(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平に形成されて冷却水が流れる冷却管と、
冷却風により冷却されて前記冷却管を伝熱冷却する冷却フィンと、
を備え、
前記冷却水は、車両搭載被冷却熱源と前記管との間を循環する車両用ラジエータにおいて、
前記冷却管の表面に電気導通可能に密着されるＰ型熱電半導体素子に設けられる第一の冷却フィン部と、前記冷却管の表面に電気導通可能に密着されるＮ型熱電半導体素子に設けられる第二の冷却フィン部とを備えることを特徴とする車両用ラジエータ。
【請求項２】
請求項１記載の車両用ラジエータにおいて、
入出力絶縁可能に変圧する絶縁トランスを有して前記熱電半導体素子が発電した直流電力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータを有する車両用ラジエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電変換装置を装備する熱電変換装置付き車両用ラジエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−２２７０９２公報は、エンジン冷却用の車両用ラジエータの表面に熱電変換素子の裏面を固定し、ラジエータ冷却用の冷却風又は車両走行風がこの熱電変換素子の表面にも当たるように構成することにより、この熱電変換素子による発電を行う熱電変換装置付き車両用ラジエータを提案している。
【０００３】
この熱電変換装置付き車両用ラジエータによれば、エンジン廃熱を用いて発電を行うので、熱電変換装置を流れる熱量だけ冷却水の冷却ができるので、熱発生装置を必要とせず発電電力を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の熱電変換装置付きラジエータでは、熱電変換素子の発電能力が小さいという問題があった。更に説明すると、このラジエータでは、熱電変換素子の表面に存在する空気境界層の大きな熱抵抗により熱電変換素子の表面温度が冷却風温度よりかなり高くなってしまいうえに、冷却風はラジエータの表面および熱電変換素子の表面をともに冷却するため、ラジエータ表面すなわち熱電変換素子の裏面と熱電変換素子の表面との間の熱落差がもともと小さいため、その両端温度差に依存する熱電変換素子の発電能力は非常に小さくなってしまうという本質的な欠点が解決されていなかった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、従来より格段に優れた発電能力を実現可能な熱電変換装置付き車両用ラジエータを提供することを、その解決するべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した請求項１の記載の発明は、扁平に形成されて冷却水が流れる冷却管と、冷却風により冷却されて前記冷却管を伝熱冷却する冷却フィンとを備え、前記冷却水は、車両搭載被冷却熱源と前記管との間を循環する車両用ラジエータにおいて、前記冷却管の表面に電気導通可能に密着されるＰ型熱電半導体素子に設けられる第一の冷却フィン部と、前記冷却管の表面に電気導通可能に密着されるＮ型熱電半導体素子に設けられる第二の冷却フィン部とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、Ｐ型熱電半導体素子とＮ型熱電半導体素子とに個別に冷却ファンを設けるため、冷却ファン間により両熱電半導体素子の電流が短絡されることがなく、発電効率を向上できるとともに、冷却ファンを通じて電力を取り出すこともできる。
【００１０】
好適な態様において、入出力絶縁可能に変圧する絶縁トランスを有して前記熱電半導体素子が発電した直流電力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータを有する。このようにすれば、通常大地電位をもつ冷却管や冷却フィンとＰ型及びＮ型の両熱電半導体素子との間の電気絶縁が不要となるので、この電気絶縁のための絶縁層の熱落差を排除することができ、その結果として冷却管や冷却フィンと熱電半導体素子との間の熱落差を縮小して、発電性能を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下、本発明を実施の形態により具体的に説明する。
（第1実施形態）
本発明の車両用ラジエータの第１実施形態を図１に基づいて以下に説明する。
【００１２】
この車両用ラジエータは、互いに平行な多数の扁平伝熱管と、各扁平伝熱管の上流端が接続された上流側ヘッダと、各扁平伝熱管の下流端が接続される下流側ヘッダと、互いに隣接する二本の扁平伝熱管の間に配置されてこれら扁平伝熱管に接合される冷却フィンとを有している。
【００１３】
図１は、車両用ラジエータの要部模式正面図である。
【００１４】
１は扁平伝熱管、２は絶縁シート、３は吸熱側電極板、４はＰ型熱電半導体素子、５はＮ型熱電半導体素子、６は放熱側電極板、７は絶縁シート、８は冷却フィンである。なお、絶縁シート２、７を設ける代わりに、吸熱側電極板３、放熱側電極板６の表面に電気絶縁層を形成してもよい。もちろん、この場合、この絶縁層は熱電半導体素子４、５と電極板３、６との接触部分には設けられない。
【００１５】
吸熱側電極板３、Ｐ型熱電半導体素子４、Ｎ型熱電半導体素子５、放熱側電極板６は、つづら折れ状に接合されて公知の直列型熱電発電ユニットを構成している。この直列型熱電発電ユニットは、絶縁シート２、７を介して扁平伝熱管１の上流部の平坦な表面と冷却フィン８との間に圧入され、冷却フィン８の弾性変形により安定に保持されている。
【００１６】
扁平伝熱管１にエンジンの冷却水を注入し、冷却ファンが形成した冷却風又は車両走行風により冷却フィン８を冷却することにより、扁平伝熱管１は高温熱源となり、冷却フィン８は低温熱源となり、直列型熱電発電ユニットは発電を行い、最も左端の吸熱側電極板３と最も右端の放熱側電極板６との間に熱電電圧が発生する。
【００１７】
発電電圧は、出力電圧可変型ＤＣ−ＤＣコンバータにより必要電圧に変換されてバッテリに印加される。出力電圧可変型ＤＣ−ＤＣコンバータとしては、たとえば所定周期で断続されるチョッパトランジスタとチョークコイルとを用いる公知のチョッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、チョッパトランジスタの通電率を制御することにより実施することができる。
【００１８】
なお、扁平伝熱管１の中下流部においては、冷却フィン８は扁平伝熱管１の表面に直接接合されている。このようにすれば、上下に隣接する一対の扁平伝熱管１の間に介設される冷却フィン８と、その下側の扁平伝熱管１との間に圧入される熱電発電ユニットを冷却フィン８の弾性変形により安定かつ電気絶縁可能に保持することができるので、廃熱による発電を既存のラジエータ構造を用いて簡素に構成することができる。
（第２実施形態）
本発明の車両用ラジエータの第２実施形態を図２に基づいて以下に説明する。
【００１９】
この車両用ラジエータは、一対のヘッダに両端を連結され、かつ、互いに平行な多数の扁平伝熱管１と、これら扁平伝熱管１の間に介設される冷却フィンを用いる通常のラジエータ構造を用いる点では、従来と同じである。
【００２０】
ただし、この実施形態では、扁平伝熱管１の上流部において、Ｐ型熱電半導体素子４とＮ型熱電半導体素子５とがはんだ付けなどにより直接接合されている。
【００２１】
この実施例では、互いに対向して一対のＰ型熱電半導体素子４、４が配置され、これら一対のＰ型熱電半導体素子４、４の間に第一の冷却フィン８１が配置されている。Ｐ型熱電半導体素子４は金属薄板９１を介して第一の冷却フィン８１にたとえばはんだ付けなどにより接合されている。
【００２２】
同様に、互いに対向して一対のＮ型熱電半導体素子５、５が配置され、これら一対のＮ型熱電半導体素子５、５の間に第二の冷却フィン８２が配置されている。Ｎ型熱電半導体素子５は金属薄板９２を介して第二の冷却フィン８２にたとえばはんだ付けなどにより接合されている。
【００２３】
この実施態様では、金属薄板９１、９２の間に発生する直流電圧が小さく、かつ、金属薄板９１、９２は、接地電位をもつ扁平伝熱管１を挟んで正負の小電位となるので、入出力絶縁型の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を通じて必要電圧に昇圧し、バッテリ１１を充電する。なお、金属薄板９１、９２は必須ではなく、冷却フィン８１、８２を熱電半導体素子４、５に直接に接合してもよいが、金属薄板９１、９２を介在することにより冷却フィン８１、８２と熱電半導体素子４、５との間の熱抵抗を低減することができるとともに、金属薄板９１、９２を集電電極として用いることもできるので、好適である。
【００２４】
この実施例で用いる入出力絶縁型の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の一例を図３に示す。１０１〜１０４はＭＯＳトランジスタ、１０５は昇圧トランス、１０６は全波整流回路、１０７は平滑回路である。
【００２５】
ＭＯＳトランジスタ１０１〜１０４はブリッジ型インバータを構成しており、所定周期でトランジスタ１０１、１０４のペアと、トランジスタ１０２、１０３とのペアとを１８０度位相で断続することにより、昇圧トランス１０５に交流電圧が印加され、昇圧トランス１０５で昇圧された交流電圧は全波整流回路１０６で整流され、平滑回路１０７で平滑されてバッテリに供給される。
【００２６】
なお、熱電半導体素子５はＢｉ−Ｔｅ−Ｓｅ系の材料（Ｎ型）やＢｉ−Ｓｂ−Ｔｅ系などの公知の材料を用いることができる。
（第３実施形態）
本発明の車両用ラジエータの第３実施形態を図４に基づいて以下に説明する。
【００２７】
この車両用ラジエータは、第２実施形態において、Ｐ型熱電半導体素子４とＮ型熱電半導体素子５とを対向配置したものであり、Ｐ型熱電半導体素子４側の冷却フィン８１と、Ｎ型熱電半導体素子５側の冷却フィン８２との間に電気絶縁板１００を介設したものである。なお、電気絶縁板１００を用いる場合に、冷却フィン８１、８２の表面に塗布などにより電気絶縁層を設けて両者を直接密着させてもよい。この場合、冷却フィン８１、８２と熱電半導体素子４、５との接合面にはこの電気絶縁層は形成されないことは当然である。これにより、第２実施形態と同様のバッテリ充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の車両用ラジエータの要部を示す模式正面図である。
【図２】第２実施形態の車両用ラジエータの要部を示す模式正面図である。
【図３】第２実施形態の入出力絶縁型昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータを示すブロック回路図である。
【図４】第３実施形態の車両用ラジエータの要部を示す模式正面図である。
【符号の説明】
１  扁平伝熱管
３  吸熱側電極板
４  Ｐ型熱電半導体素子
５  Ｎ型熱電半導体素子
６  放熱側電極板
８  冷却フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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