(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンの排気ガスと冷却水との間で熱交換性能を向上させる熱電発電装置を提供する。【解決手段】高温部１２０と、低温部１１０と、高温部と低温部の間に熱電変換部材１３０と、高温部から低温部への熱伝導を行う熱伝導部材１３１であって、熱電変換部材より熱伝導率が高い熱伝導部材と、高温部と熱伝導部材との間での熱伝導、及び、熱伝導部材と低温部との間での熱伝導の少なくとも一方を抑制可能な熱伝導抑制部１２２と、少なくとも熱伝導部材を移動させる移動手段であって、エンジン１の温度に対応して温度が変化する所定部材の温度が所定温度より低い場合、高温部と熱伝導部材の間、及び、低温部と前記熱伝導部材の間に熱伝導抑制部が介在せず、所定部位の温度が所定温度以上の場合、高温部と熱伝導部材の間、及び、低温部と熱伝導部材の間の少なくとも一方に記熱伝導抑制部が介在するように、熱伝導部材を移動させる移動手段を備える。【選択図】図６
2016023625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスが供給される高温部と、
前記エンジンの冷却水が供給される低温部と、
前記高温部と前記低温部の間に設けられ、前記高温部と前記低温部の温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換部材と、
前記高温部と前記低温部の間において移動可能に設けられ、前記高温部から前記低温部への熱伝導を行う熱伝導部材であって、前記熱電変換部材より熱伝導率が高い熱伝導部材と、
前記高温部と前記低温部の間に設けられ、前記移動により、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間の少なくとも一方に介在した場合、前記高温部と前記熱伝導部材との間での熱伝導、及び、前記熱伝導部材と前記低温部との間での熱伝導の少なくとも一方を抑制可能な熱伝導抑制部と、
少なくとも前記熱伝導部材を移動させる移動手段であって、前記エンジンの温度に対応して温度が変化する所定部材の温度が所定温度より低い場合、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間に前記熱伝導抑制部が介在せず、前記所定部材の温度が前記所定温度以上の場合、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間の少なくとも一方に前記熱伝導抑制部が介在するように、前記熱伝導部材を移動させる移動手段を備える、
熱電発電装置。
【請求項２】
前記熱電変換部材と前記熱伝導部材は、
前記高温部と前記低温部の間において、所定方向に向けて交互に並べられると共に、前記所定方向及び前記所定方向の反対方向に一体で移動可能に構成され、
前記熱伝導抑制部は、
交互に並べられた前記熱電変換部材と前記熱伝導部材に対応して、前記所定方向において、設けられる部分と設けられない部分とが交互に現れるように配置され、
前記移動手段は、
前記所定部材の温度が前記所定温度より低い場合、前記熱電変換部材が前記所定方向における前記設けられる部分に対応する位置にあり、かつ、前記熱伝導部材が前記所定方向における前記設けられない部分に対応する位置にあり、前記所定部材の温度が前記所定温度以上である場合、前記熱電変換部材が前記所定方向における前記設けられない部分に対応する位置にあり、前記熱伝導部材が前記所定方向における前記設けられる部分に対応する位置にあるように、前記熱電変換部材及び前記熱伝導部材を前記所定方向又は前記反対方向に移動させる、
請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記移動手段は、
前記所定部材としての前記冷却水の温度に応じてピストンロッドを前記所定方向及び前記反対方向に所定量移動駆動するサーモエレメントを少なくとも含む、
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、排気ガスの熱エネルギーを回収して電気エネルギーを生成する車載の熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンから排出される排気ガスの熱エネルギーを回収する技術が知られている。
【０００３】
例えば、排気管（高温源）と放熱部材（低温源）との間に熱電変換モジュールを配置し、熱電変換モジュールの排気管に接する高温端と放熱部材に接する低温端との間に生じるゼーベック効果による熱起電力を得る熱電発電装置が知られている（例えば、特許文献１）。熱電発電装置により排気ガスの熱エネルギーを回収して発電された発電電力は、例えば、補機バッテリ等に充電され、補機の駆動に利用されるため、エンジンを動力源とする発電機による発電量を減少させることが可能となり、車両の燃費改善を図ることができる。
【０００４】
また、排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行う排気熱回収器が知られている（例えば、特許文献２）。具体的には、エンジン暖機時において、エンジンの排気ガスを排気熱回収用のバイパス経路に導入し、エンジン冷却水との間で熱交換を行わせ、エンジン暖機終了後、排気ガスの上記バイパス経路への導入を停止し、必要以上のエンジン冷却水の温度上昇を抑制する。このように、排気熱回収器によりエンジン冷却水を介して回収された排気熱は、エンジンの早期暖機のために利用されるため、車両の燃費改善を図ることができる。
【０００５】
このように、熱電発電装置や排気熱回収器等を利用して、エンジンから排出される排気ガスの熱エネルギーを回収することにより、車両の燃費改善を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−０３６９８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、排気熱回収器は、エンジンの早期暖機による燃費改善の効果はあるが、エンジンの暖機終了後における燃費改善の効果はない。これに対して、熱電発電装置は、エンジン暖機時及びエンジン暖機終了後に渡る排気ガスの温度範囲に対応して発電可能な（複数種の）熱電変換モジュールを適用する等により、エンジン起動中であれば、非常に負荷が高い場合等を除き熱電発電による燃費改善が可能である。
【０００８】
ところが、エンジンの早期暖機に対するニーズの高い寒冷地等においては、排気熱回収器を搭載する必要があるため、排気管がレイアウトされる車両床下の限られたスペースでは、熱電発電装置を搭載できない場合が生じる。
【０００９】
ここで、熱電発電装置において、熱電変換モジュールをエンジン暖機終了後の排気ガスの温度範囲に対応して発電可能な仕様とし、低温源としてエンジン冷却水の配管等を適用することで、エンジン暖機時に熱電変換モジュールを介して排気ガスとエンジン冷却水との間での熱交換を行わせることもできる。しかしながら、発電性能を向上させる観点から、熱電変換モジュールとしては、熱伝導率の小さい材料が使用される場合が多い。そのため、熱電発電装置は、スチール製の薄い隔壁を介して排気ガスとエンジン冷却水との熱変換を行う排気熱回収器に対して、熱交換性能が劣り、寒冷地等におけるエンジン早期暖機のニーズに対応できないおそれがある。
【００１０】
また、熱電変換モジュールの熱伝導率を高めると、熱電発電装置の発電性能が低下すると共に、エンジン暖機終了後における排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を促進することになり、必要以上のエンジン冷却水の温度上昇を招くおそれがある。
【００１１】
そこで、上記問題に鑑み、熱電発電性能の維持や必要以上のエンジン冷却水の温度上昇の抑制等を図りつつ、エンジン暖機時における排気ガスとエンジン冷却水との間での熱交換性能を向上させることが可能な熱電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】
【００１２】
上記の問題を解決するため、一実施形態において、熱電発電装置は、
エンジンから排出された排気ガスが供給される高温部と、
前記エンジンの冷却水が供給される低温部と、
前記高温部と前記低温部の間に設けられ、前記高温部と前記低温部の温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換部材と、
前記高温部と前記低温部の間において移動可能に設けられ、前記高温部から前記低温部への熱伝導を行う熱伝導部材であって、前記熱電変換部材より熱伝導率が高い熱伝導部材と、
前記高温部と前記低温部の間に設けられ、前記移動により、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間の少なくとも一方に介在した場合、前記高温部と前記熱伝導部材との間での熱伝導、及び、前記熱伝導部材と前記低温部との間での熱伝導の少なくとも一方を抑制可能な熱伝導抑制部と、
少なくとも前記熱伝導部材を移動させる移動手段であって、前記エンジンの温度に対応して温度が変化する所定部材の温度が所定温度より低い場合、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間に前記熱伝導抑制部が介在せず、前記所定部材の温度が前記所定温度以上の場合、前記高温部と前記熱伝導部材の間、及び、前記低温部と前記熱伝導部材の間の少なくとも一方に前記熱伝導抑制部が介在するように、前記熱伝導部材を移動させる移動手段を備える。
【発明の効果】
【００１３】
上記実施形態により、熱電発電性能の維持や必要以上のエンジン冷却水の温度上昇の抑制等を図りつつ、エンジン暖機時における排気ガスとエンジン冷却水との間での熱交換性能を向上させることが可能な熱電発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱電発電装置を備える車両の構成の一例を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱電発電装置の外観を示す斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】固定枠の具体例を示す斜視図である。
【図６】第１の実施形態に係る熱電発電装置の動作を説明する図である。
【図７】第２の実施形態に係る熱電発電装置の外観を示す斜視図である。
【図８】図７におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】図７におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る熱電発電装置の動作を説明する図である。
【図１１】第２の実施形態に係る熱電発電装置の変形例の構成を示す断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る熱電発電装置の変形例の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態では、熱電発電装置を水冷式の多気筒の内燃機関（例えば、４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンと称する））を駆動力源とする車両に適用した場合について説明する。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００１６】
図１は、熱電発電装置１００を備える車両の概略構成図である。
【００１７】
当該車両は、熱電発電装置１００に関連する構成として、エンジン１から排出される排気ガスの後処理を行い、当該車両の外部に排出する排気系１０と、エンジン１の冷却水の循環経路であるエンジン冷却系２０と、を含む。
【００１８】
排気系１０は、エンジン１に取り付けられ、エンジン１の各気筒から排出された排気ガスを１つに集合させるエキゾーストマニホールド１１と、当該エキゾーストマニホールド１１に連結された排気管１２等を含んで構成される。
【００１９】
排気管１２の途中には、排気ガス中の有害成分（一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等）を化学反応により浄化する触媒（三元触媒）１３や排気ガスによる排気音を消音（低減）するためのマフラ１４等が設置される。
【００２０】
エンジン冷却系２０は、導出管２１、サーモスタット２２、冷却水管２３、２５、２７ラジエータ２４、バイパス管２６、ウォータポンプ２８等を含む。
【００２１】
エンジン１の内部には、エンジン１を冷却するためのウォータージャケットが形成され、当該ウォータジャケットには冷却水（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ（ＬＬＣ））が充填されている。
【００２２】
エンジン１の冷却水は、エンジン１等を動力源とするウォータポンプ２８によりエンジン冷却系２０内を循環する。冷却水は、導出管２１から導出された後、冷却水管２３を介してラジエータ２４に供給され、ラジエータ２４で冷却された冷却水は、冷却水管２５を介して、熱電発電装置１００の後述する冷却水導入部１１０に導入（供給）される。そして、冷却水導入部１１０を通過した冷却水は、冷却水管２７、ウォータポンプ２８を経て、エンジン１に戻る。
【００２３】
なお、ラジエータ２４は、エンジン１の冷却により温度が上昇した冷却水を外気との熱交換により冷却する。
【００２４】
また、導出管２１には、バイパス管２６が連結され、導出管２１とバイパス管２６の間に介装されたサーモスタット２２によって、冷却水管２３を介してラジエータ２４を通過する冷却水量とバイパス管２６を介してラジエータ２４をバイパスする冷却水量が調節される。
【００２５】
例えば、エンジン１の暖機時には、バイパス管２６側の冷却水量を増加させたり、冷却水を全てバイパス管２６側にバイパスさせたりすることで、エンジン１の暖機を促進する。また、暖機完了後には、バイパス管２６側の冷却水量を減少させたり、バイパス管２６側に冷却水をバイパスさせないようにしたりして、エンジン１の冷却性能を向上させる。
【００２６】
熱電発電装置１００は、排気系１０（排気管１２）における触媒１３の下流、かつ、マフラ１４の上流に設けられ、エンジン１から排出される排気ガスの熱エネルギを回収し、熱エネルギーを電気エネルギに変換する、即ち、熱電発電を行う。
【００２７】
熱電発電装置１００は、エンジン１の冷却水が導入（供給）される冷却水導入部１１０と、エンジン１の排気ガスが導入（供給）される排気ガス導入部１２０と、排気ガス導入部１２０と冷却水導入部１１０との温度差に応じて、熱電発電を行う熱電変換部材１３０等を含む。
【００２８】
なお、図１における熱電発電装置１００は、排気ガスが供給される高温部としての排気ガス導入部１２０と低温部としての冷却水導入部１１０との温度差に応じて熱電発電を行う構成を模式的に示したものであり、具体的な構造等に関しては、後述する。
【００２９】
熱電変換部材１３０は、排気ガス導入部１２０からの熱伝導により直接又は間接的に発熱される一端と冷却水導入部１１０への熱伝導により直接又は間接的に放熱される他端との間に生じるゼーベック効果による熱起電力に基づく熱電発電が可能に構成される。熱電変換部材１３０により発電された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を介して、バッテリ４０に充電される。
【００３０】
なお、熱電変換部材１３０の発電性能（発電量）は、性能指数Ｚ＝α２σ／κ（α：ゼーベック係数、σ：電気伝導率、κ：熱伝導率）が大きい程良くなる。そのため、熱電変換部材１３０には、熱伝導率（κ）が比較的小さい材料（即ち、熱伝導しにくい材料）が用いられる場合が多い。
【００３１】
また、冷却水導入部１１０及び排気ガス導入部１２０は、共に、熱伝導率が比較的高い材料（例えば、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス等）により構成される。
【００３２】
また、バッテリ４０は、例えば、車両の補機（ライト、ワイパー、オーディオ等）に駆動電力を供給する補機バッテリやハイブリッド車等における駆動力源の一つであるモータに駆動電力を供給する高電圧バッテリ等である。
【００３３】
以下、各実施形態（第１及び第２の実施形態）に係る熱電発電装置１００の具体的な構成について、説明をする。
【００３４】
［第１の実施形態］
図２〜図４は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の外観を示す斜視図を示す。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図を示す。図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００３５】
本実施形態に係る熱電発電装置１００は、上述したとおり、冷却水導入部１１０と、排気ガス導入部１２０と、冷却水導入部１１０と排気ガス導入部１２０の間に設けられる熱電変換部材１３０（熱電変換モジュール１３０ｍ）等を含む。加えて、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、熱伝導部材１３１、固定枠１３２、サーモエレメント１３３等を含む。
【００３６】
冷却水導入部１１０は、図３、４に示すように、前後方向（排気ガスが流れる方向（以下、排気方向と称する））に延在する排気ガス導入部１２０を、各前後位置にて取り囲むように設けられる。冷却水導入部１１０は、正六角形断面を有する排気ガス導入部１２０と同軸の正六角形断面を有する内壁１１０ａと、同様に、同軸の正六角形断面を有する外壁１１０ｂ等を含んで構成される。また、冷却水導入部１１０は、図３に示すように、内壁１１０ａ、外壁１１０ｂにより構成される空間を前後の側面で閉じる側壁１１０ｃ、１１０ｄ等を含んで構成される。外壁１１０ｂの正六角形断面における一辺（上辺）に対応する平面（上面）の前端部及び後端部には、それぞれ、円筒形状の冷却水入口１１１及び冷却水出口１１２が設けられる。
【００３７】
エンジン１の冷却水は、図３に示すように、排気方向の下流側の端部に設けられる冷却水入口１１１から冷却水導入部１１０の内部に導入され、排気方向の上流側の端部に設けられる冷却水出口１１２から排出され、エンジン１に戻る。即ち、冷却水は、冷却水導入部１１０内を排気方向と逆の方向（前方向）に流れる。
【００３８】
なお、エンジン１の冷却水が冷却水導入部１１０内を排気方向と同じ方向（後ろ方向）に流れるように、冷却水を冷却水導入部１１０内に導入してもよい。即ち、冷却水出口１１２から冷却水を冷却水導入部１１０内に導入し、冷却水入口１１１から冷却水を排出してもよい。
【００３９】
冷却水導入部１１０の内壁１１０ａの外面には、部分的に断熱コート１１３が塗布されている。断熱コート１１３は、後述するように、前後方向に交互に並べられる熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１に対応して、前後方向に等間隔で塗布された部分と塗布されない部分とが現れるように３箇所に塗布される。前後方向における各断熱コート１１３の塗布部分の長さは、熱電変換モジュール１３０ｍ及び熱伝導部材１３１と略同等の長さになっている。また、各断熱コート１１３の間の断熱コート１１３が塗布されない部分の長さは、熱電変換モジュール１３０ｍ同士の前後方向の間隔、及び、熱伝導部材１３１同士の前後方向の間隔と略同等になっている。
【００４０】
排気ガス導入部１２０は、図２〜図４に示すように、正六角形断面を前後方向（排気方向）に延在させた排気ガス通路として構成される。
【００４１】
熱電変換部材１３０としての熱電変換モジュール１３０ｍは、複数個の熱電変換素子と、高温部としての排気ガス導入部１２０から受熱する受熱基板と、低温部としての冷却水導入部１１０に放熱する放熱基板等を含んで構成される。熱電変換モジュール１３０ｍとしては、例えば、絶縁セラミックス製の放熱基板及び受熱基板の間に、交互に直列接続された複数個のＮ型熱電変換素子及びＰ型熱電変換素子が設置されたものが適用されてよい。
【００４２】
熱電変換モジュール１３０ｍに含まれる熱電変換素子は、例えば、３００℃〜６００℃程度の作動温度領域（熱電変換効率が高くなる温度差の範囲）を有するＭｇ−Ｓｉ（マグネシウム−シリサイド）系等の熱電材料から構成されてよい。これにより、エンジン１の暖機完了後における（触媒１３通過後の）排気ガス温度と冷却水の温度との温度差に応じた熱電発電を効率的に行うことができる。なお、熱電変換モジュール１３０ｍは、エンジン１の暖機時における排気ガス温度と冷却水の温度との温度差では、ほとんど、熱電発電を行わない。
【００４３】
熱電変換モジュール１３０ｍは、図３、４に示すように、所定の厚みを有する平板形状により構成され、排気ガス導入部１２０（の外面）と冷却水導入部１１０（における内壁１１０ａの外面）との間に接触して（挟まれて）配置される。熱電変換モジュール１３０ｍは、図４に示すように、排気ガス導入部１２０及び冷却水導入部１１０（の内壁１１０ａ）の各正六角形断面の各辺に対応して配置される。また、熱電変換モジュール１３０ｍは、図３に示すように、前後方向（排気ガス導入部１２０の延在する方向）に複数個（図中、３個）並べて配置される。即ち、熱電変換モジュール１３０ｍは、熱電発電装置１００内に複数個（図３、４に示す例では、１８個）含まれ、これらは、熱電発電装置１全体の発電電圧に合わせて、直列接続又は並列接続される。
【００４４】
熱伝導部材１３１は、排気ガス導入部１２０から冷却水導入部１１０への熱伝導により排気ガスとエンジン１の冷却水との間での熱交換を行うために設けられる。熱伝導部材１３１は、熱交換を促進する材料、即ち、熱伝導率が熱電変換モジュール１３０ｍより十分に高い材料により構成される。熱伝導部材１３１を構成する材料としては、例えば、銅やアルミニウム等が用いられてよい。
【００４５】
熱伝導部材１３１は、図３に示すように、熱電変換モジュール１３０ｍと同様、所定の厚みを有する平板形状により構成され、排気ガス導入部１２０（の外面）と冷却水導入部１１０（における内壁１１０ａの外面）との間に接触して（挟まれて）配置される。即ち、熱伝導部材１３１は、熱電変換モジュール１３０ｍと略同様の外観形状を有する。
【００４６】
熱伝導部材１３１と熱電変換モジュール１３０ｍは、図３に示すように、前後方向（熱電発電装置１００が延在する方向）で、交互に並べられる。具体的には、熱伝導部材１３１と熱電変換モジュール１３０ｍが、排気ガス導入部１２０と冷却水導入部１１０の内壁１１０ａの正六角形断面の各辺に対応して、前後方向で３個ずつ交互に並べられる。
【００４７】
固定枠１３２は、前後方向で交互に並べられた熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１を固定する部材である。図５（ａ）に示すように、固定枠１３２は、前後方向に延在し、熱電変換モジュール１３０ｍ、熱伝導部材１３１を収める収納部１３２ａを等間隔で設けた梯子形状を有してよい。これにより、後述するように、熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１は、一体で移動可能となる。固定枠１３２は、熱電変換モジュール１３０ｍ、熱伝導部材１３１と同様、排気ガス導入部１２０と冷却水導入部１１０の内壁１１０ａの正六角形断面の各辺に対応して設けられる（即ち、合計６個設けられる）。
【００４８】
なお、固定枠１３２が電気伝導体により構成される場合、熱電変換モジュール１３０ｍと固定枠１３２との間で電気的絶縁性を確保するため、熱電変換モジュール１３０ｍと固定枠１３２の少なくとも一方に絶縁処理（例えば、セラミックコートの塗布等）を行う。
【００４９】
また、固定枠１３２を熱伝導部材１３１と同様に、熱伝導率の高い材料で構成することにより、固定枠１３２を熱伝導部材１３１に代用して用いることも可能である。この場合、固定枠１３２の厚みを排気ガス導入部１２０と冷却水導入部１１０の内壁１１０ａの間隔に合わせ、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）における固定枠１３２の熱伝導部材１３１が収まる収納部１３２ａを設けず、熱伝導部材１３１に相当する部分として利用する構造が適用されてよい。そして、熱伝導部材１３１に相当する部分以外の部分のうち、排気ガス導入部１２０及び冷却水導入部１１０（の内壁１１０ａ）に接する部分（図５（ｂ）におけるハッチング部分）には、断熱処理（例えば、断熱コートの塗布等）を行う。固定枠１３２のうち、熱伝導部材１３１に相当する部分以外の部分による排気ガス導入部１２０から冷却水導入部１１０への熱伝導を行わせないように（抑制）するためである。
【００５０】
サーモエレメント１３３は、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度に応じて、筐体内のピストンロッド１３３ａが作動する温度感応型のアクチュエータである。サーモエレメント１３３は、内壁１１０ａの前端部（排気方向上流側の端部）において、冷却水導入部１１０内にその筐体の一部が挿入される。そして、内壁１１０ａから冷却水導入部１１０の外側に略鉛直に突出した該筐体は、固定枠１３２が設けられる方向（後ろ方向）に略直角に屈曲された形状を有する。筐体内部には、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度変化により膨張又は収縮するワックス（パラフィン系ワックス）を内蔵するケースを有する。そして、ピストンロッド１３３ａは、ワックスの体積変化に伴いケースに対して摺動し、前から後ろに向かう方向又はその反対方向（熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１が交互に並べられた方向又はその反対方向）に所定量移動することができる。ピストンロッド１３３ａの先端は、固定枠１３２に溶接等により接続されており、冷却水の温度に応じたピストンロッド１３３ａの移動により固定枠１３２に固定された熱電変換モジュール１３０ｍ及び熱伝導部材１３１が一体で移動される。
【００５１】
サーモエレメント１３３は、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になると、ピストンロッド１３３ａが筐体内から突出する形で移動する。即ち、ピストンロッド１３３ａが伸びる。また、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度より低くなると、ピストンロッド１３３ａが筐体内に挿入される形で移動する。即ち、ピストンロッド１３３ａが縮む。
【００５２】
このようなサーモエレメント１３３の動作に対応して、固定枠１３２に固定された熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１は、冷却水の温度が所定温度以上になると、前から後ろに向かう方向（排気方向の上流側から下流側）に移動される。また、冷却水の温度が所定温度より低くなるとその反対方向（排気方向の下流側から上流側）に移動される。
【００５３】
図３に示すサーモエレメント１３３は、筐体内にピストンロッド１３３ａが収められた状態、即ち、冷却水導入部１１０内部の冷却水の温度が所定温度より低い状態を示している。このとき、冷却水導入部１１０の内壁１１０ａにおける断熱コート１１３が設けられた部分と熱電変換モジュール１３０ｍとの前後位置が一致するようになっている。
【００５４】
なお、サーモエレメント１３３の冷却水の温度に対する作動特性やピストンロッド１３３ａの移動量は、ワックスの成分やその量等を調整することにより適宜変更することが可能である。また、サーモエレメント１３３は、熱電変換モジュール１３０ｍ、熱伝導部材１３１、固定枠１３２と同様、冷却水導入部１１０の内壁１１０ａの正六角形断面の各辺に対応して設けられる（即ち、合計６個設けられる）。
【００５５】
次に、本実施形態に係る熱電発電装置１００の作用について説明をする。
【００５６】
図６は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の動作を説明する図である。図６（ａ）は、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度（例えば、６０℃）より低い場合における熱電発電装置１００の状態を示す図２におけるＡ−Ａ断面図である。図６（ｂ）は、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度以上の場合における熱電発電装置１００の状態を示す図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００５７】
なお、サーモエレメント１３３の作動特性に関する上記所定温度は、エンジン１の暖機が完了したと判断可能な温度に設定されてよく、例えば、エンジン１の暖機完了後のエンジン１の冷却水の温度の下限値（例えば、６０℃）に設定されてよい。
【００５８】
まず、図６（ａ）を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度より低い状態、即ち、エンジン１の暖機状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体内に収まった状態（縮んだ状態）にある。このとき、冷却水導入部１１０の内壁１１０ａにおける断熱コート１１３の設けられた部分と熱電変換モジュール１３０ｍとの前後位置が一致し、かつ、各断熱コート１１３の間の断熱コート１１３が設けられない部分と熱伝導部材１３１との前後位置が一致する。
【００５９】
すると、熱伝導部材１３１は、排気ガスが供給される排気ガス導入部１２０から冷却水が供給される冷却水導入部１１０に向けて熱伝導を行う。熱伝導部材１３１は、熱電変換モジュール１３０ｍに比べて、十分に高い熱伝導率を有するため、排気ガスから冷却水への熱伝達が促進され、比較的低い冷却水の温度を迅速に上昇させ、エンジン１の暖機を早めることができる。
【００６０】
一方、熱電変換モジュール１３０ｍは、上述のとおり、そもそも、エンジン１の暖機完了後の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様となっている。そのため、熱電変換モジュール１３０ｍと断熱コート１１３の前後位置が一致し、熱電変換モジュール１３０ｍの低温端面（放熱端面）からの冷却水導入部１１０（内の冷却水）への放熱が促進されなくとも問題がない。仮に、熱電変換モジュール１３０ｍがエンジン１の暖機時の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様であった場合であっても、断熱コート１１３の介在により、熱電発電に必要な温度差が得られず、排気ガスの熱エネルギーが熱電発電により回収されることを防止できる。即ち、排気ガスの熱エネルギーが、熱伝導部材１３１を介した冷却水への熱伝達（熱伝導）により集中的に回収され、冷却水の温度上昇を促進させることができる。
【００６１】
続いて、図６（ｂ）を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水が所定温度以上の状態、即ち、エンジン１の暖機完了後の状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体から突出した状態（伸びた状態）にある。このとき、冷却水導入部１１０の内壁１１０ａにおける断熱コート１１３が設けられた部分と熱伝導部材１３１との前後位置が一致し、かつ、各断熱コート１１３の間の断熱コート１１３が設けられない部分と熱電変換モジュール１３０ｍとの前後位置が一致する。
【００６２】
すると、熱電変換モジュール１３０ｍは、高温部としての排気ガス導入部１２０と低温部としての冷却水導入部１１０（の内壁１１０ａ）との温度差に応じて、排気ガスの熱エネルギーを回収して、熱電発電を行う。
【００６３】
一方、熱伝導部材１３１は、断熱コート１１３の介在により、熱伝導部材１３１から冷却水導入部１１０への熱伝導が抑制され、排気ガスから冷却水への熱伝達（熱伝導）をほとんど行わない。そのため、エンジン１の暖機完了により比較的高温となっているエンジン１の冷却水の温度を必要以上に上昇させることがない。
【００６４】
このように、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、冷却水の温度が所定温度より低い場合、冷却水導入部１１０と熱伝導部材１３１の間に断熱コート１１３が介在せず、冷却水の温度が所定温度以上の場合、冷却水導入部１１０と熱伝導部材１３１の間に断熱コート１１３が介在するように、熱伝導部材１３１を移動させる。
【００６５】
これにより、エンジン１の暖機時において、排気ガスから冷却水への熱伝達による冷却水の温度上昇が促進され、エンジン１の早期暖機を図ることが可能であると共に、エンジン１の暖機完了後において、排気ガスから冷却水への熱伝達を抑制し、冷却水の必要以上の温度上昇を抑制することができる。また、熱電変換モジュール１３０ｍの熱伝導率を高める代わりに、熱伝導率が熱電変換モジュール１３０ｍより十分に高い熱伝導部材１３１を適用するため、熱電発電性能を維持することができる。
【００６６】
即ち、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、熱電発電性能の維持や必要以上のエンジン冷却水の温度上昇の抑制等を図りつつ、エンジン暖機時における排気ガスとエンジン冷却水との間での熱交換性能を向上させることができる。そのため、寒冷地等におけるエンジン１の早期暖機のニーズを満足させることが可能となり、スペースの限られる車両床下に排気熱回収器等を搭載する必要がなくなるため、寒冷地向けの車両の床下に熱電発電装置１を搭載することが可能となる。併せて、車両の仕向け地毎に、排気熱回収器を搭載する場合と熱電発電装置を搭載する場合とを設定する必要がなくなるため、双方に適合した車両設計を行うことによる設計工数の増大や排気系の種類数の増大によるコスト上昇等を抑止することができる。
【００６７】
また、エンジン１の早期暖機のための機能（排気熱回収器の機能）と熱電発電機能を一つの装置で実現できるため、そもそも排気熱回収器と従来の熱電発電装置の双方を車両に搭載する場合に対して、低コスト化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る熱電発電装置１００では、熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１とが前から後ろに向けて（前後方向で）交互に並べられると共に、前後方向（前から後ろに向かう方向及びその反対方向）に一体で移動可能に構成される。また、交互に並べられた熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１に対応して、断熱コート１１３が、前から後ろに向けて（前後方向において）、設けられる部分と設けられない部分とが交互に現れるように内壁１１０ａに塗布される。そして、熱電発電装置１００は、冷却水の温度が所定温度より低い場合、熱電変換モジュール１３０ｍが断熱コート１１３の設けられる部分に対応する前後位置にあり、かつ、熱伝導部材１３１が断熱コート１１３の設けられない部分に対応する前後位置にあり、冷却水の温度が所定温度以上である場合、熱電変換モジュール１３０ｍが断熱コート１１３の設けられない部分に対応する位置にあり、かつ、熱伝導部材１３１が断熱コート１１３の設けられる部分に対応する前後位置にあるように、熱電変換モジュール１３０ｍ及び熱伝導部材１３１を前後方向に移動させる。
【００６９】
これにより、熱電発電装置１００の小型化を図り、スペースが限られる車両床下への搭載性を更に向上させることができる。即ち、エンジン１の早期暖機のために熱伝導部材１３１を移動させる構造を適用すると、その移動量分、熱電発電装置１００のサイズは大きくなる。ここで、例えば、早期暖機を図るために必要な仕様を満足する１個の熱伝導部材１３１を、冷却水の温度に応じて断熱コート１１３が介在する位置と介在しない位置に移動させる場合、その移動量は、熱伝導部材１３１の移動方向における大きさに依存する。これに対して、熱伝導部材１３１を複数個に分割し、同様に、複数個の熱電変換モジュール１３０ｍと共に、交互に並べて一体として移動させることにより、その移動量は、分割した各熱伝導部材１３１の移動方向における大きさになるため、熱電発電装置１００の小型化を図ることができる。また、熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１が作用すべき冷却水の温度領域が全く異なるため、熱電変換モジュール１３０ｍと冷却水導入部１１０（の内壁１１０ａ）の間に断熱コート１１３が介在しても発電性能等に問題が生じることもない。
【００７０】
また、本実施形態に係る熱電発電装置１００では、冷却水の温度に応じてピストンロッド１３３ａを前後方向（前から後ろに向かう方向又はその反対方向）に所定量移動駆動するサーモエレメント１３３が含まれる。これにより、比較的単純な機構で、エンジン１が暖機状態か否かの指標となる冷却水の温度に応じて、熱電変換モジュール１３０ｍと熱伝導部材１３１を移動させることが可能となり、コスト上昇や構造の複雑化等を回避することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、エンジン１の暖機完了後において、熱伝導部材１３１による排気ガスから冷却水への熱伝導を抑制する熱伝導抑制部として、断熱コート１１３を塗布したが、他の断熱部材（断熱シート等）が用いられてもよい。また、断熱コート１１３が塗布される前後位置における内壁１１０ａに（熱伝導抑制部として）凹部を設けることにより熱伝導部材１３１と冷却水導入部１１０とを非接触として、熱伝導部材１３１による排気ガスから冷却水への熱伝導を抑制してもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、冷却水導入部１１０の内壁１１０ａ側に熱伝導抑制部（断熱コート１１３）を設けたが、排気ガス導入部１２０側に熱伝導抑制部（断熱コート１１３）を設けてもよいし、両方に設けてもよい。即ち、エンジン１の暖機完了後に、熱伝導部材１３１による排気ガスからエンジン冷却水への熱伝導を抑制するため、排気ガス導入部１２０から熱伝導部材１３１への熱伝導、及び、熱伝導部材１３１から冷却水導入部１１０への熱伝導の少なくとも一方が抑制されればよい。
【００７３】
また、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、排気ガス導入部１２０、冷却水導入部１１０が同軸の正六角形断面を有する外形形状を有するが、任意の外形形状を有してよい。例えば、排気ガス導入部１２０、冷却水導入部１１０が同軸の円形断面、正方形断面、他の正多角形断面等を有してもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、固定枠１３２とサーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａを溶接等により接続したが、接続せずに、ピストンロッド１３３ａが縮む場合は、他の手段（例えば、ばねの付勢力）により固定枠１３２を移動させてもよい。
【００７５】
［第２の実施形態］
次いで、第２の実施形態について説明をする。
【００７６】
なお、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明をする。
【００７７】
図７〜図９は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の構成の一例を示す図である。図７は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の外観を示す斜視図を示す。図８は、図７におけるＡ−Ａ断面図を示す。図９は、図７におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００７８】
本実施形態に係る熱電発電装置１００は、上述したとおり、冷却水導入部１１０と、排気ガス導入部１２０と、冷却水導入部１１０と排気ガス導入部１２０の間に設けられる熱電変換部材１３０（Ｎ型熱電変換素子１３０ｎ、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐ）等を含む。加えて、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、熱伝導部材１３１、サーモエレメント１３３、電極１３４、スプリング１３５等を含む。
【００７９】
なお、本例では、冷却水導入部１１０、排気ガス導入部１２０のセットが複数セット（図７では、４セット）設置されるが、各セットとも同一の構成、構造等を有するため、１つのセットに関する説明を行う。また、以下の説明において、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎとＰ型熱電変換素子１３０ｐをまとめて、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐと称する場合がある。
【００８０】
冷却水導入部１１０は、図７〜図９に示すように、排気管１２の途中に設けられる直方体形状のシェル１４０を左右に横断する円筒（パイプ）形状を有し、冷却水が排気方向に直交して横断する形で導入（供給）、排出される。
【００８１】
なお、冷却水導入部１１０の外周面のうち、少なくとも排気ガス導入部１２０内に存在する部分に関しては、後述する電極１３４との電気的絶縁性を確保するため、高い熱伝導性を確保した上での絶縁処理（例えば、セラミックコートの塗布等）が行われる。
【００８２】
排気ガス導入部１２０は、シェル１４０を左右に横断する円柱形状を有し、冷却水導入部１１０が該円筒形状の中心軸を左右に貫通している。排気ガス導入部１２０のうち、シェル１４０内の部分には、シェル１４０内を通過する排気ガスが供給され、その熱エネルギーが排気ガス導入部１２０に伝達される。また、排気ガス導入部１２０の外側面のうち、シェル１４０内の部分には、円筒形状の側面全周を取り巻く円環状のフィン１２１が左右方向に渡り多数設けられ、シェル１４０内を通過する排気ガスの熱が排気ガス導入部１２０に伝達されやすくなっている。
【００８３】
また、排気ガス導入部１２０の内側面には、部分的に断熱コート１２２が塗布されている。断熱コート１２２は、後述するように、左右方向で交互に並べられる熱伝導部材１３１と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐに対応して、左右方向に等間隔で塗布された部分と塗布されない部分とが現れるように塗布される。
【００８４】
なお、排気ガス導入部１２０の内側面は、後述する電極１３４との電気的絶縁性を確保するため、高い熱伝導性を確保した上での絶縁処理（例えば、セラミックコートの塗布等）が行われる。
【００８５】
熱電変換部材１３０としてのＮ型熱電変換素子１３０ｎ、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐは、図８、図９に示すように、所定の（左右方向の）厚みを有する円環形状により構成され、排気ガス導入部１２０（の内側面）と冷却水導入部１１０（の外側面）の間に配置される。また、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎ、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐは、図８に示すように、左右方向（シェル１４０を横断する方向）に交互に並べれる。また、交互に並べられたＮ型熱電変換素子１３０ｎとＰ型熱電変換素子１３０ｐは、図８、図９に示すように、その外端面（高温端面）同士、又は、内端面（低温端面）同士が円環状の電極１３４により直列接続される。熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、電極１３４を介して、冷却水導入部１１０と排気ガス導入部１２０に接触している。
【００８６】
なお、以下において、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎとＰ型熱電変換素子１３０ｐの外端面同士を接続する電極１３４を電極１３４ｈと称し、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎとＰ型熱電変換素子１３０ｐの内端面同士を接続する電極１３４を電極１３４ｃと称する場合がある。
【００８７】
熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、第１の実施形態と同様、例えば、３００℃〜６００℃程度の作動温度領域（熱電変換効率が高くなる温度差の範囲）を有するＭｇ−Ｓｉ（マグネシウム−シリサイド）系等の熱電材料から構成されてよい。これにより、エンジン１の暖機完了後における（触媒１３通過後の）排気ガス温度と冷却水の温度との温度差に応じた熱電発電を効率的に行うことができる。また、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、第１の実施形態と同様、エンジン１の暖機時における排気ガス温度と冷却水の温度との温度差では、ほとんど、熱電発電を行わない。
【００８８】
熱伝導部材１３１は、第１の実施形態と同様、排気ガス導入部１２０から冷却水導入部１１０への熱伝導により排気ガスとエンジン１の冷却水との間での熱交換を行うために設けられる。熱伝導部材１３１は、熱交換を促進する材料、即ち、熱伝導率が熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐより十分に高い材料により構成される。熱伝導部材１３１を構成する材料としては、例えば、銅やアルミニウム等が用いられてよい。
【００８９】
熱伝導部材１３１は、図８に示すように、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐと同等の所定の（左右方向の）厚みを有する円環形状により構成され、排気ガス導入部１２０（の内側面）と冷却水導入部１１０（の外側面）との間に配置される。また、熱伝導部材１３１は、左右方向において、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎとＰ型熱電変換素子１３０ｐの間に配置される。即ち、熱伝導部材１３１と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、左右方向で交互に並べて配置される。
【００９０】
熱伝導部材１３１は、図８に示すように、（円環形状における）内端面又は外端面の一方が電極１３４に接触し、直接又は電極１３４を介して、冷却水導入部１１０と排気ガス導入部１２０に接触している。
【００９１】
サーモエレメント１３３は、第１の実施形態と同様、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度に応じて、筐体内のピストンロッド１３３ａが作動する温度感応型のアクチュエータである。サーモエレメント１３３は、冷却水導入部１１０の右端部において、冷却水導入部１１０内にその筐体の一部が挿入される。そして、冷却水導入部１１０の外側に略鉛直に突出した該筐体は、左方向に略直角に屈曲された形状を有し、屈曲された筐体は、排気ガス導入部１２０の右端面から内部に挿入されている。筐体内部には、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度変化により膨張又は収縮するワックス（パラフィン系ワックス）を内蔵するケースを有する。ピストンロッド１３３ａは、ワックスの体積変化に伴いケースに対して摺動し、右から左に向かう方向又はその反対方向（熱伝導部材１３１と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐが交互に並べられた方向又はその反対方向）に所定量移動することができる。ピストンロッド１３３ａの先端は、右端に位置するＰ型熱電変換素子１３０ｐの側面に接している。
【００９２】
サーモエレメント１３３は、第１の実施形態と同様、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になると、ピストンロッド１３３ａが筐体内から突出する形で移動する。即ち、ピストンロッド１３３ａが伸びる。また、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度より低くなると、ピストンロッド１３３ａが筐体内に挿入される形で移動する。即ち、ピストンロッド１３３ａが縮む。
【００９３】
また、左端に位置するＰ型熱電変換素子１３０ｐに隣接して、排気ガス導入部１２０の左端内面に固定されたスプリング１３５が設けられ、当該Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの側面は、スプリング１３５により右方向に付勢されている。
【００９４】
そのため、冷却水の温度に応じて、ピストンロッド１３３ａが筐体から突出する形で移動する場合、（電極で接続された）熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及びその間に配置（固定）された熱伝導部材１３１が一体で左方向に移動される。また、ピストンロッド１３３ａが筐体内に挿入される形で移動する場合、スプリング１３５の付勢力により、（電極で接続された）熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及びその間に配置（固定）された熱伝導部材１３１が一体で右方向移動される。
【００９５】
即ち、熱伝導部材１３１と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度以上になると、サーモエレメント１３３の動作に対応して、右方向に移動される。また、冷却水の温度が所定温度より低くなると、サーモエレメント１３３の動作に対応して、その反対方向（左方向）に移動される。
【００９６】
図８に示すサーモエレメント１３３は、筐体内にピストンロッド１３３ａが収められた状態、即ち、冷却水導入部１１０内部の冷却水の温度が所定温度より低い状態を示している。このとき、排気ガス導入部１２０の内側面における断熱コート１２２が塗布された部分と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐの左右位置が一致するようになっている。
【００９７】
次に、図８、図１０を用いて、本実施形態に係る熱電発電装置１００の作用について説明する。
【００９８】
図１０は、本実施形態に係る熱電発電装置１００の動作を説明する図である。具体的には、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度以上の場合における熱電発電装置１００の状態を示す図７におけるＡ−Ａ断面図である。
【００９９】
なお、上述したサーモエレメント１３３の作動特性に関する上記所定温度は、第１の実施形態と同様、エンジン１の暖機が完了したと判断可能な温度に設定されてよく、例えば、エンジン１の暖機完了後のエンジン１の冷却水の温度の下限値（例えば、６０℃）に設定されてよい。
【０１００】
まず、図８を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度より低い状態、即ち、エンジン１の暖機状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体内に収まった状態（縮んだ状態）にある。このとき、排気ガス導入部１２０の内側面における断熱コート１２２の設けられた部分と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐとの左右位置が一致し、かつ、各断熱コート１２２の間の断熱コート１２２が設けられない部分と熱伝導部材１３１との左右位置が一致する。
【０１０１】
すると、熱伝導部材１３１は、第１の実施形態と同様、排気ガスが供給される排気ガス導入部１２０から冷却水が供給される冷却水導入部１１０に向けて熱伝導を行う。熱伝導部材１３１は、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐに比べて、十分に高い熱伝導率を有するため、排気ガスから冷却水への熱伝達が促進され、比較的低い冷却水の温度を迅速に上昇させ、エンジン１の暖機を早めることができる。
【０１０２】
一方、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、上述のとおり、そもそも、エンジン１の暖機完了後の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様となっている。そのため、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐと断熱コート１２２の左右位置が一致し、排気ガス導入部１２０から熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐの高温端面（受熱端面）への熱伝導が促進されなくとも問題がない。仮に、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐがエンジン１の暖機時の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様であった場合であっても、断熱コート１２２の介在により、熱電発電に必要な温度差が得られず、排気ガスの熱エネルギーが熱電発電により回収されることを防止できる。即ち、排気ガスの熱エネルギーが、熱伝導部材１３１を介した冷却水への熱伝達（熱伝導）により集中的に回収され、冷却水の温度上昇を促進させることができる。
【０１０３】
続いて、図１０を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水が所定温度以上の状態、即ち、エンジン１の暖機完了後の状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体から突出した状態（伸びた状態）にある。このとき、排気ガス導入部１２０の内側面における断熱コート１２２が設けられた部分と熱伝導部材１３１との左右位置が一致し、かつ、各断熱コート１２２の間の断熱コート１２２が設けられない部分と熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐとの左右位置が一致する。
【０１０４】
すると、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐは、高温部としての排気ガス導入部１２０と低温部としての冷却水導入部１１０との温度差に応じて、排気ガスの熱エネルギーを回収して、熱電発電を行う。
【０１０５】
一方、熱伝導部材１３１は、断熱コート１２２の介在により、排気ガス導入部１２０から熱伝導部材１３１への熱伝導が抑制され、排気ガスから冷却水への熱伝達（熱伝導）をほとんど行わない。そのため、エンジン１の暖機完了により比較的高温となっているエンジン１の冷却水の温度を必要以上に上昇させることがない。
【０１０６】
このように、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、エンジン１の暖機完了後において、熱伝導部材１３１による排気ガスから冷却水への熱伝導を抑制する熱伝導抑制部として、断熱コート１２２を塗布したが、他の断熱部材（断熱シート等）が用いられてもよい。また、断熱コート１２２が塗布される左右位置における排気ガス導入部１２０の内側面に（熱伝導抑制部として）凹部を設けることにより熱伝導部材１３１と排気ガス導入部１２０とを非接触として、熱伝導部材１３１による排気ガスから冷却水への熱伝導を抑制する等してもよい。
【０１０８】
また、本実施形態では、排気ガス導入部１２０（の内側面）側に熱伝導抑制部（断熱コート１２２）を設けたが、冷却水導入部１１０（の外側面）側に熱伝導抑制部（断熱コート１２２）を設けてもよいし、両方に設けてもよい。即ち、エンジン１の暖機完了後に、熱伝導部材１３１による排気ガスからエンジン冷却水への熱伝導を抑制するため、排気ガス導入部１２０から熱伝導部材１３１への熱伝導、及び、熱伝導部材１３１から冷却水導入部１１０への熱伝導の少なくとも一方が抑制されればよい。
【０１０９】
また、本実施形態に係る熱電発電装置１００は、排気ガス導入部１２０、冷却水導入部１１０が同軸の円形断面を有する外形形状を有するが、任意の外形形状を有してよい。例えば、排気ガス導入部１２０、冷却水導入部１１０が同軸の正方形断面、正多角形断面等を有してもよい。
【０１１０】
また、本実施形態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａとスプリング１３５により熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及び熱伝導部材１３１を移動させたが、第１の実施形態と同様、ピストンロッド１３３ａのみで、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及び熱伝導部材１３１を移動させてもよい。即ち、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及び熱伝導部材１３１を固定する固定枠を採用し、ピストンロッド１３３ａの先端を固定枠に接続することにより、熱電変換素子１３０ｎ、１３０ｐ及び熱伝導部材１３１を移動させてもよい。
【０１１１】
［変形例］
次いで、第２の実施形態に係る熱電発電装置１００の変形例について説明をする。
【０１１２】
なお、第２の実施形態と同様の構成要素には、同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明をする。
【０１１３】
図１１は、第２の実施形態に係る熱電発電装置１００の変形例の構成を示す断面図である。具体的には、図７におけるＡ−Ａ断面図を表している。
【０１１４】
変形例では、熱電変換部材１３０として、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎ、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの一方のみを適用する点が上述した第２の実施形態と異なる。
【０１１５】
図１１を参照するに、排気ガス導入部１２０（の内側面）と冷却水導入部１１０（の外側面）の間において、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐが左右方向に並べて配置される。そのため、隣接するＰ型熱電変換素子１３０ｐの外端面（高温端面）と内端面（低温端面）が電極１３４により直列接続される。
【０１１６】
なお、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの代わりに、Ｎ型熱電変換素子１３０ｎが適用されてもよい。
【０１１７】
隣接するＰ型熱電変換素子１３０ｐの外端面と内端面とを接続する電極１３４が、左右方向において、隣接するＰ型熱電変換素子１３０ｐの間に配置される。電極１３４のうち、各Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの間に配置される部分の左右方向における厚みは、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの左右方向における厚みと同等となっている。即ち、変形例では、電極１３４のうち、各Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの間に配置される部分に、熱伝導部材１３１の機能を持たせている。以下、電極１３４のうち、各Ｐ型熱電変換素子１３０ｐの間に配置される部分のことを「電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分」と称する場合がある。
【０１１８】
なお、電極１３４は、例えば、銅等の材料により構成され、第２の実施形態における熱伝導部材１３１と同様、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐより十分に高い熱伝導率を有する。
【０１１９】
次に、図１１、図１２を用いて、第２の実施形態に係る熱電発電装置１００の変形例の作用について説明をする。
【０１２０】
図１２は、第２の実施形態に係る熱電発電装置１００の変形例の動作を説明する図である。具体的には、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度以上の場合における熱電発電装置１００の変形例の状態を示す図７におけるＡ−Ａ断面図である。
【０１２１】
なお、上述したサーモエレメント１３３の作動特性に関する上記所定温度は、第１、第２の実施形態と同様、エンジン１の暖機が完了したと判断可能な温度に設定されてよく、例えば、エンジン１の暖機完了後のエンジン１の冷却水の温度の下限値（例えば、６０℃）に設定されてよい。
【０１２２】
まず、図１１を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水の温度が所定温度より低い状態、即ち、エンジン１の暖機状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体内に収まった状態（縮んだ状態）にある。このとき、排気ガス導入部１２０の内側面における断熱コート１２２の設けられた部分とＰ型熱電変換素子１３０ｐとの左右位置が一致し、かつ、各断熱コート１２２の間の断熱コート１２２が設けられない部分と電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分との左右位置が一致する。
【０１２３】
すると、電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分は、第１、第２の実施形態と同様、排気ガスが供給される排気ガス導入部１２０から冷却水が供給される冷却水導入部１１０に向けて熱伝導を行う。電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分は、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐに比べて、十分に高い熱伝導率を有するため、排気ガスから冷却水への熱伝達が促進され、比較的低い冷却水の温度を迅速に上昇させ、エンジン１の暖機を早めることができる。
【０１２４】
一方、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐは、上述のとおり、そもそも、エンジン１の暖機完了後の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様となっている。そのため、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐと断熱コート１２２の左右位置が一致し、排気ガス導入部１２０からＰ型熱電変換素子１３０ｐの高温端面（受熱端面）への熱伝導が促進されなくとも問題がない。仮に、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐがエンジン１の暖機時の排気ガスの温度に対応して熱電発電が可能な仕様であった場合であっても、断熱コート１２２の介在により、熱電発電に必要な温度差が得られず、排気ガスの熱エネルギーが熱電発電により回収されることを防止できる。即ち、排気ガスの熱エネルギーが、電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分を介した冷却水への熱伝達（熱伝導）により集中的に回収され、冷却水の温度上昇を促進させることができる。
【０１２５】
続いて、図１２を参照するに、冷却水導入部１１０内の冷却水が所定温度以上の状態、即ち、エンジン１の暖機完了後の状態では、サーモエレメント１３３のピストンロッド１３３ａが筐体から突出した状態（伸びた状態）にある。このとき、排気ガス導入部１２０の内側面における断熱コート１２２が設けられた部分と電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分の左右位置が一致し、かつ、各断熱コート１２２の間の断熱コート１２２が設けられない部分とＰ型熱電変換素子１３０ｐとの左右位置が一致する。
【０１２６】
すると、Ｐ型熱電変換素子１３０ｐは、高温部としての排気ガス導入部１２０と低温部としての冷却水導入部１１０との温度差に応じて、排気ガスの熱エネルギーを回収して、熱電発電を行う。
【０１２７】
一方、電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分は、断熱コート１２２の介在により、排気ガス導入部１２０から電極１３４の熱伝導部材１３１に相当する部分への熱伝導が抑制され、排気ガスから冷却水への熱伝達（熱伝導）をほとんど行わない。そのため、エンジン１の暖機完了により比較的高温となっているエンジン１の冷却水の温度を必要以上に上昇させることがない。
【０１２８】
このように、本変形例に係る熱電発電装置１００は、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１３０】
例えば、上述した実施形態及び変形例では、冷却水の温度に応じて、熱電変換部材１３０及び熱伝導部材１３１（に相当する部分）を移動させる手段として、サーモエレメント１３３を用いたが、冷却水の温度に応じて移動可能な手段であれば、任意の手段が適用されてよい。例えば、冷却水の温度を検出する温度センサと該温度センサの検出値に応じて駆動する電磁ソレノイド等が適用されてよい。
【０１３１】
また、上述した実施形態及び変形例では、エンジン１の状態（暖機状態又は暖機完了状態）を判断するため、エンジン１の温度に対応して温度が変化する所定部材として冷却水を用いたが、エンジン１の状態が判断可能であれば、任意の部材が適用されてよい。例えば、上記のように、温度センサを用いる場合は、エンジン１の温度そのものを検出してもよいし、排気ガスの温度を検出してもよい。そして、その温度に応じて、電磁ソレノイド等を駆動させるとよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１  エンジン
１０  排気系
１１  エキゾーストマニホールド
１２  排気管
１３  触媒
１４  マフラ
２０  冷却系
２１  導出管
２２  サーモスタット
２３、２５、２７  冷却水管
２４  ラジエータ
２６  バイパス管
２８  ウォータポンプ
３０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
４０  バッテリ
１００  熱電発電装置
１１０  冷却水導入部（低温部）
１１１  冷却水入口
１１２  冷却水出口
１１３  断熱コート（熱伝導抑制部）
１２０  排気ガス導入部（高温部）
１２１  フィン
１２２  断熱コート（熱伝導抑制部）
１３０  熱電変換部材
１３０ｍ  熱電変換モジュール
１３０ｎ  Ｎ型熱電変換素子
１３０ｐ  Ｐ型熱電変換素子
１３１  熱伝導部材
１３２  固定枠
１３３  サーモエレメント
１３３ａ  ピストンロッド
１３４、１３４ｃ、１３４ｈ  電極
１３５  スプリング
【図１】
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【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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【図１２】
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