＳｗをオンにしてコンデンサＣに電圧を記憶させると、オペアンプ７ＢはコンデンサＣに記憶した電圧と熱電変換素子１との差電圧を出力する。この差電圧に比例してＰＷＭ回路４が駆動することにより、電流制御回路６が電流を流して、熱電変換素子１の電圧が降下してＥ×Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2）になる。
【００２１】
電流制御回路５を停止、開放電圧からの狙い電圧をコンデンサＣに記憶⇒電流制御開始⇒電流制御回路５を停止、開放電圧からの狙い電圧をコンデンサＣに記憶、を繰り返すことにより、熱電変換素子１の熱源温度が変化しても追従しての最大電圧制御が可能になる。
【００２２】
このように、従来よりも簡易な回路構成により、熱電変換素子１の最大電力点追従制御を行うことができるので、熱電変換素子１から低コストで効率よく電力を取り出すことができる。また、タイミング回路２から発生されるトリガーを利用して、最大電力点追従を瞬間的に行うので、熱電変換素子１が複数となる熱電モジュールを使用する場合においてもコンバータなどに安定的に電力を供給することができる。
【００２３】
制御装置においてタイミング回路２が動作を行う所定の間隔としては、熱エネルギーの変動状態にもよるが、自動車等へ適用する場合には３０〜６０秒の範囲とすることが望ましい。その場合、タイミング回路２から発せられるパルスは、例えば図２のような大きさの矩形波となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  熱電変換素子
２  タイミング回路
３  電圧ホールド回路
４  ＰＷＭ発生回路
５  電流制御回路
６  外部接続端子
７Ａ、７Ｂ  オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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