(57)【要約】【課題】沿面放電を抑制し、破損を防止することができる発電システムを提供すること。【解決手段】発電システム１が、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の温度変化により温度が経時的に上下され、電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、第１デバイス３の温度を検知する温度センサ８と、第１デバイス３に電圧を印加する電圧印加装置９とを備える。また、第２デバイス４は、互いに異なる極性を有する第１電極４ａおよび第２電極４ｂを備え、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが、互いに対向するように、第１デバイス３に埋設される。【選択図】図１
2017135906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が経時的に上下する熱源と、
前記熱源の温度変化により温度が経時的に上下され、電気分極する第１デバイスと、
前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、
前記第１デバイスの温度を検知する検知手段と、
前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記第２デバイスは、
互いに異なる極性を有する第１電極および第２電極を備え、
前記第１電極および前記第２電極は、互いに対向するように、前記第１デバイスに埋設されている
ことを特徴とする、発電システム。
【請求項２】
前記熱源が、エンジン、および、前記エンジンから排ガスを排出させるための排気管を備える内燃機関であり、
前記第１デバイスおよび前記第２デバイスが、前記排気管内に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されている。
【０００４】
このような方法として、具体的には、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、その熱源の温度変化により電気分極する第１デバイス（誘電体など）と、第１デバイスから電力を取り出すため、第１デバイスを挟んで対向配置される第２デバイス（電極など）とを備える発電システムが提案されている。また、その第１デバイスの温度などに応じて、第２デバイスとして備えられる電極に通電し、第１デバイスに対して電圧を印加することにより、発電効率の向上を図ることが、提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８６３５１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発電システムでは、第１デバイスを挟む電極が露出しているため、その電極に通電することにより沿面放電が生じ、発電システムの破損を惹起する場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、沿面放電を抑制し、破損を防止することができる発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明［１］は、温度が経時的に上下する熱源と、前記熱源の温度変化により温度が経時的に上下され、電気分極する第１デバイスと、前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、前記第１デバイスの温度を検知する検知手段と、前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記第２デバイスは、互いに異なる極性を有する第１電極および第２電極を備え、前記第１電極および前記第２電極は、互いに対向するように、前記第１デバイスに埋設されている、発電システムを含んでいる。
【０００９】
また、本発明［２］は、前記熱源が、エンジン、および、前記エンジンから排ガスを排出させるための排気管を備える内燃機関であり、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスが、前記排気管内に配置される、上記［１］に記載の発電システムを含んでいる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発電システムでは、第１電極および第２電極が第１デバイスに埋設されており、外気に露出していないため、第１電極および第２電極が通電される場合にも、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の発電システムの他の実施形態における第１デバイス、第１電極および第２電極を示す概略図であって、図２Ａは、複数の第１電極と、複数の第２電極とが、第１デバイスに埋設されていている形態、図２Ｂは、第１電極の長手方向一方側端縁、および、第２電極の長手方向他方側端縁が、第１デバイスの周端縁から露出している形態、図２Ｃは、第１電極の長手方向両端縁、および、第２電極の長手方向両端縁が、第１デバイスの周端縁から露出している形態をそれぞれ示す。
【図３】図３は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】図４は、図３に示す発電システムの要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、発電システム１は、温度が経時的に上下する熱源２と、熱源２の温度変化により温度が経時的に上下され、電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、第１デバイス３の温度を検知する検知手段としての温度センサ８と、第１デバイス３に電圧を印加する電圧印加手段としての電圧印加装置９と、その電圧印加装置９を作動および停止させるための制御ユニット１０とを備えている。
【００１４】
熱源２としては、温度が経時的に上下する熱源、具体的には、経時により周期的に温度変化する熱源であれば、特に制限されないが、例えば、内燃機関、発光装置などの各種エネルギー利用装置が挙げられる。
【００１５】
内燃機関は、例えば、車両などの動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。
【００１６】
このような内燃機関では、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返されており、これにより、例えば、４サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施され、燃料が燃焼され、動力が出力されている。
【００１７】
このような内燃機関において、排気工程では、高温の排気ガスが、排気ガス管を介して排気され、その排気ガスを熱媒体として熱エネルギーが伝達され、排気ガス管の内部温度が上昇する。
【００１８】
一方、その他の工程（排気工程を除く工程）では、排気ガス管中の排気ガス量が低減されるため、排気ガス管の内部温度は、排気工程に比べて、下降する。
【００１９】
このように、内燃機関の温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００２０】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、内燃機関における各気筒の排気ガス管の内部は、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００２１】
発光装置は、点灯（発光）時には、例えば、赤外線、可視光などの光を熱媒体として、その熱エネルギーにより温度上昇し、一方、消灯時には温度低下する。そのため、発光装置は、経時的に、点灯（発光）および消灯することにより、その温度が経時的に上下する。
【００２２】
とりわけ、例えば、発光装置が、経時的に照明の点灯および消灯が断続的に繰り返される発光装置（明滅（点滅）式の発光装置）である場合には、その発光装置は、点灯（発光）時における光の熱エネルギーにより、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００２３】
また、熱源２としては、さらに、例えば、複数の熱源を備え、それら複数の熱源間の切り替えにより、温度変化を生じることもできる。
【００２４】
より具体的には、例えば、熱源として、低温熱源（冷却材など）と、その低温熱源より温度の高い高温熱源（例えば、加熱材など）との２つの熱源を用意し、経時的に、それら低温熱源および高温熱源を、交互に切り替えて用いる形態が挙げられる。
【００２５】
これにより、熱源としての温度を、経時的に上下させることができ、とりわけ、低温熱源および高温熱源の切り替えを、周期的に繰り返すことにより、周期的に温度変化させることができる。
【００２６】
切り替え可能な複数の熱源を備える熱源２としては、特に制限されないが、例えば、燃焼用低温空気供給系、蓄熱式熱交換器、高温ガス排気系、および、供給／排気切替弁を備えた高温空気燃焼炉（例えば、再公表９６−５４７４号公報に記載される高温気体発生装置）、例えば、高温熱源、低温熱源および水素吸蔵合金を用いた海水交換装置（水素吸蔵合金アクチュエータ式海水交換装置）などが挙げられる。
【００２７】
これら熱源２としては、上記熱源を単独使用または２種類以上併用することができる。
【００２８】
また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。
【００２９】
第１デバイス３は、熱源２の温度変化に応じて電気分極するデバイスである。
【００３０】
ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および／または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。
【００３１】
このような第１デバイス３として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。
【００３２】
ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。
【００３３】
このようなピエゾ効果により電気分極する第１デバイス３としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００３４】
第１デバイス３としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が、公知の固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、熱源２に接触するか、または、熱源２の熱を伝達する熱媒体（上記した排気ガス、光など）に接触（曝露）されるように配置される。
【００３５】
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、熱源２の経時的な温度変化により、（場合により熱媒体（上記した排気ガス、光など）を介して）加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。
【００３６】
このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果（圧電効果）、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。
【００３７】
また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定（すなわち、体積一定）になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００３８】
そのため、上記したように熱源２が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００３９】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００４０】
焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。
【００４１】
第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。
【００４２】
また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。
【００４３】
このような焦電効果により電気分極するデバイスとしては、特に制限されず、公知の焦電素子を用いることができる。
【００４４】
第１デバイス３として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、熱源２に接触するか、または、熱源２の熱を伝達する熱媒体（上記した排気ガス、光など）に接触（曝露）されるように配置される。
【００４５】
このような場合において、焦電素子は、熱源２の経時的な温度変化により、（場合により熱媒体（上記した排気ガス、光など）を介して）加熱または冷却され、その焦電効果（第１効果および第２効果を含む）により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。
【００４６】
また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００４７】
そのため、上記したように熱源２が周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００４８】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００４９】
このような第１デバイス３として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子（例えば、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ３、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＳｍ２Ｔｉ４Ｏ１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）、Ｃａ３（ＶＯ４）２、Ｃａ３（ＶＯ４）２／Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３／Ｎｉ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＴａＯ３／Ｎｉ、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３、Ｌｉ（Ｎｂ０．４Ｔａ０．６）Ｏ３／Ｎｉ、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２、Ｃａ３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ４｝２／Ｎｉなどを用いることができる。
【００５０】
また、第１デバイス３としては、さらに、ＬａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＭｇＮｂＯ３、ＣａＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３、（Ｂｉ１／２Ｋ１／４Ｎａ１／４）ＮｂＯ３、（Ｓｒ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｂａ１／１００（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９９／１００）ＮｂＯ３、（Ｌｉ１／１０（Ｋ１／２Ｎａ１／２）９／１０）ＮｂＯ３などの誘電体や、例えば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３、Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３などのリラクサーペロブスカイト型結晶構造の誘電体などを用いることもできる。
【００５１】
これら第１デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００５２】
第１デバイス３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。
【００５３】
また、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。
【００５４】
なお、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））は、熱源２の温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。
【００５５】
例えば、配向分極によって分極が発現する材料（例えば、液晶材料など）では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。
【００５６】
第１デバイス３の形状は、特に制限されず、板状、立方体状、塊状、シート状など、種々の形状が採用される。
【００５７】
また、第１デバイス３には、後述する第２デバイス４が埋設されている。換言すれば、第１デバイス３は、第２デバイス４を被覆しており、第１デバイス３の表面が外気に露出されている。
【００５８】
第２デバイス４は、互いに異なる極性を有する第１電極４ａおよび第２電極４ｂを備えている。
【００５９】
第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、例えば、金電極、銀電極などであって、任意の形状に形成されている。第１電極４ａおよび第２電極４ｂの形状としては、特に制限されないが、例えば、板状、円盤状、針状などが挙げられ、好ましくは、板状が挙げられる。
【００６０】
第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、互いに対向するように、第１デバイス３に埋設されている。これにより、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、外気に露出することなく、表面、裏面および周側面のすべて（すなわち、全面）が第１デバイス３に被覆されている。
【００６１】
また、第２デバイス４は、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに接続される導線を備えている。具体的には、導線の一方側端部が、第１デバイス３に埋設され、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに接続されている。また、導線の他方側端部は、昇圧器５、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。
【００６２】
これにより、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、第１デバイス３から電力を取り出すための電極として使用可能とされる。
【００６３】
また、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、導線を介して、電圧印加装置９（後述）に電気的に接続されている。
【００６４】
これにより、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、第１デバイス３に電圧を印加するための電極として、使用可能とされている。
【００６５】
温度センサ８は、第１デバイス３の温度を検知するため、第１デバイス３に近接または接触して設けられる。温度センサ８は、第１デバイス３の温度として、第１デバイス３の表面温度を直接検知するか、または、第１デバイス３の周囲の雰囲気温度を検知し、例えば、赤外放射温度計や、熱電対温度計などの公知の温度センサが用いられる。
【００６６】
電圧印加装置９は、電圧印加電源３１を備えている。電圧印加電源３１は、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに通電し、第１デバイス３に電圧を印加するために備えられており、導線を介して、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに接続されている。
【００６７】
制御ユニット１０は、発電システム１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
【００６８】
この制御ユニット１０は、温度センサ８および電圧印加装置９に電気的に接続されており、後述するように、上記した温度センサ８による検知温度に応じて、電圧印加装置９を作動および停止させる。
【００６９】
このような発電システム１により発電するには、例えば、まず、熱源２の温度を経時的に上下、具体的には、周期的に温度変化させ、その熱源２により、第１デバイス３を、加熱および／または冷却する。
【００７０】
このような発電システム１において、熱源２の温度は、高温状態における温度が、例えば、１００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、５０〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。
【００７１】
また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、１０〜４００サイクル／秒、好ましくは、３０〜１００サイクル／秒である。
【００７２】
そして、このような温度変化に応じて、上記した第１デバイス３を、周期的に電気分極させる。その後、第２デバイス４を介することにより、電力を、第１デバイス３の周期的な電気分極に応じて周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【００７３】
また、このような発電システム１では、より効率的に発電するため、第１デバイス３の温度状態に応じて、第１デバイス３に電圧を印加する。
【００７４】
すなわち、この発電システム１では、上記した熱源２による加熱および／または冷却とともに、上記した温度センサ８により第１デバイス３の温度を検知し、その温度の検知に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止させる。
【００７５】
より具体的には、この発電システム１では、上記した熱源２による加熱および／または冷却とともに、温度センサ８によって、第１デバイス３の温度を連続的に測定し、第１デバイス３が昇温状態であるか、降温状態であるかを検知する。例えば、温度センサ８によって検知される第１デバイス３の温度が、予め設定された所定の値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上上昇したときに、昇温状態であると検知され、また、第１デバイス３の温度が、予め設定された所定の値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上下降したときに、降温状態であると検知される。
【００７６】
そして、この発電システム１では、第１デバイス３が昇温状態であると検知されたときには、電圧印加装置９を作動させ、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに通電して、第１デバイス３に所定の電圧を印加する。なお、電圧の大きさは、目的および用途に応じて、適宜設定される。電圧を印加する時間は、第１デバイス３が降温状態に至るまでであり、具体的には、昇温状態中である。
【００７７】
そして、第１デバイス３が降温状態であると検知されたときには、制御ユニット１０によって電圧印加装置９を停止させ、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに対する通電を停止し、第１デバイス３に対する電圧の印加を停止する。電圧の印加を停止する時間は、第１デバイス３が昇温状態に至るまでであり、具体的には、降温状態中である。
【００７８】
すなわち、上記の発電システム１では、第１デバイス３の昇温が検知されたときには、電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に電圧が印加される。一方、第１デバイス３の降温が検知されたときには、電圧印加装置９が停止され、電圧の印加が停止される。
【００７９】
このように電圧印加装置９を作動させ、第１デバイス３に電圧を印加することにより、第１デバイス３から効率的に電力を取り出すことができる。
【００８０】
また、この発電システム１では、取り出された電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器５において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧する。昇圧器５としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。次いで、昇圧器５において昇圧された電力を、交流／直流変換器６において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。
【００８１】
このようにして、発電システム１では、第１デバイス３から電力を取り出すことができる。
【００８２】
そして、上記の発電システム１によれば、温度が経時的に上下する熱源２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。また、熱源２が、周期的に温度変化する熱源であれば、電力を、周期的に変動する波形として取り出すことができ、その結果、簡易な構成により、より優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【００８３】
一方、発電システム１において、例えば、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが第１デバイス３を挟むように配置され、第１電極４ａの厚み方向一方側表面、第２電極４ｂの厚み方向他方側表面などが外気に露出している場合、電圧印加装置９によって第１電極４ａおよび第２電極４ｂに通電したときに、沿面放電が生じ、発電システム１の破損を惹起する場合がある。
【００８４】
これに対して、上記の発電システム１は、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが第１デバイス３に埋設されており、外気に露出していないため、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが通電される場合にも、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができる。
【００８５】
なお、上記した説明では、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、それぞれ１つずつ第１デバイス３に埋設されているが、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの数は、特に制限されず、例えば、図２Ａに示すように、複数の第１電極４ａと、複数の第２電極４ｂとが、第１デバイス３に埋設されていてもよい。
【００８６】
このような場合には、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが厚み方向において交互に配置されるように、第１デバイス３に埋設され、第１電極４ａと第２電極４ｂとが、互いに対向する。
【００８７】
このような場合にも、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが第１デバイス３に埋設されており、外気に露出していないため、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが通電される場合にも、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができる。
【００８８】
また、上記した説明では、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの表面、裏面および周側面のすべて（全面）が第１デバイス３に埋設されるように、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを配置しているが、例えば、図２Ｂに示すように、第１電極４ａの長手方向一方側（紙面右側）側端面、第２電極４ｂの長手方向他方側（紙面左側）側端面などが、第１デバイス３の周端面から露出していてもよく、また、図２Ｃに示すように、第１電極４ａの長手方向両端面、および、第２電極４ｂの長手方向両端面が、第１デバイス３の周端面から露出していてもよい。
【００８９】
このような場合にも、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの大部分が第１デバイス３に埋設されており、外気に露出している面積が少ないため、例えば、第１電極４ａの厚み方向一方側（紙面上側）面、第２電極４ｂの厚み方向他方（紙面下側）面などが外気に露出する場合に比べ、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができる。
【００９０】
沿面放電を抑制し、発電デバイスの損傷を防止する観点から、好ましくは、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの全面が第１デバイス３に埋設される形態（図１、図２Ａ）、第１電極４ａの長手方向一方側端面、第２電極４ｂの長手方向他方側端面が、第１デバイス３の周端面から露出している形態（図２Ｂ）が挙げられ、さらに好ましくは、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの全面が第１デバイス３に埋設される形態（図１、図２Ａ）が挙げられる。とりわけ好ましくは、複数の第１電極４ａおよび複数の第２電極４ｂの全面が第１デバイス３に埋設される形態（図２Ａ）が挙げられる。
【００９１】
そして、このような発電システム１は、上記したように、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができるため、自動車などの車両に搭載される発電システムとして、好適に用いられる。
【００９２】
図３は、本発明の発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図、図４は、図３に示す発電システムの要部拡大図である。
【００９３】
図３において、自動車２５は、内燃機関１１、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を備えている。
【００９４】
内燃機関１１は、エンジン１６、および、エンジン１６から排ガスを排出させるための排気管としてのエキゾーストマニホールド１７を備えている。
【００９５】
エンジン１６は、多気筒（４気筒型）多サイクル（４サイクル）方式のエンジンであって、各気筒に、エキゾーストマニホールド１７の分岐管１８（後述）の上流側端部が接続されている。
【００９６】
エキゾーストマニホールド１７は、エンジン１６の各気筒から排出される排気ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン１６の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管１８（これらを区別する必要がある場合には、図３の上側から順に、分岐管１８ａ、分岐管１８ｂ、分岐管１８ｃおよび分岐管１８ｄと称する。）と、それら分岐管１８の下流側において、各分岐管１８を１つに統合する集気管１９とを備えている。
【００９７】
また、各分岐管１８は、その流れ方向途中において、箱型空間２０を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２０は、分岐管１８に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側において、複数の第１デバイス３と、第２デバイス４とを備えている（図４参照）。
【００９８】
なお、図３においては、複数の第１デバイス３を簡略化し、１つの箱型空間２０に対して、１つの第１デバイス３を示している。
【００９９】
このようなエキゾーストマニホールド１７では、分岐管１８の上流側端部が、それぞれ、エンジン１６の各気筒に接続されるとともに、分岐管１８の下流側端部と集気管１９の上流側端部とが接続されている。また、集気管１９の下流側端部は、触媒搭載部１２の上流側端部に接続されている。
【０１００】
触媒搭載部１２は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、内燃機関１１から排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、内燃機関１１（エキゾーストマニホールド１７）の下流側端部に接続されている。
【０１０１】
エキゾーストパイプ１３は、触媒搭載部１２において浄化された排気ガスをマフラー１４に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１２に接続されるとともに、下流側端部がマフラー１４に接続されている。
【０１０２】
マフラー１４は、エンジン１６（とりわけ、爆発工程）において生じる騒音を、静音化するために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ１３の下流側端部に接続されている。また、マフラー１４の下流側端部は、排出パイプ１５の上流側端部に接続されている。
【０１０３】
排出パイプ１５は、エンジン１６から排出され、エキゾーストマニホールド１７、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３およびマフラー１４を順次通過し、浄化および静音化された排気ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー１４の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。
【０１０４】
そして、この自動車２５は、上記した発電システム１を搭載している。
【０１０５】
発電システム１は、上記したように、熱源２、第１デバイス３、第２デバイス４、バッテリー７、温度センサ８、電圧印加装置９および制御ユニット１０を備えている。
【０１０６】
この発電システム１では、熱源２として、内燃機関１１が用いられている。換言すれば、熱源２は、エンジン１６、および、エキゾーストマニホールド１７を備える内燃機関１１である。また、この発電システム１では、図３および図４が参照されるように、各分岐管１８の箱型空間２０内には、第１デバイス３が配置されている。
【０１０７】
第１デバイス３は、箱型空間２０内において、互いに間隔を隔てて複数整列配置されるとともに、図示しない固定部材により、固定されている。
【０１０８】
これにより、第１デバイス３の表面および裏面の両面、さらには、周側面は、箱型空間２０内の外気に露出され、排気ガスに接触（曝露）可能とされている。
【０１０９】
第２デバイス４は、上記したように、第１電極４ａ、第２電極４ｂおよびそれらを接続する導線を備えている。図４においては、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは図示されていないが、図３の拡大図が参照されるように、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、互いに対向するように、第１デバイス３に埋設されている。
【０１１０】
温度センサ８は、図３の拡大図に示すように、各分岐管１８内において、複数の第１デバイス３の上流側（排気ガスの流れ方向）近傍に配置され、それらの温度を検知可能に設けられている。
【０１１１】
なお、温度センサ８は、複数の第１デバイス３（図４参照）の温度を検知できるように設けることができれば、その数は特に制限されず、必要により単数または複数設けられる。
【０１１２】
電圧印加装置９は、上記したように、電圧印加電源３１を備えており、導線を介して、第１電極４ａおよび第２電極４ｂに接続されている。
【０１１３】
制御ユニット１０は、箱型空間２０の外部において、破線で示すように、温度センサ８および電圧印加装置９に電気的に接続されている。
【０１１４】
具体的には、制御ユニット１０は、分岐導線などによって、各箱型空間２０に設けられる温度センサ８のそれぞれに並列的に接続されるとともに、電圧印加装置９に接続されている。
【０１１５】
また、発電システム１は、図３に示すように、昇圧器５、交流／直流変換器６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。
【０１１６】
そして、このような自動車２５では、エンジン１６の駆動により、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が順次実施され、その温度が経時的に上下される。
【０１１７】
より具体的には、例えば、分岐管１８ａに接続される気筒、および、分岐管１８ｃに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、高温の排気ガスが、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部を排気工程において通過する。
【０１１８】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガス（熱媒体）を介して伝達され、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【０１１９】
一方、それら２つの気筒とはタイミングを異にして、分岐管１８ｂに接続される気筒、および、分岐管１８ｄに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃとは異なるタイミングにおいて、高温の排気ガスが、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部を排気工程において通過する。
【０１２０】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガス（熱媒体）を介して伝達され、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度は、排気工程において上昇し、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）において下降するので、ピストンサイクルに応じて、経時的に上下し、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【０１２１】
この周期的な温度変化は、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの周期的な温度変化とは、周期が同じである一方、位相が異なる。
【０１２２】
そして、この発電システム１では、上記したように、各分岐管１８の内部（箱型空間２０内）に、第１デバイス３が配置されている。
【０１２３】
そのため、エンジン１６から排出される排気ガスが、分岐管１８内に導入され、箱型空間２０内に充填されると、その箱型空間２０内において、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）が、排気ガス（熱媒体）に接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。
【０１２４】
すなわち、第１デバイス３の表面および裏面の両面が、エンジン１６、および、そのエンジン１６の熱を伝達する熱媒体の経時的な温度変化により、加熱および／または冷却される。
【０１２５】
そして、これにより、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、その素子（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、電気分極させることができる。
【０１２６】
そのため、この発電システム１では、第２デバイス４（第１デバイス３に埋設される第１電極４ａおよび第２電極４ｂ）を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【０１２７】
なお、熱源２として内燃機関１１を用いる場合、発電システム１では、第１デバイス３は、内燃機関１１により加熱および／または冷却されるため、実質的に定温状態になることなく、昇温状態および降温状態が繰り返される。
【０１２８】
また、この発電システム１では、上記したように、第１デバイス３の温度を温度センサ８によって連続的に検知する。そして、第１デバイス３の昇温が検知されたときには、電圧印加装置９を作動させ、第１デバイス３に電圧を印加する。また、第１デバイス３の降温が検知されたときには、電圧印加装置９を停止させ、第１デバイス３に対する電圧の印加を停止させる。
【０１２９】
このように電圧印加装置９を作動させ、第１デバイス３に電圧を印加することにより、第１デバイス３から効率的に電力を取り出すことができる。
【０１３０】
その後、この方法では、必要により、上記により得られた電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器（図示せず）において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧し、次いで、必要により、昇圧された電力を、交流／直流変換器（図示せず）において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。バッテリー７に蓄電された電力は、自動車２５や、自動車２５に搭載される各種電気部品の動力などとして、適宜、用いることができる。
【０１３１】
なお、各分岐管１８を通過した排気ガスは、集気管１９に供給され、集気された後、触媒搭載部１２に供給され、その触媒搭載部１２に備えられる触媒により浄化される。その後、排気ガスは、エキゾーストパイプ１３に供給され、マフラー１４において静音化された後、排出パイプ１５を介して、外気に排出される。
【０１３２】
そして、上記の発電システム１は、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが第１デバイス３に埋設されており、外気に露出していないため、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが通電される場合にも、沿面放電を抑制することができ、発電デバイスの損傷を防止することができる。
【０１３３】
また、上記の発電システム１では、熱源２として内燃機関１１が用いられており、第１デバイス３および第２デバイス４が、エキゾーストマニホールド１７内に配置されている。
【０１３４】
このような場合、例えば、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが第１デバイス３に埋設されておらず、第１デバイス３を挟むようにして外気に露出している場合には、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、エキゾーストマニホールド１７内の水分や不純物に曝露され、汚染される場合がある。
【０１３５】
この点、例えば、第１デバイス３、第１電極４ａおよび第２電極４ｂをカバー材で被覆し、水分や不純物による汚染を防止することも検討される。しかし、第１デバイス３、第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、エキゾーストマニホールド１７内において、加熱および冷却され、熱膨張および熱収縮する場合がある。このような場合、第１デバイス３、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの熱膨張率と異なる熱膨張率を有するカバー材を用いると、第１デバイス３、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが熱膨張および熱収縮したときに、カバー材が破損する場合がある。
【０１３６】
これらに対して、上記の発電システム１では、第１電極４ａおよび第２電極４ｂが、が第１デバイス３に埋設されており、外気に露出していないため、カバー材を用いることなく、水分や不純物による汚染を防止することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１      発電システム
２      熱源
３      第１デバイス
４      第２デバイス
４ａ    第１電極
４ｂ    第２電極
【図１】
2017135906.tif 000003
【図２】
2017135906.tif 000004
【図３】
2017135906.tif 000005
【図４】
2017135906.tif 000006