(57)【要約】【課題】２つの熱電素子間の温度を制御し、発電効率を向上した発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１は、高温熱源１３と熱交換するように配置された第１熱電素子１０と、低温熱源２３と熱交換するように配置された第２熱電素子２０と、を備え、高温熱源１３の温度において、第１熱電素子１０の性能指数が第２熱電素子２０の性能指数よりも高く、低温熱源２３の温度において、第２熱電素子２０の性能指数が第１熱電素子１０の性能指数よりも高い関係にあり、第１熱電素子１０と第２熱電素子２０との間を循環して熱を輸送する熱輸送媒体の熱輸送量を制御する。これにより、高温熱源１３側の第１熱電素子１０から低温熱源２３側の第２熱電素子２０へ移動する熱量を制御し、第１熱電素子１０と第２熱電素子２０のそれぞれの温度を、発電効率が良好となる温度として、発電装置１の発電効率を向上できる。【選択図】図５
2013172576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温熱源と熱交換するように配置された第１熱電素子と、
低温熱源と熱交換するように配置された第２熱電素子と、
を備え、
前記高温熱源の温度において、前記第１熱電素子の性能指数が前記第２熱電素子の性能指数よりも高く、前記低温熱源の温度において、前記第２熱電素子の性能指数が前記第１熱電素子の性能指数よりも高い関係にあり、
前記第１熱電素子と前記第２熱電素子との間を循環して熱を輸送する熱輸送媒体の熱輸送量を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記熱輸送媒体の温度が、前記第１熱電素子の性能指数と前記第２熱電素子の性能指数とが一致する温度になるように熱輸送量を制御することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記熱輸送媒体が前記第１熱電素子から前記第２熱電素子へ移動する熱輸送路と、
前記熱輸送媒体が前記第２熱電素子から前記第１熱電素子へ戻る戻り路と、
前記戻り路の流量を制御する制御弁とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
第１熱電素子と第２熱電素子との温度差が小さい場合、前記制御弁が閉弁することを特徴とする請求項３記載の発電装置。
【請求項５】
前記高温熱源を、内燃機関から排出される排気とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記低温熱源を、内燃機関内を循環冷却する冷却水とする請求項５記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される高温の排気の熱エネルギーを熱電変換素子により電気エネルギーとして回収する技術が知られている。このような技術の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の内燃機関の排熱発電装置は、排気ポートの管壁に、熱電変換素子の高温側面が排気ポートの径方向中心側を向き、低温側面が排気ポートの周囲に形成されている冷却水通路に向くように配設し、両面の温度差を確保して発電を行う。
【０００３】
このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献２では、流量調整弁を調整し、発電ユニットとした熱電素子へ送る排気の流量を調整する排熱発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６２１１号公報
【特許文献２】特開平１１−２２９８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、熱電素子の発電性能は、熱電素子の特性と熱電素子の高温側面と低温側面との間の温度差（温度幅）で決定される。熱電素子の特性は、熱電素子の性能指数が高いほど、発電効率が高く、発電性能が良い。図１は、温度に対する性能指数を示し、熱電素子の特性を説明した図である。図１に示すように、素子の特性は、素子を構成する材料により異なり、素子を構成する材料毎にそれぞれ発電性能を効率よく発揮できる温度域が存在する。現状では、広範囲の温度域で効率よく発電可能な材料が見つかっていない。
【０００６】
例えば、図２（ａ）に示す低温の温度域で性能指数の高い材料を用いた素子では、低温の温度域（Ｌ）では効率よく発電するが、高温の温度域（Ｈ）では発電効率が悪い。反対に、図２（ｂ）に示す高温の温度域で性能指数の高い材料を用いた素子では、高温の温度域（Ｈ）では効率よく発電するが、低温の温度域（Ｌ）では発電効率が悪い。このように、発電性能を効率よく発揮できる温度域を外れると発電効率が著しく低下するため、使用する温度域に適合する材料の素子を選定する必要があった。しかしながら、使用する温度域に適合する材料が都合よく存在するわけではない。
【０００７】
そこで、図３に示すような、高温の温度域で効率よく発電する材料からなる高温用素子１０２と、低温の温度域で効率よく発電する材料からなる低温用素子１０３と、を組み合わせたカスケード型の熱電素子１０１が採用されている。熱電素子１０１は、ｐ型半導体素子とｎ型半導体素子を備えた高温用素子１０２を高温熱源側の高温プレート１０４と中間プレート１０６により挟み込むとともに、ｐ型半導体素子とｎ型半導体素子を備えた低温用素子１０３を低温熱源側の低温プレート１０５と中間プレート１０６とにより挟み込んだ構成をしている。
【０００８】
図４はカスケード型の熱電素子１０１の性能指数を示した図である。図４中のＴＨは高温熱源の温度、ＴＣは低温熱源の温度、ＺＨは高温用素子の性能指数、ＺＣは低温用素子の性能指数を示している。カスケード型の熱電素子１の性能指数は、中間プレートの温度（中間温度）ＴＮに左右される。すなわち、中間温度ＴＮが高すぎると、高温用素子２における発電効率は高いが低温用素子３における発電効率が低く、全体としての発電効率が低下していた。反対に、中間温度ＴＮが低すぎると、低温用素子３における発電効率は高いが高温用素子２における発電効率が低く、全体としての発電効率が低下していた。
【０００９】
従来の熱電素子では、このようなカスケード型の２つの素子の間の温度（中間温度ＴＮ）について考慮していないため、発電効率にとって最適な温度域が利用されておらず、発電効率が良好とはいえなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、２つの熱電素子間の温度を制御し、発電効率を向上した発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決する本発明の発電装置は、高温熱源と熱交換するように配置された第１熱電素子と、低温熱源と熱交換するように配置された第２熱電素子と、を備え、前記高温熱源の温度において、前記第１熱電素子の性能指数が前記第２熱電素子の性能指数よりも高く、前記低温熱源の温度において、前記第２熱電素子の性能指数が前記第１熱電素子の性能指数よりも高い関係にあり、前記第１熱電素子と前記第２熱電素子との間を循環して熱を輸送する熱輸送媒体の熱輸送量を制御することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によると、高温熱源側の第１熱電素子から低温熱源側の第２熱電素子へ移動する熱量を制御し、第１熱電素子の温度及び第２熱電素子の温度を制御することができる。これにより、第１熱電素子と第２熱電素子のそれぞれの温度を、発電効率が良好となる温度にすることができる。この結果、発電装置の発電効率を向上できる。
【００１３】
上記の発電装置において、前記熱輸送媒体の温度が、前記第１熱電素子の性能指数と前記第２熱電素子の性能指数とが一致する温度になるように熱輸送量を制御することとしてもよい。これにより、第１熱電素子の発電性能が高い温度域で第１熱電素子の発電を行い、第２熱電素子の発電性能が高い温度域で第２熱電素子の発電を行うことができる。この結果、発電装置の発電効率を向上できる。
【００１４】
上記の発電装置において、前記熱輸送量制御手段は、前記熱輸送媒体が前記第１熱電素子から前記第２熱電素子へ移動する熱輸送路と、前記熱輸送媒体が前記第２熱電素子から前記第１熱電素子へ戻る戻り路と、前記戻り路の流量を制御する制御弁とを備えてもよい。この構成において、第１熱電素子と第２熱電素子との温度差が小さい場合、前記制御弁が閉弁することとしてもよい。
【００１５】
上記の発電装置において、前記高温熱源を、内燃機関から排出される排気としてもよい。また、この構成において、前記低温熱源を、内燃機関内を循環冷却する冷却水としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発電装置は、２つの熱電素子間の温度を制御し、発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】温度に対する性能指数を示し、熱電素子の特性を説明した図である。
【図２】（ａ）は低温の温度域で高い性能指数を示す素子の温度と性能指数の関係を示した図であり、（ｂ）は高温の温度域で高い性能指数を示す素子の温度と性能指数の関係を示した図である。
【図３】カスケード型の熱電素子の例を示した図である。
【図４】カスケード型の熱電素子の性能指数を示した図である。
【図５】実施例の発電装置を示した図である。
【図６】発電装置における第１熱電素子と第２熱電素子の性能指数を示した図である。
【図７】実施例の発電装置に関し、高温熱源及び低温熱源の温度と熱電素子の性能指数との関係を示した図である。
【図８】比較例の発電装置に関し、高温熱源及び低温熱源の温度と熱電素子の性能指数との関係を示した図である。
【図９】発電装置を組み込んだエンジンを示した図である。
【図１０】高温熱源と低温熱源の組合せを複数備えた多段式の発電装置を示した図である。
【図１１】制御弁の代わりにアキュムレータを備えた発電装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
図５は本実施例の発電装置１を示した図である。発電装置１は第１熱電素子１０、第２熱電素子２０、熱輸送媒体循環路３０を備えている。第１熱電素子１０は高温熱源１３と熱交換するように配置されている。第１熱電素子１０は第１ｐ型半導体素子１１と第１ｎ型半導体素子１２とを有する。第１ｐ型半導体素子１１と第１ｎ型半導体素子１２とは、高温熱源１３の温度において、第１熱電素子１０が高い性能指数を持つように選択された材料からなる。第２熱電素子２０は低温熱源２３と熱交換するように配置されている。第２熱電素子２０は第２ｐ型半導体素子２１と第２ｎ型半導体素子２２とを有する。第２熱電素子２０は第２ｐ型半導体素子２１と第２ｎ型半導体素子２２とは、低温熱源２３の温度において、第２熱電素子２０が高い性能指数を持つように選択された材料からなる。特に、第１熱電素子１０と第２熱電素子２０とは、高温熱源１３の温度において、第１熱電素子１０の性能指数が第２熱電素子２０の性能指数よりも高く、低温熱源２３の温度において、第２熱電素子２０の性能指数が第１熱電素子１０の性能指数よりも高い関係にある。
【００２０】
熱輸送媒体循環路３０は熱輸送媒体が循環する通路である。図５中の矢印は熱輸送媒体の流れ方向を示している。熱輸送媒体は、高温の物体から熱を受け取り、低温の物体へ熱を受け渡すことのできる媒体である。熱輸送媒体は、高温熱源１３から熱を受け取り気化し、低温熱源２３へ熱を受け渡して液化する潜熱材を熱輸送媒体としてもよい。潜熱材は、蒸発することにより多量の熱エネルギーを運ぶことができる。また、熱輸送媒体は、温度差と流量から輸送する熱エネルギーの検出が容易な顕熱材であってもよい。本実施例では、熱輸送媒体として、例えば、水やオイルを採用してもよい。熱輸送媒体循環路３０は、第１熱電素子１０側の第１熱交換室３１、第２熱電素子２０側の第２熱交換室３２、熱輸送路３３、戻り路３４を備えている。第１熱交換室３１は、高温熱源１３の反対側において第１熱電素子１０に接触している。第２熱交換室３２は、低温熱源２３の反対側において第２熱電素子２０に接触している。熱輸送路３３、戻り路３４は、各々、第１熱交換室３１と第２熱交換室３２とを連通する。図５中に示すように、熱輸送媒体は、熱輸送路３３内を第１熱交換室３１から第２熱交換室３２へ移動する。反対に、熱輸送媒体は、戻り路３４内を第２熱交換室３２から第１熱交換室３１へ移動する。戻り路３４上には制御弁３５が設けられており、制御弁３５は、絞りを調整することにより、戻り路３４を流れる熱輸送媒体の流量を制御する。すなわち、制御弁３５は、第２熱交換室３２から第１熱交換室３１への熱輸送媒体の流量を制御する。この制御弁３５は、電磁弁のような電動式の機構により開度を調整してもよいし、ダイアフラムのような機械式の機構により開度を調整してもよい。
【００２１】
次に、発電装置１の作動について説明する。発電装置１は第１熱電素子１０と第２熱電素子２０の熱電効果（ゼーベック効果）を利用して発電する。発電装置１が発電するための条件は、熱輸送媒体の温度が高温熱源１３の温度よりも低く、熱輸送媒体の温度が低温熱源２３の温度よりも高いことである。
【００２２】
ここでは、上記の発電装置１が発電するための条件が満たされたとして説明する。高温熱源１３が熱輸送媒体よりも高温であるから、第１熱電素子１０は、高温熱源１３と第１熱交換室３１内の熱輸送媒体との温度差により発電する。このとき、第１熱電素子１０は高温熱源１３から吸熱し、熱輸送媒体へ放熱する。第１熱交換室３１内で第１熱電素子１０から熱を受け取った熱輸送媒体は、熱輸送路３３を通り、第２熱交換室３２へ送られる。また、第２熱電素子２０は、第２熱交換室３２内の熱輸送媒体と低温熱源２３との温度差により発電する。このとき、第２熱電素子２０は熱輸送媒体から吸熱し、低温熱源２３へ放熱する。すなわち、第１熱交換室３１で第１熱電素子１０から熱を受け取った熱輸送媒体は第２熱交換室３２において第２熱電素子２０へ熱を受け渡す。第２熱交換室３２内の熱輸送媒体は、第２熱電素子２０へ熱を受け渡すことにより温度が低下する。その後、温度の低下した熱輸送媒体は戻り路３４を通り、第１熱交換室３１へ戻る。
【００２３】
以上の説明の通り、熱輸送媒体は熱輸送媒体循環路３０を循環しながら、第１熱交換室３１から第２熱交換室３２へ熱の輸送を行う。発電装置１は、例えば、ＥＣＵなどの制御部により、制御弁３５の開度を調節することにより、第１熱交換室３１へ供給する熱輸送媒体の流量を制御する。熱輸送媒体の流量が変化することにより、第１熱交換室３１から第２熱交換室３２へ輸送される熱量が変化する。第１熱交換室３１から第２熱交換室３２へ輸送される熱量が減少すれば、第１熱電素子１０の低温側部の温度が上昇し、第２熱電素子２０の高温側部の温度が低下する。反対に、第１熱交換室３１から第２熱交換室３２へ輸送される熱量が増加すれば、第１熱電素子１０の低温側部の温度が低下し、第２熱電素子２０の高温側部の温度が上昇する。このように、発電装置１は熱輸送媒体による熱の輸送量を制御して、第１熱電素子１０の低温側部と第２熱電素子２０の高温側部の温度を制御する。なお、発電装置１は、熱輸送路３３に熱輸送媒体の温度を測定する温度センサを備えてもよい。温度センサにより測定された情報は、例えば、ＥＣＵなどの制御部へ送られ、制御部が受信した温度情報に基づき、制御弁３５の開度を制御することとしてもよい。
【００２４】
ここで、発電装置１の性能との関係で熱輸送媒体の流量について説明する。次式は発電装置１の発電効率ηを表す式である。次式において、ＴＨは高温熱源温度、ＴＣは低温熱源温度、Ｚは性能指数である。
【数１】
2013172576.tif 000003
数１の式によると、発電効率ηは高温熱源温度ＴＨと低温熱源温度ＴＣとの温度差（ＴＨ−ＴＣ）が増加するほど向上し、性能指数Ｚが上昇するほど向上する。図６は発電装置１における第１熱電素子１０と第２熱電素子２０の性能指数を示した図である。図６中の実線は第１熱電素子１０の性能指数を示し、破線は第２熱電素子２０の性能指数を示している。図中の横軸は温度を示し、図中の高温熱源温度ＴＨと低温熱源温度ＴＣの温度差（有効温度差）は発電装置１の性能（発電効率）を決める因子の一つであり、有効温度差が増加するほど発電効率が高まる。また、図６中の縦軸は性能指数を示しており、第１熱電素子１０または第２熱電素子２０の発電時の温度の値に対応する性能指数が高いほど、発電装置１の発電効率が高まる。ここで、図６中に示す第１熱電素子１０の性能指数と第２熱電素子２０の性能指数の値が一致する温度を最適温度ＴＢとする。図６に示すように、最適温度ＴＢよりも高温では、第１熱電素子１０の性能指数が第２熱電素子２０の性能指数よりも高く、最適温度ＴＢよりも低温では、第２熱電素子２０の性能指数が第１熱電素子１０の性能指数よりも高い。
【００２５】
続いて、発電装置１の作動方針について説明する。発電装置１は熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなるように、熱輸送路３３内の熱輸送媒体の流量、すなわち制御弁３５の開度を制御する。第１熱電素子１０と第２熱電素子２０との間に位置する熱輸送路３３内の熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなることにより、第１熱電素子１０を最適温度ＴＢよりも高温に維持し、第２熱電素子２０を最適温度ＴＢよりも低温に維持する。これにより、第１熱電素子１０と第２熱電素子２０がともに、性能指数の高い温度域で発電することになる。このように、発電装置１が熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなるように、制御弁３５の開度を制御することにより、高い発電効率を取得することとなる。なお、高温熱源１３の温度ＴＨが最適温度ＴＢより低い場合や、低温熱源２３の温度ＴＣが最適温度ＴＢより高い場合には、熱輸送媒体の温度を最適温度ＴＢとすることができない。このような場合には、発電装置１は、熱輸送媒体の温度ができる限り最適温度ＴＢに近づくように、制御弁３５の開度を調節して熱輸送媒体の流量を制御する。
【００２６】
次に、高温熱源１３と低温熱源２３の温度条件と発電装置１の発電効率について、制御弁３５の開度を制御しない場合と比較して説明する。比較例の発電装置は、上記の発電装置１と比較して、制御弁３５が設けられていない、または制御弁３５の開度が全開のまま開度を調節しない構成とする。図７，８は高温熱源１３及び低温熱源２３の温度と熱電素子の性能指数との関係を示した図である。図７は本実施例の発電装置１に関し、図８は比較例の発電装置に関する。
【００２７】
図７（ａ）、図８（ａ）は、高温熱源１３が高温の状態で、低温熱源２３が高温の状態を示している。ここでは、高温熱源１３の温度ＴＨは最適温度ＴＢよりも高く、低温熱源２３の温度ＴＣは最適温度ＴＢより低いものとする。本実施例の発電装置１は、熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなるように調整する。図７（ａ）のような条件の場合、発電装置１は、例えば、制御弁３５の開度を半開とし、熱輸送媒体の流量を中程度としながら、適宜、熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなるようにする。これにより、第１熱電素子１０の温度が最適温度ＴＢ以上となり、第２熱電素子２０の温度が最適温度ＴＢ以下となる。このため、図７（ａ）に示すように、第１熱電素子１０は、高温熱源１３の温度ＴＨと最適温度ＴＢの間の性能指数ＺＨ１で発電することになる。また、第２熱電素子２０は、低温熱源２３の温度ＴＣと最適温度ＴＢの間の性能指数ＺＣ１で発電することになる。このように、発電装置１では、温度域に応じて性能指数が高い方の熱電素子が発電を行うため、発電効率が高くなる。この場合、発電装置１の性能指数は第１熱電素子１０の特性が支配的となる。一方、比較例の発電装置は、熱輸送媒体の温度ＴＭが高温熱源１３の温度ＴＨと低温熱源２３の温度ＴＣの中間となる。したがって、第１熱電素子１０は、高温熱源１３の温度ＴＨと熱輸送媒体の温度ＴＭとの間の性能指数ＹＨ１で発電し、第２熱電素子２０は、低温熱源２３の温度ＴＣと熱輸送媒体の温度ＴＭとの間の性能指数ＹＣ１で発電する。このため、最適温度ＴＢより高く、熱輸送媒体の温度ＴＭよりも低い温度域で、第１熱電素子１０よりも性能指数の低い第２熱電素子２０で発電することになり、発電効率が最適とはいえない。
【００２８】
図７（ｂ）、図８（ｂ）は、高温熱源１３が高温の状態で、低温熱源２３が低温の状態を示している。図７（ｂ）のような条件の場合、例えば、制御弁３５の開度は全開とし、熱輸送媒体の流量を多くする。ただし。この場合も、適宜、熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢとなるよう制御弁３５の開度を調整する。この条件の場合、図７（ｂ）に示すように、第１熱電素子１０は、高温熱源１３の温度ＴＨと最適温度ＴＢの間の性能指数ＺＨ２で発電し、第２熱電素子２０は、低温熱源２３の温度ＴＣと最適温度ＴＢの間の性能指数ＺＣ２で発電する。このため、高い性能指数の温度域で発電が行われるので、発電装置１は高い発電効率を実現する。一方、比較例では、熱輸送媒体の温度ＴＭが最適温度ＴＢに一致することはまれであり、この場合も、熱輸送媒体の温度ＴＭと最適温度ＴＢとの間の温度域では、性能指数の低い方の熱電素子により発電することになり、最適な発電効率が得られることができない。
【００２９】
図７（ｃ）、図８（ｃ）は、高温熱源１３が低温の状態で、低温熱源２３が高温の状態を示している。このように７（ｃ）のような条件、すなわち、第１熱電素子１０と第２熱電素子２０との温度差が小さい場合、発電装置１は制御弁３５を閉じ、熱輸送媒体循環路３０内の熱輸送媒体の流れを止めて、第１熱交換室３１から第２熱交換室３２への熱の輸送を停止する。この条件では、有効温度差が小さいため、発電効率が低下する。このため、熱の輸送を停止し、発電を停止する。
【００３０】
図７（ｄ）、図８（ｄ）は、高温熱源１３が低温の状態で、低温熱源２３が低温の状態を示している。ここでは、高温熱源１３の温度ＴＨが最適温度ＴＢを下回っているものとする。図７（ｄ）のような条件の場合、発電装置１は、制御弁３５の開度を絞り、熱輸送媒体の流量を少なくして、可能な限り熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢに近くなるようにする。これにより、有効温度差を広げ、発電効率を高める。この場合、第１熱電素子１０では発電が行われない。第２熱電素子２０は、低温熱源２３の温度ＴＣと高温熱源１３の温度ＴＨの間の性能指数ＺＣ４で発電する。ここでは、発電装置１の性能指数は第２熱電素子２０の特性が支配的となる。一方、比較例の発電装置では、熱輸送媒体の温度ＴＭは最適温度ＴＢ以下となる。比較例では、第１熱電素子１０よりも第２熱電素子２０の方が効率よく発電する温度域において、第１熱電素子１０が発電を行う。このため、発電効率が最適とはいえない。
【００３１】
また、図７により説明した例以外にも、例えば、高温熱源１３の温度ＴＨが最適温度ＴＢよりも高く、低温熱源２３の温度ＴＣも最適温度ＴＢより高い場合、発電装置１は、制御弁３５の開度を制御し、熱輸送媒体の流量を調整して、可能な限り熱輸送媒体の温度が最適温度ＴＢに近くなるようにすることとしてもよい。以上のように、本実施例の発電装置１は、本来、高温熱源１３の温度と低温熱源２３の温度により変動する熱輸送媒体の温度を最適温度ＴＢとする。またはそれができない場合には最適温度ＴＢに近づける。これにより、発電装置１は、高温熱源１３と低温熱源２３の温度条件が変化しても、熱源の環境から与えられる温度条件において性能指数が高い方の熱電素子により発電を行い、発電効率を向上することができる。
【００３２】
上記で説明してきた発電装置１は、高温熱源１３と低温熱源２３を備えた装置に組み込むことができる。その一例として、発電装置１をエンジン５０に組み込んだ例を説明する。図９は発電装置１を組み込んだエンジン５０を示した図である。エンジン５０は車両等に搭載される内燃機関である。エンジン５０は、燃焼室、動弁系等を備えるエンジン本体５１、エンジン本体５１の冷却水が循環する冷却水通路５２、冷却水から放熱させるラジエータ５３、燃焼室に吸気を取り込む吸気管５４、燃焼室から燃焼後の排気を排出する排気管５５を備えている。冷却水通路５２には、エンジン本体５１へ供給される本流から分岐する冷却水分岐通路５６が設けられている。冷却水分岐通路５６は、ラジエータ５３の下流であって、エンジン本体５１の上流において、冷却水通路５２から分岐し、エンジン本体５１の下流であって、ラジエータ５３の上流において、冷却水通路５２に合流する。このようなエンジン５０において、第１熱電素子１０が排気管５５に接触し、第２熱電素子２０が冷却水分岐通路５６の配管に接触するように発電装置１が組みこまれている。発電装置１は排気管５５を通る排気を高温熱源１３とし、冷却水分岐通路５６を通る冷却水を低温熱源２３として発電を行う。
【００３３】
発電装置１をエンジンに組み込んだ場合、排気温度が上昇すると、高温熱源１３が高温となり、排気温度が低下すると、高温熱源１３が低温となる。また、冷却水温度が上昇すると、低温熱源２３が高温となり、冷却水温度が低下すると、低温熱源２３が低温となる。発電装置１は、図７の説明において示したように、排気温度と冷却水温度に応じて、制御弁３５の開度を調整し、発電効率を向上する。これにより、発電装置１はエンジンの排気が有する有効なエネルギーを効率よく回収することができる。また、発電装置１は、排気温度が低く、冷却水温度が高い条件で排気と冷却水の温度差が小さい場合には、図７（ｃ）で示したように、制御弁３５を閉じて発電を停止する。これにより、冷却水温度の上昇が抑えられるため、ラジエータ５３の負荷を低減することができる。
【００３４】
このような発電装置１の利用可能な領域は多岐に亘り、ここで説明した以外にも、高温熱源として、排気、冷却水、油、放熱空気、熱伝導する高温固体、高温潜熱冷媒、蓄熱、太陽光や排気管等からの輻射熱、故意的燃焼熱などを利用することができる。また、低温熱源として、空気、冷却水、油、ミスト、熱伝導する低温固体、潜熱冷媒、輻射放熱、蓄冷熱などを利用することができる。
【００３５】
また、本発明の実施の形態を示すその他の構成として、図１０に示すように、発電装置２は高温熱源と低温熱源の組合せを複数備えた多段式の構成としてもよい。また、このような高温熱源と低温熱源とを組み合わせる数は限定されない。また、図１１に示すように、発電装置３は制御弁３５の代わりにアキュムレータ３６を備え、アキュムレータ３６内の熱輸送媒体の容積を制御することにより、熱輸送媒体の流量を制御することとしてもよい。
【００３６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２，３  発電装置
１０  第１熱電素子
１３  高温熱源
２０  第２熱電素子
２３  低温熱源
３０  熱輸送媒体循環路
３３  熱輸送路
３４  戻り路
３５  制御弁
５０  エンジン
【図１】
2013172576.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【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】
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