JP7386715B2 - 熱電発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、熱電発電装置に関する。

ゼーベック効果を利用して発電する熱電発電モジュールを備える熱電発電装置が知られている。熱電発電モジュールは、受熱部と放熱部とを有する。熱電発電モジュールは、受熱部と放熱部との温度差により発電する。受熱部と放熱部との温度差が大きいほど、熱電発電モジュールの発電効率は向上する。特許文献１には、熱電変換モジュールの低温部側に接合された放熱部材と、熱電変換モジュールの発電電力によって駆動され、放熱部材を冷却するファンとを備える熱電発電装置が開示されている。ファンにより放熱部材が冷却されることにより、高温部（受熱部）と低温部（放熱部）との温度差が大きくなる。

特開２０１９－０９７３３５号公報

熱電発電モジュールの発電電力がファンと外部負荷とに分配される場合、外部負荷に分配される電力が上昇すると、ファンに分配される電力が低下する。ファンに分配される電力が低下すると、ファンによる冷却効率が低下する。ファンによる冷却効率が低下すると、受熱部と放熱部との温度差が大きくならず、その結果、熱電発電モジュールの発電効率が低下する可能性がある。

本開示は、熱電発電モジュールの発電効率の低下を抑制することを目的とする。

本開示に従えば、受熱部及び放熱部を有し前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する熱電発電モジュールと、前記放熱部を冷却する冷却装置と、制御装置と、を備え、前記熱電発電モジュールの発電電力は、前記冷却装置に使用される消費電力と外部負荷に使用される実効電力とに分配され、前記制御装置は、前記冷却装置の状態を監視して監視データを出力する監視部と、前記外部負荷に供給される前記実効電力を調整可能な調整部と、前記監視データに基づいて前記調整部を制御する制御指令を出力する制御指令部と、を有する、熱電発電装置が提供される。

本開示によれば、熱電発電モジュールの発電効率の低下が抑制される。

図１は、第１実施形態に係る熱電発電装置を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る熱電発電モジュールを模式的に示す斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る熱電発電装置の使用例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る熱電発電装置を示すブロック図である。 図５は、第１実施形態に係る閾値と実効電力との関係を説明するための模式図である。 図６は、第１実施形態に係る熱電発電装置の動作を示すフローチャートである。 図７は、第１実施形態に係る熱電発電装置の効果についての実験結果を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る熱電発電装置を示すブロック図である。 図９は、第３実施形態に係る熱電発電装置を示すブロック図である。 図１０は、第４実施形態に係る熱電発電装置を模式的に示す図である。 図１１は、第５実施形態に係る熱電発電装置を模式的に示す図である。 図１２は、第６実施形態に係る熱電発電装置を模式的に示す図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ａを模式的に示す図である。図１に示すように、熱電発電装置１００Ａは、受熱部１１及び放熱部１２を有する熱電発電モジュール１０と、熱電発電モジュール１０の受熱部１１に接続される受熱部材２０と、熱電発電モジュール１０の放熱部１２に接続される放熱部材３０と、放熱部材３０を介して放熱部１２を冷却する冷却装置４０Ａと、制御装置５０と、を備える。

熱電発電モジュール１０は、ゼーベック効果を利用して発電する。熱電発電モジュール１０の受熱部１１は、受熱部材２０を介して熱源２００により加熱される。熱電発電モジュール１０の放熱部１２は、放熱部材３０を介して冷却装置４０Ａにより冷却される。受熱部１１が加熱され、放熱部１２が冷却されることにより、受熱部１１と放熱部１２とに温度差が生じる。熱電発電モジュール１０は、受熱部１１と放熱部１２との温度差により発電する。

受熱部材２０は、熱電発電モジュール１０の受熱部１１に接続される。受熱部材２０は、板状である。受熱部材２０は、アルミニウム又は銅のような金属材料製である。受熱部材２０が熱源２００により加熱されることによって、受熱部１１が加熱される。

放熱部材３０は、熱電発電モジュール１０の放熱部１２に接続される。放熱部材３０は、放熱部１２に接続されるプレート部３１と、プレート部３１に接続されるフィン部３２とを有する。フィン部３２は、ピンフィン又はプレートフィンである。放熱部材３０は、アルミニウム又は銅のような金属材料製である。放熱部材３０は、放熱部１２から熱を奪うヒートシンクである。放熱部材３０が冷却装置４０Ａにより冷却されることによって、放熱部１２が冷却される。

冷却装置４０Ａは、放熱部材３０を介して放熱部１２を冷却する。本実施形態において、冷却装置４０Ａは、ファン４１と、ファン４１を回転させるモータ４２とを有する。ファン４１は、放熱部材３０と対向するように配置される。モータ４２の駆動により、ファン４１が回転する。ファン４１が回転することにより、放熱部材３０の周囲の少なくとも一部に気流が生成される。放熱部材３０の周囲の少なくとも一部に気流が生成されることにより、放熱部材３０が冷却される。

熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、冷却装置４０Ａに使用される消費電力Ｐｃと外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅとに分配される。発電電力Ｐｇとは、熱電発電モジュール１０が発生した電力をいう。消費電力Ｐｃとは、熱電発電モジュール１０から冷却装置４０Ａに供給され、冷却装置４０Ａに消費される電力をいう。実効電力Ｐｅとは、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給され、外部負荷３００に消費される電力をいう。なお、発電電力Ｐｇと消費電力Ｐｃと実効電力Ｐｅとの間に、以下の（１）式の関係が成立する。

［実効電力Ｐｅ］＝［発電電力Ｐｇ］－［消費電力Ｐｃ］ …（１）

発電電力Ｐｇは、熱電半導体素子１３の受熱部側の端部と放熱部側の端部との温度差の二乗に比例する。そのため、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなるように、放熱部１２が冷却装置４０Ａにより冷却されることにより、熱電発電モジュール１０の発電効率が向上する。すなわち、放熱部１２が冷却装置４０Ａにより冷却されることにより、熱電発電モジュール１０は、大きい発電電力Ｐｇを出力することができる。

図２は、本実施形態に係る熱電発電モジュール１０を模式的に示す斜視図である。熱電発電モジュール１０は、受熱部１１と、放熱部１２と、受熱部１１と放熱部１２との間に配置される複数の熱電半導体素子１３と、第１電極１５と、第２電極１６とを有する。

受熱部１１は、プレート状である。受熱部１１は、セラミックス又はポリイミドのような電気絶縁材料製である。受熱部１１は、受熱部材２０に接続される外面１１Ｓと、外面１１Ｓの反対方向を向く内面１１Ｔとを有する。外面１１Ｓと内面１１Ｔとは平行である。第１電極１５は、内面１１Ｔに配置される。図２に示す例において、外面１１Ｓは下方を向き、内面１１Ｔは上方を向く。

放熱部１２は、プレート状である。放熱部１２は、セラミックス又はポリイミドのような電気絶縁材料製である。放熱部１２は、放熱部材３０に接続される外面１２Ｓと、外面１２Ｓの反対方向を向く内面１２Ｔとを有する。外面１２Ｓと内面１２Ｔとは平行である。第２電極１６は、内面１２Ｔに配置される。図２に示す例において、外面１２Ｓは上方を向き、内面１２Ｔは下方を向く。

受熱部１１と放熱部１２とは、内面１１Ｔと内面１２Ｔとが対向するように配置される。内面１１Ｔと内面１２Ｔとは平行である。

熱電半導体素子１３は、受熱部１１と放熱部１２との間に配置される。熱電半導体素子１３は、例えばＢｉＴｅ系熱電材料を含む。熱電半導体素子１３は、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐとｎ型熱電半導体素子１３Ｎとを含む。内面１１Ｔ及び内面１２Ｔのそれぞれと平行な面内において、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐとｎ型熱電半導体素子１３Ｎとは、交互に配置される。

第１電極１５は、受熱部１１の内面１１Ｔに複数配置される。複数の第１電極１５は、間隔をあけて内面１１Ｔに配置される。第１電極１５は、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子１３Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子１３Ｐの一方の端部及びｎ型熱電半導体素子１３Ｎの一方の端部は、第１電極１５に接続される。

第２電極１６は、放熱部１２の内面１２Ｔに複数配置される。複数の第２電極１６は、間隔をあけて内面１２Ｔに配置される。第２電極１６は、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子１３Ｎのそれぞれに接続される。ｐ型熱電半導体素子１３Ｐの他方の端部及びｎ型熱電半導体素子１３Ｎの他方の端部は、第２電極１６に接続される。

受熱部１１が加熱され、放熱部１２が冷却されることによって、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐ及びｎ型熱電半導体素子１３Ｎのそれぞれの一方の端部と他方の端部とに温度差が生じる。ｐ型熱電半導体素子１３Ｐの一方の端部と他方の端部とに温度差が生じると、ｐ型熱電半導体素子１３Ｐにおいて正孔が移動する。ｎ型熱電半導体素子１３Ｎの一方の端部と他方の端部とに温度差が生じると、ｎ型熱電半導体素子１３Ｎにおいて電子が移動する。ｐ型熱電半導体素子１３Ｐとｎ型熱電半導体素子１３Ｎとは、第１電極１５及び第２電極１６を介して接続される。正孔と電子とによって第１電極１５と第２電極１６とに電位差が生じる。第１電極１５と第２電極１６とに電位差が生じることにより、熱電発電モジュール１０は発電する。

第１電極１５にリード線１４が接続される。熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、リード線１４を介して出力される。

図３は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ａの使用例を示す図である。熱電発電装置１００Ａが熱源２００に設置される。図３に示す例において、熱源２００は、カセットコンロである。なお、熱源２００は、カセットコンロに限定されない。熱源２００として、暖炉用ストーブ、焚火、炭火、及び工業用機器からの排熱が例示される。受熱部材２０が熱源２００により加熱され、放熱部材３０が冷却装置４０Ａにより冷却されることにより、熱電発電装置１００Ａは発電する。

熱電発電装置１００Ａは、熱電発電モジュール１０と冷却装置４０Ａのモータ４２とを接続する第１電力ライン８０と、熱電発電モジュール１０と外部負荷３００とを接続する第２電力ライン９０とを備える。第１電力ライン８０及び第２電力ライン９０のそれぞれは、上述のリード線１４を含む。また、第１電力ライン８０及び第２電力ライン９０のそれぞれは、リード線１４とは別の電気ケーブルを含む。第１電力ライン８０及び第２電力ライン９０の少なくとも一方は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルでもよい。

熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇのうち、冷却装置４０Ａのモータ４２に使用される消費電力Ｐｃは、第１電力ライン８０を介して、熱電発電モジュール１０からモータ４２に供給される。熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇのうち、外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅは、第２電力ライン９０を介して、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される。

外部負荷３００は、実効電力Ｐｅにより駆動する電気機器又は電子機器である。外部負荷３００として、スマートフォン又はタブレット型パーソナルコンピュータが例示される。外部負荷３００が充電池を有する場合、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅにより、外部負荷３００の充電池が充電される。熱電発電装置１００Ａは、外部負荷３００の充電器として機能することができる。例えば非常時又はアウトドア活動時において、熱電発電装置１００Ａは、外部負荷３００の充電池を充電することができる。

図４は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ａを示すブロック図である。図４に示すように、熱電発電装置１００Ａは、熱電発電モジュール１０と、モータ４２を含む冷却装置４０Ａと、制御装置５０と、熱電発電モジュール１０と冷却装置４０Ａとを接続する第１電力ライン８０と、熱電発電モジュール１０と外部負荷３００とを接続する第２電力ライン９０と、を備える。制御装置５０の少なくとも一部は、第２電力ライン９０に配置される。

熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、冷却装置４０Ａのモータ４２に使用される消費電力Ｐｃと外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅとに分配される。消費電力Ｐｃは、第１電力ライン８０を介して、熱電発電モジュール１０からモータ４２に供給される。実効電力Ｐｅは、第２電力ライン９０を介して、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される。

制御装置５０は、冷却装置４０Ａの状態を監視する。制御装置５０は、冷却装置４０Ａの状態の監視結果を示す監視データＭｄに基づいて、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを調整する。

本実施形態において、制御装置５０は、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃを監視する。冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃは、モータ４２の消費電力Ｐｃを含む。

外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、電圧降下により、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下すると、ファン４１の回転数が低下し、ファン４１による冷却効率が低下する。ファン４１による冷却効率が低下すると、熱電発電モジュール１０の受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくならず、その結果、熱電発電モジュール１０の発電効率が低下する可能性がある。

また、外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが不足し、モータ４２の駆動が停止してしまう可能性がある。熱電発電モジュール１０が熱源２００により加熱されている状態で、モータ４２の駆動が停止し、ファン４１の回転が停止してしまうと、熱電発電モジュール１０が過度に加熱されてしまう。熱電発電モジュール１０が過度に加熱されてしまうと、熱電発電装置１００Ａが劣化したり故障したりする可能性がある。

本実施形態において、制御装置５０は、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃを監視する。熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは低下する。制御装置５０は、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したりファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。そのため、放熱部１２は、ファン４１により十分に冷却される。したがって、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなり、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

図４に示すように、制御装置５０は、電源部５１と、制御部５２と、調整部５３と、記憶部５４とを有する。制御部５２は、監視部５２Ａと、制御指令部５２Ｂとを含む。調整部５３は、調整部５３は、スイッチ部５３Ａと、電流変更部５３Ｂとを含む。

本実施形態において、制御装置５０は、制御回路のようなハードウエアを含む。電源部５１は、直流電源装置を含む。制御部５２は、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit)を含む。スイッチ部５３Ａは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）を含む。電流変更部５３Ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータを含む。記憶部５４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はフラッシュメモリ（Flash Memory）のような不揮発性メモリを含む。

電源部５１は、制御部５２の電源として機能する。熱電発電モジュール１０は、第２電力ライン９０を介して、実効電力Ｐｅの一部を電源部５１に供給することができる。電源部５１は、熱電発電モジュール１０から供給された実効電力Ｐｅに基づいて、制御部５２を駆動するための駆動電力Ｐｄを出力する。

監視部５２Ａは、冷却装置４０Ａの状態を監視して、冷却装置４０Ａの状態の監視結果を示す監視データＭｄを制御指令部５２Ｂに出力する。本実施形態において、監視部５２Ａは、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃを監視する。冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃは、モータ４２の消費電力Ｐｃを含む。監視部５２Ａから制御指令部５２Ｂに出力される監視データＭｄは、モータ４２の消費電力Ｐｃを示す。

本実施形態において、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃは、冷却装置４０Ａに印加される電圧Ｖｃを含む。冷却装置４０Ａに印加される電圧Ｖｃは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを含む。本実施形態において、監視部５２Ａは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを監視する。監視部５２Ａから制御指令部５２Ｂに出力される監視データＭｄは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを示す。

熱電発電モジュール１０からモータ４２に供給される消費電力Ｐｃとモータ４２に印加される電圧Ｖｃとは、１対１で対応する。消費電力Ｐｃが大きいほど、モータ４２に印加される電圧Ｖｃは高くなり、消費電力Ｐｃが小さいほど、モータ４２に印加される電圧Ｖｃは低くなる。監視部５２Ａは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを監視することによって、モータ４２の消費電力Ｐｃを監視することができる。

調整部５３は、外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを調整可能である。調整部５３は、熱電発電モジュール１０と外部負荷３００との間の第２電力ライン９０に配置される。

本実施形態において、外部負荷３００の実効電力Ｐｅは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを含む。本実施形態において、調整部５３は、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを調整する。

熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅと外部負荷３００に供給される電流Ｉｅとは、１対１で対応する。実効電力Ｐｅが大きいほど、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは大きくなり、実効電力Ｐｅが小さいほど、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは小さくなる。調整部５３は、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを調整することによって、外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを調整することができる。

スイッチ部５３Ａは、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給と供給停止とを切り換える。電流変更部５３Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅの値を調整する。スイッチ部５３Ａと電流変更部５３Ｂとは、直列に配置される。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから出力された監視データＭｄに基づいて、調整部５３を制御する制御指令を出力する。制御指令部５２Ｂから出力される制御指令は、スイッチ部５３Ａに出力される切換指令Ｃｓ及び電流変更部５３Ｂに出力される変更指令Ｃｃを含む。スイッチ部５３Ａは、切換指令Ｃｓに基づいて、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給と供給停止とを切り換える。電流変更部５３Ｂは、変更指令Ｃｃに基づいて、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅの値を調整する。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから出力された監視データＭｄに基づいて、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃが低下したと判定した場合に、外部負荷３００の実効電力Ｐｅを低下させる制御指令を出力する。制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから出力された監視データＭｄに基づいて、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃが上昇したと判定した場合に、外部負荷３００の実効電力Ｐｅを上昇させる制御指令を出力する。

記憶部５４は、監視データＭｄに係る閾値Ｓｈを記憶する。本実施形態において、記憶部５４は、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃに係る閾値Ｓｈを記憶する。閾値Ｓｈは、予め定められた値である。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから出力された冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃを示す監視データＭｄと、記憶部５４に記憶されている閾値Ｓｈとの比較結果に基づいて、制御指令を出力する。閾値Ｓｈは、実効電力Ｐｅの値の変更に係る変更閾値Ｓｈｖと、実効電力Ｐｅの供給停止に係る停止閾値Ｓｈｐとを含む。停止閾値Ｓｈｐは、変更閾値Ｓｈｖよりも低い値である。

図５は、本実施形態に係る閾値Ｓｈと実効電力Ｐｅとの関係を説明するための模式図である。閾値Ｓｈは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃに係る閾値である。変更閾値Ｓｈｖは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅの値の変更に係る閾値である。停止閾値Ｓｈｐは、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給停止に係る閾値である。

図５に示すように、変更閾値Ｓｈｖは、第１変更閾値Ｓｈｖ１と、第１変更閾値Ｓｈｖ１よりも低い第２変更閾値Ｓｈｖ２と、第２変更閾値Ｓｈｖ２よりも低い第３変更閾値Ｓｈｖ３とを含む。停止閾値Ｓｈｐは、変更閾値Ｓｈｖよりも低い。第１変更閾値Ｓｈｖ１は、例えば７．０［Ｖ］である。第２変更閾値Ｓｈｖ２は、例えば６．５［Ｖ］である。第３変更閾値Ｓｈｖ３は、例えば５．５［Ｖ］である。停止閾値Ｓｈｐは、例えば５．０［Ｖ］である。

監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３を上回る場合に、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが現状の値を維持するように、制御指令を出力する。例えば、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が６００［ｍＡ］であり、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３を上回る場合に、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは、６００［ｍＡ］に維持される。

監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以下に低下した場合に、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを規定量ΔＩｅだけ低下させるように、制御指令を出力する。規定量ΔＩｅは、例えば５０［ｍＡ］である。例えば、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が６００［ｍＡ］であり、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以下に低下した場合に、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは、５５０［ｍＡ］に低下される。

監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが停止閾値Ｓｈｐ以下に低下した場合に、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給を停止させるように、制御指令を出力する。

なお、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１を上回り、かつ、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が第１所定値Ｉｅ１以下である場合に、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを規定量ΔＩｅだけ上昇させるように、制御指令を出力する。第１所定値Ｉｅ１は、例えば７５０［ｍＡ］である。規定量ΔＩｅは、例えば５０［ｍＡ］である。例えば、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１を上回り、かつ、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が第１所定値Ｉｅ１以下の７００［ｍＡ］である場合に、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは、７５０［ｍＡ］に上昇される。

なお、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１と第２変更閾値Ｓｈｖ２との間にあり、かつ、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が第２所定値Ｉｅ２以下である場合に、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを規定量ΔＩｅだけ上昇させるように、制御指令を出力する。第２所定値Ｉｅ２は、第１所定値Ｉｅ１よりも低い値である。第２所定値Ｉｅ２は、例えば６５０［ｍＡ］である。規定量ΔＩｅは、例えば５０［ｍＡ］である。例えば、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１と第２変更閾値Ｓｈｖ２との間にあり、かつ、外部負荷３００に供給されている現状の電流Ｉｅの値が第２所定値Ｉｅ２よりも低い６００［ｍＡ］である場合に、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは、６５０［ｍＡ］に上昇される。

図６は、本実施形態に係る熱電発電装置の動作を示すフローチャートである。熱電発電装置１００Ａが熱源２００に設置されると、熱電発電モジュール１０が発電を開始する。熱電発電モジュール１０が発電を開始されることにより、モータ４２に電圧Ｖｃが印加される。監視部５２Ａは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを監視する。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが開始閾値Ｓｈｓ以上であり、かつ、スイッチ部５３Ａが電流Ｉｅの供給を停止しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。

開始閾値Ｓｈｓは、電圧Ｖｃに係る閾値Ｓｈである。図５に示すように、開始閾値Ｓｈｓは、第２変更閾値Ｓｈｖ２よりも低く、第３変更閾値Ｓｈｖ３よりも高い値である。開始閾値Ｓｈｓは、例えば６．０［Ｖ］である。

ステップＳ１０において、電圧Ｖｃが開始閾値Ｓｈｓ以上であり、かつ、スイッチ部５３Ａが電流Ｉｅの供給を停止していると判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給が開始されるように、スイッチ部５３Ａに切換指令Ｃｓを出力する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０において、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅは、例えば１５０［ｍＡ］である。すなわち、電流Ｉｅの供給が開始された直後の電流Ｉｅの初期値は、停止閾値Ｓｈｐよりも低い１５０［ｍＡ］である。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第２変更閾値Ｓｈｖ２以上であり、かつ、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第２所定値Ｉｅ２以下か否かを判定する（ステップＳ３０）。

ステップＳ３０において、電圧Ｖｃが第２変更閾値Ｓｈｖ２以上であり、かつ、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第２所定値Ｉｅ２以下であると判定した場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが規定量ΔＩｅだけ上昇するように、電流変更部５３Ｂに変更指令Ｃｃを出力する（ステップＳ４０）。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１以上であり、かつ、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第１所定値Ｉｅ１以下か否かを判定する（ステップＳ５０）。

ステップＳ５０において、電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１以上であり、かつ、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第１所定値Ｉｅ１以下であると判定した場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが規定量ΔＩｅだけ上昇するように、電流変更部５３Ｂに変更指令Ｃｃを出力する（ステップＳ６０）。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以下であり、かつ、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されているか否かを判定する（ステップＳ７０）。

ステップＳ７０において、電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以下であり、かつ、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されていると判定した場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが規定量ΔＩｅだけ低下するように、電流変更部５３Ｂに変更指令Ｃｃを出力する（ステップＳ８０）。

制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以上か否かを判定する（ステップＳ９０）。

ステップＳ９０において、電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以上であると判定した場合（ステップＳ９０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅの値を維持する（ステップＳ１００）。

ステップＳ１０において、電圧Ｖｃが開始閾値Ｓｈｓ以上ではない、又は、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されていると判定した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが停止閾値Ｓｈｐ以下であり、かつ、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されている否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０において、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが停止閾値Ｓｈｐ以下であり、かつ、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されていると判定した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御指令部５２Ｂは、外部負荷３００に対する電流Ｉｅの供給が停止されるように、スイッチ部５３Ａに切換指令Ｃｓを出力する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ３０において、電圧Ｖｃが第２変更閾値Ｓｈｖ２以上ではない、又は、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第２所定値Ｉｅ２以下ではないと判定した場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、ステップＳ１０の処理に戻る。

ステップＳ５０において、電圧Ｖｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１以上ではない、又は、外部負荷３００に供給されている電流Ｉｅが第１所定値Ｉｅ１以下ではないと判定した場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、ステップＳ１０の処理に戻る。

ステップＳ７０において、電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以下ではない、又は、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されていないと判定した場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、ステップＳ１０の処理に戻る。

ステップＳ９０において、電圧Ｖｃが第３変更閾値Ｓｈｖ３以上ではないと判定した場合（ステップＳ９０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、ステップＳ１０の処理に戻る。

ステップＳ１１０において、監視部５２Ａにより監視された電圧Ｖｃが停止閾値Ｓｈｐ以下ではない、又は、外部負荷３００に電流Ｉｅが供給されていないと判定した場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御指令部５２Ｂは、ステップＳ１０の処理に戻る。

［効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇが冷却装置４０Ａに使用される消費電力Ｐｃと外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅとに分配される場合において、冷却装置４０Ａの状態を示す監視データＭｄに基づいて、外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅが調整される。実効電力Ｐｅが変化すると、冷却装置４０Ａの状態は変化する。そのため、制御装置５０は、冷却装置４０Ａの状態を監視し、冷却装置４０Ａの状態を示す監視データＭｄに基づいて、実効電力Ｐｅを調整することにより、冷却装置４０Ａによる冷却効率の低下を抑制することができる。冷却装置４０Ａによる冷却効率の低下が抑制されるため、放熱部１２は十分に冷却される。したがって、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなることにより、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

本実施形態において、監視データＭｄは、冷却装置４０Ａのモータ４２の消費電力Ｐｃである。監視部５２Ａは、熱電発電モジュール１０から冷却装置４０Ａのモータ４２に分配される消費電力Ｐｃを監視する。熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは低下する。制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより取得された監視データＭｄに基づいて、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下したと判定した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇し、モータ４２に印加される電圧Ｖｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したり、ファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール１０は、ファン４１により十分に冷却され、過度に加熱されることが抑制される。また、ファン４１により放熱部１２が十分に冷却されるので、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。そのため、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

また、制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから取得された監視データＭｄに基づいて、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが上昇したと判定した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを上昇させることができる。受熱部１１と放熱部１２との温度差が十分であり、発電電力Ｐｇが十分である場合、制御指令部５２Ｂは、消費電力Ｐｃ及び実効電力Ｐｅの両方を上昇させることができる。

本実施形態において、制御指令部５２Ｂは、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが予め定められている第３変更閾値Ｓｈｖ３以下に低下した場合に、電流変更部５３Ｂに変更指令Ｃｃを出力して、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅが低下されることにより、モータ４２に供給される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇し、モータ４２に印加される電圧Ｖｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したり、ファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール１０は、ファン４１により十分に冷却され、過度に加熱されることが抑制される。また、ファン４１により放熱部１２が十分に冷却されるので、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。そのため、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

本実施形態において、制御指令部５２Ｂは、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが予め定められている停止閾値Ｓｈｐ以下に低下した場合に、スイッチ部５３Ａに切換指令Ｃｓを出力して、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に対する実効電力Ｐｅの供給を停止させる。外部負荷３００に対する実効電力Ｐｅの供給が停止されることにより、モータ４２に供給される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇し、モータ４２に印加される電圧Ｖｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したり、ファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール１０は、ファン４１により十分に冷却され、過度に加熱されることが抑制される。また、ファン４１により放熱部１２が十分に冷却されるので、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。そのため、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

本実施形態において、制御指令部５２Ｂは、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが予め定められている第２変更閾値Ｓｈｖ２以上に上昇した場合に、電流変更部５３Ｂに変更指令Ｃｃを出力して、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを上昇させる。また、制御指令部５２Ｂは、消費電力Ｐｃが第１変更閾値Ｓｈｖ１以上に上昇した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを更に上昇させる。これにより、冷却装置４０Ａによる冷却効率の低下が抑制されつつ、外部負荷３００に適正な実効電力Ｐｅが供給される。

本実施形態において、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃは、モータ４２に印加される電圧Ｖｃを含み、外部負荷３００の実効電力Ｐｅは、外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを含む。監視部５２Ａは、電圧Ｖｃを監視し、制御指令部５２Ｂは、電圧Ｖｃを示す監視データＭｄに基づいて、電流Ｉｅを調整するための制御指令を調整部５３に出力する。熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが上昇すると、モータ４２に印加される電圧Ｖｃは低下する。制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａにより取得された監視データＭｄに基づいて、モータ４２に印加される電圧Ｖｃが低下したと判定した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に供給される電流Ｉｅを低下させる。外部負荷３００に供給される電流Ｉｅが低下することにより、モータ４２に印加される電圧Ｖｃは上昇する。モータ４２に印加される電圧Ｖｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したり、ファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。そのため、熱電発電モジュール１０は、ファン４１により十分に冷却され、過度に加熱されることが抑制される。また、ファン４１により放熱部１２が十分に冷却されるので、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。そのため、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

図７は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ａの効果についての実験結果を示す図である。図７に示すグラフにおいて、横軸は、受熱部１１の温度を示し、縦軸は、外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅを示す。図７において、最大電力とは、モータ４２を停止させることなく外部負荷３００に供給可能な実効電力Ｐｅの最大値をいう。シャットダウン電力とは、外部負荷３００に供給される実効電力Ｐｅを徐々に上昇させ、制御指令部５２Ｂが実効電力Ｐｅの供給を停止したときの実効電力Ｐｅの値をいう。図７に示すように、実効電力Ｐｅが最大電力を上回ろうとすると、制御指令部５２Ｂが実効電力Ｐｅの供給を停止する切換指令Ｃｓを出力することを確認できた。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態においては、監視データＭｄがモータ４２の消費電力Ｐｃを示すこととした。本実施形態においては、監視データＭｄがファン４１の回転数Ｒｃを示すこととする。

図８は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ｂを示すブロック図である。図８に示すように、監視部５２Ａは、ファン４１の単位時間当たりの回転数Ｒｃを監視する。本実施形態において、熱電発電装置１００Ｂは、ファン４１の回転数Ｒｃを検出する回転センサ４３を備える。回転センサ４３の検出データは、監視部５２Ａに出力される。監視部５２Ａは、回転センサ４３の検出データを取得することにより、ファン４１の回転数Ｒｃを監視することができる。

熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは低下する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下すると、ファン４１の回転数Ｒｃは低下する。制御指令部５２Ｂは、ファン４１の回転数Ｒｃが低下した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇することにより、ファン４１の回転数Ｒｃが上昇する。そのため、放熱部１２がファン４１により十分に冷却され、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。したがって、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態においては、監視データＭｄが冷却装置４０Ａの状態の監視結果を示すこととした。本実施形態においては、監視データＭｄが、熱電発電モジュール１０の状態を示すこととする。一例として、監視データＭｄが、冷却装置４０Ａに冷却される熱電発電モジュール１０の放熱部１２の温度Ｔｃを示すこととする。

放熱部１２は、冷却装置４０Ａにより冷却される。冷却装置４０Ａの冷却能力と放熱部１２の温度Ｔｃとは、１対１で対応する。監視部５２Ａは、放熱部１２の温度Ｔｃを監視することにより、冷却装置４０Ａの状態を監視することができる。

図９は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ｃを示すブロック図である。図９に示すように、監視部５２Ａは、放熱部１２の温度Ｔｃを監視する。本実施形態において、熱電発電装置１００Ｃは、放熱部１２の温度Ｔｃを検出する温度センサ４４を備える。温度センサ４４の検出データは、監視部５２Ａに出力される。監視部５２Ａは、温度センサ４４の検出データを取得することにより、放熱部１２の温度Ｔｃを監視することができる。

熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは低下する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下すると、ファン４１の回転数Ｒｃは低下する。ファン４１の回転数Ｒｃが低下すると、放熱部１２の温度は上昇する。制御指令部５２Ｂは、放熱部１２の温度Ｔｃが上昇した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇することにより、ファン４１の回転数Ｒｃが上昇する。そのため、放熱部１２は、ファン４１により十分に冷却され、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。したがって、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、監視データＭｄは、受熱部１１と放熱部１２との温度差を示してもよい。放熱部１２の温度Ｔｃを検出する温度センサ４４のみならず、受熱部１１の温度を検出する温度センサが設けられることにより、監視部５２Ａは、受熱部１１と放熱部１２との温度差を監視することができる。熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは低下する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下すると、ファン４１の回転数Ｒｃは低下する。ファン４１の回転数Ｒｃが低下すると、受熱部１１と放熱部１２との温度差が小さくなる。制御指令部５２Ｂは、受熱部１１と放熱部１２との温度差が小さくなった場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。消費電力Ｐｃが上昇することにより、ファン４１の回転数Ｒｃが上昇する。そのため、放熱部１２は、ファン４１により十分に冷却され、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。したがって、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１０は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ｄを模式的に示す図である。図１０に示すように、本実施形態において、熱電発電装置１００Ｄは、受熱部１１及び放熱部１２を有する熱電発電モジュール１０と、受熱部１１に接続される受熱部材２０と、放熱部１２に接続される放熱部材３０と、放熱部１２を冷却する冷却装置４０Ａと、受熱部１１の温度を調整する加熱装置６０と、制御装置５０とを備える。

上述の実施形態と同様、制御装置５０は、監視部５２Ａ及び制御指令部５２Ｂを含む制御部５２と、スイッチ部５３Ａ及び電流変更部５３Ｂを含む調整部５３とを有する。

上述の実施形態と同様、冷却装置４０Ａは、ファン４１及びファン４１を回転させるモータ４２を含む。冷却装置４０Ａは、放熱部材３０を介して放熱部１２を冷却する。

受熱部１１は、熱源２００により加熱される。熱源２００は、燃料ＦＬを燃焼させることにより発熱する。熱源２００の発熱量は、燃料ＦＬの量に基づいて変化する。

加熱装置６０は、熱源２００に供給される燃料ＦＬの量を調整する。熱源２００に供給される燃料ＦＬの量が多いほど、熱源２００の発熱量は高くなる。熱源２００に供給される燃料ＦＬの量が少ないほど、熱源２００の発熱量は低くなる。熱源２００の発熱量が高いほど、受熱部１１の温度は高くなる。熱源２００の発熱量が低いほど、受熱部１１の温度は低くなる。加熱装置６０は、熱源２００に供給される燃料ＦＬの量を調整することによって、受熱部１１の温度を調整することができる。

加熱装置６０は、燃料ＦＬを収容する燃料タンク６１と、燃料タンク６１から熱源２００に燃料ＦＬを搬送可能な搬送部材６２と、搬送部材６２を駆動するモータ６３とを備える。

燃料タンク６１は、燃料ＦＬを収容する。燃料タンク６１の下端部に供給口６４が設けられる。燃料タンク６１の燃料ＦＬは、供給口６４を介して、熱源２００に供給される。

搬送部材６２は、燃料タンク６１の内部に配置される搬送ローラを含む。搬送部材６２が回転することにより、燃料タンク６１の燃料ＦＬは、供給口６４を搬送される。供給口６４に搬送された燃料ＦＬは、重力の作用により、供給口６４から熱源２００に供給される。

モータ６３は、プーリ及びベルトを含む動力伝達機構６５を介して、搬送部材６２に連結される。モータ６３が発生した動力は、動力伝達機構６５を介して、搬送部材６２に伝達される。搬送部材６２は、動力伝達機構６５を介してモータ６３から伝達されたモータ６３の動力により回転する。モータ６３が駆動すると、燃料タンク６１から熱源２００に燃料ＦＬが供給される。モータ６３の回転数が高くなると、搬送部材６２による燃料ＦＬの搬送量が増加し、燃料タンク６１から熱源２００に供給される燃料ＦＬの量が多くなる。モータ６３の回転数が低くなると、搬送部材６２による燃料ＦＬの搬送量が減少し、燃料タンク６１から熱源２００に供給される燃料ＦＬの量が少なくなる。モータ６３の駆動が停止すると、燃料タンク６１から熱源２００に対する燃料ＦＬの供給が停止される。

本実施形態において、熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、冷却装置４０Ａに使用される消費電力Ｐｃと、外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅと、加熱装置６０に使用される消費電力Ｐｈとに分配される。消費電力Ｐｈとは、熱電発電モジュール１０から加熱装置６０に供給され、加熱装置６０に消費される電力をいう。冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃは、モータ４２の消費電力Ｐｃを含む。加熱装置６０の消費電力Ｐｈは、モータ６３の消費電力Ｐｈを含む。なお、発電電力Ｐｇと消費電力Ｐｃと実効電力Ｐｅと消費電力Ｐｈとの間に、以下の（２）式の関係が成立する。

［実効電力Ｐｅ］＝［発電電力Ｐｇ］－（［消費電力Ｐｃ］＋［消費電力Ｐｈ］） …（２）

制御装置５０の監視部５２Ａは、冷却装置４０Ａの状態及び加熱装置６０の状態のそれぞれを監視して監視データＭｄを出力する。本実施形態において、監視データＭｄは、冷却装置４０Ａのモータ４２の消費電力Ｐｃ及び加熱装置６０のモータ６３の消費電力Ｐｈを含む。

制御装置５０の制御指令部５２Ｂは、監視部５２Ａから出力された監視データＭｄに基づいて、調整部５３を制御する制御指令を出力する。

制御指令部５２Ｂは、監視データＭｄに基づいて、冷却装置４０Ａの消費電力Ｐｃが低下したと判定した場合に、実効電力Ｐｅを低下させ、加熱装置６０の消費電力Ｐｈが低下したと判定した場合に、実効電力Ｐｅを低下させる。

熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが上昇すると、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃ及びモータ６３に分配される消費電力Ｐｈのそれぞれは低下する。

制御指令部５２Ｂは、熱電発電モジュール１０からモータ４２に分配される消費電力Ｐｃが低下した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。モータ４２に分配される消費電力Ｐｃが上昇することにより、ファン４１の回転数が低下したり、ファン４１の回転が停止したりすることが抑制される。

また、制御指令部５２Ｂは、熱電発電モジュール１０からモータ６３に分配される消費電力Ｐｃが低下した場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ６３に分配される消費電力Ｐｃは上昇する。モータ６３に分配される消費電力Ｐｃが上昇することにより、熱源２００に供給される燃料ＦＬの量が減少したり、燃料ＦＬの供給が停止したりすることが抑制される。

受熱部１１が熱源２００により十分に加熱され、放熱部１２が冷却装置４０Ａにより十分に冷却されため、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。したがって、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

なお、本実施形態において、監視データＭｄは、受熱部１１と放熱部１２との温度差を示してもよい。受熱部１１の温度を検出する温度センサ及び放熱部１２の温度を検出する温度センサが設けられることにより、監視部５２Ａは、受熱部１１と放熱部１２との温度差を監視することができる。制御指令部５２Ｂは、受熱部１１と放熱部１２との温度差が小さくなった場合に、熱電発電モジュール１０から外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅを低下させる。外部負荷３００に分配される実効電力Ｐｅが低下することにより、モータ４２に分配される消費電力Ｐｃ及びモータ６３に分配される消費電力Ｐｈは上昇する。これにより、受熱部１１と放熱部１２との温度差が大きくなる。したがって、熱電発電モジュール１０の発電効率の低下が抑制される。

［第５実施形態］
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１１は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ｅを模式的に示す図である。上述の実施形態においては、放熱部１２は、ファン４１及びモータ４２を含む冷却装置４０Ａにより冷却されることとした。本実施形態において、放熱部１２を冷却する冷却装置４０Ｅは、冷媒の温度を調整する温調装置４５と、放熱部１２に接続される冷媒ジャケット４６と、温調装置４５から冷媒ジャケット４６に供給される冷媒が流通する第１流路４７Ａと、冷媒ジャケット４６から温調装置４５に供給される冷媒が流通する第２流路４７Ｂとを有する。冷媒は、温調装置４５、第１流路４７Ａ、冷媒ジャケット４６、及び第２流路４７Ｂを含む冷却装置４０Ｅの循環系において循環する。

温調装置４５は、冷媒の温度を調整する。温調装置４５は、例えば熱交換器及び循環ポンプを含み、冷媒の温度を調整するとともに、温度調整された冷媒を冷媒ジャケット４６に供給する。温調装置４５の熱交換器及び循環ポンプは、熱電発電モジュール１０から供給された消費電力Ｐｃにより駆動する。

冷媒ジャケット４６は、冷媒が流通する内部空間を有する。冷媒ジャケット４６は、放熱部１２に接触するように配置される。温調装置４５で温度調整された冷媒が、第１流路４７Ａを介して冷媒ジャケット４６に供給される。冷媒ジャケット４６の内部空間を流通する冷媒は、放熱部１２から熱を奪った後、第２流路４７Ｂを介して、温調装置４５に戻される。

熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、冷却装置４０Ｅの温調装置４５に使用される消費電力Ｐｃと外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅとに分配される。監視部５２Ａは、温調装置４５の消費電力Ｐｃを監視して監視データＭｄを出力する。制御指令部５２Ｂは、温調装置４５の消費電力Ｐｃが低下した場合に、外部負荷３００の実効電力Ｐｅを低下させる。

［第６実施形態］
第６実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１２は、本実施形態に係る熱電発電装置１００Ｆを模式的に示す図である。上述の第５実施形態においては、冷却装置４０Ｅは、温調装置４５を有することとした。本実施形態において、放熱部１２を冷却する冷却装置４０Ｆは、冷媒を放熱させるラジエータ４８と、放熱部１２に接続される冷媒ジャケット４６と、温調装置４５から冷媒ジャケット４６に供給される冷媒が流通する第１流路４７Ａと、冷媒ジャケット４６から温調装置４５に供給される冷媒が流通する第２流路４７Ｂと、第２流路４７Ｂに配置された循環ポンプ４９とを有する。冷媒は、ラジエータ４８、第１流路４７Ａ、冷媒ジャケット４６、及び第２流路４７Ｂを含む循環系において循環する。

ラジエータ４８は、冷媒を放熱させる。ラジエータ４８で温度低下された冷媒が、第１流路４７Ａを介して冷媒ジャケット４６に供給される。冷媒ジャケット４６の内部空間を流通する冷媒は、放熱部１２から熱を奪った後、第２流路４７Ｂを介して、ラジエータ４８に戻される。循環ポンプ４９は、冷却装置４０Ｆの循環系において冷媒が循環するように駆動する。循環ポンプ４９は、熱電発電モジュール１０から供給された消費電力Ｐｃにより駆動する。

熱電発電モジュール１０の発電電力Ｐｇは、冷却装置４０Ｆの循環ポンプ４９に使用される消費電力Ｐｃと外部負荷３００に使用される実効電力Ｐｅとに分配される。監視部５２Ａは、循環ポンプ４９の消費電力Ｐｃを監視して監視データＭｄを出力する。制御指令部５２Ｂは、循環ポンプ４９の消費電力Ｐｃが低下した場合に、外部負荷３００の実効電力Ｐｅを低下させる。

１０…熱電発電モジュール、１１…受熱部、１１Ｓ…外面、１１Ｔ…内面、１２…放熱部、１２Ｓ…外面、１２Ｔ…内面、１３…熱電半導体素子、１３Ｐ…ｐ型熱電半導体素子、１３Ｎ…ｎ型熱電半導体素子、１４…リード線、１５…第１電極、１６…第２電極、２０…受熱部材、３０…放熱部材、３１…プレート部、３２…フィン部、４０Ａ…冷却装置、４０Ｅ…冷却装置、４０Ｆ…冷却装置、４１…ファン、４２…モータ、４３…回転センサ、４４…温度センサ、４５…温調装置、４６…冷媒ジャケット、４７Ａ…第１流路、４７Ｂ…第２流路、４８…ラジエータ、４９…循環ポンプ、５０…制御装置、５１…電源部、５２…制御部、５２Ａ…監視部、５２Ｂ…制御指令部、５３…調整部、５３Ａ…スイッチ部、５３Ｂ…電流変更部、５４…記憶部、６０…加熱装置、６１…燃料タンク、６２…搬送部材、６３…モータ、６４…供給口、６５…動力伝達機構、８０…第１電力ライン、９０…第２電力ライン、１００Ａ…熱電発電装置、１００Ｂ…熱電発電装置、１００Ｃ…熱電発電装置、１００Ｄ…熱電発電装置、１００Ｅ…熱電発電装置、１００Ｆ…熱電発電装置、２００…熱源、３００…外部負荷、Ｃｃ…変更指令、Ｃｓ…切換指令、Ｉｅ…電流、Ｉｅ１…第１所定値、Ｉｅ２…第２所定値、Ｍｄ…監視データ、Ｐｃ…消費電力、Ｐｄ…駆動電力、Ｐｅ…実効電力、Ｐｇ…発電電力、Ｐｈ…消費電力、Ｒｃ…回転数、Ｓｈ…閾値、Ｓｈｐ…停止閾値、Ｓｈｓ…開始閾値、Ｓｈｖ…変更閾値、Ｓｈｖ１…第１変更閾値、Ｓｈｖ２…第２変更閾値、Ｓｈｖ３…第３変更閾値、Ｔｃ…温度、Ｖｃ…電圧、ΔＩｅ…規定量。

Claims (15)

1. 受熱部及び放熱部を有し前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する熱電発電モジュールと、
   前記放熱部を冷却する冷却装置と、
   制御装置と、を備え、
   前記熱電発電モジュールの発電電力は、前記冷却装置に使用される消費電力と外部負荷に使用される実効電力とに分配され、
   前記制御装置は、
   前記冷却装置の状態を監視して監視データを出力する監視部と、
   前記外部負荷に供給される前記実効電力を調整可能な調整部と、
   前記監視データに基づいて前記調整部を制御する制御指令を出力する制御指令部と、
   を有する、
   熱電発電装置。
2. 前記監視データは、前記冷却装置の消費電力を含み、
   前記制御指令部は、前記冷却装置の消費電力が低下した場合に前記実効電力を低下させる、
   請求項１に記載の熱電発電装置。
3. 前記冷却装置は、モータを含み、
   前記冷却装置の消費電力は、前記モータの消費電力を含む、
   請求項２に記載の熱電発電装置。
4. 前記消費電力に係る閾値を記憶する記憶部を備え、
   前記制御指令部は、前記冷却装置の消費電力と前記閾値との比較結果に基づいて前記制御指令を出力する、
   請求項２又は請求項３に記載の熱電発電装置。
5. 前記閾値は、前記実効電力の値の変更に係る変更閾値を含み、
   前記制御指令部は、前記冷却装置の消費電力が前記変更閾値以下に低下した場合に前記実効電力を規定量だけ低下させる、
   請求項４に記載の熱電発電装置。
6. 前記閾値は、前記実効電力の供給停止に係る停止閾値を含み、
   前記制御指令部は、前記冷却装置の消費電力が前記停止閾値以下に低下した場合に前記実効電力の供給を停止させる、
   請求項５に記載の熱電発電装置。
7. 前記冷却装置の消費電力は、前記冷却装置に印加される電圧を含み、
   前記外部負荷の実効電力は、前記外部負荷に供給される電流を含む、
   請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
8. 前記冷却装置は、ファン及び前記ファンを回転させるモータを含み、
   前記監視データは、前記ファンの回転数を含み、
   前記制御指令部は、前記回転数が低下した場合に前記実効電力を低下させる、
   請求項１又は請求項２に記載の熱電発電装置。
9. 前記監視部は、前記熱電発電モジュールの状態を監視して前記監視データを出力し、
   前記制御指令部は、前記監視データに基づいて前記制御指令を出力する、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
10. 受熱部及び放熱部を有し前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する熱電発電モジュールと、
    前記放熱部を冷却する冷却装置と、
    制御装置と、を備え、
    前記熱電発電モジュールの発電電力は、前記冷却装置に使用される消費電力と外部負荷に使用される実効電力とに分配され、
    前記制御装置は、
    前記熱電発電モジュールの状態を監視して監視データを出力する監視部と、
    前記外部負荷に供給される前記実効電力を調整可能な調整部と、
    前記監視データに基づいて前記調整部を制御する制御指令を出力する制御指令部と、
    を有する、
    熱電発電装置。
11. 前記監視データは、前記冷却装置に冷却される前記放熱部の温度を含み、
    前記制御指令部は、前記温度が上昇した場合に前記実効電力を低下させる、
    請求項９又は請求項１０に記載の熱電発電装置。
12. 前記受熱部の温度を調整する加熱装置を備え、
    前記熱電発電モジュールの発電電力は、前記冷却装置に使用される消費電力と外部負荷に使用される実効電力と前記加熱装置に使用される消費電力とに分配され、
    前記監視部は、前記加熱装置の状態を監視して前記監視データを出力し、
    前記制御指令部は、前記監視データに基づいて前記制御指令を出力する、
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の熱電発電装置。
13. 受熱部及び放熱部を有し前記受熱部と前記放熱部との温度差により発電する熱電発電モジュールと、
    前記放熱部を冷却する冷却装置と、
    前記受熱部の温度を調整する加熱装置と、
    制御装置と、を備え、
    前記熱電発電モジュールの発電電力は、前記冷却装置に使用される消費電力と外部負荷に使用される実効電力と前記加熱装置に使用される消費電力とに分配され、
    前記制御装置は、
    前記冷却装置の状態及び前記加熱装置の状態のそれぞれを監視して監視データを出力する監視部と、
    前記外部負荷に供給される前記実効電力を調整可能な調整部と、
    前記監視データに基づいて前記調整部を制御する制御指令を出力する制御指令部と、
    を有する、
    熱電発電装置。
14. 前記監視データは、前記冷却装置の消費電力及び前記加熱装置の消費電力を含み、
    前記制御指令部は、前記冷却装置の消費電力が低下した場合に前記実効電力を低下させ、前記加熱装置の消費電力が低下した場合に前記実効電力を低下させる、
    請求項１３に記載の熱電発電装置。
15. 前記熱電発電モジュールと前記冷却装置とを接続する第１電力ラインと、
    前記熱電発電モジュールと前記外部負荷とを接続する第２電力ラインと、を備え、
    前記調整部は、前記第２電力ラインに配置される、
    請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の熱電発電装置。

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