JP5829909B2 - In-vehicle power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、車載発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される車載発電システムに関する。 The present invention relates to an on-vehicle power generation system, and more particularly to an on-vehicle 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おり、このような方法として、焦電素子を用いた熱電変換発電が、知られている。 In recent years, from the viewpoint of energy saving, it is required to recover the released thermal energy and reuse it as an energy source. As such a method, thermoelectric conversion power generation using a pyroelectric element is known. Yes.
具体的には、例えば、複数の焦電素子のそれぞれの温度を上昇させる加熱源と、それら焦電素子のそれぞれの温度を低下させる冷却源と、加熱源および冷却源、および/または、焦電素子を移動させる移動手段とを備える発電装置を用い、加熱源および冷却源により焦電素子の温度を周期的に上昇および下降させることによって、焦電素子から直流電力または交流電力を取り出す方法が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Specifically, for example, a heating source that increases the temperature of each of the plurality of pyroelectric elements, a cooling source that decreases the temperature of each of the pyroelectric elements, a heating source and a cooling source, and / or a pyroelectric element A method of taking out DC power or AC power from a pyroelectric element by periodically raising and lowering the temperature of the pyroelectric element by a heating source and a cooling source using a power generation device including a moving unit that moves the element, It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一方、このような発電方法としては、発電装置を自動車などの車両に搭載し、例えば、多サイクル方式の内燃機関から排気ガスが排出される排気管内に焦電素子を配置するとともに、その内燃機関を加熱源および冷却源として用いることなどを検討することもできる。 On the other hand, as such a power generation method, a power generation device is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, a pyroelectric element is disposed in an exhaust pipe from which exhaust gas is discharged from a multi-cycle internal combustion engine, and the internal combustion engine It can also be considered to use as a heating source and a cooling source.
このような場合には、内燃機関において燃料が燃焼されることにより生じる排気ガスが、周期的に焦電素子に供給され、焦電素子が加熱される一方、排気ガスの供給が周期的に停止され、焦電素子が冷却されることにより、発電されるとともに、その電力が導線などを介して取り出される。 In such a case, exhaust gas generated by the combustion of fuel in the internal combustion engine is periodically supplied to the pyroelectric element, and the pyroelectric element is heated, while the supply of exhaust gas is periodically stopped. Then, the pyroelectric element is cooled to generate electric power, and the electric power is taken out through a conductor or the like.
そして、このような発電システムでは、作業性よく、排気管内に素子を配置することが要求され、さらに、電力を取り出すための導線などを保護することも要求される。 In such a power generation system, it is required to arrange an element in the exhaust pipe with good workability, and further, it is required to protect a conducting wire for taking out electric power.
本発明の目的は、容易に素子を配置でき、電力を取り出すデバイスを保護することができる車載発電システムを提供することにある。 The objective of this invention is providing the vehicle-mounted electric power generation system which can arrange | position an element easily and can protect the device which takes out electric power.
上記目的を達成するため、本発明の車載発電システムは、エンジンと、前記エンジンから排気ガスを排出させるための排気管と、前記排気管内に配置され、排気ガスの排気に伴って温度が経時的に上下され、電気分極する第1デバイスと、前記第1デバイスから電力を取り出すための第2デバイスとを備え、前記第1デバイスが配置される部分の前記排気管が、前記排気管の延びる方向と交差する方向に沿って分割可能とされおり、前記排気管の分割部分において、断熱材が、前記第2デバイスを被覆するように介在されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an in-vehicle power generation system according to the present invention includes an engine, an exhaust pipe for exhausting exhaust gas from the engine, and an exhaust pipe disposed in the exhaust pipe. And a second device for taking out electric power from the first device, and the exhaust pipe in a portion where the first device is disposed is extended in the direction in which the exhaust pipe extends. It is possible to divide along a direction intersecting with the heat sink, and a heat insulating material is interposed in the divided portion of the exhaust pipe so as to cover the second device.
このような車載発電システムでは、第1デバイスが配置される部分の排気管が、排気管の延びる方向と交差する方向に沿って分割可能とされているので、その部分を排気管から分割することによって、第1デバイスを排気管内に容易に配置することができる。 In such an in-vehicle power generation system, since the exhaust pipe of the part where the first device is arranged can be divided along the direction intersecting with the extending direction of the exhaust pipe, the part is divided from the exhaust pipe. Thus, the first device can be easily arranged in the exhaust pipe.
また、このような車載発電システムでは、排気管の分割部分において、断熱材が、第2デバイスを被覆するように介在されるため、第2デバイスを断熱材によって保護することができ、第2デバイスの損傷を抑制することができる。 In such an in-vehicle power generation system, since the heat insulating material is interposed so as to cover the second device in the divided portion of the exhaust pipe, the second device can be protected by the heat insulating material. Damage can be suppressed.
本発明の車載発電システムによれば、排気管を分割することによって、第1デバイスを排気管内に容易に配置することができるとともに、その分割部分において、第2デバイスが損傷することを抑制することができる。 According to the in-vehicle power generation system of the present invention, the first device can be easily arranged in the exhaust pipe by dividing the exhaust pipe, and the second device is prevented from being damaged in the divided portion. Can do.
1.車載発電システム
図1は、本発明の車載発電システムの一実施形態の概略構成図である。
1. In-vehicle power generation system FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an in-vehicle power generation system according to the present invention.
図1において、自動車11は、車載発電システム1を備えている。
In FIG. 1, an
車載発電システム1は、エンジン2と、エンジン2から排気ガスを排出させるための排気管5と、排気管5内に配置される第1デバイス3と、第1デバイス3から電力を取り出すための第2デバイス4とを備えている。
The in-vehicle
エンジン2は、自動車11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(例えば、2気筒型、3気筒型、4気筒型、6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。
The
以下において、4気筒型、4サイクル方式が採用されるエンジンを用いて、説明する。 Hereinafter, description will be made using an engine employing a four-cylinder type and a four-cycle method.
このエンジン2は、図示しない複数(4つ)の気筒を備えており、詳しくは後述するように、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、排気工程が順次実施されることにより、燃料が燃焼され、動力が出力されている。
The
また、エンジン2の各気筒の前側(車両前後方向における前側。以下同様。)には、排気管5(詳しくは、分岐管18(後述))の上流側端部が接続されている。すなわち、エンジン2として、排気ガスをエンジン2の前方から排気管5に排出可能とする前方排気型のエンジンが、採用されている。
Further, an upstream end of an exhaust pipe 5 (specifically, a branch pipe 18 (described later)) is connected to the front side of each cylinder of the engine 2 (the front side in the vehicle front-rear direction; the same applies hereinafter). That is, a front exhaust type engine that allows exhaust gas to be discharged from the front of the
排気管5は、エンジン2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(エキゾーストマニホールド)であって、エンジン2の各気筒に接続される複数(4つ)の分岐管18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
複数(4つ)の分岐管18は、自動車11の車幅方向に沿って、互いに間隔を隔てて並列配置されている。なお、図1(a)では、車両上下方向における上面視概略図を取り出して示している。以下において、複数(4つ)の分岐管18を区別する必要がある場合には、上面視概略図における上側から順に、分岐管18a、分岐管18b、分岐管18cおよび分岐管18dと称する。
The plurality (four) of
このような排気管5では、分岐管18の上流側端部が、それぞれ、エンジン2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、後述する触媒搭載部12の上流側端部に接続されている。
In such an
図2は、図1に記載される車載発電システムにおける分岐管の要部拡大図である。 FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the branch pipe in the in-vehicle power generation system shown in FIG.
図2に示されるように、分岐管18(排気管5)には第1デバイス3(後述)が配置され、その第1デバイス3(後述)が配置される部分の分岐管18(排気管5)が、分岐管18(排気管5)の延びる方向と交差する方向、好ましくは、直交する方向に沿って分割可能とされている。 As shown in FIG. 2, a first device 3 (described later) is arranged in the branch pipe 18 (exhaust pipe 5), and a portion of the branch pipe 18 (exhaust pipe 5) where the first device 3 (described later) is arranged. ) Can be divided along a direction intersecting with the direction in which the branch pipe 18 (exhaust pipe 5) extends, preferably along a direction orthogonal thereto.
より具体的には、分岐管18は、第1デバイス3が配置される部分で、分岐管18の周方向に沿って区画される略U字状の境界S1と、長手方向に沿って区画される直線状の境界S2とにおいて、蓋部6と収容部7とに分割可能とされている。
More specifically, the
蓋部6は、分岐管18が、第1デバイス3が配置される部分にわたって、その延びる方向と直交する方向(分岐管18の径方向)に沿って分割されることにより、断面視略U字状の部材として形成されている。
The
蓋部6の開口幅(断面視略U字状の一方側端部と他方側端部との間の長さ)は、分岐管18に対する第1デバイス3の配置を容易化できれば、特に制限されないが、分岐管18が円筒状である場合には、例えば、その直径と略同一である。
The opening width of the lid portion 6 (the length between the one side end portion and the other side end portion in a substantially U shape in cross section) is not particularly limited as long as the arrangement of the
このような蓋部6は、蓋側フランジ16を備えている。蓋側フランジ16は、分岐管18が延びる方向に沿って延びる平板部材であり、蓋部6の開口両端部(断面視略U字状の一方側端部および他方側端部)において、蓋部6の外周表面から分岐管18の径方向に沿って突出するように設けられている。
Such a
収容部7は、分岐管18の第1デバイス3が配置される部分において、上記のように分割された蓋部6の残部であって、断面視略U字状の領域として区画されている。
The accommodating portion 7 is a remaining portion of the
収容部7の開口幅(断面視略U字状の一方側端部と他方側端部との間の長さ)は、分岐管18に対する第1デバイス3の配置を容易化できれば、特に制限されないが、分岐管18が円筒状である場合には、例えば、その直径と略同一である。
The opening width of the accommodating portion 7 (the length between one end portion and the other end portion in a substantially U shape in cross section) is not particularly limited as long as the arrangement of the
このような収容部7は、収容側フランジ17を備えている。収容側フランジ17は、分岐管18が延びる方向に沿って延びる平板部材であり、収容部7の開口両端部(断面視略U字状の一方側端部および他方側端部)において、収容部7の外周表面から分岐管18の径方向に沿って突出するように設けられている。
Such a housing portion 7 includes a housing-
また、蓋側フランジ16および収容側フランジ17には、その厚み方向を貫通する貫通穴20が、長手方向に沿って間隔を隔てて複数形成されている。これにより、貫通穴20にボルトなどの固定部材が挿通可能とされ、固定部材によって蓋部6と収容部7とが締結可能とされている。
The lid-
このような車載発電システム1によれば、詳しくは後述するが、第1デバイス3(後述)が配置される部分の分岐管18(排気管5)が、分岐管18(排気管5)の延びる方向と交差する方向に沿って分割可能とされているので、その部分を分岐管18(排気管5)から分割することによって、第1デバイス3(後述)を分岐管18(排気管5)内に容易に配置することができる。
According to such an in-vehicle
また、このような車載発電システム1では、図2において仮想線で示すように、蓋部6と収容部7との間から、後述する第2デバイス4を、容易に分岐管18の外側に取り出すことができる。
Further, in such an in-vehicle
また、蓋部6と収容部7とが締結された状態において、排気管5の分割部分(上記の境界S1、および、上記の境界S2)には、断熱材22が、第2デバイス4の導線23(後述)を被覆するように介在される。
Further, in a state where the
断熱材22としては、特に制限されないが、グラスウール、セラミックスなどが挙げられる。
Although it does not restrict | limit especially as the
断熱材22が、第2デバイス4の導線23(後述)を被覆するように介在されていれば、第2デバイス4の導線23(後述)を断熱材22によって保護することができ、第2デバイス4の導線23(後述)の損傷を抑制することができる。
If the
なお、このような断熱材22は、シール部材としても兼用され、断熱材22によって、蓋部6と収容部7との接合部がシールされる。
Such a
第1デバイス3は、排気ガスの排気に伴って温度が経時的に上下され、電気分極するデバイスである。
The
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, such as pyroelectricity. It is defined as a phenomenon in which an electromotive force is generated in a material, such as an effect.
このような第1デバイス3として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。
More specifically, examples of the
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第1デバイス3としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子(圧電素子)を用いることができる。
The
第1デバイス3としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、排気ガスに接触(曝露)されるように、分岐管18内に配置される。
When a piezo element is used as the
固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第2デバイス4(例えば、電極など)を用いることもできる。 The fixing member is not particularly limited, and for example, a second device 4 (for example, an electrode) described later can be used.
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、周期的に加熱または冷却されることによって、膨張または収縮する。 In such a case, the piezo element expands or contracts by being heated or cooled periodically.
このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果(圧電効果)、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第2デバイス4を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。
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, as will be described in detail later, power is extracted from the piezo element via the
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、ピエゾ素子が周期的に、繰り返し加熱および冷却されると、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, when the piezo element is periodically heated and cooled, the electric polarization of the piezo element and its neutralization are repeated periodically.
その結果、後述する第2デバイス4により、電力が、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)として取り出される。
As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that fluctuates periodically by the
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.
第1デバイス3として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、排気ガスに接触(曝露)されるように、分岐管18内に配置される。
When a pyroelectric element is used as the
このような場合において、焦電素子は、周期的に加熱または冷却されることによって、その焦電効果(第1効果および第2効果を含む)により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第2デバイス4を介して、焦電素子から電力が取り出される。
In such a case, the pyroelectric element is electrically polarized by the pyroelectric effect (including the first effect and the second effect) by being heated or cooled periodically. Thereby, although mentioned later in detail, electric power is taken out from the pyroelectric element via the
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、焦電素子が周期的に、繰り返し加熱および冷却されると、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 pyroelectric element is periodically heated and cooled, the electric polarization of the pyroelectric element and its neutralization are repeated periodically.
その結果、後述する第2デバイス4により、電力が、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)として取り出される。
As a result, electric power is extracted as a waveform (for example, alternating current, pulsating flow, etc.) that fluctuates periodically by the
このような第1デバイス3として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子(例えば、BaTiO3、CaTiO3、(CaBi)TiO3、BaNd2Ti5O14、BaSm2Ti4O12、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)など)、公知のピエゾ素子(例えば、水晶(SiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ロッシェル塩(酒石酸カリウム−ナトリウム)(KNaC4H4O6)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、リチウムテトラボレート(Li2B4O7)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、窒化アルミニウム(AlN)、電気石(トルマリン)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など)などを用いることができる。
Specifically, as described above, the
これら第1デバイス3は、単独使用または2種類以上併用することができる。
These
第1デバイス3のキュリー点は、例えば、−77℃以上、好ましくは、−10℃以上であり、例えば、1300℃以下、好ましくは、900℃以下である。
The Curie point of the
また、第1デバイス3(絶縁体(誘電体))の比誘電率は、例えば、1以上、好ましくは、100以上、より好ましくは、2000以上である。 The relative dielectric constant of the first device 3 (insulator (dielectric)) is, for example, 1 or more, preferably 100 or more, more preferably 2000 or more.
このような車載発電システム1では、第1デバイス3(絶縁体(誘電体))の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第1デバイス3の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。
In such an in-vehicle
なお、第1デバイス3(絶縁体(誘電体))は、排気ガス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 first device 3 (insulator (dielectric)) is electrically polarized by the temperature change of the exhaust gas. The electrical polarization may be any of electronic polarization, ion 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.
このような第1デバイス3は、上記したように、分岐管18(排気管5)内において、第2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))により固定されており、これにより、第1デバイス3は、分岐管18内において、第2デバイス4を介して、排気ガスに接触(曝露)可能とされている。
As described above, the
第2デバイス4は、第1デバイス3から電力を取り出すために設けられる。
The
このような第2デバイス4は、例えば、上記の第1デバイス3を挟んで対向配置される2つの電極(例えば、銅電極、銀電極など)と、それら電極に接続される導線23とを備えており、第1デバイス3に電気的に接続されている。
Such a
また、このような第2デバイス4は、好ましくは、衝撃吸収材21によって被覆されている。
Such a
具体的には、図1(b)および図2に示すように、この車載発電システム1では、上記した第1デバイス3が、分岐管18(排気管5)の内周面から所定間隔を隔てて配置されており、第1デバイス3と分岐管18(排気管5)の内周面との間には、衝撃吸収材21が、第2デバイス4を被覆するように介在されている。なお、図1(b)では、分岐管18の径方向に沿う断面図を、拡大して示している。
Specifically, as shown in FIGS. 1B and 2, in the in-vehicle
衝撃吸収材21は、衝撃吸収性を備える緩衝材であって、例えば、金属ウールなどの熱伝導性クッション材などが挙げられる。
The
そして、第2デバイス4が、このような衝撃吸収材21に挿通され、衝撃吸収材21の中を通過するとともに、蓋部6と収容部7との間から、分岐管18の外側に取り出し可能とされている。
And the
このような車載発電システム1では、第1デバイス3と分岐管18(排気管5)の内周面との間において、第2デバイス4が衝撃吸収材21によって被覆されるため、第2デバイス4を衝撃吸収材21によって保護することができ、第2デバイス4が排ガスに曝露されるなどによって損傷することを、抑制することができる。
In such an in-vehicle
また、第2デバイス4は、図1に示すように、昇圧器8、交流/直流変換器(AC−DCコンバーター)9およびバッテリー10に、順次、電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
そして、この自動車11は、上記した車載発電システム1のほか、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 addition to the on-vehicle
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、エンジン2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、エンジン2の下流側端部に接続されている。具体的には、第1デバイス3の下流側近傍の集気管19の下流側端部に接続されている。
The
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
マフラー14は、エンジン2(とりわけ、後述する爆発工程)において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ13の下流側端部に接続されている。また、マフラー14の下流側端部は、排出パイプ15の上流側端部に接続されている。
The
排出パイプ15は、エンジン2から排出され、排気管5、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。
2.発電方法
以下において、上記した車載発電システム1を用いた発電方法について、詳述する。
The
2. Power Generation Method Hereinafter, a power generation method using the above-described on-vehicle
このような車載発電システム1では、自動車11の製造時などにおいて、図2に示すように、分岐管18が蓋部6と収容部7とに分割され、第1デバイス3および第2デバイス4が、衝撃吸収材21とともに収容部7に配置される。
In such an in-vehicle
また、このとき、第2デバイス4は、衝撃吸収材21内を通過し、衝撃吸収材21によって被覆されるように、配置される。
At this time, the
そして、第1デバイス3および第2デバイス4が配置された後、蓋部6と収容部7との間から第2デバイス4の導線23が取り出されるとともに、断熱材22により被覆され、蓋部6と収容部7とがボルトなどの固定部材により締結される。これにより、分岐管18内に第1デバイス3が配置される。
Then, after the
そして、このような車載発電システム1では、自動車11の走行時にエンジン2が駆動され、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るとともに、排気工程において、高温の排気ガスが、第1デバイス3に供給される。
In such an in-vehicle
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、排気工程において、高温の排気ガスが、分岐管18aおよび分岐管18cに供給され、その内部を通過する。一方、排気工程以外の工程(吸気工程、圧縮工程、爆発工程)では、排気ガスの供給が停止される。 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 burned and power is output, and in the exhaust process, high-temperature exhaust gas is supplied to the branch pipe 18a and the branch pipe 18c and passes through the inside thereof. On the other hand, in processes other than the exhaust process (intake process, compression process, explosion process), the supply of exhaust gas is stopped.
このとき、エンジン2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。そのため、分岐管18aおよび分岐管18cの内部温度、および、分岐管18内の第1デバイス3の温度は、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
また、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で実施される排気工程において、高温の排気ガスが、分岐管18bおよび分岐管18dに供給され、その内部を通過する。一方、排気工程以外の工程(吸気工程、圧縮工程、爆発工程)では、排気ガスの供給が停止される。
In addition, the timing of the two cylinders is different from each other, and in two cylinders, that is, a cylinder connected to the branch pipe 18b and a cylinder connected to the
このとき、エンジン2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。そのため、分岐管18bおよび分岐管18dの内部温度、および、分岐管18内の第1デバイス3の温度は、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。なお、この周期的な排気ガスの供給および停止は、分岐管18aおよび分岐管18cの周期的な排気ガスの供給および停止とは、周期が同じである一方、位相が異なる。
At this time, the heat of the
すなわち、この車載発電システム1では、上記したように、各分岐管18の内部に、第1デバイス3が配置されているため、排気ガスが、排気工程においてエンジン2から周期的に排出され、分岐管18内において第1デバイス3に周期的に供給されることにより、第1デバイス3が周期的に加熱され、高温状態とされる。また、排気工程以外の工程(吸気工程、圧縮工程、爆発工程)において、その排気ガスの供給が、周期的に停止されることにより、第1デバイス3が周期的に冷却され、低温状態とされる。
That is, in the in-vehicle
このように、第1デバイス3を周期的に高温状態または低温状態にすることによって、第1デバイス3を、その素子(例えば、ピエゾ素子、焦電素子など)に応じた効果(例えば、ピエゾ効果、焦電効果など)により、周期的に電気分極させることができる。
In this manner, by periodically setting the
このような車載発電システム1において、第1デバイス3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 an in-vehicle
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.
このように、第1デバイス3の温度を周期的に上下させることにより、第1デバイス3を周期的に電気分極させることができ、第2デバイス4を介して、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。
In this way, by periodically raising and lowering the temperature of the
なお、上記により得られた電力は、必要により、第2デバイス4に接続される昇圧器8において、周期的に変動する波形(例えば、交流、脈流など)の状態で昇圧され、次いで、昇圧された電力は、交流/直流変換器9において直流電圧に変換された後、バッテリー10に蓄電される。バッテリー10に蓄電された電力は、自動車11や、自動車11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。
Note that the electric power obtained as described above is boosted in a state of a waveform (for example, alternating current, pulsating current) that fluctuates periodically in a booster 8 connected to the
また、この車載発電システム1で排出される排気ガスは、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。
Further, the exhaust gas discharged from the in-vehicle
そして、このような車載発電システム1では、上記したように、第1デバイス3が配置される部分の分岐管18(排気管5)が、分岐管18(排気管5)の延びる方向と交差する方向に沿って分割可能とされているので、その部分を分岐管18(排気管5)から分割することによって、第1デバイス3を分岐管18(排気管5)内に容易に配置することができる。
In such an in-vehicle
具体的には、このような車載発電システム1によれば、その製造における第1デバイス3の組み付け時、および、その後の第1デバイス3のメンテナンス時における作業性を向上させることができる。
Specifically, according to such an in-vehicle
また、このような車載発電システム1では、排気管5の分割部分において、断熱材22が、第2デバイス4の導線23を被覆するように介在されるため、第2デバイス4の導線23を断熱材22によって保護することができ、第2デバイス4の導線23の損傷を抑制することができる。
Further, in such an in-vehicle
なお、上記した説明では、エンジン2として、前方排気型のエンジンを用いたが、エンジン2としては、これに限定されず、詳しくは図示しないが、例えば、エンジン2の各気筒の後側に排気管5(詳しくは、分岐管18)の上流側端部が接続された、後方排気型のエンジンを用いることもできる。
In the above description, a front exhaust type engine is used as the
また、上記した説明では、分岐管18を、その延びる方向と直交する方向に沿って、蓋部6と収容部7とに分割可能としたが、蓋部6と収容部7との分割方向は、分岐管18が延びる方向と交差する方向に沿っていれば、特に制限されず、その交差角度は、目的および用途に応じて、適宜設定することができる。
Further, in the above description, the
1 車載発電システム
2 エンジン
3 第1デバイス
4 第2デバイス
5 排気管
22 断熱材
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記エンジンから排気ガスを排出させるための排気管と、
前記排気管内に配置され、排気ガスの排気に伴って温度が経時的に上下され、電気分極する第1デバイスと、
前記第1デバイスから電力を取り出すための第2デバイスとを備え、
前記第1デバイスが配置される部分の前記排気管が、前記排気管の延びる方向と交差する方向に沿って分割可能とされており、
前記排気管の分割部分において、断熱材が、前記第2デバイスを被覆するように介在されていることを特徴とする、車載発電システム。 Engine,
An exhaust pipe for exhausting exhaust gas from the engine;
A first device disposed in the exhaust pipe, the temperature of which rises and falls over time as the exhaust gas is exhausted, and is electrically polarized;
A second device for extracting power from the first device;
The exhaust pipe of the portion where the first device is arranged can be divided along a direction intersecting with the extending direction of the exhaust pipe,
An in-vehicle power generation system, wherein a heat insulating material is interposed so as to cover the second device in a divided portion of the exhaust pipe.
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