JP2007032534A - 熱発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱発電素子の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる熱発電装置を得る。
【解決手段】 排気熱発電装置10は、エンジン16の排気ガスのよって加熱される高温側と冷却水によって低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子14を備える。冷却水は、冷却水路28を通じて、ウォータポンプ30、低温側熱交換器22、ラジエータ32の順に循環して、熱発電素子14の低温側を冷却する。発電ECU40は、エンジン16の停止後において、電動のウォータポンプ30の作動を維持する。
【選択図】 図1
【解決手段】 排気熱発電装置10は、エンジン16の排気ガスのよって加熱される高温側と冷却水によって低温側との温度差によって起電力を生じる熱発電素子14を備える。冷却水は、冷却水路28を通じて、ウォータポンプ30、低温側熱交換器22、ラジエータ32の順に循環して、熱発電素子14の低温側を冷却する。発電ECU40は、エンジン16の停止後において、電動のウォータポンプ30の作動を維持する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気ガスが有する熱を利用して発電を行なう熱発電装置に関する。
自動車等の車両において、エンジンの排気熱を利用して発電を行う熱発電装置を搭載したものがある(例えば、特許文献1参照)。この技術では、エンジンの排気ガスが通過する排気流路(高温側)と、冷却水が通過する冷却水流路(低温側)とに挟まれた熱発電ユニットが、高温側と低温側との温度差に基づく起電力を生じるようになっている。冷却水流路は循環路とされ、この循環路上には、冷却水を冷却するためのラジエータと、冷却水を循環するためのポンプタービンとが配設されている。ポンプタービンは、排気ガスの流動によって、冷却水を循環する駆動力を得る構成とされている。
特開平8−261064号公報
特開昭60−119318号公報
特開平10−111015号公報
しかしながら、上記の如き従来の技術では、エンジンが停止して排気ガスの流れがなくなると、ポンプタービンによる冷却水の駆動力が失われるため、熱発電ユニットの余熱によって冷却水が沸騰することが懸念される。このような冷却水の沸騰は、ポンプタービンを破損する原因となる。特に、熱電ユニット(発電量)を大容量化すると、該熱電ユニットの熱容量も増大するので、上記問題が顕著になる。
本発明は上記事実を考慮して、熱発電素子の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる熱発電装置を得ることが目的である。
上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る熱発電装置は、エンジンの排気ガスによって加熱される高温側と冷却水によって冷却される低温側との温度差によって熱発電素子が起電力を生じる熱発電装置であって、前記冷却水を循環させるための冷却水回路と、作動することで前記冷却水回路の冷却水を強制的に循環させる電動駆動手段と、前記エンジンの停止後に、前記電動駆動手段を作動させる作動制御手段と、を備えている。
請求項1記載の熱発電装置では、エンジンが作動している期間中に、熱発電素子は、高温側がエンジンの排気ガスにて加熱されると共に、低温側が冷却水回路を循環する冷却水にて冷却され、高温側と低温側との温度差に応じた起電力を生じる。エンジンが停止すると、作動制御手段は、電動駆動手段を起動し又は作動状態を維持し、冷却水が冷却水回路を循環する状態を維持する。このため、冷却水が熱発電素子の余熱によって沸騰することが防止される。
このように、請求項1記載の熱発電装置では、熱発電素子の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる。なお、エンジン作動時の冷却水の循環には、エンジンの駆動力を利用する駆動手段を用いても良く、電動駆動手段を用いても良い。また、冷却水は、エンジンを冷却するエンジン冷却水を利用しても良く、専用の冷却水回路を循環する専用の冷却水を用いても良い。
請求項2記載の発明に係る熱発電装置は、請求項1記載の熱発電装置において、前記作動制御手段は、前記エンジンが停止して前記電動駆動手段を作動した後、所定の条件が成立すると前記電動駆動手段を停止させる機能を有する。
請求項2記載の熱発電装置では、エンジンの停止後に電動駆動手段を作動した後、所定の条件が成立すると、作動制御手段が電動駆動手段を停止する。これにより、例えば、冷却水が沸騰する恐れがなくなった後、電動駆動手段を作動し続けて電力を消費することが防止される。所定の条件としては、例えば、熱発電素子の発電量が閾値未満になった場合等を採用することができる。
請求項3記載の発明に係る熱発電装置は、請求項2記載の熱発電装置において、前記エンジンの排気ガスが通過する排気ガス流路、前記熱発電素子、及び前記冷却水の少なくとも一部の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度が所定の閾値未満である場合に前記電動駆動手段を停止する。
請求項3記載の熱発電装置では、エンジンの停止後に、温度センサの検出温度が所定の閾値(温度)未満である場合には、作動制御手段が電動駆動手段を停止する。これにより、冷却水の沸騰を防止しつつ、駆動電力の節約が図られる。
請求項4記載の発明に係る熱発電装置は、請求項3記載の熱発電装置において、前記温度センサは、前記熱発電素子の低温側における前記冷却水の温度を検出し、前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度が第1閾値を超える場合に前記電動駆動手段を作動し、前記温度センサの検出温度が前記第1閾値よりも低温である第2閾値未満である場合に前記電動駆動手段を停止する。
請求項4記載の熱発電装置では、温度センサは熱発電素子の低温側における冷却水の温度を検出する。この冷却水の温度は、電動駆動手段を停止すると、熱発電素子の余熱によって上昇する場合がある。そして、本熱発電装置では、温度センサの検出温度すなわち冷却水温が第1閾値よりも大きい場合に冷却水を循環させ、冷却水温が第1閾値よりも低温である第2閾値未満になると冷却水の循環が停止する。この冷却水の循環停止後に、再び冷却水温が第1閾値を超えると、作動制御手段は、電動駆動装置を再起動して冷却水を循環する。このように、冷却水を断続的に作動して熱発電素子の熱量を徐々に奪うため、電動駆動装置を停止した後に再起動しない構成と比較して、冷却水の沸騰を確実に防止するための電動駆動装置の作動時間を短縮することができる。
請求項5記載の発明に係る熱発電装置は、請求項2記載の熱発電装置において、前記エンジン停止又は電動駆動手段の作動からの経過時間を計時する計時手段をさらに備え、前記作動制御手段は、前記電動駆動手段を作動した場合であって、前記計時手段による計測時間が所定時間を越えた場合に、前記電動作動手段を停止する。
請求項5記載の熱発電装置では、エンジンが停止してから、又は電動駆動手段が作動してから所定時間が経過すると、作動制御手段が電動駆動手段を停止する。これにより、冷却水の沸騰防止、駆動電力の節約の両立が図られる。
請求項6記載の発明に係る熱発電装置は、請求項5記載の熱発電装置において、前記エンジンの排気ガスが通過する排気ガス流路、前記熱発電素子、及び前記冷却水の少なくとも一部の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度に応じて前記電動駆動手段を停止するための所定時間を設定する。
請求項6記載の熱発電装置では、例えば、エンジン停止時又は電動駆動手段の作動開始時の温度(冷却水、熱発電素子、又は排気ガス流路(内の空気)の温度)に応じて、冷却水を沸騰が生じさせない電動駆動手段の停止時期(作動時間)が変更される。これにより、冷却水の沸騰が確実に防止され、また余分な電力を消費することがなくなる。
請求項7記載の発明に係る熱発電装置は、請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の熱発電装置において、前記電動駆動手段に電力を供給するための蓄電手段と、前記熱発電素子が発電した電力を前記蓄電手段に蓄電するための電力回収手段と、前記エンジンの停止後に前記電力回収手段を作動させる制御装置とをさらに備えた。
請求項7記載の熱発電装置では、電動駆動手段は、蓄電手段から供給される電力によって作動する。制御装置は、エンジンの停止後に電力回収手段を作動して熱発電素子が発電した電力を蓄電手段に蓄電させる。すなわち、本熱発電装置では、少なくともエンジン停止後に発電された電力は蓄電手段に回収され、電動駆動手段の駆動用電力として利用することが可能になる。また、電動駆動手段による蓄電量の低下が抑制される。なお、蓄電手段は、例えば、電動駆動手段への電力供給用の専用装置であっても良く、熱発電素子が発電する電力をすべて回収するものであっても良い。
以上説明したように本発明に係る熱発電装置は、熱発電素子の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができるという優れた効果を有する。
本発明の実施形態に係る熱発電装置である排気熱発電装置10について、図1乃至図4に基づいて説明する。
図1には、排気熱発電装置10の概略全体構成が模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置10は、熱電スタック12を備えている。熱電スタック12は、それぞれ高温側と低温側との温度差によって生じるゼーベック効果等による発電を行う複数(多数)の熱発電素子(熱電変換素子)14を備えている。熱電スタック12における各熱発電素子14の高温側を加熱する熱源は、エンジン16の排気ガス(が有する排熱)とされ、各熱発電素子14の低温側を冷却する冷源は、冷却水を冷媒とする冷却システム15とされている。
具体的には、エンジン16は、内燃機関エンジンであり、排気マニホールド18を介して接続された排気管20を通じて、燃焼排ガスを排気ガスとして系外に排出するようになっている。熱電スタック12は、集熱部材を介して、スタックの排気通路外周面から熱伝達させる各熱発電素子14が排気管20廻りに配設されて構成されている。この実施形態では、複数の熱発電素子14は、排気管20の長手方向、周方向にそれぞれ複数配設されている。各熱発電素子14は、図示しない保持部材によって排気管20廻りに保持されている。
一方、熱電スタック12における各熱発電素子14の低温側、すなわち排気管20側とは反対側の面には、それぞれ冷却システム15を構成する低温側熱交換器22が接触している。また、冷却システム15は、各低温側熱交換器22に冷却水を分配するための入口ヘッダ24と、各低温側熱交換器22からの冷却水を集合させるための出口ヘッダ26とを備えている。これにより、冷却システム15では、入口ヘッダ24に流入した冷却水が各低温側熱交換器22に分配され、各熱発電素子14の低温側を冷却した後、出口ヘッダ26で合流するようになっている。
さらに、冷却システム15は、冷却水を冷却して低温側熱交換器22に循環させる冷却水路28を備えている。冷却水路28上には、冷却水を循環するための駆動力源である電動駆動手段としてのウォータポンプ30が配設されている。ウォータポンプ30は、後述するバッテリ36の電力によって作動する電動ポンプとされており、後述する発電ECU40によって作動を制御されるようになっている。また、冷却水路28上における出口ヘッダ26とウォータポンプ30との間には、車両走行やファン作動に伴って送風された空気と冷却水との熱交換によって該冷却水を冷却するためのラジエータ32が配設されている。
以上により、冷却システム15(冷却水路28)では、ウォータポンプ30の作動によって、冷却水が、ウォータポンプ30、入口ヘッダ24、各低温側熱交換器22、出口ヘッダ26、ラジエータ32、ウォータポンプ30の順に循環するようになっている。したがって、冷却水路28、入口ヘッダ24、各低温側熱交換器22、出口ヘッダ26が本発明における「冷却水回路」に相当する。そして、この実施形態では、冷却水が排気熱発電装置10の専用冷媒として用いられる構成とされている。
熱電スタック12の電気出力部は、電力回収手段を構成するDC−DCコンバータ34を介して蓄電手段としてのバッテリ36に接続されており、各熱発電素子14が発電した電力はバッテリ36に蓄電(充電)されるようになっている。このバッテリ36には、図示しない車載電気装置等の負荷が接続されると共に、この実施形態ではウォータポンプ30用のドライバ38にも接続されている。ドライバ38は、作動制御手段、制御装置としての発電ECU40からのポンプ作動指令に基づいて、バッテリ36に蓄えられた電力をウォータポンプ30に供給(通電)し、発電ECU40からのポンプ停止指令に基づいて、ウォータポンプ30への通電を停止するようになっている。
また、発電ECU40は、温度センサ42に電気的に接続されている。温度センサ42は、冷却水の温度に応じた電気信号を出力するように構成されており、この実施形態では、低温側熱交換器22内の冷却水に接触するように配置されて該冷却水温Tを直接的に検出するようになっている。さらに、発電ECU40は、エンジン16が停止された場合には、図示しないエンジンECUからエンジン停止信号が入力されるようになっている。
発電ECU40は、図3に示される如く、エンジン停止信号が入力された後、温度センサ42からの信号に基づいて冷却水温Tが設定温度T0未満であると判断するまで、ウォータポンプ30の作動を維持するように構成されている。設定温度T0は、ウォータポンプ30すなわち冷却水の循環を停止した場合に、熱電スタック12(主に各低温側熱交換器22)内の冷却水が熱電スタック12保持している熱量の放熱によって加熱されも、熱電スタック12内の冷却水が沸騰を生じないように設定されている。
より具体的には、冷却水が沸騰を生じることのない許容温度をTa(℃)、熱電スタック12内の冷却水の質量をMw(kg)、冷却水の比熱をCw(J/kg℃)、熱電スタック12から該熱電スタック12内の冷却水に伝達されることが想定される最大の熱量をQ(J)とすると、設定温度T0は次式の通り設定される。
T0=Ta−Q/(Mw×Cw)
そして、発電ECU40は、温度センサ42からの信号に基づいて、冷却水温Tが設定温度T0未満であると判断した場合に、ウォータポンプ30を停止するようになっている。また、発電ECU40は、DC−DCコンバータ34の動作を制御するようになっている。すなわち、発電ECU40は、熱電スタック12が発電した電力をバッテリ36に充電し得る状態と、熱電スタック12からバッテリ36への電力回収を遮断する状態とを切り替え得るように構成されている。この実施形態では、発電ECU40は、エンジン停止信号が入力された後に、熱電スタック12による発電を継続させる構成とされている。具体的には、エンジン16の停止後にウォータポンプ30を作動させる期間中、DC−DCコンバータ34によって熱電スタック12の発電電力を回収するように構成されている。
そして、発電ECU40は、温度センサ42からの信号に基づいて、冷却水温Tが設定温度T0未満であると判断した場合に、ウォータポンプ30を停止するようになっている。また、発電ECU40は、DC−DCコンバータ34の動作を制御するようになっている。すなわち、発電ECU40は、熱電スタック12が発電した電力をバッテリ36に充電し得る状態と、熱電スタック12からバッテリ36への電力回収を遮断する状態とを切り替え得るように構成されている。この実施形態では、発電ECU40は、エンジン停止信号が入力された後に、熱電スタック12による発電を継続させる構成とされている。具体的には、エンジン16の停止後にウォータポンプ30を作動させる期間中、DC−DCコンバータ34によって熱電スタック12の発電電力を回収するように構成されている。
次に、第1の実施形態の作用を、図2に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
上記構成の排気熱発電装置10では、発電ECU40は、自動車のエンジン16が運転されている場合、すなわち図2に示すフローチャートのステップS10においては、ウォータポンプ30を作動させる。発電ECU40は、ステップS12でエンジン停止信号が入力されたか否か、すなわちエンジン16が停止されたか否かを判断し、エンジン16が停止されるまで繰り返す。したがって、発電ECU40は、エンジン16が作動している期間中、ウォータポンプ30の作動を維持する。
エンジン16及びウォータポンプ30が共に作動している状態では、エンジン16の排気ガスが排気管20を流通し系外に排出され、熱電スタック12では、排気管20から伝達される排気ガスの熱によって各熱発電素子14の高温側が加熱される。一方、冷却システム15では、ウォータポンプ30の作動によって冷却水が循環してラジエータ32にて冷却された冷却水が低温側熱交換器22に導入され、熱電スタック12の各熱発電素子14の低温側が冷却される。
以上のように、熱電スタック12を構成する各熱発電素子14の高温側が排気ガスの熱を有効利用して加熱されると共に、各熱発電素子14の低温側が冷却水にて冷却されることで、各熱発電素子14の高低温側間の温度差が確保され、各熱発電素子14は、この温度差に基づく起電力を生じる。すなわち、熱電スタック12では、熱発電素子14が発電を行なう。発電された電力は、DC−DCコンバータ34にて適宜電圧が変換されてバッテリ36に蓄電される。このバッテリ36の電力は、ウォータポンプ30の動力としても利用される。
発電ECU40は、ステップS12でエンジン16が停止されたと判断した場合、ステップS14に進み、温度センサ42からの信号が所定の閾値を下回るか否か、すなわち、温度センサ42の出力信号に基づいて冷却水温Tが設定温度T0未満であるか否かを判断する。発電ECU40は、冷却水温Tが設定温度以上であると判断した場合には、ステップS16に進みウォータポンプ30の作動を維持し、ステップS14に戻る。
これにより、排気熱発電装置10では、エンジン16の停止後も、冷却水温Tが温度T0以上である場合には、冷却水の循環が維持される。この冷却水の温度が低下し、ステップS14で冷却水温Tが設定温度T0未満であると判断した場合、発電ECU40は、ステップS18に進みウォータポンプ30を停止する。
また、このエンジン停止後において発電ECU40は、ウォータポンプ30を作動している期間中、DC−DCコンバータ34を作動させて熱電スタック12の発電を継続させ、該熱電スタック12が発電した電力をバッテリ36に蓄電させている。図4に示される如く、エンジン停止後における熱電スタック12の発電量は、該熱電スタック12の蓄熱量(低温側との温度差)に依存するため、時間経過に伴って減少する。具体的には、各熱発電素子14の出力因子をpf(W/K2)、各熱発電素子14の高温側の温度をTh、各熱発電素子14の低温側の温度をTLとすると、熱電スタック12による発電量Pは、P=1/4×pf×(Th−TL)2であり、高温側の温度Th(高低温度差)が時間経過に伴って低下することで、発電量が時間経過と共に減少する。
ここで、排気熱発電装置10では、エンジン16の停止後にウォータポンプ30の作動が維持されるため、熱電スタック12内に滞留した冷却水が該熱電スタック12に蓄熱された熱の放熱によって加熱されて沸騰を生じることが防止される。特に、冷却水温T度が設定温度T0以上である場合にはウォータポンプ30の作動を維持するため、熱電スタック12の熱容量が大きく冷却水温Tが低下するのに比較的長い時間を要する構成において、冷却水の沸騰を確実に防止することができる。
一方、冷却水温Tが設定温度T0未満になればウォータポンプ30の作動が停止されるため、上記の通り冷却水の沸騰を確実に防止する機能を果たしながら、冷却水の沸騰の恐れがなくなった後にまでウォータポンプ30を駆動してバッテリ36の電力を消費してしまうことが防止される。さらに、温度をパラメータにウォータポンプ30の停止制御を行う構成であるため、エンジン16の停止直後であっても、冷却水温Tが設定温度T0未満である場合には、ウォータポンプ30を作動させることがない。これにより、バッテリ36の電力を節約することができる。
このように、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10では、熱発電素子14の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる。
また、排気熱発電装置10では、発電ECU40がウォータポンプ30の作動時期を制御するためのパラメータとして冷却水の温度を用いるため、例えば、排気管20、排気ガス、熱発電素子14の温度等を検出するための温度センサと比較して、測定レンジが低く安価な温度センサ42を用いることが可能である。
さらに、排気熱発電装置10では、エンジン16の停止後にも熱電スタック12による発電を維持するため、上記の通り熱容量が大きい熱電スタック12に蓄えられた熱量を利用して電力を回収することができる。この電力は、バッテリ36を介してウォータポンプの作動に供されるので、エンジン16の停止後にウォータポンプ30作動することによるエネルギロスが抑制される。これにより、冷却水の沸騰防止のためにバッテリ36の蓄電量が減少することも防止される。
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第1の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部分については、上記第1の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る排気熱発電装置50(図1に( )を付して図示)は、発電ECU40による制御のみが第1の実施形態に係る排気熱発電装置10とは異なる。このため、排気熱発電装置50については、その制御についてのみ説明することとする。なお、この実施形態では、発電ECU40は、図5に示すフローチャートによる制御を終了するまでの期間中、DC−DCコンバータ34を作動して熱電スタック12による発電を維持するようになっている。
第2の実施形態に係る排気熱発電装置50(図1に( )を付して図示)は、発電ECU40による制御のみが第1の実施形態に係る排気熱発電装置10とは異なる。このため、排気熱発電装置50については、その制御についてのみ説明することとする。なお、この実施形態では、発電ECU40は、図5に示すフローチャートによる制御を終了するまでの期間中、DC−DCコンバータ34を作動して熱電スタック12による発電を維持するようになっている。
図5には、第2の実施形態に係る排気熱発電装置50を構成する発電ECU40による制御フローがフローチャートにて示されている。
この図に示される如く、発電ECU40は、ステップS12でエンジン16が停止したと判断した場合、ステップS20に進み、温度センサ42の信号が第1閾値を超えるか否か、換言すれば冷却水温Tが設定温度T1を超えるか否かを判断する。冷却水温Tが設定温度T1を超えると判断した場合に発電ECU40は、ステップS22に進み、ウォータポンプ30の作動状態を維持する。一方、冷却水温Tが設定温度T1以下であると判断した場合に発電ECU40は、ステップS26に進み、ウォータポンプ30を停止する。
ここで、設定温度T1は、上記した許容温度Ta以下であって、許容温度Taに近い温度として設定されている。したがって、ステップS26でウォータポンプ30を作動している期間中、冷却水は、その温度Tが設定温度T1以上である許容温度Taよりも上昇して沸騰することが防止される。
ステップS22の実行(ウォータポンプ30の作動)後、発電ECU40は、ステップS24に進み、温度センサ42の信号が第2閾値未満であるか否か、換言すれば冷却水温Tが設定温度T2を超えるか否かを判断する。冷却水温Tが設定温度T2を下回ると判断した場合に発電ECU40は、ステップS26に進み、ウォータポンプ30の作動を停止する。一方、冷却水温Tが設定温度T2以上であると判断した場合に発電ECU40は、ステップS22に戻り、ウォータポンプ30の作動を維持する。すなわち、発電ECU40は、冷却水温Tが設定温度T2を下回るまで、ウォータポンプ30の駆動状態を維持する。
さらに、ステップS26の実行(ウォータポンプ30の停止)後、発電ECU40は、ステップS28に進み、冷却水温Tが設定温度T0未満であるか否かを判断する。冷却水温Tが設定温度T0未満である場合、すなわち冷却水を循環しなくても冷却水温Tが許容温度Taを超える恐れがないと判断された場合、発電ECU40は制御(プログラム)を終了してウォータポンプ30を停止状態に維持する。
一方、冷却水温Tが設定温度T0以上である場合、発電ECU40は、ステップS20に戻る。そして、ウォータポンプ30の作動を停止したままステップS20、ステップS26、ステップS28を繰り返すうちに、熱電スタック12の放熱によって冷却水温Tが上記第1閾値に相当する設定温度T1を超えると、ステップS20からステップS22に進み、ウォータポンプ30が再起動される。これにより、排気熱発電装置50では、上記したエンジン16の停止直後の場合(ステップS22の1順目)と同様に、冷却水の沸騰が防止され、冷却水温Tが設定温度T2を下回るまでウォータポンプ30の作動による冷却水の循環が維持される。
そして、発電ECU40は、ウォータポンプ30停止時の冷却水温Tが設定温度T0を下回るまで、上記の動作を繰り返す。すなわち、図6に示される如く、発電ECU40は、冷却水温Tが設定温度T1を超えるとウォータポンプ30を作動し、冷却水温Tが設定温度T2を下回るとウォータポンプ30を停止する。
以上説明した排気熱発電装置50によっても、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱発電素子14の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる。また、排気熱発電装置50では、冷却水温Tに応じてウォータポンプ30を断続的(間欠的)に作動させる構成であるため、換言すれば、熱電スタック12の熱を徐々に奪いつつ、冷却水の沸騰を防止することができる。
このため、排気熱発電装置50では、熱電スタック12から冷却水への想定最大放熱量Q(最も厳しい条件)を用いた仮想条件(安全率の高い条件)に基づく制御を行う第1の実施形態よりも、ウォータポンプ30の作動時間すなわち駆動エネルギの消費量を低減することができる場合が多くなる。また、エンジン16の停止中に冷却水を冷却するためのラジエータ32が電動ファン等を有する構成では、該電動ファンの消費エネルギを低減することができる。
なお、上記した第2の実施形態では、制御終了条件として第1の実施形態と同様に設定温度T0を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、設定温度T0よりも大でかつ設定温度T1よりも小である温度を制御終了条件として用いても良い。
また、上記第1及び第2の実施形態では、発電ECU40によるウォータポンプ30の停止制御のパラメータを冷却水温Tとした例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、熱電スタック12(熱発電素子14)の温度Tsを上記の制御パラメータとして用いても良い。この場合、熱電スタック12から冷却水への熱通過率をKFsw(W/℃)、熱電スタック12から冷却水への放熱量Q(W)(ただし、Qは温度Tの関数)とすると、Ta>Ts0−Q/KFswを満たすように設定された温度Ts0がウォータポンプ30の停止条件(Ts<Ts0)として設定される。これにより、エンジン16の停止後に熱電スタック12の温度Tsが設定温度Ts0を下回るまで、ウォータポンプ30の作動が維持され、冷却水の沸騰が防止される。なお、熱電スタック12の温度は、時間経過に伴って漸減するため、第2実施形態の如き制御は取り得ない。
(第3の実施形態)
図7には、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60が図1に対応する模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置50は、発電ECU40に代えて発電ECU62を備え、温度センサ42を備えない点で、排気熱発電装置10、50とは異なる。排気熱発電装置60の他の構成は、排気熱発電装置10の対応する構成と同じである。なお、この実施形態では、発電ECU62は、エンジン16の停止後、後述する所定時間が経過するまでの期間中、DC−DCコンバータ34を作動して熱電スタック12による発電を維持するようになっている。
図7には、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60が図1に対応する模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置50は、発電ECU40に代えて発電ECU62を備え、温度センサ42を備えない点で、排気熱発電装置10、50とは異なる。排気熱発電装置60の他の構成は、排気熱発電装置10の対応する構成と同じである。なお、この実施形態では、発電ECU62は、エンジン16の停止後、後述する所定時間が経過するまでの期間中、DC−DCコンバータ34を作動して熱電スタック12による発電を維持するようになっている。
排気熱発電装置60を構成する発電ECU62は、計時手段としてのタイマ64を内蔵している。発電ECU62は、エンジン停止信号が入力されると、タイマ64による計時を開始するようになっている。そして、発電ECU62は、図8に示される如く、タイマによる計時によってエンジン16停止後におけるウォータポンプ30の作動時間が所定時間t0を経過すると、ウォータポンプ30の作動を停止するようになっている。
ここで、所定時間t0は、熱電スタック12の温度Ts(この実施形態では計測しない)が、想定し得る最大の放熱量Q(W)を用いて、上記した設定温度Ts0を下回るのに要する時間として設定されている。
上記構成の排気熱発電装置60では、エンジン停止信号が入力された発電ECU62は、タイマ64による計時を開始する。そして、発電ECU72は、設定時間t0の経過後、ウォータポンプ30を停止する。このとき、熱電スタック12の温度は、設定温度Ts0以下になっており、熱電スタック12内の冷却水が沸騰することはない。
したがって、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60によっても、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱発電素子14の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる。また、エンジン16停止後に所定時間t0が経過するとウォータポンプ30を停止するため、ウォータポンプ30が作動し続けてバッテリ36の電力を無駄に消費することが防止される。
(第4の実施形態)
図9には、本発明の第4の実施形態に係る排気熱発電装置70が図1に対応する模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置70は、タイマ64を内蔵する発電ECU72が、低温側熱交換器22内の冷却水温Tを検出する温度センサ42に電気的接続される点で、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60とは異なる。発電ECU72は、エンジン16の停止時点における熱電スタック12の温度Tsに応じて、エンジン16停止後にウォータポンプ30を作動させる設定時間を異ならせるようになっている。
図9には、本発明の第4の実施形態に係る排気熱発電装置70が図1に対応する模式図にて示されている。この図に示される如く、排気熱発電装置70は、タイマ64を内蔵する発電ECU72が、低温側熱交換器22内の冷却水温Tを検出する温度センサ42に電気的接続される点で、第1の実施形態に係る排気熱発電装置10、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60とは異なる。発電ECU72は、エンジン16の停止時点における熱電スタック12の温度Tsに応じて、エンジン16停止後にウォータポンプ30を作動させる設定時間を異ならせるようになっている。
具体的には、図10に示される如く、エンジン16停止時点の熱電スタック12の温度Tsが高いほど、該熱電スタック12の温度が上記した設定温度Ts0を下回る時間が長くなることがわかっており、発電ECU72は、エンジン16停止時点の熱電スタック12の温度に応じた設定時間を記憶しているか、又は算出可能になっている。図10には、熱電スタック12の温度Ts1、Ts2、Ts3、Ts4に応じた設定時間t1、t2、t3、t4が選択可能に記憶されている例が示されている。
また、発電ECU72は、エンジン16停止時点の熱電スタック12の温度Tsが設定温度Ts0を下回る場合には、エンジン停止後にウォータポンプ30を停止するように構成されている。なお、この実施形態では、発電ECU72は、エンジン16の停止後、タイマ64の計時時間が所定時間を経過するまでの期間中、DC−DCコンバータ34を作動して熱電スタック12による発電を維持するようになっている。
上記構成の排気熱発電装置70では、エンジン停止信号が入力された発電ECU72は、温度センサ42の出力信号に基づき、熱電スタック12の温度Tsが設定温度Ts0を超えているか否かを判断し、超えている場合にはタイマ64による計時を開始すると共に、熱電スタック12の温度Tsに応じた設定時間を選択又は算出する。そして、発電ECU72は、選択又は算出した設定時間の経過後、ウォータポンプ30を停止する。このとき、熱電スタック12の温度は、設定温度Ts0以下になっており、熱電スタック12内の冷却水が沸騰することはない。
したがって、第4の実施形態に係る排気熱発電装置70によっても、第3の実施形態に係る排気熱発電装置60と同様の効果を得ることができる。すなわち、熱発電素子14の低温側を冷却するための冷却水が沸騰することを防止することができる。また、エンジン16停止時点の熱電スタック12の温度Tsに応じてエンジン16停止後のウォータポンプ30の作動時間を選択又は算出するため、第3の実施形態のように想定し得る最大の放熱量Qに合わせてウォータポンプ30を長時間作動させ続けることが防止され、ウォータポンプ30の駆動エネルギの消費量を低減することができる場合が多くなる。
なお、上記の各実施形態では、排気熱発電装置10、50、60、70に専用の冷却システム15(ウォータポンプ30)を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、エンジン16の冷却システムと冷却水、ラジエータ32を共用するように構成しても良い。この場合、エンジン16に駆動される機械式のウォータポンプと電動のウォータポンプ30を併用し、エンジン16の停止後にウォータポンプ30が起動される構成としても良く、電動のウォータポンプ30が作動中のエンジン16への冷却水循環の駆動源として機能するように構成しても良い。また、エンジン16の停止後には、該エンジン16には冷却水が循環しないように冷却水路を切り替える構成としても良い。
また、上記各実施形態では、エンジン16の停止後にも熱電スタック12の発電、該電力のバッテリ36への回収を維持する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、エンジン16の停止後に熱電スタック12による発電を停止するように構成しても良い。
さらに、上記各実施形態では、ウォータポンプ30の停止条件として冷却水温T、熱電スタック12の温度Ts、エンジン16の停止からの経過時間tなどを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、熱電スタック12の発電量(図4参照)を検出する電力計や出力電圧を検出する電圧計等の出力信号を、ウォータポンプ30の停止条件として用いても良い。
10 排気熱発電装置(熱発電装置)
12 熱電スタック(熱発電素子)
14 熱発電素子
16 エンジン
22 低温側熱交換器(冷却水回路)
28 冷却水路(冷却水回路)
30 ウォータポンプ(電動駆動手段)
34 コンバータ(電力回収手段)
36 バッテリ(蓄電手段)
40 発電ECU(作動制御手段、制御装置)
42 温度センサ
50・60・70 排気熱発電装置
62・72 発電ECU(作動制御手段、制御装置)
64 タイマ(計時手段)
12 熱電スタック(熱発電素子)
14 熱発電素子
16 エンジン
22 低温側熱交換器(冷却水回路)
28 冷却水路(冷却水回路)
30 ウォータポンプ(電動駆動手段)
34 コンバータ(電力回収手段)
36 バッテリ(蓄電手段)
40 発電ECU(作動制御手段、制御装置)
42 温度センサ
50・60・70 排気熱発電装置
62・72 発電ECU(作動制御手段、制御装置)
64 タイマ(計時手段)
Claims (7)
- エンジンの排気ガスによって加熱される高温側と冷却水によって冷却される低温側との温度差によって熱発電素子が起電力を生じる熱発電装置であって、
前記冷却水を循環させるための冷却水回路と、
作動することで前記冷却水回路の冷却水を強制的に循環させる電動駆動手段と、
前記エンジンの停止後に、前記電動駆動手段を作動させる作動制御手段と、
を備えた熱発電装置。 - 前記作動制御手段は、前記エンジンが停止して前記電動駆動手段を作動した後、所定の条件が成立すると前記電動駆動手段を停止させる機能を有する請求項1記載の熱発電装置。
- 前記エンジンの排気ガスが通過する排気ガス流路、前記熱発電素子、及び前記冷却水の少なくとも一部の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度が所定の閾値未満である場合に前記電動駆動手段を停止する請求項2記載の熱発電装置。 - 前記温度センサは、前記熱発電素子の低温側における前記冷却水の温度を検出し、
前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度が第1閾値を超える場合に前記電動駆動手段を作動し、前記温度センサの検出温度が前記第1閾値よりも低温である第2閾値未満である場合に前記電動駆動手段を停止する請求項3記載の熱発電装置。 - 前記エンジン停止又は電動駆動手段の作動からの経過時間を計時する計時手段をさらに備え、
前記作動制御手段は、前記電動駆動手段を作動した場合であって、前記計時手段による計測時間が所定時間を越えた場合に、前記電動作動手段を停止する請求項2記載の熱発電装置。 - 前記エンジンの排気ガスが通過する排気ガス流路、前記熱発電素子、及び前記冷却水の少なくとも一部の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記作動制御手段は、前記温度センサの検出温度に応じて前記電動駆動手段を停止するための所定時間を設定する請求項5記載の熱発電装置。 - 前記電動駆動手段に電力を供給するための蓄電手段と、前記熱発電素子が発電した電力を前記蓄電手段に蓄電するための電力回収手段と、前記エンジンの停止後に前記電力回収手段を作動させる制御装置とをさらに備えた請求項1乃至請求項6の何れか1項記載の熱発電装置。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008284971A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Toyota Motor Corp | 車両用走行制御装置 |
WO2010021292A1 (ja) | 2008-08-19 | 2010-02-25 | 三菱重工業株式会社 | ハイブリッド型産業車両のバッテリ冷却構造 |
JP2010219255A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Yanmar Co Ltd | 熱電発電装置 |
JP2014195359A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | National Maritime Research Institute | 船舶用熱電発電システム及び船舶 |
JP2015031275A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | 現代自動車株式会社 | 車両の排熱活用構造 |
JP2017118819A (ja) * | 2017-03-16 | 2017-06-29 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | 船舶用熱電発電システム及び船舶 |
WO2018194132A1 (ja) | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 花王株式会社 | 被膜の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63160313U (ja) * | 1987-04-09 | 1988-10-20 | ||
JPH08261064A (ja) * | 1995-03-24 | 1996-10-08 | Mitsubishi Motors Corp | 排熱発電システム |
JP2004360522A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Toyota Motor Corp | 排気システム |
-
2005
- 2005-07-29 JP JP2005221279A patent/JP2007032534A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63160313U (ja) * | 1987-04-09 | 1988-10-20 | ||
JPH08261064A (ja) * | 1995-03-24 | 1996-10-08 | Mitsubishi Motors Corp | 排熱発電システム |
JP2004360522A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Toyota Motor Corp | 排気システム |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008284971A (ja) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Toyota Motor Corp | 車両用走行制御装置 |
WO2010021292A1 (ja) | 2008-08-19 | 2010-02-25 | 三菱重工業株式会社 | ハイブリッド型産業車両のバッテリ冷却構造 |
US8960346B2 (en) | 2008-08-19 | 2015-02-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Battery cooling structure of hybrid industrial vehicle |
JP2010219255A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Yanmar Co Ltd | 熱電発電装置 |
JP2014195359A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | National Maritime Research Institute | 船舶用熱電発電システム及び船舶 |
JP2015031275A (ja) * | 2013-08-06 | 2015-02-16 | 現代自動車株式会社 | 車両の排熱活用構造 |
JP2017118819A (ja) * | 2017-03-16 | 2017-06-29 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | 船舶用熱電発電システム及び船舶 |
WO2018194132A1 (ja) | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 花王株式会社 | 被膜の製造方法 |
KR20190123344A (ko) | 2017-04-19 | 2019-10-31 | 카오카부시키가이샤 | 피막의 제조 방법 |
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