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図面 (5)

課題

より優れた効率で発電することのできる発電システムを提供することにある。

解決手段

発電システム1に、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とを備える発電システム1において、第1デバイス3および第2デバイス4を、交互に積層する。このような発電システム1では、複数の第1デバイス3および第2デバイス4が、交互に積層されているので、複数の第1デバイス3を、複数の第2デバイス4を介して電気的に接続することができ、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図ることができる。

概要

背景

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。

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おり、このような方法として、例えば、自動車排気ガスシステムにおいて、排ガス浄化触媒およびマフラーの間に排気ガス熱交換器を設け、その排気ガス熱交換器において、排気管中排気ガス均質化するとともに、排気管および冷却器の間にBi2Te3からなる熱電素子サーモエレクトリックモジュール)を、敷き詰めるように複数配列し、電気的に接続してなるサーモエレクトリックジェネレーターTEG)が、提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。

このサーモエレクトリックジェネレータでは、排気ガスにより温められた排気管と、冷却器との間に熱電素子を配置し、その一方面および他方面に温度差を生じさせて、熱電素子のゼーベック効果により、発電している。このようにして得られた電力は、通常、昇圧型DC−DCコンバータなどを介して車載バッテリーなどに蓄電され、必要に応じて、適宜使用される。

概要

より優れた効率で発電することのできる発電システムを提供することにある。発電システム1に、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とを備える発電システム1において、第1デバイス3および第2デバイス4を、交互に積層する。このような発電システム1では、複数の第1デバイス3および第2デバイス4が、交互に積層されているので、複数の第1デバイス3を、複数の第2デバイス4を介して電気的に接続することができ、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化をることができる。

目的

本発明の目的は、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図ることができる発電システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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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電気分極する複数の第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複数の第2デバイスとを備え、前記第1デバイスおよび前記第2デバイスが、交互に積層されていることを特徴とする、発電ステム

請求項2

前記熱源が、内燃機関であることを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。

請求項3

前記第1デバイスが、ピエゾ効果により電気分極することを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム。

請求項4

前記第1デバイスが、焦電効果により電気分極することを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム。

技術分野

0001

本発明は、発電ステムに関する。

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おり、このような方法として、例えば、自動車排気ガスシステムにおいて、排ガス浄化触媒およびマフラーの間に排気ガス熱交換器を設け、その排気ガス熱交換器において、排気管中排気ガス均質化するとともに、排気管および冷却器の間にBi2Te3からなる熱電素子サーモエレクトリックモジュール)を、敷き詰めるように複数配列し、電気的に接続してなるサーモエレクトリックジェネレーターTEG)が、提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。

0004

このサーモエレクトリックジェネレータでは、排気ガスにより温められた排気管と、冷却器との間に熱電素子を配置し、その一方面および他方面に温度差を生じさせて、熱電素子のゼーベック効果により、発電している。このようにして得られた電力は、通常、昇圧型DC−DCコンバータなどを介して車載バッテリーなどに蓄電され、必要に応じて、適宜使用される。

先行技術

0005

MTZ Motortechnische Zeitschrift 0412009 Volume70(出版社 vieweg)

発明が解決しようとする課題

0006

しかるに、このような発電方法では、複数の熱電素子(サーモエレクトリックモジュール)が電気的に接続されているので、大きな電力を取り出せるものの、それら熱電素子が敷き詰められるように配列されているので、設置において広いスペースを要するという不具合がある。

0007

そのため、発電システムを限られたスペース内、例えば、自動車内などに設置する場合には、省スペース化が要求されている。

0008

本発明の目的は、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図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

0009

上記目的を達成するため、本発明の発電システムは、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電気分極する複数の第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複数の第2デバイスとを備え、前記第1デバイスおよび前記第2デバイスが、交互に積層されていることを特徴としている。

0010

また、本発明の発電システムでは、前記熱源が、内燃機関であることが好適である。

0011

また、本発明の発電システムでは、前記第1デバイスが、ピエゾ効果により電気分極することが好適である。

0012

また、本発明の発電システムでは、前記第1デバイスが、焦電効果により電気分極することが好適である。

発明の効果

0013

本発明の発電システムによれば、複数の第1デバイスおよび第2デバイスが、交互に積層されているので、複数の第1デバイスを、複数の第2デバイスを介して電気的に接続することができ、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0014

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は、本発明の発電システムに用いられる第1デバイスおよび第2デバイスの一実施形態を示す拡大概略構成図である。
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は、図3に示す発電システムの要部拡大図である。

実施例

0015

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、図2は、本発明の発電システムに用いられる第1デバイスおよび第2デバイスの一実施形態を示す拡大概略構成図である。

0016

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の温度変化により電気分極する複数の第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複数の第2デバイス4とを備えている。

0017

熱源2としては、温度が経時的に上下する熱源であれば、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。

0018

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。

0019

このような内燃機関では、各気筒において、ピストン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、燃料燃焼され、動力が出力されている。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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、高温状態低温状態とが、周期的に繰り返される。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

熱源2として、好ましくは、経時により周期的に温度変化する熱源が挙げられる。

0032

また、熱源2として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。

0033

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。

0034

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変位により誘電分極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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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の熱を授受し、加熱および/または冷却されるように、配置される。

0039

固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第2デバイス4(例えば、電極など)を用いることもできる。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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の熱を授受し、加熱および/または冷却されるように、配置される。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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)などを用いることができる。

0056

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。

0057

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。

0058

このような発電システム1では、第1デバイス3(絶縁体(誘電体))の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第1デバイス3の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。

0059

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。

0060

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。

0061

図1において、第2デバイス4は、第1デバイス3から電力を取り出すために設けられる。

0062

このような第2デバイス4は、より具体的には、特に制限されないが、例えば、上記の第1デバイス3を挟んで対向配置される2つの電極(例えば、銅電極銀電極など)、例えば、それら電極に接続される導線などを備えており、第1デバイス3に電気的に接続されている。

0063

また、この発電システム1では、図2に示すように、第1デバイス3および第2デバイス4は、交互に積層されている。

0064

具体的には、この発電システム1では、第1デバイス3が薄膜型シート状)に形成されるとともに、第2デバイス4が薄層型(シート状、例えば、電極など)に形成されている。

0065

そして、第2デバイス4の上に、第1デバイス3および第2デバイス4が順次、積層配置され、さらに、最上層が、第2デバイス4とされる。これにより、第2デバイス4が最上層および最下層となるように、第1デバイス3および第2デバイス4が交互に積層された積層構造体21が、形成される。

0066

積層構造体21に含まれる第1デバイス3の数量は、例えば、10〜140、好ましくは、50〜100であり、また、第2デバイス4の数量は、例えば、11〜161、好ましくは、51〜101である。

0067

また、積層構造体21において、第1デバイス3の1つあたりの厚みは、例えば、5〜15μm、好ましくは、8〜12μmであり、また、第2デバイス4の1つあたりの厚みは、例えば、0.5〜2μm、好ましくは、1〜1.5μmであり、積層構造体21の厚みは、例えば、55〜2000μm、好ましくは、550〜1300μmである。

0068

なお、このようにして得られた積層構造体21では、複数の第1デバイス3が、複数の第2デバイス4を介して電気的に接続されている。

0069

また、積層構造体21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。

0070

そして、図1に示す発電システム1では、その第2デバイス4が、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。

0071

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、好ましくは、周期的に温度変化させ、その熱源2により、積層構造体21(第1デバイス3を含む。)を、加熱および/または冷却する。

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、好ましくは、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。

0073

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、200〜1200℃、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、100〜800℃、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。

0074

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。

0075

そして、このようにして発電システム1により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。

0076

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。

0077

このような発電システム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。

0078

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。

0079

とりわけ、このような発電システム1では、複数の第1デバイス3および第2デバイス4が、交互に積層されているので、複数の第1デバイス3を、複数の第2デバイス4を介して電気的に接続することができ、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図ることができる。

0080

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。

0081

図3において、自動車10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。

0082

内燃機関11は、エンジン16、および、エキゾーストマニホールド17を備えている。

0083

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。

0084

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。

0085

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、上記した積層構造体21(複数の第1デバイス3および複数の第2デバイス4からなる積層構造体21)を備えている(図4参照)。

0086

このようなエキゾーストマニホールド17では、分岐部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。

0087

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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

そして、この自動車10は、図3において点線で示すように、発電システム1を搭載している。

0092

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および第2デバイス4を備えている。

0093

この発電システム1では、熱源2として、内燃機関11のエンジン16が用いられており、また、図4が参照されるように、分岐管18の箱型空間20内には、第1デバイス3および第2デバイス4を備える積層構造体21が配置されている。

0094

積層構造体21は、シート状に形成されており、箱型空間20内において、互いに間隔を隔てて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。

0095

これにより、積層構造体21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。

0096

また、発電システム1は、図示しない第2デバイス4(例えば、導線など)を介して、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。

0097

そして、このような自動車10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。

0098

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。

0099

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。

0100

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。

0101

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。

0102

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。

0103

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、シート状の積層構造体21が配置されている。

0104

そのため、エンジン16(熱源2)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、積層構造体21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。

0105

すなわち、積層構造体21の表面および裏面の両面が、エンジン16(熱源2)、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。

0106

そして、これにより、積層構造体21に含まれる第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。

0107

そのため、この発電システム1では、第2デバイス4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。

0108

また、この発電システム1では、分岐管18aおよび分岐管18cの温度と、分岐管18bおよび分岐管18dの温度とが、同じ周期、かつ、異なる位相で周期的に変化するため、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、連続的に取り出すことができる。

0109

そして、排気ガスは、各分岐管18を通過した後、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。

0110

このとき、各分岐管18内を通過する排気ガスは、集気管19において集気されるので、集気管19、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を順次通過する排気ガスは、その温度が、平滑化されている。

0111

そのため、温度が平滑化されたこのような排気ガスを通過させる集気管19、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の温度は、通常、経時的に上下することなく、ほぼ一定である。

0112

そのため、集気管19、触媒搭載部12、エキゾーストパイプ13、マフラー14または排出パイプ15を熱源2として用い、その周囲または内部に、上記した積層構造体21(第1デバイス3を含む。)を配置する場合には、第1デバイス3から取り出される電力は、その電圧が小さく、また、一定(直流電圧)である。

0113

そのため、このような方法では、得られる電力を、簡易な構成で効率良く昇圧することができず、蓄電効率に劣るという不具合がある。

0114

一方、上記したように、分岐管18の内部空間に上記した積層構造体21(第1デバイス3を含む。)を配置すれば、熱源2の経時的な温度変化により、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、そのデバイス(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、周期的に電気分極させることができる。

0115

そのため、この発電システム1では、第2デバイス4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。

0116

その後、この方法では、例えば、図3において点線で示すように、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)の状態で昇圧し、次いで、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。バッテリー7に蓄電された電力は、自動車10や、自動車10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。

0117

そして、このような発電システム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)として取り出し、DC−DCコンバーターで変換する場合に比べて、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。

0118

とりわけ、このような発電システム1では、複数の第1デバイス3および第2デバイス4が、交互に積層されているので、複数の第1デバイス3を、複数の第2デバイス4を介して電気的に接続することができ、優れた効率で発電することができるとともに、省スペース化を図ることができる。

0119

1発電システム
2熱源
3 第1デバイス
4 第2デバイス
5昇圧器
6交流/直流変換器
7 バッテリー

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