JP6474318B2 - 発電システム - Google Patents

Description

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。

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。

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、電圧印加装置によって、第１デバイスの昇温中に第１デバイスに電圧を印加し、また、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。）。

上記した発電システムでは、得られた電力は、第１デバイスから第２デバイスを介してバッテリーに蓄積され、必要に応じて消費可能とされる。

特開２０１４−１８７８３２号公報

一方、このような発電システムにおいて、第１デバイス（誘電体など）は、過度に高温まで昇温されると、発電性能が低下する場合があり、そのような第１デバイスを継続的に使用することによって、発電効率が低下する場合がある。

本発明の目的は、第１デバイスの発電性能の低下を防止し、より効率よく発電することができる発電システムを提供することにある。

［１］本発明は、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、前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、前記第１デバイスの発電性能を監視する監視手段と、前記熱源および／または前記第１デバイスの最高到達温度および温度変化を予測する温度予測手段と、前記温度予測手段により予測される温度、および、前記監視手段により監視される前記第１デバイスの発電性能に基づいて、前記電圧印加手段を作動および停止させるための制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度予測手段により予測される最高到達温度が、予め設定される所定値未満である場合、前記温度予測手段により昇温が予測されるときに、前記第１デバイスにアシスト電圧を印加し、前記温度予測手段により予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、前記温度予測手段により昇温が予測されるときに、前記第１デバイスに前記アシスト電圧よりも高電圧である保護電圧を印加し、前記監視手段により監視される前記第１デバイスの発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、前記温度予測手段により降温が予測されるときに、前記第１デバイスに前記保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧を印加することを特徴とする、発電システムである。

このような構成によれば、温度予測手段により予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、温度予測手段により昇温が予測されるときに、第１デバイスにアシスト電圧よりも高電圧である保護電圧が印加される。そのため、第１デバイスが過度に高温まで昇温される場合にも、保護電圧により第１デバイスを保護することができ、第１デバイスの発電性能の低下を抑制することができる。

また、このような構成によれば、監視手段により監視される第１デバイスの発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、温度予測手段により降温が予測されるときに、第１デバイスに保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧が印加される。そのため、第１デバイスの発電性能が低下した場合にも、第１デバイスの発電性能を、ポーリング電圧によって復元することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
［２］本発明は、さらに、前記第１デバイスが、加熱されたときに発電性能の低下を開始する劣化開始温度を有しており、前記制御手段は、前記温度予測手段により予測される前記第１デバイスの最高到達温度が、前記劣化開始温度以上である場合、または、前記温度予測手段により予測される前記熱源の最高到達温度が、前記劣化開始温度に対応する温度以上である場合、前記温度予測手段により昇温が予測されるときから、前記第１デバイスが前記劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、前記熱源の温度が前記劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、前記第１デバイスに前記保護電圧を印加することを特徴とする、上記［１］に記載の発電システムである。

このような構成によれば、温度予測手段により予測される第１デバイスの最高到達温度が、劣化開始温度以上である場合、または、温度予測手段により予測される熱源の最高到達温度が、劣化開始温度に対応する温度以上である場合、温度予測手段により昇温が予測されるときから、第１デバイスが劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、熱源の温度が劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、第１デバイスに保護電圧が印加される。そのため、より確実に第１デバイスを保護することができ、第１デバイスの発電性能の低下を抑制することができる。

本発明の発電システムによれば、第１デバイスの発電性能の低下を防止し、発電効率の向上を図ることができる。

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。 図２は、図１の制御ユニットにおいて実行される制御処理を示すフロー図である。 図３は、図１の発電システムにおける熱源温度、第１デバイスの発電性能、および、第１デバイスに対する印加電圧を示す模式図である。 図４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。 図５は、図４に示す発電システムの要部拡大図である。

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。

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、電気分極する第１デバイス３と、第１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第２デバイス４と、熱源２および／または第１デバイス３の温度を検知するための温度センサ８と、第１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、第１デバイス３の発電性能を監視する監視手段としての電圧センサ３５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２４（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、熱源２として、好ましくは、内燃機関が挙げられる。

第１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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ_３、ＢａＮｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４、ＢａＳｍ_２Ｔｉ_４Ｏ_１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ_４Ｈ_４Ｏ_６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、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）、Ｃａ_３（ＶＯ_４）_２、Ｃａ_３（ＶＯ_４）_２／Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３／Ｎｉ、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＴａＯ_３／Ｎｉ、Ｌｉ（Ｎｂ_０．４Ｔａ_０．６）Ｏ_３、Ｌｉ（Ｎｂ_０．４Ｔａ_０．６）Ｏ_３／Ｎｉ、Ｃａ_３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ_４｝_２、Ｃａ_３｛（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ_４｝_２／Ｎｉなどを用いることができる。

また、第１デバイス３としては、さらに、ＬａＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＫＮｂＯ_３、ＭｇＮｂＯ_３、ＣａＮｂＯ_３、（Ｋ_１／２Ｎａ_１／２）ＮｂＯ_３、（Ｋ_１／２Ｎａ_１／２）ＮｂＯ_３／Ｎｉ、（Ｂｉ_１／２Ｋ_１／４Ｎａ_１／４）ＮｂＯ_３、（Ｓｒ_{１／１００}（Ｋ_１／２Ｎａ_１／２）_{９９／１００}）ＮｂＯ_３、（Ｂａ_{１／１００}（Ｋ_１／２Ｎａ_１／２）_{９９／１００}）ＮｂＯ_３、（Ｌｉ_１／１０（Ｋ_１／２Ｎａ_１／２）_９／１０）ＮｂＯ_３、Ｓｒ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_１５、Ｓｒ_{１９／１０}Ｃａ_１／１０ＮａＮｂ_５Ｏ_１５、Ｓｒ_{１９／１０}Ｃａ_１／１０ＮａＮｂ_５Ｏ_１５／Ｎｉ、Ｂａ_２ＮａＮｂＯ_１５、Ｂａ_２Ｎｂ_２Ｏ_６、Ｂａ_２ＮａＮｂＯ_１５／Ｎｉ、Ｂａ_２Ｎｂ_２Ｏ_６／Ｎｉなどの誘電体を用いることもできる。

第１デバイス３のキュリー点（Ｔｑ）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。

また、第１デバイス３は、劣化開始温度（Ｔｄ）を有している。

劣化開始温度（Ｔｄ）は、第１デバイス３が加熱されたときに、第１デバイス３の電気分極特性が低下し、発電性能の低下を開始する温度である。

劣化開始温度（電気分極特性が低下し始める温度）は、以下の方法により、第１デバイス３を加熱し、その劣化度合いを確認することにより、測定することができる。

すなわち、日本工業規格（ＪＩＳ）１６５１：２００２に基づき、第１デバイス３を室温から高温まで加熱したときの自発分極（Ｐｓ）を測定する。そして、上記規格に基づき、室温からキュリー点前後の上限温度を何点か設定し、その温度に達した時点で、室温に戻し、繰り返し試験を実施する。その際、室温での自発分極（Ｐｓ）が初期値より減少していた場合、この温度を劣化開始温度（Ｔｄ）とする。

劣化開始温度（Ｔｄ）は、具体的には、上記のキュリー点（Ｔｑ）と同等またはそれ以下であり、例えば、−８２℃以上、好ましくは、−１５℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、１２９５℃以下、より、８９５℃以下である。

なお、第１デバイス３において、劣化開始温度（Ｔｄ）とキュリー点（Ｔｑ）とは、同一であってもよい。

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。

このような発電システム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。

なお、第１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。

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。

図１において、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。

第２デバイス４は、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極（例えば、銅電極、銀電極など）２２、および、それら電極２２に接続される取出導線２７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。

より具体的には、第２デバイス４の取出導線２７は、後述する印加導線２８とは別に、第１デバイス３から電力を取り出すための環状の電気回路を形成しており、この電気回路（環状の取出導線２７）中に、第１デバイス３と、その第１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、その第１デバイス３から取り出された電力が供給される第３デバイスとしてのバッテリー７とが介在されている。

また、取出導線２７におけるバッテリー７と電極２２との間、具体的には、第１デバイス３を挟む２点（２つの接続点Ａ）において、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、取出導線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。

つまり、取出導線２７は、印加導線２８（後述）と共用され、詳しくは後述するように、電圧印加装置９からの電圧を第１デバイス３に印加するために用いられるとともに、第１デバイス３から電力を取り出すために用いられる共用部分２９と、印加導線２８（後述）と共用されない部分、すなわち、電圧印加装置９からの電圧を第１デバイス３に印加するためには用いられず、第１デバイス３から電力を取り出すために用いられる取出専用部分３０とを備えている。

共用部分２９は、取出導線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、第１デバイス３および１対の電極２２が介在されている。

このような共用部分２９は、取出導線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、第２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。

取出専用部分３０は、取出導線２７において共用部分２９を除く部分であって、バッテリー７が介在されている。

また、図示しないが、取出専用部分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。

また、取出専用部分３０には、さらに、第１デバイス３から電力を取り出すための回路（取出導線２７）を開閉するための第１スイッチ２３が備えられている。

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。

温度センサ８は、熱源２および／または第１デバイス３の温度を検知するため、熱源２および／または第１デバイス３に近接または接触して設けられる。

例えば、温度センサ８が第１デバイス３の温度を検知する場合、温度センサ８は、第１デバイス３の温度として、第１デバイス３の表面温度を直接検知するか、または、第１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。

電圧印加装置９は、第１デバイス３に電圧を印加するため、第１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、上記の第１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。

電圧印加電源３１としては、特に制限されないが、電圧を第１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。

また、電圧印加電源３１は、出力可変であって、後述するアシスト電圧、後述する保護電圧、後述するポーリング電圧など、種々の大きさの電圧を、第１デバイス３に印加可能としている。

印加導線２８は、上記共用部分２９を取出導線２７と共用して、取出導線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、第１デバイス３と、その第１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。

つまり、電圧印加装置９の印加導線２８は、上記取出導線２７と共用される上記共用部分２９と、上記取出導線２７と共用されない印加専用部分３２とを備えている。

印加専用部分３２は、印加導線２８において共用部分２９を除く部分であって、その両端部が、それぞれ、取出導線２７の第１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。

これにより、電圧印加電源３１は、第２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。

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、第２デバイス４の電極２２および取出導線２７を介して、第１デバイス３に電圧を印加することができる。

また、印加専用部分３２には、第１デバイス３に電圧を印加するための回路（印加導線２８）を開閉するための第２スイッチ２４が備えられている。

第２スイッチ２４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２４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。

電圧センサ３５は、第１デバイス３の電圧（起電力）を検知し、これにより、第１デバイス３の発電性能を監視するためのセンサであって、第１デバイス３を跨ぐように、共用部分２９に電気的に接続されている。電圧センサ３５としては、特に制限されず、公知のセンサが用いられる。

このような電圧センサ３５は、後述する制御ユニット１０に電気的に接続されており、第１デバイス３の発電性能（起電力）を、制御ユニット１０に入力可能としている。

そして、詳しくは後述するが、制御ユニット１０において、発電システム１の運転時における第１デバイス３の発電性能（起電力）と、予め測定される第１デバイス３の初期の発電性能（起電力）とを比較可能とし、これにより、第１デバイス３の発電性能の低下を監視可能としている。

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。

制御ユニット１０は、電圧センサ３５、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、温度予測プログラムＰ（後述）により予測される熱源２および／または第１デバイス３の温度、および、上記の電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止させる。

また、制御ユニット１０は、第２スイッチ２４および第１スイッチ２３にも電気的に接続されており、詳しくは後述するように、第２スイッチ２４および第１スイッチ２３を操作可能とし、第１デバイス３に電圧を印加するための回路、および、第１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）。

このような制御ユニット１０は、熱源２および／または第１デバイス３の最高到達温度および温度変化を予測する温度予測手段としての温度予測プログラムＰを備えている。

温度予測プログラムＰは、温度センサ８により検知される熱源２および／または第１デバイス３の温度（現在温度）や、熱源２の運転状態、熱媒体の温度および流量から、熱源２および／または第１デバイス３に生じる温度変化、および、変化後の温度を予測し、また、熱源２および／または第１デバイス３の最高到達温度を予測するプログラムである。

温度予測プログラムＰは、例えば、予め測定されたデータに基づいて作成され、例えば、制御ユニット１０のＲＯＭに格納されている。

なお、温度予測プログラムＰによる温度の予測方法は、特に制限されず、公知の方法（例えば、マッピング法など）が採用される。

そして、このような発電システム１で発電するには、通常、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、第１デバイス３を、加熱および／または冷却する。

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、５０〜８００℃、好ましくは、１００〜５００℃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。

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、０．０１〜４００サイクル／秒、好ましくは、１０〜１００サイクル／秒である。

そして、このような温度変化に応じて、上記した第１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、第２デバイス４を介することにより、電力を、第１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。

また、このような発電システム１では、電圧印加装置９によって、第１デバイス３の昇温中に第１デバイス３に電圧を印加し、また、降温中には電圧の印加を停止することにより、発電効率の向上を図ることができる。

このような場合、第１デバイス３に印加される電圧は、例えば、５Ｖ以上、好ましくは、５０Ｖ以上であり、例えば、５ｋＶ以下、好ましくは、１ｋＶ以下である。

一方、このような発電システム１において、第１デバイス３は、過度に高温まで昇温されると、発電性能が低下する場合があり、そのような第１デバイス３を継続的に使用することによって、発電効率が低下する場合がある。

そこで、この発電システム１では、以下に示す発電方法に従って、温度予測プログラムＰにより予測される温度（温度変化および最高到達温度）、および、上記電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能（起電力）に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止させる。

図２は、図１の制御ユニット１０において実行される制御処理を示すフロー図であり、図３は、図１の発電システムにおける熱源温度、第１デバイスの発電性能、および、第１デバイスに対する印加電圧を示す模式図である。

なお、図２に示す制御処理（温度予測プログラムＰ）は、制御ユニット１０のＲＯＭに記憶されており、その制御処理が制御ユニット１０の中央処理装置（ＣＰＵ）により実行される。

以下、制御ユニット１０において実行される制御処理について、図２に示す各ステップ、および、図３を参照して詳述する。

この制御処理は、図２にスタートとして示されるように、熱源２の駆動開始をトリガーとして開始される（図３の点Ａ参照）。

熱源２が駆動開始されると、まず、熱源２および／または第１デバイス３の温度変化（昇温または降温）が、温度予測プログラムＰにより予測される（ステップＳ１）。

より具体的には、例えば、熱源２および／または第１デバイス３の温度が、予め設定された所定値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上上昇すると予測される場合に、昇温状態であると予測され、また、第１デバイス３の温度が、予め設定された所定値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上下降すると予測される場合に、降温状態であると予測される。

なお、温度予測プログラムＰによる温度変化の予測方法は、特に制限されず、温度センサ８により検知される熱源２および／または第１デバイス３の温度や、熱源２の運転状態、熱媒体の温度および流量などから、公知の方法により予測される。

また、熱源２および／または第１デバイス３の温度は、発電システム１の稼働中、上記の温度予測プログラムＰによって、連続的（継続的）に予測される。

次いで、この発電システム１では、熱源２および／または第１デバイス３が昇温（図３の矢印Ｂ）するか否かが、制御ユニット１０において判断される（ステップＳ２）。

このステップにおいて、熱源２および／または第１デバイス３が昇温しないと予測される場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、昇温が開始されるまで、上記の温度予測および判断が繰り返される。

一方、熱源２および／または第１デバイス３が昇温すると判断される場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、続いて、熱源２および／または第１デバイス３の最高到達温度（図３の点Ｃ）が、温度予測プログラムＰにより予測される（ステップＳ３）。

なお、温度予測プログラムＰによる最高到達温度の予測方法は、特に制限されず、温度センサ８により検知される温度や、熱源２の運転状態、熱媒体の温度および流量などから、公知の方法により予測される。

次いで、この発電システム１では、熱源２および／または第１デバイス３の最高到達温度が、予め設定される所定値（劣化開始温度（Ｔｄ）またはそれに対応する温度）未満であるか否かが予測される（ステップＳ４）。

より具体的には、このステップでは、第１デバイス３の最高到達温度（図３の点Ｃ）が、例えば、第１デバイス３の劣化開始温度（Ｔｄ、図３の破線Ｄ）未満であるか否かが予測されるか、または、熱源２の温度が、第１デバイス３の劣化開始温度に対応する温度（すなわち、第１デバイス３を劣化開始温度（Ｔｄ）まで加熱可能な温度）未満であるか否かが予測される。

そして、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度（図３の点Ｃ）が、予め設定される所定値（図３の破線Ｄ）未満である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、第１デバイス３にアシスト電圧を印加する（ステップＳ５）。

具体的には、このステップでは、熱源２および／または第１デバイス３が昇温状態であると予測される間、図１に示す第２スイッチ２４がＯＮ動作され、印加導線２８が閉状態とされるとともに（図１中、太実線参照）、電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に所定のアシスト電圧（図３の矢印Ｅ）が印加される。

アシスト電圧（指示電圧）は、後述する保護電圧、および、後述するポーリング電圧よりも低電圧であって、例えば、５Ｖ以上、好ましくは、５０Ｖ以上であり、例えば、５ｋＶ以下、好ましくは、１ｋＶ以下である。

また、第１デバイス３に電圧が印加される間は、制御ユニット１０の制御により、図１に示す第１スイッチ２３をＯＦＦ動作させ、取出専用部分３０を開放することにより、バッテリー７を保護する。

すなわち、この発電システム１において、バッテリー７は、図１に示すように、印加導線２８の印加専用部分３２と、取出導線２７の取出専用部分３０とを介して、電圧印加装置９に電気的に接続されている。そのため、電圧印加装置９が作動され、第１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の印加専用部分３２と、取出導線２７の取出専用部分３０を介して、バッテリー７に印加される場合がある。このような場合、バッテリー７の故障を惹起する場合がある。

そこで、上記の発電システム１では、例えば、電圧印加装置９により電圧が第１デバイス３に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がＯＦＦ動作され、取出専用部分３０が開状態とされる（図１中、太２点鎖線参照）。

これにより、取出専用部分３０における電流の通過が阻害される。そのため、電圧印加装置９からの電圧が、取出専用部分３０を介してバッテリー７に印加されることを防止することができる。これにより、バッテリー７の故障を抑制することができる。

このように、第１デバイス３が加熱され、また、第１デバイス３にアシスト電圧が印加されると、第１デバイス３に電圧（起電力）が生じる。

そこで、この発電システム１では、電圧センサ３５によって、第１デバイス３の電圧（起電力）をモニタリングし、その発電性能を監視する（ステップＳ６）。

より具体的には、例えば、予め、第１デバイス３の温度および電圧条件と、第１デバイス３に生じる起電力との関係をマッピングし、初期性能マップを作製する。

そして、発電システム１の稼働中に第１デバイス３に生じる起電力（図３の矢印Ｆ）と、上記の初期性能マップから求められる初期性能値（図３の破線Ｇ）とを比較し、第１デバイス３の発電性能（図３の矢印Ｆ）が、予め設定される所定値（例えば、初期性能値（図３の破線Ｇ））以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。

第１デバイス３の発電性能（起電力）が、予め設定される所定値（例えば、初期性能値）以上である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、続いて、熱源２および／または第１デバイス３の温度変化（昇温または降温）が、温度予測プログラムＰにより予測される。

そして、熱源２および／または第１デバイス３が降温する（図３の矢印Ｈ）か否かが、制御ユニット１０において判断される（ステップＳ８）。

なお、このステップにおいて、熱源２および／または第１デバイス３が降温しないと予測される場合（ステップＳ８：ＮＯ）、降温が開始されるまで、上記の温度予測および判断が繰り返される。

一方、熱源２および／または第１デバイス３が降温すると判断される場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、第１デバイス３に対するアシスト電圧の印加が停止される（ステップＳ９）。

具体的には、制御ユニット１０の制御により、図１に示す第２スイッチ２４がＯＦＦ動作され、印加導線２８が開状態とされる。これにより、第１デバイス３に対するアシスト電圧の印加が停止される（図３の点Ｉ）。

また、これとともに、図１に示す第１スイッチ２３がＯＮ動作され、取出専用部分３０が閉状態とされ（図１中、太実線参照）、これにより、取出専用部分３０における電流の通過が許容され、第１デバイス３により得られた電力が、バッテリー７に蓄積される（図３の点Ｊ）。

なお、電力がバッテリー７に供給されるタイミングでは、制御ユニット１０によって第２スイッチ２４がＯＦＦ動作され、印加導線２８が開状態とされているため、第１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抑制することができる。

一方、上記の温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度（図３の点Ｃ’）が、予め設定される所定値（図３の破線Ｄ）以上である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、第１デバイス３が過度に加熱され、発電性能が低下する場合がある。そこで、この発電システム１では、第１デバイス３に保護電圧を印加する（ステップＳ１０）。

具体的には、この発電システム１では、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合に、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、制御ユニット１０の制御により、第１デバイス３に保護電圧を印加する（図３の矢印Ｋ）。

より具体的には、例えば、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の最高到達温度が、第１デバイス３の劣化開始温度以上である場合、または、温度予測プログラムＰにより予測される熱源２の最高到達温度が、劣化開始温度に対応する温度（すなわち、第１デバイス３を劣化開始温度に到達させ得る温度）である場合に、制御ユニット１０の制御により、第１デバイス３に保護電圧を印加する。

保護電圧は、上記のアシスト電圧よりも高電圧、かつ、後述するポーリング電圧よりも低電圧であって、具体的には、例えば、５Ｖ以上、好ましくは、５０Ｖ以上であり、例えば、５ｋＶ以下、好ましくは、１ｋＶ以下である。

このような保護電圧を第１デバイス３に印加することによって、過度な加熱による第１デバイス３の発電性能の低下を抑制することができる。

そして、この発電システム１では、保護電圧が印加されるとともに、熱源２および／または第１デバイス３の温度変化（昇温または降温）が、温度予測プログラムＰにより予測され、熱源２および／または第１デバイス３が降温する（図３の矢印Ｈ’）か否かが、制御ユニット１０において判断される（ステップＳ１１）。

なお、このステップにおいて、熱源２および／または第１デバイス３が降温しないと予測される場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、降温が開始されるまで、上記の温度予測および判断が繰り返される。

一方、熱源２および／または第１デバイス３が降温すると予測される場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、熱源２および／または第１デバイス３の温度が、連続的（継続的）に予測される。また、必要により、温度センサ８によって熱源２および／または第１デバイス３の温度を直接検知することもできる。

そして、このステップでは、熱源２および／または第１デバイス３の温度が、予め設定された所定値（図３の破線Ｄ）未満であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。

より具体的には、例えば、第１デバイス３の温度が、劣化開始温度（Ｔｄ）未満であるか否かが判断されるか、または、熱源２の温度が、劣化開始温度に対応する温度（すなわち、第１デバイス３を劣化開始温度まで加熱可能な温度）未満であるか否かが判断される。

そして、熱源２および／または第１デバイス３の温度が、予め設定された所定値以上である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）は、熱源２および／または第１デバイス３の温度が所定値未満になるまで、上記の温度予測および判断が繰り返される。

一方、熱源２および／または第１デバイス３の温度が予め設定された所定値未満である場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第１デバイス３に対する保護電圧の印加が停止される（ステップＳ９）。

より具体的には、このステップでは、第１デバイス３の温度が劣化開始温度未満となったとき、または、熱源２の温度が劣化開始温度に対応する温度（すなわち、第１デバイス３を劣化開始温度まで加熱可能な温度）未満となったとき（図３の点Ｌ）に、制御ユニット１０の制御により、図１に示す第２スイッチ２４がＯＦＦ動作され、印加導線２８が開状態とされる。これにより、第１デバイス３に対する保護電圧の印加が停止される（図３の点Ｍ）。

すなわち、上記の保護電圧は、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときから、第１デバイス３が劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、熱源２の温度が劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、第１デバイス３に印加される。

このような処理によれば、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の最高到達温度が、劣化開始温度以上である場合、または、温度予測プログラムＰにより予測される熱源２の最高到達温度が、劣化開始温度に対応する温度以上である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときから、第１デバイス３が劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、熱源２の温度が劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、第１デバイス３に保護電圧が印加される。そのため、より確実に第１デバイス３を保護することができ、第１デバイス３の発電性能の低下を抑制することができる。

一方、上記のような発電方法においても、発電システム１を継続的に使用すると、第１デバイス３に劣化を生じる場合がある。

具体的には、例えば、上記したように、第１デバイス３の初期性能値（図３の破線Ｇ）と、第１デバイス３の発電性能（図３の矢印Ｆ’）とを比較したとき、第１デバイス３の発電性能が、初期性能値未満となる場合がある（ステップＳ７：ＮＯ）。

このような場合には、以下に示す方法によって、第１デバイス３をポーリング処理し、第１デバイス３の発電性能を復元する。

より具体的には、第１デバイス３の発電性能（図３の矢印Ｆ’）の低下が確認された後、熱源２および／または第１デバイス３の温度変化（昇温または降温）が、温度予測プログラムＰにより予測される。

そして、熱源２および／または第１デバイス３が降温する（図３の矢印Ｈ’’参照）か否かが、制御ユニット１０において判断される（ステップＳ１３）。

なお、このステップにおいて、熱源２および／または第１デバイス３が降温しないと予測される場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、降温が開始されるまで、上記の温度予測および判断が繰り返される。

一方、熱源２および／または第１デバイス３が降温を開始すると判断される場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、第１デバイス３にポーリング電圧を印加する（ステップＳ１４）。

すなわち、この発電システム１において、電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能が、予め設定される所定値（初期性能値）未満に低下した場合には、温度予測プログラムＰにより降温が予測されるときに、第１デバイス３にポーリング電圧が印加される（図３の矢印Ｎ）。

ポーリング電圧は、上記のアシスト電圧、および、上記の保護電圧よりも高電圧であって、具体的には、例えば、５Ｖ以上、好ましくは、５０Ｖ以上であり、例えば、５ｋＶ以下、好ましくは、１ｋＶ以下である。

このように、熱源２および／または第１デバイス３の降温中に、第１デバイス３にポーリング電圧を印加することによって、第１デバイス３の発電性能を復元することができる。

なお、ポーリング電圧は、熱源２および／または第１デバイス３が、再度、昇温状態になるまで維持される。

そして、熱源２および／または第１デバイス３が昇温状態となると、熱源２が停止されるまで、上記の処理が繰り返される（リターン）。

このような発電システム１によれば、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、第１デバイス３にアシスト電圧よりも高電圧である保護電圧が印加される。そのため、第１デバイス３が過度に高温まで昇温される場合にも、保護電圧により第１デバイス３を保護することができ、第１デバイス３の発電性能の低下を抑制することができる。

また、このような発電システム１によれば、電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、温度予測プログラムＰにより降温が予測されるときに、第１デバイス３に保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧が印加される。そのため、第１デバイス３の発電性能が低下した場合にも、第１デバイス３の発電性能を、ポーリング電圧によって復元することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

すなわち、上記の発電システム１によれば、第１デバイス３の発電性能の低下を防止し、発電効率の向上を図ることができる。

また、発電システム１に第１スイッチ２３を設け、その開閉を上記のように制御することによって、良好に第１デバイス３から電力を取り出すとともに、電圧印加装置９からの電圧がバッテリー７に印加されることを抑制することができ、バッテリー７の故障を抑制することができる。

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。

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。

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、第１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。

また、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）として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。

なお、このような発電システム１では、必要により、取り出された電力をバッテリー７に供給する前に、第２デバイス４に接続される昇圧器（図示せず）において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧することができ、さらに、交流／直流変換器（図示せず）において直流電圧に変換することもできる。

また、上記した説明では、第３デバイスとしてバッテリー７を採用したが、第３デバイスとしては、第１デバイスから取り出された電力が供給されるデバイスであれば、特に制限されず、例えば、灯火装置など、種々の電気負荷装置を採用することができる。

また、詳しくは図示しないが、第１デバイス３から取り出された電力が、第３デバイスの電気容量に対して過度に大きい場合には、例えば、取出専用部分３０に公知の電圧変換器を設け、電圧の大きさを調整することもできる。

図４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、図５は、図４に示す発電システムの要部拡大図である。

図４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。

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。

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。

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４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。

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、複数の第１デバイス３と、第２デバイス４とを備えている（図５参照）。

なお、図４においては、複数の第１デバイス３を簡略化し、１つの箱型空間２０に対して、１つの第１デバイス３を示している。

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。

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（ＮＯ_ｘ）、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。

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。

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。

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。

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。

発電システム１は、上記したように、熱源２、第１デバイス３、第２デバイス４、バッテリー７、温度センサ８、電圧印加装置９、電圧センサ３５および制御ユニット１０を備えている。

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５が参照されるように、各分岐管１８の箱型空間２０内には、第１デバイス３が配置されている。

第１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、固定されている。

これにより、第１デバイス３の表面および裏面の両面、さらには、周側面は、図示しない第２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。

第２デバイス４は、図４の拡大図に示すように、第１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に接続される取出導線２７を備えている。

各電極２２は、各第１デバイス３の外側において互いに対向し、第１デバイス３を間に介在させるように配置されている。

取出導線２７は、上記したように、共用部分２９と取出専用部分３０とを備えており、共用部分２９において、印加導線２８と共用されている。また、取出専用部分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。

また、取出導線２７は、分岐導線であって、図４に示すように、各電極２２を並列的に接続している。また、取出導線２７は、各第１デバイス３と、その第１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、第１デバイス３および第２デバイス４により取り出された電力を蓄電するためのバッテリー７とを含む環状の電気回路を、複数の第１デバイス３のそれぞれに応じて、複数形成している。

なお、図示しないが、第２デバイス４の取出導線２７と、バッテリー７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。

また、図４では、各箱型空間２０内において、１つの第１デバイス３と、その第１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に接続される取出導線２７とを模式的に示している。

温度センサ８は、図４の拡大図に示すように、各分岐管１８内において、複数の第１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。

なお、温度センサ８は、複数の第１デバイス３（図５参照）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。

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。

印加導線２８は、上記したように、共用部分２９と印加専用部分３２とを備えており、共用部分２９において、取出導線２７と共用されている。

すなわち、印加導線２８は、第２デバイス４の取出導線２７の一部（共用部分２９）を共用するとともに、第２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、各第１デバイス３と、その第１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、複数の第１デバイス３のそれぞれに応じて、複数形成している。

そして、第２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、第２デバイス４の取出導線２７の一部（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。

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、第１デバイス３に電圧を印加することができる。

電圧センサ３５は、複数の第１デバイス３（図５参照）のそれぞれに対応するように複数設けられ、各第１デバイス３を跨ぐように、共用部分２９に電気的に接続されており、第１デバイス３の電圧をモニタリング可能としている。

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。

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。

また、図４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、各電圧センサ３５および各第１スイッチ２３のそれぞれに並列的に接続されている（図１参照）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、シート状の第１デバイス３が配置されている。

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、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）が、（第２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。

すなわち、第１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。

そして、これにより、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ができ、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、電気分極させることができる。

そのため、この発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１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。

また、この発電システム１では、上記したように、熱源２および／または第１デバイス３の温度を、制御ユニット１０の温度予測プログラムＰによって、連続的に予測する。

そして、上記したように、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度が、予め設定される所定値未満である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、第１デバイス３にアシスト電圧を印加する。

また、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、第１デバイス３にアシスト電圧よりも高電圧である保護電圧を印加する。

さらに、電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、温度予測プログラムＰにより降温が予測されるときに、第１デバイス３に保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧を印加する。

そして、所定のタイミングで第１スイッチ２３を切り替えることにより、第１デバイス３から電力を取り出すことができる。

そして、このような発電システム１でも、温度予測プログラムＰにより予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときに、第１デバイス３にアシスト電圧よりも高電圧である保護電圧が印加される。そのため、第１デバイス３が過度に高温まで昇温される場合にも、保護電圧により第１デバイス３を保護することができ、第１デバイス３の発電性能の低下を抑制することができる。

また、このような発電システム１によれば、電圧センサ３５により監視される第１デバイス３の発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、温度予測プログラムＰにより降温が予測されるときに、第１デバイス３に保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧が印加される。そのため、第１デバイス３の発電性能が低下した場合にも、第１デバイス３の発電性能を、ポーリング電圧によって復元することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

また、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の最高到達温度が、劣化開始温度以上である場合、または、温度予測プログラムＰにより予測される熱源２の最高到達温度が、劣化開始温度に対応する温度以上である場合、温度予測プログラムＰにより昇温が予測されるときから、第１デバイス３が劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、熱源２の温度が劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、第１デバイス３に保護電圧が印加される。そのため、より確実に第１デバイス３を保護することができ、第１デバイス３の発電性能の低下を抑制することができる。

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。

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。

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。

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。

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、上記した第１デバイス３を配置する場合には、第１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。

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。

一方、上記したように、分岐管１８の内部空間に第１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、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ができ、第１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。

そのため、この発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１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。

その後、この方法では、必要により、上記により得られた電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器（図示せず）において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧し、次いで、必要により、昇圧された電力を、交流／直流変換器（図示せず）において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。バッテリー７に蓄電された電力は、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。

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。

なお、上記した説明では、第３デバイスとしてバッテリー７を採用したが、第３デバイスとしては、第１デバイスから取り出された電力が供給されるデバイスであれば、特に制限されず、例えば、ヘッドライトなど、種々の電気負荷装置を採用することができる。

また、詳しくは図示しないが、第１デバイス３から取り出された電力が、第３デバイスの電気容量に対して過度に大きい場合には、例えば、取出専用部分３０に公知の電圧変換器を設け、電圧の大きさを調整することもできる。

１ 発電システム
２ 熱源
３ 第１デバイス
４ 第２デバイス
９ 電圧印加装置
１０ 制御ユニット
３５ 電圧センサ

Claims (2)

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、
   前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記第１デバイスの発電性能を監視する監視手段と、
   前記熱源および／または前記第１デバイスの最高到達温度および温度変化を予測する温度予測手段と、
   前記温度予測手段により予測される温度、および、前記監視手段により監視される前記第１デバイスの発電性能に基づいて、前記電圧印加手段を作動および停止させるための制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記温度予測手段により予測される最高到達温度が、予め設定される所定値未満である場合、前記温度予測手段により昇温が予測されるときに、前記第１デバイスにアシスト電圧を印加し、
   前記温度予測手段により予測される最高到達温度が、予め設定される所定値以上である場合、前記温度予測手段により昇温が予測されるときに、前記第１デバイスに前記アシスト電圧よりも高電圧である保護電圧を印加し、
   前記監視手段により監視される前記第１デバイスの発電性能が、予め設定される所定値未満である場合、前記温度予測手段により降温が予測されるときに、前記第１デバイスに前記保護電圧よりも高電圧であるポーリング電圧を印加する
   ることを特徴とする、発電システム。
2. 前記第１デバイスが、加熱されたときに発電性能の低下を開始する劣化開始温度を有しており、
   前記制御手段は、
   前記温度予測手段により予測される前記第１デバイスの最高到達温度が、前記劣化開始温度以上である場合、または、前記温度予測手段により予測される前記熱源の最高到達温度が、前記劣化開始温度に対応する温度以上である場合、
   前記温度予測手段により昇温が予測されるときから、
   前記第１デバイスが前記劣化開始温度未満に至るまでの間、および／または、
   前記熱源の温度が前記劣化開始温度に対応する温度未満に至るまでの間、
   前記第１デバイスに前記保護電圧を印加する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。

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