JP6316677B2 - Power generation system - Google Patents

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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。   The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a power generation system mounted on a vehicle such as an automobile.

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。   Conventionally, in internal combustion engines such as automobile engines, heat exchangers such as boilers and air conditioning equipment, electric engines such as generators and motors, and various energy utilization devices such as light emitting devices such as lighting, for example, as exhaust heat, light, etc. A lot of thermal energy is released and lost.

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。そのようなシステムとして、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応じて、ピエゾ効果、焦電効果、ゼーベック効果など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デバイスを挟むように対向配置される第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おり、さらに、より効率的に発電するために、第１デバイスの昇温中に電圧を印加し、降温中には電圧の印加を停止することが提案されている。また、その発電システムを自動車などに積載すること、さらには、そのような場合に第１デバイス（誘電体など）を自動車の排ガスが供給される排気管内に配置することが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   In recent years, from the viewpoint of energy saving, it has been required to recover the released thermal energy and reuse it as an energy source. As such a system, specifically, for example, a heat source whose temperature rises and falls over time, and a first device that is electrically polarized by a piezo effect, a pyroelectric effect, a Seebeck effect, or the like according to a temperature change of the heat source ( A power generation system including a dielectric and the like, and a second device (electrode and the like) arranged to face each other so as to sandwich the first device in order to extract electric power from the first device has been proposed, and more efficiently In order to generate electric power, it has been proposed to apply a voltage during the temperature rise of the first device and stop the voltage application during the temperature drop. In addition, it has been proposed to load the power generation system on an automobile or the like, and to arrange a first device (such as a dielectric) in an exhaust pipe to which the exhaust gas of the automobile is supplied in such a case ( For example, see Patent Document 1.)

特開２０１４−１１３０２８号公報JP, 2014-113028, A

また、上記した発電システムに、さらに、受容デバイス（バッテリー、アクセサリなど）を備え、第１デバイスにおいて生じる電力を、受容デバイス（バッテリー、アクセサリなど）に供給し、蓄電または利用することが検討されている。   In addition, the above power generation system is further provided with a receiving device (battery, accessory, etc.), and it is considered to supply the electric power generated in the first device to the receiving device (battery, accessory, etc.) and store or use it. Yes.

また、そのような場合には、電力を受容デバイス（バッテリー、アクセサリなどの）に対して安定的に供給するため、第１デバイスと受容デバイス（バッテリー、アクセサリなど）との間に、電力を一時的に蓄積する蓄電デバイス（キャパシタなど）を介在させることが、検討されている。   In such a case, in order to stably supply power to the receiving device (battery, accessory, etc.), power is temporarily supplied between the first device and the receiving device (battery, accessory, etc.). It has been studied to interpose an electrical storage device (such as a capacitor) that accumulates automatically.

さらに、上記した発電システムでは、第１デバイスと受容デバイスとを接続する導線中にスイッチを設け、任意のタイミングでスイッチをＯＮ／ＯＦＦ動作させて導線を開閉することにより、任意のタイミングで電力を第１デバイスから受容デバイスに供給することが検討されている。   Furthermore, in the power generation system described above, a switch is provided in the conducting wire connecting the first device and the receiving device, and the switch is turned on and off at any timing to open and close the conducting wire, thereby supplying power at any timing. It is contemplated to supply the receiving device from the first device.

一方、このような発電システムにおいて、第１デバイスから得られた電力を受容デバイス（バッテリー、アクセサリなど）に供給する場合には、第１デバイスにより生じる高電圧や、スイッチのＯＮ動作時に生じるサージ電圧（瞬間的な大波電圧）などの過大な電圧が、受容デバイス（バッテリー、アクセサリなど）に印加される場合がある。そして、過大な電圧が受容デバイスに印加されると、受容デバイスに損傷を生じ、その結果、発電システム全体として損傷を生じる場合がある。   On the other hand, in such a power generation system, when the electric power obtained from the first device is supplied to the receiving device (battery, accessory, etc.), a high voltage generated by the first device or a surge voltage generated when the switch is turned on. An excessive voltage, such as (instantaneous large wave voltage), may be applied to the receiving device (battery, accessory, etc.). If an excessive voltage is applied to the receiving device, the receiving device may be damaged, and as a result, the entire power generation system may be damaged.

そこで、本発明の目的は、発電システムの損傷を抑制することができる発電システムを提供することにある。   Then, the objective of this invention is providing the electric power generation system which can suppress damage to an electric power generation system.

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温度が経時的に上下され、電気分極する発電デバイスと、前記発電デバイスに電気的に接続され、前記発電デバイスが生じる電力を一時的に蓄積するように構成される蓄電デバイスと、前記発電デバイスおよび前記蓄電デバイスに対して電気的に接続され、前記蓄電デバイスから供給される電力を蓄積または消費するように構成される受容デバイスと、前記発電デバイスから前記蓄電デバイスに電力を供給するように構成される第１導線と、前記蓄電デバイスから前記受容デバイスに電力を供給するように構成される第２導線と、前記第１導線を開閉可能に構成される第１スイッチと、前記第２導線を開閉可能に構成される第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉を制御するように構成される制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第２スイッチにより前記第２導線を開状態にした後、前記第１スイッチにより前記第１導線を閉状態として、前記発電デバイスから前記蓄電デバイスに電力を供給させ、さらに所定時間経過後に、前記第２スイッチにより前記第２導線を閉状態とし、前記蓄電デバイスから前記受容デバイスに電力を供給させることを特徴としている。   The power generation system of the present invention includes a heat source whose temperature rises and falls over time, a power generation device whose temperature rises and falls over time due to a temperature change of the heat source, and is electrically connected to the power generation device. A power storage device configured to temporarily store power generated by the device, and the power generation device and the power storage device are electrically connected to store or consume power supplied from the power storage device A receiving device configured; a first lead configured to supply power from the power generation device to the power storage device; and a second lead configured to supply power from the power storage device to the receiving device; A first switch configured to open and close the first conductive wire, a second switch configured to open and close the second conductive wire, and the first switch. And control means configured to control opening and closing of the second switch, and the control means opens the second conductor with the second switch and then opens the second switch with the first switch. One conductor is closed, power is supplied from the power generation device to the power storage device, and after a predetermined time has elapsed, the second switch is closed by the second switch, and power is supplied from the power storage device to the receiving device. It is characterized by being supplied.

本発明の発電システムでは、第１スイッチが、発電デバイスから蓄電デバイスに電力を供給するための第１導線に設けられており、また、第２スイッチが、蓄電デバイスから受容デバイスに電力を供給するための第２導線に設けられている。また、第１スイッチおよび第２スイッチは、制御手段の制御によってＯＮ／ＯＦＦ動作され、第１導線および第２導線が開閉可能とされている。   In the power generation system of the present invention, the first switch is provided in the first conductor for supplying power from the power generation device to the power storage device, and the second switch supplies power from the power storage device to the receiving device. For the second conductor. Further, the first switch and the second switch are turned ON / OFF by the control of the control means, so that the first conductor and the second conductor can be opened and closed.

そして、本発明の発電システムでは、第２スイッチにより第２導線を開状態にした後、第１スイッチにより第１導線を閉状態として、発電デバイスから蓄電デバイスに電力を供給させる。   In the power generation system of the present invention, after the second conductor is opened by the second switch, the first conductor is closed by the first switch, and power is supplied from the power generation device to the power storage device.

そのため、発電デバイスが高電圧を生じる場合や、第１導線が閉状態とされることによりサージ電圧を生じる場合にも、その過大な電圧が受容デバイスに印加されることを抑制することができ、受容デバイスの損傷を抑制することができ、その結果、発電システムの損傷を抑制することができる。   Therefore, even when the power generation device generates a high voltage or when the first conductive wire is brought into a closed state to generate a surge voltage, the excessive voltage can be suppressed from being applied to the receiving device, Damage to the receiving device can be suppressed, and as a result, damage to the power generation system can be suppressed.

さらに、本発明の発電システムでは、第１導線が閉状態とされてから所定時間経過後に、第２スイッチにより第２導線が閉状態とされ、蓄電デバイスと受容デバイスとが電気的に接続される。   Furthermore, in the power generation system of the present invention, the second conductor is closed by the second switch after a lapse of a predetermined time after the first conductor is closed, and the power storage device and the receiving device are electrically connected. .

このような発電システムでは、第１導線が閉状態とされたときに過大な電圧を生じる場合にも、過大な電圧が低下する程度の所定時間が経過した後に、蓄電デバイスと受容デバイスとが電気的に接続される。   In such a power generation system, even when an excessive voltage is generated when the first conducting wire is closed, the electric storage device and the receiving device are electrically connected after a predetermined time has passed so that the excessive voltage decreases. Connected.

そのため、受容デバイスの損傷を抑制しながら、発電デバイスにより生じた電力を安全なタイミングで受容デバイスに供給して、効率よく利用することができる。   Therefore, while suppressing damage to the receiving device, the power generated by the power generation device can be supplied to the receiving device at a safe timing and used efficiently.

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。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power generation system of the present invention. 図２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。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which the power generation system of the present invention is mounted on a vehicle. 図３は、図２に示す発電システムの要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the power generation system shown in FIG.

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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power generation system of the present invention.

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、電気分極する発電デバイス３と、発電デバイス３に電気的に接続され、発電デバイス３が生じる電力を一時的に蓄積するように構成される蓄電デバイス５と、発電デバイス３および蓄電デバイス５に対して電気的に接続され、蓄電デバイス５から供給される電力を蓄積または消費するように構成される受容デバイス６と、発電デバイス３から電力を取り出すように構成される回路を形成する取出デバイス４と、発電デバイス３の温度を検知する検知手段としての温度センサ８と、発電デバイス３に電圧を印加するように構成される電圧印加手段としての電圧印加装置９と、電圧印加装置９の作動および停止を制御するとともに、第１スイッチ２３（後述）および第２スイッチ３３（後述）の動作を制御するための制御手段としての制御ユニット１０とを備えている。   In FIG. 1, a power generation system 1 includes a heat source 2 whose temperature rises and falls over time, a power generation device 3 whose temperature rises and falls over time due to a temperature change of the heat source 2, and is electrically connected to the power generation device 3. The electric storage device 5 configured to temporarily store the electric power generated by the electric power generation device 3 and the electric power generation device 3 and the electric power storage device 5 that are electrically connected to the electric power storage device 5 are stored. Or a receiving device 6 configured to consume, an extraction device 4 forming a circuit configured to extract power from the power generation device 3, and a temperature sensor 8 as detection means for detecting the temperature of the power generation device 3 When the voltage application device 9 as voltage application means configured to apply a voltage to the power generation device 3 and the operation and stop of the voltage application device 9 are controlled Moni, and a control unit 10 as a control means for controlling the operation of the first switch 23 (described later) and the second switch 33 (described later).

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。   The heat source 2 is not particularly limited as long as the temperature rises and falls over time, and examples thereof include various energy utilization devices such as an internal combustion engine and a light emitting device.

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。   An internal combustion engine is a device that outputs power, for example, for a vehicle. For example, a single cylinder type or a multi-cylinder type is adopted, and a multi-cycle type (for example, a 2-cycle type, a 4-cycle type) is used in each cylinder. System, 6-cycle system, etc.) are employed.

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。   In such an internal combustion engine, pistons are repeatedly moved up and down in each cylinder. For example, in a 4-cycle system, an intake process, a compression process, an explosion process, an exhaust process, and the like are sequentially performed, and fuel is discharged. It is burned and power is output.

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。   In such an internal combustion engine, in the exhaust process, high-temperature exhaust gas is exhausted through an exhaust gas pipe, heat energy is transmitted using the exhaust gas as a heat medium, and the internal temperature of the exhaust gas pipe rises.

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。   On the other hand, in the other steps (steps excluding the exhaust step), the amount of exhaust gas in the exhaust gas pipe is reduced, so that the internal temperature of the exhaust gas pipe decreases compared to the exhaust process.

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。   As described above, the temperature of the internal combustion engine rises in the exhaust process and falls in the intake process, the compression process, and the explosion process, that is, rises and falls over time.

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。   In particular, since each of the above steps is periodically and sequentially repeated according to the piston cycle, the inside of the exhaust gas pipe of each cylinder in the internal combustion engine is periodically cycled with the repetition cycle of each of the above steps. A temperature change, more specifically, a high temperature state and a low temperature state are periodically repeated.

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。   When the light emitting device is turned on (emission light), for example, light such as infrared rays and visible light is used as a heat medium, and the temperature rises due to the heat energy. Therefore, the temperature of the light emitting device increases and decreases over time by turning on (emitting) and turning off over time.

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。   In particular, for example, when the light-emitting device is a light-emitting device (blinking (flashing) type light-emitting device) in which lighting is turned on and off intermittently over time, the light-emitting device is turned on (light-emitting). Due to the thermal energy of the light, a temperature change periodically, more specifically, a high temperature state and a low temperature state are periodically repeated.

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。   Moreover, as the heat source 2, for example, a plurality of heat sources can be provided, and a temperature change can be caused by switching between the plurality of heat sources.

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。   More specifically, for example, two heat sources, a low-temperature heat source (such as a coolant) and a high-temperature heat source (eg, a heating material) having a higher temperature than the low-temperature heat source, are prepared as the heat source. A mode in which a low-temperature heat source and a high-temperature heat source are alternately switched is used.

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。   Thereby, the temperature as a heat source can be raised or lowered with time, and in particular, the temperature can be periodically changed by periodically switching the low-temperature heat source and the high-temperature heat source.

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。   Although it does not restrict | limit especially as the heat source 2 provided with the several heat source which can be switched, For example, the high temperature air provided with the low temperature air supply system for combustion, the thermal storage heat exchanger, the high temperature gas exhaust system, and the supply / exhaust switching valve Combustion furnace (for example, a high-temperature gas generator described in Republished No. 96-5474), for example, a seawater exchange device (hydrogen storage alloy actuator-type seawater exchange device) using a high-temperature heat source, a low-temperature heat source, and a hydrogen storage alloy Is mentioned.

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。   As these heat sources 2, the said heat source can be used individually or in combination with 2 or more types.

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。   The heat source 2 is preferably a heat source whose temperature changes periodically with time.

また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。   The heat source 2 is preferably an internal combustion engine.

発電デバイス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。   The power generation device 3 is a device that is electrically polarized in accordance with a temperature change of the heat source 2.

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。   The electric polarization referred to here is a phenomenon in which a potential difference occurs due to dielectric polarization due to displacement of positive and negative ions due to crystal distortion, such as a piezo effect and / or a phenomenon in which a dielectric constant changes due to a temperature change and a potential difference occurs, It is defined as a phenomenon in which an electromotive force is generated in a material, such as an effect.

このような発電デバイス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。   More specifically, examples of the power generation device 3 include a device that is electrically polarized by a piezo effect and a device that is electrically polarized by a pyroelectric effect.

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。   The piezo effect is an effect (phenomenon) in which when a stress or strain is applied, it is electrically polarized according to the magnitude of the stress or strain.

このようなピエゾ効果により電気分極する発電デバイス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。   The power generation device 3 that is electrically polarized by such a piezo effect is not particularly limited, and a known piezo element (piezoelectric element) can be used.

発電デバイス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、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。   When a piezo element is used as the power generation device 3, the piezo element is, for example, a heat medium (the exhaust gas described above) whose periphery is fixed by a fixing member and is in contact with the heat source 2 or transmits heat of the heat source 2. Gas, light, etc.).

固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する取出デバイス４（例えば、電極など）を用いることもできる。   It does not restrict | limit especially as a fixing member, For example, the taking-out device 4 (for example, electrode etc.) mentioned later can also be used.

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。   In such a case, the piezo element is heated or cooled (possibly via a heat medium (exhaust gas, light, etc.) as described above) due to a change in temperature of the heat source 2 with time, thereby expanding. Or shrink.

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、取出デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。   At this time, since the volume expansion of the piezo element is suppressed by the fixing member, the piezo element is pressed by the fixing member and is electrically polarized by the piezo effect (piezoelectric effect) or phase transformation near the Curie point. . Thereby, although mentioned later in detail, electric power is taken out from the piezo element through the take-out device 4.

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。   In addition, such a piezo element is normally maintained in a heated state or a cooled state, and when its temperature becomes constant (that is, a constant volume), the electric polarization is neutralized, and then cooled or heated, Again, it is electrically polarized.

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。   Therefore, as described above, when the temperature of the heat source 2 periodically changes and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated, the piezo element is periodically heated and cooled. Electrical polarization and its neutralization are repeated periodically.

その結果、後述する取出デバイス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。   As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that varies periodically by an extraction device 4 described later.

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。   The pyroelectric effect is, for example, an effect (phenomenon) in which the insulator is electrically polarized in accordance with a change in temperature when the insulator (dielectric) is heated and cooled, and includes the first effect and the second effect. It is out.

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。   The first effect is an effect in which, when the insulator is heated and cooled, it spontaneously polarizes due to the temperature change and generates a charge on the surface of the insulator.

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。   In addition, the second effect is an effect that pressure deformation occurs in the crystal structure due to temperature changes during heating and cooling of the insulator, and piezoelectric polarization occurs due to stress or strain applied to the crystal structure (piezo effect, piezoelectric effect). ).

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。   The device that is electrically polarized by such a pyroelectric effect is not particularly limited, and a known pyroelectric element can be used.

発電デバイス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。   When a pyroelectric element is used as the power generation device 3, the pyroelectric element is in contact with the heat source 2 or in contact with a heat medium (exhaust gas, light, or the like) that transmits the heat of the heat source 2 (exposed). ).

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、取出デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。   In such a case, the pyroelectric element is heated or cooled (possibly via a heat medium (exhaust gas, light, etc.) described above) due to a change in temperature of the heat source 2 with time, and the pyroelectric effect (first The electric polarization is caused by the first effect and the second effect. Thereby, although mentioned later in detail, electric power is taken out from the pyroelectric element via the take-out device 4.

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。   Also, such pyroelectric elements are usually maintained in a heated state or a cooled state, and when the temperature becomes constant, the electric polarization is neutralized, and then cooled or heated again to be electrically polarized again. .

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。   Therefore, when the temperature of the heat source 2 is periodically changed as described above and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated, the pyroelectric element is periodically heated and cooled. The electrical polarization of the element and its neutralization are repeated periodically.

その結果、後述する取出デバイス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。   As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that varies periodically by an extraction device 4 described later.

これら発電デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。   These power generation devices 3 can be used alone or in combination of two or more.

このような発電デバイス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。 As such a power generation device 3, specifically, as described above, a known pyroelectric element (for example, BaTiO 3 , CaTiO 3 , (CaBi) TiO 3 , BaNd 2 Ti 5 O 14 , BaSm 2 Ti 4 O 12 , lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), etc., known piezo elements (for example, quartz (SiO 2 ), zinc oxide (ZnO), Rochelle salt (potassium sodium tartrate) ( KNaC 4 H 4 O 6 ), lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14) , aluminum nitride (AlN), tourmaline, poly Vinylidene fluoride (PVDF), etc.), Ca 3 (VO 4 ) 2 , Ca 3 (VO 4 ) 2 / Ni, LiNbO 3 , LiNbO 3 / Ni, LiTaO 3 , LiTaO 3 / Ni, Li (Nb 0.4 Ta 0.6 ) O 3 , Li (Nb 0.4 Ta 0.6 ) O 3 / Ni, Ca 3 {(Nb, Ta) O 4 } 2 , Ca 3 {(Nb, Ta) O 4 } 2 / Ni Etc. can be used.

また、発電デバイス３としては、さらに、ＬａＮｂＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫＮｂＯ３、ＭｇＮｂＯ３、ＣａＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３、（Ｋ１／２Ｎａ１／２）ＮｂＯ３／Ｎｉ、（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、Ｓｒ２ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５、Ｓｒ１９／１０Ｃａ１／１０ＮａＮｂ５Ｏ１５／Ｎｉ、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６、Ｂａ２ＮａＮｂＯ１５／Ｎｉ、Ｂａ２Ｎｂ２Ｏ６／Ｎｉなどの誘電体を用いることもできる。 Further, as the power generation device 3, LaNbO 3 , LiNbO 3 , KNbO 3 , MgNbO 3 , CaNbO 3 , (K 1/2 Na 1/2 ) NbO 3 , (K 1/2 Na 1/2 ) NbO 3 / Ni, (Bi 1/2 K 1/4 Na 1/4 ) NbO 3 , (Sr 1/100 (K 1/2 Na 1/2 ) 99/100 ) NbO 3 , (Ba 1/100 (K 1 / 2 Na 1/2 ) 99/100 ) NbO 3 , (Li 1/10 (K 1/2 Na 1/2 ) 9/10 ) NbO 3 , Sr 2 NaNb 5 O 15 , Sr 19/10 Ca 1 / 10 NaNb 5 O 15, Sr 19/10 Ca 1/10 NaNb 5 O 15 / Ni, Ba 2 NaNbO 15, Ba 2 Nb 2 O 6, Ba 2 NaNbO 15 / Ni, Ba 2 Nb 2 O / Ni may be used dielectrics such.

発電デバイス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。   The Curie point of the power generation device 3 is, for example, −77 ° C. or higher, preferably −10 ° C. or higher, for example, 1300 ° C. or lower, preferably 900 ° C. or lower.

また、発電デバイス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。   The relative dielectric constant of the power generation device 3 (insulator (dielectric)) is, for example, 1 or more, preferably 100 or more, and more preferably 2000 or more.

このような発電システム１では、発電デバイス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、発電デバイス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。   In such a power generation system 1, the higher the relative permittivity of the power generation device 3 (insulator (dielectric)), the higher the energy conversion efficiency and the higher voltage can be taken out. If the rate is less than the above lower limit, the energy conversion efficiency may be low, and the voltage of the obtained power may be low.

なお、発電デバイス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。   The power generation device 3 (insulator (dielectric)) is electrically polarized by a change in temperature of the heat source 2, and the electrical polarization may be any of electronic polarization, ionic polarization, and orientation polarization.

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。   For example, it is expected that a material that exhibits polarization by orientation polarization (for example, a liquid crystal material) can improve power generation efficiency by changing its molecular structure.

蓄電デバイス５は、発電デバイス３により生じる電力が、受容デバイス６に供給される前に、一時的に蓄積されるように構成されるデバイスであって、第１導線２７（後述）を介して、発電デバイス３に電気的に接続されている。蓄電デバイス５としては、例えば、高容量（例えば、４００〜２０００μＦ）キャパシタなどが挙げられる。   The power storage device 5 is a device configured to temporarily store the electric power generated by the power generation device 3 before being supplied to the receiving device 6, and the first power line 27 (described later) The power generation device 3 is electrically connected. As the electrical storage device 5, a high capacity | capacitance (for example, 400-2000 micro F) capacitor etc. are mentioned, for example.

受容デバイス６は、発電デバイス３により生じる電力が、蓄電デバイス５を介して受容され、蓄積または消費されるように構成されるデバイスであって、第１導線２７（後述）および第２導線３７（後述）を介して、発電デバイス３および蓄電デバイス５に対して電気的に並列接続されている。すなわち、発電システム１において、発電デバイス３、蓄電デバイス５および受容デバイス６は、互いに電気的に並列接続されている。受容デバイス６としては、電力を蓄積する蓄電装置（例えば、バッテリーなど）、電力を消費するアクセサリ（例えば、灯火装置など）など、公知の電力受容装置が挙げられる。なお、受容デバイス６としてバッテリーが用いられる場合には、上記の蓄電デバイス５がサブバッテリーとして扱われ、受容デバイス６がメインバッテリーとして扱われる。   The receiving device 6 is a device configured such that the electric power generated by the power generation device 3 is received via the power storage device 5 and stored or consumed. The receiving device 6 includes a first conductor 27 (described later) and a second conductor 37 ( The power generation device 3 and the power storage device 5 are electrically connected in parallel via a later described. That is, in the power generation system 1, the power generation device 3, the power storage device 5, and the receiving device 6 are electrically connected in parallel to each other. Examples of the receiving device 6 include known power receiving devices such as a power storage device (for example, a battery) that stores electric power and accessories (for example, a lighting device) that consume electric power. In the case where a battery is used as the receiving device 6, the power storage device 5 is treated as a sub battery, and the receiving device 6 is treated as a main battery.

取出デバイス４は、発電デバイス３から電力を取り出すために設けられる。   The take-out device 4 is provided for taking out electric power from the power generation device 3.

より具体的には、取出デバイス４は、１対（２つ）の電極２２と、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給するように構成される第１導線２７と、蓄電デバイス５から受容デバイス６に電力を供給するように構成される第２導線３７とを備えている。   More specifically, the take-out device 4 receives a pair of (two) electrodes 22, a first conductor 27 configured to supply power from the power generation device 3 to the power storage device 5, and the power storage device 5. And a second conductor 37 configured to supply power to the device 6.

１対（２つ）の電極２２は、発電デバイス３を挟んで対向配置されている。電極２２としては、例えば、銅電極、銀電極などが挙げられる。   The pair (two) of electrodes 22 are disposed to face each other with the power generation device 3 interposed therebetween. Examples of the electrode 22 include a copper electrode and a silver electrode.

第１導線２７は、第２導線３７および印加導線２８（後述）とは別に、電力を発電デバイス３から取り出し、蓄電デバイス５に供給するための環状の電気回路を形成しており、この電気回路（環状の第１導線２７）中に、発電デバイス３と、その発電デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、その発電デバイス３から取り出された電力が蓄積される蓄電デバイス５とが介在されている。   The first conducting wire 27 forms an annular electric circuit for taking out electric power from the power generation device 3 and supplying it to the power storage device 5 separately from the second conducting wire 37 and the applied conducting wire 28 (described later). In the (annular first conducting wire 27), the power generation device 3, a pair (two) of electrodes 22 disposed opposite to each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and the electric power extracted from the power generation device 3 are accumulated. The power storage device 5 is interposed.

また、第１導線２７における蓄電デバイス５と電極２２との間、具体的には、発電デバイス３を挟む２点（２つの接続点Ａ）に、後述する印加導線２８の印加専用部分３２（後述）が接続されている。これにより、第１導線２７の一部（電極２２と接続点Ａとで区画される部分）が、印加導線２８（後述）として共用されている。   Moreover, between the electrical storage device 5 and the electrode 22 in the first conductor 27, specifically, at two points (two connection points A) sandwiching the power generation device 3, an application dedicated portion 32 (described later) of the application conductor 28 described later. ) Is connected. Thereby, a part (part divided by the electrode 22 and the connection point A) of the 1st conducting wire 27 is shared as the application conducting wire 28 (described later).

さらに、発電デバイス３に対して接続点Ａよりも蓄電デバイス５側（紙面右側）において、蓄電デバイス５を挟む２点（２つの接続点Ｂ）に第２導線３７（後述）の受容専用部分３８（後述）が接続されている。これにより、第１導線２７の一部（蓄電デバイス５と接続点Ｂとで区画される部分）が、第２導線３７（後述）として共用されている。   Further, on the power storage device 5 side (right side in the drawing) with respect to the power generation device 3, the reception dedicated portion 38 of the second conductor 37 (described later) is connected to two points (two connection points B) sandwiching the power storage device 5. (Described later) is connected. Thereby, a part (part divided by the electrical storage device 5 and the connection point B) of the 1st conducting wire 27 is shared as the 2nd conducting wire 37 (after-mentioned).

つまり、第１導線２７は、印加導線２８（後述）と共用される第１共用部分２９と、第２導線３７（後述）と共用される第２共用部分３９と、印加導線２８（後述）および第２導線３７（後述）のいずれとも共用されない蓄電専用部分３０とを備えている。   That is, the first conducting wire 27 includes a first sharing portion 29 shared with an application conducting wire 28 (described later), a second shared portion 39 shared with a second conducting wire 37 (described later), an application conducting wire 28 (described later), and A power storage dedicated portion 30 that is not shared with any of the second conductive wires 37 (described later) is provided.

第１共用部分２９は、第１導線２７と印加導線２８（後述）との接続点（２つの接続点Ａ）から、電極２２に至るまでの領域（具体的には、２つの接続点Ａと、それぞれの接続点Ａに近接する側の電極２２との間の領域）であって、その途中部分において、発電デバイス３および１対の電極２２が介在されている。   The first shared portion 29 is a region from the connection point (two connection points A) between the first conductive wire 27 and the application conductive wire 28 (described later) to the electrode 22 (specifically, the two connection points A and , A region between the electrodes 22 on the side close to each connection point A), and the power generation device 3 and the pair of electrodes 22 are interposed in the middle portion thereof.

このような第１共用部分２９は、第１導線２７の一部であるとともに、印加導線２８（後述）の一部でもあり、そのため、取出デバイス４として電力を取り出すために用いられるとともに、電圧印加装置９（後述）として電圧を印加するためにも用いられる。   Such a first shared portion 29 is a part of the first conducting wire 27 and a part of the applied conducting wire 28 (described later). Therefore, the first shared portion 29 is used as an extraction device 4 for taking out electric power and applies a voltage. The device 9 (described later) is also used to apply a voltage.

第２共用部分３９は、上記の接続点Ａよりも蓄電デバイス５側における、第１導線２７と第２導線３７（後述）との接続点Ｂから、蓄電デバイス５に至るまでの領域（具体的には、２つの接続点Ｂと、蓄電デバイス５との間の領域）であって、その途中部分において、蓄電デバイス５が介在されている。   The second shared portion 39 is a region from the connection point B between the first conductive wire 27 and the second conductive wire 37 (described later) to the power storage device 5 (specifically, closer to the power storage device 5 than the connection point A described above. Is an area between the two connection points B and the power storage device 5), and the power storage device 5 is interposed in the middle part thereof.

このような第２共用部分３９は、第１導線２７の一部であるとともに、第２導線３７（後述）の一部でもあり、そのため、発電デバイス３から電力を蓄電デバイス５に取り出すために用いられるとともに、蓄電デバイス５からの電流を受容デバイス６に供給するためにも用いられる。   Such a second shared portion 39 is a part of the first conducting wire 27 and a part of the second conducting wire 37 (described later). Therefore, the second common portion 39 is used to extract power from the power generation device 3 to the power storage device 5. And is also used to supply current from the electricity storage device 5 to the receiving device 6.

蓄電専用部分３０は、第１導線２７において第１共用部分２９および第２共用部分３９を除く部分であって、接続点Ａと接続点Ｂとを結ぶように構成されている。   The power storage dedicated portion 30 is a portion of the first conducting wire 27 excluding the first shared portion 29 and the second shared portion 39, and is configured to connect the connection point A and the connection point B.

すなわち、蓄電専用部分３０は、印加導線２８（後述）および第２導線３７（後述）のいずれともと共用されない部分であり、電圧印加装置９（後述）からの電圧を発電デバイス３に印加するため、および、蓄電デバイス５からの電流を受容デバイス６に供給するためには用いられず、発電デバイス３から電力を取り出すために用いられる。   That is, the power storage dedicated portion 30 is a portion that is not shared with any of the application conductor 28 (described later) and the second conductor 37 (described later), and applies a voltage from the voltage application device 9 (described later) to the power generation device 3. And, it is not used to supply the current from the power storage device 5 to the receiving device 6, but is used to extract power from the power generation device 3.

また、第１導線２７の蓄電専用部分３０には、さらに、発電デバイス３から電力を取り出すための回路（すなわち、第１導線２７）を開閉可能に構成される第１スイッチ２３が備えられている。   Further, the power storage dedicated portion 30 of the first conductor 27 is further provided with a first switch 23 configured to open and close a circuit for taking out electric power from the power generation device 3 (that is, the first conductor 27). .

第１スイッチ２３としては、特に制限されず、公知のスイッチ機構を採用することができる。また、第１スイッチ２３は、後述する制御ユニット１０に電気的に接続されており（図１破線参照）、その開閉が制御されている。   The first switch 23 is not particularly limited, and a known switch mechanism can be adopted. Moreover, the 1st switch 23 is electrically connected to the control unit 10 mentioned later (refer the broken line of FIG. 1), and the opening / closing is controlled.

また、図示しないが、蓄電専用部分３０には、必要により、例えば、昇圧器、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）などを介在させることもできる。   Although not shown, the power storage dedicated portion 30 can be provided with a booster, an AC / DC converter (AC-DC converter), or the like, if necessary.

第２導線３７は、上記第２共用部分３９を第１導線２７と共用して、第１導線２７および印加導線２８（後述）とは別に、電力を蓄電デバイス５から取り出し、受容デバイス６に供給するための環状の電気回路を形成しており、この電気回路（環状の第２導線３７）中に、蓄電デバイス５と、その蓄電デバイス５から取り出された電力が供給される受容デバイス６とが介在されている。   The second conductive wire 37 shares the second common portion 39 with the first conductive wire 27, separates the first conductive wire 27 and the applied conductive wire 28 (described later), takes out electric power from the power storage device 5, and supplies it to the receiving device 6. The electric storage device 5 and the receiving device 6 to which the electric power extracted from the electric storage device 5 is supplied are formed in the electric circuit (annular second conductive wire 37). Intervened.

つまり、第２導線３７は、上記第１導線２７と共用される上記第２共用部分３９と、上記第１導線２７と共用されない受容専用部分３８とを備えている。   That is, the second conductive wire 37 includes the second shared portion 39 that is shared with the first conductive wire 27 and the reception-only portion 38 that is not shared with the first conductive wire 27.

受容専用部分３８は、第２導線３７において第２共用部分３９を除く部分であって、その両端部が、それぞれ、第１導線２７の蓄電デバイス５に対する一方側の途中部分（一方側の接続点Ｂ）と、他方側の途中部分（他方側の接続点Ｂ）とに、電気的に接続されている。また、受容専用部分３８の途中部分には、受容デバイス６が介在されている。これにより、受容デバイス６は、蓄電デバイス５に電気的に接続されている。   The receiving-only portion 38 is a portion of the second conducting wire 37 excluding the second common portion 39, and both end portions thereof are respectively intermediate portions on one side of the first conducting wire 27 with respect to the power storage device 5 (one-side connection point). B) and an intermediate part on the other side (connection point B on the other side) are electrically connected. A receiving device 6 is interposed in the middle of the receiving-only portion 38. Thereby, the receiving device 6 is electrically connected to the power storage device 5.

また、第１導線２７の受容専用部分３８には、さらに、蓄電デバイス５から電力を取り出すための回路（すなわち、第２導線３７）を開閉可能に構成される第２スイッチ３３が備えられている。   Further, the receiving-only portion 38 of the first conducting wire 27 is further provided with a second switch 33 configured to open and close a circuit for taking out electric power from the power storage device 5 (that is, the second conducting wire 37). .

第２スイッチ３３としては、特に制限されず、公知のスイッチ機構を採用することができる。また、第２スイッチ３３は、後述する制御ユニット１０に電気的に接続されており（図１破線参照）、その開閉が制御されている。   The second switch 33 is not particularly limited, and a known switch mechanism can be adopted. The second switch 33 is electrically connected to the control unit 10 described later (see the broken line in FIG. 1), and its opening / closing is controlled.

また、図示しないが、受容専用部分３８には、必要により、例えば、蓄電デバイス５から受容デバイス６に供給される電力の電圧を計測するための電圧センサや、その他、昇圧器、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）などを介在させることもできる。   Although not shown, the receiving-only portion 38 includes, for example, a voltage sensor for measuring the voltage of the electric power supplied from the power storage device 5 to the receiving device 6 as well as a booster, AC / DC conversion, if necessary. A device (AC-DC converter) or the like can be interposed.

温度センサ８は、発電デバイス３の温度を検知するため、発電デバイス３に近接または接触して設けられる。温度センサ８は、発電デバイス３の温度として、発電デバイス３の表面温度を直接検知するか、または、発電デバイス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。   The temperature sensor 8 is provided close to or in contact with the power generation device 3 in order to detect the temperature of the power generation device 3. The temperature sensor 8 directly detects the surface temperature of the power generation device 3 as the temperature of the power generation device 3, or detects the ambient temperature around the power generation device 3, for example, an infrared radiation thermometer, a thermocouple temperature, or the like. A known temperature sensor such as a meter is used.

電圧印加装置９は、発電デバイス３に電圧を印加するため、発電デバイス３に直接または近接して設けられている。このような電圧印加装置９は、上記の発電デバイス３に電圧を印加するための電圧印加電源３１、および、その電圧印加電源３１に接続される印加導線２８を備えている。   The voltage application device 9 is provided directly or in proximity to the power generation device 3 in order to apply a voltage to the power generation device 3. Such a voltage application device 9 includes a voltage application power source 31 for applying a voltage to the power generation device 3 and an application conductor 28 connected to the voltage application power source 31.

電圧印加電源３１としては、特に制限されないが、電圧を発電デバイス３に印加可能であり、また、作動および停止が切替可能な公知の電源装置が用いられる。電圧印加電源３１は、後述する制御ユニット１０に電気的に接続されており（図１破線参照）、その作動および停止が制御される。   Although it does not restrict | limit especially as the voltage application power supply 31, The well-known power supply device which can apply a voltage to the electric power generation device 3, and can switch an action | operation and a stop is used. The voltage application power source 31 is electrically connected to the control unit 10 described later (see the broken line in FIG. 1), and its operation and stop are controlled.

印加導線２８は、上記第１共用部分２９を第１導線２７と共用して、第１導線２７とは別の環状の電気回路を形成しており、この電気回路（環状の印加導線２８）中に、発電デバイス３と、その発電デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、電圧印加電源３１とが介在されている。   The application conductor 28 shares the first common portion 29 with the first conductor 27 to form an annular electric circuit different from the first conductor 27. In the electric circuit (annular application conductor 28), In addition, a power generation device 3, a pair (two) of electrodes 22 disposed to face each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and a voltage application power source 31 are interposed.

つまり、電圧印加装置９の印加導線２８は、上記第１導線２７と共用される上記第１共用部分２９と、上記第１導線２７と共用されない印加専用部分３２とを備えている。   That is, the application conducting wire 28 of the voltage applying device 9 includes the first common portion 29 shared with the first conducting wire 27 and the application dedicated portion 32 not shared with the first conducting wire 27.

印加専用部分３２は、印加導線２８において第１共用部分２９を除く部分であって、その両端部が、それぞれ、第１導線２７の発電デバイス３に対する一方側の途中部分（一方側の接続点Ａ）と、他方側の途中部分（他方側の接続点Ａ）とに、電気的に接続されている。また、印加専用部分３２の途中部分には、電圧印加電源３１が介在されている。   The application-dedicated part 32 is a part of the application conductor 28 excluding the first common part 29, and both ends thereof are intermediate parts on one side of the first conductor 27 with respect to the power generation device 3 (one-side connection point A). ) And an intermediate portion on the other side (connection point A on the other side). Further, a voltage application power source 31 is interposed in the middle of the application-dedicated part 32.

これにより、電圧印加電源３１は、取出デバイス４の電極２２に電気的に接続されており、電極２２が、電圧印加装置９により電圧を印加するための電極として共用されている。   Thereby, the voltage application power supply 31 is electrically connected to the electrode 22 of the extraction device 4, and the electrode 22 is shared by the voltage application device 9 as an electrode for applying a voltage.

そのため、この発電システム１では、電圧印加電源３１から電圧を印加し、取出デバイス４の電極２２および第１導線２７を介して、発電デバイス３に電圧を印加することができる。   Therefore, in this power generation system 1, it is possible to apply a voltage from the voltage application power supply 31 and apply a voltage to the power generation device 3 via the electrode 22 of the extraction device 4 and the first conducting wire 27.

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。   The control unit 10 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that performs electrical control in the power generation system 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

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（破線参照）、詳しくは後述するが、上記した温度センサ８によって検知される発電デバイス３の温度に応じて、電圧印加装置９を作動および停止させる。   The control unit 10 is electrically connected to the temperature sensor 8 and the voltage application device 9 (see the broken line), and will be described in detail later, depending on the temperature of the power generation device 3 detected by the temperature sensor 8 described above. The voltage applying device 9 is activated and stopped.

また、制御ユニット１０は、第１スイッチ２３および第２スイッチ３３にも電気的に接続されており、詳しくは後述するように、温度センサ８により検知される発電デバイス３の温度に基づいて、第１スイッチ２３および第２スイッチ３３を操作可能とし、発電デバイス３から電力が取り出される回路を開閉可能としている（破線参照）。   The control unit 10 is also electrically connected to the first switch 23 and the second switch 33, and, as will be described in detail later, based on the temperature of the power generation device 3 detected by the temperature sensor 8. The first switch 23 and the second switch 33 can be operated, and a circuit from which power is extracted from the power generation device 3 can be opened and closed (see the broken line).

また、このような発電システム１は、さらに、整流手段としての整流器２１を備えることができる。   Moreover, such a power generation system 1 can further include a rectifier 21 as a rectifier.

すなわち、この発電システム１では、図１に示されるように、発電デバイス３を含む環状の電気回路として、第１導線２７により形成される回路と、印加導線２８により形成される回路とが存在する。そのため、例えば、後述するように電圧印加装置９により電圧を印加しない状態（ＯＦＦ）である場合などには、発電デバイス３から生じた電力が、第１導線２７を介して蓄電デバイス５に供給される一方、印加導線２８を介して電圧印加装置９の電圧印加電源３１にも供給される場合がある。   That is, in this power generation system 1, as shown in FIG. 1, as an annular electric circuit including the power generation device 3, there are a circuit formed by the first conductive wire 27 and a circuit formed by the applied conductive wire 28. . Therefore, for example, when the voltage application device 9 does not apply a voltage (OFF) as will be described later, the power generated from the power generation device 3 is supplied to the power storage device 5 via the first conductor 27. On the other hand, it may be supplied to the voltage application power source 31 of the voltage application device 9 via the application conductor 28.

このような場合には、電圧印加電源３１に破損を生じる場合があるため、好ましくは、電圧印加電源３１を含む電気回路中に整流器２１を設け、発電デバイス３から取り出された電力が電圧印加電源３１に供給されることを規制する。   In such a case, the voltage application power supply 31 may be damaged. Therefore, preferably, the rectifier 21 is provided in the electric circuit including the voltage application power supply 31, and the electric power extracted from the power generation device 3 is used as the voltage application power supply 31. The supply to 31 is regulated.

整流器２１は、環状の電気回路を形成する印加導線２８において、電圧印加電源３１と発電デバイス３との間に介在するように配置される。   The rectifier 21 is disposed so as to be interposed between the voltage application power source 31 and the power generation device 3 in the application conductor 28 forming an annular electric circuit.

このような整流器２１としては、例えば、公知のダイオードなどが用いられる。   As such a rectifier 21, for example, a known diode or the like is used.

整流器２１を備えることにより、発電デバイス３から生じた電力が電圧印加装置９の電圧印加電源３１に供給されることを規制することができ、電圧印加電源３１にダメージを生じることを抑制することができる。   By providing the rectifier 21, it is possible to restrict the power generated from the power generation device 3 from being supplied to the voltage application power source 31 of the voltage application device 9, and to prevent the voltage application power source 31 from being damaged. it can.

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、発電デバイス３を、加熱および／または冷却する。   In order to generate power with such a power generation system 1, for example, first, the temperature of the heat source 2 is changed over time, preferably periodically, and the power generation device 3 is heated and / or heated by the heat source 2. Cooling.

そして、このような温度変化に応じて、上記した発電デバイス３を、好ましくは、周期的に電気分極させる。その後、取出デバイス４を介することにより、電力を、発電デバイス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。   And according to such a temperature change, Preferably, the above-mentioned electric power generation device 3 is electrically polarized periodically. Thereafter, the electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating current, etc.) that periodically fluctuates according to the periodic electric polarization of the power generation device 3 through the extraction device 4.

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。   In such a power generation system 1, the temperature of the heat source 2 is, for example, 200 to 1200 ° C., preferably 700 to 900 ° C. in the high temperature state, and the temperature in the low temperature state is lower than the temperature in the high temperature state. More specifically, for example, 100 to 800 ° C., preferably 200 to 500 ° C., and the temperature difference between the high temperature state and the low temperature state is, for example, 10 to 600 ° C., preferably 20 to 500 ° C. is there.

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。   Moreover, the repetition period of these high temperature states and low temperature states is, for example, 10 to 400 cycles / second, preferably 30 to 100 cycles / second.

これにより、発電デバイス３の温度が経時的に上下され、電気分極する。その結果、発電デバイス３から電力が取り出される。取り出された電力は、通常、第１導線２７を介して蓄電デバイス５に供給され、一時的に蓄電および均一化された後、第２導線３７を介して、受容デバイス６に安定的に供給される。   Thereby, the temperature of the power generation device 3 is increased and decreased over time, and is electrically polarized. As a result, power is extracted from the power generation device 3. The extracted electric power is normally supplied to the electricity storage device 5 via the first conductor 27, and after being temporarily stored and equalized, it is stably supplied to the receiving device 6 via the second conductor 37. The

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、発電デバイス３の温度状態に応じて、発電デバイス３に電圧を印加することが検討される（例えば、特許文献１参照。）。   Moreover, in such a power generation system 1, in order to generate electric power more efficiently, it is considered to apply a voltage to the power generation device 3 according to the temperature state of the power generation device 3 (see, for example, Patent Document 1). .

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、温度センサ８によって、発電デバイス３の温度を連続的に測定し、発電デバイス３が昇温状態であるか、降温状態であるかを検知する。より具体的には、例えば、温度センサ８によって検知される発電デバイス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、発電デバイス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。   That is, in the power generation system 1, the temperature of the power generation device 3 is continuously measured by the temperature sensor 8 together with the heating and / or cooling by the heat source 2 described above, and the power generation device 3 is in a temperature rising state or a temperature falling state. Is detected. More specifically, for example, when the temperature of the power generation device 3 detected by the temperature sensor 8 rises by a predetermined value (for example, 0.2 ° C./s) or the like, When the temperature of the power generation device 3 is decreased by a predetermined value (for example, 0.2 ° C./s), it is detected that the temperature is lowered.

そして、この発電システム１では、発電デバイス３が昇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を作動させ、発電デバイス３に所定の電圧を印加し、また、発電デバイス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、発電デバイス３に対する電圧の印加を停止することが検討される。   In the power generation system 1, when it is detected that the power generation device 3 is in a temperature rising state, the control unit 10 operates the voltage application device 9 to apply a predetermined voltage to the power generation device 3. When it is detected that 3 is in the temperature-decreasing state, it is considered that the voltage applying device 9 is stopped by the control unit 10 and the voltage application to the power generation device 3 is stopped.

このような場合、電圧を印加する時間は、発電デバイス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。また、電圧の印加を停止する時間は、発電デバイス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。   In such a case, the time for applying the voltage is until the power generation device 3 reaches the temperature-decreasing state. In addition, the time for stopping the application of voltage is until the power generation device 3 reaches the temperature rising state, and specifically, the temperature is being lowered.

なお、電圧印加装置９を作動させてから上記電圧が印加される（すなわち、電場の強さが上記の所定値に達する）までの所要時間、および、電圧印加装置９を停止させてから、電場の強さが０ｋＶ／ｍｍに達するまでの所要時間は、実質的に０秒とみなすことができる。   It should be noted that the time required from when the voltage applying device 9 is activated until the voltage is applied (that is, the intensity of the electric field reaches the predetermined value), and after the voltage applying device 9 is stopped, the electric field The time required until the strength reaches 0 kV / mm can be regarded as substantially 0 second.

すなわち、この発電システム１では、上記所定値に満たない電圧が印加されている時間は、実質的に０秒であって、上記所定値の電圧が印加されている状態（ＯＮ）と、電圧が印加されていない状態（ＯＦＦ）とが、制御ユニット１０によって切り替えられる。   That is, in the power generation system 1, the time during which the voltage less than the predetermined value is applied is substantially 0 second, and the voltage is applied when the voltage of the predetermined value is applied (ON). The state where the voltage is not applied (OFF) is switched by the control unit 10.

このように、上記の方法では、発電デバイス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、発電デバイス３に電圧が印加される。一方、発電デバイス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。   As described above, in the above method, when the temperature rise of the power generation device 3 is detected, the voltage application device 9 is activated and a voltage is applied to the power generation device 3. On the other hand, when the temperature drop of the power generation device 3 is detected, the voltage application device 9 is stopped and the voltage application is stopped.

このような発電システム１によれば、電圧印加装置９を作動または停止させる、つまり、ＯＮ／ＯＦＦ操作するという比較的簡易な方法によって、電圧を印加しない場合に比べ、発電デバイス３から効率的にエネルギーを取り出すことができ、発電効率の向上を図ることができる。   According to such a power generation system 1, the power generation device 3 can be operated from the power generation device 3 more efficiently than when no voltage is applied by a relatively simple method of operating or stopping the voltage application device 9, that is, an ON / OFF operation. Energy can be extracted and power generation efficiency can be improved.

また、このような発電システム１において、発電デバイス３は、その加熱および／または冷却の方法によっては、昇温および降温されることなく、定温状態（温度変化量が所定値（例えば、０．２℃／ｓ）未満）で一時的に維持される場合がある。そのような場合、電圧は、発電デバイス３の昇温中およびその昇温後の定温状態中に印加され、降温中およびその降温後の定温状態中に、電圧の印加が停止される。なお、後述するように、熱源２として自動車の内燃機関が採用される場合などには、発電デバイス３は、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。   In such a power generation system 1, the power generation device 3 is not heated or lowered depending on the heating and / or cooling method, and is kept at a constant temperature (the amount of temperature change is a predetermined value (for example, 0.2 Less than ° C./s)). In such a case, the voltage is applied during the temperature increase of the power generation device 3 and during the constant temperature state after the temperature increase, and the voltage application is stopped during the temperature decrease and during the constant temperature state after the temperature decrease. As will be described later, when an automobile internal combustion engine is employed as the heat source 2, the power generation device 3 repeats the temperature rising state and the temperature lowering state without substantially becoming the constant temperature state.

また、発電効率の向上を図る方法としては、上記したように電圧印加装置９を単に作動および停止させるだけでなく、例えば、その印加電圧の大きさを発電デバイス３の温度状態に応じて変化させることも検討される。しかし、このような方法では、印加電圧を徐々に増減させるという煩雑な操作を必要とするため、手間がかかるという不具合がある。   As a method for improving the power generation efficiency, not only the voltage applying device 9 is simply operated and stopped as described above, but also, for example, the magnitude of the applied voltage is changed according to the temperature state of the power generating device 3. It is also considered. However, such a method requires a cumbersome operation of gradually increasing or decreasing the applied voltage, which is troublesome.

一方、上記の発電システム１では、電圧印加装置９を作動または停止させるという比較的簡易な方法によって、発電効率の向上を図ることができる。   On the other hand, in the power generation system 1 described above, the power generation efficiency can be improved by a relatively simple method of operating or stopping the voltage application device 9.

さらに、上記の発電デバイス３は、そのキュリー点を越える環境下に曝されると損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。しかし、上記の発電システム１では、発電デバイス３が昇温されるときに電圧が印加されるので、発電デバイス３が、そのキュリー点を越える環境下に曝される場合にも、発電デバイス３が損傷することを抑制することができ、発電システム１の発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制することができる。その結果、高温環境下においても、優れた効率で発電することができる。   Furthermore, the power generation device 3 described above may be damaged when exposed to an environment exceeding its Curie point, resulting in a decrease in power generation performance or inability to generate power. However, in the power generation system 1 described above, a voltage is applied when the temperature of the power generation device 3 is raised. Therefore, even when the power generation device 3 is exposed to an environment exceeding its Curie point, It can suppress that it is damaged, and can suppress that the electric power generation performance of the electric power generation system 1 falls, or it becomes impossible to generate electric power. As a result, it is possible to generate power with excellent efficiency even in a high temperature environment.

また、この方法では、制御ユニット１０の制御によって、電圧印加装置９と第１スイッチ２３とを連動させることにより、蓄電デバイス５および受容デバイス６を保護することも検討される。   In this method, it is also considered to protect the power storage device 5 and the receiving device 6 by interlocking the voltage application device 9 and the first switch 23 under the control of the control unit 10.

すなわち、この発電システム１において、蓄電デバイス５および受容デバイス６は、図１に示すように、印加導線２８、第１導線２７および第２導線３７を介して、電圧印加装置９に電気的に接続されている。   In other words, in the power generation system 1, the power storage device 5 and the receiving device 6 are electrically connected to the voltage application device 9 through the application conductor 28, the first conductor 27, and the second conductor 37 as shown in FIG. 1. Has been.

そのため、電圧印加装置９が作動され、発電デバイス３に電圧が印加されるときに、その電圧が、印加導線２８、第１導線２７および第２導線３７を介して、蓄電デバイス５および受容デバイス６に印加される場合がある。このような場合、蓄電デバイス５および受容デバイス６の故障を惹起する場合がある。   Therefore, when the voltage application device 9 is activated and a voltage is applied to the power generation device 3, the voltage is applied via the application conductor 28, the first conductor 27, and the second conductor 37 to the power storage device 5 and the receiving device 6. May be applied. In such a case, a failure of the electricity storage device 5 and the receiving device 6 may be caused.

そこで、上記の発電システム１において、例えば、発電デバイス３が昇温状態となり、電圧印加装置９により電圧が印加されるタイミングで、制御ユニット１０の制御により、第１スイッチ２３をＯＦＦ動作させ、第１導線２７を開状態とする（図１中、太２点鎖線参照）。   Therefore, in the power generation system 1 described above, for example, at the timing when the power generation device 3 is in a temperature rising state and a voltage is applied by the voltage application device 9, the first switch 23 is turned off by the control of the control unit 10, and the first switch 23 is turned off. One conducting wire 27 is set in an open state (see a thick two-dot chain line in FIG. 1).

これにより、第１導線２７における電流の通過が阻害され、電圧印加装置９からの電圧が蓄電デバイス５および受容デバイス６に印加されることを、防止することができる。その結果、蓄電デバイス５および受容デバイス６の故障を抑制することができる。   Thereby, the passage of current in the first conducting wire 27 is inhibited, and it is possible to prevent the voltage from the voltage applying device 9 from being applied to the power storage device 5 and the receiving device 6. As a result, failure of the electricity storage device 5 and the receiving device 6 can be suppressed.

また、このような場合には、例えば、電圧印加装置９による電圧の印加が停止されるタイミングで、制御ユニット１０の制御により、第１スイッチ２３をＯＮ動作させ、第１導線２７を閉状態とすることが検討される（図１中、太実線参照）。   Further, in such a case, for example, at the timing when the voltage application by the voltage application device 9 is stopped, the first switch 23 is turned on by the control of the control unit 10 and the first conducting wire 27 is closed. (See the thick solid line in FIG. 1).

これにより、第１導線２７における電流の通過が許容される。そのため、発電デバイス３により取り出された電力が、蓄電デバイス５に供給され、一時的に蓄電および均一化された後、第２導線３７を介して、受容デバイス６に安定的に供給される。   Thereby, passage of current in the first conducting wire 27 is allowed. Therefore, the electric power extracted by the power generation device 3 is supplied to the power storage device 5, temporarily stored and equalized, and then stably supplied to the receiving device 6 through the second conductor 37.

しかしながら、この発電システム１では、蓄電デバイス５のみならず、受容デバイス６も、発電デバイス３と電気的に接続されている。   However, in the power generation system 1, not only the power storage device 5 but also the receiving device 6 is electrically connected to the power generation device 3.

そのため、上記のように、電圧印加装置９による電圧の印加が停止されるタイミングで、制御ユニット１０の制御により、第１スイッチ２３をＯＮ動作させ、第１導線２７を閉状態とすると、発電デバイス３から取り出された電力が、受容デバイス６に直接供給される場合がある。   Therefore, as described above, when the application of the voltage by the voltage applying device 9 is stopped, the first switch 23 is turned on by the control of the control unit 10 and the first conductor 27 is closed. The power extracted from 3 may be supplied directly to the receiving device 6.

このような場合には、過大な電圧が受容デバイス６に印加される場合があり、より具体的には、高温（昇温終了直後など）の発電デバイス３により生じる高電圧や、第１スイッチ２３のＯＮ動作時に生じるサージ電圧（瞬間的な大波電圧）などの過大な電圧が、受容デバイス６に印加される場合がある。   In such a case, an excessive voltage may be applied to the receiving device 6, and more specifically, a high voltage generated by the power generation device 3 at a high temperature (such as immediately after the temperature rise) or the first switch 23. In some cases, an excessive voltage such as a surge voltage (instantaneous large wave voltage) generated during the ON operation is applied to the receiving device 6.

そして、過大な電圧が受容デバイス６に印加されると、受容デバイス６に損傷を生じ、その結果、発電システム１全体として損傷を生じる場合がある。   When an excessive voltage is applied to the receiving device 6, the receiving device 6 is damaged, and as a result, the power generation system 1 as a whole may be damaged.

そこで、発電システム１の損傷を抑制するため、この発電システム１では、制御ユニット１０の制御によって、第１スイッチ２３と第２スイッチ３３とを関連付けて動作させ、受容デバイス６を保護する。   Therefore, in order to suppress damage to the power generation system 1, the power generation system 1 protects the receiving device 6 by operating the first switch 23 and the second switch 33 in association with each other under the control of the control unit 10.

より具体的には、この発電システム１では、発電デバイス３が降温状態となったときには、上記のように第１スイッチ２３により第１導線２７を閉状態にする前に、まず、第２スイッチ３３をＯＦＦ動作させ、第２導線３７を開状態にする。これにより、受容デバイス６を、発電デバイス３から電気的に切断する。   More specifically, in the power generation system 1, when the power generation device 3 is in a temperature lowered state, the second switch 33 is first set before the first conductive wire 27 is closed by the first switch 23 as described above. Is turned OFF to open the second conductor 37. Thereby, the receiving device 6 is electrically disconnected from the power generation device 3.

その後、第１スイッチ２３をＯＮ動作させ、第１導線２７を閉状態として、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給させる。   Thereafter, the first switch 23 is turned on, the first conducting wire 27 is closed, and power is supplied from the power generation device 3 to the power storage device 5.

このように、第２スイッチ３３により第２導線３７を開状態にした後、第１スイッチ２３により第１導線２７を閉状態として、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給させることにより、発電デバイス３が高電圧を生じる場合や、第１導線２７が閉状態とされることによりサージ電圧を生じる場合にも、その過大な電圧が受容デバイス６に印加されることを抑制することができ。そのため、受容デバイス６の損傷を抑制することができ、その結果、発電システム１の損傷を抑制することができる。   In this way, after the second conductive wire 37 is opened by the second switch 33, the first conductive wire 27 is closed by the first switch 23 and power is supplied from the power generation device 3 to the power storage device 5. Even when the device 3 generates a high voltage or when the first conductive wire 27 is closed to generate a surge voltage, application of the excessive voltage to the receiving device 6 can be suppressed. Therefore, damage to the receiving device 6 can be suppressed, and as a result, damage to the power generation system 1 can be suppressed.

そして、この発電システム１では、上記のように第１導線２７が閉状態とされ、所定の待機時間が経過した後に、第２スイッチ３３により第２導線３７を閉状態とし、蓄電デバイス５から受容デバイス６に電力を供給させる。   In the power generation system 1, the first conductive wire 27 is closed as described above, and after the predetermined standby time has elapsed, the second conductive wire 37 is closed by the second switch 33 and received from the power storage device 5. Power is supplied to the device 6.

待機時間とは、受容デバイス６に損傷を生じる程度の過大な電圧が、発電デバイス３から生じなくなるまでの時間である。待機時間は、発電デバイス３をキャパシタと見做して考えた場合の放電時間として、例えば、発電デバイス３の静電容量や、蓄電デバイス５の内部抵抗などから、下記式により算出される。   The standby time is a time until an excessive voltage that causes damage to the receiving device 6 is not generated from the power generation device 3. The standby time is calculated as the discharge time when the power generation device 3 is considered as a capacitor, for example, from the capacitance of the power generation device 3 and the internal resistance of the power storage device 5 according to the following formula.

ｔ＝−Ｃ×Ｒ×ｌｎ（Ｖｌｏｗ／Ｖｔｍａｘ）
ｔ：待機時間
Ｃ：発電デバイスの静電容量（＝誘電率×電極面積／電極間距離）
Ｒ：蓄電デバイスの内部抵抗
Ｖｌｏｗ：受容デバイスの耐電圧
Ｖｔｍａｘ：発電デバイスの最大電圧（ただしサージ電圧を除く。）（実験値により求める。）
実際には、例えば、第１導線２７にサージ電圧が生じる場合には、第１導線２７の電圧が、受容デバイスの耐電圧に対して、例えば、４０％以下、好ましくは、３３％以下になるまで待機する。 t = −C × R × ln (Vlow / Vtmax)
t: Standby time C: Capacitance of power generation device (= dielectric constant × electrode area / distance between electrodes)
R: Internal resistance of power storage device Vlow: Withstand voltage of receiving device Vtmax: Maximum voltage of power generation device (excluding surge voltage) (determined by experimental value)
Actually, for example, when a surge voltage is generated in the first conductor 27, the voltage of the first conductor 27 is, for example, 40% or less, preferably 33% or less with respect to the withstand voltage of the receiving device. Wait until.

このような待機時間として、より具体的には、第１導線２７が閉状態とされてから、例えば、０．３３ミリ秒以上、好ましくは、１．６３ミリ秒以上であり、例えば、３．３ミリ秒以下、好ましくは、１６．３ミリ秒以下である。   More specifically, the waiting time is, for example, 0.33 milliseconds or more, preferably 1.63 milliseconds or more after the first conducting wire 27 is closed, for example, 3. It is 3 milliseconds or less, preferably 16.3 milliseconds or less.

このように、上記の発電システム１では、第１導線２７が閉状態とされてから所定時間経過後に、第２スイッチ３３により第２導線３７が閉状態とされ、蓄電デバイス５と受容デバイス６とが電気的に接続される。   As described above, in the power generation system 1 described above, the second conductor 37 is closed by the second switch 33 after a predetermined time has elapsed since the first conductor 27 is closed, and the power storage device 5, the receiving device 6, and the like. Are electrically connected.

これにより、第１導線２７が閉状態とされたときに過大な電圧を生じる場合にも、その過大な電圧が低下する程度の所定時間が経過した後に、蓄電デバイス５と受容デバイス６とが電気的に接続される。   Thereby, even when an excessive voltage is generated when the first conductor 27 is closed, the electrical storage device 5 and the receiving device 6 are electrically connected after a predetermined time has passed so as to reduce the excessive voltage. Connected.

そのため、受容デバイス６の損傷を抑制しながら、発電デバイス３により生じた電力を安全なタイミングで受容デバイス６に供給して、効率よく利用することができる。   Therefore, it is possible to efficiently use the power generated by the power generation device 3 by supplying it to the receiving device 6 at a safe timing while suppressing damage to the receiving device 6.

その結果、上記の発電システム１によれば、発電システム１の損傷を抑制することができる。   As a result, according to said electric power generation system 1, damage to the electric power generation system 1 can be suppressed.

なお、上記した説明では、過大な電圧が受容デバイス６に供給され、損傷を生じる場合について説明したが、第２導線３７には、例えば、電圧センサ（図示せず）などの部品が介在される場合がある。そして、このような部品に対して過大な電圧が供給される場合にも、損傷を生じる場合がある。   In the above description, the case where an excessive voltage is supplied to the receiving device 6 to cause damage has been described. However, for example, a component such as a voltage sensor (not shown) is interposed in the second conductor 37. There is a case. Even when an excessive voltage is supplied to such a component, damage may occur.

しかし、上記の発電システム１では、受容デバイス６と同様にして、第２導線３７に介在される部品（電圧センサなど）を保護することができ、発電システム１の損傷を抑制することができる。   However, in the power generation system 1 described above, similarly to the receiving device 6, components (such as a voltage sensor) interposed in the second conductor 37 can be protected, and damage to the power generation system 1 can be suppressed.

また、上記した説明では、第１共用部分２９において第１導線２７と印加導線２８とを共用させ、また、第２共用部分３９において第１導線２７と第２導線３７とを共用させたが、それらを共用させること無く、個別の導線として設けることもできる。   In the above description, the first common wire 27 and the applied conductive wire 28 are shared in the first shared portion 29, and the first conductive wire 27 and the second conductive wire 37 are shared in the second shared portion 39. They can also be provided as individual conductors without sharing them.

図２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。   In FIG. 2, the automobile 25 includes an internal combustion engine 11, a catalyst mounting portion 12, an exhaust pipe 13, a muffler 14, and a discharge pipe 15.

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。   The internal combustion engine 11 includes an engine 16 and an exhaust manifold 17.

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。   The engine 16 is a multi-cylinder (4-cylinder type) multi-cycle (4-cycle) engine, and an upstream end portion of a branch pipe 18 (described later) of the exhaust manifold 17 is connected to each cylinder.

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２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。   The exhaust manifold 17 is an exhaust manifold provided for converging exhaust gas exhausted from each cylinder of the engine 16, and a plurality of (four) branch pipes 18 (these are connected to each cylinder of the engine 16. 2 are referred to as the branch pipe 18a, the branch pipe 18b, the branch pipe 18c, and the branch pipe 18d in this order from the upper side in FIG. And an air collecting tube 19 that integrates 18 into one.

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、複数の発電デバイス３と、取出デバイス４とを備えている（図３参照）。   Each branch pipe 18 includes one box-shaped space 20 in the middle of the flow direction. The box-shaped space 20 is a substantially rectangular parallelepiped space interposed so as to communicate with the branch pipe 18, and includes a plurality of power generation devices 3 and take-out devices 4 inside thereof (see FIG. 3). ).

なお、図２においては、複数の発電デバイス３を簡略化し、１つの箱型空間２０に対して、１つの発電デバイス３を示している。   In FIG. 2, the plurality of power generation devices 3 are simplified, and one power generation device 3 is shown for one box-shaped space 20.

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。   In such an exhaust manifold 17, the upstream end of the branch pipe 18 is connected to each cylinder of the engine 16, and the downstream end of the branch pipe 18 and the upstream end of the air collecting pipe 19 are connected to each other. It is connected. Further, the downstream end of the air collecting pipe 19 is connected to the upstream end of the catalyst mounting portion 12.

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。 The catalyst mounting unit 12 includes, for example, a catalyst carrier and a catalyst coated on the carrier, and hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ) contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11, In order to purify harmful components such as carbon monoxide (CO), it is connected to the downstream end of the internal combustion engine 11 (exhaust manifold 17).

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。   The exhaust pipe 13 is provided to guide the exhaust gas purified in the catalyst mounting portion 12 to the muffler 14. The upstream end is connected to the catalyst mounting portion 12 and the downstream end is the muffler 14. It is connected to the.

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。   The muffler 14 is provided to silence noise generated in the engine 16 (in particular, an explosion process), and an upstream end portion thereof is connected to a downstream end portion of the exhaust pipe 13. The downstream end of the muffler 14 is connected to the upstream end of the discharge pipe 15.

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。   The exhaust pipe 15 is provided to discharge exhaust gas that has been exhausted from the engine 16 and sequentially passes through the exhaust manifold 17, the catalyst mounting portion 12, the exhaust pipe 13, and the muffler 14, and has been purified and silenced. The upstream end is connected to the downstream end of the muffler 14, and the downstream end is open to the outside air.

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。   The automobile 25 is equipped with the power generation system 1 described above.

発電システム１は、上記したように、熱源２、発電デバイス３、取出デバイス４（第１導線２７、第２導線３７、第１スイッチ２３および第２スイッチ３３を含む。）、蓄電デバイス５、受容デバイス６、温度センサ８、電圧印加装置９、制御ユニット１０および整流器２１を備えている。   As described above, the power generation system 1 includes the heat source 2, the power generation device 3, the extraction device 4 (including the first conductive wire 27, the second conductive wire 37, the first switch 23, and the second switch 33), the power storage device 5, and the reception. A device 6, a temperature sensor 8, a voltage application device 9, a control unit 10 and a rectifier 21 are provided.

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、拡大図および図３が参照されるように、各分岐管１８の箱型空間２０内には、発電デバイス３が配置されている。   In this power generation system 1, the engine 16 of the internal combustion engine 11 is used as the heat source 2, and as shown in the enlarged view and FIG. 3, power generation is performed in the box-shaped space 20 of each branch pipe 18. Device 3 is arranged.

発電デバイス３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複数整列配置されるとともに、図示しない取出デバイス４（および必要により設けられる固定部材（図示せず））により、固定されている。   The power generation device 3 is formed in a sheet shape, and a plurality of power generation devices 3 are arranged in the box-shaped space 20 at intervals, and an unillustrated take-out device 4 (and a fixing member (not shown) provided if necessary). ).

これにより、発電デバイス３の表面および裏面の両面、さらには、周側面は、図示しない取出デバイス４を介して、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。   As a result, both the front and back surfaces of the power generation device 3 and the peripheral side surface are exposed to the outside air in the box-shaped space 20 via the take-out device 4 (not shown) and can be exposed (exposed) to the exhaust gas. ing.

取出デバイス４は、図２の拡大図に示すように、発電デバイス３を挟んで対向配置される２つの電極２２、および、それら電極２２に接続され、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給するように構成される第１導線２７と、蓄電デバイス５から受容デバイス６に電力を供給するように構成される第２導線３７とを備えている。   As shown in the enlarged view of FIG. 2, the take-out device 4 is connected to the two electrodes 22 opposed to each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and supplies the power from the power generation device 3 to the power storage device 5. And a second conductor 37 configured to supply electric power from the electricity storage device 5 to the receiving device 6.

各電極２２は、各発電デバイス３の外側において互いに対向し、発電デバイス３を間に介在させるように配置されている。   The respective electrodes 22 are arranged so as to face each other outside the respective power generation devices 3 and to interpose the power generation devices 3 therebetween.

第１導線２７は、上記したように、第１共用部分２９と蓄電専用部分３０とを備えており、第１共用部分２９において、印加導線２８と共用されている。また、蓄電専用部分３０には、第１デバイスから電力を取り出すための回路を開閉するための第１スイッチ２３が備えられている。   As described above, the first conductive wire 27 includes the first shared portion 29 and the power storage dedicated portion 30, and is shared with the application conductive wire 28 in the first shared portion 29. Further, the power storage dedicated portion 30 is provided with a first switch 23 for opening and closing a circuit for taking out electric power from the first device.

また、第１導線２７は、分岐導線であって、図２に示すように、各電極２２を並列的に接続している。また、第１導線２７は、各発電デバイス３と、その発電デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、発電デバイス３および取出デバイス４により取り出された電力を蓄電するための蓄電デバイス５とを含む環状の電気回路を、複数の発電デバイス３のそれぞれに応じて、複数形成している。   Moreover, the 1st conducting wire 27 is a branch conducting wire, and as shown in FIG. 2, each electrode 22 is connected in parallel. In addition, the first conductor 27 stores each power generation device 3, the pair of (two) electrodes 22 disposed opposite to each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and the power extracted by the power generation device 3 and the extraction device 4. A plurality of annular electric circuits including the electricity storage device 5 for the purpose is formed in accordance with each of the plurality of power generation devices 3.

なお、図示しないが、取出デバイス４の第１導線２７と、蓄電デバイス５との間には、例えば、昇圧器、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）などが介在されていてもよい。   Although not shown, a booster, an AC / DC converter (AC-DC converter), or the like may be interposed between the first conducting wire 27 of the take-out device 4 and the power storage device 5.

第２導線３７は、上記したように、第２共用部分３９と受容専用部分３８とを備えており、第２共用部分３９において、第１導線２７と共用されている。また、受容専用部分３８には、第１デバイスから電力を取り出すための回路を開閉するための第２スイッチ３３が備えられている。また、第２導線３７は、蓄電デバイス５と受容デバイス６を含む環状の電気回路を、複数の発電デバイス３のそれぞれに応じて、複数形成している。   As described above, the second conductive wire 37 includes the second shared portion 39 and the receiving dedicated portion 38, and is shared with the first conductive wire 27 in the second shared portion 39. In addition, the reception-only portion 38 is provided with a second switch 33 for opening and closing a circuit for extracting power from the first device. In addition, the second conducting wire 37 forms a plurality of annular electric circuits including the power storage device 5 and the receiving device 6 in accordance with each of the plurality of power generation devices 3.

なお、図示しないが、受容専用部分３８には、必要により、例えば、蓄電デバイス５から受容デバイス６に供給される電力の電圧を計測するための電圧センサや、その他、昇圧器、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）などを介在させることもできる。   Although not shown in the figure, the receiving-only portion 38 includes, for example, a voltage sensor for measuring the voltage of power supplied from the power storage device 5 to the receiving device 6, a booster, AC / DC conversion, if necessary. A device (AC-DC converter) or the like can be interposed.

また、図２では、各箱型空間２０内において、１つの発電デバイス３と、その発電デバイス３を挟んで対向配置される一対の電極２２、および、その電極２２に接続される第１導線２７とを模式的に示している。   In FIG. 2, in each box-type space 20, one power generation device 3, a pair of electrodes 22 arranged to face each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and a first conductive wire 27 connected to the electrode 22. Is schematically shown.

温度センサ８は、図２の拡大図に示すように、各分岐管１８内において、複数の発電デバイス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。   As shown in the enlarged view of FIG. 2, the temperature sensor 8 is disposed in the vicinity of the upstream side (exhaust gas flow direction) of the plurality of power generation devices 3 in each branch pipe 18 so as to detect their temperatures. It has been.

なお、温度センサ８は、複数の発電デバイス３（図３参照）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。   Note that the number of the temperature sensors 8 is not particularly limited as long as the temperature sensors 8 can be provided so as to detect the temperatures of the plurality of power generation devices 3 (see FIG. 3).

電圧印加装置９は、電圧印加電源３１および印加導線２８を備えている。   The voltage application device 9 includes a voltage application power source 31 and an application conductor 28.

印加導線２８は、上記したように、第１共用部分２９と印加専用部分３２とを備えており、第１共用部分２９において、第１導線２７と共用されている。   As described above, the application conducting wire 28 includes the first shared portion 29 and the application dedicated portion 32, and is shared with the first conducting wire 27 in the first shared portion 29.

すなわち、印加導線２８は、取出デバイス４の第１導線２７の一部（第１共用部分２９）を共用するとともに、取出デバイス４の電極２２に電気的に接続されている。また、印加導線２８は、各発電デバイス３と、その発電デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極２２と、電圧印加電源３１とを含む環状の電気回路を、複数の発電デバイス３のそれぞれに応じて、複数形成している。   That is, the application conducting wire 28 shares a part of the first conducting wire 27 of the extraction device 4 (the first common portion 29) and is electrically connected to the electrode 22 of the extraction device 4. In addition, the applied lead wire 28 includes a plurality of annular electric circuits each including a plurality of power generation devices 3, a pair (two) of electrodes 22 that are opposed to each other with the power generation device 3 interposed therebetween, and a voltage application power source 31. A plurality of power generation devices 3 are formed according to each.

そして、取出デバイス４の電極２２が、電圧印加装置９により電圧を印加するための電極として共用されている。また、取出デバイス４の第１導線２７の一部（第１共用部分２９）が、電圧印加装置９により電圧を印加するための印加導線２８の一部として共用されている。   The electrode 22 of the extraction device 4 is shared as an electrode for applying a voltage by the voltage application device 9. In addition, a part of the first conducting wire 27 (first shared portion 29) of the extraction device 4 is shared as a part of the applying conducting wire 28 for applying a voltage by the voltage applying device 9.

そのため、この発電システム１では、電極２２に電圧印加電源３１から電圧を印加することにより、電極２２間、すなわち、発電デバイス３に電圧を印加することができる。   Therefore, in the power generation system 1, a voltage can be applied between the electrodes 22, that is, the power generation device 3 by applying a voltage from the voltage application power supply 31 to the electrodes 22.

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。   The control unit 10 is electrically connected to the temperature sensor 8 and the voltage applying device 9 as indicated by a broken line outside the box-shaped space 20.

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。   Specifically, the control unit 10 is connected in parallel to each of the temperature sensors 8 provided in each box-type space 20 by a branched conducting wire or the like, and is connected to the voltage application device 9.

また、図２において図示しないが、制御ユニット１０は、分岐導線などによって、各第１スイッチ２３および各第２スイッチ３３のそれぞれに並列的に接続されている（図１参照）。   Although not shown in FIG. 2, the control unit 10 is connected in parallel to each of the first switches 23 and each of the second switches 33 by branch conductors or the like (see FIG. 1).

整流器２１は、発電デバイス３から生じた電力が電圧印加装置９の電圧印加電源３１に供給されることを規制するため、環状の電気回路を形成する印加導線２８において、電圧印加電源３１と発電デバイス３との間に介在するように配置されている。   The rectifier 21 restricts the power generated from the power generation device 3 from being supplied to the voltage application power source 31 of the voltage application device 9. 3 is arranged so as to be interposed between the two.

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。   In such an automobile 25, when the engine 16 is driven, the pistons are repeatedly moved up and down in each cylinder, and the intake process, the compression process, the explosion process, and the exhaust process are sequentially performed. Is done.

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。   More specifically, for example, in two cylinders, that is, a cylinder connected to the branch pipe 18a and a cylinder connected to the branch pipe 18c, the pistons are interlocked to perform the intake process, the compression process, the explosion process, and the exhaust process. , Implemented in phase. As a result, the fuel is combusted and power is output, and high-temperature exhaust gas passes through the branch pipe 18a and the branch pipe 18c in the exhaust process.

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。   At this time, the heat of the engine 16 is transmitted through the exhaust gas (heat medium), the internal temperatures of the branch pipe 18a and the branch pipe 18c rise in the exhaust process, and other processes (intake process, compression process, explosion) In step (5), it moves up and down with time according to the piston cycle, and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated.

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。   On the other hand, in the two cylinders, the cylinder connected to the branch pipe 18b and the cylinder connected to the branch pipe 18d at different timings from the two cylinders, the pistons are interlocked, and the intake process, the compression process, The explosion process and the exhaust process are performed in the same phase. As a result, fuel is combusted and power is output, and at a timing different from that of the branch pipe 18a and the branch pipe 18c, high-temperature exhaust gas passes through the branch pipe 18b and the branch pipe 18d in the exhaust process.

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。   At this time, the heat of the engine 16 is transmitted through the exhaust gas (heat medium), the internal temperatures of the branch pipe 18b and the branch pipe 18d rise in the exhaust process, and other processes (intake process, compression process, explosion) In step (5), it moves up and down with time according to the piston cycle, and the high temperature state and the low temperature state are periodically repeated.

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。   This periodic temperature change has the same period but a different phase from the periodic temperature changes of the branch pipe 18a and the branch pipe 18c.

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、シート状の発電デバイス３が配置されている。   In the power generation system 1, as described above, the sheet-shaped power generation device 3 is disposed inside each branch pipe 18 (in the box-shaped space 20).

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、発電デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）が、（取出デバイス４を介して）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。   Therefore, when the exhaust gas discharged from the engine 16 (heat source 2) is introduced into the branch pipe 18 and filled into the box-shaped space 20, the front and back surfaces of the power generation device 3 are filled in the box-shaped space 20. Both sides (and also the peripheral side surface) of the substrate are brought into contact (exposed) with exhaust gas (heat medium) (via the extraction device 4), and heated and / or cooled.

すなわち、発電デバイス３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。   That is, both the front surface and the back surface of the power generation device 3 are heated and / or cooled by the temperature change over time of the engine 16 (heat source 2) and the heat medium that transmits the heat of the engine 16.

そして、これにより、発電デバイス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、発電デバイス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。   Thus, the power generation device 3 can be periodically brought into a high temperature state or a low temperature state, and the power generation device 3 can have an effect (for example, a piezoelectric element, a pyroelectric element, etc.) according to its element (for example, a piezoelectric element, for example). Effect, pyroelectric effect, etc.).

そのため、この発電システム１では、取出デバイス４を介して、各発電デバイス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。   Therefore, in this power generation system 1, it is possible to extract power from each power generation device 3 as a waveform (for example, alternating current, pulsating current) that periodically fluctuates via the extraction device 4.

また、この発電システム１では、上記したように、発電デバイス３の温度を温度センサ８によって連続的に検知する。   In the power generation system 1, as described above, the temperature of the power generation device 3 is continuously detected by the temperature sensor 8.

そして、上記したように、発電デバイス３が昇温状態であるときには、発電デバイス３に電圧を印加し、発電デバイス３が降温状態であるときには、電圧の印加を停止させる。そして、上記した所定のタイミングで第１スイッチ２３および第２スイッチ３３を切り替えることにより、発電デバイス３から電力を取り出す。   As described above, when the power generation device 3 is in the temperature rising state, a voltage is applied to the power generation device 3, and when the power generation device 3 is in the temperature lowering state, the voltage application is stopped. And electric power is taken out from the electric power generation device 3 by switching the 1st switch 23 and the 2nd switch 33 at the above-mentioned predetermined timing.

すなわち、このような発電システム１でも、発電デバイス３が降温状態となったときには、第１スイッチ２３により第１導線２７を閉状態にする前に、まず、第２スイッチ３３をＯＦＦ動作させ、第２導線３７を開状態にする。これにより、受容デバイス６を、発電デバイス３から電気的に切断する。   That is, even in such a power generation system 1, when the power generation device 3 is in a temperature lowered state, the second switch 33 is first turned OFF before the first switch 27 is closed by the first switch 23. The two conducting wires 37 are opened. Thereby, the receiving device 6 is electrically disconnected from the power generation device 3.

その後、第１スイッチ２３をＯＮ動作させ、第１導線２７を閉状態として、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給させる。   Thereafter, the first switch 23 is turned on, the first conducting wire 27 is closed, and power is supplied from the power generation device 3 to the power storage device 5.

このように、第２スイッチ３３により第２導線３７を開状態にした後、第１スイッチ２３により第１導線２７を閉状態として、発電デバイス３から蓄電デバイス５に電力を供給させることにより、発電デバイス３が高電圧を生じる場合や、第１導線２７が閉状態とされることによりサージ電圧を生じる場合にも、その過大な電圧が受容デバイス６に印加されることを抑制することができ。そのため、受容デバイス６の損傷を抑制することができ、その結果、発電システム１の損傷を抑制することができる。   In this way, after the second conductive wire 37 is opened by the second switch 33, the first conductive wire 27 is closed by the first switch 23 and power is supplied from the power generation device 3 to the power storage device 5. Even when the device 3 generates a high voltage or when the first conductive wire 27 is closed to generate a surge voltage, application of the excessive voltage to the receiving device 6 can be suppressed. Therefore, damage to the receiving device 6 can be suppressed, and as a result, damage to the power generation system 1 can be suppressed.

そして、この発電システム１では、上記のように第１導線２７が閉状態とされ、所定の待機時間が経過した後に、第２スイッチ３３により第２導線３７を閉状態とし、蓄電デバイス５から受容デバイス６に電力を供給させる。   In the power generation system 1, the first conductive wire 27 is closed as described above, and after the predetermined standby time has elapsed, the second conductive wire 37 is closed by the second switch 33 and received from the power storage device 5. Power is supplied to the device 6.

このように、上記の発電システム１では、第１導線２７が閉状態とされてから所定時間経過後に、第２スイッチ３３により第２導線３７が閉状態とされ、蓄電デバイス５と受容デバイス６とが電気的に接続される。   As described above, in the power generation system 1 described above, the second conductor 37 is closed by the second switch 33 after a predetermined time has elapsed since the first conductor 27 is closed, and the power storage device 5, the receiving device 6, and the like. Are electrically connected.

これにより、第１導線２７が閉状態とされたときに過大な電圧を生じる場合にも、その過大な電圧が低下する程度の所定時間が経過した後に、蓄電デバイス５と受容デバイス６とが電気的に接続される。   Thereby, even when an excessive voltage is generated when the first conductor 27 is closed, the electrical storage device 5 and the receiving device 6 are electrically connected after a predetermined time has passed so as to reduce the excessive voltage. Connected.

そのため、受容デバイス６の損傷を抑制しながら、発電デバイス３により生じた電力を安全なタイミングで受容デバイス６に供給して、効率よく利用することができる。   Therefore, it is possible to efficiently use the power generated by the power generation device 3 by supplying it to the receiving device 6 at a safe timing while suppressing damage to the receiving device 6.

その結果、上記の発電システム１によれば、発電システム１の損傷を抑制することができる。   As a result, according to said electric power generation system 1, damage to the electric power generation system 1 can be suppressed.

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。   Further, in this power generation system 1, since the temperature of the branch pipe 18a and the branch pipe 18c and the temperature of the branch pipe 18b and the branch pipe 18d change periodically with the same period and different phases, Can be continuously extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that fluctuates automatically.

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。   Then, after passing through each branch pipe 18, the exhaust gas is supplied to the air collection pipe 19, collected, then supplied to the catalyst mounting section 12, and purified by the catalyst provided in the catalyst mounting section 12. Thereafter, the exhaust gas is supplied to the exhaust pipe 13, silenced in the muffler 14, and then discharged to the outside air through the discharge pipe 15.

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。   At this time, since the exhaust gas passing through each branch pipe 18 is collected in the air collection pipes 19, the exhaust gas sequentially passes through the air collection pipe 19, the catalyst mounting portion 12, the exhaust pipe 13, the muffler 14, and the exhaust pipe 15. The temperature is smoothed.

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。   Therefore, the temperature of the air collection pipe 19, the catalyst mounting portion 12, the exhaust pipe 13, the muffler 14 and the exhaust pipe 15 through which such exhaust gas whose temperature has been smoothed normally does not increase or decrease with time, It is constant.

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、上記した発電デバイス３を配置する場合には、発電デバイス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。   For this reason, when the air collecting pipe 19, the catalyst mounting portion 12, the exhaust pipe 13, the muffler 14, or the exhaust pipe 15 is used as the heat source 2 and the above-described power generating device 3 is arranged around or inside the heat source 2, The electric power to be generated is small in voltage and constant (DC voltage).

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。   Therefore, in such a method, there is a problem that the obtained electric power cannot be boosted efficiently with a simple configuration and the power storage efficiency is poor.

一方、上記したように、分岐管１８の内部空間に発電デバイス３を配置すれば、熱源２の経時的な温度変化により、発電デバイス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、発電デバイス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。   On the other hand, as described above, if the power generation device 3 is arranged in the internal space of the branch pipe 18, the power generation device 3 can be periodically brought into a high temperature state or a low temperature state due to a temperature change of the heat source 2 over time. The power generation device 3 can be periodically electrically polarized by an effect (for example, piezo effect, pyroelectric effect, etc.) according to the device (for example, piezo element, pyroelectric element, etc.).

そのため、この発電システム１では、取出デバイス４を介して、各発電デバイス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。   Therefore, in this power generation system 1, it is possible to extract power from each power generation device 3 as a waveform (for example, alternating current, pulsating current) that periodically fluctuates via the extraction device 4.

このようにして得られた電力は、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。   The electric power thus obtained can be used as appropriate as the power of the automobile 25 and various electric components mounted on the automobile 25.

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。   And according to such a power generation system 1, since the heat source 2 whose temperature rises and falls with time is used, a fluctuating voltage (for example, AC voltage) can be taken out, and as a result, as a constant voltage (DC voltage) Compared with the case of taking out and converting by a DC-DC converter, it is possible to store the electric power by boosting with excellent efficiency.

１ 発電システム
２ 熱源
３ 発電デバイス
５ 蓄電デバイス
６ 受容デバイス
１０ 制御ユニット
２３ 第１スイッチ
２７ 第１導線
３３ 第２スイッチ
３７ 第２導線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Heat source 3 Power generation device 5 Power storage device 6 Receiving device 10 Control unit 23 1st switch 27 1st conducting wire 33 2nd switch 37 2nd conducting wire

Claims (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、電気分極する発電デバイスと、
前記発電デバイスに電気的に接続され、前記発電デバイスが生じる電力を一時的に蓄積するように構成される蓄電デバイスと、
前記発電デバイスおよび前記蓄電デバイスに対して電気的に接続され、前記蓄電デバイスから供給される電力を蓄積または消費するように構成される受容デバイスと、
前記発電デバイスから前記蓄電デバイスに電力を供給するように構成される第１導線と、
前記蓄電デバイスから前記受容デバイスに電力を供給するように構成される第２導線と、
前記第１導線を開閉可能に構成される第１スイッチと、
前記第２導線を開閉可能に構成される第２スイッチと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチの開閉を制御するように構成される制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記第２スイッチにより前記第２導線を開状態にした後、前記第１スイッチにより前記第１導線を閉状態として、前記発電デバイスから前記蓄電デバイスに電力を供給させ、
さらに所定時間経過後に、前記第２スイッチにより前記第２導線を閉状態とし、前記蓄電デバイスから前記受容デバイスに電力を供給させる
ことを特徴とする、発電システム。 A heat source whose temperature rises and falls over time;
A power generation device in which the temperature is increased and decreased over time due to a temperature change of the heat source, and is electrically polarized,
An electricity storage device electrically connected to the power generation device and configured to temporarily store the power generated by the power generation device;
A receiving device electrically connected to the power generation device and the power storage device and configured to store or consume power supplied from the power storage device;
A first conductor configured to supply power from the power generation device to the power storage device;
A second conductor configured to supply power from the electricity storage device to the receiving device;
A first switch configured to be able to open and close the first conducting wire;
A second switch configured to open and close the second conducting wire;
Control means configured to control opening and closing of the first switch and the second switch,
The control means includes
After the second conductor is opened by the second switch, the first conductor is closed by the first switch, power is supplied from the power generation device to the power storage device,
Furthermore, after a predetermined time has elapsed, the second switch is closed by the second switch, and power is supplied from the power storage device to the receiving device.
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