発電システム
【課題】発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電し得る発電システムを提供する。
【解決手段】各バルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂの開閉により、高温側ヒートシンク（４１〜４４）内を流れる高温側冷却液Ｗ１と高温側ヒートシンク（４５〜４７）内を流れる低温側冷却液Ｗ２との間に介在する熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度センサ６１にて検出される冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、各バルブの開閉が制御されて伝熱面積が変更される。
【解決手段】各バルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂの開閉により、高温側ヒートシンク（４１〜４４）内を流れる高温側冷却液Ｗ１と高温側ヒートシンク（４５〜４７）内を流れる低温側冷却液Ｗ２との間に介在する熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度センサ６１にて検出される冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、各バルブの開閉が制御されて伝熱面積が変更される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される発熱機器等の熱源にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関連する技術として、下記特許文献１に開示される水冷式の発電ユニットが知られている。この発電ユニットは、受熱盤の後面側に熱電モジュールが配設され、この熱電モジュールの後面側に冷却ユニットが配設されて構成されている。熱電モジュールは、２種の異なる金属又は半導体を接合してその両端に温度差を生じさせると起電力が発生するという、いわゆるゼーベック効果を利用したものである。そして、冷却ユニットは、良熱伝導性の金属で形成した筐体と、その内側の冷却室に設けた複数の冷却フィンとを有しており、筐体の底部に穿設された注水口から冷却水が注入されると、この冷却水で前壁部や冷却フィンが冷却される。また、受熱盤を加熱する熱源としては、温泉場の地熱や高温の源泉、ゴミ焼却時の排熱等の高温熱源が想定されている。そして、高温熱源からの熱が受熱盤に伝熱され、冷却ユニットが冷却されることで、高温熱源の温度と冷却ユニットの温度との温度差が熱電モジュールに加わり、当該熱電モジュールによる発電がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱電モジュール等の熱電変換手段は、高温側と低温側との温度差に応じて発電するように構成される。しかしながら、上記特許文献１に開示されるような高温側の構成と低温側の構成とを、発熱機器の発熱と冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに適用すると、以下のような問題が生じる。
すなわち、上述のような構成では、熱電変換手段に加わる温度差は、発熱機器からの熱量や冷却媒体の温度および流量などに依存するため、発熱機器が過剰に冷却される場合等には、熱電変換手段に加わる温度差が小さくなるので、効率的な発電が困難になってしまう。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電し得る発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発電システムは、車両に搭載される発熱機器（１１）にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体（Ｗ１）と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器（２１）にて放熱された低温側冷却媒体（Ｗ２）との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段（５１〜５６）により発電する発電システム（４０）であって、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体との間に介在する前記熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を変更可能な変更手段（４１〜４７，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ）と、前記発熱機器の発熱温度（Ｔ）を検出する温度検出手段（６２）と、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が当該発熱機器の許容される上限温度（ＴＤ）を超えることなく前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記変更手段を制御して前記伝熱面積を変更する制御手段（６１）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発電システムにおいて、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能な切替手段（３１，３２，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が前記上限温度よりも低く設定される所定の温度（ＴＨ２）に達すると、前記切替手段を前記高冷却状態に切り替えるように制御することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する各実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、変更手段により、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との間に介在する熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度検出手段にて検出される発熱機器の発熱温度が上限温度を超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御手段により、変更手段が制御されて伝熱面積が変更される。
【０００９】
これにより、発熱機器から高温側冷却媒体に伝熱される熱量が小さくなる場合でも、変更手段を制御して発熱温度が上限温度を超えない程度に熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を小さくすることで、高温側冷却媒体の冷却が必要最小限に制御されて、熱電変換手段に加わる熱交換時の温度差を大きくすることができる。すなわち、発熱機器からの熱量や冷却媒体の温度および流量などが変化する場合でも、熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積が変更されることで、熱電変換手段を介した熱交換時の温度差を大きく維持することができる。
したがって、発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、切替手段により、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との両冷却媒体が混流することなく熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、両冷却媒体を熱電変換手段を介することなく混流することで発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能に構成される。そして、温度検出手段にて検出される発熱温度が上限温度よりも低く設定される所定の温度に達すると、制御手段により、切替手段が上記高冷却状態に切り替わるように制御される。
【００１１】
これにより、発熱温度が上記所定の温度に達する場合には、熱電変換手段を介した熱交換が実施されないため、熱電変換手段を介することによる伝熱損失がなくなり、両冷却媒体間の熱交換効率が向上する。その結果、冷却媒体を用いた発熱機器の冷却性能が向上するので、発熱機器の発熱温度を上限温度よりも低い温度に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る発電システムを概念的に示す説明図である。
【図２】図１の発電システムの電気的構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明に係る高温側冷却液および低温側冷却液の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図であり、図３（Ｂ）は、比較例に係る冷却液の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図である。
【図４】インバータの熱が放熱される伝熱経路を説明する説明図である。
【図５】図５（Ａ）は熱抵抗を可変とする場合の発生熱量とインバータの温度との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は熱抵抗を一定とする場合の発生熱量とインバータの温度との関係を示すグラフである。
【図６】熱電変換ユニットに加わる温度差を説明するための説明図である。
【図７】伝熱面積を変化させた各段階を説明する説明図である。
【図８】制御ユニットにより実行される発電処理の流れを例示するフローチャートである。
【図９】温度センサにて測定される冷却液温度とインバータの温度状態との関係を示す説明図である。
【図１０】温度センサにて測定される冷却液温度の時間変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る発電システムの一実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の発電システム４０の一例を概念的に示す説明図である。
図１に示すように、本発明に係る発電システム４０は、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電するシステムである。
【００１４】
まず、発熱機器にて発生した熱を冷却する冷却構成について、説明する。
本実施形態では、冷却が必要な発熱機器として、例えば、インバータ１１が採用されており、このインバータ１１を冷却するために当該インバータ１１の外面に設けられるウォータジャケット１２には、高温側ウォーターポンプ１３により高温側配管１４内を循環する高温側冷却媒体として高温側冷却液Ｗ１が流入するように構成されている。また、高温側配管１４には、後述する熱電変換ユニットを介した熱交換により冷却された高温側冷却液Ｗ１が流れ込むコンデンスタンク１５が設けられている。
【００１５】
また、本実施形態では、発熱機器を冷却する放熱器としてラジエータ２１とクーリングファン２２とが採用されており、ラジエータ２１には、低温側ウォーターポンプ２３により低温側配管２４内を循環する低温側冷却媒体として低温側冷却液Ｗ２が流入するように構成されている。また、低温側配管２４には、ラジエータ２１にて放熱された低温側冷却液Ｗ２が流れ込むコンデンスタンク２５が設けられている。
【００１６】
高温側配管１４および低温側配管２４には、両配管を連結可能な高温側バイパス３１と低温側バイパス３２とが設けられている。高温側バイパス３１は、バルブ３１ａを介して高温側ウォーターポンプ１３から流出する高温側冷却液Ｗ１を引き込み可能に高温側配管１４に連結されるとともに、バルブ３１ｂを介して高温側配管１４からの高温側冷却液Ｗ１をラジエータ２１に流入可能に低温側配管２４に連結されている。低温側バイパス３２は、バルブ３２ａを介してラジエータ２１から流出する低温側冷却液Ｗ２を引き込み可能に低温側配管２４に連結されるとともに、バルブ３２ｂを介して低温側配管２４からの低温側冷却液Ｗ２をウォータジャケット１２に流入可能に高温側配管１４に連結されている。
【００１７】
また、高温側配管１４には、高温側バイパス３１が連結する部位から下流側にバルブ１４ａが設けられるとともに、低温側バイパス３２が連結する部位から上流側にバルブ１４ｂが設けられている。また、低温側配管２４には、高温側バイパス３１が連結する部位から上流側にバルブ２４ａが設けられるとともに、低温側バイパス３２が連結する部位から下流側にバルブ２４ｂが設けられている。
【００１８】
これにより、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが閉弁状態となるように切り替えられることで、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態となる。この独立環流状態において、後述する熱電変換ユニットを介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間で熱交換がなされることで、高温側冷却液Ｗ１が冷却され、この冷却された高温側冷却液Ｗ１が流れるウォータジャケット１２によりインバータ１１が冷却されることとなる。なお、高温側バイパス３１および低温側バイパス３２と、バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、特許請求の範囲に記載の「切替手段」の一例に相当し得る。
【００１９】
また、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが閉弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが開弁状態となるように切り替えられることで、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とが混流可能な状態となる。この混流状態では、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ２１にて放熱された後にウォータジャケット１２に流れることで、インバータ１１が冷却される。特に、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流する状態では、熱電変換ユニットを介した熱交換がなくなり、より低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れるので、熱電変換ユニットを介して熱交換する独立環流状態と比較して、インバータ１１の冷却性能を向上させることができる。この混流状態は、独立環流状態よりも冷却性能が向上する状態であることから、高冷却状態ともいう。
【００２０】
次に、発電システム４０の構成について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、発電システム４０は、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２との温度差を利用して発電するシステムであり、高温側冷却液Ｗ１を流入可能に構成される４つの高温側ヒートシンク４１〜４４と、低温側冷却液Ｗ２を流入可能に構成される３つの低温側ヒートシンク４５〜４７とを備えている。
【００２１】
高温側ヒートシンク４１は、入口側のバルブ４１ａおよび出口側のバルブ４１ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４１ａ，４１ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４２は、入口側のバルブ４２ａおよび出口側のバルブ４２ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４２ａ，４２ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４３は、入口側のバルブ４３ａおよび出口側のバルブ４３ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４３ａ，４３ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４４は、入口側のバルブ４４ａおよび出口側のバルブ４４ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４４ａ，４４ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。
【００２２】
低温側ヒートシンク４５は、入口側のバルブ４５ａおよび出口側のバルブ４５ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４５ａ，４５ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク４６は、入口側のバルブ４６ａおよび出口側のバルブ４６ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４６ａ，４６ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク４７は、入口側のバルブ４７ａおよび出口側のバルブ４７ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４７ａ，４７ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。
【００２３】
また、発電システム４０は、加えられる温度差に応じた発電する熱電変換素子が複数配置されて熱電変換手段として構成される熱電変換ユニット（５１〜５６）を６つ備えており、これら各熱電変換ユニット５１〜５６にて発電した電力は、バッテリＢにて蓄電されるように構成されている。
【００２４】
特に、熱電変換ユニット５１は、高温側ヒートシンク４１と低温側ヒートシンク４５との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５２は、高温側ヒートシンク４２と低温側ヒートシンク４５との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５３は、高温側ヒートシンク４２と低温側ヒートシンク４６との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５４は、高温側ヒートシンク４３と低温側ヒートシンク４６との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５５は、高温側ヒートシンク４３と低温側ヒートシンク４７との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５６は、高温側ヒートシンク４４と低温側ヒートシンク４７との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。
【００２５】
次に、発電システム４０の電気的構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１の発電システム４０の電気的構成を概略的に示すブロック図である。
図２に示すように、発電システム４０は、全体的制御を司る制御ユニット６１と、ウォータジャケット１２から流出する冷却液の温度（以下、冷却液温度Ｔという）をインバータ１１の発熱温度に相当する温度として測定する温度センサ６２と、ラジエータ２１から流出する冷却液の温度を測定する温度センサ６３と、高温側配管１４内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ６４と、低温側配管２４内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ６５とを備えている。制御ユニット６１は、各センサ６２〜６５と電気的に接続され、これら各センサ６２〜６５からの測定信号が入力されるように構成されている。
【００２６】
また、制御ユニット６１は、後述する発電処理などに応じて、高温側ウォーターポンプ１３を駆動するモータ１３ａと、低温側ウォーターポンプ２３を駆動するモータ２３ａと、クーリングファン２２を駆動するモータ２２ａと、各バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂとを、駆動制御可能に構成されている。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴的部分である発電構成について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、図３（Ａ）は、本発明に係る高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図であり、図３（Ｂ）は、比較例に係る冷却液Ｗｏの流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図である。図４は、インバータ１１の熱が放熱される伝熱経路を説明する説明図である。図５（Ａ）は熱抵抗を可変とする場合の発生熱量とインバータ１１の温度との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は熱抵抗を一定とする場合の発生熱量とインバータ１１の温度との関係を示すグラフである。図６は、熱電変換ユニット（５１〜５６）に加わる温度差を説明するための説明図である。
【００２８】
熱電変換ユニット５１〜５６を構成する各熱電変換素子の発電量は、当該熱電変換素子を通過した熱量と熱電変換効率とで決まり、熱電変換素子を通過した熱量は、インバータ１１の発生熱量に依存する。熱電変換効率は、熱電変換素子の内部抵抗と外部負荷抵抗の比によって変動するが、最適な比のときに得られる最大効率ηｍａｘは、以下の式（１）により表され、熱電変換素子に加わる温度差と熱電変換素子の性能とに依存する。
ηｍａｘ＝（ＴＨ−ＴＬ）／ＴＨ
×（（１＋ＺＴ）１／２−１）／（（１＋ＺＴ）１／２＋（ＴＬ／ＴＨ）） ・・・（１）
ここで、ＴＨは、熱電変換素子の高温面の温度であり、ＴＬは、熱電変換素子の低温面の温度である。
このため、温度差を可能な限り大きく維持し、熱電変換効率を高めることで、熱電変換ユニットでの発電量を大きくすることができることがわかる。
【００２９】
そこで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きくするため、図３（Ａ）に例示するように、熱電変換ユニットを、混流しない高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間に介在させて熱交換時の温度差が加わるように配置する。これにより、図３（Ｂ）に例示するように１つの循環経路を流れる冷却液Ｗｏの温度差を利用する比較例と比較して、熱電変換ユニット５１〜５６に加わる温度差を大きくすることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、図４に示すように、インバータ１１にて発熱した熱は、ウォータジャケット１２、高温側冷却液Ｗ１、高温側ヒートシンク（４１〜４４）、熱電変換ユニット（５１〜５６）の高温面、熱電変換ユニット（５１〜５６）の低温面、低温側ヒートシンク（４５〜４７）、低温側冷却液Ｗ２、ラジエータ２１を介して大気に放熱される。
【００３１】
インバータ１１の温度は、上記放熱過程での全温度差と大気気温との和となり、この全温度差は、発生熱量と全熱抵抗とで決まることとなる。ここで、全熱抵抗は、図４での高温側経路熱抵抗と、熱電変換ユニットでの熱抵抗と、低温側経路熱抵抗とからなり、全熱抵抗に占める熱電変換ユニットでの熱抵抗の割合を大きくすることで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きくすることができる。
【００３２】
全温度差は、以下の式（２）に示すように、発生熱量と全熱抵抗とで決まることから、全温度差を大きくするためには、全熱抵抗は、発生熱量に応じて変化させることが有効である。
全温度差［℃］＝発生熱量［Ｗ］×全熱抵抗［℃／Ｗ］ ・・・（２）
【００３３】
そこで、図５（Ａ）に例示するように、例えば、大気温度が３０℃、インバータ１１の安全上限温度が９０℃であって、インバータ１１の温度を８０℃に維持するため適正な全温度差ΔＴを５０℃とする場合、発生熱量が５００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．１［℃／Ｗ］に変更する。また、発生熱量が１０００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．０５［℃／Ｗ］に変更し、発生熱量が１５００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．０３３［℃／Ｗ］に変更することで、全温度差ΔＴが適正な５０℃に維持される。
【００３４】
一方、図５（Ｂ）に例示するように、例えば全熱抵抗が０．０５［℃／Ｗ］で一定である場合、発生熱量が５００［Ｗ］であると、インバータ１１の温度が５５℃となり安全であるものの、全温度差ΔＴが２５℃で小さくなる。また、発生熱量が１５００［Ｗ］であると、インバータ１１の温度が１０５℃となり、安全上限温度（９０℃）を超えてしまう。このように、全熱抵抗が一定では、全温度差ΔＴを適正な温度に維持できないことがわかる。
【００３５】
ここで、熱抵抗の配分という観点から考えると、ある熱抵抗要素の温度差は、以下の式（３）に示すように、全熱抵抗に占めるその要素の熱抵抗と全温度差とで決まる。
ある熱抵抗要素の温度差［℃］
＝全温度差［℃］×（要素の熱抵抗［℃／Ｗ］／全熱抵抗［℃／Ｗ］）・・・（３）
【００３６】
この観点から、熱電変換ユニットに加わる温度差について、図６を用いて説明する。なお、図６の符号Ｓ１は、高温側経路熱抵抗：熱電変換ユニットでの熱抵抗：低温側経路熱抵抗との関係が２：１：２である場合を示し、符号Ｓ２は、高温側経路熱抵抗：熱電変換ユニットでの熱抵抗：低温側経路熱抵抗との関係が１：３：１である場合を示す。
【００３７】
図６から分かるように、高温側経路に加わる温度差ΔＴＨと低温側経路に加わる温度差ΔＴＬとが双方とも大きくなる場合には熱電変換ユニットに加わる温度差ΔＴＥを大きくできないが、高温側経路に加わる温度差ΔＴＨと低温側経路に加わる温度差ΔＴＬとが双方とも小さくなる場合には熱電変換ユニットに加わる温度差ΔＴＥを大きくすることができる。すなわち、適切な全熱抵抗のうち、高温側経路熱抵抗および低温側経路熱抵抗が占める割合を小さくすることで、熱電変換ユニットでの熱抵抗が占める割合が大きくなり、熱電変換ユニットに対して大きな温度差を確保することができる。このことから、高温側および低温側の熱抵抗は可能な限り小さく設計し、熱電変換ユニットの熱抵抗を増減させて全熱抵抗を制御することで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きく確保できることがわかる。
【００３８】
次に、熱電変換ユニットでの熱抵抗の制御因子を考えると、熱電変換ユニットでの熱抵抗は、高温側ヒートシンク（４１〜４４）、熱電変換ユニット（５１〜５６）の高温面、熱電変換ユニット（５１〜５６）の低温面、低温側ヒートシンク（４５〜４７）から構成されることから、この熱抵抗には熱伝導率および伝熱面積が影響することがわかる。ここで、熱伝導率は、物性値であり固有の値であるため、制御因子としては伝熱面積が有効であることがわかる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、熱電変換ユニット（５１〜５６）と高温側ヒートシンク（４１〜４４）および低温側ヒートシンク（４５〜４７）との熱交換状態を多段的に切り替えることで、熱交換時の伝熱面積を変化させる。この熱交換状態の多段的変化について、図７（Ａ）〜（Ｄ）を用いて具体的に説明する。図７は、伝熱面積を変化させた各段階を説明する説明図であり、図７（Ａ）は第１段階を示し、図７（Ｂ）は第２段階を示し、図７（Ｃ）は第３段階を示し、図７（Ｄ）は第４段階を示す。なお、図７では、説明の便宜上、熱交換するものに対してハッチングを付して概念的に示している。
【００４０】
図７（Ａ）にて示すように、第１段階では、熱電変換ユニット５１を介して高温側ヒートシンク４１および低温側ヒートシンク４５が熱交換するように、バルブ４１ａ，４１ｂ，４５ａ，４５ｂが開弁状態になる。また、図７（Ｂ）にて示すように、第２段階では、第１段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５２を介して高温側ヒートシンク４２および低温側ヒートシンク４５が熱交換するとともに熱電変換ユニット５３を介して高温側ヒートシンク４２および低温側ヒートシンク４６が熱交換するように、バルブ４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂがさらに開弁状態になる。また、図７（Ｃ）にて示すように、第３段階では、第２段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５４を介して高温側ヒートシンク４３および低温側ヒートシンク４６が熱交換するとともに熱電変換ユニット５５を介して高温側ヒートシンク４３および低温側ヒートシンク４７が熱交換するように、バルブ４３ａ，４３ｂ，４７ａ，４７ｂがさらに開弁状態になる。また、図７（Ｄ）にて示すように、第４段階では、第３段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５６を介して高温側ヒートシンク４４および低温側ヒートシンク４７が熱交換するように、バルブ４４ａ，４４ｂがさらに開弁状態になる。すなわち、第１〜第４段階のうち、第１段階が最も伝熱面積が小さく、第４段階が最も伝熱面積が大きくなる。なお、高温側ヒートシンク４１〜４４および低温側ヒートシンク４５〜４７とバルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂとは、特許請求の範囲に記載の「変更手段」の一例に相当し得る。
【００４１】
以下、制御ユニット６１にて実行される発電処理について、図８および図９を用いて詳細に説明する。図８は、制御ユニット６１により実行される発電処理の流れを例示するフローチャートである。図９は、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔとインバータ１１の温度状態との関係を示す説明図である。なお、当該発電処理の開始時では、熱電変換ユニットを介した熱交換状態は、バルブ４１ａ，４１ｂ，４５ａ，４５ｂが開弁状態に制御される第１段階であり、高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２は、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態に制御されることで、それぞれ独立して環流する。このような独立環流状態は、上記混流状態と異なり発電を伴う状態であるため、発電状態ともいう。
【００４２】
まず、インバータ１１が駆動開始した直後では、インバータ１１の発生熱量も低く、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔも低いことから、図８のステップＳ１０３に示す加算処理にて順次加算される時定数ｔが一定値ｔｄを超えるまでステップＳ１０１に示す判定処理にてＮｏと判定される。そして、時定数ｔが一定値ｔｄを超えると（Ｓ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０５に示す判定処理にて、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２より高いか否かについて判定される。
【００４３】
なお、遷移上限温度ＴＨ２は、図９に示すように、インバータ１１が安全に運転できる高温領域の下限値であり、例えば、この高温領域の上限値である安全上限温度ＴＤが９０℃である場合には、遷移上限温度ＴＨ２は、８０℃に設定される。また、遷移上限温度ＴＨ２を上限値とし、この遷移上限温度ＴＨ２よりも低い値の遷移下限温度ＴＨ１を下限値とする高温側遷移領域は、熱交換時の伝熱面積が増加される温度領域である。また、遷移下限温度ＴＨ１を上限値とし、この遷移下限温度ＴＨ１よりも低い値の適温下限温度ＴＬ１を下限値とする適温領域は、熱交換時の伝熱面積が維持される温度領域である。
【００４４】
ここで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下である場合には（Ｓ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０７に示す判定ステップにて、段数ＮがＮｍａｘであるか否かについて判定される。なお、段数Ｎは、伝熱面積を変化させたレベルを示し、具体的には、Ｎ＝１は、図７（Ａ）に示す第１段階を示し、Ｎ＝２は、図７（Ｂ）に示す第２段階を示し、Ｎ＝３は、図７（Ｃ）に示す第３段階を示し、Ｎ＝４は、図７（Ｄ）に示す第４段階を示す。また、Ｎｍａｘは、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とが混流する混流状態を示す。
【００４５】
後述するように混流状態となるように各バルブが開閉されていない場合にはステップＳ１０７にてＮｏと判定され、ステップＳ１０９に示す判定処理にて時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄより大きいか否かについて判定される。ここで、ステップＳ１１１にて示す時定数ｔ’加算処理にて順次加算される時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えるまでステップＳ１０９にてＮｏと判定されて、ステップＳ１０５からの処理が繰り返される。
【００４６】
そして、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えると（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１３に示す判定処理にて、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１より高くかつ遷移下限温度ＴＨ１より低いか否かについて判定される。ここで、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１より高くかつ遷移下限温度ＴＨ１より低い場合には（Ｓ１１３でＹｅｓ）、熱交換時の伝熱面積を変化させることなく、現状の段数Ｎが維持される。
【００４７】
一方、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上となると（Ｓ１１３でＮｏ，Ｓ１１５でＹｅｓ）、ステップＳ１１７に示す開弁処理がなされる。この処理では、現状の段数Ｎが増加するように、対応するバルブが開弁状態となる。例えば、現状の段数ＮがＮ＝１の第１段階（図７（Ａ）参照）であることから、Ｎ＝２の第２段階（図７（Ｂ）参照）に変更するため、第１段階におけるバルブの開閉状態に対して、バルブ４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂがさらに開弁状態になる。そして、ステップＳ１１９に示す段数加算処理にて、段数Ｎが１段階増加するようにＮ＝２に設定され、ステップＳ１２１に示す時定数ｔ’リセット処理にて、時定数ｔ’がリセットされる。
【００４８】
上述したステップＳ１１３の判定処理において、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下となると（Ｓ１１３でＮｏ，Ｓ１１５でＮｏ）、ステップＳ１２３に示す判定処理にて現状の段数ＮがＮ＝１であるか否かについて判定される。ここで、現状の段数ＮがＮ＝１であり、これ以上伝熱面積を減らすことができない状態では、現状の段数Ｎ（Ｎ＝１）が維持される。
【００４９】
一方、現状の段数ＮがＮ＝１でない場合には、総伝熱面積を減らしてでも熱電変換ユニットに加える温度差を高めるため、ステップＳ１２５に示す閉弁処理がなされる。この処理では、現状の段数Ｎが減少するように、対応するバルブが閉弁状態となる。例えば、現状の段数ＮがＮ＝３の第３段階（図７（Ｃ）参照）であることから、Ｎ＝２の第２段階（図７（Ｂ）参照）に変更するため、第３段階におけるバルブの開閉状態に対して、バルブ４３ａ，４３ｂ，４７ａ，４７ｂが閉弁状態になる。そして、ステップＳ１２７に示す段数減算処理にて、段数Ｎが１段階減少するようにＮ＝２に設定され、ステップＳ１２９に示す時定数ｔ’リセット処理にて、時定数ｔ’がリセットされる。
【００５０】
また、インバータ１１の駆動に応じてその発生熱量が増加したことで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２より高くなると（Ｓ１０５でＹｅｓ）、発電よりもインバータ１１の冷却を優先するために、ステップＳ１３１に示す混流処理がなされる。この処理では、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが閉弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが開弁状態となる。
【００５１】
これにより、両バイパス３１，３２を介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ２１にて放熱された後に熱電変換ユニットを介して熱交換されることなくウォータジャケット１２に流れることとなる。その結果、より低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れる高冷却状態となるので、熱電変換ユニットを介して熱交換する場合と比較して、インバータ１１を効果的に冷却することができる。
【００５２】
そして、このような混流状態（高冷却状態）になると、ステップＳ１３３に示す処理にて、段数ＮがＮ＝Ｎｍａｘに設定されるとともに、ステップＳ１３５に示す時定数リセット処理にて、時定数ｔがリセットされる。
【００５３】
上述のように混流した冷却液によりインバータ１１を冷却することで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下になると（Ｓ１０５でＮｏ）、段数Ｎ＝Ｎｍａｘであることから、ステップＳ１０７にてＹｅｓと判定される。そして、ステップＳ１３７に示す独立環流処理がなされ、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが閉弁状態となる。そして、ステップＳ１３９に示す開弁処理がなされ、各ヒートシンクに連結するバルブが全て開弁状態となり、全ての熱電変換ユニット５１〜５６にて熱交換がなされる第４段階の熱交換状態となる。そして、ステップＳ１４１に示す最大段数変更処理にて、段数ＮがＮ＝４に設定される。
【００５４】
これにより、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態（発電状態）となり、熱電変換ユニット５１〜５６を介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間で熱交換がなされて、この熱交換時の温度差を利用した発電が再開されることとなる。
【００５５】
ここで、上述した発電処理により制御される各バルブの開閉状態と冷却液温度Ｔとの関係について、図１０を用いて説明する。図１０は、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔの時間変化を示すタイミングチャートである。
インバータ１１が駆動開始し、インバータ１１の発生熱量が高くなり温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ１参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をより冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第１段階から第２段階に変更される。
【００５６】
このように熱交換状態が第２段階に変更されたことで熱交換量が増えると、高温側冷却液Ｗ１がより冷却され、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を下回ることとなる（図１０のＰ２参照）。そして、インバータ１１の負荷が増えて当該インバータ１１の発生熱量がさらに高くなるために冷却液温度Ｔが上昇し（図１０のＰ３参照）、上昇する冷却液温度Ｔが再び遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ４参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第２段階から第３段階に変更される。
【００５７】
このように熱交換状態が第３段階に変更されたことで熱交換量がさらに増えると、高温側冷却液Ｗ１がさらに冷却され、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を下回ることとなる（図１０のＰ５参照）。そして、インバータ１１の負荷が減り当該インバータ１１の発生熱量が低くなると冷却液温度Ｔが低下し（図１０のＰ６参照）、低下する冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下になると（図１０のＰ７参照）、ステップＳ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１２３にてそれぞれＮｏと判定され、総伝熱面積を減らしてでも熱電変換ユニットに加える温度差を高めるため、ステップＳ１２５以降の処理がなされ、熱交換状態が第３段階から第２段階に変更される。
【００５８】
このように熱交換状態が第２段階に変更されたことで熱交換量が減ると、高温側冷却液Ｗ１の冷却が低下し、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を超えることとなる（図１０のＰ８参照）。そして、再びインバータ１１の負荷が増えて当該インバータ１１の発生熱量がさらに高くなるために冷却液温度Ｔが上昇し（図１０のＰ９参照）、上昇する冷却液温度Ｔが再び遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ１０参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第２段階から第３段階に変更される。
【００５９】
そして、インバータ１１の発生熱量が高いことから、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えても冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上であると（図１０のＰ１１参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第３段階から第４段階に変更される。
【００６０】
そして、インバータ１１の発生熱量が高い状態が維持されることで、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２を超えると（図１０のＰ１２参照）、ステップＳ１０５にてＹｅｓと判定されて、発電よりもインバータ１１の冷却を優先するために、ステップＳ１３１以降の処理がなされる。これにより、高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２が混流したより低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れる混流状態（高冷却状態）となり、インバータ１１が効果的に冷却される。
【００６１】
このように混流状態に切り替えられたことでインバータ１１が優先的に冷却され、時定数ｔが一定値ｔｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下となると（図１０のＰ１３参照）、ステップＳ１０５でＮｏ、ステップＳ１０７でＹｅｓと判定されて、ステップＳ１３７以降の処理がなされる。これにより、混流状態（高冷却状態）から独立環流状態（発電状態）に切り替えられ、熱電変換ユニット５１〜５６による熱交換時の温度差を利用した発電が再開される。
【００６２】
そして、インバータ１１の負荷が減り当該インバータ１１の発生熱量が低くなると冷却液温度Ｔが低下し（図１０のＰ１４参照）、低下する冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下、すなわち適温領域内になると（図１０のＰ１５参照）、熱交換時の伝熱面積が維持されることとなる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態に係る発電システム４０では、各バルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂの開閉により、高温側ヒートシンク４１〜４４内を流れる高温側冷却液Ｗ１と高温側ヒートシンク４５〜４７内を流れる低温側冷却液Ｗ２との間に介在する熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度センサ６２にて検出される冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、各バルブの開閉が制御されて伝熱面積が変更される。
【００６４】
これにより、インバータ１１から高温側冷却液Ｗ１に伝熱される熱量が小さくなる場合でも、各バルブの開閉を制御して冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えない程度に熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積を小さくすることで、高温側冷却液Ｗ１の冷却が必要最小限に制御されて、熱電変換ユニット５１〜５６に加わる熱交換時の温度差を大きくすることができる。すなわち、インバータ１１からの熱量や冷却液Ｗ１，Ｗ２の温度および流量などが変化する場合でも、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更されることで、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の温度差を大きく維持することができる。
したがって、インバータ１１の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電することができる。
【００６５】
また、切替手段として、高温側バイパス３１および低温側バイパス３２と、バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂにより、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との両冷却液が混流することなく熱電変換ユニット５１〜５６の少なくともいずれかを介して熱交換する発電状態（独立環流状態）と、両冷却液Ｗ１，Ｗ２を熱電変換ユニット５１〜５６を介することなく混流することでインバータ１１の冷却を高めた高冷却状態（混流状態）とのいずれかの状態に切り替え可能に構成される。そして、温度センサ６２にて検出される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２に達すると、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、上記切替手段が高冷却状態（混流状態）に切り替わるように制御される。
【００６６】
これにより、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２に達する場合には、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換が実施されないため、熱電変換ユニット５１〜５６を介することによる伝熱損失がなくなり、両冷却液Ｗ１，Ｗ２間の熱交換効率が向上する。その結果、冷却液を用いたインバータ１１の冷却性能が向上するので、インバータ１１の発熱温度を安全上限温度ＴＤよりも低い温度に下げることができる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係る発電システム４０は、インバータ１１にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電することに限らず、エンジンなどの車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電するように構成されてもよい。また、車両に搭載されない発熱機器であっても、ラジエータ２１のような放熱器を用いた冷却がなされる発熱機器であれば、本発明に係る発電システム４０を採用してもよい。
【００６８】
（２）熱電変換ユニットは、６つ用意されることに限らず、２〜５つ用意されてもよいし、７つ以上用意されてもよい。この場合、各熱電変換ユニットは、冷却液の流入が制御可能な高温側ヒートシンクと低温側ヒートシンクとの間に介在するように配置することができる。また、熱交換状態は、第１段階〜第４段階までの４つの段階で変更されることに限らず、例えば、２つや３つの段階で変更されてもよいし、５つ以上の段階で変更されてもよい。
【００６９】
（３）温度センサ６２は、ウォータジャケット１２から流出する冷却液の温度を冷却液温度Ｔとして測定することに限らず、インバータ１１の発熱温度を直接測定するように構成されてもよい。この場合、温度センサ６２の測定位置等に応じて、安全上限温度ＴＤ、遷移下限温度ＴＨ１、遷移上限温度ＴＨ２、適温下限温度ＴＬ１などを適宜変更することができる。
【００７０】
（４）制御ユニット６１にて実行される発電処理では、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔだけでなく、温度センサ６３にて測定されるラジエータ２１から流出する冷却液の温度や流量センサ６４にて測定される高温側配管１４内を流れる冷却液の流量、流量センサ６５にて測定される低温側配管２４内を流れる冷却液の流量に応じて、各バルブだけでなく、高温側ウォーターポンプ１３を駆動するモータ１３ａや低温側ウォーターポンプ２３を駆動するモータ２３ａ、クーリングファン２２を駆動するモータ２２ａを駆動制御して、インバータ１１の冷却や、各熱電変換ユニット５１〜５６による発電量を制御してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１１…インバータ（発熱機器）
１４…高温側配管
１４ａ，１４ｂ…バルブ（切替手段）
２１…ラジエータ（放熱器）
２４…低温側配管
２４ａ，２４ｂ…バルブ（切替手段）
３１…高温側バイパス（切替手段）
３２…低温側バイパス（切替手段）
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…バルブ（切替手段）
４０…発電システム
４１〜４４…高温側ヒートシンク（変更手段）
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ…バルブ（変更手段）
４５〜４７…低温側ヒートシンク（変更手段）
４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ…バルブ（変更手段）
５１〜５６…熱電変換ユニット（熱電変換手段）
６１…制御ユニット（制御手段）
６２…温度センサ（温度検出手段）
Ｔ…冷却液温度（発熱温度）
ＴＤ…安全上限温度（上限温度）
ＴＨ１…遷移下限温度
ＴＨ２…遷移上限温度（所定の温度）
ＴＬ１…適温下限温度
Ｗ１…高温側冷却液（高温側冷却媒体）
Ｗ２…低温側冷却液（低温側冷却媒体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される発熱機器等の熱源にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに関連する技術として、下記特許文献１に開示される水冷式の発電ユニットが知られている。この発電ユニットは、受熱盤の後面側に熱電モジュールが配設され、この熱電モジュールの後面側に冷却ユニットが配設されて構成されている。熱電モジュールは、２種の異なる金属又は半導体を接合してその両端に温度差を生じさせると起電力が発生するという、いわゆるゼーベック効果を利用したものである。そして、冷却ユニットは、良熱伝導性の金属で形成した筐体と、その内側の冷却室に設けた複数の冷却フィンとを有しており、筐体の底部に穿設された注水口から冷却水が注入されると、この冷却水で前壁部や冷却フィンが冷却される。また、受熱盤を加熱する熱源としては、温泉場の地熱や高温の源泉、ゴミ焼却時の排熱等の高温熱源が想定されている。そして、高温熱源からの熱が受熱盤に伝熱され、冷却ユニットが冷却されることで、高温熱源の温度と冷却ユニットの温度との温度差が熱電モジュールに加わり、当該熱電モジュールによる発電がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱電モジュール等の熱電変換手段は、高温側と低温側との温度差に応じて発電するように構成される。しかしながら、上記特許文献１に開示されるような高温側の構成と低温側の構成とを、発熱機器の発熱と冷却媒体との温度差を利用して発電する発電システムに適用すると、以下のような問題が生じる。
すなわち、上述のような構成では、熱電変換手段に加わる温度差は、発熱機器からの熱量や冷却媒体の温度および流量などに依存するため、発熱機器が過剰に冷却される場合等には、熱電変換手段に加わる温度差が小さくなるので、効率的な発電が困難になってしまう。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電し得る発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発電システムは、車両に搭載される発熱機器（１１）にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体（Ｗ１）と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器（２１）にて放熱された低温側冷却媒体（Ｗ２）との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段（５１〜５６）により発電する発電システム（４０）であって、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体との間に介在する前記熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を変更可能な変更手段（４１〜４７，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ）と、前記発熱機器の発熱温度（Ｔ）を検出する温度検出手段（６２）と、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が当該発熱機器の許容される上限温度（ＴＤ）を超えることなく前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記変更手段を制御して前記伝熱面積を変更する制御手段（６１）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発電システムにおいて、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能な切替手段（３１，３２，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が前記上限温度よりも低く設定される所定の温度（ＴＨ２）に達すると、前記切替手段を前記高冷却状態に切り替えるように制御することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する各実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、変更手段により、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との間に介在する熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度検出手段にて検出される発熱機器の発熱温度が上限温度を超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御手段により、変更手段が制御されて伝熱面積が変更される。
【０００９】
これにより、発熱機器から高温側冷却媒体に伝熱される熱量が小さくなる場合でも、変更手段を制御して発熱温度が上限温度を超えない程度に熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を小さくすることで、高温側冷却媒体の冷却が必要最小限に制御されて、熱電変換手段に加わる熱交換時の温度差を大きくすることができる。すなわち、発熱機器からの熱量や冷却媒体の温度および流量などが変化する場合でも、熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積が変更されることで、熱電変換手段を介した熱交換時の温度差を大きく維持することができる。
したがって、発熱機器の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、切替手段により、高温側冷却媒体と低温側冷却媒体との両冷却媒体が混流することなく熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、両冷却媒体を熱電変換手段を介することなく混流することで発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能に構成される。そして、温度検出手段にて検出される発熱温度が上限温度よりも低く設定される所定の温度に達すると、制御手段により、切替手段が上記高冷却状態に切り替わるように制御される。
【００１１】
これにより、発熱温度が上記所定の温度に達する場合には、熱電変換手段を介した熱交換が実施されないため、熱電変換手段を介することによる伝熱損失がなくなり、両冷却媒体間の熱交換効率が向上する。その結果、冷却媒体を用いた発熱機器の冷却性能が向上するので、発熱機器の発熱温度を上限温度よりも低い温度に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る発電システムを概念的に示す説明図である。
【図２】図１の発電システムの電気的構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明に係る高温側冷却液および低温側冷却液の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図であり、図３（Ｂ）は、比較例に係る冷却液の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図である。
【図４】インバータの熱が放熱される伝熱経路を説明する説明図である。
【図５】図５（Ａ）は熱抵抗を可変とする場合の発生熱量とインバータの温度との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は熱抵抗を一定とする場合の発生熱量とインバータの温度との関係を示すグラフである。
【図６】熱電変換ユニットに加わる温度差を説明するための説明図である。
【図７】伝熱面積を変化させた各段階を説明する説明図である。
【図８】制御ユニットにより実行される発電処理の流れを例示するフローチャートである。
【図９】温度センサにて測定される冷却液温度とインバータの温度状態との関係を示す説明図である。
【図１０】温度センサにて測定される冷却液温度の時間変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る発電システムの一実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の発電システム４０の一例を概念的に示す説明図である。
図１に示すように、本発明に係る発電システム４０は、車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電するシステムである。
【００１４】
まず、発熱機器にて発生した熱を冷却する冷却構成について、説明する。
本実施形態では、冷却が必要な発熱機器として、例えば、インバータ１１が採用されており、このインバータ１１を冷却するために当該インバータ１１の外面に設けられるウォータジャケット１２には、高温側ウォーターポンプ１３により高温側配管１４内を循環する高温側冷却媒体として高温側冷却液Ｗ１が流入するように構成されている。また、高温側配管１４には、後述する熱電変換ユニットを介した熱交換により冷却された高温側冷却液Ｗ１が流れ込むコンデンスタンク１５が設けられている。
【００１５】
また、本実施形態では、発熱機器を冷却する放熱器としてラジエータ２１とクーリングファン２２とが採用されており、ラジエータ２１には、低温側ウォーターポンプ２３により低温側配管２４内を循環する低温側冷却媒体として低温側冷却液Ｗ２が流入するように構成されている。また、低温側配管２４には、ラジエータ２１にて放熱された低温側冷却液Ｗ２が流れ込むコンデンスタンク２５が設けられている。
【００１６】
高温側配管１４および低温側配管２４には、両配管を連結可能な高温側バイパス３１と低温側バイパス３２とが設けられている。高温側バイパス３１は、バルブ３１ａを介して高温側ウォーターポンプ１３から流出する高温側冷却液Ｗ１を引き込み可能に高温側配管１４に連結されるとともに、バルブ３１ｂを介して高温側配管１４からの高温側冷却液Ｗ１をラジエータ２１に流入可能に低温側配管２４に連結されている。低温側バイパス３２は、バルブ３２ａを介してラジエータ２１から流出する低温側冷却液Ｗ２を引き込み可能に低温側配管２４に連結されるとともに、バルブ３２ｂを介して低温側配管２４からの低温側冷却液Ｗ２をウォータジャケット１２に流入可能に高温側配管１４に連結されている。
【００１７】
また、高温側配管１４には、高温側バイパス３１が連結する部位から下流側にバルブ１４ａが設けられるとともに、低温側バイパス３２が連結する部位から上流側にバルブ１４ｂが設けられている。また、低温側配管２４には、高温側バイパス３１が連結する部位から上流側にバルブ２４ａが設けられるとともに、低温側バイパス３２が連結する部位から下流側にバルブ２４ｂが設けられている。
【００１８】
これにより、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが閉弁状態となるように切り替えられることで、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態となる。この独立環流状態において、後述する熱電変換ユニットを介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間で熱交換がなされることで、高温側冷却液Ｗ１が冷却され、この冷却された高温側冷却液Ｗ１が流れるウォータジャケット１２によりインバータ１１が冷却されることとなる。なお、高温側バイパス３１および低温側バイパス３２と、バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、特許請求の範囲に記載の「切替手段」の一例に相当し得る。
【００１９】
また、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが閉弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが開弁状態となるように切り替えられることで、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とが混流可能な状態となる。この混流状態では、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ２１にて放熱された後にウォータジャケット１２に流れることで、インバータ１１が冷却される。特に、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流する状態では、熱電変換ユニットを介した熱交換がなくなり、より低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れるので、熱電変換ユニットを介して熱交換する独立環流状態と比較して、インバータ１１の冷却性能を向上させることができる。この混流状態は、独立環流状態よりも冷却性能が向上する状態であることから、高冷却状態ともいう。
【００２０】
次に、発電システム４０の構成について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、発電システム４０は、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２との温度差を利用して発電するシステムであり、高温側冷却液Ｗ１を流入可能に構成される４つの高温側ヒートシンク４１〜４４と、低温側冷却液Ｗ２を流入可能に構成される３つの低温側ヒートシンク４５〜４７とを備えている。
【００２１】
高温側ヒートシンク４１は、入口側のバルブ４１ａおよび出口側のバルブ４１ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４１ａ，４１ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４２は、入口側のバルブ４２ａおよび出口側のバルブ４２ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４２ａ，４２ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４３は、入口側のバルブ４３ａおよび出口側のバルブ４３ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４３ａ，４３ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。また、高温側ヒートシンク４４は、入口側のバルブ４４ａおよび出口側のバルブ４４ｂを介して高温側配管１４に接続され、両バルブ４４ａ，４４ｂが開弁状態となることで、高温側配管１４内を流れる高温側冷却液Ｗ１が流入可能な状態となる。
【００２２】
低温側ヒートシンク４５は、入口側のバルブ４５ａおよび出口側のバルブ４５ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４５ａ，４５ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク４６は、入口側のバルブ４６ａおよび出口側のバルブ４６ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４６ａ，４６ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。また、低温側ヒートシンク４７は、入口側のバルブ４７ａおよび出口側のバルブ４７ｂを介して低温側配管２４に接続され、両バルブ４７ａ，４７ｂが開弁状態となることで、低温側配管２４内を流れる低温側冷却液Ｗ２が流入可能な状態となる。
【００２３】
また、発電システム４０は、加えられる温度差に応じた発電する熱電変換素子が複数配置されて熱電変換手段として構成される熱電変換ユニット（５１〜５６）を６つ備えており、これら各熱電変換ユニット５１〜５６にて発電した電力は、バッテリＢにて蓄電されるように構成されている。
【００２４】
特に、熱電変換ユニット５１は、高温側ヒートシンク４１と低温側ヒートシンク４５との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５２は、高温側ヒートシンク４２と低温側ヒートシンク４５との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５３は、高温側ヒートシンク４２と低温側ヒートシンク４６との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５４は、高温側ヒートシンク４３と低温側ヒートシンク４６との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５５は、高温側ヒートシンク４３と低温側ヒートシンク４７との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。また、熱電変換ユニット５６は、高温側ヒートシンク４４と低温側ヒートシンク４７との双方に熱交換可能に面接触するように配置されている。
【００２５】
次に、発電システム４０の電気的構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１の発電システム４０の電気的構成を概略的に示すブロック図である。
図２に示すように、発電システム４０は、全体的制御を司る制御ユニット６１と、ウォータジャケット１２から流出する冷却液の温度（以下、冷却液温度Ｔという）をインバータ１１の発熱温度に相当する温度として測定する温度センサ６２と、ラジエータ２１から流出する冷却液の温度を測定する温度センサ６３と、高温側配管１４内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ６４と、低温側配管２４内を流れる冷却液の流量を測定する流量センサ６５とを備えている。制御ユニット６１は、各センサ６２〜６５と電気的に接続され、これら各センサ６２〜６５からの測定信号が入力されるように構成されている。
【００２６】
また、制御ユニット６１は、後述する発電処理などに応じて、高温側ウォーターポンプ１３を駆動するモータ１３ａと、低温側ウォーターポンプ２３を駆動するモータ２３ａと、クーリングファン２２を駆動するモータ２２ａと、各バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂとを、駆動制御可能に構成されている。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴的部分である発電構成について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、図３（Ａ）は、本発明に係る高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２の流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図であり、図３（Ｂ）は、比較例に係る冷却液Ｗｏの流れと熱電変換ユニットとの関係を示す説明図である。図４は、インバータ１１の熱が放熱される伝熱経路を説明する説明図である。図５（Ａ）は熱抵抗を可変とする場合の発生熱量とインバータ１１の温度との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は熱抵抗を一定とする場合の発生熱量とインバータ１１の温度との関係を示すグラフである。図６は、熱電変換ユニット（５１〜５６）に加わる温度差を説明するための説明図である。
【００２８】
熱電変換ユニット５１〜５６を構成する各熱電変換素子の発電量は、当該熱電変換素子を通過した熱量と熱電変換効率とで決まり、熱電変換素子を通過した熱量は、インバータ１１の発生熱量に依存する。熱電変換効率は、熱電変換素子の内部抵抗と外部負荷抵抗の比によって変動するが、最適な比のときに得られる最大効率ηｍａｘは、以下の式（１）により表され、熱電変換素子に加わる温度差と熱電変換素子の性能とに依存する。
ηｍａｘ＝（ＴＨ−ＴＬ）／ＴＨ
×（（１＋ＺＴ）１／２−１）／（（１＋ＺＴ）１／２＋（ＴＬ／ＴＨ）） ・・・（１）
ここで、ＴＨは、熱電変換素子の高温面の温度であり、ＴＬは、熱電変換素子の低温面の温度である。
このため、温度差を可能な限り大きく維持し、熱電変換効率を高めることで、熱電変換ユニットでの発電量を大きくすることができることがわかる。
【００２９】
そこで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きくするため、図３（Ａ）に例示するように、熱電変換ユニットを、混流しない高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間に介在させて熱交換時の温度差が加わるように配置する。これにより、図３（Ｂ）に例示するように１つの循環経路を流れる冷却液Ｗｏの温度差を利用する比較例と比較して、熱電変換ユニット５１〜５６に加わる温度差を大きくすることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、図４に示すように、インバータ１１にて発熱した熱は、ウォータジャケット１２、高温側冷却液Ｗ１、高温側ヒートシンク（４１〜４４）、熱電変換ユニット（５１〜５６）の高温面、熱電変換ユニット（５１〜５６）の低温面、低温側ヒートシンク（４５〜４７）、低温側冷却液Ｗ２、ラジエータ２１を介して大気に放熱される。
【００３１】
インバータ１１の温度は、上記放熱過程での全温度差と大気気温との和となり、この全温度差は、発生熱量と全熱抵抗とで決まることとなる。ここで、全熱抵抗は、図４での高温側経路熱抵抗と、熱電変換ユニットでの熱抵抗と、低温側経路熱抵抗とからなり、全熱抵抗に占める熱電変換ユニットでの熱抵抗の割合を大きくすることで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きくすることができる。
【００３２】
全温度差は、以下の式（２）に示すように、発生熱量と全熱抵抗とで決まることから、全温度差を大きくするためには、全熱抵抗は、発生熱量に応じて変化させることが有効である。
全温度差［℃］＝発生熱量［Ｗ］×全熱抵抗［℃／Ｗ］ ・・・（２）
【００３３】
そこで、図５（Ａ）に例示するように、例えば、大気温度が３０℃、インバータ１１の安全上限温度が９０℃であって、インバータ１１の温度を８０℃に維持するため適正な全温度差ΔＴを５０℃とする場合、発生熱量が５００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．１［℃／Ｗ］に変更する。また、発生熱量が１０００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．０５［℃／Ｗ］に変更し、発生熱量が１５００［Ｗ］であると、全熱抵抗を０．０３３［℃／Ｗ］に変更することで、全温度差ΔＴが適正な５０℃に維持される。
【００３４】
一方、図５（Ｂ）に例示するように、例えば全熱抵抗が０．０５［℃／Ｗ］で一定である場合、発生熱量が５００［Ｗ］であると、インバータ１１の温度が５５℃となり安全であるものの、全温度差ΔＴが２５℃で小さくなる。また、発生熱量が１５００［Ｗ］であると、インバータ１１の温度が１０５℃となり、安全上限温度（９０℃）を超えてしまう。このように、全熱抵抗が一定では、全温度差ΔＴを適正な温度に維持できないことがわかる。
【００３５】
ここで、熱抵抗の配分という観点から考えると、ある熱抵抗要素の温度差は、以下の式（３）に示すように、全熱抵抗に占めるその要素の熱抵抗と全温度差とで決まる。
ある熱抵抗要素の温度差［℃］
＝全温度差［℃］×（要素の熱抵抗［℃／Ｗ］／全熱抵抗［℃／Ｗ］）・・・（３）
【００３６】
この観点から、熱電変換ユニットに加わる温度差について、図６を用いて説明する。なお、図６の符号Ｓ１は、高温側経路熱抵抗：熱電変換ユニットでの熱抵抗：低温側経路熱抵抗との関係が２：１：２である場合を示し、符号Ｓ２は、高温側経路熱抵抗：熱電変換ユニットでの熱抵抗：低温側経路熱抵抗との関係が１：３：１である場合を示す。
【００３７】
図６から分かるように、高温側経路に加わる温度差ΔＴＨと低温側経路に加わる温度差ΔＴＬとが双方とも大きくなる場合には熱電変換ユニットに加わる温度差ΔＴＥを大きくできないが、高温側経路に加わる温度差ΔＴＨと低温側経路に加わる温度差ΔＴＬとが双方とも小さくなる場合には熱電変換ユニットに加わる温度差ΔＴＥを大きくすることができる。すなわち、適切な全熱抵抗のうち、高温側経路熱抵抗および低温側経路熱抵抗が占める割合を小さくすることで、熱電変換ユニットでの熱抵抗が占める割合が大きくなり、熱電変換ユニットに対して大きな温度差を確保することができる。このことから、高温側および低温側の熱抵抗は可能な限り小さく設計し、熱電変換ユニットの熱抵抗を増減させて全熱抵抗を制御することで、熱電変換ユニットに加わる温度差を大きく確保できることがわかる。
【００３８】
次に、熱電変換ユニットでの熱抵抗の制御因子を考えると、熱電変換ユニットでの熱抵抗は、高温側ヒートシンク（４１〜４４）、熱電変換ユニット（５１〜５６）の高温面、熱電変換ユニット（５１〜５６）の低温面、低温側ヒートシンク（４５〜４７）から構成されることから、この熱抵抗には熱伝導率および伝熱面積が影響することがわかる。ここで、熱伝導率は、物性値であり固有の値であるため、制御因子としては伝熱面積が有効であることがわかる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、熱電変換ユニット（５１〜５６）と高温側ヒートシンク（４１〜４４）および低温側ヒートシンク（４５〜４７）との熱交換状態を多段的に切り替えることで、熱交換時の伝熱面積を変化させる。この熱交換状態の多段的変化について、図７（Ａ）〜（Ｄ）を用いて具体的に説明する。図７は、伝熱面積を変化させた各段階を説明する説明図であり、図７（Ａ）は第１段階を示し、図７（Ｂ）は第２段階を示し、図７（Ｃ）は第３段階を示し、図７（Ｄ）は第４段階を示す。なお、図７では、説明の便宜上、熱交換するものに対してハッチングを付して概念的に示している。
【００４０】
図７（Ａ）にて示すように、第１段階では、熱電変換ユニット５１を介して高温側ヒートシンク４１および低温側ヒートシンク４５が熱交換するように、バルブ４１ａ，４１ｂ，４５ａ，４５ｂが開弁状態になる。また、図７（Ｂ）にて示すように、第２段階では、第１段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５２を介して高温側ヒートシンク４２および低温側ヒートシンク４５が熱交換するとともに熱電変換ユニット５３を介して高温側ヒートシンク４２および低温側ヒートシンク４６が熱交換するように、バルブ４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂがさらに開弁状態になる。また、図７（Ｃ）にて示すように、第３段階では、第２段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５４を介して高温側ヒートシンク４３および低温側ヒートシンク４６が熱交換するとともに熱電変換ユニット５５を介して高温側ヒートシンク４３および低温側ヒートシンク４７が熱交換するように、バルブ４３ａ，４３ｂ，４７ａ，４７ｂがさらに開弁状態になる。また、図７（Ｄ）にて示すように、第４段階では、第３段階の熱交換状態に加えて、熱電変換ユニット５６を介して高温側ヒートシンク４４および低温側ヒートシンク４７が熱交換するように、バルブ４４ａ，４４ｂがさらに開弁状態になる。すなわち、第１〜第４段階のうち、第１段階が最も伝熱面積が小さく、第４段階が最も伝熱面積が大きくなる。なお、高温側ヒートシンク４１〜４４および低温側ヒートシンク４５〜４７とバルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂとは、特許請求の範囲に記載の「変更手段」の一例に相当し得る。
【００４１】
以下、制御ユニット６１にて実行される発電処理について、図８および図９を用いて詳細に説明する。図８は、制御ユニット６１により実行される発電処理の流れを例示するフローチャートである。図９は、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔとインバータ１１の温度状態との関係を示す説明図である。なお、当該発電処理の開始時では、熱電変換ユニットを介した熱交換状態は、バルブ４１ａ，４１ｂ，４５ａ，４５ｂが開弁状態に制御される第１段階であり、高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２は、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態に制御されることで、それぞれ独立して環流する。このような独立環流状態は、上記混流状態と異なり発電を伴う状態であるため、発電状態ともいう。
【００４２】
まず、インバータ１１が駆動開始した直後では、インバータ１１の発生熱量も低く、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔも低いことから、図８のステップＳ１０３に示す加算処理にて順次加算される時定数ｔが一定値ｔｄを超えるまでステップＳ１０１に示す判定処理にてＮｏと判定される。そして、時定数ｔが一定値ｔｄを超えると（Ｓ１０１でＹｅｓ）、ステップＳ１０５に示す判定処理にて、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２より高いか否かについて判定される。
【００４３】
なお、遷移上限温度ＴＨ２は、図９に示すように、インバータ１１が安全に運転できる高温領域の下限値であり、例えば、この高温領域の上限値である安全上限温度ＴＤが９０℃である場合には、遷移上限温度ＴＨ２は、８０℃に設定される。また、遷移上限温度ＴＨ２を上限値とし、この遷移上限温度ＴＨ２よりも低い値の遷移下限温度ＴＨ１を下限値とする高温側遷移領域は、熱交換時の伝熱面積が増加される温度領域である。また、遷移下限温度ＴＨ１を上限値とし、この遷移下限温度ＴＨ１よりも低い値の適温下限温度ＴＬ１を下限値とする適温領域は、熱交換時の伝熱面積が維持される温度領域である。
【００４４】
ここで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下である場合には（Ｓ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０７に示す判定ステップにて、段数ＮがＮｍａｘであるか否かについて判定される。なお、段数Ｎは、伝熱面積を変化させたレベルを示し、具体的には、Ｎ＝１は、図７（Ａ）に示す第１段階を示し、Ｎ＝２は、図７（Ｂ）に示す第２段階を示し、Ｎ＝３は、図７（Ｃ）に示す第３段階を示し、Ｎ＝４は、図７（Ｄ）に示す第４段階を示す。また、Ｎｍａｘは、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とが混流する混流状態を示す。
【００４５】
後述するように混流状態となるように各バルブが開閉されていない場合にはステップＳ１０７にてＮｏと判定され、ステップＳ１０９に示す判定処理にて時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄより大きいか否かについて判定される。ここで、ステップＳ１１１にて示す時定数ｔ’加算処理にて順次加算される時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えるまでステップＳ１０９にてＮｏと判定されて、ステップＳ１０５からの処理が繰り返される。
【００４６】
そして、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えると（Ｓ１０９でＹｅｓ）、ステップＳ１１３に示す判定処理にて、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１より高くかつ遷移下限温度ＴＨ１より低いか否かについて判定される。ここで、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１より高くかつ遷移下限温度ＴＨ１より低い場合には（Ｓ１１３でＹｅｓ）、熱交換時の伝熱面積を変化させることなく、現状の段数Ｎが維持される。
【００４７】
一方、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上となると（Ｓ１１３でＮｏ，Ｓ１１５でＹｅｓ）、ステップＳ１１７に示す開弁処理がなされる。この処理では、現状の段数Ｎが増加するように、対応するバルブが開弁状態となる。例えば、現状の段数ＮがＮ＝１の第１段階（図７（Ａ）参照）であることから、Ｎ＝２の第２段階（図７（Ｂ）参照）に変更するため、第１段階におけるバルブの開閉状態に対して、バルブ４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂがさらに開弁状態になる。そして、ステップＳ１１９に示す段数加算処理にて、段数Ｎが１段階増加するようにＮ＝２に設定され、ステップＳ１２１に示す時定数ｔ’リセット処理にて、時定数ｔ’がリセットされる。
【００４８】
上述したステップＳ１１３の判定処理において、冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下となると（Ｓ１１３でＮｏ，Ｓ１１５でＮｏ）、ステップＳ１２３に示す判定処理にて現状の段数ＮがＮ＝１であるか否かについて判定される。ここで、現状の段数ＮがＮ＝１であり、これ以上伝熱面積を減らすことができない状態では、現状の段数Ｎ（Ｎ＝１）が維持される。
【００４９】
一方、現状の段数ＮがＮ＝１でない場合には、総伝熱面積を減らしてでも熱電変換ユニットに加える温度差を高めるため、ステップＳ１２５に示す閉弁処理がなされる。この処理では、現状の段数Ｎが減少するように、対応するバルブが閉弁状態となる。例えば、現状の段数ＮがＮ＝３の第３段階（図７（Ｃ）参照）であることから、Ｎ＝２の第２段階（図７（Ｂ）参照）に変更するため、第３段階におけるバルブの開閉状態に対して、バルブ４３ａ，４３ｂ，４７ａ，４７ｂが閉弁状態になる。そして、ステップＳ１２７に示す段数減算処理にて、段数Ｎが１段階減少するようにＮ＝２に設定され、ステップＳ１２９に示す時定数ｔ’リセット処理にて、時定数ｔ’がリセットされる。
【００５０】
また、インバータ１１の駆動に応じてその発生熱量が増加したことで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２より高くなると（Ｓ１０５でＹｅｓ）、発電よりもインバータ１１の冷却を優先するために、ステップＳ１３１に示す混流処理がなされる。この処理では、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが閉弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが開弁状態となる。
【００５１】
これにより、両バイパス３１，３２を介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２とが混流し、この混流した冷却液がラジエータ２１にて放熱された後に熱電変換ユニットを介して熱交換されることなくウォータジャケット１２に流れることとなる。その結果、より低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れる高冷却状態となるので、熱電変換ユニットを介して熱交換する場合と比較して、インバータ１１を効果的に冷却することができる。
【００５２】
そして、このような混流状態（高冷却状態）になると、ステップＳ１３３に示す処理にて、段数ＮがＮ＝Ｎｍａｘに設定されるとともに、ステップＳ１３５に示す時定数リセット処理にて、時定数ｔがリセットされる。
【００５３】
上述のように混流した冷却液によりインバータ１１を冷却することで、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下になると（Ｓ１０５でＮｏ）、段数Ｎ＝Ｎｍａｘであることから、ステップＳ１０７にてＹｅｓと判定される。そして、ステップＳ１３７に示す独立環流処理がなされ、高温側配管１４のバルブ１４ａ，１４ｂと、低温側配管２４のバルブ２４ａ，２４ｂとが開弁状態となり、高温側バイパス３１のバルブ３１ａ，３１ｂと、低温側バイパス３２のバルブ３２ａ，３２ｂとが閉弁状態となる。そして、ステップＳ１３９に示す開弁処理がなされ、各ヒートシンクに連結するバルブが全て開弁状態となり、全ての熱電変換ユニット５１〜５６にて熱交換がなされる第４段階の熱交換状態となる。そして、ステップＳ１４１に示す最大段数変更処理にて、段数ＮがＮ＝４に設定される。
【００５４】
これにより、高温側配管１４内の高温側冷却液Ｗ１と低温側配管２４内の低温側冷却液Ｗ２とがそれぞれ混流することなく独立して環流する独立環流状態（発電状態）となり、熱電変換ユニット５１〜５６を介して高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との間で熱交換がなされて、この熱交換時の温度差を利用した発電が再開されることとなる。
【００５５】
ここで、上述した発電処理により制御される各バルブの開閉状態と冷却液温度Ｔとの関係について、図１０を用いて説明する。図１０は、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔの時間変化を示すタイミングチャートである。
インバータ１１が駆動開始し、インバータ１１の発生熱量が高くなり温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ１参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をより冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第１段階から第２段階に変更される。
【００５６】
このように熱交換状態が第２段階に変更されたことで熱交換量が増えると、高温側冷却液Ｗ１がより冷却され、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を下回ることとなる（図１０のＰ２参照）。そして、インバータ１１の負荷が増えて当該インバータ１１の発生熱量がさらに高くなるために冷却液温度Ｔが上昇し（図１０のＰ３参照）、上昇する冷却液温度Ｔが再び遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ４参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第２段階から第３段階に変更される。
【００５７】
このように熱交換状態が第３段階に変更されたことで熱交換量がさらに増えると、高温側冷却液Ｗ１がさらに冷却され、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を下回ることとなる（図１０のＰ５参照）。そして、インバータ１１の負荷が減り当該インバータ１１の発生熱量が低くなると冷却液温度Ｔが低下し（図１０のＰ６参照）、低下する冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下になると（図１０のＰ７参照）、ステップＳ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１２３にてそれぞれＮｏと判定され、総伝熱面積を減らしてでも熱電変換ユニットに加える温度差を高めるため、ステップＳ１２５以降の処理がなされ、熱交換状態が第３段階から第２段階に変更される。
【００５８】
このように熱交換状態が第２段階に変更されたことで熱交換量が減ると、高温側冷却液Ｗ１の冷却が低下し、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１を超えることとなる（図１０のＰ８参照）。そして、再びインバータ１１の負荷が増えて当該インバータ１１の発生熱量がさらに高くなるために冷却液温度Ｔが上昇し（図１０のＰ９参照）、上昇する冷却液温度Ｔが再び遷移下限温度ＴＨ１以上になると（図１０のＰ１０参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第２段階から第３段階に変更される。
【００５９】
そして、インバータ１１の発生熱量が高いことから、時定数ｔ’が一定値ｔ’ｄを超えても冷却液温度Ｔが遷移下限温度ＴＨ１以上であると（図１０のＰ１１参照）、ステップＳ１１５にてＹｅｓと判定され、高温側冷却液Ｗ１をさらに冷却するため、ステップＳ１１７以降の処理がなされ、熱交換状態が第３段階から第４段階に変更される。
【００６０】
そして、インバータ１１の発生熱量が高い状態が維持されることで、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２を超えると（図１０のＰ１２参照）、ステップＳ１０５にてＹｅｓと判定されて、発電よりもインバータ１１の冷却を優先するために、ステップＳ１３１以降の処理がなされる。これにより、高温側冷却液Ｗ１および低温側冷却液Ｗ２が混流したより低い温度の冷却液がウォータジャケット１２に流れる混流状態（高冷却状態）となり、インバータ１１が効果的に冷却される。
【００６１】
このように混流状態に切り替えられたことでインバータ１１が優先的に冷却され、時定数ｔが一定値ｔｄを超える前に、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２以下となると（図１０のＰ１３参照）、ステップＳ１０５でＮｏ、ステップＳ１０７でＹｅｓと判定されて、ステップＳ１３７以降の処理がなされる。これにより、混流状態（高冷却状態）から独立環流状態（発電状態）に切り替えられ、熱電変換ユニット５１〜５６による熱交換時の温度差を利用した発電が再開される。
【００６２】
そして、インバータ１１の負荷が減り当該インバータ１１の発生熱量が低くなると冷却液温度Ｔが低下し（図１０のＰ１４参照）、低下する冷却液温度Ｔが適温下限温度ＴＬ１以下、すなわち適温領域内になると（図１０のＰ１５参照）、熱交換時の伝熱面積が維持されることとなる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態に係る発電システム４０では、各バルブ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂの開閉により、高温側ヒートシンク４１〜４４内を流れる高温側冷却液Ｗ１と高温側ヒートシンク４５〜４７内を流れる低温側冷却液Ｗ２との間に介在する熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更可能に構成される。そして、温度センサ６２にて検出される冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えることなく熱交換時の温度差を大きくするように、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、各バルブの開閉が制御されて伝熱面積が変更される。
【００６４】
これにより、インバータ１１から高温側冷却液Ｗ１に伝熱される熱量が小さくなる場合でも、各バルブの開閉を制御して冷却液温度Ｔが安全上限温度ＴＤを超えない程度に熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積を小さくすることで、高温側冷却液Ｗ１の冷却が必要最小限に制御されて、熱電変換ユニット５１〜５６に加わる熱交換時の温度差を大きくすることができる。すなわち、インバータ１１からの熱量や冷却液Ｗ１，Ｗ２の温度および流量などが変化する場合でも、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の伝熱面積が変更されることで、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換時の温度差を大きく維持することができる。
したがって、インバータ１１の熱と冷却媒体との温度差を高く維持することで効率的に発電することができる。
【００６５】
また、切替手段として、高温側バイパス３１および低温側バイパス３２と、バルブ１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂにより、高温側冷却液Ｗ１と低温側冷却液Ｗ２との両冷却液が混流することなく熱電変換ユニット５１〜５６の少なくともいずれかを介して熱交換する発電状態（独立環流状態）と、両冷却液Ｗ１，Ｗ２を熱電変換ユニット５１〜５６を介することなく混流することでインバータ１１の冷却を高めた高冷却状態（混流状態）とのいずれかの状態に切り替え可能に構成される。そして、温度センサ６２にて検出される冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２に達すると、制御ユニット６１にて実行される発電処理により、上記切替手段が高冷却状態（混流状態）に切り替わるように制御される。
【００６６】
これにより、冷却液温度Ｔが遷移上限温度ＴＨ２に達する場合には、熱電変換ユニット５１〜５６を介した熱交換が実施されないため、熱電変換ユニット５１〜５６を介することによる伝熱損失がなくなり、両冷却液Ｗ１，Ｗ２間の熱交換効率が向上する。その結果、冷却液を用いたインバータ１１の冷却性能が向上するので、インバータ１１の発熱温度を安全上限温度ＴＤよりも低い温度に下げることができる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係る発電システム４０は、インバータ１１にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電することに限らず、エンジンなどの車両に搭載される発熱機器にて発生した熱とこの熱を冷却するための冷却媒体（冷却液）との温度差を利用して発電するように構成されてもよい。また、車両に搭載されない発熱機器であっても、ラジエータ２１のような放熱器を用いた冷却がなされる発熱機器であれば、本発明に係る発電システム４０を採用してもよい。
【００６８】
（２）熱電変換ユニットは、６つ用意されることに限らず、２〜５つ用意されてもよいし、７つ以上用意されてもよい。この場合、各熱電変換ユニットは、冷却液の流入が制御可能な高温側ヒートシンクと低温側ヒートシンクとの間に介在するように配置することができる。また、熱交換状態は、第１段階〜第４段階までの４つの段階で変更されることに限らず、例えば、２つや３つの段階で変更されてもよいし、５つ以上の段階で変更されてもよい。
【００６９】
（３）温度センサ６２は、ウォータジャケット１２から流出する冷却液の温度を冷却液温度Ｔとして測定することに限らず、インバータ１１の発熱温度を直接測定するように構成されてもよい。この場合、温度センサ６２の測定位置等に応じて、安全上限温度ＴＤ、遷移下限温度ＴＨ１、遷移上限温度ＴＨ２、適温下限温度ＴＬ１などを適宜変更することができる。
【００７０】
（４）制御ユニット６１にて実行される発電処理では、温度センサ６２にて測定される冷却液温度Ｔだけでなく、温度センサ６３にて測定されるラジエータ２１から流出する冷却液の温度や流量センサ６４にて測定される高温側配管１４内を流れる冷却液の流量、流量センサ６５にて測定される低温側配管２４内を流れる冷却液の流量に応じて、各バルブだけでなく、高温側ウォーターポンプ１３を駆動するモータ１３ａや低温側ウォーターポンプ２３を駆動するモータ２３ａ、クーリングファン２２を駆動するモータ２２ａを駆動制御して、インバータ１１の冷却や、各熱電変換ユニット５１〜５６による発電量を制御してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１１…インバータ（発熱機器）
１４…高温側配管
１４ａ，１４ｂ…バルブ（切替手段）
２１…ラジエータ（放熱器）
２４…低温側配管
２４ａ，２４ｂ…バルブ（切替手段）
３１…高温側バイパス（切替手段）
３２…低温側バイパス（切替手段）
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ…バルブ（切替手段）
４０…発電システム
４１〜４４…高温側ヒートシンク（変更手段）
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ…バルブ（変更手段）
４５〜４７…低温側ヒートシンク（変更手段）
４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ…バルブ（変更手段）
５１〜５６…熱電変換ユニット（熱電変換手段）
６１…制御ユニット（制御手段）
６２…温度センサ（温度検出手段）
Ｔ…冷却液温度（発熱温度）
ＴＤ…安全上限温度（上限温度）
ＴＨ１…遷移下限温度
ＴＨ２…遷移上限温度（所定の温度）
ＴＬ１…適温下限温度
Ｗ１…高温側冷却液（高温側冷却媒体）
Ｗ２…低温側冷却液（低温側冷却媒体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される発熱機器にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段により発電する発電システムであって、
前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体との間に介在する前記熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を変更可能な変更手段と、
前記発熱機器の発熱温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が当該発熱機器の許容される上限温度を超えることなく前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記変更手段を制御して前記伝熱面積を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能な切替手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が前記上限温度よりも低く設定される所定の温度に達すると、前記切替手段を前記高冷却状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項１】
車両に搭載される発熱機器にて発生した熱が伝熱された高温側冷却媒体と、当該高温側冷却媒体を冷却するためこの熱が伝熱された後に放熱器にて放熱された低温側冷却媒体との熱交換時の温度差を利用した熱電変換手段により発電する発電システムであって、
前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体との間に介在する前記熱電変換手段を介した熱交換時の伝熱面積を変更可能な変更手段と、
前記発熱機器の発熱温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が当該発熱機器の許容される上限温度を超えることなく前記熱交換時の温度差を大きくするように、前記変更手段を制御して前記伝熱面積を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とが混流することなく前記熱電変換手段を介して熱交換する発電状態と、前記高温側冷却媒体と前記低温側冷却媒体とを前記熱電変換手段を介することなく混流することで前記発電状態よりも前記発熱機器の冷却を高めた高冷却状態とのいずれかの状態に切り替え可能な切替手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段にて検出される前記発熱温度が前記上限温度よりも低く設定される所定の温度に達すると、前記切替手段を前記高冷却状態に切り替えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４６５０４（Ｐ２０１３−４６５０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３２３４（Ｐ２０１１−１８３２３４）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００１４３６３９）株式会社今仙電機製作所 (258)
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００１４３６３９）株式会社今仙電機製作所 (258)
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